DE102018104246A1

DE102018104246A1 - Zentrifugalkompressor

Info

Publication number: DE102018104246A1
Application number: DE102018104246.9A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke FUKUYAMA; Kaho TAKEUCHI
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-10-04
Also published as: JP6747355B2; US20180283388A1; JP2018168829A

Abstract

Ein Zentrifugalkompressor ist mit einem Ringbauteil mit einer Umfangswand, einer Hochdrehzahlwelle, die sich auf einer inneren Seite der Umfangswand befindet, und Walzen versehen, die sich zwischen der Umfangswand und der Hochdrehzahlwelle befinden. Jede Walze weist eine Umfangsfläche und eine erste und zweite Endfläche auf. Die Umfangsfläche von jeder von den Walzen weist eine Kontaktfläche, die einen Abschnitt in einer Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle berührt, eine erste Nicht-Kontaktfläche, die von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist, und eine zweite Nicht-Kontaktfläche auf, die von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist. Die Kontaktfläche weist eine Mittenposition beziehungsweise Zentralposition auf, die sich näher an dem ersten Flansch als eine Mittenposition beziehungsweise Zentralposition von jeder von den Walzen in einer axialen Richtung der Walzen befindet.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugalkompressor.
Die Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2016-194251 beschreibt ein Beispiel eines Zentrifugalkompressors mit einer Drehzahlübersetzungsvorrichtung (speed increaser). Ein Beispiel eines Zentrifugalkompressors weist ein Laufradgehäuse, das ein Laufrad beherbergt, und ein Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäuse, das einen Drehzahlübersetzungsmechanismus beherbergt, auf. Der Drehzahlübersetzungsmechanismus weist ein Ringbauteil, eine Hochdrehzahlwelle und Rollen beziehungsweise Walzen auf. Die Drehung einer Niederdrehzahlwelle dreht das Ringbauteil. Die Hochdrehzahlwelle befindet sich auf einer inneren Seite des Ringbauteils. Die Rollen beziehungsweise Walzen befinden sich zwischen dem Ringbauteil und der Hochdrehzahlwelle in Kontakt mit sowohl dem Ringbauteil als auch der Hochdrehzahlwelle. Die Hochdrehzahlwelle weist einen Abschnitt auf, der in das Laufradgehäuse eingesetzt und mit dem Laufrad integriert ist. Der Drehzahlübersetzungsmechanismus wird mit Öl zur Schmierung versorgt.
Wenn die Hochdrehzahlwelle sich neigt, kann das Laufrad in Kontakt mit einer Innenfläche des Laufradgehäuses kommen. Daher ist es in einem Zentrifugalkompressor, der eine Drehzahlübersetzungsvorrichtung aufweist, wünschenswert, dass die Hochdrehzahlwelle stabil gestützt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zentrifugalkompressor zu bieten, der die Hochdrehzahlwelle stabil stützt.
Ein Zentrifugalkompressor, der das vorangehende Problem löst, ist mit einem Ringbauteil, einer Hochdrehzahlwelle, einer Vielzahl von Rollen beziehungsweise Walzen, einem Laufrad, einem Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil und einem Laufradgehäusebauteil versehen. Das Ringbauteil weist eine Umfangswand auf und ist gestaltet, um sich zu drehen, wenn sich eine Niederdrehzahlwelle dreht. Die Hochdrehzahlwelle befindet sich an einer Innenseite beziehungsweise einer weiter innenliegenden Seite der Umfangswand. Die Walzen befinden sich zwischen der Umfangswand und der Hochdrehzahlwelle. Die Walzen sind gestaltet, um die Umfangswand und die Hochdrehzahlwelle mittels Öl zu berühren. Das Laufrad ist gestaltet, um sich einstückig mit der Hochdrehzahlwelle zu drehen. Das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil beherbergt das Ringbauteil, die Walzen und einen Teil der Hochdrehzahlwelle. Das Laufradgehäusebauteil beherbergt das Laufrad. Die Walzen weisen jeweils eine Umfangsfläche, eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche auf. Die erste Endfläche und die zweite Endfläche sind durch zwei Endflächen in einer axialen Richtung der Walzen definiert. Die Hochdrehzahlwelle weist einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch auf. Der erste Flansch liegt der ersten Endfläche von jeder von den Walzen gegenüber. Der zweite Flansch liegt der zweiten Endfläche von jeder von den Walzen gegenüber und befindet sich weiter entfernt von dem Laufrad als der erste Flansch in der axialen Richtung der Hochdrehzahlwelle. Die Umfangsfläche von jeder von den Walzen weist eine Kontaktfläche, eine erste Nicht-Kontaktfläche und eine zweite Nicht-Kontaktfläche auf. Die Kontaktfläche berührt einen Abschnitt in der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle zwischen dem ersten Flansch und dem zweiten Flansch. Die erste Nicht-Kontaktfläche durch einen Abschnitt der Umfangsfläche definiert ist, die sich von einem Rand der Kontaktfläche aus zu der ersten Endfläche hin erstreckt und von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist. Die zweite Nicht-Kontaktfläche durch einen Abschnitt der Umfangsfläche definiert ist, die sich von einem Rand der Kontaktfläche aus zu der ersten Endfläche hin erstreckt, und ist von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet. Die Kontaktfläche weist eine Mittenposition auf, die sich näher an dem ersten Flansch als eine Mittenposition von jeder von den Walzen in der axialen Richtung von jeder von den Walzen befindet.
Figurenliste
Die Erfindung zusammen mit Aufgaben und Vorteilen von dieser kann am besten durch Bezug auf die folgende Beschreibung der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den angefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen:

1 eine schematische Querschnittsansicht ist, die eine Ausführungsform eines Zentrifugalkompressors zeigt;
2 eine Querschnittsansicht ist, die entlang einer Linie 2-2 in 1 genommen ist, die einen Abschnitt einer Drehzahlübersetzungsvorrichtung in dem Zentrifugalkompressor von 1 zeigt;
3 eine perspektivische Ansicht ist, die die Beziehung von Walzen und einer Hochdrehzahlwelle in dem Zentrifugalkompressor von 1 zeigt;
4 eine Querschnittsansicht ist, die entlang einer Linie 4-4 in 2 genommen ist, die einen Abschnitt der Drehzahlübersetzungsvorrichtung in dem Zentrifugalkompressor von 1 zeigt;
5 eine Querschnittsansicht ist, die Walzen in einem Vergleichsbeispiel zeigt;
6 eine Querschnittsansicht ist, die ein modifiziertes Beispiel des Drehzahlübersetzungsmechanismus zeigt; und
7 eine Querschnittsansicht ist, die ein weiteres modifiziertes Beispiel des Drehzahlübersetzungsmechanismus zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform eines Zentrifugalkompressors wird nun beschrieben. Der Zentrifugalkompressor ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) installiert, das durch eine Brennstoffzelle betrieben wird. Der Zentrifugalkompressor versorgt die Brennstoffzelle mit Luft.
Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Zentrifugalkompressor 10 eine Niederdrehzahlwelle 11, eine Hochdrehzahlwelle 12, einen Elektromotor 13, der die Niederdrehzahlwelle 11 dreht, eine Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 und ein Laufrad 52 auf. Die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 erhöht die Drehzahl der Niederdrehzahlwelle 11 und überträgt die Drehung an die Hochdrehzahlwelle 12. Das Laufrad 52 wird durch die Hochdrehzahlwelle 12 gedreht, um ein Fluid (Luft in der vorliegenden Ausführungsform) zu komprimieren beziehungsweise zu verdichten.
Die Hochdrehzahlwelle 12 weist einen zylindrischen Wellenkörper 14, einen ersten Flansch 15 und einen zweiten Flansch 16 auf. Der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 16 sind beide ringförmig und erstrecken sich in der radialen Richtung von dem Wellenkörper 14 aus. Der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 16 sind voneinander in der axialen Richtung der Hochdrehzahlwelle 12 beabstandet. Der Wellenkörper 14 weist einen gestützten Abschnitt 17 und einen vorragenden Abschnitt 18 auf. Der gestützte Abschnitt 17 ist der Abschnitt zwischen dem ersten Flansch 15 und dem zweiten Flansch 16. Der vorragende Abschnitt 18 erstreckt sich von dem ersten Flansch 15 entgegengesetzt zu dem gestützten Abschnitt 17 in der axialen Richtung. Der zweite Flansch 16 ist an dem einen von den zwei axialen Enden der Hochdrehzahlwelle 12 angeordnet, das weiter entfernt von dem Laufrad 52 ist. Der erste Flansch 15 befindet sich näher an dem Laufrad 52 als der zweite Flansch 16 in der axialen Richtung der Hochdrehzahlwelle 12. Die zwei Wellen 11 und 12 sind zum Beispiel aus einem Metall, genauer gesagt Eisen oder einer Eisenlegierung, ausgebildet.
Der Zentrifugalkompressor 10 weist ein Gehäuse 20 auf, das den äußeren Mantel des Zentrifugalkompressors 10 ausbildet. Das Gehäuse 20 beherbergt die zwei Wellen 11 und 12, den Elektromotor 13 und einen Drehzahlübersetzungsmechanismus 61, der einen Teil der Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 bildet. Das Gehäuse 20 ist zum Beispiel im Wesentlichen röhrenförmig (insbesondere zylindrisch) als ein Ganzes. Die zwei axialen Enden des Gehäuses 20 definieren eine erste Endfläche 20a und eine zweite Endfläche 20b.
Das Gehäuse 20 weist ein Motorgehäusebauteil 21, das den Elektromotor 13 beherbergt, ein Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23, das den Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 beherbergt, und ein Laufradgehäusebauteil 50 auf, das einen Sauganschluss 50a aufweist, der ein Fluid ansaugt. Der Sauganschluss 50a befindet sich in der ersten Endfläche 20a des Gehäuses 20. Das Laufradgehäusebauteil 50, das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 und das Motorgehäusebauteil 21 sind in dieser Reihenfolge von der Seite näher an dem Sauganschluss 50a in der axialen Richtung des Gehäuses 20 aus ausgerichtet. In der vorliegenden Ausführungsform bilden der Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 und das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60.
Das Motorgehäusebauteil 21 ist röhrenförmig (insbesondere zylindrisch) als ein Ganzes und weist ein geschlossenes Ende 22 (Endwand) auf. Die zweite Endfläche 20b definiert die Außenfläche des geschlossenen Endes 22 des Motorgehäusebauteils 21 und befindet sich auf der Seite des Gehäuses 20 entgegengesetzt zu der ersten Endfläche 20a, die den Sauganschluss 50a aufweist. Das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 weist einen Hauptkörper 25 und eine Abdeckung 26 auf. Der Hauptkörper 25 ist röhrenförmig (insbesondere zylindrisch) und weist ein geschlossenes Ende 24 (Endwand) auf. Die Abdeckung 26 befindet sich auf der Seite entgegengesetzt zu dem geschlossenen Ende 24 in der axialen Richtung des Hauptkörpers 25.
Das Motorgehäusebauteil 21 und das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 sind aneinander gekoppelt mit dem offenen Ende des Motorgehäusebauteils 21, das mit dem geschlossenen Ende 24 des Hauptkörpers 25 gefügt beziehungsweise damit verbunden ist. Das geschlossene Ende 24 hat eine Endfläche 24a, die durch das Motorgehäusebauteil 21 abgedeckt ist. Die Innenfläche des Motorgehäusebauteils 21 und die Endfläche 24a definieren eine Motorunterbringungskammer S1. Die Motorunterbringungskammer S1 beherbergt den Elektromotor 13. Ferner beherbergt die Motorunterbringungskammer S1 die Niederdrehzahlwelle 11 in einem Zustand, in dem die Niederdrehzahlwelle 11 koaxial zu dem Gehäuse 20 ist.
Die Niederdrehzahlwelle 11 wird durch das Gehäuse 20 in einer drehbaren Art und Weise gestützt. Der Zentrifugalkompressor 10 weist ein erstes Lager 31 auf. Das erste Lager 31 ist in dem geschlossenen Ende 22 des Motorgehäusebauteils 21 angeordnet. Die Niederdrehzahlwelle 11 weist ein erstes Ende 11a auf, das durch das erste Lager 31 gestützt wird. Ein Teil des ersten Endes 11a wird durch das erste Lager 31 eingesetzt und in das geschlossene Ende 22 des Motorgehäusebauteils 21 eingepasst.
Das geschlossene Ende 24 des Hauptkörpers 25 weist ein Einsetzloch 27 auf, das geringfügig größer als ein zweites Ende 11b der Niederdrehzahlwelle 11 ist, das sich auf der Seite entgegengesetzt zu dem ersten Ende 11a befindet. Der Zentrifugalkompressor 10 weist ein zweites Lager 32, das sich in dem Einsetzloch 27 befindet, und eine Dichtung 33 auf. Das zweite Ende 11b der Niederdrehzahlwelle 11 wird durch das zweite Lager 32 gestützt. Die Abdichtung beziehungsweise Dichtung 33 beschränkt die Leckage von Öl O von dem Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 zu der Motorunterbringungskammer S1.
Das zweite Ende 11b der Niederdrehzahlwelle 11 ist in das Einsetzloch 27 des Hauptkörpers 25 eingesetzt. Ein Teil der Niederdrehzahlwelle 11 befindet sich in dem Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23.
Der Elektromotor 13 weist einen Rotor 41, der an der Niederdrehzahlwelle 11 fixiert ist, und einen Stator 42 auf, der sich an der radial äußeren Seite des Rotors 41 befindet. Der Stator 42 ist an der inneren Fläche des Motorgehäusebauteils 21 fixiert. Der Stator 42 weist einen zylindrischen Statorkern 43 und eine Spule 44 auf, die um den Statorkern 43 herum gewickelt ist. Der Rotor 41 und die Niederdrehzahlwelle 11 drehen sich einstückig, wenn ein Strom zu der Spule 44 fließt.
