專利名稱：渦旋壓縮機的制作方法
〔技術領域〕本發明涉及一種渦旋機。更具體地說，本發明涉及一種渦旋壓縮機，其具有一個主軸承箱，該軸承箱的彈性中心設計得與對應于驅動軸振動第一模態的驅動軸節點相一致。
〔背景技術〕眾所周知，在現有技術中存在一類用于使各種流體產生移動的機器，例如渦旋機。這種渦旋機可以是膨脹機、活塞發動機、泵和壓縮機等，本發明的特點可應用于任何一種這些設備中。但是，為了便于進行說明，本發明所描述的實施例是一種密封制冷劑渦旋壓縮機。
渦旋壓縮機由于其工作效率高而越來越廣泛地作為壓縮機應用于制冷和空氣調節中。通常，這些設備裝有一對相互嚙合的渦卷，其中一個渦卷可相對于另一個渦卷回轉，從而形成一個或多個活動腔，當它們從外部入口向中心排出口運動時，活動腔的大小就逐漸減小。設有電機并通過固定到電機轉子上的一個適當的驅動軸來驅動回轉渦旋部件旋轉。在密封壓縮機中，密封殼體的底部通常包含一個用于潤滑和冷卻的貯油槽。
電機通常包括一個壓配合到壓縮機殼體中的電機轉子。驅動軸通常壓配合到電機轉子上，并通過一個主軸承箱和一個下軸承箱可轉動地安裝。每個軸承箱還固定到壓縮機殼體上。在壓縮機工作過程中，由于作用于驅動軸的凈力以及來自各種激勵源的動態載荷的作用，驅動軸產生較小的靜態偏轉。本發明的發明人發現壓縮機工作時在低頻帶的聲波級主要由驅動軸的振動引起。
驅動軸在主軸承箱的主軸承附近呈現為一個節點(橫向位移為0)。驅動軸相對于主軸承箱的主軸承的動力學性能表明主軸承上的應力主要由于驅動軸的局部邊緣載荷而變得非常的大。局部邊緣載荷部分是由于支承主軸承的主軸承箱的剛性而引起。邊緣載荷在主軸承中所產生的過大的應力會導致主軸承過度磨損，且軸承過早地磨損會降低壓縮機的使用壽命。另外，這種載荷的動態部分可傳遞到壓縮機殼體上而產生噪聲。
〔發明內容〕本發明提供一種獨特的主軸承箱，該主軸承箱設計為使承載的驅動軸的節點位于主軸承的彈性中心，從而減小邊緣載荷及其所帶來的問題。本發明的主軸承箱設計得在支承主軸承的區域具有柔順度，從而使驅動軸的節點靠近主軸承的彈性中心。主軸承箱在安裝主軸承的地方具有柔順度改善了驅動軸與主軸承的接觸分布，并有助于減小邊緣載荷。
本發明的其它優點和目的可從下面的說明書、權利要求書和附圖中清楚地看出。
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〕在如下的顯示本發明優選實施例的附圖中圖1是裝有本發明獨有的主軸承箱的密封渦旋壓縮機的豎直橫截面圖；圖2是圖1所示的主軸承箱的豎直截面圖；圖3是圖2所示主軸承箱的頂部透視圖；圖4是圖2所示主軸承箱的底部透視圖；圖5是表示現有技術的壓縮機所產生的典型聲譜圖；圖6是表示驅動軸相對于主軸承箱在典型結構和理想結構方面的動力性能圖。
〔發明內容〕如圖所示，在附圖中相同的標號表示相同或相應的部件，其中，圖1示出了裝有本發明獨有的主軸承箱的渦旋壓縮機10。渦旋壓縮機10包括一個大致為圓筒形的密封殼體12，殼體12的上端焊接有一個蓋14，其下端焊接有一個底座16，底座16具有多個與其形成一體的固定支腳(未示出)。蓋14設有制冷劑排出裝置18，制冷劑排出裝置內設有普通排泄閥。在蓋14焊接到殼體12的相同位置處，橫向延伸的隔板20通過焊接在殼體12的周圍而固定到殼體12上。如圖1所示，壓縮機安裝支架22壓配合在殼體12內，并由底座16的端部進行支承。底座16的直徑略小于殼體12的直徑，從而底座16可裝入到殼體12內并焊接在殼體12的周圍。
