CN102859202B - 轴流压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴流压缩机(10)，包括：具有旋转轴(22a)的电动机(22)；具有不经由增速机而连接于电动机(22)的旋转轴(22a)的驱动轴(40)和与该驱动轴(40)一体地旋转的转子(31)，并通过驱动驱动轴(40)来压缩工作流体的压缩部(20)；以及具有用于使从压缩部(20)的喷出口喷出的工作流体的流速降低的空间的减速部(24)。电动机(22)的旋转轴(22a)连接于驱动轴(40)的喷出口侧的端部，减速部(24)以围绕电动机(22)的方式被设置。

Description

轴流压缩机

技术领域

本发明涉及一种轴流压缩机。

背景技术

以往，如下述专利文献1中所公开，已知具有增速机构的压缩机。在该压缩机中，在电动机的驱动轴与压缩机的主轴之间设置有增速机构，压缩部以比电动机的转速大的转速被驱动。因此，能够在将电动机的转速设定为低速的情况下，以高速驱动压缩部。而且，在压缩部中设置有向半径方向延伸的散流器(diffuser)。因此，通过压缩部的叶轮的作用而增速，并且升压后的工作流体的速度通过散流器而降低。该压缩机喷出通过散流器减速至指定速度的工作流体。

所述专利文献1中所公开的压缩机存在实现小型化方面有限的问题。即，该压缩机中设置有增速机构，增速机构为了相对于电动机的驱动轴的转速而增大压缩部的主轴的转速，必须增大设置于电动机的旋转轴的第一齿轮的直径，而且为了使该第一齿轮与设置于压缩部的主轴的第二齿轮啮合，必须使电动机相对于压缩部偏移设置。因此，存在压缩部的径向宽度增大的问题。其结果，在实现压缩机的小型化、尤其轴流压缩机的小型化方面有限。另外，压缩部中设有散流器，该散流器相对于叶轮沿直径方向延伸，因此从这一点而言也存在压缩部的径向宽度增大的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开2002-5092号

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决了上述问题的轴流压缩机。

而且，本发明的目的在于，在具有将从压缩部喷出的工作流体减速至指定流速的结构的情况下，实现轴流压缩机的小型化。

本发明的一方面所涉及的轴流压缩机，用于压缩工作流体，包括：电动机，具有旋转轴；压缩部，具有不经由增速机而连接于所述电动机的旋转轴的驱动轴和与该驱动轴一体地旋转的转子，并通过驱动所述驱动轴来压缩工作流体；以及减速部，具有用于使从所述压缩部的喷出口喷出的工作流体的流速降低的空间，其中，所述电动机的旋转轴连接于所述驱动轴的喷出口侧的端部，所述减速部以围绕所述电动机的方式被设置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的轴流压缩机的概略结构的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本实施方式所涉及的轴流压缩机10作为设在制冷机中的压缩机，被设置在具有蒸发器12及冷凝器13的制冷剂回路14中。该轴流压缩机10对在蒸发器12中蒸发的作为工作流体(制冷剂)的水蒸气进行压缩。该水蒸气是较为低温、低压的水蒸气。在本实施方式的轴流压缩机10中被压缩的工作流体是水蒸气，其处于轴流压缩机10的喷出口时，例如在大气压以下的压力下为150℃以下的温度。在该制冷剂回路14，在轴流压缩机10中压缩后的工作流体被送往冷凝器13，并在冷凝器13中被进行冷凝。工作流体伴随着相变而在制冷剂回路14中循环。并且，通过使制冷剂在蒸发器12中蒸发，从而能够向二次侧热介质供应冷热。该二次侧热介质被供应至图外的利用侧装置，对作为冷却对象的室内空气等进行冷却。

轴流压缩机10包括：具有压缩工作流体的压缩空间CS的压缩部20；用于驱动压缩部20的电动机(electric motor)22；以及用于对从压缩空间CS喷出的工作流体的流速进行减速的减速部24。轴流压缩机10的机壳26包括：设置在压缩部20的圆筒状的第一壳部27；设置在压缩部20的一端侧(上游侧)的第二壳部28；以及设置在压缩部20的另一端侧(下游侧)的减速部24的第三壳部29。

压缩部20包括第一壳部27以及设置在第一壳部27内的转子31。第一壳部27与转子31之间的空间作为用于压缩工作流体的压缩空间CS而发挥功能。该压缩空间CS包括在图1中处于左侧的吸入口CS1、和处于右侧的喷出口CS2。因此，在蒸发器12中蒸发的工作流体通过图1左侧的吸入口CS1被吸入压缩空间CS内，该工作流体随着在压缩空间CS内从图1的左侧向右侧移动而被压缩并从喷出口CS2喷出。

