CN107110136B - 包括外部的冷却空气引导装置的多级活塞式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级活塞式压缩机，其具有包括多个空气冷却的气缸(10a‑10c)的压缩机单元(1)，该压缩机单元的安置在曲轴箱(6)中的曲轴(8)被在该压缩机单元的一个端侧(2)上利用法兰连接的马达单元(3)驱动，其中，在该压缩机单元(1)的对置的端侧(4)上设置被所述曲轴(8)驱动的并且安装在该压缩机单元上的冷却器单元(5)，该冷却器单元的集成的轴流式风机叶轮(9)将产生的冷却空气基本上向外沿该压缩机单元(1)吹送，为了在压缩机单元(1)的区域中的外部的冷却空气引导，至少一个弧形地至少部分地径向围绕曲轴箱(6)延伸的空气引导壳体(7)在空气输入侧安装在冷却器单元(5)上并且在空气排出侧安装在压缩机单元(1)的曲轴箱(6)上，使得由所述轴流式风机叶轮(9)产生的轴向空气流至少部分地由所述空气引导壳体(7)接纳并且沿径向方向至少部分地围绕所述曲轴箱(6)引导，以便到达至少一个在该空气引导壳体(7)的空气排出侧设置的气缸(10a)。

Description

包括外部的冷却空气引导装置的多级活塞式压缩机
技术领域
本发明涉及一种多级活塞式压缩机，该活塞式压缩机具有包括多个空气冷却的气缸的压缩机单元，该压缩机单元的安置在曲轴箱中的曲轴被在该压缩机单元上的一个端侧上利用法兰连接的马达单元驱动，其中，在该压缩机单元的对置的端侧上设置被所述曲轴驱动的并且安装在该压缩机单元上的冷却器单元，该冷却器单元的集成的轴流式风机叶轮将产生的冷却空气基本上向外沿该压缩机单元吹送。此外，本发明也涉及一种具有压缩空气系统、尤其是气动制动系统的轨道车辆，该压缩空气系统包括一种这种类型的用于产生压缩空气的多级活塞式压缩机。
背景技术
本发明的应用领域主要是延伸到轨道车辆设计。关于有害物质排放以及噪音防护的提高的环境要求越来越多地导致使用以封装声音的设计方式的无油活塞式压缩机。用于在居民区行驶或在那里停放并且保持运行准备的轨道车辆的压缩机在优化机组的噪声时需要越来越高的花费。在压缩机位于防噪封装体中时，另一方面提出所述压缩机单元充分冷却的问题，因为隔音材料通常也具有良好的隔热特性。但冷却问题不仅仅在这种防噪封装体中出现，而且也在机器空间中的安装件或在靠近热源(例如空调单元)的外部安装件处出现。
DE 10 2010 024 346 A1公开一种单级压缩机单元，在该压缩机单元中冷却空气通过径流式风机产生，该径流式风机在压缩机单元与马达单元之间固定在压缩机单元的驱动侧上。在该技术解决方案中，冷却空气沿压缩机横向方向运动并且同时分布在所有的气缸上。这要求用于在很大程度上交错嵌套的冷却空气引导装置的相应部件花费。
此外，由一般已知的现有技术也得知单级或多级的活塞式压缩机，在所述活塞式压缩机中冷却空气从轴流式风机出发直接吹到压缩机单元的气缸上。为了阻止冷却空气沿径向流出，将轴向定向的空气流强制沿气缸引导。然而，轴流式风机的大部分冷却空气通过由于与气缸的碰撞而形成的涡流而消失。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种尤其是用于多级活塞式压缩机的外部的冷却空气引导，其能够以较低的部件技术花费实现对压缩机单元的气缸的有效冷却。
该目的从根据权利要求1的前序部分所述的活塞式压缩机出发结合其特征部分的特征来实现。接下来的从属权利要求又给出本发明的有利的进一步改进方案。
本发明包括下述技术教导：为了在压缩机单元的区域中的外部的冷却空气引导，至少一个弧形地至少部分地径向围绕曲轴箱延伸的空气引导壳体在空气输入侧安装在冷却器单元上并且在空气排出侧安装在压缩机单元的曲轴箱上，使得由所述轴流式风机叶轮产生的轴向定向的空气流至少部分地由所述空气引导壳体接纳并且沿径向方向至少部分地围绕所述曲轴箱引导，以便到达压缩机单元的至少一个在该空气引导壳体的空气排出侧设置的气缸。
