特許 7110219 遠心ターボ圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-22

(45)【発行日】2022-08-01

(54)【発明の名称】遠心ターボ圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 17/12 20060101AFI20220725BHJP

   F04D 29/10 20060101ALI20220725BHJP

   F04D 29/056 20060101ALI20220725BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20220725BHJP

   F04D 29/62 20060101ALI20220725BHJP

【ＦＩ】

F04D17/12

F04D29/10 A

F04D29/056 B

F04D29/42 H

F04D29/62 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019545309

(86)(22)【出願日】2018-03-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-04-16

(86)【国際出願番号】 EP2018055816

(87)【国際公開番号】W WO2018162667

(87)【国際公開日】2018-09-13

【審査請求日】2019-10-09

(31)【優先権主張番号】1751910

(32)【優先日】2017-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(73)【特許権者】

【識別番号】320002407

【氏名又は名称】ダンフォス コマーシャル コンプレッサーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】ボンヌフォワ，パトリス

(72)【発明者】

【氏名】マルティニャーゴ，クレマン

(72)【発明者】

【氏名】ロッソン，イヴ

(72)【発明者】

【氏名】ファンダスティーネ，スタン

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２９４８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－００２６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０６１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】ロシア国特許出願公開第００８４４８２４（ＲＵ，Ａ）

【文献】特開平０３－２７７８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２７２３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０７０８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４８４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５１９２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０１９９０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２４０５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１４８４０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １７／１２

Ｆ０４Ｄ ２９／１０

Ｆ０４Ｄ ２９／０５６

Ｆ０４Ｄ ２９／４２

Ｆ０４Ｄ ２９／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠心ターボ圧縮機（２）であって、
密閉ケーシング（３）と、
前記密閉ケーシング（３）内に回転可能に配置された駆動軸（６）と、
前記駆動軸（６）を回転可能に支持するように構成されたラジアルベアリング装置と、 冷媒を圧縮するように構成された第１および第２の圧縮段であって、第１および第２のインペラ（１８、１９）を含み、インペラのそれぞれが、前側（２１、２２）と後側（２５、２６）をそれぞれ有し、前記駆動軸（６）に接続されて背中合わせで配置された第１および第２の圧縮段（１２、１３）と、
前記第１および第２のインペラ（１８、１９）の間に設けられた段間シール装置と、を備え、
前記第１および第２の圧縮段（１２、１３）は、それぞれが環状ディスク形状でそれぞれが前記第１および第２のインペラ（１８、１９）の前記前側（２１、２２）に面する第１および第２の空力部材（２９、３１）を含み、前記密閉ケーシング（３）は、前記第１および第２の圧縮段（１２、１３）および前記段間シール装置が配置された主ケーシング部（３．１）を含み、
前記密閉ケーシング（３）は、さらに、アキシアルベアリング面（４７）を有するベアリングケーシング部（３．２）をさらに含み、前記ラジアルベアリング装置は、前記ベアリングケーシング部（３．２）の前記アキシアルベアリング面（４７）に当接し、
動作中の前記駆動軸（６）の軸方向移動を制限するように構成されたアキシアルベアリング装置をさらに含み、前記アキシアルベアリング装置は、
環状ディスク形状を有し、第１の面（４１．１）と、第１のアキシアルベアリングプレート（４１）の前記第１の面（４１．１）とは反対側の第２の面（４１．２）とを有する前記第１のアキシアルベアリングプレート（４１）と、
環状ディスク形状を有し、前記第１のアキシアルベアリングプレート（４１）と軸方向に面した第１の面（４２．１）と、第２のアキシアルベアリングプレート（４２）の前記第１の面（４２．１）とは反対側の第２の面（４２．２）とを有する前記第２のアキシアルベアリングプレート（４２）と、
前記第１および第２のアキシアルベアリングプレート（４１、４２）の径方向外側部分で前記第１および第２のアキシアルベアリングプレート（４１、４２）の前記第１の面（４１．１、４２．１）間にクランプされ、第１および第２のアキシアルベアリングプレート（４１、４２）間の軸方向距離を規定するスペーサリング（４４）とを備え、
前記ラジアルベアリング装置は、当接面（４８）を有するベアリングスリーブ（４６）を含み、前記第２のアキシアルベアリングプレート（４２）の前記第２の面（４２．２）は、前記ベアリングスリーブ（４６）の前記当接面（４８）に当接し、
前記ベアリングスリーブ（４６） は、軸方向に摺動可能に配置された前記第２のアキシアルベアリングプレート（４２）と前記アキシアルベアリング面（４７）との間にクランプされていることを特徴とする遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項2】