固定到支架22上的壓縮機10的主要部件包括剖分式主軸承箱組件24、下軸承箱26和馬達定子28。驅動軸或曲軸30可轉動地支承在安裝于主軸承箱組件24中的軸承34和安裝于下軸承箱26中的第二軸承36上，驅動軸或曲軸30的上端設有偏心曲柄銷32。曲軸30的下端設有較大直徑的同心孔38，該同心孔與一個設置在徑向向外位置上并向上延伸到曲軸30的頂部的小直徑孔40相通。殼體12的內部下端形成貯油槽44，貯油槽44中所充的潤滑油略高于轉子46的下端，孔38可用作泵將潤滑油向上泵送給曲軸30并泵送入孔40中，最后泵送到壓縮機10需要進行潤滑的所有的各個部件。
曲軸30由電機驅動旋轉，電機包括定子28、從此穿過的線圈48和壓配合到曲軸30上的轉子46。上配重50固定在曲軸30上，下配重52固定在轉子46上。
剖分式主軸承箱組件24的上表面設有平的推力支承面54，回轉渦旋部件56設置在推力支承面54上，渦旋部件56具有從端板60向上延伸的普通螺旋葉片或渦卷58。回轉的渦旋部件56的端板60的下表面向下伸出一個圓筒形的轂62，轂62內設有徑向軸承64，驅動套筒66可轉動地設置在徑向軸承64中，驅動套筒66具有內孔，曲柄銷32可驅動地設置在內孔中。曲柄銷32具有一個平的表面，該表面可驅動地與驅動套筒66的一部分內孔中所形成的平表面嚙合，從而形成一個徑向柔順的驅動結構，例如US4877382所示的那樣，這里作為參考對其進行引用。在回轉渦旋部件56和剖分式軸承箱組件24之間還設有Oldham聯軸節68。Oldham聯軸節68與回轉渦旋部件56和固定渦旋部件70接合，以避免回轉渦旋部件56發生回轉運動。
固定渦旋部件70也設有從端板74向下延伸的渦卷72，其與回轉渦旋部件56的渦卷58相嚙合。固定渦旋部件70具有中央排泄通道76，其與向上開口的凹槽78相通，凹槽78又與由蓋14和隔板20確定的排泄消聲腔80流體連通。在固定渦旋部件70上也設有環形凹槽82，環形凹槽82內設有浮動密封組件84。
凹槽78、82和浮動密封組件84共同形成用于接納由渦卷58和72壓縮的壓縮流體的軸向偏壓腔，從而產生一個作用于固定渦旋部件70的軸向偏壓力，以促使渦卷58和72的頂端分別與端板74和60的相對的端板表面密封接觸。浮動密封組件84最好是US5156539所公開的那種浮動密封組件，這里作為參考對其進行引用。固定渦旋部件70安裝成可以US4877382或US5102316所公開的那種適當方式相對于剖分式主軸承箱24進行有限的軸向運動，這里作為參考對上述專利進行引用。
本發明涉及一種主軸承箱組件24的獨特結構。主軸承箱組件24包括主軸承箱90和推力板92。推力板92通過多個螺栓(未示出)固定到主軸承箱90上。推力板92形成了平的推力支承面54和平表面94，回轉渦旋部件56設置在平的推力支承面54上，Oldham聯軸節68支承在平表面94上。
如圖2所示，主軸承箱90包括一個用于支承推力板92的大致為圓形的部分100。多個支腿102(在圖示實施例中為4個)從圓形部分100徑向向外伸出。在圖示實施例中，每個支腿102的外表面104具有一個與殼體12具有間隙的有效直徑部分。每個支腿102包括直立的支柱106，安裝孔108延伸穿過上述支柱。如圖1所示，安裝孔108用于通過螺栓110將主軸承箱90固定到壓縮機安裝支架22上。在本發明的另一個實施例(未示出)中，每個支腿102的外表面104的有效直徑部分壓配合到殼體12中。在該實施例中，略去了每個支柱106上的安裝孔108，因為主軸承箱90固定到殼體12上，而不直接固定到安裝支架22上。每個支柱106的內表面112進行了機加工，以便可在徑向支承推力板92。
主軸承箱90還包括截錐形腹板114，腹板114向下傾斜并支承著圓筒形部分116。截錐形腹板114從圓形部分100的下端延伸到圓筒形部分116的下端。圓筒形部分116具有一個內孔118，軸承34壓配合在該內孔中。具有截錐形腹板114和圓筒形部分116的主軸承箱90的結構使主軸承箱90具有柔順性，從而提高了主軸承34和圓筒形部分116的動態對中度，并因此而提高了壓縮機10的可靠性，減小了從曲軸30傳遞到殼體12上的動載荷。如果需要，可將具有截錐形腹板114和圓筒形部分116的主軸承箱90設計成使加載的驅動軸節點處于主軸承34的彈性中心。