换句话说，按照本发明的外部的冷却空气引导装置接纳由轴流式风机产生的冷却空气并且将该冷却空气以优选大约90°从轴向方向转向到围绕曲轴箱的径向方向，使得冷却空气最终流出到压缩机单元的气缸上。因此，按照本发明的外部冷却空气引导装置直接邻接冷却器单元并且将通过轴流式风机叶轮产生的空气流继续传递。通过弧形的空气引导壳体的弯曲，空气流被转向成层状流以用于有效冷却压缩机单元的设有散热片的、空气冷却的气缸。优选地，在空气引导壳体的空气排出侧设置的气缸配置给优选多级的压缩机单元的高压级。因为多级压缩机单元的高压级通常承受比连接于上游的低压级更高的热负载。此外，高压级基于较高压力在部件磨损方面对温度更敏感。因此高压级的有效冷却是特别重要的，这一点被按照本发明的解决方案考虑到了。与此相反，不充分的冷却可能导致加剧的部件磨损以及因此导致缩短使用寿命或过早的压缩机故障。
此外，这种改善的冷却使得能够将按照本发明的活塞式压缩机安装到所谓的防噪封装体中，该防噪封装体提供用于活塞式压缩机及其附件的盒形容纳装置并且利用隔音材料加衬。由此减少活塞式压缩机的声辐射，并且同时由于按照本发明的外部的冷却空气引导，压缩机单元上的温度以及气体排出口温度相对于未封装的布置结构不提高或仅稍微提高或甚至降低。此外，本发明同样适合于在车辆中热的位置上的安装件，在该位置中冷的冷却空气的输送是有缺陷的或对于在地球热的气候带中的运行是普遍的。
优选地，所述空气引导壳体沿径向方向在90°至360°的转向角度上围绕压缩机单元的曲轴箱延伸。在一种优选的实施形式中，该空气引导壳体以大约90°围绕曲轴箱延伸。在此，压缩机单元按照Boxer(水平对置)的结构型式构造，并且设置有两个彼此对置地设置在曲轴箱上的空气导板，给空气导板分别配置一个气缸以进行冷却。按照一种优选的结构型式，压缩机单元总共具有三个气缸，所述三个气缸中两个气缸配设给低压级并且另外剩余的气缸配设给高压级。高压级的气缸优选地沿轴向方向观察与冷却器单元相邻地设置。
然而，该冷却空气引导也可以涵盖低压级的相邻气缸并且同样冷却该气缸。所述空气引导壳体如此设计，使得冷却空气流环绕流过气缸的整个散热片位置。在此，特别重要的是环绕流过外部散热片、即邻近气缸头的散热片。当然，该冷却空气引导也可以用于冷却单级压缩机的气缸。
根据一种改进本发明的措施提出，在所述空气引导壳体的壁内侧设置有至少一个朝向曲轴箱沿径向延伸的鳍片，以用于将冷却气体转向到径向方向。根据一种优选的实施形式，两个彼此间隔距离对置的鳍片在待冷却的气缸的区域中设置在空气引导壳体上。这些鳍片的相应的远端可以贴靠在曲轴箱上并且因此定义在曲轴箱与空气引导壳体之间的距离。根据优选的实施形式，优选沿流动方向弯曲的鳍片在竖直方向上位于待冷却的气缸的上边界和下边界的区域中。所述鳍片接纳向斜下方定向的冷却空气流并且将该冷却空气流水平地朝向气缸转向。此外，所述鳍片在待冷却的气缸之前产生背压，该背压在气缸的散热片的区域中效率提高地提高流动速度。
根据一种优选的实施形式，空气引导壳体在空气流入侧这样构造，使得该空气引导壳体在120°至220°、优选180°的径向范围上从冷却器单元获取冷却空气。如果如上所述在一种优选的实施形式的范围中，两个彼此对置的空气引导壳体设置在曲轴箱上，则优选在180°的径向范围上获取冷却空气。在该情况下可以省去用于遮盖风机叶轮的接触保护格栅器件，因为该风机叶轮由两个空气引导壳体完全包围。否则必须在冷却器单元的下述区域中安装相应的接触保护格栅器件，这些区域没有被空气引导壳体防接触地保护。
根据该空气引导壳体的一种优选的实施形式，该空气引导壳体构造为由金属制成的板材结构。在此，弧形的壳体形状可以通过倒圆或弯边产生。空气引导壳体在需要用于固定活塞式压缩机的弹性支承元件的位置上可以留有空隙。根据一种优选的实施形式，所述空气引导壳体设计成多件式的，其中，各单个壳体部件通过插接连接或通过螺纹连接可拆式地互相连接。由此简化可装配性、可触及性以及用于清洗散热片的维护。
然而也可考虑将空气引导壳体设计成一件式的，其优选由注塑成型的塑料制成。在此，用于空气引导的鳍片能够以在制造技术上简单的方式一体成形。该空气引导壳体可以替代于此至少部分地也由轻金属或类似物铸造而成。