前記第１および第２の空力部材（２９、３１）および前記段間シール装置は、前記ラジアルベアリング装置に固定されている、請求項１に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項3】

前記主ケーシング部（３．１）と前記第２の空力部材（３１）との間に配置された弾性要素（４９）をさらに含み、前記弾性要素（４９）は、前記ベアリングケーシング部（３．２）の前記アキシアルベアリング面（４７）に対して所定の力で前記第１および第２の空力部材（２９、３１）、前記段間シール装置および前記ラジアルベアリング装置を軸方向に付勢する、請求項１または２に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項4】

前記弾性要素（４９）は、前記主ケーシング部（３．１）の軸方向面（５１）に少なくとも部分的に形成された環状凹部内に配置される、請求項３に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項5】

前記ラジアルベアリング装置は、前記ベアリングケーシング部（３．２）内に少なくとも部分的に配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項6】

前記第１および第２のアキシアルベアリングプレート（４１、４２）および前記スペーサリング（４４）を、前記ベアリングスリーブ（４６）の前記当接面（４８）に対して所定の力で軸方向に付勢する少なくとも１つの弾性部材（５２、５４）をさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項7】

前記第１の空力部材（２９）に隣接する環状ディスク形状を有する入口分配器（３７）をさらに含み、前記入口分配器（３７）は、前記第１の圧縮段（１２）に冷媒を供給するように構成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【請求項8】

前記第２のインペラ（１９）は、前記第１のインペラ（１８）とは別個で別体であり、前記第１および第２のインペラ（１８、１９）の前記後側（２５、２６）の間の軸方向距離の調整を可能にする、請求項１～７のいずれか１項に記載の遠心ターボ圧縮機（２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心ターボ圧縮機に関し、特に、二段遠心ターボ圧縮機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

公知のように、二段遠心ターボ圧縮機は、特に
密閉ケーシングと、
密閉ケーシング内に回転可能に配置され、長手方向軸線に沿って延びる駆動軸と、
前記駆動軸に接続され、それぞれが前側および後側を有し、背中合わせで配置されている第１および第２のインペラを含む一体のインペラ部材と、
第１および第２のインペラの後側の間に形成されたラジアル環状溝と、
第１および第２のインペラの間に設けられ、それぞれ、半円板形状を有し、ラジアル環状溝内に少なくとも部分的に配置されている２つの分離されたシール部材を有する段間シール装置と、
駆動軸を回転可能に支持するように構成されたラジアルベアリング装置と、
動作中の駆動軸の軸方向の動きを制限するように構成されたアキシアルベアリング装置と、を含む。

【0003】

特に、密閉ケーシング内の第１のインペラおよび環状空力部材は第１圧縮段を規定する一方、密閉ケーシングおよび第２のインペラは第２の圧縮段を規定する。

【0004】

このような遠心ターボ圧縮機の主な目的は、（異なる温度サイクルおよび異なる回転速度に対して）後者のすべての動作条件に対して、一体型インペラ部材、環状空力部材および密閉ケーシング間の軸方向および径方向の機能間隙を略変化させないことである。

【0005】

このような主目的を達成するためには、一体型インペラ部材、環状空力部材、密閉ケーシングおよびアキシアルベアリング装置を製造するための高い加工精度が必要となるため、このような遠心ターボ圧縮機の製造コストが実質的に増加する。さらに、このような遠心ターボ圧縮機の組立は困難である。なぜなら、適切な軸方向および径方向の機能間隙を担保するために、遠心ターボ圧縮機を構成する様々な部品の多くの再加工および調整を必要とするからである。

