CN117581024A - 涡轮式流体机械及制冷装置 - Google Patents

Abstract

涡轮式流体机械包括被驱动而旋转的轴(40)、具有叶轮(51)的压缩机构(50)以及将轴(40)的端部与所述叶轮(51)连结起来的连结部(70)。在连结部(70)上，设有平衡调节机构(80)。

Description

涡轮式流体机械及制冷装置

技术领域

本公开涉及一种涡轮式流体机械及制冷装置。

背景技术

迄今为止，涡轮式流体机械已为人所知。专利文献1公开了一种作为涡轮式流体机械的涡轮式压缩机。在涡轮式压缩机中，在叶轮的盘部上形成有安装用的孔。通过在该孔中安装重物，可实现涡轮式压缩机的平衡调节。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报特开2014－88803号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

在专利文献1中，如该文献的图6和图7所示，因为在盘部上沿叶轮的轴向形成细长孔，所以盘部的厚度较厚。如果盘部较厚而使叶轮的重量增大，则作用于轴的弯矩就会变大，轴容易挠曲。这样一来，就无法进行使轴高速旋转的运转，存在运转范围较小的问题。

本公开提供一种涡轮式流体机械，其既能够抑制轴的变形又能够调节平衡。

－用以解决技术问题的技术方案－

第一方面涉及一种涡轮式流体机械，其包括被驱动而旋转的轴40、具有叶轮51的压缩机构50以及连结所述轴40的端部与所述叶轮51的连结部70，在所述连结部70上，设有平衡调节机构80。

在第一方面中，平衡调节机构80设在连结轴40与叶轮51的连结部70上。因此，即使不像现有例那样在叶轮51上设置重物等，也能够调节涡轮式流体机械的平衡。其结果是，能够抑制因叶轮51的重量增加而导致作用于轴40的弯矩变大，从而能够抑制轴40产生挠曲。

第二方面在第一方面的基础上，所述轴40、所述连结部70以及所述叶轮51由不同的部件构成。

在第二方面中，在将连结部70安装到轴40上而形成单元的状态下，能够调节单元的平衡。因为叶轮51是与连结部70不同的部件，所以能够仅对叶轮51单独进行平衡调节。其结果是，能够提高组装后的涡轮式流体机械整体的平衡调节的精度。

第三方面在第二方面的基础上，所述连结部70的密度小于所述轴40的密度。

在第三方面中，因为能够使连结部70轻量化，所以能够抑制因设置连结部70而导致作用于轴40的弯矩增大。这样一来，能够抑制轴40产生挠曲。

第四方面在第一到第三方面中任一方面的基础上，所述平衡调节机构80包括形成在所述连结部70上的多个孔81、和安装在该多个孔81中的规定的孔81内的配重部件85。

在第四方面中，通过在连结部70上的多个孔81中的规定的孔81内安装配重部件85，而能够调节平衡。

第五方面在第四方面的基础上，在所述连结部70上，多个孔81沿该连结部70的周向排列。

在第五方面中，能够调节轴40的周向上的实质重量的分布。

第六方面在第五方面的基础上，在所述连结部70上形成有第一列组L1和第二列组L2，所述第一列组L1和所述第二列组L2是由沿所述连结部70的周向排列的多个孔81构成的，所述第一列组L1和所述第二列组L2沿所述连结部70的轴向排列。

在第六方面中，不仅能够调节轴40的周向上的实质重量的分布，而且能够调节轴向上的实质重量的分布。

第七方面在第一到第六方面中任一方面的基础上，包括与所述连结部70的外周面留出间隙G而布置的第一部件90。

在第七方面中，能够将连结部70与第一部件90之间的间隙G用作抑制流体泄漏的密封部。

第八方面在第七方面的基础上，所述连结部70的被第一部件90围住的部分73a的外径小于所述轴40的外径。

在第八方面中，通过使连结部70的被第一部件90围住的部分73a的外径小于所述轴40的外径，而使得间隙G的直径较小。这样一来，由间隙G形成的密封部的面积就会较小，因此流体难以泄漏。

