CN109563842A - 压缩机装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压缩气体的压缩机装置。该压缩机装置包括：驱动单元(3)，其具有可以被驱动旋转的驱动轴(4)；以及至少一个压缩机(1)，其包括压缩机外壳(2)、在该压缩机外壳(2)中形成的至少一个气体入口开口(21)、以及在该压缩机外壳(2)中形成且流体地连接到该至少一个气体入口开口(21)的至少一个气体出口开口。该压缩机(2)还具有至少一个叶轮(6)，该至少一个叶轮安排在该压缩机外壳(2)中、以固定旋转与该驱动轴(4)连接并且可以被驱动旋转，以用于将该气体从该至少一个气体入口开口(21)传递到该至少一个气体出口开口，并且该压缩机具有用于承载该至少一个叶轮(6)的至少一个轴承装置(38)，其中该至少一个轴承装置(38)安排在该压缩机外壳(2)并且在该至少一个叶轮(6)上。

Description

压缩机装置

本专利申请要求德国专利申请DE 10 2016 210 646.0的优先权，该专利申请通过援引并入本文。

本发明涉及一种压缩机装置，具体地涉及一种用于压缩诸如空气或技术气体的气体的侧通道压缩机装置。

在已知的侧通道压缩机装置中，对于驱动装置的驱动轴的制造准确度的要求非常高，因为压缩机的叶轮以高精度引导到压缩机壳体中。另外的困难在于，驱动轴一般由钢构成，而压缩机壳体通常由铸铝或灰铸铁构成。材料的不同膨胀系数引起其他问题。一方面，必须防止叶轮与压缩机壳体之间的接触。然而，另一方面，叶轮与压缩机壳体之间的过大间隙导致大的压降并且因此导致压缩机装置的效率降低。这个问题在若干个叶轮安排在共用驱动轴上时更糟。驱动装置相对于将有待压缩的气体的有效密封通常也很困难或涉及相当大的努力。又一缺点在于，如果修理或更换驱动装置，那么必须拆开相关联的压缩机，因为压缩机的一个或多个叶轮由驱动装置的驱动轴携载。

本发明是基于以下目标：克服现有技术的缺点并且提供一种改进的压缩机装置。具体地，该压缩机装置的效率旨在非常高并且该压缩机装置也旨在特别容易组装/拆卸。

根据本发明，这个目标由权利要求1中指明的特征实现。本发明的实质在于，安排至少一个轴承设备，具体地一侧直接安排在压缩机壳体上并且具体地另一侧直接安排在至少一个叶轮上。有利地，该至少一个轴承设备安放在至少一个叶轮上或在至少一个叶轮轴承表面上，而优选地该至少一个轴承设备安放在压缩机壳体中或在至少一个压缩机壳体轴承表面内。

该驱动装置有利地实施为电动驱动装置。其他驱动装置替代性地是可能的。

该压缩机装置是单级或多级压缩机装置。该至少一个叶轮直接或间接地驱动连接到驱动轴。该压缩机装置可以包括消音器。

该至少一个压缩机优选地实施为侧通道压缩机。因此，它优选地具有用于传导和压缩气体的侧通道。该至少一个叶轮便优选地具有多个叶轮叶片，这些叶轮叶片安排在侧通道中。

从属权利要求中指明了本发明的其他有利配置。

根据从属权利要求2所述的滚动轴承设备具有极低的摩擦阻力，因为滚动摩擦主要出现在那里。有利地，它具有若干个滚动体。有利的是滚动体安排在保持架(cage)中。滚动体实施为例如滚珠、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、自对准滚子、滚针等等。有利地，滚动轴承设备能够吸收径向和/或轴向力，其中同时该至少一个叶轮有可能旋转。

根据从属权利要求3所述的第一轴承主体优选地实施为外部主体或外座圈，而第二轴承主体优选地实施为内部主体或内座圈。外部主体包围内部主体。有利的是第一轴承主体与第二轴承主体同心地安排。滚动体优选地安排在第一轴承主体与第二轴承主体之间。