Die Abdeckung 26 ist scheibenförmig und hat den gleichen Durchmesser wie das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23. Die zwei Seiten der Abdeckung 26 in der axialen Richtung definieren jeweils eine erste und eine zweite Plattenfläche 26a und 26b. Das Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 wird zusammengesetzt durch ein Verbinden des offenen Endes des Hauptkörpers 25 mit der ersten Plattenfläche 26a. Die erste Plattenfläche 26a der Abdeckung 26 und die Innenfläche des Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteils 23 definieren eine Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2. Die Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 beherbergt den Drehzahlübersetzungsmechanismus 61.
Die Abdeckung 26, die ein Element des Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteils 23 ist, weist ein Abdeckungseinsetzloch beziehungsweise Abdeckeinsetzloch 28 auf, das ein Einsetzen der Hochdrehzahlwelle 12 erlaubt, die einen Teil des Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 ausbildet. Der vorragende Abschnitt 18 der Hochdrehzahlwelle 12 ist durch das Einsetzloch 28 eingesetzt und ragt aus der Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 heraus. Der erste Flansch 15, der zweite Flansch 16 und der gestützte Abschnitt 17 befinden sich in der Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2. Der Zentrifugalkompressor 10 weist eine Dichtung 34 auf, die sich zwischen der Hochdrehzahlwelle 12 und der Wandfläche des Abdeckungseinsetzlochs 28 befindet. Die Dichtung 34 beschränkt die Leckage des Öls O von dem Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil 23 zu dem Laufradgehäusebauteil 50.
Das Laufradgehäusebauteil 50 ist im Wesentlichen röhrenförmig und weist ein Durchgangsloch 51 auf, das sich durch das Laufradgehäusebauteil 50 in der axialen Richtung hindurch erstreckt. Die zwei axialen Enden des Laufradgehäusebauteils 50 definieren jeweils eine erste Endfläche 50b und eine zweite Endfläche 50c. Die erste Endfläche 50b des Laufradgehäusebauteils 50 definiert die erste Endfläche 20a des Gehäuses 20. Das Durchgangsloch 51 öffnet sich in der ersten Endfläche 50b und funktioniert als der Sauganschluss 50a.
Das Laufradgehäusebauteil 50 und die Abdeckung 26 sind aneinander gekoppelt mit der zweiten Endfläche 50c, die mit der zweiten Plattenfläche 26b gefügt beziehungsweise verbunden ist. Die zweite Endfläche 50c ist die Endfläche des Laufradgehäusebauteils 50 auf der Seite entgegengesetzt zu der ersten Endfläche 50b und die zweite Plattenfläche 26b ist die Endfläche der Abdeckung 26 auf der Seite entgegengesetzt zu der ersten Plattenfläche 26a. Die Wandfläche des Durchgangslochs 51 und die zweite Plattenfläche 26b der Abdeckung 26 definieren eine Laufradkammer S3. Die Laufradkammer S3 beherbergt das Laufrad 52. Das Durchgangsloch 51 funktioniert als der Sauganschluss 50a und definiert die Laufradkammer S3. Der Sauganschluss 50a ist in Verbindung mit der Laufradkammer S3. Die Abdeckung 26, die sich zwischen der Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 und der Laufradkammer S3 befindet, funktioniert als eine Unterteilung beziehungsweise Partitionierung, die die Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 und die Laufradkammer S3 separiert beziehungsweise trennt.
Das Durchgangsloch 51 hat einen Durchmesser, der von dem Sauganschluss 50a zu einer Zwischenposition in der axialen Richtung konstant ist. Das Durchgangsloch 51 von der Zwischenposition aus hat die Form eines im Wesentlichen Kegelstumpfs, dessen Durchmesser sich allmählich zu der Abdeckung 26 hin vergrößert. Dementsprechend hat die Laufradkammer S3, die durch die Wandfläche des Durchgangslochs 51 definiert ist, im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfs.
Das Laufrad 52 hat eine Kontur, die allmählich in einem Durchmesser von der basalen Endfläche 52a zu der distalen Endfläche 52b hin reduziert ist. Das Laufrad 52 weist ein Welleneinsetzloch 52c auf, das sich in der axialen Richtung des Laufrads 52 erstreckt und ein Einsetzen der Hochdrehzahlwelle 12 erlaubt.
Das Laufrad 52 ist an die Hochdrehzahlwelle 12 gekoppelt mit dem vorragenden Abschnitt 18 der Hochdrehzahlwelle 12, der durch das Welleneinsetzloch 52c eingesetzt ist. Das Laufrad 52 wird einstückig mit der Hochdrehzahlwelle 12 gedreht.
Ein hinterer Flächenbereich beziehungsweise Rückflächenbereich S4 ist zwischen der basalen Endfläche 52a des Laufrads 52 und der zweiten Plattenfläche 26b der Abdeckung 26 definiert. Die Drehung der Hochdrehzahlwelle 12 dreht das Laufrad 52 und komprimiert das Fluid, das durch den Sauganschluss 50a angesaugt ist.
Ferner weist der Zentrifugalkompressor 10 einen Diffusordurchgang 53 und eine Abgabekammer 54 auf. Das Fluid, das durch das Laufrad 52 komprimiert beziehungsweise verdichtet ist, strömt in den Diffusordurchgang 53. Das Fluid, das durch den Diffusordurchgang 53 tritt, tritt in die Abgabekammer 54 ein. Das Durchgangsloch 51 weist ein offenes Ende auf, das sich zu der zweiten Plattenfläche 26b der Abdeckung 26 hin öffnet, und ist stetig zu dem Diffusordurchgang 53. Der Diffusordurchgang 53 ist durch die zweite Plattenfläche 26b und die Fläche des Laufradgehäusebauteils 50 definiert, die der zweiten Plattenfläche 26b gegenüberliegt. Der Diffusordurchgang 53 befindet sich auswärts von der Laufradkammer S3 in der radialen Richtung der Hochdrehzahlwelle 12 und hat eine geschlossene Form (insbesondere eine kreisförmige Form), um das Laufrad 52 und die Laufradkammer S3 zu umgeben. Die Abgabekammer 54 hat eine geschlossene Form und befindet sich auswärts von dem Diffusordurchgang 53 in der radialen Richtung der Hochdrehzahlwelle 12. Die Laufradkammer S3 ist in Verbindung mit der Abgabekammer 54 durch den Diffusordurchgang 53. Das Fluid, das durch das Laufrad 52 komprimiert ist, wird in dem Diffusordurchgang 53 weiter komprimiert und dann aus der Abgabekammer 54 abgegeben.
Die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 wird nun beschrieben. Die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 der vorliegenden Ausführungsform ist von einer Traktionsantriebsart (Reibwalzenart).