第九方面涉及一种制冷装置，其包括第一到第八方面中任一方面的涡轮式流体机械20。

附图说明

图1是设有实施方式所涉及的压缩机的制冷装置的结构简图；

图2是示出实施方式所涉及的涡轮式压缩机的整体结构的纵向剖视简图；

图3是将连结部及其周边放大后的立体图；

图4是将连结部及其周边放大后的纵向剖视图；

图5是将连结部和平衡调节机构放大后的纵向剖视图；

图6是用于说明组装轴、连结部以及叶轮时的工序的结构简图；

图7是用于说明组装轴、连结部以及叶轮时的工序的结构简图；

图8是变形例1所涉及的压缩机的相当于图4的图。

具体实施方式

(实施方式)

下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细的说明。需要说明的是，本公开不限于以下所示的实施方式，在不脱离本公开的技术思想的范围内可进行各种变更。各附图用于从概念上说明本公开，因此为了容易理解，有时会根据需要夸大或简化地示出尺寸、比例或数量。

本公开的涡轮式流体机械应用于涡轮式压缩机20。涡轮式压缩机20设在制冷装置1中。

(1)制冷装置的概要

图1所示的制冷装置1包括本公开的涡轮式压缩机(以下也称为压缩机20)。制冷装置1具有填充有制冷剂的制冷剂回路1a。制冷剂回路1a具有压缩机20、散热器2、减压机构3以及蒸发器4。减压机构3是膨胀阀。制冷剂回路1a进行蒸气压缩式制冷循环。

在制冷循环中，由压缩机20压缩后的制冷剂在散热器2中向空气散热。散热后的制冷剂由减压机构3减压，并在蒸发器4中蒸发。蒸发后的制冷剂被吸入压缩机20。

制冷装置1是空调装置。空调装置也可以是制冷专用机、制热专用机或可切换制冷与制热的空调装置。在此情况下，空调装置具有切换制冷剂的循环方向的切换机构(例如四通换向阀)。制冷装置1也可以是热水器、冷水机组、对库内空气进行冷却的冷却装置等。冷却装置对冷藏库、冷冻库、集装箱等内部的空气进行冷却。膨胀机构由电子膨胀阀、感温式膨胀阀、膨胀机或毛细管构成。

(2)压缩机

下面，参照图2对压缩机20的概要进行说明。图2是压缩机20的纵向剖视简图。本例的压缩机20是具有一个压缩机构50的单级式压缩机。压缩机20具有壳体21、电机30、轴40以及压缩机构50。壳体21收纳电机30、轴40以及压缩机构50。压缩机20具有支承轴40的轴承部件。轴承部件具有第一径向轴承部件61、第二径向轴承部件62以及推力轴承部件63。

(2－1)壳体

壳体21具有躯干部22、第一封闭部23以及第二封闭部24。躯干部22形成为轴向的两端敞开的筒状。第一封闭部23封闭躯干部22的轴向的一端侧的敞开部。第一封闭部23包括位于其中央的罩部25。第二封闭部24封闭躯干部22的轴向的另一端侧的敞开部。

(2－2)电机

电机30具有定子31和转子32。定子31形成为筒状。定子31固定在壳体21的躯干部22的内周面上。转子32设在定子31的内部。电机30的运行频率(转速)由变频装置调节。换言之，压缩机20是转速可变的变频压缩机。因此，电机30的转速在相对低速的转速到相对高速的转速之间变化。

(2－3)轴

轴40固定在转子32的轴心上。轴40由电机30驱动而旋转。轴40沿壳体21的轴向延伸。轴40具有第一端部41和第二端部42。第一端部41是靠叶轮51侧的端部，第二端部42是与叶轮51相反侧的端部。

在本例的轴40上，设有推力板43。推力板43可以与轴40的主体40a形成为一体，也可以由与轴40的主体40a不同的部件构成。本例的推力板43设在第一端部41附近。推力板43形成为从轴40的主体40a向径向外侧延伸出去的圆盘状。

(2－4)径向轴承部件

本例的压缩机20具有两个径向轴承部件61、62。径向轴承部件61、62的数量和位置仅为一例。

第一径向轴承部件61靠轴40的第一端部41布置。第一径向轴承部件61固定在壳体21的躯干部22上。在第一径向轴承部件61的轴心部，形成有筒状的第一径向轴承61a。第一径向轴承61a支承轴40且轴40可旋转。