根据从属权利要求4和5所述的配置再一次指出至少一个轴承设备与驱动轴的分离。有利地，至少一个轴承设备的内部尺寸比驱动轴的相邻部分的外部尺寸大20％至150％。

根据从属权利要求6所述的至少一个压缩机壳体轴承表面有利地是环形或圆柱形的。它优选地面向驱动轴或驱动轴纵向中心轴线。

根据从属权利要求7所述的至少一个叶轮轴承表面有利地是环形或圆柱形的。它优选地背离驱动轴或驱动轴纵向中心轴线。在压缩机装置的组装状态下，特定轴承设备的至少一个压缩机壳体轴承表面和至少一个叶轮轴承表面优选地彼此同心且围绕驱动轴或驱动轴纵向中心轴线同心地安排。

根据从属权利要求8所述的两个轴承装置有利地成对安排。它们优选地相同。

根据从属权利要求9所述的至少一个联接装置允许将来自驱动轴的旋转和转矩传输到所联接的叶轮。它有利地与驱动轴和至少一个叶轮分开实施。有利地，至少一个联接装置直接地或间接地连接到驱动轴以便在组装状态下共同旋转。具体地，在一个联接装置与驱动轴之间提供形状配合连接、尤其是滑键连接。有利地，在组装状态下，至少一个联接装置直接地或间接地连接到至少一个叶轮以便共同旋转。至少一个联接装置优选地是多部件联接装置。

根据从属权利要求10，联接装置被安排成好像至少局部地在至少一个轴承设备内。

根据从属权利要求12，在至少一个联接装置与至少一个叶轮之间作用的磁力例如可由该至少一个联接装置和该至少一个叶轮上的磁体、尤其是永磁体实现。替代性地，至少一个磁体、尤其是永磁体安排在至少一个联接装置或至少一个叶轮上，而另一部分随后至少可局部地磁化。

根据从属权利要求13所述的密封装置导致特别长的使用寿命和压缩机装置的极高效率。它有利地由柔性密封材料形成。优选地，密封装置实施为密封环。它有利地实施为轴向密封环和/或径向密封环。它尤其防止气体在压缩机壳体与至少一个叶轮之间不合需要地转移。

下文中参考附图通过举例方式来描述本发明的若干优选实施例，在附图中：

图1示出了根据第一实施例的根据本发明的压缩机装置的截面图，

图2示出了图1所示的压缩机装置的分解图，

图3示出了根据第二实施例的根据本发明的压缩机装置的截面图，

图4示出了图3所示的压缩机装置的分解图，

图5示出了根据第三实施例的根据本发明的压缩机装置的截面图，

图6示出了图5所示的压缩机装置的分解图，

图7示出了根据第四实施例的根据本发明的压缩机装置的截面图，并且

图8示出了图7所示的压缩机装置的分解图。

图1和图2中以其整体示出的用于压缩气体的单级侧通道压缩机装置包括压缩机1，该压缩机具有压缩机壳体2和驱动装置3，该驱动装置凸缘安装在压缩机壳体2的端面上。

驱动装置3实施为电动驱动装置。它具有可旋转驱动的驱动轴4，该驱动轴围绕驱动轴纵向中心轴线5可旋转驱动。驱动轴4的旋转是经由驱动装置3的磁力引起的。

压缩机1具有叶轮6，该叶轮安排在压缩机壳体2中、包括多个叶轮叶片7并且连接到驱动轴4以便共同旋转。叶轮6以可旋转或可旋转驱动方式安装在压缩机壳体2中，其中就支撑而言该叶轮与驱动轴4分离。

压缩机壳体2包括壳体主体8和壳体外罩9，该壳体主体和该壳体外罩根据图1进行组装并且共同地封闭叶轮6与叶轮叶片7。

壳体主体8具有中心第一轮毂10，该第一轮毂具有面向内的圆柱形第一压缩机壳体轴承表面11。第一轮毂10由环状地延伸的第一连接板形成。此外，壳体主体8具有环形第一侧壁12，该第一侧壁从第一轮毂10径向向外地延伸。第一侧壁12在外部与环绕状第一通道部分13邻接。第一轮毂10、第一侧壁12以及第一通道部分13被配置成一体铸件并且共同形成壳体主体8。