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist der Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 der Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 ein Ringbauteil 62 auf, das an das zweite Ende 11b der Niederdrehzahlwelle 11 gekoppelt ist. Das Ringbauteil 62 weist eine scheibenförmige Basis 63 und eine Umfangswand 64 auf. Die Basis 63 ist an das zweite Ende 11b der Niederdrehzahlwelle 11 gekoppelt und die Umfangswand 64 ist ringförmig und erstreckt sich von dem Umfangsrand der Basis 63 aus. Die Umfangswand 64 hat einen Innendurchmesser, der größer als der Durchmesser des zweiten Endes 11b der Niederdrehzahlwelle 11 ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ringbauteil 62 an die Niederdrehzahlwelle 11 in einem Zustand gekoppelt, in dem die Basis 63 (Ringbauteil 62) koaxial zu der Niederdrehzahlwelle 11 ist. Die Umfangswand 64 ist ebenfalls koaxial zu der Niederdrehzahlwelle 11. Die Drehung der Niederdrehzahlwelle 11 dreht das Ringbauteil 62.
Ein Teil der Hochdrehzahlwelle 12 befindet sich an der Innenseite der Umfangswand 64 in der radialen Richtung des Ringbauteils 62. Der Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 weist drei Rollen beziehungsweise Walzen 71 auf, die sich zwischen der Hochdrehzahlwelle 12 und der Umfangswand 64 in Kontakt mit sowohl der Umfangswand 64 als auch der Hochdrehzahlwelle 12 befinden.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind die drei Walzen 71 identisch geformt. Die Walzen 71 weisen jeweils einen zylindrischen Walzenabschnitt 72, zweite und dritte Endflächen 72a und 72b in der axialen Richtung des Walzenabschnitts 72, einen zylindrischen ersten Vorsprung 73, der von der ersten Endfläche 72a aus vorragt, und einen zylindrischen zweiten Vorsprung 74 auf, der von der zweiten Endfläche 72b vorragt. Die erste Endfläche 72a und die zweite Endfläche 72b des Walzenabschnitts 72 sind durch die zwei axialen Endflächen von jeder Walze 71 definiert.
Der erste Vorsprung 73 und der zweite Vorsprung 74 haben die gleichen axialen Abmessungen. Der Walzenabschnitt 72 ist koaxial zu dem ersten Vorsprung 73 und dem zweiten Vorsprung 74. Die axiale Richtung des Walzenabschnitts 72 wird hiernach als die axiale Richtung Z der Walzen 71 bezeichnet.
Der Walzenabschnitt 72 weist einen zylindrischen Kontaktbereich 75, einen ersten Nicht-Kontaktbereich 76, der in einem Durchmesser von dem Kontaktbereich 75 aus zu der ersten Endfläche 72a hin allmählich reduziert ist, und einen zweiten Nicht-Kontaktbereich 77 auf, der in einem Durchmesser von dem Kontaktbereich 75 zu der zweiten Endfläche 72b allmählich reduziert ist. Der Kontaktbereich 75 ist eingestellt, um in einem Durchmesser (Länge in einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung Z) als der gestützte Abschnitt 17 der Hochdrehzahlwelle 12 zu sein. Die erste Endfläche 72a ist die Endfläche des ersten Nicht-Kontaktbereichs 76 in der axialen Richtung Z. Die zweite Endfläche 72b ist die Endfläche des zweiten Nicht-Kontaktbereichs 77 in der axialen Richtung Z. Der Abstand zwischen der ersten Endfläche 72a und der zweiten Endfläche 72b in der axialen Richtung Z ist geringfügig kürzer als die axiale Abmessung des gestützten Abschnitts 17.
Die Umfangsfläche des Walzenabschnitts 72 weist eine Kontaktfläche A, eine erste Nicht-Kontaktfläche B1 und eine zweite Nicht-Kontaktfläche B2 auf. Die Kontaktfläche A ist definiert durch die Umfangsfläche des Kontaktbereichs 75, die erste Nicht-Kontaktfläche B1 ist definiert durch die Umfangsfläche des ersten Nicht-Kontaktbereichs 76 und die zweite Nicht-Kontaktfläche B2 ist definiert durch die Umfangsfläche des zweiten Nicht-Kontaktbereichs 77.
Die Kontaktfläche A weist einen ersten Rand und einen zweiten Rand in der axialen Richtung Z auf. Der erste Rand befindet sich auf der Seite der ersten Endfläche 72a. Der zweite Rand befindet sich auf der Seite der zweiten Endfläche 72b. Die erste Nicht-Kontaktfläche B1 erstreckt sich von dem ersten Rand der Kontaktfläche A zu der ersten Endfläche 72a. Die erste Nicht-Kontaktfläche B1 ist eine gebogene Fläche mit einem bogenförmigen Querschnitt, der sich in der radialen Richtung auswärts wölbt. Die zweite Nicht-Kontaktfläche B2 erstreckt sich von dem zweiten Rand der Kontaktfläche A zu der zweiten Endfläche 72b. Die zweite Nicht-Kontaktfläche B2 ist eine gebogene Fläche mit einem bogenförmigen Querschnitt, der sich in der radialen Richtung auswärts wölbt.
Die erste Nicht-Kontaktfläche B1 hat eine kürzere Abmessung in der axialen Richtung Z als die zweite Nicht-Kontaktfläche B2. Dementsprechend ist die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z näher an der ersten Endfläche 72a als die Mittenposition CP2 der Walze 71 in der axialen Richtung Z. Mit anderen Worten befindet sich die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z zwischen der Mittenposition CP2 der Walze 71 und der ersten Endfläche 72a. Die Mittenposition CP2 der Walze 71 in der axialen Richtung Z bezieht sich auf eine mittlere Position zwischen der ersten Endfläche 72a und der zweiten Endfläche 72b in der axialen Richtung Z. Das heißt, die Mittenposition CP2 der Walze 71 in der axialen Richtung Z bezieht sich auf die Mittenposition CP2 des Walzenabschnitts 72 in der axialen Richtung Z.
Die radiale Abmessung von jeder Walze 71 von der Grenze P1 der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und der Kontaktfläche A zu der Grenze P2 der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und der ersten Endfläche 72a wird als die erste Abmessung L1 bezeichnet. Die erste Abmessung L1 ist außerdem die radiale Abmessung der Walze 71 von der Kontaktfläche A zu der Grenze P2 der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und der ersten Endfläche 72a. Die radiale Abmessung der Walze 71 von der Kontaktfläche A zu der Grenze P4 der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und der zweiten Endfläche 72b wird als die zweite Abmessung L2 bezeichnet. Die zweite Abmessung L2 ist außerdem die radiale Abmessung der Walze 71 von der Grenze P3 der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und der Kontaktfläche A zu der Grenze P4 der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und der zweiten Endfläche 72b. Die zweite Abmessung L2 ist länger als die erste Abmessung L1. Mit anderen Worten ist der Durchmesser der zweiten Endfläche 72b, der der minimale Durchmesser des zweiten Nicht-Kontaktbereichs 77 ist, kleiner als der Durchmesser der ersten Endfläche 72a, der der minimale Durchmesser des ersten Nicht-Kontaktbereichs 76 ist. Die Walzen 71 sind jeweils aus zum Beispiel einem Metall ausgebildet. Genauer gesagt sind die Walzen 71 aus dem gleichen Metall wie die Hochdrehzahlwelle 12 ausgebildet, zum Beispiel Eisen oder einer Eisenlegierung.