【0006】

さらに段間シール装置のこのような構成は、特にシール部材間の望ましくない流体漏れを引き起こす可能性がある。したがって、上記の段間シール装置の製造は、前記望ましくない流体漏れを制限するために、高いレベルの加工精度を必要とする。このように、上述した二重段の遠心ターボ圧縮機の２つの圧縮段間のシールの制御は、段間シール装置の前記構成により困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、従来の遠心ターボ圧縮機に見られる欠点を克服することができる改良されたベアリング装置を提供することである。

【0008】

本発明の他の目的は、信頼性が高く、遠心ターボ圧縮機の製造および組立てが容易で、製造コストを低減することができる遠心ターボ圧縮機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、このような遠心ターボ圧縮機は、
密閉ケーシングと、
密閉ケーシング内に回転可能に配置された駆動軸と、
駆動軸を回転可能に支持するように構成されたラジアルベアリング装置と、
冷媒を圧縮するように構成された第１および第２の圧縮段であって、第１および第２のインペラを含み、インペラのそれぞれが前側と後側を有し、それぞれが駆動軸に接続されるとともに背中合わせで配置された第１および第２の圧縮段と、
第１および第２のインペラの間に設けられた段間シール装置とを備え、
第１および第２の圧縮段はそれぞれ第１および第２の空力部材を含み、第１および第２の空力部材はそれぞれ環状ディスク形状を有し、第１および第２のインペラの前側にそれぞれ対向し、密閉ケーシングは第１および第２の圧縮段および段間シール装置が配置された主ケーシング部を含む。

【0010】

密閉ケーシングの前記構成により、特に、密閉ケーシングとは別個の第２の空力部材を設けることにより、本発明による遠心ターボ圧縮機の密閉ケーシングの製造は、低いレベルの加工精度を必要とするので、このような遠心ターボ圧縮機の製造コストは実質的に低減され、このような遠心ターボ圧縮機の組立が実質的に容易になる。特に、密閉ケーシングのこのような構成により、遠心ターボ圧縮機を構成する内部部品の必要な再加工工程を減少させるか、または少なくとも容易にし、適切な軸方向および径方向の機能的な隙間が担保される。

【0011】

さらに、密閉ケーシングは、遠心ターボ圧縮機において生じる熱膨張、特に第１および第２の空力部材および段間シール装置の熱膨張を少なくとも部分的に補償するために、軸方向の可撓性を有するように構成されていてもよい。

【0012】

遠心ターボ圧縮機はまた、単独でまたは組み合わせて、以下の特徴の１つ以上を含んでいても良い。

【0013】

本発明の一実施形態によれば、第１および第２の空力部材および段間シール装置は、第１および第２の空力部材、段間シール装置およびラジアルベアリング装置が剛性サブアセンブリを形成するように、ラジアルベアリング装置に固定される。

【0014】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、第１および第２の空力部材および段間シール装置をラジアルベアリング装置に固定するように構成された少なくとも１つの固定要素を含む。例えば、少なくとも１つの固定要素は、固定ねじまたは固定ピンであってもよい。本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの固定要素は、駆動軸に対して略平行に延びる。

【0015】

本発明の一実施形態によれば、主ケーシング部は、第１および第２の圧縮段および段間シール装置を配置する円筒形の主ハウジングを含む。

【0016】

本発明の一実施形態によれば、段間シール装置および第２の空力部材の外径は、主ケーシング部の円筒形の主ハウジングの内径と略等しい。

【0017】

本発明の別の実施形態によれば、段間シール装置および第２の空力部材の外径は異なっていてもよい。例えば、主ケーシング部は、段間シール装置および第２の空力部材のうちの１つと協働するように構成された少なくとも１つの環状肩部を含んでいてもよい。

【0018】

本発明の一実施形態によれば、密閉ケーシングは、アキシアルベアリング面を有するベアリングケーシング部をさらに有し、ラジアルベアリング装置は、ベアリングケーシング部のアキシアルベアリング面に当接している。