借助于若干个连接螺钉(未示出)与壳体主体8旋拧在一起的壳体外罩9包括中心第二轮毂14，该第二轮毂原则上是以对应于第一轮毂10的方式形成。第二轮毂14由环状地延伸的第二连接板形成并且形成圆柱形面向内的第二压缩机壳体轴承表面15。第二轮毂14与第二环形侧壁16邻接，该第二环形侧壁径向向外地延伸。第二轮毂14由外罩主体18轴向地封闭。连接到第二侧壁16的外部的是环绕状第二通道部分17。第二轮毂14、第二侧壁16和第二通道部分17、以及外罩主体18被配置成一体铸件并且共同形成壳体外罩9。

壳体主体8和壳体外罩9连接在一起，使得两个轮毂10、14彼此对准并且两个通道部分13、17共同地界定用于压缩气体的侧通道19。在这种情况下，两个侧壁12、16以彼此间隔开且平行的方式延伸。侧通道19以间隔开的方式围绕压缩机纵向中心轴线20环状地延伸，该压缩机纵向中心轴线在侧通道压缩机装置的组装状态下与驱动轴纵向中心轴线5对准或重合。

在壳体主体8的底部处形成的是气体入口开口21，该气体入口开口通向侧通道19中。还设在壳体主体8中的是气体出口开口(未示出)，该气体出口开口同样地流连接到侧通道19并且安排在气体入口开口21旁边。气体入口开口21有利地与气体入口短端部(未示出)邻接，而对应突出的气体出口短端部(未示出)优选地附接到气体出口开口。在气体入口开口21与气体出口开口之间，中断器(未示出)安排在侧通道19中。

叶轮6以单环且圆盘状方式实施。它包括中心叶轮轮毂22，该中心叶轮轮毂由两个相互对准的叶轮轮毂主体23形成。每个叶轮轮毂主体23由环状地延伸的连接板形成并且具有面向外的圆柱形叶轮轴承表面24，该叶轮轴承表面在侧通道压缩机装置的组装状态下与压缩机壳体轴承表面11和15同心地延伸。在叶轮轮毂主体23之间延伸有联接壁27，该联接壁在中心封闭叶轮轮毂22并且被形状配合切口28穿透。叶轮轮毂22在外部与采用圆环形式的叶轮轮盘25径向地邻接。叶轮轮盘25在外部与支撑环26径向地邻接，该支撑环沿压缩机纵向中心轴线20的方向在两侧上与叶轮轮盘25重叠。支撑环26以在圆周方向上分布的方式携载多个叶轮叶片7，该多个叶轮叶片径向地突出并且以等距方式安排。叶轮轮毂22、叶轮轮盘25和支撑环26、以及联接壁27被配置成一体铸件。

为了将叶轮6连接到驱动轴4以便共同旋转，使用单独的联接装置29。联接装置29包括第一套管式联接部分30，该第一套管式联接部分在组装状态下安放在驱动轴4上并且经由滑键连接而连接到该驱动轴以便共同旋转。为了这个目的，滑键31已经周向地插入驱动轴4中，所述滑键31相对于驱动轴4径向向外地突出。滑键31以形状配合方式接合在第一联接部分30中的内部轴向滑键槽32中。第一联接部分30还具有径向地突出的环形壁33和第一形状配合主体34，这些第一形状配合主体相应地在驱动轴纵向中心轴线5和压缩机纵向中心轴线20的方向上从环形壁33突出。第一形状配合主体34相应地围绕纵向中心轴线5或20以等距方式安排。

此外，联接装置29具有基本上呈星形的第二联接部分35。第二联接部分35具有环形主体36和从环形主体36径向地突出的第二形状配合主体37。第二形状配合主体37在环形主体36上以等距方式安排。

