CN102414451A - 转子组件 - Google Patents

Abstract

转子组件(1)包括轴(2)，叶轮(3)和轴承组件(4)被安装到该轴(2)，其中，轴承组件(4)至少部分地位于叶轮(3)的轮廓内。

Description

转子组件

技术领域

本发明涉及一种用于压缩机的转子组件。

背景技术

压缩机的转子组件通常包括被安装到由马达驱动的轴的叶轮。在转子组件中的不平衡施加增加的负载到轴承上，该轴承用于安装转子组件到压缩机内，由此减少轴承的使用寿命。因此，在安装到压缩机内之前，转子组件理想地被平衡。然而，在安装到压缩机内之前，不可能总是使转子组件如完整单元一样被平衡。相反，往往需要在压缩机内装配转子组件的各种部件。因此，尽管单个部件可能被平衡的，完整的转子组件可能没被平衡。而且，甚至当可以动态地平衡转子组件时，不平衡经常作为部件磨损和热变形的结果而随之出现。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种转子组件，该转子组件包括轴，叶轮和轴承组件被安装到该轴，其中，轴承组件至少部分地定位于叶轮的轮廓内，且包括一对间隔开的轴承，该轴承被套筒围绕。

叶轮的轮廓由在轴向方向延伸最远的叶轮的端部或点轴向地界定。因此，叶轮的轮廓可以由叶轮的轮毂，叶片和/或护罩来界定。

通过具有至少部分地定位于叶轮轮廓内的轴承组件，由于叶轮的不平衡引起的轴承组件的负载被显著减小。因此，轴承组件的寿命被延长。另外，通过使得轴承组件位于叶轮的轮廓内，转子组件的悬臂长度被减小。这于是增加了转子组件的刚性，其又导致更高的第一挠性固有频率。因此，转子组件可在高很多的低于临界的速度下操作。

在包括被公用套筒围绕的一对被隔开的轴承的轴承组件的情况下，轴承组件的第一部分可位于叶轮轮廓的内部同时第二部分可位于叶轮轮廓的外部。然后，位于叶轮外部的部分可被固定到框架，外壳等等。因此，转子组件可在相对较大的表面区域被固定到框架或外壳，因此确保良好的固定。而且，在具有一对隔开的轴承情况下，该轴承组件为转子组件提供了良好的，稳定的支撑。

优选地，轴承组件至少部分地位于在叶轮中的凹部内。更优选地，叶轮的端部从轴径向隔开以限定在叶轮中的凹部。

叶轮理想地包括支撑多个叶片的轮毂和形成在轮毂端部中的凹部。轮毂的该端部由此从轴径向隔开。然后，轴承组件至少部分地位于凹部内。叶轮的质量中心通常位于轮毂的两个轴向端部之间。通过将轴承组件定位于轮毂中的凹部内，轴承组件可定位为更接近叶轮的质量中心。因此，转子组件的悬臂长度以及由叶轮不平衡引起的径向负载都可被减小。

有利的是，轮毂包括孔，轴被接收进入该孔，且在轮毂的端部中的凹部的直径大于孔的直径。尽管凹部的直径大于该孔的直径，凹部没必要具有圆形的横截面。相反，凹部仅仅需要延伸超过该孔的直径。

在轮毂的端部中的凹部可以不同的方式形成。例如，轮毂可包括穹顶形的壁，该壁具有凹形内表面，以使凹部被限定在轮毂的底部中；轮毂的底端于是被从轴隔开。通过进一步举例，轮毂可包括轮毂的顶部中的环形凹部；轮毂的顶端于是被从轴隔开。

轴承组件可位于叶轮的质量中心上。这样有将由叶轮中的不平衡引起的径向负载保持在最低值的优势。。

轴承组件可包括轴承，该轴承整体定位于叶轮的轮廓内。通过这样，轴承于是可位于叶轮的质量中心上，或至少定位为更靠近叶轮的质量中心。

在第二方面，本发明提供了一种转子组件，该转子组件包括轴，叶轮和轴承组件被安装到该轴，其中，叶轮包括支撑多个叶片的轮毂和形成在轮毂顶端中的凹部，轴承组件至少部分地定位于凹部内。