驅動軸30在可驅動地嚙合回轉渦旋部件62的曲柄銷32處承受載荷，并由上配重50和下配重52加載。主軸承34和下軸承36形成對這些載荷進行反作用的反作用力作用點。這種合力可使驅動軸30彎曲。驅動軸30的彎曲形狀與其瞬時載荷情況相一致。為了對驅動軸30旋轉過程中的彎曲情況進行描述，彎曲度可看作平均形狀加上載荷隨曲柄銷32位置的動態變化量，因此，驅動軸30的主支承軸頸不平行于壓縮機10的軸線，并與其成一定角度，該角度方向隨著驅動軸30的轉動而變化。通過有效的外部作用力來使承載驅動軸30的原始彎曲度進行彈性匹配調整。通過改善這種彈性匹配調整度，主軸承34和圓形部分116偏轉，從而與驅動軸30的彎曲的主軸頸對中。非常剛硬的主軸承箱腹板114可防止主軸承34和圓筒形部分116偏轉并與驅動軸30的主軸頸對中，并因此而產生頂部邊緣載荷。非常柔軟的主軸承箱腹板114可允許主軸承34和圓筒形部分116比驅動軸30偏轉得更大，并因此而產生底部載荷。圓筒形部分116應當設計得足夠的剛硬，以便可用作固體來支承主軸承34。非常薄的圓筒形部分116可允許圓筒形部分116的頂部部分偏離軸頸載荷，并以載荷不適當分布的方式產生作用于主軸承34上部的中間載荷。
第二個顯著的效果是可調整驅動軸30由于振動而產生的彎曲度的動態變化，從而使邊緣載荷不會破壞油膜而產生金屬與金屬的接觸，從而避免了主軸承34的磨損。第三個顯著的效果是將主軸承34定位在驅動軸30的節點處，從而使驅動軸30的振動傳遞到主軸承箱90和周圍環境最小。
由現有技術的壓縮機所產生的聲譜方框圖具有獨特且易識別的形狀。該聲譜呈現出兩個峰值，其位置按照壓縮機的大小在圖譜中略有變化。如圖5所示，本發明的發明人將聲譜中的頻帶組與壓縮機的特定部件聯系在一起。位于聲譜頻率右側或上半部的峰值是由固有頻率通常處于該頻率范圍的壓縮機頂蓋產生的。其激勵源是向上沖擊頂蓋的排泄氣體。位于頻率左側或下半部的峰值是由周圍環境變化而引起的，本發明的發明人已確定這些處于低頻帶的聲波級主要是由驅動軸的振動而引起的。
如圖6所示，在現有技術的壓縮機中，在沒有主軸承34的情況下，驅動軸的振動在主軸承箱130附近呈現為一個節點(橫向位移為0)，如圖6的虛線所示。理想的是，如圖6的實線所示，節點位于主軸承34的彈性中心處。當節點不在主軸承34的彈性中心(圖6的虛線134所示)時，軸承上的應力將由于驅動軸的局部邊緣載荷而變得格外的大。設計截錐形腹板114就可產生圖6實線所示的振動形態。腹板114的結構及其與圓形部分100和圓筒形部分116的相互連接為系統提供了必要的柔順度，使其與軸和軸承彈性匹配，從而顯著地減小了邊緣載荷。由于軸和軸承彈性匹配使得軸在其固有頻率處產生振動時軸承會發生撓曲，從而就減小了邊緣載荷。
盡管上面對本發明的優選實施例進行了詳細的描述，但是，應當理解，在不脫離本發明范圍和權利要求的情況下，本發明還可作出各種的變型、變化和更替。
權利要求
1.一種壓縮機組件，其包括一個外殼；設置在所述外殼中的壓縮機；設置在所述外殼中的主軸承箱，所述主軸承箱形成一個孔；設置在所述外殼中的下軸承箱；由所述主軸承箱的所述孔和所述下軸承箱可轉動地支承的驅動件，在所述驅動件轉動過程中，所述驅動件可從與所述孔對中的大致呈直線的狀態偏轉為大致呈彎曲的狀態；所述主軸承箱設計為可偏轉撓曲，以便于保持所述孔和所述驅動件之間的所述對中狀態。
2.根據權利要求1所述的壓縮機組件，其還包括一個固定在所述主軸承箱的所述孔中的主軸承。
