CN1997826A - 密封式压缩机中的轴向轴承装置 - Google Patents

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Abstract

一种往复式密封压缩机中的磁性轴向轴承装置，其包括：气缸组(20)和径向轴承毂(40)；固定电动机(60)的转子(61)的曲轴(50)，所述装置包括至少一个磁性轴向轴承组件(100)，其由一对磁铁元件(101)构成，每对中的磁铁元件(101)安装在成对的部件曲轴(50)和气缸组(20)、成对的部件气缸组(20)和转子(61)或成对的部件曲轴(50)和外部轴承(120)中至少一对的相应部分上，成对的部件中至少一对的部件带有各自面对的机械止动件，所述面对机械止动件以轴向间隙(FA)彼此保持隔开，该轴向间隙(FA)小于磁性轴向间隙(FM)、大于零，并被保持在磁性轴向轴承组件(100)的磁铁元件(101)之间。

Description

密封式压缩机中的轴向轴承装置
技术领域
本发明涉及一种往复式密封压缩机中的轴向轴承装置(axialbearing arrangement)，所述往复式密封压缩机带有用于小型制冷系统类型的立轴。
背景技术
制冷的密封式压缩机带有一种安装在密封外壳内的气缸组，支撑电动机转子所安装的垂直曲轴。曲轴-转子组件的重量由轴向轴承支撑，其形式一般为平的滑动轴向轴承，轴承内油膜保证相互相对运动(滑动)表面的分离，或者是滚柱轴承的形式(US4632644；WO03/019008)，其中，滚珠组件支撑轴向重量，所述滚柱轴承在座圈上滚动，以抵抗与滚珠接触产生的赫兹张力。
曲轴在其下端带有泵转子，该转子在压缩机工作期间将润滑油从限定在外壳下部的储器中传送到相互相对运动的部分，从而为所述部件的正确运转保证油的供给。
轴向轴承的位置可以根据压缩机元件的布置和设计变化而改变。在有些解决方案中，将转子安装在气缸组下方的曲轴上，如图1所示，或将转子安装在气缸组上方的曲轴上，如图2所示。根据转子相对于气缸组的安装位置，改变限定轴向轴承的表面。
在转子安装于气缸组下方的情况下，曲轴的环形凸缘的下表面用轴颈轴向地装在径向轴承毂的上端限定的环形表面上。另一方面，当转子安装于气缸组上方时，转子的下表面用轴颈轴向地装在径向轴承毂的上端限定的环形表面上。
此外还知道其中设有第二轴承(外部轴承)的在曲轴上径向致动的装置。在轴延伸超出偏心件的这种构造中，环形凸缘的下表面可以用轴颈轴向地装在所述第二径向轴承的上环形表面上，如图3所示的特定装置，其中，转子安装在气缸组的下方。
在上述关于滑动轴向轴承的构造中，限定轴向轴承的相互面对表面之间的完全平行性无法保证，这是由于位置误差(轴向冲击)的存在和压缩机运转期间元件的主要变形所致。
这些误差和变形导致对油膜形成不利的几何形状并因此减小轴向轴承的支撑能力，增加机械摩擦损失和表面磨损。
这些压缩机的有力性能的改进可以通过减少机械摩擦损失获得，例如通过使用形式为滚柱轴向轴承的更加高效的轴承，其运转在消除机械损失方面表现出近乎理想的速度。在有关密封式压缩机的巴西专利PI8503054(US4632644)中描述了应用这种概念的轴承的建设性解决方案，在该密封式压缩机中，电动机的转子安装在气缸组的上方，如图2所示。
在美国专利US4632644中建议设置滚柱轴向轴承可能增加噪音并降低压缩机的机械可靠性，这取决于轴向轴承的构造及其安装布置。
相同申请人的同时待审文件WO03/019008提及一种密封式压缩机，其具有在气缸组下方安装在曲轴上的电动机转子，并带有滚柱轴向轴承装置，其通过最小化曲轴偏转的影响而增加滚柱轴承的机械可靠性，如图4所示。
发明目的