第二径向轴承部件62靠近轴40的第二端部42布置。第二径向轴承部件62固定在壳体21的躯干部22上。在第二径向轴承部件62的轴心部，形成有筒状的第二径向轴承62a。第二径向轴承62a支承轴40且轴40可旋转。

(2－5)推力轴承部件

推力轴承部件63固定在第一径向轴承部件61的中央部。推力轴承部件63靠近轴40的第一端部41。在推力轴承部件63的内部，形成有与推力板43滑动接触的推力轴承63a。推力轴承63a限制轴40在轴向上的移动。

(2－6)压缩机构

压缩机构50是离心式压缩机构，利用叶轮51的离心力对流体赋予运动能量，将该运动能量转换为压力。压缩机构50包括罩部25和叶轮51。叶轮51具有盘部52、在叶轮51的主体的内部沿轴向延伸的轴部53以及沿盘部52和轴部53形成的多个叶片54(参照图3)。在压缩机构50中，在罩部25与叶轮51之间形成有压缩室55。在罩部25中，形成有将流体(制冷剂)送往压缩室55的吸入通路56。

(3)连结部及其周边构造

压缩机20具有连结部70。连结部70连结轴40的第一端部41与叶轮51(严格来讲是叶轮51的轴部53)。参照图3～图5对连结部70及其周边构造进行详细的说明。连结部70具有基部71、突起部72以及连结轴73。

(3－1)基部

基部71具有第一面71a和第二面71b。第一面71a是朝向叶轮51侧的面。第二面71b是朝向轴40侧的面。基部71形成为近似圆柱形。严格来讲，基部71形成为第一面71a的直径大于第二面71b的直径的圆台状。基部71具有第一锥形部71c，第一锥形部71c使外径从第一面71a朝向第二面71b逐渐缩小。

在轴40的第一端部41，形成有供基部71嵌合的第一凹部44。在第一凹部44的内部，形成有与基部71对应的圆台状的空间。

(3－2)突起部

突起部72从基部71的第二面71b朝向轴40侧突出。突起部72形成为圆柱形。在轴40的第一端部41，形成有与第一凹部44连续的第一嵌合孔45。第一嵌合孔45以从第一凹部44的底部开始通过轴40的轴心的方式延伸。突起部72与第一嵌合孔45嵌合。在本例中，第一嵌合孔45的轴向的长度大于突起部72的轴向的长度。

(3－3)连结轴

连结轴73从基部71的第一面71a朝向叶轮51侧延伸。连结轴73具有筒部73a和第二锥形部73b。筒部73a接着基部71沿轴向延伸。筒部73a的外径小于轴40的外径。第二锥形部73b使外径朝向叶轮51侧逐渐缩小。

在叶轮51上且盘部52的背面的轴心部，形成有第二凹部57。第二锥形部73b与第二凹部57嵌合。在第二凹部57的内部，形成有与第二锥形部73b对应的圆台状的空间。

在筒部73a上，形成有第三嵌合孔74。第三嵌合孔74沿轴向从第二锥形部73b的顶端延伸到基部71。叶轮51的轴部53与第三嵌合孔74嵌合。轴部53贯穿叶轮51的主体的轴心，且比盘部52向轴40侧突出。轴部53固定在叶轮51的主体的靠罩部25侧的端部。

筒部73a构成安装配重部件85的安装部。在筒部73a上，形成有多个孔81，详情后述。

(3－4)连结部与其周边部件的关系

在本例的压缩机20中，轴40、连结轴73以及叶轮51由不同的部件构成。轴40由铁系材料形成。连结部70由铝系材料形成。叶轮51由铝系材料形成。轴40的密度大于连结部70的密度。轴40的密度大于叶轮51的密度。连结部70的密度和叶轮51的密度大致相等。轴40的刚性大于连结部70和叶轮51的刚性。在本例的压缩机20中，既能提高轴40的刚性，又能实现连结部70和叶轮51的轻量化。

(4)平衡调节机构

压缩机20包括平衡调节机构80。平衡调节机构80调节压缩机20运转时的重量平衡。本例的平衡调节机构80包括多个孔81和安装在多个孔81中的任意孔81内的配重部件85。