通过将轴承组件至少部分地定位于在叶轮的顶部中的凹部内，轴承组件定位为更靠近叶轮的质量中心。因此，由于叶轮不平衡引起的轴承组件的负载被减少，轴承组件的寿命被增加。另外，转子组件的悬臂长度被减少因此增加了转子组件的刚性，其又使转子组件可在更高的低于临界的速度下操纵。

轴承组件可包括轴承，该轴承整体定位于叶轮的轮廓内。通过如此，轴承可定位为更靠近叶轮的质量中心。

优选地，轮毂被从轴承组件径向隔开，即在轮毂和轴承组件之间存在间隙。因此，叶轮相对于轴承组件的外表面自由地旋转。

轴承组件可包括一个或多个轴承。有利的是，轴承组件采取轴承筒的形式，该轴承筒包括一对被隔开的轴承，该轴承被公共套筒围绕。正如已经指出的那样，于是，在该情况下优点为：轴承组件的第一部分可位于叶轮轮廓的内部，同时第二部分可位于叶轮轮廓的外部。于是，位于叶轮外部的部分可被固定到框架，外壳等等。另外，通过具有一对被隔开的轴承，轴承组件为转子组件提供了良好的，稳定的支撑。

叶轮可为半开放或封闭叶轮。特别地，叶轮可包括护罩，其中多个叶片在轮毂和护罩之间延伸。

附图说明

为了本发明可更容易的被理解，现在将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明中的转子组件的剖视图；

图2是根据本发明的替代转子组件的剖视图；及

图3是根据本发明的又一转子组件的剖视图；

具体实施方式

转子组件1包括轴2，叶轮3和轴承筒4被安装到轴2。

叶轮3包括轮毂5，多个叶片6被支撑在该轮毂周围。轮毂5从顶端7轴向延伸到底端8。中心孔9延伸通过轮毂，轴2被接收进入该中心孔9。轮毂5包括穹顶形的壁10，该壁具有凹形内表面11，该凹形内表面定义了在轮毂5的底部8中的中心凹部12。凹部12的直径大于孔9的直径以使轮毂5的底端8被从轴2径向隔开。

轴承筒4包括一对间隔开的轴承13，14，该对轴承通过弹簧15被预加载且被套筒16环绕。轴承筒4被安装到轴2以使轴承筒4突出进入形成在轮毂5的底部8中的凹部12。因此，轴承筒4部分地位于叶轮3的轮廓内(即在轮毂5的顶部7和底部8之间界定的区域内)。

轴承筒4提供了一器件，转子组件1可通过该器件被安装到框架，外壳等等。由于形成在轮毂5内的凹部12是相对较大的，框架可延伸进入该凹部12以使轴承筒沿着它的整个长度被固定。然而，轴承筒4没必要沿着它的整个长度被固定，轴承4可等同地在仅仅一部分(也就是说轴承筒4没有位于叶轮轮廓内的一部分)被固定。轴承筒4的供应具有呈现相对较大的表面区域(即套筒16)用于供轴承筒4在其上固定到框架的优点。所以，可在转子组件1和框架之间形成良好的固定。而且，通过具有一对间隔开的轴承13，14，轴承组件4为转子组件提供了良好的、稳定的支撑。

由于叶轮的相对较大的直径，当转子组件1在迅速旋转时，在叶轮3中的任何不平衡可导致相对较大的力矩作用在轴2上。轴承筒4，以及尤其接近叶轮3的轴承13，于是必须对抗该力矩，以便于保持轴2的位置。力矩的大小，因此由轴承13承受的力被定义为：

M＝rFsinθ

其中，r是轴承13和叶轮3的质量中心之间的距离，F是力的大小(该力与叶轮3的质量和旋转速度，以及叶轮3的质量中心相对于旋转轴线的径向偏移相关)，θ是形成在轴承13和叶轮3的质量中心之间的角度。

通过将轴承筒4至少部分地定位于叶轮3的轮廓内，轴承13和叶轮3的质量中心之间的距离和角度被减小。因此，在叶轮3中的任何不平衡(其导致叶轮3的质量中心从旋转轴线偏移)引起要小得多的力矩，从而轴承13的径向负载被显著小。