本发明的一般目的在于提供一种制冷的往复式密封压缩机中的轴承装置，其可以减小机械损耗和整体噪声级，从而产生更强有力的密封压缩机的性能。
本发明的进一步目的在于提供一种如上所述的轴承装置，其不会损害曲轴部分和位于轴向轴承上方的压缩机机构的其它元件的充分润滑。
发明内容
本发明的轴承装置应用于往复式密封压缩机，其包括：气缸组，其安装在外壳内并承载气缸和垂直布置的径向轴承毂；曲轴，其通过径向轴承毂安装并具有第一端部和相对的第二端部，所述第一端部从径向轴承毂向外突出并固定电动机的转子，所述相对的第二端部从径向轴承毂向外突出并装有外周凸缘和偏心部，本发明的装置包括至少一个磁性轴向轴承组件，该组件包括磁铁元件，该磁铁元件具有相互面对的表面和磁性方向，以在正常操作中对曲轴产生支撑，足以保证限定轴向轴承的磁铁元件的面对表面之间不存在接触，每个磁铁元件都安装在与转动元件(曲轴或与其刚性连接的任何元件，例如转子)相连的相应部分上，而另一部分则与固定元件(气缸组或其刚性连接的任何元件，例如象外部轴承)相连，即每个磁铁元件都安装在成对的部件曲轴和气缸组以及成对的部件气缸组和转子中至少一对的相应部分上，在成对的部件中的至少一对上，设置有面对的机械止动件，这些止动件以轴向间隙(FA)彼此保持隔开，该轴向间隙(FA)小于磁铁元件面对表面之间存在的磁性轴向间隙(magnetic axial gap)(FM)，以便保证一旦发生压缩机温度上升到足够高和压缩机在运输过程中所述部件轴向移位的情况中至少一种时，就会引起面对的机械止动件相互支承，使磁性轴向间隙保持大于零。由于磁性轴向间隙的存在，本发明加入了油偏转装置，以其保证上升的油流润滑位于磁性轴向轴承上方的摩擦对。
附图说明
下面将参考附图对本发明进行说明，其中：
图1是往复式密封压缩机的中央纵向剖面图，该压缩机带有固定于电动机转子的垂直曲轴，所述电动机转子设置在气缸组下方并由现有技术的轴向轴承垂直支撑；
图2是与前图所示内容相似的视图，但是示出了现有技术的构造，其中，电动机的转子位于气缸组上方并由现有技术的滚柱轴向轴承垂直支撑；
图3是与图1中相似的往复式密封压缩机的中央纵向剖面图，压缩机设有在曲轴延长部上其具偏心部的外部径向致动的外部轴承，并且由轴向轴承垂直支撑；
图4是图1所示类型的气缸组的局部纵向剖面图，并且装有垂直径向轴承毂，在其上端部，滚柱轴向轴承座落在曲轴-电动机转子组件上，如现有技术所指教的那样；
图5是图1所示类型的气缸组的放大和局部纵向剖面图，并且装有径向轴承毂，其被用于容纳依据本发明构造的磁性轴向轴承元件和油偏转装置；
图6是图1所示类型的气缸组的放大和局部纵向剖面图，示出本发明的油偏转装置的另一种构造；
图7是图5中示出的偏转装置的透视图；和
图8是依据本发明在图5和6中所示磁铁的安装布置的放大图。
具体实施方式
图1以简单的方式示出往复式密封压缩机，该压缩机包括外壳10，气缸组20被适当地悬挂在该外壳10中，气缸组20限定气缸30并装有径向垂直设置的轴承毂40，所述轴承毂40可旋转地支撑垂直曲轴50，所述曲轴50具有第一端部，其从径向轴承毂40向外突出，以便固定电动机60的转子61，电动机60的定子62固定在气缸组20的下面。曲轴50还带有第二端部，其从径向轴承毂40向外突出并装有外周凸缘51，外周凸缘51的下表面限定轴向轴承环形表面51a和偏心部52，连杆70的较大孔眼安装在偏心部52上，连杆70的较小孔眼则安装到气缸30内往复运动的活塞80上。
在这种类型的现有技术构造中，轴向轴承环形表面51a座落在径向轴承毂40的上环形表面41上，从而限定滑动轴向轴承，该滑动轴向轴承支撑曲轴50/转子60组件的负载。