【0019】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、主ケーシング部と第２の空力部材との間に配置された弾性要素をさらに含み、弾性要素は、第１および第２の空力部材を軸方向に付勢し、段間シール装置およびラジアルベアリング装置は、ベアリングケーシング部のアキシアルベアリング面に対して所定の力を有する。

【0020】

このような弾性要素は、遠心ターボ圧縮機の動作条件が何であれ、第１および第２の空力部材および段間シールを互いに締め付け、したがって、第１および第２のインペラおよび第１および第２の空力部材間の軸方向の機能的な隙間を実質的に変化させないようにする。したがって、このような弾性要素を設けることにより、本発明に係る遠心ターボ圧縮機に対して高い信頼性を確保することができる。

【0021】

さらに、弾性要素は、特に、遠心ターボ圧縮機において熱膨張が生じたとき、第１および第２の空力部材および段間シール装置を密閉ケーシングに対して軸方向に摺動させることを可能にし、したがって、遠心ターボ圧縮機の寿命を短くする可能性のある前記部品の変形を回避する。

【0022】

本発明の一実施形態によれば、弾性要素は環状である。有利なことに、弾性要素は、主ケーシング部の軸方向面内に少なくとも部分的に形成された環状凹部内に配置されている。例えば、環状凹部はまた、第２の空力部材の軸方向面に部分的に形成されてもよい。

【0023】

本発明の一実施形態によれば、弾性要素は、例えば皿形の環状スプリングワッシャである。

【0024】

本発明の一実施形態によれば、段間シール装置および第２の空力部材は、円筒形の主ハウジング内に軸方向に摺動可能に配置されている。有利なことに、第１の空力部材はまた、円筒形の主ハウジング内に軸方向に摺動可能に配置される。

【0025】

本発明の一実施形態によれば、ラジアルベアリング装置は、ベアリングケーシング部内に少なくとも部分的に配置されている。

【0026】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、さらに、動作中に駆動軸の軸方向の動きを制限するように構成されたアキシアルベアリング装置を有し、アキシアルベアリング装置は、
環状ディスク形状を有し、第１の面と、第１のアキシアルベアリングプレートの第１の面とは反対側の第２の面とを有する第１のアキシアルベアリングプレートと、
環状ディスク形状を有し、第１のアキシアルベアリングプレートと軸方向で面した第１の面と、第２のアキシアルベアリングプレートの第１の面とは反対側の第２の面とを有する第２のアキシアルベアリングプレートと、
第１および第２のアキシアルベアリングプレートの径方向外側部分で第１および第２のアキシアルベアリングプレートの第１の面間にクランプされ、第１および第２のアキシアルベアリングプレート間の軸方向距離を規定するスペーサリングとを備える。

【0027】

本発明の一実施形態によれば、駆動軸は、第１および第２のアキシアルベアリングプレートの第１の面の径方向内側部分の間の空間内に延びるラジアルフランジ部分を含む。

【0028】

本発明の一実施形態によれば、ラジアルベアリング装置は、当接面を有するベアリングスリーブを含み、第２のアキシアルベアリングプレートの第２の面は、ベアリングスリーブの当接面に当接する。

【0029】

本発明の一実施形態によれば、第１および第２の空力部材、および段間シール装置は、ベアリングスリーブに固定される。

【0030】

本発明の一実施形態によれば、ベアリングスリーブは、ベアリングケーシング部内に少なくとも部分的に配置され、ベアリングケーシング部のアキシアルベアリング面に当接する。