在联接装置29的组装状态下，第一形状配合主体34和第二形状配合主体37以形状配合方式彼此接合，使得旋转移动和转矩可由驱动轴4从第一联接部分30传递到第二联接部分35。第一形状配合主体34和第二形状配合主体37还相应地以形状配合方式接合在联接壁27中且在联接壁27中的形状配合切口28中，结果是旋转移动和转矩可从驱动装置3传递到叶轮6。驱动轴4接合在叶轮6中但不穿过该叶轮。它在距联接壁27的某一距离处终止。

叶轮6经由滚动轴承设备38以可旋转或可旋转驱动方式安装在压缩机壳体2中。滚动轴承设备38包括相同地实施的第一滚动轴承装置39和第二滚动轴承装置40。每个滚动轴承装置39、40具有内径DI的内座圈41和外座圈42、以及安排在它们之间的滚动体43，这些滚动体安排在对应保持架62中。每个滚动轴承装置39、40的内座圈41和外座圈42各自围绕纵向中心轴线5或20同心地安排。第一滚动轴承装置39安排在壳体主体8的侧向保持主体44旁边，而第二滚动轴承装置40横向地抵靠在外罩主体18的内部上。

在侧通道压缩机装置的组装状态下，第一滚动轴承装置39安放成使它的内座圈41直接位于驱动装置侧叶轮轴承表面24上，而第二滚动轴承装置40安放成使它的内座圈41直接位于外罩侧叶轮轴承表面24上。有利地，内座圈41安排在叶轮轴承表面24上以便在那里共同旋转。有利地，内座圈41冷缩配合在叶轮轴承表面24上。每个内座圈41有利地具有内径DI，该内径DI比驱动轴4的相邻部分的外径DA大了约50％。在这种情况下，叶轮轴承表面24和内座圈41以与驱动轴4径向地间隔开的方式安排。它们以径向地间隔开的方式包围驱动轴4。

第一滚动轴承装置39的外座圈42容纳在第一轮毂10中并且安放在第一压缩机壳体轴承表面11中。第二滚动轴承装置40的外座圈42容纳在第二轮毂14中并且安放在第二压缩机壳体轴承表面15中。有利地，外座圈42连接到相应的压缩机壳体轴承表面11和15以便共同旋转。

在滚动轴承装置39、40之间，叶轮轮盘25径向向外地延伸。

在操作期间，驱动轴4由驱动装置3设置旋转，这最终也导致叶轮6因为联接到联接装置29而进行对应旋转。扫过气体入口开口21的叶轮叶片7经由气体入口开口21而吸入将被压缩到侧通道19中的气体。它们使位于侧通道19中的气体在叶轮6的旋转方向上加速。在该过程中，气体被封闭在单元中，这些单元在内部以支撑环26为界并且在周向上以相邻叶轮叶片7为界。在旋转结束时，叶轮叶片7再次经由气体出口开口将压缩气体从侧通道19排出。该压缩气体在该过程中经过压缩机1中的约300°的角路径。中断器防止由叶轮6运送的气体从侧通道19内的气体出口开口向前运送到气体入口开口21。

与其中压缩机的叶轮安放在驱动装置的驱动轴上的传统压缩机装置相对比，在这种情况下，滚动轴承设备39已经充分地放大以便使这些叶轮与驱动轴分离。

本文所使用的表达“轴向”和“径向”相应地涉及彼此对准或重合的纵向中心轴线5和20。

在下文中，参考图3和图4描述第二实施例。相同部分具有与前一实施例中相同的附图标记，参考对该前一实施例的描述。结构不同但功能等效的部分具有相同附图标记但后面加上“a”。

与第一实施例相比，压缩机1a在这里不同地实施。与第一实施例相对比，在这个压缩机1a中，相应地存在两个密封环45和46。彼此相反地定位的密封环45、46以密封方式抵靠叶轮轮盘25。此外，它们以密封方式抵靠相应叶轮轴承表面24a。

为了容纳相应密封环45和46，叶轮轮毂22a在叶轮6a的外壳中延伸。与第一实施例相比，叶轮轮毂主体23a因此也轴向地延伸。

压缩机壳体2a也与第一实施例不同地实施。壳体主体8a具有用于接纳第一密封环45的对应插座。为此，保持主体44a以对应轴向地偏移的方式安排。

此外，代替一体外罩主体，存在单独的外罩主体18a，该外罩主体可连接到实际的壳体外罩9a。在外罩主体18a中形成第二压缩机壳体轴承表面15a。

在下文中，参考图5和图6描述第三实施例。相同部分具有与第一实施例中相同的附图标记，参考对该第一实施例的描述。结构不同但功能等效的部分具有相同附图标记但后面加上“b”。