图2进一步示出往复式密封压缩机，该压缩机带有与已描述的有关图1的压缩机相同的基本元件，并以相同的附图标记表示。然而，在图2所示的构造中，电动机60被布置在气缸组20的上方，并因此处于径向轴承毂40的上方。
在图2的构造中，设置了滚柱轴向轴承90，座靠在径向轴承毂40的上环形表面41和转子61的相应的下表面部分上。
图3进一步示出往复式密封压缩机，该压缩机带有与已描述的有关图1的压缩机相同的基本元件，并具有相同的附图标记。然而，在图3所示的构造中，外部轴承120座落在气缸组20上并设置成在曲轴50的偏心部52上径向致动。当电动机60设置在气缸组20上方时，可以获得相同的压缩机构造。
在图4的构造中，示出用于往复式密封压缩机的滚柱轴向轴承装置，在该往复式密封压缩机中，其曲轴50垂直设置，并带有安装在气缸组20和径向轴承毂40下方的电动机的转子61。依据本发明，依靠磁性轴承装置克服了现有技术的不足，所述磁性轴承装置包括至少一个磁性轴向轴承组件100，其包括至少一对相互面对的磁铁元件101，每个磁铁元件101都安装在成对的部件曲轴50和气缸组20以及成对的部件气缸组20和转子61中至少一对的相应部分上，并且在成对的部件中的至少一对上设置有面对的机械止动件，所述止动件以轴向间隙FA保持相互隔开，该间隙FA小于磁铁元件101面对表面之间存在的磁性轴向间隙FM，从而保证一旦发生压缩机温度上升到足够高和压缩机在运输过程中所述部件轴向移位的情况中的至少一种时，就会引起面对的机械止动件相互支承，以使磁性轴向间隙保持大于零。
在图3所示的构造中，磁铁元件101设置在偏心部52之外的曲轴50的延长部与外部轴承120之间。
每个磁铁元件101都可以形成为一个或多个磁铁部分，例如环形部分，其尺寸设PG DN在圆周布置中形成闭环。
在另一个实施例中(未示出)，至少一个磁性轴向轴承组件100形成为轴向重叠的磁环。
依据本发明的优选构造形式，至少一个磁铁元件101构成为单件。
磁铁元件101带有磁性方向，以产生对曲轴50的支撑，其足以保证限定磁性轴向轴承的磁铁元件的面对表面之间不存在接触，磁铁元件安装在成对的支撑表面上，每对的这些支撑表面中的一个与转动元件(曲轴50或与其刚性连接的任何元件，例如转子61)相连，而每对的另一支撑表面与固定元件(气缸组20或与其刚性连接的任何元件，例如外部轴承120)相连，对成对的支撑表面中的至少一个设置有面对的机械止动件，所述止动件以轴向间隙FA彼此保持隔开，该间隙FA小于磁铁元件101面对表面之间存在的磁性轴向间隙FM，从而保证一旦发生在压缩机运输过程中产生的或由压缩机内温度上升导致的轴向移位时，一对面对的机械止动表面相互支承，并因此确保对磁铁元件101不存在碰撞(磁铁元件101的面对表面之间的磁性轴向间隙FM永远不会是零)。
依据本方案，磁铁元件101安装在具有相互相对运动的元件的轴向表面之间，从而使该元件的轴向表面支撑住电动机60的曲轴50/转子60组件的轴向负载，防止相互相对运动的元件(曲轴50与气缸组10和/或气缸组20与转子61和/或曲轴50与外部轴承120)的所述轴向表面以及磁铁元件101的任何表面在压缩机的部分或整个运转期间进行接触。
施加在磁性轴向轴承组件100上的轴向力几乎是恒定的并且是低量级的(大约12.0N)，这允许使用小质量(大约1.0～2.0g)的磁铁，因此具有可接受的成本。
磁铁的尺寸确定和材料的选择都应确保由温度变化所引起的磁铁元件101之间的磁性轴向间隙FM最小变化。同样，元件的尺寸公差应可能最小，以使磁铁元件101的体积、径向安装间隙和磁铁元件101与所述相邻的止动表面之间的轴向水平差呈现最小可能的变化。关于这些参数的典型尺寸公差大约为+/-0.03至+/-0.05mm。可以采用较大的公差(大约＝/-0.02mm)，但是对磁性轴向间隙FM的变化范围具有直接影响。
