CN109844323B - 轴承装置、压缩机和用于制造这样的轴承装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承装置(90)、一种压缩机(15)和一种方法，其中，在至少径向方向上测量第一径向轴承元件(150)，其中，测量第一轴向轴承元件(175,180)到所述第一径向轴承元件的轴向间距，其中，在至少径向方向上测量所述第二径向轴承元件，其中，根据所述径向间隙(166)的预限定的第一宽度(B1)将所述第一径向轴承元件相对于所述第二径向轴承元件定位，其中，所述调准元件(215,220)这样布置，使得所述轴向间隙(205,210)具有预限定的第二宽度(BS2)。

Description

轴承装置、压缩机和用于制造这样的轴承装置的方法
技术领域
本发明涉及一种轴承装置、一种用于热泵回路的压缩机系统和一种用于制造轴承装置的方法。
背景技术
已知一种压缩机系统，其中，所述压缩机系统包括具有压缩机转子的压缩机和电机。电机驱动压缩机转子。为了切断压缩机系统，电机被无电流地接通，使得压缩机转子减速停止。
发明内容
本发明的任务是，提供一种改进的轴承装置、一种改进的压缩机和一种用于制造这样的轴承装置的改进的方法。
根据本发明提出一种轴承装置，该轴承装置具有流体动压的径向轴承、流体动压的轴向轴承和调准器件，
-其中，所述径向轴承包括第一径向轴承元件和第二径向轴承元件，
-其中，所述轴向轴承包括至少一个第一轴向轴承元件和第二轴向轴承元件，
-其中，所述调准器件与所述第二轴向轴承元件连接，
-其中，所述第一径向轴承元件和所述第一轴向轴承元件转矩锁合地相互耦合并且布置成能绕着旋转轴线转动，
-其中，所述第二径向轴承元件和所述第二轴向轴承元件转矩锁合地相互连接并且抗扭地布置，
-其中，在所述第一轴向轴承元件和所述调准器件之间设置有在轴向方向上延伸的轴向间隙，
-其中，在所述第一径向轴承元件和所述第二径向轴承元件之间布置有具有在径向方向上预限定的宽度的径向间隙，
-其中，所述第一径向轴承元件和所述第二径向轴承元件构造成至少区段式地锥形地彼此相对应，
-其中，借助所述调准器件能够将所述轴向间隙的间隙宽度调整到预限定值上，
-其中，所述调准器件具有多个间隔盘，其中，为了适配所述调准器件的厚度，通过改变所述间隔盘的数量将所述间隙宽度调整到预限定值。
已看到，可以通过以下方式提供一种改进的轴承装置：所述轴承装置包括流体动压的径向轴承和流体动压的轴向轴承，其中，径向轴承包括第一径向轴承元件和第二径向轴承元件。轴向轴承包括至少一个第一轴向轴承元件和第二轴向轴承元件，其中，调准器件与第二轴向轴承元件连接。第一径向轴承元件和第一轴向轴承元件转矩锁合地相互耦合并且布置成可绕着旋转轴线转动。第二径向轴承元件和第二轴向轴承元件转矩锁合地相互连接并且抗扭地布置。在第一轴向轴承元件和调准器件之间设置有在轴向方向上延伸的轴向间隙，其中，在第一径向轴承元件和第二径向轴承元件之间布置有具有在径向方向上预限定宽度的径向间隙，其中，第一径向轴承元件和第二径向轴承元件构造成至少区段式地锥形地彼此相对应，其中，借助调准器件能够将轴向间隙的间隙宽度调整到预限定值上。
该构型具有以下优点：可以扩宽用于制造径向轴承、尤其用于制造第一和/或第二径向轴承元件的公差窗口，并且因此，径向轴承可以特别低成本且简单地构造。此外，将第一径向轴承元件相对于旋转轴线的偏心布置保持得小。
在另一实施方式中，第二轴向轴承元件布置在面向第一径向轴承的一侧上。
在另一实施方式中，第一轴向轴承元件和/或第二轴向轴承元件布置成垂直于旋转轴线延伸。
在另一实施方式中，第一径向轴承元件具有第一径向轴承支承面和/或第二径向轴承元件具有第二径向轴承支承面，其中，第一径向轴承支承面和/或第二径向轴承支承面相对于旋转轴线围成具有一个值的角，其中，该值在0.1°至0.3°的范围内、尤其在0.1°至0.15°的范围内。由此保证，通过径向轴承支承面的锥形构型基本上避免通过径向轴承产生轴向力。由此可以省去轴向轴承的更坚固的设计。
