CN111936749A - 涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够缩短轴的轴向长度、抑制伴随轴的旋转的旋转偏摆、能够实现装置的小型化的涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机。涡轮压缩机具备：压缩部，压缩制冷剂；轴(15)，驱动压缩部使其绕旋转轴线(X)旋转；磁轴承(30A)，设置有绕旋转轴线(X)以相等的角度间隔形成有多个齿部(34)的铁芯部(32)及分别卷装于多个齿部(34)的多个线圈(36)且以非接触方式支承所插入的轴(15)；辅助轴承，插入有轴(15)；及位移传感器(50)，检测轴(15)的位移，位移传感器(50)设置于相邻的线圈(36)之间。

Description

涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机
技术领域
本发明涉及一种涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机。
背景技术
在涡轮压缩机中，为了将旋转驱动压缩机构的轴支承为旋转自如，有时采用滚动轴承等接触型轴承。此时，有可能会因设置润滑油系统而使轴承的结构变得复杂或因轴承的摩擦而导致机械损失。
因此，以省略润滑油系统或减少机械损失为目的，有时会采用作为非接触型轴承的磁轴承来代替滚动轴承。
作为使用磁轴承的流体机械的结构，例如有如公开于专利文献1的图3中的结构。根据该结构，辅助轴承及位移传感器沿轴部的轴线方向设置于磁轴承的两侧。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-218708号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，在公开于专利文献1中的结构中，磁轴承、辅助轴承及位移传感器沿轴部的轴线方向分别相间设置，因此这些构成要件在轴向上占用的范围广。因此，需要较长地设计轴部，有可能会发生伴随轴部的旋转的旋转偏摆。并且，有可能使流体机械大型化。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种能够缩短轴的轴向长度、抑制伴随轴的旋转的旋转偏摆、能够实现装置的小型化的涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机采用以下方式。
即，本发明的一方式所涉及的涡轮压缩机具备：压缩部，压缩制冷剂；轴，驱动所述压缩部使其绕旋转轴线旋转；磁轴承，设置有绕所述旋转轴线以相等的角度间隔形成有多个齿部的铁芯部及分别卷装于多个所述齿部的多个线圈且以非接触方式支承所插入的所述轴；辅助轴承，插入有所述轴；及位移传感器，检测所述轴的位移，所述位移传感器设置于相邻的所述线圈之间。
在本方式的涡轮压缩机中，位移传感器设置于相邻的线圈之间。根据该结构，能够将位移传感器容纳于磁轴承的铁芯部内，因此例如与沿轴的轴向相间设置磁轴承和位移传感器的情况相比，能够缩小这些构成要件在轴的轴向上占用的部分。由此，能够缩短轴的轴向长度或能够缩短磁轴承彼此的距离，因此在使用涡轮压缩机时，可抑制伴随轴的旋转的旋转偏摆。并且，能够实现涡轮压缩机的小型化。
并且，在本发明的一方式所涉及的涡轮压缩机中，所述辅助轴承容纳于安装在所述铁芯部的轴承箱中。
根据本方式的涡轮压缩机的结构，容纳辅助轴承的轴承箱安装在磁轴承的铁芯部，因此能够缩短磁轴承与辅助轴承之间的距离。由此，能够缩短轴的轴向长度或能够缩短磁轴承彼此的距离。
并且，在本发明的一方式所涉及的涡轮压缩机中，所述辅助轴承容纳于由与所述铁芯部相同的材料形成的轴承箱中。
