JP2023541760A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

圧縮機は、駆動モータとウィンドホイール１とを有し、ここで駆動モータはケーシング２と回転子３とを有し、回転子３はケーシング２内に回転可能に配置され、ウィンドホイール１は、回転子３の第１の軸端に取り付けられ、スラスト・ディスク４も回転子３の第１の軸端に設けられ、軸方向軸受け組立体２８は、スラスト・ディスク４とウィンドホイール１との間に配置され、軸方向軸受け組立体２８は、ケーシング２に対して固定配置され、そして第１の空隙が、軸方向軸受け組立体２８の第１端とウィンドホイール１との間に形成され、第２の空隙が、軸方向軸受け組立体２８の第２端とスラスト・ディスク４との間に形成される。空気圧縮機は、軸方向軸受け組立体２８間の部品協働によって引き起こされる公差の蓄積を低減し、より精密に有効作業クリアランスを確保する。

Description

本開示は、２０２０年９月２２日に出願された中国特許出願第２０２０１１００２４２１．Ｘ号に基づき、且つその優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、空気圧縮技術の分野、特に圧縮機に関する。

遠心圧縮機の可変周波数調整の工程では、出口圧力は電力の増加とともに徐々に増加する。ガスが遠心圧縮機により圧縮された後、高圧が空気圧空洞において形成され、圧力差がインペラの後ろの高圧と吸気口の大気圧との間に形成され、それによりインペラに沿った前方の軸方向力が軸システム全体に生成される。

この目的を達成するために、関連する空気サスペンション遠心圧縮機は、デュアル径方向空気サスペンション軸受け及びデュアル軸方向空気サスペンション軸受けを使用して、５の自由度の支持で動作し、ここで前部及び後部径方向軸受けがモータ固定子の両側に分布され、前部及び第２の軸方向軸受けがスラスト・ディスクの両側に分布される。動作時の軸方向空気サスペンション軸受けとスラスト面との間の有効作業クリアランスに関する要件は非常に厳しい。有効作業クリアランスは基本的にμｍのオーダーである。これは、軸方向空気サスペンション軸受けの耐荷重性能と軸受けの寿命とに直接影響する。採用された圧縮機の統合解決策は、軸方向空気サスペンション軸受けの有効作業クリアランスを確保するために、スラスト・ディスクの厚さ、並びに前部及び第２の軸方向軸受け組立体の位置決め段部面のサイズに関する厳しい要件を有する。しかしながら、多すぎる部品を組み立てると、結果として、公差が蓄積され、それにより軸方向空気サスペンション軸受けの有効作業クリアランスを保証することができない。

本開示は、駆動モータとウィンドホイールとを含む圧縮機を提供し、ここで駆動モータは、ケーシングと回転子とを含み、回転子はケーシング内に回転可能に配置され、ウィンドホイールは、回転子の第１の軸端に取り付けられ、スラスト・ディスクも回転子の第１の軸端に設けられ、軸方向軸受け組立体がスラスト・ディスクとウィンドホイールとの間に配置され、軸方向軸受け組立体は、ケーシングに対して固定配置され、空隙が軸方向軸受け組立体の第１端とウィンドホイールとの間に形成され、空隙が軸方向軸受け組立体の第２端とスラスト・ディスクとの間に形成される。

いくつかの実施例では、軸方向軸受け組立体は、環状固定座を含み、環状軸受け座が固定座の内周壁に配置され、第１の軸方向軸受けが軸受け座の第１端に配置され、第２の軸方向軸受けが軸受け座の第２端に配置され、空隙が第１の軸方向軸受けとウィンドホイールとの間に形成され、空隙が第２の軸方向軸受けとスラスト・ディスクとの間に形成される。

いくつかの実施例では、軸受け座の第１端は、固定座の内周壁と協働して第１の環状スロットを形成し、第１の軸方向軸受けは、第１の環状スロットに取り付けられる。

いくつかの実施例では、ウィンドホイールは、第１の環状スロット内へ少なくとも部分的に取り付けられ、固定座の内周壁に環状封止適合（ａｎｎｕｌａｒ ｓｅａｌ ｆｉｔ）される。

いくつかの実施例では、軸受け座の第２端は、固定座の内周壁と協働して第２の環状スロットを形成し、第２の軸方向軸受けは、第２の環状スロットに取り付けられる。

いくつかの実施例では、スラスト・ディスクの直径は、第２の環状スロットの直径以下であり、且つ／又は、スラスト・ディスクは、第２の環状スロットに少なくとも部分的に取り付けられる。

いくつかの実施例では、径方向変位センサが、スラスト・ディスクに対応する固定座の内周壁に設けられる。

いくつかの実施例では、ウィンドホイールは、スラスト・ディスクへ向かって突出する軸方向フランジを含み、スラスト・ディスクは、軸方向軸受け組立体に面する第１の位置決め面を含み、軸方向フランジは、軸方向軸受け組立体の内周側に配置され、スラスト・ディスクに面する軸方向フランジの位置決め端側が第１の位置決め面に当接する。

いくつかの実施例では、取付軸が回転子の第１の軸端に設けられ、ウィンドホイールは、取付軸へ取り付けられる。

いくつかの実施例では、位置決めボスが回転子の第１の軸端にさらに設けられ、取付軸は、位置決めボスに位置し、位置決めボスの直径は、回転子の直径よりも小さく、取付軸の直径は、位置決めボスの直径よりも小さく、スラスト・ディスクは、位置決めボスに取り付けられ、位置決めボスの厚さは、スラスト・ディスクの厚さよりも小さい。

いくつかの実施例では、ウィンドホイールは、外側をボリュート（渦巻ケーシング）によって囲まれ、インペラディフューザがボリュートに面する固定座の側に設けられ、インペラディフューザは、ボリュートと協働して空気圧流路を形成する。