这个实施例与第一实施例的不同之处是压缩机1b。具体地，驱动轴4与叶轮6b之间的联接被不同地配置。在这种情况下，存在磁性联接。

为此，联接装置29b具有套管式第一联接部分30b，该第一联接部分带有周向地安排的第一永磁体47。第一永磁体47整体以圆柱形方式安排。第一联接部分30b同样与驱动轴4滑键连接。

此外，联接装置29b具有第二中空圆柱形联接部分35b，该联接部分接纳在现在连续的叶轮轮毂22b中以便共同旋转并且由多个第二永磁体48形成。第二永磁体48整体以圆柱形方式安排。

在组装状态下，第一联接部分30b接合在叶轮轮毂22b中。第二永磁体48包围第一永磁体47并且磁性地连接到该第一永磁体，使得存在对应的磁场。因此在叶轮6b与联接装置29b之间产生用于共同旋转的连接。

在第一永磁体47与第二永磁体48之间延伸有导向套49，该导向套由可磁化材料或者不会削弱第一永磁体47与第二永磁体48之间的磁场的材料制成。

在下文中，参考图7和图8描述第四实施例。相同部分具有与第一实施例中相同的附图标记，参考对该第一实施例的描述。结构不同但功能等效的部分具有相同附图标记但后面加上“c”。

在这个实施例中，压缩机装置是双级压缩机装置并且包括两个压缩机1c，该两个压缩机安排在彼此旁边并且原则上是以相同方式实施。压缩机1c不同于根据第一实施例的压缩机1。

驱动装置侧第一压缩机1c具有压缩机壳体2c，该压缩机壳体带有壳体主体8和壳体外罩9c。与第一实施例相比，壳体外罩9c具有在外罩主体18c中的穿过式开口50。此外，壳体外罩9c具有在其端面的外部上的轴向地突出的第一连接环51和平面第一连接面52，该第一连接环在外部上与该第一连接面径向地邻接。

与第一实施例相比，第一压缩机1c的叶轮6c的联接壁27c轴向地扩宽。

如在第一实施例中，联接装置29以形状配合方式接合在联接壁27c中，结果是第一压缩机1c的叶轮6c可旋转驱动。

第二压缩机1c具有与第一压缩机1c的压缩机壳体2c类似的第二压缩机壳体53。存在第二壳体主体54，与第一压缩机1c的壳体主体8相对比，该第二壳体主体具有用于以密封方式连接到第一压缩机1c的壳体外罩9c的第一连接面52的平面第二连接面55。第二压缩机1c的第二壳体主体54还具有环形肩部56，其中第一压缩机1c的第一连接环51在压缩机装置的组装状态下以形状配合方式接合。

与第一压缩机1c的壳体外罩9c相对比，第二压缩机1c的第二壳体外罩57具有封闭的外罩主体18。

第二压缩机1c的第二叶轮6c以对应于第一压缩机1c的叶轮6c的方式实施。它以对应于第一压缩机1c的第一叶轮6c的方式安装在第二压缩机壳体53中。

两个叶轮6c连接在一起以便共同旋转，在这种情况下以形状配合方式连接。为了这个目的，提供类似于第一实施例的联接装置29的第二联接装置58。同样，存在套管式第一联接部分59，然而该套管式第一联接部分在每一端处承载环形壁60。形状配合主体61在相反方向上从每个环形壁60轴向地突出。

每个环形壁60的形状配合主体61同样连接到星形第二联接部分35以便共同旋转。面向驱动装置3的形状配合主体61和相关联的第二联接部分35以形状配合方式接合在第一压缩机1c的第一叶轮6c中，而背离驱动装置3的形状配合主体61和相关联的第二联接部分35以形状配合方式接合在第二压缩机1c的第二叶轮6c中。