另外，将轴承筒4定位于叶轮3的轮廓内减小了转子组件1的悬臂长度。这于是增加了转子组件1的刚性，其又导致更高的第一挠性固有频率。转子组件1由此可以在高很多的速度下能进行低于临界地运行(即在第一固有频率之下)。通过低于临界的速度下运行，转子组件1的平衡变得更简单，如在瞬变运行状态期间(例如，在转子组件加速和减速期间)处理转子组件1。

在图1中示出的实施例中，叶轮3的质量中心位于在轮毂5的底部8中的凹部12内。轴承筒4突出进入凹部12以使轴承13位于叶轮3的质量中心上。因此，由于随后叶轮的不平衡引起的径向负载被保持在最小值。对于图1中示出的叶轮3的特别设计，叶轮3的质量中心接近轮毂5的底部8。正是出于这个原因，轴承13仅部分地定位于叶轮轮廓内。如果叶轮3的质量中心位于轮毂5的更里面，轴承筒4可进一步突出进入叶轮3。实际上，轴承筒4可突出进入轮毂5的凹部12以使轴承13整个位于叶轮轮廓内。

图2示出了替代转子组件20，该转子组件包括轴2，叶轮21和轴承筒4被安装到轴2。轴2和轴承筒4与上面描述的和图1中示出的的实施例是相同的。

叶轮21包括轮毂22，多个叶片23被支撑围绕轮毂22。轮毂22从顶端24轴向延伸到底端25。中心孔26延伸通过轮毂，轴2被接收到该中心孔中。中心、环形凹部27形成在轮毂22的顶端24。凹部27的直径大于孔26的直径以使轮毂22的顶端24被从轴2径向隔开。

轴承筒4突出进入轮毂22的顶部24中的凹部27。轴承筒4由此部分地位于叶轮21的轮廓内，也就是被轮毂22的底部25和顶部24界定的区域内。间隙存在于轴承筒4和轮毂22之间以使叶轮3相对于轴承筒4的套筒16自由地旋转。

轴承筒4未突出进入轮毂22的凹部27的部分可用来固定框架，外壳或诸如此类。由于套筒14充当框架的延伸，框架没必要沿着轴承筒4的整个长度被固定。然而，如果过期望沿着轴承筒4的整个长度固定框架，轮毂22的顶部24的凹部27可增大尺寸以使框架也可突出进入凹部27。

再次，由于轴承筒4至少部分地定位于叶轮21的轮廓内，转子组件20的悬臂长度会被缩短，得到具有更高的临界速度的更刚性的转子组件20，且由于叶轮不平衡引起的轴承13的径向负载被减小。在图2中示出的实施例中，叶轮21的质量中心也接近于轮毂22的底部25。然而，由于设计要求，轴承筒4突出进入轮毂22的顶部24而不是轮毂22的底部25。因此，为了让轴承13接近叶轮21的质量中心，轴承筒4比图1中示出的实施例中进一步突出进入叶轮21。实际上，轴承筒4的轴承13整体地定位于叶轮轮廓内。

图3示出了又一转子组件30，该转子组件包括轴2，叶轮31和轴承筒4被安装到该轴2。等同地，轴2和轴承筒4与上面描述的和图1和图2中示出的实施例中是相同的。

叶轮31包括由两部分组成的轮毂32，多个叶片33和护罩34。叶片33被连接到轮毂32的第一部分35和护罩34之间，并在轮毂32的第一部分35和护罩34之间延伸。轮毂32的每个部分35，36包括中心孔37，38，轴2被接收进入该该中心孔37，38。轮毂32的两部分35，36被安装到轴2以使轮毂从顶端39轴向延伸到底端40，且叶片在轮毂32的顶端和底端39，40之间延伸。

中心的环形凹部41成形在轮毂32的顶端39中，即轮毂32的第一部分35的顶端39中。凹部41的直径大于孔37的直径以使轮毂32的顶端39从轴2径向隔开。

如参考图2在上面描述的实施例中那样，轴承筒4突出进入轮毂32的顶部39的凹部41以使轴承筒4部分地位于叶轮31的轮廓内，即界定在轮毂32的顶部39和底部40之间的区域。间隙出现在轴承筒4和轮毂32之间以使叶轮相对于轴承筒4的套筒16自由旋转。