いくつかの実施例では、インペラディフューザは、羽根なしのディフューザであり、固定座には、ボリュートが取り付けられている取付段部が設けられている。

いくつかの実施例では、冷却流路が軸方向軸受け組立体に形成され、冷却流路は、第１の流体通過口、第２の流体通過口及び循環穴を含み、第１の流体通過口及び第２の流体通過口は、循環穴を介して連通される。

いくつかの実施例では、軸方向軸受け組立体が固定座と軸受け座とを含む場合、第１の流体通過口及び第２の流体通過口は、固定座に設けられ、循環穴は、固定座及び／又は軸受け座を通る。

いくつかの実施例では、複数の循環穴が設けられ、複数の循環穴は、第１の連通路を介して第１の流体通過口に連通され、複数の循環穴は、第２の連通路を介して第２の流体通過口に連通され、第１の連通路と第２の連通路とが互いから隔離される。

いくつかの実施例では、第１の流体通過口は、固定座の軸方向に延び、第２の流体通過口は、固定座の軸方向に延び、循環穴は、固定座の径方向に延び、第１の連通路は、固定座の外周側に設けられ、第２の連通路は、固定座の外周側に設けられる。

いくつかの実施例では、第１の連通路は、循環穴の外周側に位置し、固定座の周方向に延び、第２の連通路は、循環穴の外周側に位置し、固定座の周方向に延び、第１の連通路は、固定座の直径の第１端に位置し、第２の連通路は、直径の第２端に位置する。

いくつかの実施例では、第１の連通路は、固定座の外周面において開放スロットを形成し、且つ／又は、第２の連通路は、固定座の外周面において開放スロットを形成する。

いくつかの実施例では、循環穴は、Ｖ字形状、円弧形状又は直線状である。

いくつかの実施例では、径方向空気軸受けは、回転子の両端にそれぞれ設けられ、回転子は、径方向空気軸受けにおいて回転可能にスリーブされている。

いくつかの実施例では、回転子の第１の軸端に位置する径方向空気軸受けは、軸方向軸受け組立体から離れたスラスト・ディスクの側に配置され、軸方向変位センサがスラスト・ディスクに面する径方向空気軸受けの端側に配置される。

本開示は、駆動モータとウィンドホイールとを含む圧縮機を提供し、ここで、駆動モータは、ケーシングと回転子とを含み、回転子は、ケーシング内に回転可能に配置され、ウィンドホイールは、回転子の第１端に取り付けられ、スラスト・ディスクも回転子の第１端に設けられ、軸方向軸受け組立体はスラスト・ディスクとウィンドホイールとの間に配置され、軸方向軸受け組立体は、ケーシングに対して固定配置され、空隙が軸方向軸受け組立体の第１端とウィンドホイールとの間に形成され、空隙が軸方向軸受け組立体の第２端とスラスト・ディスクとの間に形成される。圧縮機の場合、軸方向軸受け組立体は、スラスト・ディスクとウィンドホイールとの間に取り付けられるので、スラスト・ディスクの軸端側及び軸方向軸受け組立体に面するウィンドホイールがスラスト面を形成し、さらに、前部軸方向軸受け組立体及び後部軸方向軸受け組立体が、背中合わせの形態で、１つの軸方向軸受け組立体に配置されるので、前部軸方向軸受け組立体及び後部軸方向軸受け組立体の２つの軸受け面間の距離の測定がより容易且つより正確であり、２つの軸受け面間の距離の精密な制御が達成され、したがって、空隙の設計において、スラスト・ディスクとウィンドホイールとの間の間隔を保証する必要があり、且つ軸方向軸受け組立体とスラスト・ディスクとの間の空隙及び軸方向軸受け組立体とウィンドホイールとの間の空隙の精密な調整が達成される場合、より少ない位置決めパラメータ及びより少ない部品しか必要としないので、結果として、部品の組み立てによる公差の蓄積がより小さくなり、これにより、軸方向軸受け組立体間の部品の協働によって引き起こされる公差の蓄積が低減され、有効作業クリアランスがより精密に確保される。

本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機の断面構造図である。 本開示の他のいくつかの実施例で提供される圧縮機の断面構造図である。 軸方向軸受け組立体の取付位置での図１の拡大構造図である。 本開示のいくつかの実施例における圧縮機の軸方向軸受け組立体の断面構造図である。 図４のＡ－Ａに沿った断面構造図である。 本開示の他のいくつかの実施例で提供される圧縮機の軸方向軸受け組立体の断面構造図である。 本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機のウィンドホイールの断面構造図である。 本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機のスラスト・ディスクの断面構造図である。 本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機の径方向空気軸受けの断面構造図である。 本開示の他のいくつかの実施例で提供される圧縮機の径方向空気軸受けの断面構造図である。 本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機の回転子の断面構造図である。 本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機の回転子、ウィンドホイール及び軸方向軸受け組立体の組立図である。 本開示のいくつかの実施例で提供される圧縮機のボリュートの断面構造図である。

図１～１３を組み合わせて参照すると、本開示の実施例によれば、圧縮機は、駆動モータとウィンドホイール１とを含み、駆動モータは、ケーシング２と回転子３とを含む。回転子３は、ケーシング２内に回転可能に配置され、ウィンドホイール１は、回転子３の第１の軸端に取り付けられ、スラスト・ディスク４も回転子３の第１の軸端に設けられる。軸方向軸受け組立体２８がスラスト・ディスク４とウィンドホイール１との間に配置され、軸方向軸受け組立体２８は、ケーシング２に対して固定配置される。第１の空隙が軸方向軸受け組立体２８の第１端とウィンドホイール１との間に形成され、第２の空隙が軸方向軸受け組立体２８の第２端とスラスト・ディスク４との間に形成される。

