CN111936748A - 流体机器、尤其是压缩机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体机器(10)、尤其是压缩机装置，其具有用于可旋转地布置的轴(14)的至少一个轴承装置(36；36a；36b)，其中，所述至少一个轴承装置(36；36a；36b)具有用于径向和/或轴向地支承所述轴(14)的至少一个轴承元件(40，42；48)，其中，所述至少一个轴承元件(40，42；48)能够被加载以处于压力下的的气态介质，用于支承所述轴(14)，其中，所述轴(14)与被驱动的或能够被驱动的流体元件(16)、尤其是压缩机轮(18)连接，其中，所述流体元件(16)布置在至少部分地包围所述流体元件(16)的壳体(20)中，并且其中，处于压力下的介质能够至少间接地从所述流体机器(10)被供应给所述至少一个轴承元件(40，42；48)。

Description

流体机器、尤其是压缩机装置
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的流体机器、尤其是压缩机装置。
背景技术
具有压缩机装置，如该压缩机装置例如是涡轮机的一部分的这种流体机器具有被支承的轴，其中，在轴承区域中，轴可以典型地具有大于每秒100米的圆周速度和/或大于每分钟100000转的转速。因为在轴的这种高圆周速度或转速的情况下，常用的具有油/油脂润滑的滚动轴承经常不能保证所要求的使用寿命，已知的是，将用于轴的轴承装置这样地构造为压缩空气支撑的轴承，使得来自呈压力源形式的外部供给装置的处于压力下的空气被供应到轴承装置的轴承孔中。用于向轴承装置供给压缩空气的这种压力源例如由单独的压缩机或单独的、被附加装置加载压力的压力存储器构成，由此，由现有技术已知的压缩机装置相对费事地构造或者说具有高的设备技术上的成本。
由申请人的后续公开的DE 10 2017 211 033 A1已知此类流体机器，该流体机器不需要附加的单独的供给装置或者说压缩空气源，用于为轴承装置提供气态介质，因为所述供给装置或者说压缩空气源的压缩机级在压力出口的区域中与呈压力存储器形式的供给装置耦合，在所述压力出口处存在通过压缩机级提高的介质压力或者说空气压力，所述压力存储器又为轴承装置的轴承部位提供空气或者说向该轴承装置供给处于压力下的空气。
此外，在压缩机装置中常用的或者说已知的是，尤其呈压缩机轮形式的压缩机级可旋转地支承在壳体中。在壳体和压缩机级之间形成由结构类型决定的间隙，处于压力下的介质或者说气体可以通过该间隙流出。虽然尝试尤其借助单独的密封元件密封该泄漏间隙，因为泄漏损失同样意味着压缩机装置的效率降低。但是，这种密封元件需要附加的安装空间和增加的结构费事或者说压缩机装置的制造成本。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1特征的流体机器、尤其是压缩机装置具有以下优点：能够以小的设备技术成本将(气态)介质供应给至少一个轴承装置。为此，根据本发明设置，在至少一个流体元件和壳体之间在介质具有提高的压力的区域中形成泄漏间隙，其中，来自泄漏间隙的介质至少能够间接地供应给至少一个轴承装置，和/或所述至少一个流体元件具有至少一个用于介质的压力排出孔，能够经由该压力排出孔将介质至少间接地供应给至少一个轴承装置。
因此，提出两种替代的结构上的构型(这两个构型必要时可以组合地使用)，一方面，将在这种流体机器中存在的泄漏间隙用作处于提高的压力下的介质的源，或然而，通过至少一个压力排出孔实现流体元件(压缩机级或者说涡轮叶轮)的特殊的结构上的构型，其中，能够经由压力排出孔将在压力上相对于初始状态被压缩的介质供应给至少一个轴承装置。