依据实现本发明的一种方法，止动表面中的至少一个限制设置在曲轴50周围的环形滑动轴承，所述止动表面中的至少一个被结合到部件曲轴50和气缸组20、部件气缸组20和转子61、或部件曲轴50和外部轴承120中的一个上。
依据图示，磁性轴向轴承组件100的一磁铁元件101座落在径向轴承毂40端部的低下部分上，其另一磁铁元件101座靠在外周凸缘51的相邻表面部分上，所述径向轴承毂40限定一止动表面，而外周凸缘51限定所述成对止动表面的另一止动表面，所述止动表面相对于所述成对磁铁元件101在内部径向布置，并且具有它们的轴向间隙FA，其与所述成对磁铁元件101的磁性轴向间隙FM轴向地保持水平。
在这种构造中，所述低下部分引导磁铁元件101组件，为后者限定出壳体，该低下部分例如可以通过它们各自的内部直径来保持或引导每个所述磁铁元件101，这便于这些壳体的机械加工。
依据本发明，至少一个磁铁元件101以其径向内部、径向外部和其端面中的至少一个保持在所述部件曲轴50和气缸组20以及部件气缸组20和转子61，或部件曲轴50和外部轴承120中的一个上。每个磁铁元件101在相应部件上的保持力可以通过任何紧固装置来实现，只要其保证所述磁铁元件101相对于曲轴50的旋转轴的同心度即可。
计算每个低下部分的深度，以确保即使考虑到磁铁元件101的尺寸变化，也要在安装时使两者之间的磁性轴向间隙FM大于低下部分所处面对止动表面之间限定的轴向间隙FA，保证在运转或运输条件下面对的磁铁元件101之间不会发生碰撞，这些表面以及除了涉及在相应低下部分中每个磁铁元件101表面的其它表面之间都不会发生碰撞。
在磁铁元件101安装在转子61上的情况下，每个低下的部分优选地依靠其外径引导各自的磁铁元件101。
在本发明另一个构造变型中，止动表面中的至少一个被插入件限定，该插入件固定到曲轴50和气缸组20、气缸组20和转子61或曲轴50和外部轴承120的所述部件中之一上并从所述部件中之一突出，所述插入件例如销钉，以过盈安装到所述部件中之一。
在所示压缩机构造中，曲轴50在外部的其外表面上带有至少一个螺旋沟槽，限定一相应的表面油道53，通过该表面油道53，储存在外壳10底部的润滑油被向上泵送。表面油道53带有油入口下端(未示出)，其与外壳10内的润滑油流体连通，还有油出口上端53a，其与倾斜的轴向油道54的下端相通，该轴向油道54沿偏心部52设置并将润滑油导向所述偏心部52的端面。
在这种类型的油泵送中，需要特别当心避免离心的径向油流到径向轴承毂40的相邻端部区域，否则会导致损耗和对曲轴50的偏心部52的泵送效率降低。尤其是，要特别注意设置在径向轴承毂40的这个区域的磁性轴向轴承的构造，以便防止油通过轴向轴承区域在其上升通道沿径向泄漏。
为了避免离心的径向油流出，本发明的轴承装置包括由曲轴50自身携带的偏转装置，设置该偏转装置以将到达表面油道53的油出口上端53a的上升油流的绝大部分导向油道54的内部，将在径向轴承毂40的相邻端部区域内的所述上升油流的离心径向流失降至最低程度。
偏转装置使在其中接收的那部分径向油流强制向上流动，通过其径向和轴向敞开的下部透入油道54中，并升高直到偏心部52的顶部。
图5和6示出本发明轴承装置的第一实施例，这种装置防止油从磁铁元件101之间泄漏，所述磁铁元件101设置在曲轴50和气缸组20部件之间。
在此所示的本发明的构造形式中，偏转装置的形式为设置在油道54内的导管110，其具有端部111，该端部111与表面油道53的油出口上端53a相通，还有相对端部112，其与内部油道54的内部相通，端部111轴向地与所述磁铁元件101之间的磁性轴向间隙FM的下平面隔开。