在另一实施方式中，轴向轴承具有第三轴向轴承元件，其中，第三轴向轴承元件抗扭地布置，其中，第三轴向轴承元件优选布置在第一轴向轴承元件的背离径向轴承的一侧上，其中，在第三轴向轴承元件和第一轴向轴承元件之间布置有另一调准器件，其中，在调准器件和第一轴向轴承元件之间布置有第二轴向间隙，其中，所述另一调准器件构造为，使得能够将另一轴向间隙的另一间隙宽度调整到另一预限定值上。
特别有利的是，轴承装置如上面所说明地构造并且前述间隙宽度值和另一间隙宽度值基本上相等，或者其中，前述间隙宽度值大于另一间隙宽度值，或者其中，前述间隙宽度值小于另一间隙宽度值。
在另一实施方式中，用于热泵回路的压缩机系统具有轴和轴承装置，其中，轴承装置如上面所说明地构造，其中，轴承装置将轴以可绕着旋转轴线转动的方式支承。
为了制造上面所说明的轴承装置，特别有利的是，在至少径向方向上测量第一径向轴承元件，其中，测量第一轴向轴承元件到第一径向轴承元件的轴向间距，其中，在至少径向方向上测量第二径向轴承元件，其中，根据径向间隙宽度的预限定值将第一径向轴承元件相对于第二径向轴承元件定位，其中，这样调整调准器件，使得轴向间隙的间隙宽度具有预限定值。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明。在此示出：
图1热泵回路的示意图；
图2热泵回路的压缩机系统的一个示例的结构设计构型的纵截面；
图3在图2中所示的纵截面的局部；
图4用于制造在图4中所示的轴承装置的方法的流程图；
图5在第六方法步骤之后在图3中所示的轴承装置的局部。
具体实施方式
热泵回路10包括压缩机系统15、第一热交换器25、第二热交换器30和节流器35。
压缩机系统15具有电机40和压缩机45。电机40用于驱动压缩机45。压缩机45构造为涡轮机。
压缩机45具有输入侧50和输出侧55。压缩机45的输出侧55借助第一流体连接线路60与第一热交换器25的输入侧连接。第一热交换器25在输出侧借助第二流体连接线路65与节流器35连接。该节流器35借助第三流体连接线路70与第二热交换器30的输入侧连接。第二热交换器30的输出侧借助第四流体连接线路75与压缩机45的输入侧50连接。此外，热泵回路10包括载热介质80。载热介质80例如可以具有丙烷、丁烷和/或CO2。
压缩机45将载热介质80从输入侧50输送至输出侧55并且在此压缩载热介质80。载热介质80经由第一流体连接线路60被输送至第一热交换器25。第一热交换器25在此用作蒸发器并且在此例如从周围环境85吸收热W1。载热介质80经由第二流体连接线路65被引导至节流器35。在该节流器35上，载热介质80的压力减小。载热介质80以减小的压力经由第三流体连接线路70流到第二热交换器30。第二热交换器30用作冷凝器。在此，载热介质80释放热W2。被释放的热W2例如可以用于建筑物供暖。由此，例如也可以借助第二热交换器30加热例如在加热系统的缓冲存储器中的另一载热介质。载热介质80经由第四流体连接线路75又被引回至压缩机45的输入侧50。
图2示出在图1中所示的压缩机系统15的一个示例的结构设计构型的纵截面。
在该实施方式中，压缩机45示例性地构造为径向压缩机。当然也可以考虑压缩机45的其它结构设计构型。因此，例如也可以考虑，压缩机45构造为轴向压缩机。
压缩机系统15具有轴承装置90。该轴承装置90例如包括流体动压的第一径向轴承95、流体动压的轴向轴承100并且示例性地包括流体动压的第二径向轴承105。
此外，压缩机系统15具有壳体120和轴125。压缩机45具有压缩机转子130。轴承装置90将轴125可绕着旋转轴线135转动地支承。压缩机45的输入侧50相对于旋转轴线135径向地布置在内侧，而相反地，压缩机45的输出侧55相对于旋转轴线135径向地布置在外侧。