(4－1)孔

多个孔81形成在连结部70上。具体而言，多个孔81形成在筒部73a的外周面上。多个孔81位于向壳体21内部的空间露出的位置。在孔81的内周面上，形成有内螺纹部82。换言之，具有外螺纹部86的配重部件85被紧固于孔81内。

本例的多个孔81具有多个(例如10个)第一孔81A、多个(例如10个)第二孔81B以及多个(例如10个)第三孔81C。多个第一孔81A沿周向排列在筒部73a的外周面上。多个第一孔81A以等间距排列。多个第二孔81B沿周向排列在筒部73a的外周面上。多个第二孔81B以等间距排列。多个第三孔81C沿周向排列在筒部73a的外周面上。多个第一孔81A以等间距排列。

多个第一孔81A构成第一列组L1。多个第二孔81B构成第二列组L2。多个第三孔81C构成第三列组L3。在连结部70(严格来讲是筒部73a)上，第一列组L1、第二列组L2以及第三列组L3沿轴向排列。第一列组L1靠近轴40，第三列组L3靠近叶轮51，第二列组L2位于第一列组L1与第三列组L3之间。

优选的是，第一列组L1的第一孔81A的数量与第二列组L2的第二孔81B的数量相同。优选的是，第一列组L1的第一孔81A与第二列组L2的第二孔81B位于沿轴向观察时彼此重合的位置。优选的是，第一列组L1的第一孔81A与第二列组L2的第二孔81B为彼此相同的构造。

优选的是，第二列组L2的第二孔81B的数量与第三列组L3的第三孔81C的数量相同。优选的是，第二列组L2的第二孔81B与第三列组L3的第三孔81C位于沿轴向观察时彼此重合的位置。优选的是，第二列组L2的第二孔81B与第三列组L3的第三孔81C为彼此相同的构造。

(4－2)配重部件

本例的配重部件85是具有外螺纹部86的重物。配重部件85由所谓的“内六角无头螺钉”构成。在配重部件85的头部，形成有供六角扳手等工具嵌合的方孔87。作业者将配重部件85插入规定的孔81后，将工具与各孔81嵌合，使配重部件85旋转。这样一来，配重部件85的外螺纹部86就与孔81的内螺纹部82紧固起来，配重部件85被安装到孔81中。

(5)板部件

在压缩机构50的附近，设有作为密封部件的板部件90。构成本公开的第一部件90。本例的板部件90形成为沿轴向形成有通孔91的环状。板部件90由第一封闭部23支承，且与叶轮51的盘部52的背面相对。

连结部70贯穿板部件90的通孔91。具体而言，连结部70的筒部73a通过通孔91。换言之，筒部73a构成连结部70的被第一部件90围住的部分。在板部件90与筒部73a之间形成有间隙G。间隙G形成为筒状。在间隙G中，流体随连结部70旋转而被搅拌。这样一来，在间隙G中，利用流体流动形成密封部。其结果是，能够抑制压缩室55的流体通过间隙G向电机30侧的空间泄漏。

(6)压缩机的运转动作

压缩机20运转时，电机30为通电状态。这样一来，轴40旋转。当轴40旋转时，与轴40相连结的叶轮51旋转。当叶轮51旋转时，制冷剂从吸入通路56流入压缩室55。在压缩室55中，由多个叶片54向径向外侧输送制冷剂，制冷剂的流速变快。通过使该制冷剂的速度减速，制冷剂的压力变高。像这样被压缩后的制冷剂经由喷出通路(省略图示)被送往壳体21的外部。从压缩机20喷出的制冷剂用于制冷装置1的制冷循环。

(7)组装时的平衡调节

在组装压缩机20时，作业者对压缩机20的重量进行平衡调节。下面，参照图6和图7对压缩机20的组装方法进行详细的说明。

在图6(A)所示的第一工序中，作业者将连结部70安装到轴40的第一端部41上。具体而言，作业者将连结部70的突起部72嵌入第一端部41的第一嵌合孔45内。连结部70与轴40的第一端部41的固定方法能够采用压入、冷缩配合、焊接、粘合等。