为了将导管110安装在油道54内，导管110在其相对端部112带有弧形的扩张部分113，其回弹地被强制到压缩状态，以便将导管110安装到油道54内，所述状态是通过所述扩张部分113的外表面座靠在油道54的内表面来保持的。
在图7所示的本发明的另一个实施例中，偏转装置由曲轴50的轴向壁部分55限定，设置在表面油道53的油出口上端53a与偏心部52的油道54的下端之间，所述轴向壁部分55至少在径向轴承毂40的相邻端部区域内沿着曲轴50延伸。在实现本发明的一种方法中，油道54具有设置在曲轴50内的其延长部的部分。
在图7所示的构造中，本发明的装置进一步包括油通路56，其限定在曲轴50内，并且是在曲轴50的外周轮廓的内部并与曲轴外周轮廓相隔开，其具有与油道54的上端相通的上端部分和与表面油道53的油出口上端53a相通的下端部分，油通路56和油道54的部分中至少一个的外周轮廓限定轴向壁部分55的内轮廓。
尽管仅示出其中只有一对磁铁元件101设置在气缸组20与曲轴50之间的构造，但是本装置也适用于气缸组20和转子61的部件或曲轴50和外部轴承120的部件，无论是单独使用还是同时使用。
根据压缩机元件的尺寸，对于给定的磁性材料，以磁铁元件101的最小尺寸提供很高的支撑能力是可能的，从而产生很大的机械间隙(FA)和磁性轴向间隙(FM)。磁铁元件101的这种支撑能力的调整可以通过例如金属注射(注射成型)工艺混合磁性材料与聚合物来获得。
虽然没有示出，但在这里提出权利要求的概念范围内的其它轴承装置构造也是可能的，例如在这种装置中，成对的磁铁元件101设置成轴向地与止动表面隔开，所述轴承对相对于止动表面可运转地相连。
采用本发明的轴承装置，使压缩机获得更有力和更好的声音性能，减少了压缩机的机械损耗和噪声级。

Claims (13)

1.一种往复式密封压缩机中的磁性轴向轴承装置，包括：气缸组(20)，其安装在外壳(10)内并承载气缸(30)和竖直布置的径向轴承毂(40)；曲轴(50)，其通过径向轴承毂(40)安装并具有第一端部和相对的第二端部，所述第一端部从径向轴承毂(40)向外突出并固定电动机(60)的转子(61)，所述相对的第二端部从径向轴承毂(40)向外突出并装有外周凸缘(51)和偏心部(52)，其特征在于，该磁性轴向轴承装置包括至少一个磁性轴向轴承组件(100)，该组件(100)包括具有相互面对表面的磁铁元件(101)，每个磁铁元件(101)安装在成对的曲轴(50)和气缸组(20)部件以及成对的气缸组(20)和转子(61)部件中的至少一对的相应部分上，在成对的部件中的至少一对上，设置有面对的机械止动件，这些止动件以轴向间隙(FA)彼此保持隔开，该轴向间隙(FA)小于磁铁元件(101)的面对表面之间存在的磁性轴向间隙(FM)，以便保证一旦发生压缩机温度上升到足够高和压缩机在运输过程中所述部件轴向移位的情况中的至少一种时，使起面对的机械止动件相互支承，磁性轴向间隙保持大于零。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括外部轴承(120)，该外部轴承(120)座落在气缸组(20)上并在曲轴(50)的偏心部(52)的外部的曲轴(50)的延长部上操作，并且在所述气缸组(20)与外部轴承(120)之间布置有磁性轴向轴承组件(100)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，面对的机械止动件中的至少一个限定围绕曲轴(50)布置的环形滑动轴承。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，面对的机械止动件中的至少一个与所述部件(50、20；20、61)中的一个相结合。