CN110832204A - 压缩器机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压缩器机器(10；10a)，尤其是发电机或用于压缩气体的压缩器装置，具有在壳体(18)中以可绕纵轴线(11)旋转的方式布置的轴(12)，其中，轴(12)在至少两个径向轴承(20，22)和一个轴向轴承(24)中受支承，其中，径向轴承(20，22)和/或轴向轴承(24)构造为动压空气轴承或静压空气轴承，和其中，轴(12)至少间接与具有工作轮(13)的压缩器级(15)或驱动级连接。

Description

压缩器机器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的压缩器机器。
背景技术
这种压缩器机器由现有技术已知并且例如用作用于压缩空气或气体的压缩机。在此，压缩器机器的轴在壳体中支承在至少两个径向轴承和一个轴向轴承中。轴与工作轮连接，在压缩器的情况中通过轴驱动或者说旋转该工作轮，而在发电机的情况中流动的气体与工作轮形成作用连接，从而该工作轮将轴驱动，以产生电流。
此外，普遍已知的是，这种压缩器机器的效率取决于径向和轴向缝隙尺寸的大小。缝隙尺寸的大小影响泄漏、有效横截面以及由涡旋造成的损失，使得由此影响压缩器机器的热动态效率。在多级流动机器的情况中，壳体和轴之间的热膨胀会引起工作轮缝隙的附加增大。作为应对措施而已知的是将壳体的热膨胀减小(US4,101,242)。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1特征的压缩器机器具有的优点是：该压缩器机器通过减小轴的热膨胀使得也可在未特殊构造的壳体的情况下这样改善效率：以简单和有效的方式通过将轴在压缩器机器运行范围上的热膨胀减小来减小所产生的工作缝隙的变化。
具体地，本发明提出，设有用于将轴在壳体中在该轴的纵向上的热膨胀减小的器件(Mittel)。该器件因而在流动机器的整个运行范围或者说温度范围上引起：即使在相对高的转速的情况下或者说轴的相对高的负载的情况下工作缝隙也仅稍微变大或者说改变或在最好的情况下完全不变大或者说改变。
根据本发明的压缩器机器的有利的扩展方案在从属权利要求中举出。
在用于将轴在其纵向上的热膨胀减小的器件的第一具体构型中提出，所述器件包括用于冷却布置在壳体中、与轴连接的马达或发电机的第一器件，其中，第一器件改善从轴到周围环境的热量导出。这种第一器件引起热量更好地从轴朝马达或发电机的方向传递至周围环境，由此限制轴的变热并从而限制轴的膨胀。
在提到的构型的具体扩展方案中设置，第一器件包括用于冷却定子的装置。定子在此通常布置在压缩器机器的壳体的区域中并且为了根据本发明地构造有第一器件而例如具有冷却体，该冷却体布置成与周围环境作用连接，以通过空气冷却来使得能实现更好的热流或者说将热量更好地导出到周围环境。
在第一器件的替代的或者说与之不同的构型中可设置，第一器件包括紧固在轴上的磁元件的结构化部和/或包括定子的与磁元件共同作用的表面的结构化部，用于改善从磁元件到定子的热传递。换言之，这意味着，结构化部引起经由在磁元件和定子表面之间的气隙的更好的热流。这种结构化部可示例性并且不起限制作用地以微结构化部或宏观结构化部的形式构造，其中，该结构的具体实施方案取决于雷诺数和泰勒级数。
在替代的构型中也可设置，用于将轴在其壳体中沿纵向的热膨胀减小的器件包括用于借助空气或气体至少间接冷却轴的第二器件。
具体可设置，第二器件包括将来自至少一个压缩器级或驱动级的经压缩的气体供应给轴的供应装置。因而将通过压缩器级或驱动级的工作轮而流动的气体的一部分用于使得将该部分传导给轴，以将轴在其外周冷却并由此减小热膨胀。
替代地可设置，将在动压空气轴承及静压空气轴承的情况下从在轴承区域中的泄漏缝隙流出的气体或流出的空气用于将该气体或空气供应给轴，以将轴冷却。但也可设置，将在压缩器机器的其他区域中积累的泄漏空气或泄漏气体传导和使用到壳体中或者说传导和使用用于冷却轴。
