DE60035451T2

DE60035451T2 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE60035451T2
Application number: DE60035451T
Authority: DE
Inventors: James W. Skaneateles Bush
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: EP1052409A2; CN1273329A; US6168403B1; EP1052409A3; EP1052409B1; DE60035451D1; CN1138071C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen einer Rotationskompressorwelle, um die Welle zu lagern, wenn sie in Fehlausrichtung gelangt.
Kompressoren haben typischerweise einen elektrischen Motor oder eine andere Einrichtung, die eine Welle antreibt. Die Welle treibt wiederum eine Kompressorpumpeneinheit an. Andere Rotationsvorrichtungen nutzen ebenfalls diese Grundkonstruktion, um eine Rotationsvorrichtung anzutreiben.
In vielen solchen Anwendungen entsteht eine Fehlausrichtung der Welle. Die Welle wird in den meisten Anwendungen in einer Reihe von Lagern gelagert. Wenn eine Fehlausrichtung der Welle entsteht, stößt sie an Linienkontaktpunkten an Oberflächen der verschiedenen Lager an. Dies führt zu einer Abnutzung an dem Lager oder der Welle. Auch werden hohe Belastungen auf diese Oberflächen ausgeübt, was nicht wünschenswert ist.
Ein spezifischer Typ von Kompressor mit diesem Problem ist ein Spiralkompressor bzw. Scrollkompressor. Ein Spiralkompressor 20, der eine Pumpeneinheit 22 aufweist, ist in 1 gezeigt. Eine Welle 30 treibt eine umlaufende Spirale 26 an. Das umlaufende Spiralenelement führt eine Umlaufbewegung relativ zu einer zweiten Spirale 24 aus. Jede der zwei Spiralen hat eine Basis mit einer allgemein spiralförmigen Umhüllung, die sich von der Basis erstreckt. Die umlaufende Spirale 26 wird von einem Motor 36 so angetrieben, dass sie relativ zu der anderen Spirale 24 eine Umlaufbewegung ausführt, und Kompressionskammern werden verkleinert, wenn diese Umlaufbewegung auftritt, wodurch eingeschlossenes Fluid komprimiert wird.
Eine Exzenter 28 wird von der Welle 30 angetrieben, um die umlaufende Spirale 26 zu einer Umlaufbewegung zu veranlassen. Ein Kurbelgehäuse 32 lagert die umlaufende Spirale 26 und die Welle 30. Ein Wellenlager 34 ist in dem Kurbelgehäuse 32 aufgenommen.
Eine von dem eingeschlossenen Fluid erzeugte Kraft wird auf die umlaufende Spirale 26 ausgeübt, die die Kraft über ein Lager 27 auf den Exzenter 28 überträgt. Die Welle 30 neigt sich sowohl durch das Bewegen durch den Zwischenraum in dem Lager 34 als auch durch elastisches Beugen oder Biegen in Reaktion auf die Kraft in die Richtung der Kraft. Folglich ensteht, sobald ein Spiralkompressor belastet wird, eine Fehlausrichtung der Welle.
Wie in 2 gezeigt, entsteht eine Fehlausrichtung der Welle 30 in dem Lager 34. Wenn dies auftritt, tritt ein Linienkontakt an den Punkten 38 und 40 an den äußersten Enden des Lagers auf. Dieser Linienkontakt ist unerwünscht und kann zu Beschädigungen des Lagers oder der Welle führen.
Kompressoren des Standes der Technik mit Wellen, die eine axiale Fehlausrichtung berücksichtigen, sind in US-A-5312229 und JP 08-093672A gezeigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in ihren umfassendsten Begriffen in Anspruch 1 definiert. In einer beschriebenen Ausführungsform dieser Erfindung hat eine Welle für eine Rotationsmaschine ein Paar sich verjüngender Flächen, die sich über und unter einer Übergangsfläche erstrecken. Die sich verjüngenden Flächen sind so an der Welle positioniert, dass sie sich in Kontakt mit Lagerflächen bewegen, wenn die Welle falsch ausgerichtet ist. Die sich verjüngenden Flächen sind folglich dafür ausgelegt, in Kontakt mit dem Lager zu kommen, wenn die Welle falsch ausgerichtet ist. Eine sich verjüngende Fläche tritt in Kontakt mit einem Ende des Lagers und die andere sich verjüngende Fläche tritt in Kontakt mit dem anderen Ende des Lagers. Die zwei sich verjüngenden Flächen schaffen einen Kontaktbereich anstatt einen Linienkontakt zwischen dem Lager und der Welle. Die sich verjüngende Fläche, die dem angetriebenen Element näher ist, ist länger als die sich verjüngende Fläche, die von dem angetriebenen Element beabstandet ist. Die sich verjüngenden Flächen haben generell gleiche Verjüngungswinkel, so dass, wenn eine an einer Seite des Lagers anstößt, die andere an der anderen Seite des Lagers anstößt.