Die axiale Richtung Z des Walzenabschnitts 72 stimmt mit der axialen Richtung der Hochdrehzahlwelle 12 überein. Die Walzen 71 sind in der Umfangsrichtung der Hochdrehzahlwelle 12 beabstandet voneinander angeordnet.
Die Walzen 71 sind derart angeordnet, dass jeder Walzenabschnitt 72 sich zwischen dem ersten Flansch 15 und dem zweiten Flansch 16 befindet. Der Walzenabschnitt 72 ist derart angeordnet, dass die erste Endfläche 72a dem ersten Flansch 15 gegenüberliegt und die zweite Endfläche 72b dem zweiten Flansch 16 gegenüberliegt. Die erste Nicht-Kontaktfläche B1 ist auf der Seite der Kontaktfläche A angeordnet, auf der sich der erste Flansch 15 befindet, und die zweite Nicht-Kontaktfläche B2 befindet sich auf der Seite der Kontaktfläche A, auf der sich der zweite Flansch 16 befindet. Die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z ist näher an dem ersten Flansch 15 als die Mittenposition CP2 der Walze 71 (des Walzenabschnitts 72) in der axialen Richtung Z. Mit anderen Worten befindet sich die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z zwischen der Mittenposition CP2 der Walze 71 (Walzenabschnitt 72) und dem ersten Flansch 15.
Die erste Nicht-Kontaktfläche B1 ist von der Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17 derart beabstandet, dass ein Bereich, der von der Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17, der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und dem ersten Flansch 15 umgeben ist, einen ersten Spalt C1 definiert. Die zweite Nicht-Kontaktfläche B2 ist von der Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17 derart beabstandet, dass ein Bereich, der von der Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17, der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und dem zweiten Flansch 16 umgeben ist, einen zweiten Spalt C2 definiert. Der erste Spalt C1 ist zwischen der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 definiert und der zweite Spalt C2 ist zwischen der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 definiert. Der zweite Spalt C2 ist größer als der erste Spalt C1.
Die Nicht-Kontaktflächen B1 und B2 reduzieren den Bereich beziehungsweise die Fläche eines Kontakts zwischen der Umfangsfläche des Walzenabschnitts 72 und der Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17 verglichen damit, wenn die gesamte Umfangsfläche des Walzenabschnitts 72 die Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17 berührt. Dementsprechend wird der Flächendruck, den der Walzenabschnitt 72 auf den gestützten Abschnitt 17 aufbringt, verglichen damit erhöht, wenn die gesamte Umfangsfläche des Walzenabschnitts 72 die Umfangsfläche des gestützten Abschnitts 17 berührt.
Wenn die Abmessung des Kontaktabschnitts A in der axialen Richtung Z zu kurz ist, wird der Flächendruck im Übermaß angehoben und verursacht eine plastische Deformation der Hochdrehzahlwelle 12. Genauer gesagt vergrößert sich der Bereich eines Kontakts leicht und hebt den Flächendruck an der Hochdrehzahlwelle 12 einschließlich der Umfangsfläche an, die die Walzen 71 berührt, wenn verglichen mit der Umfangswand 64 einschließlich der Innenumfangsfläche, die die Außenumfangsflächen der Walzen 71 berührt. Dementsprechend, wenn die Abmessung der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z übermäßig reduziert wird, wird der Flächendruck im Übermaß angehoben und verursacht plastische Deformationen.
Ferner gibt es viele Faktoren, die in dem Neigen der Hochdrehzahlwelle 12 in dem Zentrifugalkompressor 10 resultieren, so dass die Hochdrehzahlwelle 12 durch die Haltekraft der Walzen 71 anstelle eines Lagers gestützt wird, oder geringfügige Abmessungsdifferenzen aus der Herstellungstoleranz der Walzen 71 resultieren. Dementsprechend, wenn der Bereich eines Kontakts zwischen den Walzen 71 und der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 zu sehr reduziert wird, kann die Hochdrehzahlwelle 12 nicht stabil gestützt werden, wenn sich das Laufrad 52 dreht.
Entsprechend ist es wünschenswert, dass die Abmessung der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z zum Beispiel 30% bis 90% der Abmessung des gestützten Abschnitts 17 in der axialen Richtung Z ist.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist der Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 eine Stütze beziehungsweise Abstützung 80 auf. Die Stütze 80 kooperiert mit der Abdeckung 26, um die Walzen 71 derart zu stützen, dass die Walzen 71 drehbar sind. Die Stütze 80 befindet sich auf der Innenseite der Umfangswand 64. Die Stützte 80 weist eine scheibenförmige Stützbasis 81, die in einem Durchmesser geringfügig kleiner als die Umfangswand 64 ist, und drei Pfähle 82 auf, die sich in der axialen Richtung von der Stützbasis 81 aus erstrecken. Die Stützbasis 81 liegt der Abdeckung 26 in der axialen Richtung Z gegenüber. Die Stützbasis 81 weist eine Gegenplattenfläche 81a auf, die der ersten Plattenfläche 26a der Abdeckung 26 gegenüberliegt. Die drei Pfähle (posts) 82 erstrecken sich von der Gegenplattenfläche 81a zu der Abdeckung 26 hin, was drei Spalten füllt, die jeweils zwischen der Umfangswand 64 und zwei Benachbarten von den Walzenabschnitten 72 definiert sind.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Stütze 80 drei Pfähle 82 auf. Die Pfähle 82 weisen jeweils ein Schraubloch 84 auf, das ein Einsetzen einer Schraube 83 erlaubt, die sich in der axialen Richtung Z erstreckt. Die Abdeckung 26 weist Gewindelöcher 85 auf, die den Schraublöchern 84 entsprechen. Jedes Schraubloch 84 ist in Verbindung mit dem entsprechenden Gewindeloch 85. In einem Zustand, in dem die distalen Endflächen der Pfähle 82 mit der ersten Plattenfläche 26a gefügt sind, sind die Pfähle 82 an der Abdeckung 26 durch ein Einsetzen von jeder Schraube 83 durch das entsprechende Schraubloch 84 und ein Anziehen der Schraube 83 an dem entsprechenden Gewindeloch 85 fixiert.
Die Drehzahlübersetzungsvorrichtung (speed increaser) 60 weist erste Walzenlager 78 und zweite Walzenlager 79 auf, die die Walzen 71 in einer drehbaren Art und Weise stützen. Die erste Walzenlager 78 und die zweiten Walzenlager 79 können Lager verschieden zu Walzenlagern sein, wie zum Beispiel Gleitlager. Die ersten Walzenlager 78 sind in der Abdeckung 26 angeordnet. Die zweiten Walzenlager 79 sind in der Stützbasis 81 angeordnet. Die Walzen 71 werden durch die ersten Walzenlager 78 und die zweiten Walzenlager 79 gestützt, um zwischen der Abdeckung 26 und der Stützbasis 81 gehalten zu werden.