电机40具有电机转子140和电机定子145。电机定子145抗扭地布置并且与壳体120连接。电机转子140借助轴125示例性地与压缩机转子130转矩锁合地耦合。当然也可以考虑，在电机转子140和压缩机转子130之间例如设置有离合器和/或传动装置或者其它装置，以便将压缩机转子130与电机转子140耦合。
在该实施方式中，第一径向轴承95和第二径向轴承105例如将轴125可绕着旋转轴线135转动地支承。轴向轴承100确定轴125的轴向位置。通过压缩机转子130和电机转子140与轴125的耦合，以这种方式，也能够将电机转子140和压缩机转子130绕着旋转轴线135转动地支承，并且不但压缩机转子130而且电机转子140的轴向位置由轴向轴承100确定。轴承装置90也可以布置在其它位置上、例如在压缩机转子130上和/或在电机转子140上。
通过第一径向轴承95、轴向轴承100和第二径向轴承105分别构型为流体动压轴承保证，轴125的轴承装置特别低摩擦地、尤其在高转速时特别低摩擦地实施。
图3示出在图2中所示的压缩机系统15的半纵截面的局部。
第一径向轴承95具有第一径向轴承元件150和第二径向轴承元件155。第一径向轴承元件150在径向外侧布置在轴125上。第二径向轴承元件155与壳体120转矩锁合地连接，使得第二径向轴承元件155是抗扭的。第一径向轴承元件150在径向外侧在外周面上具有第一径向轴承支承面160，并且第二径向轴承元件155在内周面上具有第二径向轴承支承面165。第一径向轴承支承面160优选平行于第二径向轴承支承面165布置。在第一径向轴承支承面160和第二径向轴承支承面165之间，在压缩机系统15运行时在轴125在极限转速以上旋转时，第一径向轴承支承面160与第二径向轴承支承面165间隔开地布置，使得在第一径向轴承支承面160和第二径向轴承支承面165之间设置有径向间隙166。
径向间隙166在径向方向上具有宽度b1。第一径向轴承支承面160和第二径向轴承支承面165示例性地构造为锥形的。在此，第一径向轴承支承面160相对于旋转轴线135围成第一角度α1。第二径向轴承支承面165相对于旋转轴线135围成第二角度α2。第一角度α1和/或第二角度α2具有这样的值，其中，该值在0.1°至0.3°的范围内、尤其在0.1°至0.15°的范围内。优选地，第一径向轴承支承面160和第二径向轴承支承面165彼此平行地布置。
第二径向轴承105可以与第一径向轴承95相同地构造。第二径向轴承105也可以不同于第一径向轴承95构造。
轴向轴承100具有第一轴向轴承元件170、第二轴向轴承元件175和第三轴向轴承元件180。第一轴向轴承元件170与轴125转矩锁合地连接。在该实施方式中，第一轴向轴承元件170在转动平面内垂直于旋转轴线135布置。第一轴向轴承元件170在面向第二轴向轴承元件175和第一径向轴承95的端侧上具有第一轴向轴承支承面185并且在背离第一径向轴承95的另一端侧上具有第二轴向轴承支承面190。在第一轴向轴承支承面185上和/或在第二轴向轴承支承面190上可以设置有支撑结构195。该支撑结构195例如可以具有鱼骨状样式。
第二轴向轴承元件175和第三轴向轴承元件180与壳体120转矩锁合地连接。在此尤其可以考虑，在径向外侧上，耦合元件200将第二轴向轴承元件175和第三轴向轴承元件180相互连接。耦合元件200相对于第一轴向轴承元件170的位于径向外部的端部布置在径向外侧。耦合元件200在径向外侧与壳体120连接。