根据本方式的涡轮压缩机的结构，磁轴承的铁芯部和容纳辅助轴承的轴承箱由相同的材料形成，因此能够抑制辅助轴承和轴承箱的温度发生变化时的辅助轴承与轴承箱之间的间隙的变化，能够防止辅助轴承与轴承箱之间的间隙超出规格计划值的范围。
并且，本发明的一方式所涉及的涡轮压缩机具备：冷却流路，使气体制冷剂流向所述位移传感器。
根据本方式的涡轮压缩机的结构，通过冷却流路使气体制冷剂流向位移传感器，由此能够通过气体制冷剂来冷却位移传感器。因此，即使在假设因线圈等的发热而有可能对位移传感器造成热影响的情况下，也能够抑制位移传感器的温度上升，并且能够防止由位移传感器的温度上升引起的测量误差增加。
并且，本发明的一方式所涉及的涡轮制冷机具备：上述涡轮压缩机；冷凝器，冷凝由所述涡轮压缩机压缩的制冷剂；膨胀机构，使由该冷凝器冷凝的制冷剂膨胀；及蒸发器，使由该膨胀机构膨胀的制冷剂蒸发。
发明效果
根据本发明所涉及的涡轮压缩机及具备该涡轮压缩机的涡轮制冷机，能够缩短轴的轴向长度，抑制伴随轴的旋转的旋转偏摆，能够实现装置的小型化。
附图说明
图1是表示具备本发明的一实施方式所涉及的涡轮压缩机的涡轮制冷机的制冷剂回路的例子的图。
图2是本发明的一实施方式所涉及的涡轮压缩机的纵剖视图。
图3是放大表示设置于本发明的一实施方式所涉及的涡轮压缩机的磁轴承周边的结构的图。
图4是表示沿图3的切割线I-I切割的剖视图的图。
图5是表示沿图3的切割线II-II切割的剖视图的图。
图6是表示具备发明的一实施方式所涉及的涡轮压缩机的涡轮制冷机的制冷剂回路的另一例的图。
图7是本发明的一实施方式所涉及的涡轮压缩机的变形例的纵剖视图。
图8是表示沿图7的切割线III-III切割的剖视图的图。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式所涉及的涡轮压缩机进行说明。
如图1所示，涡轮压缩机1为构成涡轮制冷机的制冷剂回路3的机器之一。制冷剂回路3具备：涡轮压缩机1；冷凝器70，冷凝由涡轮压缩机1压缩的制冷剂；膨胀阀74，使由冷凝器70冷凝的制冷剂膨胀；及蒸发器76，使由膨胀阀74膨胀的制冷剂蒸发。涡轮压缩机1通过压缩在蒸发器76中蒸发的低压的气体制冷剂而使其成为高温高压的气体制冷剂。
如图2所示，涡轮压缩机1构成为具备形成其外壳的壳体10、具有多个叶轮12A的压缩部12、电动机14、轴15、径向磁轴承(磁轴承)30A、30B、多个辅助轴承40、推力磁轴承44及位移传感器50。
壳体10的内部被隔壁10A区划为电动机室11A和压缩室11B。
电动机室11A中容纳有电动机14、径向磁轴承30A、30B、辅助轴承40、位移传感器50、推力磁轴承44等。
压缩室11B中容纳有具有多个叶轮12A的压缩部12。
并且，轴15沿旋转轴线X方向(图2所示的左右方向)延伸，通过贯穿隔壁10A横跨电动机室11A和压缩室11B容纳于壳体10中。
电动机14构成为具备固定于壳体10的内周面的定子14A和固定于轴15的外周面且在定子14A的内周侧绕旋转轴线X旋转的转子14B。
如上所述，轴15通过贯穿隔壁10A横跨电动机室11A和压缩室11B而设置，其一端伸入到压缩室11B侧。并且，多个叶轮12A安装在压缩室11B侧的一端，使得绕旋转轴线X一体旋转，由此构成压缩部12。
径向磁轴承30A、30B中径向磁轴承30B设置于电动机14与隔壁10A之间，径向磁轴承30A设置于相对于电动机14与径向磁轴承30B相反的一侧。并且，径向磁轴承30A、30B通过由与壳体10连接的磁轴承支承结构20A、20B分别支承，相对于壳体10被固定支承。通过向这些径向磁轴承30A、30B通电，径向磁轴承30A、30B将轴15非接触支承为绕旋转轴线X旋转自如。并且，推力磁轴承44夹着设置于轴15的另一端(与压缩部12相反的一侧的端部)的圆板状的推力挡板设置，以非接触的方式限制向轴15的旋转轴线X方向的移动。
