專利名稱：壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮機(jī)。
當(dāng)加工食品、藥物或其他要求較高的物品時(shí)，人們總希望有一種絕對清潔或者說“干”的壓縮空氣或其他工作氣體可以使用，也就是可以有完全沒有油或完全不帶有其他潤滑軸承物質(zhì)的工作氣體可供使用。
過去，提出了許多生產(chǎn)無油壓縮機(jī)的方案，但是像干式螺旋壓縮機(jī)等的造價(jià)比較高、效率較低、要使用較大的功率而且體積也比較笨重。
人們對空氣壓縮機(jī)的性能方面的要求分成若干檔次，每一檔次都包括對壓縮機(jī)輸出壓力和質(zhì)流量/秒或秒質(zhì)量兩者的要求。
輸出壓力在8.5bara左右，秒質(zhì)量流在每秒0.27公斤是人們對干式空氣壓縮機(jī)的要求的檔次之一，要達(dá)到8.5bara左右的壓力，目前是不難的，但是通常的這種渦輪壓縮機(jī)的秒質(zhì)量流則遠(yuǎn)大于所需要的數(shù)字。
此外，安裝在已知的、油潤滑的滾柱或滾珠軸頸軸承上的渦輪壓縮機(jī)的需要高的轉(zhuǎn)速(一般為50，000到100，000r.p.m)以獲得所需要的性能時(shí)其效率是低得無法令人接受的。因此，已知的工作性能在這一檔次的渦輪壓縮機(jī)的造價(jià)十分昂貴，體積龐大而且效率是很低的。
針對這種情況，本發(fā)明提供一種壓縮機(jī)，本發(fā)明的壓縮機(jī)包括
(a)一可旋轉(zhuǎn)的軸;
(b)使該軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置包括一電動(dòng)馬達(dá)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)子裝在該軸上;
(c)至少兩級葉輪旋轉(zhuǎn)體，該葉輪旋轉(zhuǎn)體安裝在軸的縱向間隔開的部分，而所述電動(dòng)機(jī)則位于該間隔開的部分之間;
(d)內(nèi)冷裝置，該內(nèi)冷裝置設(shè)置在葉輪旋轉(zhuǎn)體級之間;
(e)軸的軸承裝置，該軸承裝置包括至少一斜墊軸頸軸承，該斜墊軸頸軸承安排成空氣或氣體自潤滑且具有帶陶瓷支承表面的軸承墊。
該軸承墊可包括均質(zhì)的陶瓷墊。
最好該軸具有淬硬的陶瓷表面部分以使之與相應(yīng)的軸承裝置的斜墊的陶瓷表面相配合。
最好該軸承裝置包括至少兩個(gè)軸頸軸承，這兩個(gè)軸頸軸承都是空氣或氣體自潤滑的斜墊軸頸軸承，而且其軸承墊具有相應(yīng)的陶瓷支承表面。最好有軸頸軸承來支持電動(dòng)馬達(dá)相對兩端附近的軸的間隔開的部分。最好至少有一個(gè)軸頸軸承設(shè)置在馬達(dá)一相應(yīng)端和一相應(yīng)的葉輪旋轉(zhuǎn)體級之間。
此外，最好該軸至少由一個(gè)止推軸承支持，該止推軸承最好也是空氣或氣體自潤滑軸承。這樣的一個(gè)止推軸承最好包括作用在軸(或軸上面的止推環(huán))的淬硬或陶瓷表面部分的斜墊。還有止推軸承最好安排得能抵消方向相反的軸向軸推力。
葉輪旋轉(zhuǎn)體級設(shè)置在軸的相對端，這些葉輪旋轉(zhuǎn)體級最好各自包括一壓縮機(jī)葉輪，而內(nèi)冷裝置則相互連通地連接在葉旋轉(zhuǎn)體級之間。
最好有三個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)體使壓縮機(jī)有三個(gè)壓縮級，而相應(yīng)的內(nèi)冷裝置則設(shè)置在相繼的壓縮級之間。這可以提高壓縮機(jī)的效率。最好進(jìn)入各葉輪旋轉(zhuǎn)體的工作氣流是軸向氣流而且是在電動(dòng)馬達(dá)的方向上。
因而，至少有兩級葉輪級彼此反向地設(shè)置以使各該流入葉輪級的氣流呈相反方向，而且最好是彼此相向。這樣安排的優(yōu)點(diǎn)是由各級葉輪級加到軸上的軸向推力負(fù)荷可以彼此互相抵消，從而減小了由止推軸承所承受的軸向推力。軸最好有迷宮式密封裝置以阻止葉輪旋轉(zhuǎn)體級的工作氣體進(jìn)入電動(dòng)機(jī)及軸承裝置。
電動(dòng)機(jī)最好是電磁式或永磁式電動(dòng)機(jī)，且使軸具有50，000r.p.m以上的，最好具有70，000r.p.m的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)最好是直流電動(dòng)機(jī)，而且最好由一可變頻率源加以控制。
下面將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，提供實(shí)施例的目的是舉例說明本發(fā)明，本發(fā)明并不限于所述的實(shí)施例。
其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)的示意圖;
圖2是圖1壓縮機(jī)的一部分的放大后的說細(xì)示意圖。
現(xiàn)請參見附圖。圖中示出的壓縮機(jī)總的用編號1表示。該壓縮機(jī)1包括一軸向可旋轉(zhuǎn)的軸2，它安裝在殼體3內(nèi)，在軸2上安裝有加工的鋁制的葉輪旋轉(zhuǎn)體4，5，6。