由驱动装置3传递的转矩和对应旋转移动因此经由第二联接装置58从第一压缩机的叶轮6c传输到第二压缩机1c的第二叶轮6c。

单独实施例的组合是可能的。

Claims (14)

1.一种用于压缩气体的压缩机装置，该压缩装置包括

a)驱动装置(3)，其具有可旋转驱动的驱动轴(4)，以及

b)至少一个压缩机(1；1a；1b；1c)，其具有

i)压缩机壳体(2；2a；2c，53)，

ii)在该压缩机壳体(2；2a；2c，53)中形成的至少一个气体入口开口(21)，

iii)在该压缩机壳体(2；2a；2c，53)中形成的至少一个气体出口开口，所述气体出口开口与该至少一个气体入口开口(21)处于流连接，

iv)至少一个可旋转驱动的叶轮(6；6a；6b；6c)，其安排在该压缩机壳体(2；2a；2c，53)中并连接至该驱动轴(4)以便共同旋转，以用于将该气体从该至少一个气体入口开口(21)传递到该至少一个气体出口开口，以及

v)至少一个轴承设备(38)，其用于支撑该至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)，其中该至少一个轴承设备(38)

-安排在该压缩机壳体(2；2a；2c，53)上，并且

-安排在该至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)上。

2.如权利要求1所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个轴承设备(38)实施为滚动轴承设备。

3.如权利要求1或2所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个轴承设备(38)包括安排在该压缩机壳体(2；2a；2c，53)上的第一轴承主体(42)和安排在该至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)上的第二轴承主体(41)。

4.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个轴承设备(38)以与该驱动轴(4)径向地间隔开的方式安排。

5.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个轴承设备(38)具有内部尺寸(DI)，该内部尺寸比该驱动轴(4)的相邻部分的外部尺寸(DA)大得多。

6.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该压缩机壳体(2；2a；2c，53)具有用于至少局部地安排在该至少一个轴承设备(38)上的至少一个面向内的压缩机壳体轴承表面(11，15；11a，15a)。

7.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)具有用于至少局部地安排在该至少一个轴承设备(38)上的至少一个面向外的叶轮轴承表面(24；24a)。

8.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个轴承设备(38)包括两个轴承装置(39，40)，其中至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)在该两个轴承装置(39，40)之间径向地延伸。

9.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征为至少一个联接装置(29；29b；58)，该至少一个联接装置连接到该驱动轴(4)和至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)以便共同旋转。

10.如权利要求9所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个轴承设备(38)至少部分地围绕该至少一个联接装置(29；29b；58)延伸。

11.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个联接装置(29；29b；58)具有连接到该驱动轴(4)以便共同旋转的第一联接部分(30；30b；59)和连接到该第一联接部分(30；30b；59)以便共同旋转的第二联接部分(35；35b)，其中该第一联接部分(30；30b；59)和/或该第二联接部分(35；35b)连接到该至少一个叶轮(6；6a；6b；6c)以便共同旋转，其中优选地该第一联接部分(30)与该第二联接部分(35)在组装状态下以形状配合的方式连接在一起。

12.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征在于，该至少一个联接装置(29b)与该至少一个叶轮(6b)借助于磁力连接在一起以便共同旋转，其中优选地该至少一个联接装置(29b)包括至少一个第一磁体(47)并且至少一个叶轮(6b)包括至少一个第二磁体(48)，该至少一个第二磁体连接到该至少一个第一磁体(47)以便共同旋转。

13.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征为至少一个密封装置(45，46)，该至少一个密封装置以密封方式支承抵靠该压缩机壳体(2a)和该至少一个叶轮(6a)。

14.如前述权利要求之一所述的压缩机装置，其特征为至少两个叶轮(6c)，其中每个叶轮(6c)

a)连接到该驱动轴(4)以便共同旋转，并且

b)经由至少一个轴承设备(38)以可旋转驱动的方式安装，该至少一个轴承设备

i)安排在该压缩机壳体(2c)上，并且

ii)安排在该至少一个叶轮(6c)上。