CN1021075C - 一种离心式压缩机用的轴承结构 - Google Patents

Abstract

在一种带有悬垂式电动机装置的离心式压缩机中，主动轴由一对轴向隔开的叶型轴承支承，叶型轴承使轴的径向偏移减到最小并使其与被动轴保持平行性，从而使载荷均匀地作用到齿轮上。

Description

本发明涉及一种离心式压缩机，具体来说，涉及一种使连接驱动马达与压缩机叶轮的平行传动轴间保持平行度的轴承结构。

离心式压缩机的叶轮通常由转速较低的电动机通过一系列齿轮及轴组成的传动装置驱动作高速旋转。为了达到所需的可靠性要求，上述齿轮和轴及支承轴承间的定位及直线度要求高度精确。尤其是平行的齿轮轴必须保持其平行度在很小的公差范围内，以防止啮合轮齿及支承轴承的过早失效。如果容许系统在其轴不平行的状况下工作，作用在齿轮上的载荷就不是均匀分布在整个齿宽上，而是作用在齿的一端，从而最终导致齿轮的失效。对于轴承也一样，上述不平行性使载荷转移到轴承上很小的局部区域，而不是均匀分布在整个接触面，从而造成过应力状态并导致最终失效，对于止推轴承尤其如此。

在电动机为悬垂式安装的压缩机驱动装置中（其转子伸出在传动系统之外），轴的不平行度可能明显增大，因为每个轴承中轴的偏心距出现在相反方向。另一个造成不平行问题的因素是，在悬垂式设计中，轴承互相邻近，而且为了使机器紧凑，轴承间距十分有限，上述减小的间距却成倍地加大了在一定偏心距下的不平行度。但从经济性考虑，采用上述悬垂式转子结构在其他情况下还是合适的。

离心式压缩机中支承传动轴的通常是圆柱轴颈轴承。为使其良好地运转，上述轴承固有的内圆公隙相对比较大。在负荷作用下，上述公隙使轴移向偏心距较大的位置，因此，在悬垂式转子结构中，很容易产生 不平行度而导致上述问题的产生。

对于另一个不相关的，涉及转子动力学的问题，曾经有人设计出一种特殊的轴承，即多叶形轴承以抑制轻载轴高速转动时容易产生的轴的过度横向振动。上述用途的多叶型轴承主要的有益特性在于它提高了轴承的径向刚度。但上述轴承至今还不曾被考虑用于上述类型的转速较低的（即4000转/分以下）的轴的支承，因为低速轴不需要再提高刚度，而且，不必要为此增加成本。另外多叶型轴承相对比较新，主要以减小偏心距为目的而使用它们的观念还没有成形，因而也尚未成为一种显而易见的解决方法。

美国专利3，619，086号公开了一种带有常规的轴承结构的常规离心式压缩机。这种离心式压缩机的这种低速、高负载轴中，轴通过间隔轴颈轴承支承呈悬臂梁形式。该轴颈轴承对轴向不同心度很敏感。并且，由于轴通过齿轮与高速叶轮轴可驱动地连接，该齿轮对非均匀磨损很敏感。

美国专利4，834，559公开了一多叶型轴颈轴承，其目的为克服由热膨胀引起的卡咬。其中采用了多个流体静压腔室来引导高压油，以稳定该轴。并且，该流体静压腔室设置在该叶型上距轴最近的地方。

本发明的一个目的是提供一种用于离心式压缩机转动装置的改进的轴承结构。

本发明的另一个目的是提供一种在离心式压缩机中用于保持传动系统平行轴的平行度的结构。

本发明的又一个目的是提供一种用来使采用悬垂式转子结构的离心式压缩机中的传动轴不产生过大的不平行度的结构。

本发明还有一个目的是为离心式压缩机提供一种经济、实用且可靠地制造的传动装置与轴承总成的结构。

按权利要求书中的说明及其特征部份叙述的装置可达到上述目的。

根据本发明的一种用于具有电动机驱动的轴的离心式压缩机中的轴承结构，其主动轴的一端与由电动机驱动的低速轴相连，另一端具有与一根平行的高速轴的配对齿轮相啮合的齿轮，一对轴向隔开的轴承装在低速轴上，并为其提供支承，其特征在于：所述的轴承是多叶型，即至少为两个叶型，在每个叶型上设有将油导入叶型内的通道，以在该叶型的一侧建立动液油楔，使上述低速轴与高速轴的轴向不平行度减到最小，所述各通道设置在其相应叶型中的一点，在该点处，叶型距轴最远。

简而言之，按照本发明，连接于一悬垂式驱动电动机的低速传动轴是由一对彼此隔开的多负载轴承支承的。由于轴承特有的内部几何结构，受载时轴的位置将十分接近轴承的实际中线，从而约束了轴的轴向不平行度，并保持它与被驱动的高速轴的平行关系。这样，作用在轴承和齿轮上的不均匀载荷被大大减小。

下述图中示出了一个优选的实施例，此外，在不脱离本发明的原则和范围的前提下，还可进行各种其它变型和结构改进。

图1是具有本发明的轴承结构的离心式压缩机的纵剖面图;

图2是现有技术的圆柱轴颈轴承的示意图;

图3是上述轴承受载状态下的示意图;

图4是本发明的三叶型轴承的示意图;

图5是上述轴承受载状态下的示意图;