第一級進(jìn)氣葉輪旋轉(zhuǎn)體4設(shè)置在軸2的一端，第二，第三級旋轉(zhuǎn)體5，6設(shè)置在軸的另一端，在葉輪旋轉(zhuǎn)體4，5之間有一個(gè)沒有電刷的直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子7由永久磁體組成且安裝在軸2上，而靜子23則安裝在殼體內(nèi)。
一固態(tài)的閘流晶體管(可控硅)變頻器/控制器(圖中未畫出)用來從標(biāo)準(zhǔn)的415伏/50赫電源產(chǎn)生可變的高頻電流。該高頻電流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(從而直接驅(qū)動(dòng)軸2而毋需中間變速齒輪)以所面需的高的工作速度旋轉(zhuǎn)，一般為50000至100000r.p.m。因?yàn)椴恍枰谬X輪把軸2耦合到驅(qū)動(dòng)裝置上，所以功率損耗可以降低到最小的程度。
軸2在殼體內(nèi)支承在電動(dòng)機(jī)兩端的軸頸軸承8.9之上，分別與葉輪旋轉(zhuǎn)體4，5相鄰。一止推軸承10安裝在殼體內(nèi)以作用在設(shè)置在軸的止推環(huán)11上。軸頸軸承8.9由自(空氣)潤滑斜墊軸頸軸承組成，每一軸頸軸承8.9的斜墊都支承在柔性的樞軸24上且斜墊帶有陶瓷支承表面13以直接作用在軸的相鄰的支承表面部分上。軸的支承表面上涂覆著硬質(zhì)的涂層以提高其耐磨性能。
本設(shè)計(jì)方案的一個(gè)重要特點(diǎn)是軸承中的摩擦損失減至最小從而使壓縮機(jī)的效率達(dá)到最大。通常，凡是在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中使用液體潤滑的軸頸軸承(例如油潤滑的軸承)滾珠或流柱軸頸軸承的，軸承中的摩擦損失要達(dá)到驅(qū)動(dòng)功率的5%-10%。使用斜墊自(空氣或氣體)潤滑軸承可以把摩擦損耗降低到驅(qū)動(dòng)功率的0.5%左右。但是由于軸的轉(zhuǎn)速極高(例如轉(zhuǎn)速為80，000r.p.m，壓力從1bara到8.5bara空氣流量為0.27kg/s)，在軸承中產(chǎn)生的溫度是極高的，這種高溫會(huì)產(chǎn)生軸承/軸材料之間的膨脹問題，因?yàn)榭諝饣驓怏w潤滑的斜墊自潤滑軸頸軸承的工作需要有一個(gè)小的軸承和軸之間的間隙。對軸頸軸承來說，這個(gè)間隙一般是0.003″。由于斜墊12采用了陶瓷材料作為支承的表面，這個(gè)問題就得到了解決。軸2的支承部分上的硬質(zhì)的表面涂層也有助于克服這個(gè)問題。
止推軸承10也采用具有陶瓷支承表面的斜墊止推力件10a和10b。斜墊止推件10a在壓縮機(jī)的通常的運(yùn)行中用以通過止推環(huán)11吸收通常由軸2傳遞過來的推力負(fù)荷，斜墊10b則作用在止推環(huán)11的相對側(cè)并且在馬達(dá)及軸達(dá)到通常的工作速度時(shí)吸收反向的推力負(fù)荷。
為了提高效率，在第一級葉輪4和第二級葉輪5之間設(shè)置了內(nèi)冷裝置15。在第二級葉輪旋轉(zhuǎn)體5和第三級葉輪旋轉(zhuǎn)體6之間則設(shè)有第二內(nèi)冷裝置16。本壓縮機(jī)的一個(gè)重要特點(diǎn)是工作氣流流入第一級葉輪旋轉(zhuǎn)體4的方向與進(jìn)入第二第三葉輪5、6的方向是相反的。這有“平衡”作用在軸上的軸向推力和減小通常加到止推軸承10上的軸向推力的作用，從而大大減少了止推軸承10中的軸承損失。
在工作時(shí)，電動(dòng)馬達(dá)的工作速度達(dá)到80，000r.p.m。工作氣體沿軸向被吸入到第一葉輪旋轉(zhuǎn)體4中并通過管道17被強(qiáng)制地送入內(nèi)冷裝置15之內(nèi)。工作氣體離開內(nèi)冷裝置15后進(jìn)入管道18繼而軸向地進(jìn)入第二級葉輪5。離開葉輪5的工作流體通過管道19徑向地進(jìn)入第二內(nèi)冷裝置16。內(nèi)冷裝置15和16基本上是一樣的，只是內(nèi)冷裝置16在縱向上與內(nèi)冷裝置15的縱向成90°，因而內(nèi)冷裝置的縱向是與圖1的平面垂直的。
工作氣體通過管道20離開內(nèi)冷裝置16后軸向地進(jìn)入第三即最后一級葉輪6。而工作氣體是通過出口管道21而徑向地離開最后一級葉輪6的。通管道21的輸出流也垂直于圖1的平面。
由于旋轉(zhuǎn)軸被高速直接驅(qū)動(dòng)，軸承損失被降低到最小限度以及葉輪旋轉(zhuǎn)體的內(nèi)冷裝置是分級安排的，所以根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)具有極高的效率。本發(fā)明的壓縮機(jī)是一種體積較小的渦輪壓縮機(jī)，由于本發(fā)明的渦輪壓縮機(jī)的高輸出壓力(一般達(dá)到8.5bara)可以用較低的質(zhì)量流(對空氣是0.27kg/s)來達(dá)到，所以它可以用于以前必須用螺旋饋給式壓縮機(jī)才能達(dá)到工作要求的種種應(yīng)用場合。