Wie in 2 gezeigt ist, bilden die Walzen 71, das Ringbauteil 62 und die Hochdrehzahlwelle 12 eine Einheit mit jedem Walzenabschnitt 72, der gegen die Hochdrehzahlwelle 12 und die Umfangswand 64 gedrängt beziehungsweise gezwängt wird. Die Hochdrehzahlwelle 12 wird durch die drei Walzenabschnitte 72 in einer drehbaren Art und Weise gestützt. Die Stelle, an der die Außenumfangsfläche von jedem Walzenabschnitt 72 die Innenumfangsfläche der Umfangswand 64 berührt, wird als die Ringkontaktstelle Pa bezeichnet, und die Stelle, an der die Außenumfangsfläche von jedem Walzenabschnitt 72 die Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 berührt, wird als die Wellenkontaktstelle Pb bezeichnet. Eine drückende Last beziehungsweise Drucklast wird auf die Ringkontaktstellen Pa und die Wellenkontaktstellen Pb aufgebracht. Die Kontaktstellen Pa und Pb erstrecken sich jeweils in der axialen Richtung Z.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der Zentrifugalkompressor 10 einen Ölzuführmechanismus 100 auf, der das Öl O zu dem Drehzahlübersetzungsmechanismus 61 zuführt. Der Ölzuführmechanismus 100 weist eine Pumpe 101 und einen Öldurchgang 102 auf. Die Pumpe 101 wird derart angetrieben, dass das Öl O durch den Öldurchgang 102 zirkuliert und zu der Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 strömt.
Die Pumpe 101 ist in dem geschlossenen Ende 22 des Motorgehäusebauteils 21 angeordnet. Die Pumpe 101 der vorliegenden Ausführungsform ist von einer Versatzart beziehungsweise Hubart. Die Pumpe 101 weist einen Unterbringungsabschnitt 103, der sich in dem geschlossenen Ende 22 befindet, und einen Drehkörper 104 auf. Das erste Ende 11a der Niederdrehzahlwelle 11 ist an den Drehkörper 104 gekoppelt.
Das Gehäuse 20 weist einen Versorgungskreis beziehungsweise einen Zuführkreislauf 105, der einen Teil des Öldurchgangs 102 bildet, und einen Zirkulationskreis 106 auf, der einen Teil des Öldurchgangs 102 bildet. Der Versorgungskreis 105 verbindet den Unterbringungsabschnitt 103 und das Innere des Ringbauteils 62. Der Zirkulationskreis 106 verbindet die Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 und den Unterbringungsabschnitt 103. Der Zentrifugalkompressor 10 wird mit dem Abschnitt innerhalb des Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteils 23 verwendet, der mit dem Zirkulationskreis 106 in Verbindung steht, der sich an der untersten Position in der vertikalen Richtung befindet. Entsprechend speichert eine Gravitationskraft das Öl O innerhalb des Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteils 23 an der Stelle, die in Verbindung mit dem Zirkulationskreis 106 ist.
Wenn die Pumpe 101 angetrieben wird, strömt das Öl O der Reihe nach durch den Zirkulationskreis 106, den Unterbringungsabschnitt 103 und den Versorgungskreis 105. Das Öl O wird dann zu dem Inneren des Ringbauteils 62 zugeführt.
Der Betrieb der Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 und des Zentrifugalkompressors 10 in der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben.
Wenn der Elektromotor 13 angetrieben wird und die Walzen 71 gedreht werden, bildet sich ein dünner Film des Öls O, das verfestigt ist, oder ein elastohydrodynamischer Schmierfilm (EHL) an den Ringkontaktstellen Pa und den Wellenkontaktstellen Pb aus. Mit anderen Worten existiert ein dünner Film des Öls O zwischen der Umfangsfläche von jedem Walzenabschnitt 72 und dem Innenumfangsabschnitt der Umfangswand 64. In der gleichen Art und Weise liegt ein dünner Film des Öls O, das verfestigt ist, zwischen der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 und der Umfangsfläche von jedem Walzenabschnitt 72 vor. Der dünne Film des verfestigten Öls O zwischen der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 und der Umfangsfläche von jedem Walzenabschnitt 72 überträgt die Rotationskraft beziehungsweise Drehkraft der Walze 71 an die Hochdrehzahlwelle 12 und folglich dreht sich die Hochdrehzahlwelle 12. Die Umfangswand 64 dreht sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Niederdrehzahlwelle 11 und die Walzen 71 drehen sich jeweils bei einer höheren Geschwindigkeit als die Niederdrehzahlwelle 11. Ferner wird die Hochdrehzahlwelle 12, die in einem Durchmesser kleiner als jeder Walzenabschnitt 72 ist, bei einer höheren Drehzahl als der Walzenabschnitt 72 gedreht. Auf diese Art und Weise dreht die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 die Hochdrehzahlwelle 12 mit einer höheren Drehzahl beziehungsweise Geschwindigkeit als die Niederdrehzahlwelle 11.
Wie vorangehend beschrieben ist, überträgt in der Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 der Traktionsantriebsart der dünne Film des Öls O, das an den Kontaktstellen Pa und Pb verfestigt ist, die Drehkraft der Niederdrehzahlwelle 11 an die Hochdrehzahlwelle 12. Es ist wünschenswert, dass der Flächendruck, der durch die Walzen 71 auf die Innenfläche der Umfangswand 64 und die Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 aufgebracht wird, angehoben wird, um das Öl O zu verfestigen (to solidify). Die vorliegende Ausführungsform weist die Nicht-Kontaktflächen B1 und B2 auf, um den Bereich eines Kontakts zwischen jedem Walzenabschnitt 72 und der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle 12 zu verringern. Dies hebt den Flächendruck im Gegensatz dazu an, wenn die Walzen 72 nicht die Nicht-Kontaktflächen B1 und B2 aufweisen. Dementsprechend verfestigt sich das Öl O leicht an den Kontaktstellen Pa und Pb.
Wenn der gesamte Walzenabschnitt 72 in einer Abmessung in der axialen Richtung Z verkürzt wird, gelangt der Schwenkpunkt, wenn sich die Hochdrehzahlwelle 12 neigt beziehungsweise kippt, näher an den zweiten Flansch 16. Dies wird den Bewegungsbetrag des vorragenden Abschnitts 18 erhöhen, wenn sich die Hochdrehzahlwelle 12 neigt, und veranlasst das Laufrad 52, leicht in Kontakt mit dem Laufradgehäusebauteil 50 zu kommen.
Im Gegensatz dazu weist der Walzenabschnitt 72 in der vorliegenden Ausführungsform die Nicht-Kontaktflächen B1 und B2 auf, um den Flächenbereich zu reduzieren, ohne die Abmessung in der axialen Richtung Z zu verkleinern. Dies erhöht den Flächendruck und begrenzt einen Kontakt mit dem Laufrad 52, wenn sich die Hochdrehzahlwelle 12 neigt.