在每个上面描述的实施例中，叶轮的轮廓由轮毂的顶部和底部轴向地界定。然而，叶轮的轮廓可等同地由护罩和/或叶轮的叶片来界定。例如，如果图3中示出的实施例的轮毂32的下部部分36被省去或相对于叶轮31的其余部分是静态的，那么叶轮31的轮廓将在顶部37处由轮毂32轴向地界定，及在底部处由叶片33轴向地界定。叶轮的轮廓由此由在轴向方向延伸最远的叶轮的这些端部或点轴向地界定。

每个上面描述的实施例中的转子组件包括轴承筒4，该轴承筒4具有一对间隔开的轴承13，14，轴承13，14被同一套筒16围绕。然而，转子组件可等同地包括替代类型的轴承组件。例如，转子组件可包括双排轴承，滚针，或实际上单球轴承。如果有必要，叶轮中的凹部可设置尺寸以便允许框架或外壳也可突出进入凹部以使轴承组件可被固定到框架或外壳。

尽管每个上面描述的实施例中的叶轮是离心式叶轮，其他类型的叶轮也可参照转子组件的预期应用被使用。

上面描述的实施例证明了轴承组件可部分地定位于半开放(图1和图2)或封闭的叶轮(图3)内。此外，轴承组件可突出进入叶轮的顶部(图2和图3)或底部(图1)以使转子组件可在叶轮上方或下方的点处被固定到框架或外壳。本发明没有因此局限于特定类型的叶轮或转子组件的设计。

利用本发明的转子组件，轴承组件至少部分地定位于叶轮的轮廓内。因此，叶轮中的任何不平衡导致小得多的力矩应用于轴。由于叶轮的不平衡引起的轴承组件的径向负载由此被减小，且轴承组件的寿命被延长。此外，转子组件的悬臂长度被缩短，因此具有更高的临界速度的更刚性的转子组件被实现。

Claims (17)

1.一种转子组件，包括轴，叶轮和轴承组件被安装到该轴，其中轴承组件至少部分地位于叶轮的轮廓内，且包括一对间隔开的轴承，该对轴承被套筒围绕。

2.如权利要求1所述的转子组件，其中，轴承组件至少部分地位于在叶轮中的凹部内。

3.如权利要求2所述的转子组件，其中，叶轮包括支撑了多个叶片的轮毂，且所述凹部形成在轮毂端部中。

4.如权利要求3所述的转子组件，其中，轮毂包括孔，轴被接收到该孔中，该凹部的直径大于孔的直径。

5.如权利要求3或4所述的转子组件，其中，轮毂包括穹顶形的壁，该壁具有凹形的内表面，该内表面在轮毂的底部中限定了凹部。

6.如权利要求3或4所述的转子组件，其中，环形凹部形成在轮毂的顶部。

7.如上述任一权利要求所述的转子组件，其中，轴承组件位于叶轮的质量中心上。

8.如上述任一权利要求所述的转子组件，其中，轴承组件包括轴承，该轴承整体定位于叶轮的轮廓内。

9.如权利要求8所述的转子组件，其中，叶轮包括具有凹部的轮毂和整体定位于凹部内的轴承。

10.如上述任一权利要求所述的转子组件，其中，叶轮是离心式叶轮。

11.一种转子组件，包括轴，叶轮和轴承组件被安装到该轴，其中，叶轮包括支撑多个叶片的轮毂和形成在轮毂的顶端的凹部，所述轴承组件至少部分地定位于所述凹部内。

12.如在权利要求11中所述的转子组件，其中，轮毂包括孔，轴被接收到该孔中，该凹部的直径大于孔的直径。

13.如权利要求11或12所述的转子组件，其中，轮毂被从轴承组件径向隔开。

14.如权利要求11至13中任一权利要求所述的转子组件，其中，轴承组包括轴承，该轴承整体定位于所述凹部内。

15.如权利要求11至14中任一权利要求所述的转子组件，其中，轴承组件包括一对间隔开的轴承，该对轴承被套筒围绕。

16.如权利要求11至15中任一权利要求所述的叶轮，其中，所述叶轮包括护罩和多个叶片，该多个叶片在轮毂和护罩之间延伸。

17.如权利要求11至16中任一权利要求所述的叶轮，其中，叶轮是离心式叶轮。

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