附图说明
其它改进本发明的措施在下面与本发明的一种优选实施例的说明一起借助附图详细地阐述。其中：
图1示出具有外部的冷却空气引导装置的多级活塞式压缩机的透视图，
图2示出具有活塞式压缩机的冷却器单元的压缩机单元的透视图，
图3示出沿与图2不同的观察方向的具有活塞式压缩机的冷却器单元的压缩机单元的透视图，
图4示出沿与图3不同的观察方向的具有活塞式压缩机的冷却器单元的压缩机单元的透视图，
图5示出空气引导壳体沿第一观察方向的透视图，
图6示出空气引导壳体沿第二观察方向的透视图，并且
图7示出根据一种替代的实施形式的空气引导壳体的透视图。
具体实施方式
根据图1，所述多级活塞式压缩机主要包括压缩机单元1，电动马达形式的马达单元3利用法兰连接在压缩机单元的第一端侧2上，而冷却器单元5安装在相对置的端侧4上。冷却器单元5用于借助(在此不可见的)用于产生冷却空气的轴流式风机叶轮来冷却通过在压缩机单元1内部的压缩被加热的压缩空气流，该冷却空气沿压缩机单元1在外部流动。为了在压缩机单元1的区域中的外部的冷却空气引导，设置弧形地部分地径向围绕曲轴箱6延伸的空气引导壳体7。
根据图2，可旋转安装在曲轴箱6中的曲轴8(该曲轴在此在马达单元已拆卸的情况下可看到)驱动冷却器单元5的示意性地通过被遮盖的轮廓线示出的轴流式风机叶轮9。该轴流式风机叶轮9产生沿压缩机单元1的空气流，该空气流在大约180°的角度上通过空气引导壳体7接纳、沿径向方向部分地围绕曲轴箱6引导并且在空气排出侧朝向压缩机单元1的高压级的气缸10a引导，以便至少冷却该气缸10a。给压缩机单元1的高压级的气缸10a配置在上游连接的低压级的两个气缸10b以及10c。总体上，空气冷却的气缸10a至10c构成Boxer布置结构。
按照图3，空气引导壳体7在空气输入侧经由螺钉11(示例性地)在大约180°的径向区域上固定在冷却器单元5上。此外，空气引导壳体7在曲轴箱6这一方面经由另外的螺钉12(示例性地)固定。为了简单的可拆性，该空气引导壳体7设计成多件式的并且在这里由第一壳体部件7a和第二壳体部件7b组成，所述第一壳体部件和第二壳体部件在此通过各种不同的螺纹连接互相可拆式地连接。空气引导壳体7由弯曲的且弯边的金属板材区段制成，以便将在空气流入侧来自冷却器单元5的冷却空气流尽可能损耗少地引导到气缸10a。
图4中可看出曲轴箱6的相对于图3对置的侧，在该侧上设置有低压级的第二气缸10c。
根据图5，在此作为单个构件示出的空气引导壳体7由第一壳体部件7a和第二壳体部件7b组成，所述第一壳体部件和第二壳体部件通过螺纹连接件互相可拆式地连接。未进一步示出的气缸10a穿过空隙部13突出。第二壳体部件7b基本上U形地包围气缸10a并且尤其是也在流入侧下方在延长的横向区段14上包围该气缸。
在图6中，在空气引导壳体7的壁内侧设置有两个彼此隔开距离对置的鳍片15a和15b，所述鳍片在此处未进一步示出的待冷却的气缸10a的区域中设置在空气引导壳体7上。所述两个鳍片15a和15b用于将冷却空气流从轴向方向转向到径向方向，以继续引导到待冷却的气缸10a上。在该区域中发生的径向的冷却空气引导呈现出在压缩机单元1的一侧上的未进一步示出的轴流式风机9的形状并且防止冷却空气侧向流出，该冷却空气由此被朝向气缸转向。空气引导壳体7的盆几何形状引导冷却空气穿过在气缸10a下方的横向区段14直到相邻气缸10b的下边缘，该相邻气缸由此被一同次级冷却。
在图7中示出的空气引导壳体7’的替代实施形式是注塑成型的塑料件，鳍片15a’和15b’直接一体成形在该塑料件上。通过同样一体成形的横向区段14’，冷却空气也在此处未进一步示出的气缸下方一直引导到相邻的气缸，以便也一同冷却该气缸。
本发明不局限于上面说明的优选的实施例。而是也能够设想考虑由此出发的变型方案，所述变型方案被接下来的权利要求的保护范围包括。因此例如也可能的是，为单缸的压缩机单元配备按照本发明的外部的冷却空气引导装置。该冷却空气引导装置尤其适合用于将此处说明的紧凑结构的活塞式压缩机安装在盒形的防噪封装体内，以便尽管存在通过该封装引起的隔音仍然实现对活塞式压缩机足够的冷却。