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，面对的机械止动件中的至少一个被插入件限定，该插入件固定在所述部件(50、20；20、61)之一上，并从所述部件(50、20；20、61)之一突出。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，磁性轴向轴承组件(100)的磁铁元件(101)座落在径向轴承毂(40)的端部的低下部分上，同一对的另一磁铁元件(101)座靠在外周凸缘(51)的相邻表面部分上，径向轴承毂(40)的所述端部限定面对的机械止动件，而外周凸缘(51)限定成对的所述面对机械止动件中的另一面对机械止动件，所述成对的面对机械止动件相对于所述成对的磁铁元件(101)在内部径向地布置，并且使其轴向间隙(FA)与所述成对磁铁元件(101)的磁性轴向间隙(FM)轴向地保持对齐。
7.如权利要求6所述的装置，其中，曲轴(50)在其外部表面上包括至少一个表面油道(53)，其具有油入口下端和油出口上端(53a)，所述油入口下端与限定在外壳(10)内的储油器流体连通，所述油出口上端(53a)与沿偏心部(52)限定的油道(54)的下端相通，其特征在于，该装置包括由曲轴(50)自身承载的偏转装置，设置该偏转装置以将到达表面油道(53)的油出口上端(53a)的上升油流的绝大部分导向油道(54)的内部，将在径向轴承毂(40)的相邻端部区域内的所述上升油流的离心径向流失降至最低程度。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，偏转装置由曲轴(50)的轴向壁部分(55)限定，该轴向壁部分设置在表面油道(53)的油出口上端(53a)与偏心部(52)的油道(54)的下端之间，所述轴向壁部分(55)至少在径向轴承毂(40)的相邻端部区域内沿着曲轴(50)延伸。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置包括油通路(56)，该油通路(56)限定在曲轴(50)内，并且在曲轴(50)的外周轮廓的内部并与该外周轮廓相隔开，其具有与油道(54)的下端相通的上端部分和与表面油道(53)的油出口上端(53a)相通的下端部分，油通路(56)和油道(54)的部分中至少一个的外周轮廓限定轴向壁部分(55)的内轮廓。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，油道(54)具有设置在曲轴(50)内的其延长部的部分。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，油偏转装置的形式为设置在油道(54)内的导管(110)，该导管(110)具有与表面油道(53)的油出口上端(53a)相通的端部(111)和与内部油道(54)的内部相通的相对端部(112)，与所述油出口上端(53a)相通的端部(111)轴向地与所述磁铁元件(101)之间的磁性轴向间隙(FM)的下平面隔开。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个磁铁元件(101)通过其径向内表面、径向外表面和端面中的至少一个保持在所述部件中的一个上。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，为了对磁铁元件(101)的最小尺寸调整支撑能力，磁铁元件(101)通过磁性材料与聚合物的混合物来获得。
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