在第一壳部27的内周面固定有多个静叶33，各静叶33沿轴向隔开间隔而被设置。该第一壳部27以轴向成水平的方式被设置。

转子31包括多个动叶34及多个垫件35。这些多个动叶34以与静叶33交替的方式沿轴向隔开间隔而被设置。垫件35为呈圆筒状的部件，垫件35设置在静叶33的径向内侧，并且分别设置在相邻的动叶34、34之间。在图例中，示出了设有四个动叶34和四个垫件35的结构，但并不限于此。

动叶34包括圆筒状的凸起部37以及一体地形成在该凸起部37周围的叶片部38。如后所述，动叶34均为铝制或铝合金制，是从一片原材料切出成形的一体成形品。叶片部38沿凸起部37的周方向形成有多个。凸起部37的外周面及内周面处于与垫件35的外周面及内周面对齐的状态。

压缩部20包括驱动轴40、第一按压部件41、第二按压部件42、作为固定部的一例的螺母43以及圆板状部件44。驱动轴40包括转子轴部46以及分别设置在转子轴部46两端部的两个端轴部47、47。

转子轴部46设置在第一壳部27的轴心上，且沿第一壳部27的轴向延伸。转子轴部46的两端部在轴向上位于动叶34及垫件35的外侧。在转子轴部46的两端部分别设有省略图示的公螺纹部。

第一按压部件41以接触于最上游段的动叶34的方式被设置，而且，第二按压部件42以接触于位于最下游段的动叶34外侧的垫件35的方式被设置。第一按压部件41和第二按压部件42为相同结构的部件，但在轴向上逆向设置。

第一按压部件41呈圆板状，在该按压部件41、42形成有供转子轴部46插通的中央贯通孔。通过第一按压部件41与动叶34嵌合，第一按压部件41的轴心与最上游段的动叶34的轴心一致。而且，通过用螺栓在第一按压部件41上固定端轴部(第一端轴部)47，从而端轴部47与第一按压部件41成同轴状。

第二按压部件42嵌合于位于最下游段的动叶34外侧的垫件35。据此，第二按压部件42的轴心与位于最下游侧的垫件35的轴心一致。而且，通过用螺栓在第二按压部件42上固定端轴部(第二端轴部)47，从而端轴部47与第二按压部件42成同轴状。

在第一按压部件41及第二按压部件42，将螺母43螺合于插通中央贯通孔的转子轴部46的公螺纹部，从而能够以在第一按压部件41及第二按压部件42之间夹住转子31(动叶34及垫件35)的状态，利用螺母43来从轴向的两侧紧固第一按压部件41及第二按压部件42。在螺合螺母43时，第一按压部件41及第二按压部件42以预先决定的扭矩值被紧固。另外，如后所述，此处所说的“预先决定的扭矩值”是基于转子31与转子轴部46之间的线膨胀系数的差异，进而基于两者驱动时的膨胀量的差异，并考虑到螺母43在转子31驱动时的结合力要比组装时增大的情况而决定。据此，彼此相邻的动叶34与垫件35互相嵌合。

垫件35及凸起部37的内径充分大于转子轴部46的外径。因此，在垫件35及凸起部37相连而形成的圆筒部与转子轴部46之间形成有沿轴向延伸的空间。在该空间、即转子31的内侧空间31a内设有圆板状部件44。在垫件35形成有凹部，该凹部具有与圆板状部件44的厚度相对应的宽度。圆板状部件44的外周部被插入该凹部，在此状态下，圆板状部件44与垫件35通过螺栓而紧固。即，圆板状部件44无间隙地被夹在动叶34的凸起部37与垫件35之间。

圆板状部件44以垂直于转子轴部46的姿势而被设置。在圆板状部件44的中央部形成有沿厚度方向贯通的贯通孔。转子轴部46插通该贯通孔。因此，转子轴部46在其中间部位的多处被圆板状部件44支撑。

动叶34均为铝制或铝合金制，而且，垫件35均为铝制或铝合金制。换言之，转子31为铝制或铝合金制。另一方面，转子轴部46为钛制或钛合金制。因此，转子轴部46由具有比铝低的线膨胀系数的材质构成。因此，当因在轴流压缩机10驱动时产生的热导致转子31及转子轴部46发生膨胀时，转子31比转子轴部46更沿轴向膨胀。

第一按压部件41及第二按压部件42为不锈钢制或不锈钢合金制。另外，圆板状部件44为铝制或铝合金制。

在本实施方式中，包括最上游段的动叶34在内，动叶34为铝制或铝合金制。另外，至少对于最上游段的动叶34，也可实施阳极氧化覆膜处理。此时，能够实现动叶34的轻量化，并且能够有效防止动叶34的腐蚀。而且，最上游段的动叶34也可以为钛制、钛合金制、不锈钢制或不锈钢合金制。此时，能够防止腐蚀并确保最上游段的动叶34的耐久性。