此外，轴承装置90包括第一调准器件215并且示例性地包括第二调准器件220。也可以省去第二调准器件220。第一调准器件215和第二调准器件220示例性地构造为盘形的。第一调准器件215示例性地具有至少一个第一间隔盘225，其中，在多个第一间隔盘225的情况下，这些第一间隔盘布置在第一组中。布置在第一组中的第一间隔盘225可以分别具有相同或不同的轴向厚度。第一调准器件215在轴向方向上具有第一厚度dJ1并且与第二轴向轴承元件175连接。在面向第二轴向轴承元件175的端侧上，第一调准器件215具有第三轴向轴承支承面235。在轴向方向上，在第一轴向轴承支承面185和第三轴向轴承支承面235之间布置有第一轴向间隙205。该第一轴向间隙205具有轴向的第一间隙宽度bS1，该间隙宽度具有预限定的第一值。
第二调准器件220轴向上布置在第三轴向轴承元件180和第一轴向轴承元件170之间并且与第三轴向轴承元件180连接。第二调准器件220在轴向方向上具有第二厚度dJ2。第二调准器件220示例性地具有至少一个第二间隔盘230，其中，在多个第二间隔盘230的情况下，这些第二间隔盘布置在第二组中。布置在第二组中的第二间隔盘230可以分别具有相同或不同的轴向厚度。第一和第二调准器件215,220借助耦合元件200与第三轴向轴承元件180转矩锁合地连接并且因此是抗扭的。
第二调准器件220在面向第二轴向轴承支承面190的端侧上具有第四轴向轴承支承面240。该第四轴向轴承支承面240与第二轴向轴承支承面190一起限界第二轴向间隙210。该第二轴向间隙210具有轴向的第二间隙宽度bS2，该间隙宽度具有预限定的第二值。优选地，第一间隙宽度bS1的第一值等于第二间隙宽度bS2的第二值。
在压缩机系统15运行时，轴125以高转速、优选以大于60000转/分钟的转速旋转。在此，在径向间隙166中形成压力垫，该压力垫支撑第一径向轴承元件150。此外，在第一和第二轴向间隙205,210中分别形成另一压力垫，所述另一压力垫防止，第一轴向轴承元件170碰撞在第三和/或第四轴向轴承支承面235,240上。
此外，由径向间隙166的预限定的宽度b1保证，旋转轴线135相对于第二径向轴承元件155的轴承轴线偏心不太大地布置。此外，通过预限定的宽度b1保证径向轴承95,105的高承载能力。此外，通过小的锥形构型和小的角度α值保证，通过径向轴承95,105基本上不产生要由轴向轴承100支撑的轴向力。
图4示出用于制造在图2和3中所示的轴承装置90的方法的流程图。图5示出在第六方法步骤425之后在图3中所示的轴承装置90的局部。
在第一方法步骤400中，磨削第一径向轴承支承面160。在此，第一径向轴承元件150可以与轴125一体并且材料统一地构造。第一径向轴承元件150也可以构造为环形的并且在径向外侧套装在轴125上。
在第二方法步骤405中，磨削第二径向轴承元件155的第二径向轴承支承面165。
在第三方法步骤410中，测量第一径向轴承支承面160的径向构型。在此尤其，不但测量第一径向轴承支承面160相对于旋转轴线135的第一角度α1而且测量在第一径向轴承支承面160的相应轴向端部上的第一(最小)外径dA1和第二(最大)外径dA2。
此外，测量第一径向轴承支承面160到第一轴向轴承支承面185的第一(最小)间距a1。
在第四方法步骤415中，测量第二径向轴承支承面165的几何构型。在此，不但测量第二径向轴承支承面165相对于旋转轴线135的第二角度α2而且测量第二径向轴承支承面165在第二径向轴承支承面165的相应轴向端部上的第一(最小)内径dI1以及第二(最大)内径dI2。此外，测量第三轴向轴承支承面235到第二径向轴承支承面165的第二(最小)间距a2。
在第五方法步骤420中，在第一径向轴承支承面160的所测量的几何构型、尤其是第一角度α1及第一和第二外径dA1、dA2以及第二径向轴承支承面165的几何构型、尤其是第二径向轴承支承面165相对于旋转轴线135的第二角度α2及第一和第二内直径dI1、dI2以及第一间距a1和第二间距a2的基础上，与宽度的限定值相结合地计算第一径向轴承元件150相对于第二径向轴承元件155的轴向位置。该轴向位置例如可以是第一径向轴承支承面160到第三轴向轴承支承面235的第三最小间距a3的相对位置。