【0031】

本発明の一実施形態によれば、ベアリングケーシング部は、ベアリングスリーブが少なくとも部分的に配置された円筒形のベアリングハウジングを含む。

【0032】

本発明の一実施形態によれば、ベアリングスリーブの外径は、ベアリングケーシング部の円筒形のベアリングハウジングの内径と略等しい。

【0033】

本発明の一実施形態によれば、ベアリングスリーブは、主ケーシング部の円筒形の主ハウジング内に少なくとも部分的に配置されている。

【0034】

本発明の一実施形態によれば、ベアリングスリーブは、第２のアキシアルベアリングプレートとベアリングケーシング部のアキシアルベアリング面との間にクランプされる。

【0035】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、ベアリングスリーブの当接面に対して所定の力を加えて第１および第２のアキシアルベアリングプレートおよびスペーサリングを軸方向に付勢する少なくとも１つの弾性部材をさらに含む。少なくとも１つの弾性部材を設けることにより、アキシアルベアリング装置を形成する様々な要素の締め付けと、第１および第２の空力部材および段間シール装置の締め付けとの間に独立性を生じさせることができ、したがって、アキシアルベアリング装置を形成する様々な要素の締め付け力を正確に制御することができる。

【0036】

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの弾性部材は、例えば皿形の環状スプリングワッシャを含む。

【0037】

本発明の別の実施形態によれば、少なくとも１つの弾性部材は、駆動軸の周りに角度をなして配置された複数のコイルばねを含む。

【0038】

本発明の別の実施形態によれば、コイルばねは、第１の空力部材と第１のアキシアルベアリングプレートとの間に配置される。

【0039】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、環状ディスク形状を有し、第１の空力部材に隣接し、第１の空力部材に、ひいては第１の圧縮段に冷媒を供給する、そして、例えば、軸方向に冷媒を供給するように構成された入口分配器をさらに含む。

【0040】

本発明の一実施形態によれば、弾性要素は、第１および第２の空力部材、段間シールおよび入口分配器を互いに締め付けた状態を維持するように構成される。

【0041】

本発明の一実施形態によれば、入口分配器は、密閉ケーシング内で、例えば円筒形の主ハウジング内で軸方向に摺動可能に配置される。

【0042】

本発明の一実施形態によれば、弾性要素は、ベアリングケーシング部のアキシアルベアリング面に対して所定の力で、第１および第２の空力部材、段間シール装置、入口分配器およびラジアルベアリング装置、そして特にベアリングスリーブを軸方向に付勢する。

【0043】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、入口分配器とベアリングスリーブとの間にクランプされた環状スペーサ部材をさらに含む。前記実施形態によれば、弾性要素は、第１および第２の空力部材、段間シール装置および入口分配器を、環状スペーサ部材に対して所定の力で軸方向に付勢することができる。

【0044】

本発明の一実施形態によれば、ベアリングスリーブは、環状スペーサ部を含み、弾性要素は、第１および第２の空力部材、段間シール装置および入口分配器を、環状スペーサ部に対して所定の力で軸方向に付勢することができる。

【0045】

本発明の一実施形態によれば、入口分配器、環状スペーサ部材およびベアリングスリーブは、第１および第２のアキシアルベアリングプレートおよびスペーサリングを配置する、例えば軸方向に摺動可能に配置された環状収容室を規定する。

【0046】

本発明の一実施形態によれば、第１の空力部材は、ベアリングスリーブに固定され、例えば、ねじ止めされる。

【0047】

本発明の別の実施形態によれば、少なくとも１つの弾性部材は、入口分配器の軸方向面に形成された環状凹部内に配置される。

【0048】

本発明の別の実施形態によれば、各コイルばねは、入口分配器内に設けられたそれぞれの貫通孔に配置される。

【0049】

本発明の一実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、回転軸線を中心として駆動軸を回転駆動するように構成された電気モータをさらに含む。有利なことに、ラジアルベアリング装置およびスラストベアリング装置は、電気モータと第１のインペラとの間に配置されている。

【0050】

本発明の一実施形態によれば、第２インペラは、第１インペラとは別個かつ別体とされており、第１および第２のインペラの後側の間の軸方向距離を調節することができるように構成されている。第１および第２のインペラが２つの別体で別個の片から作られていることにより、段間シール装置の再加工を必要とすることなく、２段インペラ装置の組み立て中に第１および第２のインペラの後側の間の軸方向距離の調節、したがって、第１および第２のインペラと段間シール装置の後側の間に必要な軸方向の間隙の調節ができるようになる。さらに、２つの単段インペラは、単片二段インペラよりも機械加工するのが容易である。さらに、特に第１および第２のインペラの後側において、後者を別体で製造するとき、より良好な仕上げを達成できる。したがって、第１および第２のインペラの構成は、遠心ターボ圧縮機の信頼性を向上させるとともに、後者の製造コストを低減することもできる。