并且，除径向磁轴承30A、30B以外，还设置有多个辅助轴承40。
辅助轴承40为在向径向磁轴承30A、30B、推力磁轴承44的通电停止时代替失去非接触支承功能的径向磁轴承30A、30B、推力磁轴承44来支承轴15的所谓的触底轴承。
在由径向磁轴承30A、30B、推力磁轴承44非接触支承轴15时，辅助轴承40也不与轴15接触。此时，辅助轴承40与轴15之间的轴承间隙设定为小于径向磁轴承30A、30B与轴15之间的轴承间隙。由此，即使代替径向磁轴承30A、30B、推力磁轴承44由辅助轴承40支承轴15，径向磁轴承30A、30B、推力磁轴承44与轴15之间仍留有轴承间隙，因此可避免径向磁轴承30A、30B、推力磁轴承44的损坏。
并且，壳体10中容纳有测量轴15的半径方向上的位移的位移传感器50，监视正在旋转的轴15的摇摆。
接着，对径向磁轴承30A的结构、位移传感器50的配置及辅助轴承40的支承结构进行说明。
如图3所示，径向磁轴承30A构成为具备层叠钢板状的铁芯部32和线圈36。如图4所示，铁芯部32的内周侧插入有轴15。并且，在铁芯部32的内周侧绕所插入的轴15的旋转轴线X以相等的角度间隔形成有多个齿部34。另外，在图4中形成有6个齿部34，但这并不限定于6个，可以为5个以下，也可以为7个以上。
各齿部34上卷装有线圈36。通过向该线圈36通电，在齿部34产生磁力，通过该磁力非接触支承轴15。
在本实施方式的涡轮压缩机1中的径向磁轴承30A中，位移传感器50设置于相邻的线圈36之间。在此，着眼于在周向上相邻的线圈36之间产生空间，并在该空间内容纳了位移传感器50。即，以在轴15的旋转轴线X方向上不从铁芯部32伸出的方式容纳位移传感器50(参考图2)。
如图3所示，辅助轴承40设置成其外圈的外周面安装于铁芯部32且嵌合于沿旋转轴线X延伸的厚壁圆筒状的轴承箱42的内周面。如上所述，轴15以相对于辅助轴承40设置有规定的轴承间隙的方式插入于辅助轴承40中(参考图5)。
另外，在图3中，2个辅助轴承40设置于轴承箱42，但这并不限定于2个，可以为1个，也可以为3个以上。
轴承箱42和铁芯部32由紧固部件52固定。紧固部件52为贯穿轴承箱42和铁芯部32且沿旋转轴线X方向延伸的棒状的部件。作为紧固部件52，例如有铆钉。在图4及图5中，由8根铆钉进行了固定，但这并不限定于8根，可以为7根以下，也可以为9根以上。另外，轴承箱42可以为与铁芯部32相同的材料。
至此，对径向磁轴承30A及其周边的结构进行了说明，但径向磁轴承30B也为与径向磁轴承30A相同的结构，因此在此省略其说明。
接着，对图2所示的冷却流路22A、22B进行说明。
在本实施方式的涡轮压缩机1中，作为用于冷却位移传感器50的机构，朝向设置于相邻的线圈36之间的位移传感器50而设置了如图2所示的冷却流路22A、22B。
冷却流路22A、22B为横跨壳体10和磁轴承支承结构20A、20B形成的细长的流路。冷却流路22A、22B的壳体10侧的一端与壳体10(涡轮压缩机1)的外部连通。并且，冷却流路22A、22B的另一端朝向位移传感器50形成。通过从外部向冷却流路22A、22B的一端供给冷却用气体，能够经由冷却流路22A、22B从冷却流路22A、22B的另一端朝向容纳于径向磁轴承30A、30B中的各位移传感器50的与旋转轴线X方向交叉的面(更具体而言，为正交的面)喷射冷却用气体。
如图1所示，向冷却流路22A、22B的一端供给的冷却用气体能够将构成设置有涡轮压缩机1的涡轮制冷机的制冷剂回路3的冷凝器70的气相部作为供给源。从冷凝器70的气相部提取的冷却用气体经由供给路径24导向冷却流路22A、22B。