在第六方法步骤425中，第一径向轴承元件150布置在在第五方法步骤420中所说明的位置上并且固定在该位置上。
在第七方法步骤430中，测量第一间隙宽度bS1和第二间隙宽度bS2。
在第八方法步骤435中，通过改变第一调准器件215的第一厚度dJ1将第一间隙宽度bS1调整到预限定的第一值上。在此，为了适配第一厚度dJ1，可以改变第一组中的第一间隔盘225数量。例如减少第一组中的第一间隔盘225数量。
在第九方法步骤440中，通过改变第二调准器件220的第二厚度dJ2将第二间隙宽度bS2调整到预限定的第二值上。在此，为了适配第二厚度dJ2，可以改变第二组中的第二间隔盘230数量。例如，在第一间隔盘225和第二间隔盘230的轴向构型相同时，将第二组中的第二间隔盘230数量增加相同的数量。
此外，以这种方式保证，在第三轴向轴承支承面235和第四轴向轴承支承面240之间的第四间距a4在装配期间是恒定的，并且另一方面，第一轴向间隙205和第二轴向间隙210理想地具有相同的间隙宽度bs1,bs2值。
在图1至5中所说明的压缩机系统15具有以下优点：可以扩宽径向轴承95,105在径向方向上的公差窗口，并且因此能够特别低成本且简单地制造径向轴承95,105。尤其例如可以考虑，可以将用于制造径向轴承支承面160,165和/或第一轴向轴承支承面和/或第二轴向轴承支承面185,190的制造公差提高直至300％、例如从1μm提高到4μm。
此外避免，为了第一径向轴承元件150相对于第二径向轴承元件155的定位，第一径向轴承元件150碰撞在第二径向轴承元件155上。以这种方式保证，径向间隙166具有预限定的宽度b1。
应指出，尤其在公差窗口的终端处，第一轴向轴承区段170能够在轴向方向上被如此远地移动，使得在第一轴向轴承支承面185和第二轴向轴承元件175之间能够省去第一调准器件215，或在第二轴向轴承支承面190和第三轴向轴承180之间能够省去第二调准器件220。在这种情况下，相应的另一调准器件215,220则分别具有其最大厚度dJ1,dJ2。

Claims (11)

1.一种轴承装置(90)，该轴承装置
-具有流体动压的径向轴承(95,105)、流体动压的轴向轴承(100)和调准器件(215,220)，
-其中，所述径向轴承(95,105)包括第一径向轴承元件(150)和第二径向轴承元件(155)，
-其中，所述轴向轴承(100)包括至少一个第一轴向轴承元件(170)和至少一个第二轴向轴承元件(175)，
-其中，所述调准器件(215,220)与所述第二轴向轴承元件(175)连接，
-其中，所述第一径向轴承元件(150)和所述第一轴向轴承元件(170)转矩锁合地相互耦合并且布置成能绕着旋转轴线(135)转动，
-其中，所述第二径向轴承元件(155)和所述第二轴向轴承元件(175)转矩锁合地相互连接并且抗扭地布置，
-其中，在所述第一轴向轴承元件(170)和所述调准器件(215,220)之间设置有在轴向方向上延伸的轴向间隙(205,210)，
-其中，在所述第一径向轴承元件(150)和所述第二径向轴承元件(155)之间布置有具有在径向方向上预限定的宽度(b1)的径向间隙(166)，
-其中，所述第一径向轴承元件(150)和所述第二径向轴承元件(155)构造成至少区段式地锥形地彼此相对应，
-其中，借助所述调准器件(215,220)能够将所述轴向间隙(205,210)的间隙宽度(bS1)调整到预限定值上，