对于从泄漏间隙的区域提供处于压力下的介质的情况，流体机器或者说压缩机装置的这种结构上的构型具有特别的优点：其它存在的用于避免泄漏损失的密封装置或者能够在结构上特别简单地构型或者甚至能够完全取消，而在流体元件的区域中设置至少一个压力排出孔的解决方案中，以特别简单的方式能够实现，通过压力排出孔的相应的定位和数量或者横截面以特别简单的方式影响或者说调整用于支承轴的所需的介质的量以及压力。
在从属权利要求中列举出根据本发明的流体机器、尤其是压缩机装置的有利扩展方案。
在流体机器的一个优选扩展方案中设置，泄漏间隙经由至少一个用于介质的压力管路直接与至少一个轴承装置连接。因此意味着，泄漏间隙与轴承装置之间的连接仅通过相应的(压力)管路实现并且与开头所提及的现有技术不同，例如不需要构造为单独构件的压力存储器。
以类似的方式，在优选的构型中在设置有至少一个压力排出孔时设置，所述至少一个压力排出孔经由至少一个用于介质的压力管路直接与至少一个轴承装置连接。
尤其对于由流体机器或者说压缩机装置为至少一个轴承装置提供的介质的压力或者量变化的情况，替代地可以设置，在至少一个压力管路的流体路径中布置有构造为单独构件的压力存储器。该压力存储器保证，在有时侯小的介质的量或者压力情况下提供足够的(气态)介质用于支承轴。
尤其在具有单独的压力存储器的最后提及的解决方案中，然而也对于如下情况，即介质能够通过压力管路直接从泄漏间隙的区域或至少一个压力排出孔被供应给轴承装置，可以设置，在至少一个轴承装置的上游连接有压力调节装置，该压力调节装置调节能供应给轴承装置的介质的压力或者量。由此，尤其必要时避免了负面影响轴的支承、介质的过高压力。
为了减小流体机器、尤其是压缩机装置的结构上的成本或者结构尺寸，尤其在从泄漏间隙的区域中获取介质的变型方案中可以设置，泄漏间隙的区域构造为不具有密封元件。
在流体机器、尤其是压缩机装置的一个结构上的变型方案中，所述流体机器的流体元件具有以径向结构方式构造的压缩机轮，其中，所述至少一个压力排出孔布置在绕着轴的旋转轴线的分度圆直径上并且与布置在单独构件中的环形槽共同作用，所述环形槽的背离至少一个贯通孔的一侧与所述至少一个轴承装置连接。这种构型具有以下优点：在压缩机轮旋转时，压力排出孔至少有时候与环形槽并且因此与轴承装置作用连接地布置。
在最后提出的特别优选的扩展方案中设置，单独的构件构造为环形或盘形并且关于流体元件位置固定地布置，至少一个压力排出孔构造为贯通孔，该贯通孔在流体元件的两个相对置的轴向端侧之间延伸，并且环形槽构造为径向地绕着旋转轴线环绕的、圆形地构造的环形槽。尤其环形槽的这种构型具有以下优点：在流体元件绕着其旋转轴线的整个旋转期间，能够在至少一个压力排出孔和轴承装置之间通过环形槽始终形成气动的连接。
减少轴承装置的成本的另一结构上的构型设置，轴承装置是轴向轴承，该轴向轴承作用到与轴连接的轴承盘的相对置的端侧上，并且介质仅作用在轴承盘的朝向流体元件的端侧上。这种构型设置，在轴承盘的背离流体元件的端侧上，轴承装置或者通过另一介质源供给，然而或者具有以其它方式构造的轴承元件，例如薄膜轴承、具有螺旋槽或类似结构的轴承装置。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节由下面优选实施例的说明以及根据附图得出。附图示出了：
图1a和1b分别示出在压缩机装置的区域中的简化的纵截面，在所述压缩机装置中，由泄漏间隙的区域提供用于供给构造为轴向轴承或径向轴承的轴承装置的气态介质，
图2变型的压缩机装置的纵截面，在所述压缩机装置中，用于轴承装置的介质在压缩机轮上的压力排出孔的区域中可供使用，
图3在使用在中间连接的压力存储器的情况下相对于图1和2变型的压缩机装置的细节，
图4相对于图1和图2变型的压缩机装置，在所述压缩机装置中，轴承装置仅在一端侧上被供给以来自压缩机装置的介质。