圧縮機の場合、軸方向軸受け組立体２８はスラスト・ディスクとウィンドホイール１との間に取り付けられるので、軸方向軸受け組立体２８に面するスラスト・ディスク及びウィンドホイール１の軸端側はスラスト面を形成し、さらに、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８は、背中合わせの形態で、１つの軸方向軸受け組立体２８に配置され、スラスト・ディスク及びウィンドホイール１のスラスト面が１つの軸方向軸受け組立体２８と協働して軸方向制限を実施するので、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８の２つの軸受け面間の距離の測定がより容易且つより正確であり、２つの軸受け面間の距離の精密な制御が達成され、第１の空隙及び第２の空隙を設計する際、第１の空隙及び第２の空隙の精密な調整が、スラスト・ディスクとウィンドホイール１との間の間隔を制御することにより達成され、より少ない位置決めパラメータ及びより少ない部品しか必要としないため、結果として、部品の組み立てによる公差蓄積がより小さくなり、これにより、軸方向軸受け組立体２８間の部品の協働によって引き起こされる公差の蓄積が低減され、有効作業クリアランスのより精密な調整を可能にする。

軸方向軸受け組立体２８は、固定座５、軸受け座６、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８を含む。

軸方向軸受け組立体２８は、環状固定座５及び環状軸受け座６を含む軸受け取付座を含む。環状軸受け座６は、固定座５の内周壁に配置され、第１の軸方向軸受け７は、軸受け座６の第１端に配置され、第２の軸方向軸受け８は、軸受け座６の第２端に配置され、そして、第１の空隙が第１の軸方向軸受け７とウィンドホイール１との間に形成され、そして第２の空隙が第２の軸方向軸受け８とスラスト・ディスク４との間に形成される。

いくつかの実施例では、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８は、同一の軸受け座６上に一体化される。１つの軸受け座６は、２つの軸方向のサスペンション制御を実施するために使用され、ウィンドホイール１の背面は、スラスト面として使用され、スラスト・ディスク４のスラスト面は、ウィンドホイール１のスラスト面と協働して軸方向制限のための２つのスラスト面を形成し、これにより軸方向軸受け組立体２８の数を低減し、軸方向軸受け組立体２８の構造を簡素化し、そして軸方向軸受け組立体２８の全体的な軸方向厚さも低減し、回転子３の軸方向長さを低減し、そして軸システムの軸方向の長さが大きすぎることによる回転子軸システムの固有周波数の低下や不十分な設計代、並びに回転子の長さが大きすぎることによる空気圧縮機の容積の増加のような問題を回避する。

図３及び４を参照すると、軸受け座６の軸方向寸法は、固定座５の軸方向寸法よりも小さく、そして軸受け座６は、軸方向において固定座５の中間に位置するので、軸受け座６の軸方向では、軸受け座６及び固定座５は、２つの環状スロットである第１の環状スロット９及び第２の環状スロット１０を形成する。軸受け座６の第１端は、固定座５の内周壁と協働して第１の環状スロット９を形成し、第１の軸方向軸受け７が第１の環状スロット９に取り付けられる。軸受け座６の第２端は、固定座５の内周壁と協働して第２の環状スロット１０を形成し、第２の軸受け８が第２の環状スロット１０に取り付けられる。

軸受け座は、第１の軸方向軸受け７と第２の軸方向軸受け８との間に離間して配置されるので、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８の動作は互いに干渉しない、そして軸受け座６も固定座５と協働して第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８を取り付けるための環状スロットを形成し、これにより第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８の設置及び固定を容易にする。

ウィンドホイール１は、第１の環状スロット９内へ少なくとも部分的に取り付けられ、固定座５の内周壁に環状封止適合するので、固定座５は、ウィンドホイール１と環状シールを形成する。ウィンドホイール１を第１の環状スロット９内へ少なくとも部分的に取り付けると、ウィンドホイール１が占める回転子３の軸方向空間が低減されるので、回転子３の軸方向の構造全体がよりコンパクトになる。

空気圧縮機では、ウィンドホイール１が高速で走行してガスを圧縮する側が高圧ガス側、すなわち空気圧部である一方で、ウィンドホイール１を駆動して高速回転する側が低圧ガス側、すなわちモータ側である。よく知られているように、圧縮機の性能が必要な基準を満たすことを確実にするために、圧縮機の全体的な解決策をよく設計することに加えて、漏れた圧縮ガスの量を制御すること、すなわち、圧縮機の動作時に高圧側から低圧側へ漏れた高圧ガスの量を制御することも必要とされる。高圧ガス側の高圧ガスの漏れを効果的に抑制するために、いくつかの実施例では、環状封止位置が、第１の環状スロット９の環状周壁とウィンドホイール１の外周壁との間に設計される。環状封止位置は、環状シールを配置するために使用される。いくつかの実施例では、環状シールは、組み立てられる部品である。他の実施例では、環状シールは、許容度が環状シール位置で取っておかれた直後に機械加工される。環状シールの封止構造形態には様々な実装があり、その構造及び設計は使用要件に関連する。設けられた環状シールは、ウィンドホイール１の外周壁により形成された環状封止面又は第１の環状スロット９の環状周壁により形成された環状封止面と協働して、環状封止構造全体を形成する。

環状シールは、ウィンドホイール１の外周面又は第１の環状スロット９の環状周囲壁の内周面に取り付けられる。環状シールの具体的な構造形態は、例えば、封止充填材が充填された櫛歯構造であり、ウィンドホイール１と固定座５との間の環状回転シールが封止充填材により達成される。