附图标记列表
1 压缩机单元
2 第一端侧
3 马达单元
4 第二端侧
5 冷却器单元
6 曲轴箱
7 空气引导壳体
8 曲轴
9 轴流式风机叶轮
10 气缸
11 螺钉
12 螺钉
13 空隙部
14 横向区段
15 鳍片

Claims (11)

1.一种多级活塞式压缩机，其具有包括多个空气冷却的气缸(10a-10c)的压缩机单元(1)，该压缩机单元的安置在曲轴箱(6)中的曲轴(8)被在该压缩机单元的一个端侧(2)上利用法兰连接的马达单元(3)驱动，其中，在该压缩机单元(1)的对置的端侧(4)上设置被所述曲轴(8)驱动的并且安装在该压缩机单元上的冷却器单元(5)，该冷却器单元的集成的轴流式风机叶轮(9)将产生的冷却空气基本上向外沿该压缩机单元(1)吹送，其特征在于，为了在压缩机单元(1)的区域中的外部的冷却空气引导，至少一个弧形地至少部分地径向围绕曲轴箱(6)延伸的空气引导壳体(7)在空气输入侧安装在冷却器单元(5)上并且在空气排出侧安装在压缩机单元(1)的曲轴箱(6)上，使得由所述轴流式风机叶轮(9)产生的轴向空气流至少部分地由所述空气引导壳体(7)接纳并且沿径向方向至少部分地围绕所述曲轴箱(6)引导，以便到达至少一个在该空气引导壳体(7)的空气排出侧设置的气缸(10a)，并且在所述空气引导壳体(7)的壁内侧设置有至少一个朝向曲轴箱(6)沿径向延伸的鳍片(15a、15b)，以用于冷却空气转向，其中两个彼此间隔开距离对置的所述鳍片(15a、15b)在待冷却的气缸(10a)之前的区域中设置在所述空气引导壳体(7)上。
2.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，给所述压缩机单元(1)的高压级配置在所述空气引导壳体(7)的空气排出侧设置的气缸(10a)。
3.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，所述空气引导壳体(7)沿径向方向在90°至360°的转向角度上围绕压缩机单元(1)的所述曲轴箱(6)延伸。
4.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，所述空气引导壳体(7)在空气流入侧在120°至220°的径向范围上从冷却器单元(5)获取冷却空气。
5.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，所述空气引导壳体(7)构造为由金属制成的板材结构。
6.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，所述空气引导壳体(7)设计成多件式的，各单个壳体部件(7a、7b)通过插接连接或通过螺纹连接可拆式地互相连接。
7.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，与所述空气引导壳体(7)相邻地在冷却器单元(5)上设置用于遮盖所述轴流式风机叶轮(9)的接触保护格栅器件。
8.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，设置两个彼此对置地设置在压缩机单元(1)的曲轴箱(6)上的空气导板，给空气导板分别配置一个气缸(10a)以进行冷却。
9.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，所述压缩机单元(1)总共具有三个彼此按照气缸对置式结构型式设置的气缸(10a-10c)。
10.根据权利要求1所述的多级活塞式压缩机，其特征在于，所述空气引导壳体(7)在空气流入侧在180°的径向范围上从冷却器单元(5)获取冷却空气。
11.一种包括压缩空气系统的轨道车辆，该压缩空气系统具有根据上述权利要求1至10之一所述的多级活塞式压缩机，该多级活塞式压缩机安置在盒形的利用隔音材料加衬的防噪封装体中。
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