并且，如图6所示，向冷却流路22A、22B的一端供给的冷却用气体也可以将构成设置有涡轮压缩机1的涡轮制冷机的制冷剂回路3’的中间冷却器72的气相部作为供给源。从中间冷却器72的气相部提取的冷却用气体经由供给路径24’导向冷却流路22A、22B。
另外，作为冷却流路22A、22B的变形例，可以形成如图7所示的冷却流路22A’、22B’。如图8所示，冷却流路22A’、22B’能够朝向位移传感器50的和与轴15对置的面相反的一侧的面、即从铁芯部32的外周侧朝向内周侧喷射冷却用气体，而不是如冷却流路22A、22B(参考图2)那样朝向位移传感器50的与旋转轴线X方向交叉的面(更具体而言，为正交的面)喷射冷却用气体。
另外，图2和图7所示的冷却流路22A、22B、22A’、22B’仅是例子，冷却流路只要是构成为能够使冷却用气体从涡轮压缩机1的外部流向位移传感器50的流路即可。
在本实施方式中，发挥以下效果。
位移传感器50设置于相邻的线圈36之间。根据该结构，能够将位移传感器50容纳于铁芯部32的内部，因此与例如沿轴15的旋转轴线X方向相间设置径向磁轴承30A、30B和位移传感器50的情况相比，能够缩小这些构成要件在轴15的旋转轴线X方向上占用的部分。由此，能够缩短轴15的旋转轴线X方向上的长度或能够缩短径向磁轴承30A与径向磁轴承30B之间的距离，因此在运行涡轮压缩机1时，可抑制伴随轴15的旋转的旋转偏摆。并且，能够实现涡轮压缩机1的小型化。
并且，容纳有辅助轴承40的轴承箱42安装于径向磁轴承30A、30B的铁芯部32，因此能够缩短径向磁轴承30A、30B与辅助轴承40之间的距离。由此，能够进一步缩短轴15的旋转轴线X方向上的长度或缩短径向磁轴承30A与径向磁轴承30B之间的距离。
并且，通过经由冷却流路22A、22B、22A’、22B’朝向位移传感器50喷射气体制冷剂，能够通过气体制冷剂冷却位移传感器50。因此，即使在假设因线圈36等的发热而有可能对位移传感器50造成热影响的情况下，也能够抑制位移传感器50的温度上升，并且能够防止由位移传感器50的温度上升引起的测量误差增加。
符号说明
1-涡轮压缩机，3，3’-制冷剂回路，10-壳体，10A-隔壁，11A-电动机室，11B-压缩室，12-压缩部，12A-叶轮，14-电动机，14A-定子，14B-转子，15-轴，20A、20B-磁轴承支承结构，22A、22B、22A’、22B’-冷却流路，30A、30B-径向磁轴承(磁轴承)，32-铁芯部，34-齿部，36-线圈，40-辅助轴承，42-轴承箱，44-推力磁轴承，50-位移传感器，52-紧固部件，X-旋转轴线。

Claims (5)

1.一种涡轮压缩机，其具备：
压缩部，压缩制冷剂；
轴，驱动所述压缩部使其绕旋转轴线旋转；
磁轴承，设置有绕所述旋转轴线以相等的角度间隔形成有多个齿部的铁芯部及分别卷装于多个所述齿部的多个线圈且以非接触方式支承所插入的所述轴；
辅助轴承，插入有所述轴；及
位移传感器，检测所述轴的位移，
所述位移传感器设置于相邻的所述线圈之间。
2.根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其中，
所述辅助轴承容纳于安装在所述铁芯部的轴承箱中。
3.根据权利要求2所述的涡轮压缩机，其中，
所述辅助轴承容纳于由与所述铁芯部相同的材料形成的轴承箱中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮压缩机，其具备：
冷却流路，使气体制冷剂流向所述位移传感器。
5.一种涡轮制冷机，其具备：
权利要求1至4中任一项所述的涡轮压缩机；
冷凝器，冷凝由所述涡轮压缩机压缩的制冷剂；
膨胀机构，使由该冷凝器冷凝的制冷剂膨胀；及
蒸发器，使由该膨胀机构膨胀的制冷剂蒸发。
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