いくつかの実施例では、スラスト・ディスク４の直径は、第２の環状スロット１０の直径以下である。スラスト・ディスク４は、第２の環状スロット１０に少なくとも部分的に取り付けられてスラスト・ディスク４が第２の環状スロット１０内へ取り付けられることを可能にし、それによって回転子３の軸方向空間を節約し、回転子３の必要な軸方向長さを短くするので、圧縮機の構造は、よりコンパクトになる。いくつかの実施例では、第２の環状スロット１０の開放端側と第２の軸方向軸受け８の軸受け面との間の距離は、スラスト・ディスク４の軸方向厚さと空隙との合計よりも大きく、スラスト・ディスク４全体は、第２の環状スロット１０内へ取り付けられる。

完全な圧縮機構造の統合された組立が行われるとき、回転子の回転軸を考慮する必要があり、軸方向軸受け組立体２８の内径は、径方向空気軸受け回転子の直径より小さくしてはならない。従来技術における軸システム解決策では、軸方向軸受け組立体が、スラスト・ディスクを軸方向に制限するために、スラスト・ディスクの両端のそれぞれに設けられる。より多くの組立体部品に起因する深刻な公差の蓄積が正確さを保証できないという結果を引き起こしやすいという前述の問題に加えて、この構造では、回転子構造のために、軸方向軸受け組立体の内径は、径方向空気軸受け回転子の直径より小さくしてはならないので、回転子の外円の内側に位置するスラスト・ディスクは、第２の軸方向軸受けとの協働領域に含まれないため、スラスト・ディスクと軸方向軸受けとの間に十分な協働領域を有するために、スラスト・ディスクの直径が大きくなり、それにより回転子軸システムのスラスト・ディスクの設計されたサイズも、より大きくなる。

高速又は超高速でも回転子軸システム解決策を設計する際、部品を組み立てるための外径が小さいほど、部品の設計された強度がより高くなり、回転子軸システムの様態の改善により役立つため、スラスト・ディスクの設計された外径は、回転子直径の制限により、あまり小さくならないように定められる。

本開示の技術的解決策では、第１の軸方向軸受け７と第２の軸方向軸受け８との背中合わせの配置は、１つの軸方向軸受け組立体２８を使用することによって実施され、ここで第１の軸方向軸受け７は、後述する第１の環状スロット９に取り付けられ、第２の軸方向軸受けは、第２の環状スロット１０に取り付けられる。第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８は、いずれもスラスト・ディスク４とウィンドホイール１との間に載置される。組み立て時には、まず、スラスト・ディスク４を有する回転子を垂直に載置し、次に、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８と共に設置された中間の軸方向軸受け用の軸受け取付座をスラスト・ディスク４上へ載置し、次にウィンドホイール１を回転子へ組み立てて係止して一体型組立体を形成する。次に、回転軸は、図１２に示されるように組み立てる。このように、回転子の回転軸は、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８を通る必要がなく、第１の軸方向軸受け７及び第２の軸方向軸受け８は、回転子を回避するために、より大きなサイズで設計する必要がない。したがって、軸システムの部品の小さなサイズの設計が達成され、全体的な軸システムの様態性能及び安全許容度が保証される。

径方向変位センサ１１が、スラスト・ディスク４に対応する固定座５の内周壁に設けられ、回転子３の径方向変位はスラスト・ディスク４により検出する。

ウィンドホイール１は、スラスト・ディスク４へ向かって突出する軸方向フランジ１２を含み、スラスト・ディスク４は、軸方向軸受け組立体２８に面する第１の位置決め面１３を含み、軸方向フランジ１２は軸方向軸受け組立体２８の内周側に配置され、スラスト・ディスク４に面する軸方向フランジ１２の位置決め端側１４が第１の位置決め面１３に当接する。軸方向フランジ１２は、ウィンドホイール１のスラスト面から出っ張り、スラスト・ディスク４のスラスト面、すなわち第１の位置決め面１３へ向かって突出するので、軸方向フランジ１２の位置決め端側１４と第１の位置決め面１３との間隔を確保し、それにより軸方向軸受け組立体２８の協働空隙の精密な調整を達成し、これは、設計においてより単純で、実施においてより便利である。

取付軸１５が回転子３の第１の軸端に設けられ、ウィンドホイール１が取付軸１５へ取り付けられる。位置決めボス１６が回転子３の第１の軸端にさらに設けられる。取付軸１５は、位置決めボス１６に位置し、位置決めボス１６の直径は、回転子３の直径よりも小さく、取付軸１５の直径は、位置決めボス１６の直径よりも小さく、スラスト・ディスク４は、位置決めボス１６に取り付けられ、位置決めボス１６の軸方向高さｈ１は、スラスト・ディスク４の厚さよりも小さいので、スラスト・ディスク４の第１の位置決め面１３は、位置決めボス１６の端側よりも高いため、第１の位置決め面１３と位置決め端側１４との協働に対する位置決めボス１６の干渉を回避する。

空気軸受けが支持した圧縮機では、軸方向軸受け組立体２８の有効作業クリアランスの組立調整は最も重要な工程の一つである。第１の軸方向軸受け７は、中央部に取り付けられた軸受け取付座の第１の軸方向軸受け取付位置に取り付けられ、第２の軸方向軸受け８は、第２の軸方向軸受け取付位置に取り付けられて、スラスト・ディスク４の両側に載置され且つ２つの部品にそれぞれ取り付けられたであろう２つの軸方向軸受け組立体２８が１つの部品に背中合わせに配置されることを達成し、それにより設置後の第１の軸方向軸受け７の軸受け面と第２の軸方向軸受け８の軸受け面との間の距離の測定がより容易且つより正確になり、ここで、第２の軸方向軸受け８は、スラスト・ディスク４のスラスト面と有効な作業クリアランスを形成し、そして第１の軸方向軸受け７は、ウィンドホイール１のスラスト面と有効な作業クリアランスを形成する。