替代地或又附加地可设置，第二器件构造用于将经压缩的气体和/或泄漏空气和/或泄漏气体供应给可至少间接被轴加热的构件。因而通过该措施同样使得能将变热的轴的热量经由布置为与轴作用连接的构件更好地导出，尤其是导出到周围环境。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节可从后面对优选实施例的描述以及根据附图得到。
附图示出:
图1压缩器机器的示意图，其中，在压缩器机器的定子或转子的区域中存在改善的热量导出，和
图2压缩器机器的同样极其简化的图示，其中，将泄漏气体或者说泄漏空气用于改善轴的冷却或者说用于导出热量。
在附图中相同的元件或者具有相同功能的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1极其示意地示出第一压缩器机器10。压缩器机器10用于压缩气体并且为此具有可绕纵轴线11旋转地受支承的轴12，该轴在一个端部上与具有工作轮13的压缩器级15抗扭连接。压缩器级15或者说工作轮13构造为流动器件，以将供应给工作轮13的或者说被工作轮13抽吸的气体从第一压力p1提高到第二压力p2，第二压力大于第一压力p1。压缩器机器10或者说压缩器装置还具有仅仅区域地示出的壳体18，轴12至少区域地布置在该壳体中。壳体18还用于布置两个径向轴承20，22和一个轴向轴承24，其中，轴承构造为动压空气轴承或静压空气轴承，即轴承在使用气体或者说空气作为轴12和对应轴承之间的润滑介质的情况下工作。
轴12的驱动借助电动马达26进行，该电动马达示例性具有紧固在轴12的外周上的多个磁元件28，磁元件与布置在壳体18的区域中的定子30共同作用。此外，在磁元件28和定子30之间，相对小的气隙32构造为沿径向围绕纵轴线11的气隙32。
在轴12运行的情况下，轴以及布置为与轴12作用连接的构件或者说壳体18变热。例如在轴12以超过100000转每分钟的转速旋转时，在径向轴承20，22的区域中产生会导致轴12变热的摩擦热。也进行从工作轮13或者说压缩器级15到轴12中的热传递，因为在压缩器级15中压缩气体时形成热量。轴12的变热导致轴12在轴12的纵轴线11的方向上的热膨胀。由此，轴12和将轴12或工作轮13包围的构件之间的工作缝隙改变，该改变会使压缩器机器10的效率变差。
为了减小这种效应，压缩器机器10具有第一器件34，该第一器件用于使得能将热量改善地从轴12导出到周围环境。第一器件34包括布置成与定子30作用连接的(环形的)冷却元件36。为此，冷却元件36例如通过导热胶38与定子30的外周连接并且构造用于将从定子30导入到冷却元件中的热量放射到周围环境。示例性地，冷却体36可构造为从壳体18分开独立的构件，但也可构造为集成在壳体18中的构件并且同样纯示例性地具有冷却肋40，用于将放射到周围环境的放射表面变大。
第一器件34具有既布置在磁元件28或者说轴12的区域中也布置在定子30的区域中的结构化部42，44，尤其是用于将定子30和磁元件28在工作缝隙32的区域中的表面增大。结构化部42，44可构造为微结构化部或者宏观结构化部，例如通过激光结构化或化学蚀刻过程或类似的。尤其是，结构化部42，44一方面用于轴12的经改善的热量放射，而另一方面用于定子30的经改善的热量接收。换言之，这意味着，结构化部42，44引起磁元件28并从而轴12和定子30之间的改善的热流或者说减小的传热阻抗。
图2所示的压缩器机器10a与图1的压缩器机器10的区别在于：设有第二器件46，其引起轴12或者说与轴12作用连接的构件的主动冷却。例如设置，将在工作轮13的区域中产生的经压缩的空气或者说经压缩的气体通过流动路径48导入到壳体18的内部中，尤其是磁元件28或者说轴12和定子30之间的工作缝隙32的区域中。尽管没有详细示出，但特别有利的是，压缩器机器10a附加地具有结合压缩器机器10解释的用于改善从轴12到周围环境的热量导出的第一器件34。因而可通过将气体或者说空气从工作轮13的区域经由流动路径48供应来实现轴12的主动冷却。
此外，附加地或替代地，取代于工作轮13，可经由流动路径48将来自压缩器机器10a的其他区域的泄漏空气或泄漏气体为了冷却轴12而导入到壳体18中。
