CN112112833A

CN112112833A - 用于暖通空调的部分中空轴

Info

Publication number: CN112112833A
Application number: CN202010573357.4A
Authority: CN
Inventors: 孙自力; 高瑞国; S·沃尔什; A·雷扎伊; D·申
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2020-12-22
Also published as: US20200400155A1; US11434918B2

Abstract

本公开涉及一种具有部分中空的轴的压缩机。特别地，示例性压缩机包括部分中空的轴以及可旋转地联接到该轴的至少一个叶轮。所述压缩机可以是在供暖、通风和空气调节(HVAC)冷却器系统中使用的制冷压缩机。

Description

用于暖通空调的部分中空轴

技术领域

本公开涉及一种具有部分中空的轴的压缩机。该压缩机可以是例如在供暖、通风和空气调节(HVAC)冷却器系统中使用的制冷压缩机。

背景技术

制冷压缩机用于通过制冷剂回路在冷却器中使制冷剂循环。已知的是制冷剂回路包括冷凝器、膨胀装置和蒸发器。压缩机压缩流体，然后所述流体行进至冷凝器，该冷凝器进而冷却并冷凝所述流体。然后，制冷剂进入膨胀装置，所述膨胀装置使流体的压力降低，然后制冷剂到达蒸发器，在蒸发器处流体被汽化，从而完成制冷循环。

许多制冷压缩机是离心式压缩机，并且具有驱动至少一个叶轮以加压制冷剂的马达。所述至少一个叶轮安装在可旋转的轴上。

发明内容

根据本公开的示例性方面的制冷压缩机尤其包括部分中空的轴和可旋转地联接至所述轴的至少一个叶轮。

在前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述轴包括第一腔和与该第一腔间隔开的第二腔。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第一腔的容积大于所述第二腔的容积。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第一腔的长度尺寸大于所述第二腔的长度尺寸。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第一腔的径向尺寸小于所述第二腔的径向尺寸。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第二腔是呈径向阶梯状的。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第一腔通过磁性材料与所述第二腔间隔开。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述轴包括外套管，并且所述第一腔和所述第二腔布置在所述外套管的径向内部。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述外套管由非金属材料制成。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述轴包括与所述第一腔相邻并且构造成连接至所述至少一个叶轮的第一塞部。

在任何前述制冷压缩机的另一个非限制性实施例中，所述至少一个叶轮包括相邻于所述轴的第一端安装的第一叶轮和相邻于所述轴的与所述第一端相反的第二端安装的第二叶轮。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第一塞部连接到第一叶轮，并且所述轴包括连接到第二叶轮的第二塞部。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述第一塞部和所述第二塞部与所述轴的其余部分分开地形成。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述轴包括用作为轴向磁轴承或位置传感器的径向突出的凸舌。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，所述轴的固有频率相对于基本相似布置的实心轴增加约5％至50％之间。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，制冷压缩机被用于供暖、通风和空气调节(HVAC)冷却器系统中。

在任何前述制冷压缩机的另一非限制性实施例中，制冷压缩机包括构造成支撑所述轴的磁轴承、气浮轴承或箔片轴承。

根据本公开的示例性方面的制冷系统尤其包括主制冷剂回路，该主制冷剂回路包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀装置。所述压缩机包括部分中空的轴以及可旋转地联接至所述轴的至少一个叶轮。

在前述制冷系统的另一个非限制性实施例中，所述轴包括第一腔和与该第一腔间隔开的第二腔，并且所述第一腔的容积大于所述第二腔的容积。

在任何前述制冷系统的另一非限制性实施例中，所述轴的固有频率相对于实心轴增加约5％至50％。

附图说明

图1示意性地示出了示例性制冷系统。

图2示意性地示出了具有两个压缩级的示例性压缩机。

图3示出了根据本公开的示例性轴。

图4示出了已知的现有技术的轴。

图5示出了根据本公开的另一示例性轴。

具体实施方式

图1示出了制冷系统10。制冷系统10包括与压缩机14、冷凝器16、蒸发器18和膨胀装置20连通的主制冷剂回路或线路12。可以在例如冷却器中使用该制冷系统10。在该示例中，冷却塔可以与冷凝器16流体连通。虽然示出了制冷系统10的特定示例，但是该应用扩展到包括不具有冷却器的构造的其他制冷系统构造。例如，主制冷剂回路12可以包括位于冷凝器16下游和膨胀装置20上游的节能器。

图2示意性地示出了根据本公开的示例性制冷压缩机14。在该示例中，压缩机14具有两个压缩级22、24，所述两个压缩级沿着压缩机14的中央纵向轴线A串联地且彼此间隔开地布置。然而，本公开不仅限于具有串联布置的两个压缩级的压缩机，也不限于具有两个压缩级的压缩机。本公开扩展到具有一个或多个压缩级的压缩机。