２つの軸方向軸受けスラスト面は、それぞれ、スラスト・ディスク４及びウィンドホイール１に分布される。ウィンドホイール１は、例えば、軸受けを担持する合金鋼材からなる。いくつかの実施例では、軽量の観点から、軸受け面上で、耐摩耗性合金鋼材が軸受け面として機能するように追加される。スラスト・ディスク４は、合金鋼材からなる。ウィンドホイール１のスラスト面とスラスト・ディスク４のスラスト面と空気軸方向軸受けとの間の有効作業クリアランスは、スラスト・ディスク４の第１の位置決め面１３とウィンドホイール１の軸方向フランジ高さｈ２とにより決定される。一定の許容度は、ウィンドホイール１が機械加工される場合に軸方向フランジ１２に対して取っておかれる。スラスト・ディスク４及びウィンドホイール１は、いずれも精密機械加工部品であるので、軸方向軸受け組立体２８の２つの軸受け面間の距離を正確に測定し、且つ軸方向軸受けの有効作業クリアランスを加算した後、軸方向フランジの高さｈ２を適正に機械加工し、回転軸の位置決めボス１６の軸方向高さｈ１を、スラスト・ディスク４の厚さよりも小さくする。位置決めボス１６の外周面は、スラスト・ディスク組立面として機能する。回転子の第１端の端側がスラスト・ディスク位置決め面として機能し、取付軸１５の外周面がインペラ組立面として機能する。各組立体面の機械加工精度は、必要な範囲内である必要がある。スラスト・ディスク４のスラスト面の内円部分は、ウィンドホイール１の軸方向フランジ１２に対する取付位置決め面としても機能する。回転子３、スラスト・ディスク４、軸方向軸受け組立体２８及びウィンドホイール１をこの順序で組み立てることにより、完全な軸システムの組立を行うことができ、軸方向軸受け組立体２８の有効作業クリアランスは、１つの部品の１つの寸法の機械加工（ウィンドホイール１の軸方向フランジ高さｈ２の機械加工）により、精密に調整し、これは部品の機械加工工程を最適化且つ簡素化するだけではなく、組立方法及び調整方法も簡素化し、工程の流れを大幅に改善する。

ウィンドホイール１は、外側をボリュート１７によって囲まれ、インペラディフューザ１８がボリュート１７に面する固定座５の側に設けられる。インペラディフューザ１８は、ボリュート１７と協働して空気圧流路を形成する。インペラディフューザは、羽根付きディフューザ及び羽根なしディフューザを含む。いくつかの実施例では、インペラディフューザ１８は、羽根なしディフューザであり、固定座５には取付段部１９が設けられ、ボリュート１７は、取付段部１９に取り付けられる。

中間に取り付けられた軸受け取付座は、インペラディフューザ１８を機械加工するために軸方向に取っておかれた取り代で機械加工される。インペラディフューザ１８は、完全な流路を形成するためにボリュート１７と組み合わせる必要があるので、分割設計では、ディフューザは、平面として設計され、複雑な構造がボリュート１７に実装されるので、羽根なしディフューザは、平面に機械加工するだけでよく、次いでインペラディフューザ１８及びボリュート１７は組み立てられ、組み合わされて完全な空気圧流路を形成する。

冷却流路が軸方向軸受け組立体２８に形成され、冷却流路は、第１の流体通過口２０、第２の流体通過口２１及び循環穴２２を含み、第１の流体通過口２０及び第２の流体通過口２１は、循環穴２２を介して連通される。冷却流路には、軸方向軸受け組立体２８を冷却するための冷却流体が充填される。

いくつかの実施例では、前部軸方向軸受け組立体と後部軸方向軸受け組立体とが一体化して１つの軸方向軸受け組立体２８を形成するので、軸方向軸受け組立体２８を取り付けるための固定座５の全体的な厚さは、軸方向軸受け組立体２８の軸方向長さを増加させることなく増加し、それにより、固定座５及び軸受け座６は、いずれも冷却流路を提供するのに十分な軸方向厚さを有するので、冷却システムの設計を容易にする。

圧縮機が高速で動作する場合、スラスト・ディスク４と軸方向軸受け組立体２８との間の作業クリアランスは非常に小さく、概ねμｍのオーダーである。このように小さなクリアランスにおける高圧空気と軸方向軸受け組立体２８の表面とスラスト・ディスク４の表面との間の高速摩擦により、多くの熱を発生し、小さすぎる作業クリアランスは、軸方向軸受け組立体２８の表面及びスラスト・ディスク４の表面からの熱放散を助長しない。加熱された後、軸方向軸受け組立体２８及びスラスト・ディスク４は、軸方向の熱膨張により変形し、そして過度に高温になると、結果として作業クリアランスは、軸方向軸受け組立体２８の熱膨張量によって完全に絞られ、係止が生じる。高速回転において回転子が突然、係止されると、圧縮機全体が役に立たなくなる。箔型軸方向軸受け組立体２８を採用する場合、その表面にも耐摩耗性潤滑被覆の層があり、そして過度に高温になると、耐摩耗性潤滑被覆が不具合、又は脱落さえ生じ、圧縮機にも重大な損傷を与える可能性がある。

上記の可能性に対処し、動作時の軸方向軸受け組立体２８の温度を下げるために、本開示は、冷却流路における冷却流体によって軸方向軸受け組立体２８及びスラスト・ディスク４の動作時に発生される熱を放散するために、中間に取り付けられた軸受け取付座において冷却流路を提供し、それにより、動作時の軸方向軸受け組立体２８の温度を効果的に下げる。

いくつかの実施例では、第１の流体通過口２０及び第２の流体通過口２１は、固定座５に設けられ、循環穴２２は、固定座５及び／又は軸受け座６を通る。いくつかの実施例では、第１の流体通過口２０及び第２の流体通過口２１は、固定座５に設けられ、循環穴２２は、固定座５及び軸受け座６を通り、それによって軸受け取付座全体を効果的に冷却し、動作時の軸受け取付座の温度を下げる。