【0051】

本発明の別の実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、第１および第２のインペラの後側の間に形成されたラジアル環状溝を含み、段間シール装置は、ラジアル環状溝内に少なくとも部分的に配置される。

【0052】

本発明の別の実施形態によれば、段間シール装置は、環状ディスク形状を有し、ラジアル環状溝内に少なくとも部分的に配置された一体型シール部材を含む。段間シール装置のこのような構成、特に一体化されていることにより、その製造が簡単となり、製造するのに必要な機械加工精度のレベルを低減する一方、段間シール装置を通る望ましくない流体漏れが実質的に低減され、２段間の遠心ターボ圧縮機間のシールの制御が容易になる。また、段間シール装置のこのような構成により、遠心ターボ圧縮機の製造コストが低減する。

【0053】

本発明の別の実施形態によれば、遠心ターボ圧縮機は、第２の圧縮段から第１の圧縮段への流体の流れを最小にするかまたは制御するように構成されたラビリンスシールをさらに含み、ラビリンスシールは、段間シール装置の内周面およびラジアル環状溝の周底面によって形成される。

【0054】

本発明の別の実施形態によれば、第１および第２の空力部材は、回転に対して、即ち、回転方向に固定的、または言い換えれば、密閉ケーシングに対して回転不能に固定されている。

【0055】

本発明の一実施形態によれば、第２の空力部材は、主ケーシング部の軸方向面に当接するように構成される。

【0056】

これらおよび他の利点は、本発明に係る遠心ターボ圧縮機の実施形態を、限定しない例として表す添付図面を参照して以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0057】

本発明のいくつかの実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付図面を理解して併せて読むと理解しやすいが、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではない。

【0058】

【図1】本発明の第１の実施形態による遠心ターボ圧縮機の分解斜視図である。

【図2】図１の遠心ターボ圧縮機の縦断面図である。

【図3】図１の遠心ターボ圧縮機の部分縦断面図である。

【図4】図１の遠心ターボ圧縮機の部分縦断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る遠心ターボ圧縮機の部分縦断面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態に係る遠心ターボ圧縮機の分解斜視図である。

【図7】図６の遠心ターボ圧縮機の部分縦断面図である。

【図8】本発明の第４の実施形態に係る遠心ターボ圧縮機の部分縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0059】

図１～図４は、本発明の第１の実施形態による密閉遠心ターボ圧縮機２、そして、特に、２段密閉遠心ターボ圧縮機を示す。

【0060】

遠心ターボ圧縮機２は、主ケーシング部３．１と、ベアリングケーシング部３．２と、モータケーシング部３．３とを備えた密閉ケーシング３を備えている。図２によく示されているように、主ケーシング部３．１とベアリングケーシング部３．２は、それぞれ円筒形の主ハウジングと、同軸的に延びる円筒形のベアリングハウジング５とを有している。主ケーシング部３．１およびベアリングケーシング部３．２は、例えばねじ止めまたは溶接によって互いに固定されている。

【0061】

遠心ターボ圧縮機２はまた、密閉ケーシング３内に回転可能に配置され、長手の軸Ａに沿って延びる駆動軸６を含む。駆動軸６は、第１の軸方向端部７と、第１の軸方向端部７とは反対側の第２軸方向端部９と、第１および第２軸方向端部７、９間に配置された中間部１１とを含む。

【0062】

遠心ターボ圧縮機２は、さらに、円筒形の主ハウジング４内に配置され、冷媒を圧縮するように構成された第１の圧縮段１２と第２の圧縮段１３を含む。第１の圧縮段１２は、流体入口１４および流体出口１５を含み、第２の圧縮段１３は、流体入口１６および流体出口１７を含み、第１の圧縮段１２の流体出口１５は、第２の圧縮段１３の流体入口１６に流体接続される。