In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung weist die Übergangsfläche tatsächlich ein Paar gekrümmter Flächen (d.h. mit sich verändernder Verjüngung) mit unterschiedlichem Radius auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Übergangsflächen ausreichend relativ zu den sich verjüngenden Flächen so, dass diese Oberflächen Halt in dem Lager schaffen, bevor eine falsche Ausrichtung auftritt.
Die oben beschriebene Erfindung ist besonders vorteilhaft in einem Spiralkompressor bzw. Scrollkompressor. Ein Spiralkompressor hat eine Welle, die in eine gewissen Fehlausrichtung gelangt, sobald der Kompressor vollständig belastet ist und profitiert folglich von dieser Konstruktion.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen untenstehend detaillierter beschrieben:
1 ist eine Ansicht eines Kompressors des Standes der Technik.
2 zeigt ein bei dem Kompressor des Standes der Technik auftretendes Problem.
3 zeigt eine erste Welle.
4 zeigt eine zweite Welle, die die Erfindung ausführt.
5 zeigt eine dritte Welle, die bevorzugte Merkmale der Erfindung zeigt.
6 zeigt eine vierte Welle, die alternative bevorzugte Merkmale der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN NICHT EINSCHRÄNKENDEN AUSFÜHRUNGSFORM
3 zeigt eine Welle 51. Wie gezeigt, sind sich verjüngende Flächen 52 und 54 von einer entlang eines Radius gebildeten Übergangsfläche 56 getrennt. Die sich verjüngenden Flächen 52 und 54 sind mit dem Lager 40 über einen Flächenbereich hinweg in Kontakt, statt in Linienkontakt. Die Größe und Form der Winkel für die Flächen 52 und 54 werden gewählt, sobald die Position der Welle 51 unter Last bestimmt ist, nachdem der Kompressor konstruiert wurde. Die Anordnung 50 ersetzt die Welle 30 des Standes der Technik aus 1 und wird vorzugsweise in einem Spiralkompressor bzw. Scrollkompressor genutzt. Jedoch sollte zu verstehen sein, dass diese Wellenanordnung einen Nutzen in anderen Rotationsvorrichtungen und anderen Typen von Kompressoren hätte. In Anbetracht der Tatsache, dass von Spiralkompressoren normalerweise erwartet wird, dass sie in einem vollständig belasteten Zustand falsch ausgerichtet sind, ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich in der Spiralkompressorumgebung. Wie auch zu sehen ist, erstrecken sich die Wellenbereiche 53 und 55 von den sich verjüngenden Flächen 52 und 54 und sind jeweils mit der umlaufenden Spirale bzw. dem Motor verbunden.
4 zeigt eine andere Ausführungsform 69 der Erfindung, in der die Übergangsflächen 74 und 76 von zwei separaten Bereichen gebildet sind. Die sich verjüngenden Bereiche 64 und 70 sind wieder so gebildet, dass sie generell gleiche Verjüngungswinkel haben, so dass es, wenn sie sich in Kontakt mit dem Lager 40 gelangen, Flächenkontakt an beiden Stellen entsteht. Wie zu sehen ist, sind die Bereiche vorzugsweise dafür ausgelegt, bei voller Neigung parallel zu der Lageroberfläche zu sein.
Der Bereich 70 ist viel länger als der Bereich 64. Der Bereich 70 ist dem Spiralkompressor näher und muss typischerweise eine viel größere Kraft aushalten als der Bereich 64.
Die Übergangsflächen 74 und 76 sind so ausgelegt, dass sie zu den Enden der einem jeweiligen verjüngenden Bereich zugeordneten Verjüngung tangential und an einem Punkt 78 tangential zueinander sind. Wieder wird ein Großteil der Form und der Konstruktion der Flächen durch den speziellen Spiralkompressor und den verfügbaren axialen Platz hinsichtlich des Lagers 40 definiert. Auslaufende Bereiche 68 und 62 verbinden die sich verjüngenden Bereiche 70 und 64 jeweils mit den Wellenbereichen 72 bzw. 66.