複数の循環穴２２が設けられる。複数の循環穴２２は、第１の連通路２３を介して第１の流体通過口２０に連通され、複数の循環穴２２は、第２の連通路２４を介して第２の流体通過口２１に連通される。第１の連通路２３及び第２の連通路２４は、互いから隔離される。第１の連通路２３及び第２の連通路２４は、循環穴２２を介してのみ連通されるので、冷却流体は、第１の連通路２３を介して第２の連通路２４に直接、入ることができない、又は第２の連通路２４を介して第１の連通路２３に入ることができない。流体入口から連通路の１つに到着した後にのみ、冷却流体は、連通路によって分布されるので、冷却流体は、循環穴２２の各々に均等に入り、次いで、循環穴２２から他の連通路へ流れ、他の連通路を通って収束した後に流体出口から流出し、これにより、軸受け取付座の冷却を達成する。

第１の流体通過口２０は、固定座５の軸方向に延び、第２の流体通過口２１は、固定座５の軸方向に延び、循環穴２２は、固定座５の径方向に延び、第１の連通路２３は、固定座５の外周側に設けられ、第２の連通路２４は、固定座５の外周側に設けられる。他のいくつかの実施例では、第１の流体通過口２０及び第２の流体通過口２１は、径方向に延び、第１の連通路２３は、周方向に延び、そして第２の連通路２４は、周方向に延びるので、第１の流体通過口２０、第１の連通路２３、循環穴２２、第２の連通路２４及び第２の流体通過口２１は、連通されて冷却流路の設計を達成する。

第１の連通路２３は、循環穴２２の外周側に位置し、固定座５の周方向に延び、第２の連通路２４は、循環穴２２の外周側に位置し、固定座５の周方向に延び、第１の連通路２３は、固定座５の直径の第１端に位置し、そして第２の連通路２４は、直径の第２端に位置するので、循環穴２２は、軸受け取付座を最大限まで通り、軸受け取付座全体をより効果的に冷却し、それにより冷却効果を改善する。

いくつかの実施例では、第１の連通路２３は、固定座５の外周面に開放スロットを形成し、第２の連通路２４は、固定座５の外周面に開放スロットを形成し、これにより、連通路の機械加工を容易にする。連通路は、固定座５の取付段部１９に設けられる。設置時、ボリュート１７は、連通路の機械加工が完了した後、取付段部１９に固定配置される。第１の連通路２３及び第２の連通路２４の封止は、ボリュート１７の協働取付面によって達成される。封止効果を改善するために、シール・リング、封止溝などが第１の連通路２３及び第２の連通路２４の両側に設けられる。

循環穴２２は、Ｖ字形状、円弧形状又は直線状である。上述の形状は、低機械加工コストで簡単な機械加工方法を使用して機械加工することにより成形される。いくつかの他の実施例では、他の形成方法を使用して、蛇行循環穴２２又はジグザグ循環穴２２などの異なる循環穴２２の構造を加工する。

径方向空気軸受け２５が回転子３の両端にそれぞれ設けられ、回転子３は、径方向空気軸受け２５において回転可能にスリーブされ、径方向空気軸受け２５は、ケーシング２へ固定され、固定座５は、径方向空気軸受け２５へ固定して取り付けられる。

固定座５の流体通過口は、本実施例の圧縮機の液冷ケーシング２及び径方向空気軸受け２５における対応する位置に予め形成された流体路と連通され、流体通過口の外穴と径方向空気軸受け２５の端側との間の封止は、漏れを防ぐためにゴム・リングと組み合わせて溝を封止することによって実施され、流体通過口の内穴が連通路と連通され、連通路は、次に、すべての循環穴２２と連通して完全な冷却サイクル構造を形成し、ここで、連通路は、機械加工を容易にするために環状の半開放冷却路として設計され、連通路の両側の封止溝は、ゴム・リング並びにボリュート１７の環状封止面と組み合わせて使用されて完全な閉じた冷却流路を形成して中間に取り付けられた軸受け取付座において冷却流体が漏れるのを防ぐ。

図１と図４を組み合わせて参照すると、完全な圧縮機の載置において、圧縮機は、回転子が水平である方向に載置且つ固定され、下部の流体通過口は流体入口として機能し、上部の流体通過口は流体出口として機能し、完全な圧縮機冷却システムの圧力を使用して、中間に取り付けられた軸受け取付部の下部で流体入口を介して冷却流体を押し込むので、冷却流体は、冷却流路全体内へ充填されて次に流体出口から押し出される。これは、冷却流体と冷却流路との間のフルコンタクトが動作時に軸方向軸受け組立体２８によって生成された熱を最大限に運び去り、中間に取り付けられた軸受け取付座上の軸方向軸受け組立体２８の最大冷却を達成することを確実にする。中間に取り付けられた軸受け取付座は、モータ側と空気圧部を接続する重要な構成要素として、回転子が通る中心に、回避丸穴が設けられているので、内部循環穴２２が期待したように完全に垂直に分布されない。循環穴２２は、本開示ではＶ字形状、円弧形状又は直線状に設計されるので、循環穴２２は、回避丸穴を回避しつつ、軸受け取付座を極力通って冷却効果を改善する。内部循環穴２２の構造形態も、上述した集中形態に限定されるものではなく、流体路の形状及び数は、実際の用途に応じて設計者により相応に設計することができる。

さらに、空気圧縮機の空気圧部が常に圧縮空気を操作して作業を行うことにより、空気圧空洞における温度は徐々に上昇し、上昇温度は空気圧縮機の金属ケーシングを介してモータ側へ伝えられるが、圧縮機のモータ側の熱放散を助長しない。循環冷却流路を有する中間に取り付けられた軸受け取付座は障壁として機能し、その冷却効果を使用して、空気圧部により発生した熱が圧縮機のモータ側へ伝えられることを防いで圧縮機のモータ側の冷却を確実にする。