在图2的示例中，压缩级22、24各自包括通过马达30能够围绕轴线A旋转的叶轮26、28。在该示例中，马达30是围绕轴线A布置的电动马达，并且叶轮26、28可旋转地联接且直接连接至轴32，所述轴构造成通过马达30而围绕轴线A被旋转驱动。与轴32的相对两端相邻地安装叶轮26、28。该布置可以被称为背对背叶轮布置。然而，本公开不限于背对背的布置。将参照图3更详细地描述轴32。轴32可以由磁轴承34或由其他轴承可旋转地支撑，所述其他轴承例如包括静态和动态气浮轴承的气浮轴承，比如箔片轴承或刚性带槽轴承。为此，轴32可以以相对较高的速度运行。

继续参考图2，在使用期间，比如制冷剂的流体F进入压缩机14，并且在第一压缩级22内被叶轮26加压。如图2中示意性所示，在该示例中第一压缩级22的出口流体地联接至第二压缩级24的入口。如此，流体F再次在第二压缩级24内被叶轮28加压。第二压缩级24的出口被流体联接至主制冷剂回路12，特别是流体联接至冷凝器16。

现在将相对于图3描述轴32的其他细节。在该示例中，轴32围绕轴线A布置并且包括大体在第一端36至第二端38之间延伸的长度尺寸。轴32包括外表面40，所述外表面在该示例中限定了轴32的径向外表面的一部分并且具有径向尺寸R₁。为了便于参考，在图3中示出了径向方向R，所述径向方向与轴线A正交。

轴32在外表面40的径向内部是部分中空的，并且包括至少一个腔。在本公开中，腔是空的空间。特别地，腔由固体材料限定边界但不具有固体材料。此外，本公开中的所述腔在所有侧部上均被限定边界(即，完全封闭)并且不向轴32的外部敞开。

在图3的示例中，轴32包括布置在外表面40的径向内部的第一腔42和第二腔44。第一和第二腔42、44被构造和布置成使得轴32比其如果是完全实心的情况下更轻，所述完全实心的情况如图4的示例所示，其示出了已知的轴46。在本公开的特定方面，轴32的减轻的重量增加了轴32的固有频率，使得它相比于基本上相似布置的实心轴(例如，轴46)(即，除了轴32为部分中空以外，基本上关于两个轴的所有事项都相同)可以以更高的速度旋转，而不会引起过度的振动。在一个具体示例中，轴32的固有频率相对于相似布置的实心轴增加约5％至50％，并且轴32比相似布置的实心轴更快地旋转约5％至50％，而不会引起过度的振动。在另外的示例中，轴32的固有频率相对于相似布置的实心轴增加约20％。此外，尽管轴32的重量减轻，但轴32的刚度不会显著地受到损害。

当轴32包括一个以上的腔时，如在图3的示例中那样，则腔不需要具有相同的容积，尽管在一些示例中腔可以具有相同的容积。例如，在图3中，第一腔42的容积大于第二腔44的容积。特别地，在该示例中，第一和第二腔42、44基本为圆柱形的，并且可以通过铣削、钻削或其他已知的机械加工工艺形成。轴32也可以是增材制造的，并且可以具有功能渐变的组成。

在该示例中，第一腔42具有总计长度尺寸L1，并且在整个长度尺寸L₁的主体上都具有径向尺寸R₂。在该示例中，第一腔42是径向阶梯状的，这意味着其在长度L₁的一部分上具有减小的径向尺寸。特别地，第一腔42在长度尺寸L₂上具有减小的径向尺寸R₃。径向阶梯状布置由与轴32的其余部分分开形成的塞部48提供，在该示例中，所述塞部被接收在第一腔42内并且使用已知的方法(例如，焊接)附接到第一腔42。在该示例中，塞部48的外表面构造成直接连接到第二叶轮28。

第二腔44具有总计长度尺寸L₃和径向尺寸R₄。在该示例中，第一腔42的长度尺寸L₁大于第二腔44的长度尺寸L₃，而第二腔44的径向尺寸R₄大于第一腔42的径向尺寸R₂，R₃。同样地，在该示例中，第一腔42限定了大于第二腔44的容积。第二腔44不接收塞部，例如塞部48，但是在其他示例中，所述第二腔室可以布置成接收相似于塞部48的塞部。在该情况下，塞部也将被构造成直接接触叶轮26。此外，尽管作为单独的部件示出，但是塞部(例如塞部48)可以与轴32的其余部分一体地形成。