如图1所示，两端部的端轴部47、47分别由轴承55、55支撑，且与转子轴部46设置于同轴上。轴承55在端轴部47的主部47c支撑端轴部47以使该端轴部47能够旋转。主部47c是与转子轴部46在同轴上延伸的部分。

两轴承55、55被分别收纳在壳体56、57中。收纳一端部侧的轴承55的上游侧的壳体56以在与第二壳部28之间形成圆筒状空间的方式而被设置。该空间成为被导入压缩空间CS内的工作流体所流经的上游侧空间US。另一方面，收纳另一端部侧的轴承55的下游侧的壳体57以在与第三壳部29之间形成圆筒状空间的方式而被设置。该空间成为从压缩空间CS导出的工作流体所流经的下游侧空间DS。

各壳体56、57通过多个支撑部件59、59而支撑于第二壳部28或第三壳部29。各支撑部件59呈棒状，并且沿周方向呈放射状设置。支撑部件59、59设置在上游侧空间US及下游侧空间DS。由于支撑部件59的剖面呈流线形，因此支撑部件59不会妨碍工作流体的流动。另外，在图例中，示出了下游侧空间DS的支撑部件59进入到壳体57内侧的结构，但进入到该壳体57内侧的部位，也可以不是棒状。

在支撑部件59中形成有用于供应及排出润滑剂的供排通道59a。润滑剂从第二壳部28及第三壳部29的外部被导入，通过该供排通道59a中的一条供应到轴承55，并通过其他供排通道59a从轴承55排出。

喷出口CS2侧的端轴部47设置于下游侧的壳体57内，电动机22的旋转轴22a经由作为振动衰减部的一例的柔性联接器61而连接于该端轴部47。压缩部20的驱动轴40与电动机22的旋转轴22a不经由增速机而连接，因此，电动机22的转速与转子31的转速为相同转速。

所述减速部24具有由第三壳部29所形成的下游侧空间DS。第三壳部29包括：与第一壳部27的轴向一端部相连的外周面部29a；设置于外周面部29a的内侧且沿轴向延伸的内周面部29b；以及连接外周面部29a及内周面部29b的轴向端部的端面部29c。

在外周面部29a形成有喇叭部(flare portion)29d，该喇叭部29d呈圆筒状，且在轴向的中间部随着远离喷出口CS2内径逐渐增大。该喇叭部29d下游侧的部位29e的内径相同。另一方面，内周面部29b连接于下游侧的壳体57的端部，且呈外径沿着轴向相同的圆筒状。因此，下游侧空间DS包含：垂直于轴向的剖面为圆环状且剖面积逐步扩大的异径部(taper part)；和垂直于轴向的剖面为圆环状且剖面积相同的平行部。

至少异径部发挥作为使由压缩部20压缩后的工作流体减速并恢复压力的散流器的功能。平行部发挥作为集合在异径部减速后的流体的集合器(collector)的功能。在减速部24中，工作流体在异径部被充分地减速，因此，能够在平行部不发生过大的损失而恢复压力。另外，在图例中，示出了内周面部29b与壳体57呈台阶状连接的结构，但也可取消该台阶部。另外，内周面部29b中与外周面部29a的异径部对应的部位也可以采用异径结构。此外，平行部的长度等可根据将从喷出口CS2喷出的工作流体的流速减速至何种程度而适当选择。

在外周面部29a中的构成平行部的部位29e设有排出口65。用于将在下游侧空间DS内减速后的工作流体引导至冷凝器13的导管连接于该排出口65。

在内周面部29b设有电动机支撑部66，该电动机支撑部66从与壳体57的连接部朝径向内侧延伸。电动机22设置在减速部24的内周面部29b的内侧，并且安装在电动机支撑部66。

在本实施方式所涉及的轴流压缩机10中，当电动机22的旋转轴22a旋转时，压缩部20的驱动轴40也以相同的转速旋转，转子31绕轴旋转。伴随于此，上游侧空间US内的工作流体通过吸入口CS1被吸入压缩空间CS内。在压缩空间CS内，工作流体边被压缩边被送往图1的右方向，工作流体通过喷出口CS2喷出至下游侧空间DS。该工作流体在减速部24内被减速且恢复压力，并通过排出口65而排出。