回転子３の第１端に位置する径方向空気軸受け２５は、軸方向軸受け組立体２８から離れたスラスト・ディスク４の側に配置され、軸方向変位センサ２６がスラスト・ディスク４に面する径方向空気軸受け２５の端側に配置されるので、径方向変位センサ１１が固定座５の内周側に設けられて径方向変位センサ１１はスラスト・ディスク４の外周面に面するという上述した解決策と組み合わせて、回転子３の径方向及び軸方向の両方の変位の検出が１つの部品、すなわちスラスト・ディスク４によって行われることを達成する。

空気軸受けによって支持された空気圧縮機は、高速且つ高精度で動作するターボ機械であることにより、回転子は開発及びテスト段階又はいくつかの特別な機会に実時間で監視される必要があり、軸受けの性能及び動的安定性は、異なる速度及び異なる作業条件で回転子の移動軌道を決定することによって決定される。空気軸受けによって支持された空気圧縮機の回転子の動的監視を達成するために、本開示では、改善及び調整が、軸方向軸受け組立体２８及び中間に取り付けられた軸方向軸受け座に近い径方向空気軸受けに対してなされる。まず、空気圧部に近い軸方向軸受け組立体２８の側のサイズを大きくし、２つの対向孔を、回転子が動作しているときに軸方向状態を監視するために回転子軸方向変位センサ２６を配置するための回転子軸方向変位センサ取付位置として、空気圧部に近い軸方向軸受け組立体２８の側に形成し、対称的に分布した２つの対向孔又は十字型に分布された４つの対向孔を、回転子が動作しているときに軸の移動軌跡を監視するために径方向変位センサ１１を配置するための回転子径方向変位センサ取付位置として、軸方向軸受け座用の固定座５の内周壁に、径方向に形成する。さらに、スラスト・ディスク４の外円は、精密機械加工を施した後、回転子径方向変位監視面として使用され、同様に、軸方向軸受け組立体２８と協働しないスラスト・ディスク４の端側が、精密機械加工を施した後、回転子軸方向変位監視面として使用される。回転子径方向変位監視面と回転子軸方向変位監視面との両方がスラスト・ディスク４に設けられているので、回転子軸システム部品の機械加工や異なる軸システム部品同士の組立から生じる誤差、並びに回転子の曲げや変形の影響が低減され、監視の正確さが改善する。

本開示の説明において、「中心」、「縦」、「横」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「内」、「外」などの用語によって示される向き又は位置関係は、図面に基づいて示される向き又は位置関係であり、示されたデバイス若しくは要素が特定の向きを有するか又は特定の向きで構築且つ動作されなければならないことを示す又は暗示する代わりに、本開示の説明及び記載の簡略化をするための便宜にすぎないことを理解する必要があり、したがって、用語は本開示の保護範囲を制限するものと解釈することはできない。

最後に、上記の実施例は、本開示の技術的解決策を限定するというよりもむしろ説明するためにのみ使用されることに留意されたい。本開示は、好ましい実施例を参照して詳細に説明されるが、当業者は、本開示における特定の実施へ修正を行うか又はその技術的特徴の一部へ同等の置換を行うことができることを理解すべきであり、そして、そのような修正及び同等の置換は、それらが本開示の技術的解決策の精神から逸脱しない限り、本開示において保護のために求められた技術的解決策の範囲内に含まれるべきである。

Claims (21)