接着，在图6(B)所示的第二工序中，作业者对由轴40和连结部70固定起来而形成的单元进行平衡调节。具体而言，作业者将配重部件85安装到形成在连结部70上的多个孔81中的规定的孔81内。这样一来，能够调节轴40的周向或轴向上的实质重量。

接着，在图6(C)所示的第三工序中，作业者将连结部70的筒部73a插入板部件90的通孔91。在该状态下，连结部70的第二锥形部73b比板部件90向顶端侧突出。因为连结部70和叶轮51是不同的部件，所以即使不分割板部件90，也能够使板部件90位于连结部70的周围。需要说明的是，在将筒部73a插入通孔91的状态下，配重部件85位于不与通孔91的内周面发生干涉的位置。

接着，在图7(A)所示的第四工序中，作业者将叶轮51安装到连结部70上。此处，叶轮51是与轴40和连结部70不同的部件。因此，能够单独对叶轮51进行叶轮51的平衡调节。在第四工序之前的规定时刻由作业者进行叶轮51的平衡调节。在第四工序中，作业者将叶轮51的轴部53嵌入筒部73a的第三嵌合孔74。连结部70与叶轮51的固定方法能够采用压入、冷缩配合、焊接、粘合等。

经过上述工序，如图7(B)所示，组装出轴40与叶轮51通过连结部70连结而成的单元。在该单元中，通过上述工序，能够高精度地进行平衡调节。

(8)特征

(8－1)

在将轴40的第一端部41与叶轮51连结起来的连结部70上设有平衡调节机构80。如果在叶轮51上安装用于调节平衡的重物等，则由于叶轮51的盘部52的厚度变厚等原因，而会使叶轮51的重量变大。因为叶轮51位于相对于轴40最远的位置，所以如果叶轮51的重量变大，则作用于轴40的弯矩就会增大，轴40容易挠曲。其结果是，无法使轴40高速旋转，因此压缩机20的最高转速变小，压缩机20的运转范围缩小。

相对于此，在本构成中，因为在连结部70设有平衡调节机构80，所以能够抑制叶轮51的重量增大。其结果是，能够抑制作用于轴40的弯矩增大，从而能够抑制轴40产生挠曲。因此，能够使轴40高速旋转，从而能够扩大压缩机20的运转范围。

(8－2)

轴40、连结部70以及叶轮51是不同的部件。因此，能够仅对由轴40和连结部70组装而成的单元进行平衡调节。叶轮51在与轴40和连结部70分离的状态下，能够单独进行平衡调节。其结果是，在由轴40、连结部70以及叶轮51组装而成的单元中，最终能够高精度地进行平衡调节。

通过使连结部70和叶轮51为不同的部件，能够在将连结部70插入板部件90的通孔91中之后，将叶轮51安装到连结部70上。因此，即使不分割板部件90，也能够使板部件90位于连结部70的周围。这样一来，能够简化板部件90的构造。

(8－3)

连结部70的密度小于轴40的密度。因此，因为能够使连结部70轻量化，所以能够抑制作用于轴40的弯矩因连结部70而增大。这样一来，能够抑制轴40产生挠曲，从而能够使轴40高速旋转。

(8－4)

叶轮51的密度小于轴40的密度。因此，因为能够使叶轮51进一步轻量化，所以能够抑制作用于轴40的弯矩因叶轮51而增大。

(8－5)

平衡调节机构(80)包括形成在连结部(70)上的多个孔(81)和安装在多个孔(81)中的规定的孔(81)内的配重部件(85)。通过在多个孔81中的规定的孔81内安装配重部件85，从而能够容易地进行平衡调节。

(8－6)

在连结部70上，多个孔81沿该连结部70的周向排列。因此，能够容易地调节轴40的周向上的实质重量的分布。

(8－7)

在连结部70上，由多个孔构成的列组L1、L2、L3沿轴40的轴向排列。因此，能够容易地调节轴40的轴向上的实质重量的分布。

(8－8)

压缩机20包括与连结部70的外周面留出间隙G而布置的作为第一部件的板部件90。在板部件90与连结部70之间的间隙G中，流体随连结部70的旋转而被搅拌。这样一来，在间隙G中，能够利用流体流动形成密封部。其结果是，能够抑制在压缩室55中被压缩后的流体向电机30侧的空间泄漏。