相同的元件或具有相同功能的元件在附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1a和1b中极其简化地示出的流体机器例如是燃料电池系统、空调装置、热泵、涡轮增压器、用于燃料电池系统的涡轮或热量回收涡轮的组成部分。在图1a和1b的示图中，流体机器以压缩机装置10的形式构造。
压缩机装置10包括支承在旋转轴线12中的轴14，在该轴的一个端侧的端部上，呈以径向结构方式构造的压缩机轮18形式的压缩机级16与轴14抗扭地连接。压缩机级16或者说压缩机轮18被壳体20包围，该壳体具有入口区域22，气态介质、尤其是空气通过该入口区域被吸入到压缩机装置10中，并且气态介质在轴14绕着旋转轴线12旋转时被压缩机级16压缩或者说在压力上提高，使得气态介质在壳体20的出口区域24的区域中在提高的压力下排出并且能够供应给未示出的消耗装置。
在压缩机轮18的径向地绕着旋转轴线12环绕的边缘区域26和壳体20中的用于压缩机轮18的接收开口28之间形成径向环绕的泄漏间隙30，在其压力上相对于入口区域22提高的介质可以经由所述泄漏间隙逸出。例如，泄漏间隙30的区域在背离壳体20的一侧上被环形的、朝泄漏间隙30敞开的收集元件32包围，从泄漏间隙30流出的介质能够通过收集元件经由至少一个压力管路34直接供应给用于轴14的轴承装置36。
轴承装置36在图1a中构造为轴向轴承并且具有布置在与轴14抗扭地连接的轴承盘38的两个相对置的端侧上的环形的轴承元件40、42。两个支承元件40、42分别具有供应孔44、46，来自压力管路34的处于压力下的介质通过所述供应孔作用到轴承环38的端侧上并且引起相应的压力垫，以便能够实现轴14相对于壳体20的轴向支承。
在图1b中，与此相对地，轴承装置36a构造为径向轴承并且包括径向地包围轴14的轴承元件48，该轴承元件能够通过供应孔50、52和至少一个压力管路34被直接供给以来自泄漏间隙30的处于压力下的介质。
在图2示出一个变型的压缩机装置10，在所述压缩机装置中，压缩机轮55具有至少一个、但优选多个压力排出孔56，这些压力排出孔以均匀的角间距布置在绕着旋转轴线12的分度圆直径上并且呈贯通孔58形式，所述贯通孔平行于轴14延伸。压力排出孔56将压缩机轮55的朝向壳体20的、存在处于压力下的介质的端侧与压缩机轮55的背面的端侧60连接。
压力排出孔56的数量以及直径确定了可供轴承装置36a使用的介质的量，而压力排出孔56与旋转轴线12的径向距离确定了用于轴承装置36a的介质的压力高低。
压缩机轮55在背离壳体20的一侧上至少在压力排出孔56的区域中定位成与环形的、位置固定地布置的元件62重叠。元件62在与压力排出孔56相同的分度圆直径上具有径向环绕的环形槽64，该环形槽又经由至少一个压力管路66与轴承装置36a作用连接地布置。
在图3中示出这样的情况，在该情况中，至少一个压力管路34、66在中间连接有压力储存器70以及压力调节装置72的情况下与轴承装置36、36a连接。
最后，在图4中示出这样的情况，在该情况中，轴承装置36b的轴承环38在朝向压缩机级16的端面上具有轴承元件40，该轴承元件由压缩机装置10供给以处于压力下的介质，而轴承环38的具有轴承元件76的另一端侧或者通过另一(压力)源74朝壳体20的方向被加载力。替代地，轴承元件76也可以是这样的轴承元件，该轴承元件不构造为气体压力加载的轴承元件76。
至此所说明的压缩机装置10能够以多种方式变型或者说修改，而不偏离本发明的构思。因此，压缩机级16例如可以具有以轴向结构方式构造的压缩机轮。该作用原理也可以应用到涡轮机或者说做功机器上。在这种情况下，代替压缩机级16或者说压缩机轮18有意义地使用做功级或者说涡轮叶轮。

Claims (10)