Wie in dem Vergleichsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, wird in den Walzen 71, die jeweils die erste Nicht-Kontaktfläche B1 und die zweite Nicht-Kontaktfläche B2 aufweisen, wenn die Mittenposition CP11 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z mit der Mittenposition CP12 der Walze 71 (Walzenabschnitt 72) in der axialen Richtung Z übereinstimmt, die erste Nicht-Kontaktfläche B1 den gleichen Bereich beziehungsweise die gleiche Fläche wie die Nicht-Kontaktfläche B2 haben. Als ein Ergebnis wird der erste Spalt C11 die gleiche Größe wie der zweite Spalt C12 haben.
Im Gegensatz dazu, wie in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z sich näher an dem ersten Flansch 15 als die Mittenposition CP2 der Walze 71 (Walzenabschnitt 72) in der axialen Richtung Z befindet, wird der zweite Spalt C2 größer sein als der erste Spalt C1. Dementsprechend wird das Öl O leichter in den zweiten Spalt C2 als in den ersten Spalt C1 eintreten und der zweite Flansch 16 wird mit einer größeren Menge des Öls O als der Flansch 15 versorgt.
In dem Zentrifugalkompressor 10 gibt es eine Notwendigkeit, einen Kontakt der basalen Endfläche 52a des Laufrads 52 mit der Abdeckung 26 zu verhindern. Dementsprechend ist der Rückflächenbereich S4 zwischen der basalen Endfläche 52a des Laufrads 52 und der Abdeckung 26 definiert. Das Fluid, das durch das Laufrad 52 komprimiert ist, tritt in den Rückflächenbereich S4 ein. Das komprimierte Fluid drückt das Laufrad 52 zu dem Sauganschluss 50a. Dies erzeugt eine Axialkraft, die auf die Hochdrehzahlwelle 12 aufgebracht wird, die von der Drehzahlübersetzungsvorrichtungskammer S2 zu der Laufradkammer S3 hin wirkt. Die Axialkraft drückt den zweiten Flansch 16 gegen die zweite Endfläche 72b von jedem Walzenabschnitt 72. Dementsprechend erzeugt der zweite Flansch 16 Wärme und nutzt sich mehr ab als der erste Flansch 15. Nichtsdestotrotz wird das Öl O leicht zu dem zweiten Flansch 16 zugeführt. Dies verringert einen Verschleiß des zweiten Flansches 16.
Ferner erzeugt Reibung Wärme an den Kontaktstellen Pa und Pb. Dementsprechend wird auch Wärme an jedem Wellenkontaktabschnitt Pb erzeugt. Wenn die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z sich so nahe wie möglich an dem ersten Flansch 15 befindet, wird weniger Wärme von dem Wellenkontaktabschnitt Pb zu dem zweiten Flansch 16 hin übertragen. Dies reduziert die Wärme, die zu dem zweiten Flansch 16 hin übertragen wird, wo es eine Tendenz eines auftretenden Verschleißes gibt. Dementsprechend wird ein Verschleiß des zweiten Flansches 16 weiter begrenzt.
Die vorliegende Ausführungsform hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.

(1) Die Mittenposition CP1 der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z befindet sich näher an dem ersten Flansch 15 als die Mittenposition CP2 von jeder Walze 71 (Walzenabschnitt 72) in der axialen Richtung Z. Dementsprechend ist der zweite Spalt C2 größer als der erste Spalt C1 und das Öl O wird leicht zu dem zweiten Flansch 16 zugeführt, wo Wärme noch leichter erzeugt wird als an dem ersten Flansch 15. Dies begrenzt einen Verschleiß beziehungsweise eine Abnutzung des zweiten Flansches 16. Dies begrenzt außerdem die Ausbildung von Spalten zwischen dem zweiten Flansch 16 und der zweiten Endfläche 72b. Dementsprechend werden eine Bewegung der Hochdrehzahlwelle 12 in der axialen Richtung und ein Neigen der Hochdrehzahlwelle 12 begrenzt, da Spalten nicht zwischen dem zweiten Flansch 16 und der zweiten Endfläche 72b ausgebildet werden. Entsprechend wird die Hochdrehzahlwelle 12 stabil gestützt.
(2) Die Kontaktfläche A befindet sich näher an dem ersten Flansch 15 als an dem zweiten Flansch 16. Dies reduziert die Übertragung der Wärme, die an dem Wellenkontaktabschnitt Pb erzeugt wird, an den zweiten Flansch 16 und begrenzt ferner einen Verschleiß des zweiten Flansches 16.
(3) Die Nicht-Kontaktflächen B1 und B2 erlangen den Oberflächendruck beziehungsweise Flächendruck zum Verfestigen des Öls O, ohne die Abmessung von jedem Walzenabschnitt 72 in der axialen Richtung Z zu verkürzen. Dies begrenzt einen Kontakt des Laufrads 52 mit der Innenfläche des Laufradgehäusebauteils 50, das durch ein Verkürzen der Abmessung des gesamten Walzenabschnitts 72 in der axialen Richtung Z verursacht werden würde.
(4) In dem Zentrifugalkompressor 10, der die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 aufweist, gibt es viele Faktoren, die die Hochdrehzahlwelle 12 neigen können. Nichtsdestotrotz wird die Hochdrehzahlwelle 12 stabil gestützt, da die Abmessung der Kontaktfläche A in der axialen Richtung Z nicht übermäßig verkürzt ist.
(5) Die zweite Abmessung L2 ist länger als die erste Abmessung L1. Dies erhöht den freigelegten beziehungsweise freiliegenden Bereich des zweiten Flansches 16 in dem zweiten Spalt C2. Dementsprechend gelangt der zweite Flansch 16 leicht in Kontakt mit dem Öl O und eine Abnutzung des zweiten Flansches 16 wird weiter begrenzt. Dies stützt ferner stabil die Hochdrehzahlwelle 12.

Es sollte dem Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen verkörpert sein kann, ohne von dem Geist oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere sollte es verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung in den folgenden Formen verkörpert sein kann.
Wie in 6 gezeigt ist, wenn die zweite Abmessung L2 vergrößert wird, um den zweiten Spalt C2 zu vergrößern, kann die radiale Abmessung des zweiten Flansches 16 derart vergrößert werden, dass die zweite Endfläche 72b dem zweiten Flansch 16 gegenüberliegt.
Die erste Abmessung L1 und die zweite Abmessung L2 können die gleichen sein. In diesem Fall, wie in 7 gezeigt ist, wird in der axialen Richtung Z die Abmessung von der Grenze P1 der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und der Kontaktfläche A zu der Grenze P2 der ersten Nicht-Kontaktfläche B1 und der ersten Endfläche 72a als die dritte Abmessung L3 bezeichnet, wird die Abmessung von der Grenze P3 der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und der Kontaktfläche A zu der Grenze P4 der zweiten Nicht-Kontaktfläche B2 und der zweiten Endfläche 72b als die vierte Abmessung L4 bezeichnet und die vierte Abmessung L4 ist eingestellt, um länger als die dritte Abmessung L3 zu sein. Dies resultiert in dem zweiten Spalt C2, der größer ist als der erste Spalt C1. Dementsprechend wird der zweite Flansch 16 leicht mit dem Öl O versorgt. Die dritte Abmessung L3 ist die Abmessung von der Grenze P1 zu der ersten Endfläche 72a in der axialen Richtung Z und die vierte Abmessung L4 ist die Abmessung von der Grenze P3 zu der zweiten Endfläche 72b in der axialen Richtung Z.