-其中，所述调准器件(215,220)具有多个间隔盘(225,230)，其中，为了适配所述调准器件(215,220)的厚度(dJ1,dJ2)，通过改变所述间隔盘(225,230)的数量将所述间隙宽度(bS1)调整到预限定值。
2.根据权利要求1所述的轴承装置(90)，
-其中，所述第二轴向轴承元件(175)布置在所述第一轴向轴承元件(170)的面向所述径向轴承(95,105)的一侧上。
3.根据权利要求1或2所述的轴承装置(90)，
-其中，所述第一轴向轴承元件(170)和/或所述第二轴向轴承元件(175,180)布置成垂直于所述旋转轴线(135)延伸。
4.根据权利要求1或2所述的轴承装置(90)，
-其中，所述第一径向轴承元件(150)具有第一径向轴承支承面(160)和/或所述第二径向轴承元件(155)具有第二径向轴承支承面(165)，
-其中，所述第一径向轴承支承面和/或第二径向轴承支承面(160,165)相对于所述旋转轴线(135)围成具有一个值的角(α)，
-其中，所述值在0.1°至0.3°的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的轴承装置(90)，
-其中，所述轴向轴承(100)包括第三轴向轴承元件(180)，
-其中，所述第三轴向轴承元件(180)抗扭地布置，
-其中，在所述第三轴向轴承元件(180)和所述第一轴向轴承元件(170)之间布置有另一调准器件，
-其中，在所述另一调准器件和所述第一轴向轴承元件(170)之间设置有另一轴向间隙，
-其中，所述另一调准器件这样构造，使得能够将所述另一轴向间隙的另一间隙宽度(bS2)调整到另一预限定值上。
6.根据权利要求5所述的轴承装置(90)，
-其中，所述间隙宽度(bS1)的值和所述另一间隙宽度(bS2)的值基本上相等，或者
-其中，所述间隙宽度(bS1)的值大于所述另一间隙宽度(bS2)的值，或者
-其中，所述间隙宽度(bS1)的值小于所述另一间隙宽度(bS2)的值。
7.根据权利要求4所述的轴承装置(90)，其中，所述值在0.1°至0.15°的范围内。
8.根据权利要求5所述的轴承装置(90)，其中，所述第三轴向轴承元件(180)布置在所述第一轴向轴承元件(170)的背离所述径向轴承(95,105)的一侧上。
9.一种用于热泵回路(10)的压缩机系统(15)，
-其中，所述压缩机系统(15)包括轴(125)和轴承装置(90)，
-其中，所述轴承装置(90)根据前述权利要求中任一项所述地构造，
-其中，所述轴承装置(90)能够将所述轴(125)以能绕着所述旋转轴线(135)转动的方式支承并且确定所述轴(125)的轴向位置。
10.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述轴承装置(90)的方法，
-其中，在至少径向方向上测量所述第一径向轴承元件(150)，
-其中，测量所述第一轴向轴承元件(170)到所述第一径向轴承元件(150)的轴向间距(a1)，
-其中，在至少径向方向上测量所述第二径向轴承元件(155)，
-其中，根据所述径向间隙(166)的宽度的预限定值将所述第一径向轴承元件(150)相对于所述第二径向轴承元件(155)定位，
-其中，这样调整所述调准器件(215，220)，使得所述轴向间隙(205)的间隙宽度(bS1)具有预限定值。
11.根据权利要求10所述的方法，
-其中，所述轴向轴承(100)包括第三轴向轴承元件(180)，
-其中，在所述第三轴向轴承元件(180)和所述第一轴向轴承元件(170)之间布置有另一调准器件，
-其中，在所述另一调准器件和所述第一轴向轴承元件(170)之间设置有另一轴向间隙，
其中，这样调整所述另一调准器件，使得所述另一轴向间隙的另一间隙宽度(bS2)具有第二预限定值。
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