權(quán)利要求
1.一種壓縮機(jī)，包括(a)一可旋轉(zhuǎn)的軸；(b)一驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括一安裝在該軸上的轉(zhuǎn)子；(c)至少兩級葉輪旋轉(zhuǎn)體級，該葉輪級縱向間隔開地安裝于該軸上，而電動(dòng)馬達(dá)則位于所述間隔部分之間；(d)設(shè)在葉輪旋轉(zhuǎn)體之間的內(nèi)冷裝置；(e)轉(zhuǎn)軸的軸承裝置，該軸承裝置包括至少一自空氣或氣體潤滑的斜墊軸頸軸承且軸承墊具有陶瓷支承表面。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該軸具有淬硬或陶瓷表面部分，配合軸承裝置相應(yīng)的斜墊的陶瓷表面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓縮機(jī)，其特征在于有兩個(gè)軸頸軸承用以支持該軸的相互間隔開的部分，兩軸頸軸承都是空氣或氣體自潤滑的斜墊軸頸軸承，且斜軸承墊各自具有陶瓷支承表面。
4.如權(quán)利要求1-3中任一要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，至少有一個(gè)軸頸軸承設(shè)置地電動(dòng)馬達(dá)一相應(yīng)端及葉輪轉(zhuǎn)體級之間。
5.如權(quán)利要求1-4中任一要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)軸至少為一止推軸承所支持。
6.如權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述止推軸承設(shè)置得能抵消兩沿軸向以相反方向互作用的軸的軸向推力。
7.如權(quán)利要求5或6所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述止推軸承是一自作用空氣或氣體潤滑的斜墊軸承，軸承墊上具有陶瓷支承表面。
8.如權(quán)利要求1-7中任一要求所述的壓縮機(jī)，其中，所述的葉輪轉(zhuǎn)體級支承在軸的兩相對端上。
9.如權(quán)利要求1-8中任一要求所述的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)包括兩級以上的葉輪旋轉(zhuǎn)體級。
10.如權(quán)利要求9所述的壓縮機(jī)，其特征在于，一相應(yīng)的內(nèi)冷裝置連接在相繼葉輪旋轉(zhuǎn)體級之間。
11.如權(quán)利要求1-10中任一權(quán)項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，至少其中有兩個(gè)葉輪級彼此反向設(shè)置，以使工作氣流以相反的方向流入各自的葉輪級。
12.如權(quán)利要求1-11中任一權(quán)項(xiàng)要求所述的壓縮機(jī)，其中，轉(zhuǎn)軸設(shè)有密封裝置，用以阻止從葉輪旋轉(zhuǎn)體級來的工作氣體進(jìn)入電動(dòng)馬達(dá)及軸承裝置。
13.如權(quán)利要求1-12中任一要求所述的壓縮機(jī)，其中，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)該軸以50，000r.p.m以上的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求1-13中任一要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，電動(dòng)馬達(dá)安排成直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而不用中間齒輪裝置傳動(dòng)。
全文摘要
一種壓縮機(jī)，它包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上至少有兩級葉輪旋轉(zhuǎn)體級而馬達(dá)則位于葉輪旋轉(zhuǎn)體級之間。在葉輪旋轉(zhuǎn)體級之間連接有內(nèi)冷裝置而轉(zhuǎn)軸由至少包括一個(gè)自作用空氣或氣體潤滑的斜墊軸頸軸承的軸承裝置所支承且該斜墊軸徑軸承的軸承墊具有陶瓷支承表面。該壓縮機(jī)效率極高，特別適用于避免工作氣體受污染是至關(guān)重要的“干空氣”式的應(yīng)用場合，因?yàn)樵搲嚎s機(jī)的軸承是不用潤滑油潤滑的。
文檔編號F04D29/04GK1086587SQ9311746
公開日1994年5月11日 申請日期1993年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月10日
發(fā)明者理查德·戈茲達(dá)華 申請人:威爾士創(chuàng)新有限公司