参看图1，本发明以标号10概括表示，它位于离心式压缩机系统11中，其一端为一个电动机12，另一端为一个离心式压缩机13，上述二者由一传统装置14相连。

电动机12包括一个外壳16，沿其内环形表面布置有一个定子线圈17。转子18通过转子轴19可转动地装在定子绕组17中，转轴19从传动装置14伸出并由传动装置14支承（详见下文）。因为转子18在它的悬垂端 设有支承，考虑到保持转子相对定子绕组17的中央位置时的临界状态，转子18定位及支承的容隙就必须保持很小，本发明即为达到上述的目的一个方法。

传动装置14包括一个带有径向延伸的环形法兰22的传动装置壳体21，法兰22用许多螺栓24固定在压缩机壳体23与电动机壳体16之间，这样就将传动装置壳体21刚性地挂在系统11的外壳中。

传动轴28通过一对轴向隔开的叶型轴承26和27可转动地安装在传动装置壳体21中，它最好做成电动机轴19的延伸部分，即与电动机轴成一整体。以热压配合安装上的卡圈29将推力从轴28传到轴承26承受推力的部分。轴28的端部伸出传动装置壳体21之外并通过一螺丝33和止动环32将它与主动齿轮31固定在一起。主动齿轮31与从动齿轮34啮合，从动齿轮34再带动高速轴36直接驱动压缩机叶轮37。传动轴28和高速轴36的典型转速分别是3550转/分和16000转/分。高速轴36最好采用常规的轴颈轴承支承，上述轴颈轴承之一即为标号39所指，另一个位于靠近轴36另一端的壳体40中，应该指出，如果考虑到低负荷/高速工作状态需要采用叶型轴承来增加整体刚度和稳定性，那么高速轴36可以采用叶型轴承。但从直线平行性考虑则不应采用叶型轴承，因为高速的偏心距在两个轴承中的同一方向，故此时不具有减小径向偏置带来的好处。

为了进行比较，下面请考虑一下采用现有技术的圆柱轴颈轴承支承传动轴的情况。理论上无负载状态下轴与轴承的关系见图2，有负载状态见图3。在无负载状态下，轴与轴承共轴，二者间的径向间隙必然相对较大。轴承受载时，载荷的一部分是悬垂电动机作用在轴28上的力引起的，而更多地是由主动齿轮产生的工作力引起载荷，此时轴将从其轴线重合位置移动轴承的下部，如图3所示。随着轴28的转动、轴28偏移到左侧，这是因为润润油具有不断被吸入右侧的动液油楔中的趋向，如图 示。轴偏离轴承中线的距离（即偏心距）由尺寸“e”表示。可以看出，对于上述一般轴承，轴必须有明显的移置以形成动液油楔及最终的压力分布。两个轴承上方向相反的这种程度的偏移会使轴28自其与高速被动轴36相平行的位置发生明显的倾斜，从而导致齿轮31和34的不均匀磨损。

现在来考虑按照本发明使用叶型轴承时的情况。参看图4和图5，它们分别对应于装在叶型轴承中的轴28在无负载状态（图4）和满负载状态（图5）的情况。图中所示的具体结构是一种三叶型轴承的构造，当然，在本发明的范围内，叶型的数目可以是最少数量两个，也可按需要增加。

参看图4，叶型轴承的形状不是圆形的，而是由三段叶型42、43和44组成，上述叶型由弧线构成，其圆心分别为46、47和48。这样，把轴承套到圆形的轴上后，装配后径向间隙是沿轴的周边变化的。在每个弧形的中点，轴28与弧形间的间隙为最小。其间隙一般为普通圆柱轴颈轴承的一半。由于夹带润滑油的动液油楔49、51和52分别由相应的在轴承上加工出的轮廓所形成，因而不需要象普通轴颈轴承那样的轴的偏置来产生流体压力。而且，由上述油楔产生的压力（如箭头所示），可将轴保持在中央位置，即使无负载时也可做到。为促进润滑油向叶型42、42和44的流动，通常用一系列的导槽50、60和70将叶型彼此连接起来，并通过增大间隙形成将润滑油导入上述油楔的油道。

如图4所示，当作用在轴上的力产生的负荷使轴在轴承中产生偏移时，轴的偏移量即偏心距“e”被减到最小。最后形成的作用在轴上的力如图5所示。不难看出，只需轴的很小的偏置就可使压力增大，抵消所受的载荷。这样，受载时轴的偏移量就被减到最小值。

Claims (4)

1、一种用于具有电动机驱动的轴的离心式压缩机中的轴承结构，其主动轴的一端与由电动机驱动的低速轴相连，另一端具有与一根平行的高速轴的配对齿轮相啮合的齿轮，一对轴向隔开的轴承(26，27)装在低速轴(28)上，并为其提供支承，其特征在于：所述的轴承是多叶型，即至少为两个叶型，在每个叶型上设有将油导入叶型内的通道，以在该叶型的一侧建立动液油楔，使上述低速轴与高速轴(36)的轴向不平行度减到最小，所述各通道设置在其相应叶型中的一点，在该点处，叶型距轴最远。

2、如权利要求1所述的轴承结构，其特征在于，上述电动机（12）通过悬垂式转子装置与上述低速轴（28）传动连接。

3、如权利要求1所述的轴承结构，其特征在于：该电动机驱动的轴的一端是外伸的电动机转子。

4、如权利要求1所述的轴承结构，其特征在于，上述一对多叶型轴承的位置是：一个靠进上述齿轮（31），另一个靠近上述电动机（12）。

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