如以上所说明，在本实施方式中，采用了压缩部20的驱动轴40不经由增速机而连接于电动机22的旋转轴22a的结构。因此，无需以相对于压缩部20在径向上偏移的状态设置电动机22，能够防止作为轴流压缩机10的压缩部20的径向宽度增大。而且，由于未设置增速机，因此，从这一点而言也能够防止压缩部20的径向宽度增大。此外，减速部24采用在电动机22的周围沿驱动轴40的轴向延伸的结构，因此，能够确保减速部24的空间的容积、即用于使工作流体的流速减速的空间的容积，并且防止轴流压缩机10的径向宽度增大。尤其，本实施方式所涉及的轴流压缩机10用于对作为被压缩的工作流体的水蒸气进行压缩，该水蒸汽处于该轴流压缩机10的入口至喷出口时，例如在大气压以下的压力下其在5℃至150℃的温度范围（当采用了动叶为7段左右的多段形式的轴流压缩机时，其在例如5℃至250℃的温度范围）。因此，能够利用低输出功率的电动机22。从这一点而言，也能够防止压缩部20的径向宽度增大。另外，在轴流压缩机10中，沿轴向喷出工作流体，减速部24呈沿该方向延伸的形状，因此，与减速部24向径向弯曲的结构相比，能够提高压力恢复效率。

另外，在本实施方式中，压缩部20的驱动轴40与电动机22的旋转轴22a经由柔性联接器61连接，因此，即使在电动机22以高转速被驱动的情况下，也能够抑制旋转轴22a的振动传递至压缩部20的驱动轴40。

另外，本发明并不限于所述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更、改良等。例如，在所述实施方式中，对作为用于制冷机的轴流压缩机10的例子进行了说明，但并不限于此。例如，也可将轴流压缩机10作为例如用于获得冷却水的冷却器(chiller)、空调装置、浓缩机等中所用的压缩机。

工作流体并不限定于水蒸气。例如可将空气、氧气、氮气、碳氢化合物类的工艺气体(hydrocarbon process gas)等各种流体用作工作流体。

而且，在所述实施方式中，采用了转子31具有多个动叶34的结构，但并不限于此，也可采用具有一个动叶34的结构。

另外，在所述实施方式中，采用了经由柔性联接器61连接电动机22的旋转轴22a与压缩部20的驱动轴40的结构，但并不限于该结构。例如，也可以经由省略图示的中间轴连接驱动轴40与旋转轴22a，并设置中间轴的轴承。通过该中间轴，也能够抑制旋转轴22a的振动传递至驱动轴40。即，该中间轴作为振动衰减部而发挥功能。

另外，在所述实施方式中，采用了经由振动衰减部连接电动机22的旋转轴22a与压缩部20的驱动轴40的结构，但也可以根据电动机22的转速等适当地省略振动衰减部，而采用直接连接驱动轴40与旋转轴22a的结构。

此处，概述所述实施方式。

在本实施方式的轴流压缩机中，采用了压缩部的驱动轴不经由增速机而连接于电动机的旋转轴的结构。因此，无需以相对于压缩部在径向上偏移的状态设置电动机，能够防止轴流压缩机的压缩部的径向宽度增大。而且，由于未设置增速机，因此，从这一点而言也能够防止压缩部的径向宽度增大。

所述减速部也可以在所述驱动轴的轴向上延伸至超出所述电动机的位置为止。在该结构中，减速部在电动机的周围沿驱动轴的轴向延伸。因此，能够确保减速部的空间容积、即用于使工作流体的流速减速的空间容积，并且防止轴流压缩机的径向宽度增大。

所述压缩部的驱动轴与所述电动机的旋转轴也可以经由振动衰减部连接。在该结构中，即使在电动机以高转速被驱动的情况下，也能够抑制旋转轴的振动传递至压缩部的驱动轴。

如以上所说明，根据本实施方式，具有将从压缩部喷出的工作流体减速至指定流速的结构，并且能够实现轴流压缩机的小型化。

符号说明

20压缩部

22电动机

22a旋转轴

24减速部

31转子

34动叶

61柔性联接器

Claims (3)

1.一种轴流压缩机，用于压缩工作流体，其特征在于包括：

电动机，具有旋转轴；

压缩部，具有不经由增速机而连接于所述电动机的旋转轴的驱动轴和与该驱动轴一体地旋转的转子，并通过驱动所述驱动轴来压缩工作流体；以及

减速部，具有用于使从所述压缩部的喷出口喷出的工作流体的流速降低的空间，其中，

所述电动机的旋转轴连接于所述驱动轴的喷出口侧的端部，

所述减速部具有形成为筒状的外周面部、配置于所述外周面部的内侧且沿轴向延伸的内周面部、连接所述外周面部及所述内周面部的轴向端部彼此的端面部，形成圆筒状的空间，所述圆筒状的空间以围绕所述电动机的方式被设置。

2.根据权利要求1所述的轴流压缩机，其特征在于：

所述减速部在所述驱动轴的轴向上延伸至超出所述电动机的位置为止。

3.根据权利要求1或2所述的轴流压缩机，其特征在于：

所述压缩部的驱动轴与所述电动机的旋转轴经由振动衰减部而连接。