1. ケーシング（２）及び回転子（３）を有する駆動モータであって、前記回転子（３）は前記ケーシング（２）内に回転可能に配置される、駆動モータと、
   前記回転子（３）の第１の軸端に取り付けられるウィンドホイール（１）と、
   前記回転子（３）の前記第１の軸端に配置さられるスラスト・ディスク（４）と、
   前記ケーシング（２）に固定された軸方向軸受け組立体（２８）であって、前記スラスト・ディスク（４）と前記ウィンドホイール（１）の間に配置される軸方向軸受け組立体（２８）と
   を有する圧縮機において、
   第１の空隙が前記軸方向軸受け組立体（２８）と前記ウィンドホイール（１）の間に形成され、また第２の空隙が前記軸方向軸受け組立体（２８）と前記スラスト・ディスク（４）の間に形成される、圧縮機。
2. 前記軸方向軸受け組立体（２８）は、
   前記ケーシング（２）に固定された環状固定座（５）と、
   前記環状固定座（５）の内周壁に配置された環状軸受け座（６）と、
   前記軸受け座（６）の第１の軸端に配置された第１の軸方向軸受け（７）と、
   前記軸受け座（６）の第２の軸端に配置された第２の軸方向軸受け（８）と
   を有し、
   前記第１の空隙は、前記第１の軸方向軸受け（７）と前記ウィンドホイール（１）の間に形成され、また前記第２の空隙は、前記第２の軸方向軸受け（８）と前記スラスト・ディスク（４）の間に形成される、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記軸受け座（６）の軸方向寸法が前記固定座（５）の軸方向寸法よりも小さく、前記軸受け座（６）は軸方向において前記固定座（５）の中央部に位置し、前記軸受け座（６）の前記第１の軸端及び前記固定座（５）の前記内周壁は第１の環状スロット（９）を形成し、また前記第１の軸方向軸受け（７）は前記第１の環状スロット（９）内に取り付けられる、請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記ウィンドホイール（１）は、前記第１の環状スロット（９）内に少なくとも部分的に取り付けられ、且つ前記固定座（５）の前記内周壁と環状封止適合している、請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記軸受け座（６）の前記第２の軸端及び前記固定座（５）の前記内周壁は第２の環状スロット（１０）を形成し、前記第２の軸方向軸受け（８）は前記第２の環状スロット（１０）内に取り付けられる、請求項２から４までのいずれか一項に記載の圧縮機。
6. 前記スラスト・ディスク（４）の直径が前記第２の環状スロット（１０）の直径以下であり、前記スラスト・ディスク（４）は前記第２の環状スロット（１０）内に少なくとも部分的に取り付けられる、請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記固定座（５）の前記内周壁に配置された径方向変位センサ（１１）をさらに有し、
   前記径方向変位センサ（１１）は、前記スラスト・ディスク（４）の径方向変位を検出することによって前記回転子（３）の径方向変位を検出するように構成されている、請求項２から６までのいずれか一項に記載の圧縮機。
8. 前記ウィンドホイール（１）は、前記スラスト・ディスク（４）に向かって突出する軸方向フランジ（１２）を有し、前記スラスト・ディスク（４）は、前記軸方向軸受け組立体（２８）に面する第１の位置決め面（１３）を有し、前記軸方向フランジ（１２）は、前記軸方向軸受け組立体（２８）の内周側に配置され、前記スラスト・ディスク（４）に面する前記軸方向フランジ（１２）の位置決め端側（１４）が、前記第１の位置決め面（１３）に当接する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の圧縮機。
9. 前記回転子（３）の前記第１の軸端に配置された取付軸（１５）をさらに有し、
   前記ウィンドホイール（１）は前記取付軸（１５）に取り付けられている、請求項１から８までのいずれか一項に記載の圧縮機。
10. 前記回転子（３）の前記第１の軸端に配置された位置決めボス（１６）をさらに有し、
    前記取付軸（１５）は、前記位置決めボス（１６）上に位置し、前記位置決めボス（１６）の直径が前記回転子（３）の直径よりも小さく、前記取付軸（１５）の直径が前記位置決めボス（１６）の直径よりも小さく、前記スラスト・ディスク（４）は、前記位置決めボス（１６）上に取り付けられ、前記位置決めボス（１６）の軸方向寸法が、前記スラスト・ディスク（４）の軸方向寸法よりも小さい、請求項９に記載の圧縮機。
11. 前記ウィンドホイール（１）の外側を取り囲むボリュート（１７）と、
    前記ボリュート（１７）に面する前記固定座（５）の側に配置されたインペラディフューザ（１８）と
    をさらに有し、
    前記インペラディフューザ（１８）は、前記ボリュート（１７）と協働して空気圧流路を形成する、請求項２から７までのいずれか一項に記載の圧縮機。
12. 取付段部（１９）が、前記固定座（５）の径方向端に設けられ、前記ボリュート（１７）は、前記取付段部（１９）に取り付けられる、請求項１１に記載の圧縮機。
13. 冷却流路が、前記軸方向軸受け組立体（２８）内に形成され、前記冷却流路は、第１の流体通過口（２０）、第２の流体通過口（２１）及び循環穴（２２）を有し、前記第１の流体通過口（２０）及び前記第２の流体通過口（２１）は、前記循環穴（２２）を介して連通されている、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の圧縮機。
14. 前記第１の流体通過口（２０）及び前記第２の流体通過口（２１）は、前記固定座（５）内に設けられ、前記循環穴（２２）は、前記固定座（５）及び／又は前記軸受け座（６）を通っている、請求項１３に記載の圧縮機。
15. 複数の循環穴（２２）があり、前記複数の循環穴（２２）は、第１の連通路（２３）を介して前記第１の流体通過口（２０）と連通され、前記複数の循環穴（２２）は、第２の連通路（２４）を介して前記第２の流体通過口（２１）と連通され、前記第１の連通路（２３）及び前記第２の連通路（２４）は互いから隔離されている、請求項１３又は１４に記載の圧縮機。
16. 前記第１の流体通過口（２０）及び前記第２の流体通過口（２１）はどちらも前記固定座（５）の軸方向に延び、前記循環穴（２２）は前記固定座（５）の径方向に延び、前記第１の連通路（２３）及び前記第２の連通路（２４）はどちらも前記固定座（５）の外周側に設けられている、請求項１５に記載の圧縮機。
17. 前記第１の連通路（２３）は、前記循環穴（２２）の外周側に位置し、且つ前記固定座（５）の周方向に延び、前記第２の連通路（２４）は、前記循環穴（２２）の外周側に位置し、且つ前記固定座（５）の周方向に延び、前記第１の連通路（２３）は、前記固定座（５）の第１の径方向端に位置し、前記第２の連通路（２４）は、前記固定座（５）の第２の径方向端に位置する、請求項１５又は１６に記載の圧縮機。
18. 前記第１の連通路（２３）は、前記固定座（５）の外周面に形成された開放スロットとして構成され、且つ／又は、前記第２の連通路（２４）は、前記固定座（５）の前記外周面に形成された開放スロットとして構成される、請求項１５から１７までのいずれか一項に記載の圧縮機。
19. 前記循環穴（２２）は、Ｖ字形状、円弧形状又は直線状に構成される、請求項１３から１８までのいずれか一項に記載の圧縮機。
20. ２つの径方向空気軸受け（２５）をさらに有し、前記径方向空気軸受け（２５）はそれぞれ前記回転子（３）の軸方向の一端に配置され、前記回転子（３）は前記径方向空気軸受け（２５）に回転可能にスリーブされている、請求項１から１９までのいずれか一項に記載の圧縮機。
21. 前記回転子（３）の前記第１の軸端に位置する前記径方向空気軸受け（２５）は、前記軸方向軸受け組立体（２８）から離れた前記スラスト・ディスク（４）の側に配置され、軸方向変位センサ（２６）が、前記スラスト・ディスク（４）に面する前記径方向空気軸受け（２５）の端側に配置される、請求項２０に記載の圧縮機。

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