尤其是，在连结部70的筒部73a的外周面上，安装有配重部件85。因此，当连结部70旋转时，能够利用配重部件85促进对于流体的搅拌。其结果是，能够提高间隙G处的密封部的密封性能。

(8－9)

连结部70的被板部件90围住的部分(即筒部73a)的外径小于轴40的外径。因此，因为能够使筒部73a与板部件90之间的间隙的面积较小，所以能够抑制在压缩室55中被压缩后的流体向电机30侧的空间泄漏。

(9)变形例

上述实施方式还可以有以下变形例。需要说明的是，在下述说明中，原则上对于与实施方式的不同点进行说明。

(9－1)变形例1：连结部的构成

如图8所示，也可以将推力板43与连结部70形成为一体。在此情况下，能够使推力板43轻量化。也可以由一个部件构成连结部70和叶轮51，并使该部件与轴40互相独立。在此情况下，优选的是，使包括连结部70和叶轮51的单元的密度小于轴40的密度。也可以使轴40、连结部70以及叶轮51成为一体部件。

(9－2)变形例2：平衡调节机构

配重部件85也可以通过紧固以外的固定方法(例如压入、冷缩配合、焊接、粘合等)固定在连结部70上。多个孔81也可以在轴向上仅排列有一列。多个孔81也并非一定要沿周向排列。

(9－3)变形例3：其他应用例

与本公开的连结部70相关的构成也可以应用于具有两个压缩机构50的双级涡轮式压缩机20。与本公开的连结部相关的构成也可以应用于涡轮式压缩机20以外的涡轮式流体机械。具体而言，本构成也可以应用于设在车辆等上的涡轮增压器。

以上对实施方式和变形例进行了说明，但应理解的是，可以在不脱离权利要求书的主旨和范围的情况下，对其方式和具体情况进行各种变更。只要不影响本公开的对象的功能，则还可以对上述实施方式、变形例、其他实施方式适当地进行组合或替换。

以上所述的“第一”、“第二”、“第三”……这些词语仅用于区分包含上述词语的语句，并不限定该语句的数量、顺序。

－产业实用性－

综上所述，本公开对涡轮式流体机械及制冷装置很有用。

－符号说明－

1制冷装置

20压缩机(涡轮式流体机械)

40轴

50压缩机构

51叶轮

70连结部

73a筒部(部分)

80平衡调节机构

81孔

85配重部件

90板部件(第一部件)

G间隙

L1第一列组

L2第二列组

Claims (9)

1.一种涡轮式流体机械，其特征在于：

所述涡轮式流体机械包括被驱动而旋转的轴(40)、具有叶轮(51)的压缩机构(50)以及将所述轴(40)的端部与所述叶轮(51)连结起来的连结部(70)，

在所述连结部(70)上，设有平衡调节机构(80)。

2.根据权利要求1所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

所述轴(40)、所述连结部(70)以及所述叶轮(51)由不同的部件构成。

3.根据权利要求2所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

所述连结部(70)的密度小于所述轴(40)的密度。

4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

所述平衡调节机构(80)包括形成在所述连结部(70)上的多个孔(81)、和安装在所述多个孔(81)中的规定的孔(81)内的配重部件(85)。

5.根据权利要求4所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

在所述连结部(70)上，多个孔(81)沿该连结部(70)的周向排列。

6.根据权利要求5所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

在所述连结部(70)上形成有第一列组(L1)和第二列组(L2)，所述第一列组(L1)和所述第二列组(L2)是由沿所述连结部(70)的周向排列的多个孔(81)构成的，

所述第一列组(L1)和所述第二列组(L2)沿所述连结部(70)的轴向排列。

7.根据权利要求1到6中任一项权利要求所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

所述涡轮式流体机械包括与所述连结部(70)的外周面留出间隙(G)而布置的第一部件(90)。

8.根据权利要求7所述的涡轮式流体机械，其特征在于：

所述连结部(70)的被第一部件(90)围住的部分(73a)的外径小于所述轴(40)的外径。

9.一种制冷装置，其特征在于：

所述制冷装置包括权利要求1到8中任一项权利要求所述的涡轮式流体机械。