1.一种流体机器(10)、尤其是压缩机装置，所述流体机器具有至少一个轴承装置(36；36a；36b)，用于能旋转地布置的轴(14)，其中，所述至少一个轴承装置(36；36a；36b)具有至少一个轴承元件(40，42；48)，用于径向和/或轴向地支承所述轴(14)，其中，所述至少一个轴承元件(40，42；48)能够被加载以处于压力下的气态介质，用于支承所述轴(14)，其中，所述轴(14)与被驱动的或能够被驱动的流体元件(16)、尤其是压缩机轮(18)连接，其中，所述流体元件(16)布置在至少部分地包围该流体元件(16)的壳体(20)中，并且其中，处于压力下的介质能够至少间接地从所述流体机器(10)被供应给所述至少一个轴承元件(40，42；48)，
其特征在于，
在所述至少一个流体元件(16)和所述壳体(20)之间形成泄漏间隙(30)，其中，来自所述泄漏间隙(30)的介质能够至少间接地供应给所述至少一个轴承装置(36；36a)，和/或
所述流体元件(16)具有用于所述介质的至少一个压力排出孔(56)，所述介质能够经由所述压力排出孔至少间接地被供应给所述至少一个轴承装置(36；36a；36b)。
2.根据权利要求1所述的流体机器，
其特征在于，
所述泄漏间隙(30)经由用于所述介质的至少一个压力管路(34)与所述至少一个轴承装置(36；36a；36b)连接。
3.根据权利要求1或2所述的流体机器，
其特征在于，
所述至少一个压力排出孔(56)至少间接地经由用于所述介质的至少一个压力管路(66)与所述至少一个轴承装置(36；36a；36b)连接。
4.根据权利要求2或3所述的流体机器，
其特征在于，
在所述至少一个压力管路(34；66)的流体路径中布置有构造为单独构件的、用于所述介质的压力存储器(70)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的流体机器，
其特征在于，
在所述至少一个轴承装置(36；36a；36b)的上游连接有压力调节装置(72)，所述压力调节装置调节所述介质的压力。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的流体机器，
其特征在于，
所述泄漏间隙(30)的区域构造为不具有密封元件。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的流体机器，
其特征在于，
所述流体元件(16)构造为以径向结构方式构造的压缩机轮(18)，所述至少一个压力排出孔(56)布置在绕着所述轴(14)的旋转轴线(12)的分度圆直径上并且与布置在单独的构件(62)中的环形槽(64)共同作用，所述环形槽的背离至少一个贯通孔(56)的一侧与所述至少一个轴承装置(36；36a)连接。
8.根据权利要求7所述的流体机器，
其特征在于，
所述构件(62)构造为环形并且关于所述流体元件(16)位置固定地布置，所述至少一个压力排出孔(56)构造为贯通孔(58)，所述贯通孔在所述流体元件(16)的两个相对置的轴向端侧之间延伸，并且所述环形槽(64)构造为径向地绕着所述旋转轴线(12)环绕的、圆形地构造的环形槽(64)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体机器，
其特征在于，
所述轴承装置(36b)是轴向轴承，所述轴向轴承作用到与所述轴(114)连接的轴承盘(38)的相对置的端侧上，并且所述介质仅作用到所述轴承盘(38)的朝向所述流体元件(16)的端侧上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的流体机器，
其特征在于，
所述流体机器构造为压缩机装置(10)。
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