在图3的示例中，第一和第二腔42、44被轴32的实心中央部段50完全封闭并且彼此间隔开。在该示例中，轴的中央部段50可以包括磁性材料52，所述磁性材料在图3中用虚线表示。磁性材料52可以保持在压缩下。为此，轴32的其余部分可以沿相反的轴向方向将磁性材料52朝轴的中央推进。尽管在图3中示出实心的中央部段50，但是在其他示例中，中央部段50可以是至少部分中空的，以使得第一和第二腔42、44限定单个腔。同样，本发明扩展到具有一个或多个腔的轴，例如图5的包括单个腔的轴32’。

在一个示例中，轴32的外表面40可以由圆柱形套筒限定。轴32还可以包括径向向外突出超过径向尺寸R₁的一个或多个定位特征。在该示例中，作为示例，所述轴包括径向突出的凸舌54，其用作为轴向磁轴承或位置传感器。

尽管上面提到了制造轴32的特定材料和方法，但是它们是非限制性的。可以使用一种或多种已知的制造工艺来制造轴32，并且可以由适合于特定应用的已知材料来制造所述轴。此外，轴32可以形成为单个整体零件或多个单独形成的零件，然后使用已知的工艺例如焊接将所述多个单独形成的零件连接在一起。

应当理解的是，参照压缩机的正常操作姿态来使用上面的诸如“轴向”和“径向”的术语。此外，这些术语在本文中已经用于解释的目的，并且不应被认为是另外的限制。诸如“大体”、“大约”和“基本”之类的术语并非旨在作为无边界的术语，并且应当与本领域技术人员将解释这些术语的方式相一致地被进行解释。

尽管不同的示例具有图示中所示的特定组件，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以将示例中的一个示例的一些部件或特征与来自示例中另一示例的特征或部件结合使用。

本领域的普通技术人员将理解的是，上述实施例是示例性而非限制性的。也就是说，对本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应研究以下的权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims

1.一种制冷压缩机，所述制冷压缩机包括：

轴，其中所述轴是部分中空的；和

至少一个叶轮，其可旋转地连接至所述轴。

2.根据权利要求1所述的制冷压缩机，其中，所述轴包括第一腔和与所述第一腔间隔开的第二腔。

3.根据权利要求2所述的制冷压缩机，其中，所述第一腔在容积方面大于所述第二腔。

4.根据权利要求3所述的制冷压缩机，其中，所述第一腔的长度尺寸大于所述第二腔的长度尺寸。

5.根据权利要求4所述的制冷压缩机，其中，所述第一腔的径向尺寸小于所述第二腔的径向尺寸。

6.根据权利要求3所述的制冷压缩机，其中，所述第二腔是径向阶梯状的。

7.根据权利要求2所述的制冷压缩机，其中，所述第一腔通过磁性材料与所述第二腔间隔开。

8.根据权利要求2所述的制冷压缩机，其中：

所述轴包括外套管，以及

所述第一腔和所述第二腔布置在所述外套管的径向内部。

9.根据权利要求8所述的制冷压缩机，其中，所述外套管由非金属材料制成。

10.根据权利要求8所述的制冷压缩机，其中，所述轴包括第一塞部，所述第一塞部与所述第一腔相邻并且构造成连接至所述至少一个叶轮。

11.根据权利要求10所述的制冷压缩机，其中，所述至少一个叶轮包括相邻于所述轴的第一端安装的第一叶轮和相邻于所述轴的与所述第一端相对的第二端安装的第二叶轮。

12.根据权利要求11所述的制冷压缩机，其中：

所述第一塞部连接到所述第一叶轮，并且

所述轴包括连接到所述第二叶轮的第二塞部。

13.根据权利要求12所述的制冷压缩机，其中，所述第一塞部和所述第二塞部与所述轴的其余部分分开地形成。

14.根据权利要求1所述的制冷压缩机，其中，所述轴包括用作为轴向磁轴承或位置传感器的径向突出的凸舌。

15.根据权利要求1所述的制冷压缩机，其中，所述轴的固有频率相对于基本相似布置的实心轴增加大约5％至50％。

16.根据权利要求1所述的制冷压缩机，其中，所述制冷压缩机被用于供暖、通风和空气调节(HVAC)冷却器系统中。

17.根据权利要求1所述的制冷压缩机，所述制冷压缩机还包括构造成支撑所述轴的磁轴承、气浮轴承或箔片轴承。

18.一种制冷系统，所述制冷系统包括：

主制冷剂回路，其包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀装置，其中所述压缩机包括：

轴，其中所述轴是部分中空的；和

至少一个叶轮，其可旋转地连接至所述轴。

19.根据权利要求18所述的制冷系统，其中：

所述轴包括第一腔和与所述第一腔间隔开的第二腔，以及

所述第一腔在容积方面大于所述第二空腔。

20.根据权利要求18所述的制冷系统，其中，所述轴的固有频率相对于实心轴增加约5％至50％。