此外，根据图2的图示可识别到，径向轴承20，22借助供应管路50被供应以用于运行动压空气轴承及静压空气轴承的气体或者说空气。也可设置，至少部分地使用从径向轴承20，22的区域流出的泄漏空气，以将其同样用于冷却轴12。这通过实线箭头52表示，其应示出从径向轴承20流出的泄漏空气不被输出到周围环境，而是例如适宜地传导到磁元件28或者说轴12和定子30之间的工作缝隙32中。
上述压缩器机器10，10a能以多种方式变型及改型，而不会偏离本发明的基本构思。例如可设想，使用将径向轴承和轴向轴承的功能统一到唯一一个轴承装置中的轴承装置。还可设想，尤其是在压缩器机器10a的情况下，例如感测压缩器机器10a的转速或运行参数并且将其供应给控制装置。控制装置则例如调节泄漏空气的供应或来自工作轮13的空气的供应，用于冷却轴12。

Claims (10)

1.一种压缩器机器(10；10a)，尤其是发电机或用于压缩气体的压缩器装置，该压缩器机器具有能绕纵轴线(11)旋转地布置在壳体(18)中的轴(12)，其中，该轴(12)支承在至少两个径向轴承(20，22)和至少一个轴向轴承(24)中，其中，所述径向轴承(20，22)和/或轴向轴承(24)构造为动压空气轴承或静压空气轴承，和其中，所述轴(12)至少间接与具有工作轮(13)的压缩器级(15)或驱动级连接，
其特征在于，
设有用于将所述轴(12)在所述壳体(18)中沿所述纵轴线(11)的方向的热膨胀减小的器件(34，46)。
2.根据权利要求1所述的压缩器机器，其特征在于，
所述器件构造为第一器件(34)，该第一器件用于冷却布置在所述壳体(18)中、与所述轴(12)连接的马达(26)或发电机，其中，第一器件(34)改善从所述轴(12)到周围环境的热量导出。
3.根据权利要求2所述的压缩器机器，其特征在于，
第一器件(34)包括用于冷却定子(30)的装置(36)。
4.根据权利要求2或3所述的压缩器机器，其特征在于，
第一器件(34)包括紧固在所述轴(12)上的磁元件(28)的结构化部和/或包括定子(30)的与磁元件(28)共同作用的表面的结构化部(42，44)，用于改善从磁元件(28)到定子(30)中的热传递。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压缩器机器，其特征在于，
所述器件包括第二器件(46)，该第二器件用于借助气体、尤其是借助空气至少间接冷却所述轴(12)。
6.根据权利要求5所述的压缩器机器，其特征在于，
第二器件(46)包括供应装置，该供应装置将来自至少一个压缩器级(15)或驱动级的经压缩的气体供应给所述轴。
7.压缩器机器根据权利要求5或6，其特征在于，
第二器件(46)包括供应装置，该供应装置将在径向轴承(20，22)和/或轴向轴承(24)的区域中积累的泄漏空气供应给轴(12)或供应到轴(12)和定子(30)之间的气隙(32)的区域中。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的压缩器机器，其特征在于，
第二器件(46)包括供应装置，该供应装置将在压缩器机器(10；10a)的区域中在径向轴承(20，22)和/或轴向轴承(24)之外积累的泄漏空气或泄漏气体供应给轴(12)或供应到在轴(12)和定子(30)之间的气隙(32)的区域中。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的压缩器机器，其特征在于，
第二器件(46)附加地构造用于将经压缩的气体和/或泄漏空气和/或泄漏气体供应给能被轴(12)至少间接加热的构件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的压缩器机器，其特征在于，
所述压缩器机器(10；10a)是用于气体的压缩器装置。
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