Die Nicht-Kontaktflächen B1 und B2 müssen keine gebogenen Flächen (Flächen, die im Querschnitt gebogen sind) sein und können konische beziehungsweise sich verjüngende Flächen sein, die sich von jedem Rand der Kontaktfläche A zu den entsprechenden Endflächen 72a und 72b gerade erstrecken.
Die Pumpe muss nicht in dem Zentrifugalkompressor 10 enthalten sein und kann eine externe Pumpe sein.
Die Walzen 71 können in einer Anzahl geändert werden, solange es mehr als eine ist. Zum Beispiel kann die Anzahl der Walzen 71 vier oder fünf sein.
Die Drehzahlübersetzungsvorrichtung 60 kann einen Keileffekt (wedge effect) verwenden. In diesem Fall ist zumindest eine von den Walzen eine bewegliche Walze, die durch die Drehung des Ringbauteils 62 bewegt wird.
Der Zentrifugalkompressor 10 kann auf einen beliebigen Gegenstand angewendet werden und der Gegenstand, der durch den Zentrifugalkompressor 10 komprimiert wird, kann ein beliebiges Fluid sein. Zum Beispiel kann der Zentrifugalkompressor 10 in einer Klimaanlage verwendet werden und das Fluid, das Gegenstand einer Kompression beziehungsweise Verdichtung ist, kann ein Kühlmittel sein. Ferner muss der Zentrifugalkompressor 10 nicht in einem Fahrzeug installiert sein und kann in einem beliebigen Gegenstand installiert sein.
Der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 16 können in einer Form geändert werden. Zum Beispiel können der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 16 hexagonal oder tetragonal sein.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind als illustrativ und nicht beschränkend anzusehen und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen Details zu begrenzen, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs und der Äquivalenz der angefügten Ansprüche modifiziert werden.
Ein Zentrifugalkompressor ist mit einem Ringbauteil mit einer Umfangswand, einer Hochdrehzahlwelle, die sich auf einer inneren Seite der Umfangswand befindet, und Walzen versehen, die sich zwischen der Umfangswand und der Hochdrehzahlwelle befinden. Jede Walze weist eine Umfangsfläche und eine erste und zweite Endfläche auf. Die Umfangsfläche von jeder von den Walzen weist eine Kontaktfläche, die einen Abschnitt in einer Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle berührt, eine erste Nicht-Kontaktfläche, die von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist, und eine zweite Nicht-Kontaktfläche auf, die von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist. Die Kontaktfläche weist eine Mittenposition beziehungsweise Zentralposition auf, die sich näher an dem ersten Flansch als eine Mittenposition beziehungsweise Zentralposition von jeder von den Walzen in einer axialen Richtung der Walzen befindet.

Claims

Zentrifugalkompressor, der Folgendes aufweist: ein Ringbauteil mit einer Umfangswand, wobei das Ringbauteil gestaltet ist, um sich zu drehen, wenn sich eine Niederdrehzahlwelle dreht; eine Hochdrehzahlwelle, die sich auf einer Innenseite der Umfangswand befindet; eine Vielzahl von Walzen, die sich zwischen der Umfangswand und der Hochdrehzahlwelle befinden, wobei die Walzen gestaltet sind, um die Umfangswand und die Hochdrehzahlwelle mittels eines Öls zu berühren; ein Laufrad, das gestaltet ist, um sich einstückig mit der Hochdrehzahlwelle zu drehen; ein Drehzahlübersetzungsvorrichtungsgehäusebauteil, das das Ringbauteil, die Walzen und einen Teil der Hochdrehzahlwelle beherbergt; und ein Laufradgehäusebauteil, das das Laufrad beherbergt, wobei: die Walzen jeweils eine Umfangsfläche, eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche aufweisen, wobei die erste Endfläche und die zweite Endfläche durch zwei Endflächen in einer axialen Richtung der Walze definiert sind; die Hochdrehzahlwelle Folgendes aufweist: einen ersten Flansch, der der ersten Endfläche von jeder von den Walzen gegenüberliegt, und einen zweiten Flansch, der der zweiten Endfläche von jeder von den Walzen gegenüberliegt und sich weiter entfernt von dem Laufrad befindet als der erste Flansch in der axialen Richtung der Hochdrehzahlwelle; die Umfangsfläche von jeder von den Walzen Folgendes aufweist: eine Kontaktfläche, die einen Abschnitt in einer Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle zwischen dem ersten Flansch und dem zweiten Flansch berührt, eine erste Nicht-Kontaktfläche, die durch einen Abschnitt der Umfangsfläche, die sich von einem Rand der Kontaktfläche zu der ersten Endfläche hin erstreckt, definiert ist und von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist, und eine zweite Nicht-Kontaktfläche, die durch einen Abschnitt der Umfangsfläche, die sich von einem Rand der Kontaktfläche zu der zweiten Endfläche hin erstreckt, definiert ist und von der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle beabstandet ist; und die Kontaktfläche eine Mittenposition aufweist, die sich näher an dem ersten Flansch befindet als eine Mittenposition von jeder von den Walzen in einer axialen Richtung von jeder von den Walzen.
Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, wobei eine Abmessung in einer radialen Richtung von jeder von den Walzen von einer Grenze von der ersten Nicht-Kontaktfläche und der Kontaktfläche zu einer Grenze der ersten Nicht-Kontaktfläche und der ersten Endfläche als eine erste Abmessung bezeichnet wird, eine Abmessung in der radialen Richtung von jeder von den Walzen von einer Grenze von der zweiten Nicht-Kontaktfläche und der Kontaktfläche zu einer Grenze der zweiten Nicht-Kontaktfläche und der zweiten Endfläche als eine zweite Abmessung bezeichnet wird, und die zweite Abmessung länger als die erste Abmessung ist.
Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Abmessung in der axialen Richtung von jeder von den Walzen von einer Grenze von der ersten Nicht-Kontaktfläche und der Kontaktfläche zu der ersten Endfläche als eine dritte Abmessung bezeichnet wird, eine Abmessung in der axialen Richtung von jeder von den Walzen von einer Grenze von der zweiten Nicht-Kontaktfläche und der Kontaktfläche zu der zweiten Endfläche als eine vierte Abmessung bezeichnet wird, und die vierte Abmessung länger als die dritte Abmessung ist.
Zentrifugalkompressor nach einem von Ansprüchen 1 bis 3, wobei ein Spalt zwischen der ersten Nicht-Kontaktfläche und der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle einen ersten Spalt definiert, ein Spalt zwischen der zweiten Nicht-Kontaktfläche und der Umfangsfläche der Hochdrehzahlwelle einen zweiten Spalt definiert, und der zweite Spalt größer als der erste Spalt ist.