3.根據權利要求2所述的壓縮機組件，其中，在所述驅動件的一個振動模態中，所述主軸承的彈性中心與所述驅動件的節點相一致。
4.根據權利要求2所述的壓縮機組件，其中，在所述驅動件的一個振動模態中，所述主軸承箱的所述孔的彈性中心與所述驅動件的節點相一致。
5.根據權利要求1所述的壓縮機組件，其中，所述主軸承箱具有一個圓形部分、一個圓筒形部分和一個位于所述圓形部分和所述圓筒形部分之間的截錐形部分，所述孔設置在所述圓筒形部分中。
6.根據權利要求5所述的壓縮機組件，其中，所述圓筒形部分形成第一和第二端部，所述截錐形部分連接在所述第一端部附近位置上。
7.根據權利要求5所述的壓縮機組件，其中，所述圓筒形部分相對于所述截錐形部分可樞轉，從而保持所述孔與所述驅動件之間的所述對中狀態。
8.根據權利要求2所述的壓縮機組件，其中，在所述驅動件的一個振動模態中，所述驅動件形成一個第一節點和一個第二節點；所述主軸承的彈性中心與所述驅動件的所述第一節點相一致。
9.根據權利要求8所述的壓縮機組件，其中，所述主軸承箱形成一個圓形部分、一個圓筒形部分和一個位于所述圓形部分和所述圓筒形部分之間的截錐形部分，所述主軸承設置在所述圓筒形部分中。
10.根據權利要求9所述的壓縮機組件，其還包括多個設置在所述圓形部分和所述外殼之間的支柱。
11.根據權利要求1所述的壓縮機組件，其中，所述外殼形成進入壓力區和排泄壓力區，所述壓縮機設置在所述進入壓力區。
12.根據權利要求11所述的壓縮機組件，其還包括一個設置在所述進入壓力區內的馬達。
13.一種渦旋機，其包括一個外殼；設置在所述外殼中的第一渦旋部件，所述第一渦旋部件具有從第一端板向外伸出的第一渦旋渦卷；設置在所述外殼中的第二渦旋部件，所述第二渦旋部件具有從第二端板向外伸出的第二渦旋渦卷，所述第二渦旋渦卷與所述第一渦旋渦卷相互交插，從而在所述第二渦旋部件相對于所述第一渦旋部件回轉時，在兩者之間形成多個活動腔；設置在所述外殼中的主軸承箱，所述主軸承箱支承所述第二渦旋部件；設置在所述主軸承箱中的主軸承；設置在所述外殼中的下軸承箱；由所述主軸承箱中的所述主軸承和所述下軸承箱可轉動地支承的驅動件，所述驅動件使所述第二渦旋部件相對于所述第一渦旋部件回轉；可操縱地固定到所述驅動件上用于使所述驅動件旋轉的馬達，其中在所述驅動件的振動模態中，所述驅動件形成第一節點和第二節點；所述主軸承的彈性中心與所述驅動件的所述第一節點一致。
14.根據權利要求13所述的渦旋機，其中，所述主軸承箱形成一個圓形部分、一個圓筒形部分和一個位于所述圓形部分和所述圓筒形部分之間的截錐形部分，所述主軸承設置在所述圓筒形部分中。
15.根據權利要求14所述的渦旋機，其中，所述圓筒形部分形成第一端部和第二端部，所述截錐形部分連接在所述第一端部附近位置上。
16.根據權利要求14所述的渦旋機，其還包括多個設置在所述圓形部分和所述外殼之間的支柱。
17.根據權利要求14所述的渦旋機，其中，在所述驅動件的所述振動模態中，所述圓筒形部分相對于所述截錐形部分可樞轉。
全文摘要
一種壓縮機由驅動軸驅動，該驅動軸由主軸承箱和下軸承箱可轉動地支承。主軸承箱將主軸承定位在驅動軸振動時驅動軸的節點位置處或其附近。將主軸承箱設計為在驅動軸振動時主軸承可進行樞轉，以保持軸承和驅動軸之間的面接觸并減小軸承的邊緣載荷。
文檔編號F04C23/00GK1508436SQ03138129
公開日2004年6月30日 申請日期2003年5月27日 優先權日2002年12月16日
發明者哈里·B·克倫德寧, 哈里 B 克倫德寧, J 萊因哈特, 基思·J·萊因哈特, R 布羅斯特倫, 孫衛漢, 特洛伊·R·布羅斯特倫, 薩 梅薩切, R 霍達普, 馬辛爾薩·梅薩切, 湯姆·R·霍達普 申請人:科普蘭公司