5 zeigt einen Wellenbereich 80, in dem das Ausmaß an Unterschieden zwischen den Winkeln der Flächen übertrieben ist, um separate Bereiche des Übergangsbereichs zu zeigen. Insbesondere gehen die zwei kegelstumpfförmigen sich verjüngenden Bereiche 82 und 84 in sich verjüngende kegelstumpfförmige Bereiche 86 und 88 und in einen parallelen Bereich 90 über. Es kann zusätzlich zu 86 und 88 sich verjüngende Bereiche als einen Teil des Übergangsbereichs geben.
6 zeigt eine Ausführungsform 92 der Welle, in der die sich verjüngenden Bereiche 94 und 96 durch einen Übergangsbereich 98 verbunden sind, der aus einem geraden zylindrischen Bereich mit einem konstanten Durchmesser gebildet ist.
Die Ausführungsformen aus 5 und 6 können leichter maschinell herzustellen sein als die früheren Ausführungsformen. Folglich können sie aus diesem Grund nützlich sein.
Im Wesentlichen sind die sich verjüngenden Bereiche in den Ausführungsformen kegelstumpfförmig und auf generell gleichen, aber umgekehrten Winkeln gebildet. Auf diese Weise werden die oben dargelegten Vorteile erreicht.
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben, ein Durchschnittsfachmann würde jedoch erkennen, dass bestimmte Modifikationen im Umfang dieser Erfindung liegen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche betrachtet werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

Rotationsmaschine (20), aufweisend: eine Welle (72), die rotationsmäßig angetrieben wird; ein Gehäuse, das ein längliches Lager (40) aufweist, das die Welle (72) hält; ein angetriebenes Element (26), das betriebsmäßig so verbunden ist, dass es von der Welle (72) angetrieben wird; und wobei ein Teil der Welle (72) in dem Lager (40) aufgenommen ist und sich verjüngende Bereiche (64, 70) an zwei axial beabstandeten Stellen hat, wobei einer der sich verjüngenden Bereiche (70) näher an dem angetriebenen Element (26) ist als der andere der sich verjüngenden Bereiche (64), dadurch gekennzeichnet, dass die sich verjüngenden Bereiche (64, 70) allgemein gleiche umgekehrte Winkel haben, so dass, wenn die Welle (72) in dem Lager (40) falsch ausgerichtet ist, die sich verjüngenden Flächen (64, 70) an axial beabstandeten Stellen über einem Oberflächenbereich in Kontakt mit dem Lager (40) sind, und dass der sich verjüngende Bereich (70), der näher an dem angetriebenen Element (26) ist, sich über einen größeren axialen Abstand erstreckt als der andere der sich verjüngenden Bereiche (64).
Maschine nach Anspruch 1, wobei das angetriebene Element (26) ein Spiralensatz in einem Spiralkompressor ist.
Maschine nach Anspruch 2, wobei der Spiralensatz eine von der Welle (72) angetriebene umlaufende Spirale (26) und eine zweite Spirale (24) aufweist, wobei die umlaufende Spirale (26) relativ zu der zweiten Spirale (24) umläuft.
Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Übergangsbereich (76) zwischen den sich verjüngenden Bereichen (64, 70) gebildet ist.
Maschine nach Anspruch 4, wobei die sich verjüngenden Bereiche (64, 70) kegelstumpfförmig sind und der Übergangsbereich (76) gekrümmt ausgebildet ist.
Maschine nach Anspruch 4, wobei die sich verjüngenden Bereiche (64, 70) kegelstumpfförmig sind und der Übergangsbereich (76) von einer Mehrzahl von kurzen sich verjüngenden Bereichen (86, 88, 90) mit sich ändernden Winkeln gebildet ist, die so ausgewählt sind, dass sie sich in Kombination einem gekrümmten Bereich annähern.
Maschine nach Anspruch 4, wobei die sich verjüngenden Bereiche (64, 70) kegelstumpfförmig sind und der Übergangsbereich (76) aus einem zylindrischen Bereich gebildet ist, der um eine Rotationsachse der Welle zentriert ist und einen allgemein konstanten Durchmesser hat.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Motor (36) die Welle (72) antreibt.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Maschine ein Spiralkompressor ist, wobei: K 69 685 8 Gesamt die Welle (72) rotationsmäßig von einem Motor (36) angetrieben wird; der Kompressor eine Spiralpumpeneinheit aufweist, die als das angetriebene Element (26) eine von der Welle angetriebene umlaufende Spirale aufweist und eine zweite Spirale (24) aufweist, wobei die umlaufende Spirale (26) relativ zu der zweiten Spirale (24) umläuft; die sich verjüngenden Bereiche (64, 70) kegelstumpfförmig sind; und das Lager (4) einem Exzenter (28) benachbart montiert ist, der an der Welle (72) angebracht und mit der umlaufenden Spirale (26) verbunden ist.