【0063】

第１および第２の圧縮段１２、１３はそれぞれ、駆動軸６の第１の軸方向端部７に接続され、駆動軸６と同軸に延びる第１のインペラ１８および第２のインペラ１９を含む。特に、第１のインペラ１８は、第１のインペラ１８のフロント側端部に現れ、駆動軸６の第１の軸方向端部７をしっかりと受け入れるように構成された軸方向の孔２０を含む。本発明の第１の実施形態によれば、第１のインペラ１８の軸方向の孔２０は、第１のインペラ１８の軸方向全長に沿って延びる。

【0064】

第１および第２のインペラ１８、１９のそれぞれが、駆動軸６の回転中に第１および第２の圧縮段１２、１３のそれぞれの１つに入る冷媒を加速するように構成された複数の翼板２３、２４を備えた前側２１、２２を含み、加速された冷媒を、第１および第２のインペラ１８、１９のそれぞれの１つの径方向外側縁部に配置されたディフューザに供給する。第１および第２のインペラ１８、１９のそれぞれはまた、駆動軸６に対して略垂直に延びる後側２５、２６を含む。

【0065】

第１および第２のインペラ１８、１９は背中合わせで配置され、第１および第２の圧縮段１２、１３の流入口１４、１６における流体の流れ方向は互いに反対である。

【0066】

有利なことに、第２のインペラ１９は、第１のインペラ１８とは異なるとともに分離されており、特に、遠心ターボ圧縮機２の組み立て中の第１および第２のインペラ１８、１９の後側２５、２６の間の軸方向距離の調整を可能にする。本発明の第１の実施形態によれば、第２のインペラ１９は、第２のインペラ１９の後側２６から軸方向に延び、例えば圧入または収縮嵌めによって駆動軸６の第１の端部７にしっかりと直接接続される管状取付部２７を含む。さらに、本発明の第１の実施形態によれば、第１のインペラ１８および駆動軸６は、第１のインペラ１８の後側２５に現れる軸方向環状溝２８を規定し、管状取付部２７は、軸方向環状溝２８内に部分的に延びる。

【0067】

さらに、第１および第２の圧縮段１２、１３はそれぞれ、第１の空力部材２９および第２の空力部材３１を含み、これらはそれぞれ環状ディスク形状を有する。第１および第２の空力部材２９、３１は、それぞれ第１および第２のインペラ１８、１９の前側２１、２２と対向する。第１および第２の空力部材２９、３１の外径は、円筒形の主ハウジング４の内径と略等しい。本発明の第１の実施形態によれば、第１および第２の空力部材２９、３１は、円筒形の主ハウジング４内に軸方向に摺動可能に配置されている。

【0068】

遠心ターボ圧縮機２はまた、第１および第２のインペラ１８、１９の後側２５、２６の間に形成されたラジアル環状溝３２を含む。本発明の第１の実施形態によれば、ラジアル環状溝３２の周底面３３は、管状取付部２７によって規定される。

【0069】

遠心ターボ圧縮機２はさらに、円筒形の主ハウジング４内に配置され、第１および第２のインペラ１８、１９の間に設けられた段間シール装置を含む。段間シール装置は、駆動軸６に対して略垂直に延び、ラジアル環状溝３２内に少なくとも部分的に配置された一体型シール部材３５を含む。一体型シール部材３５は、環状ディスク形状を有している。一体型シール部材３５の外径は、円筒形の主ハウジング４の内径とほぼ等しく、一体型シール部材３５も、円筒形の主ハウジング４内に軸方向に摺動可能に配置されている。

【0070】

一体型シール部材３５は、ラジアル環状溝３２内に配置された中央環状シール部３５．１と、ラジアル環状溝３２の外側に延びる外側環状シール部３５．２とを備える。中央環状シール部３５．１は、第１の軸方向壁面と、第１の軸方向壁面とは反対側の第２の軸方向壁面とを有する。有利なことに、中央環状シール部３５．１の第１の軸方向壁面と第１のインペラ１８の後側２５とは、第１の軸方向の間隙を形成し、中央環状シール部３５．１の第２の軸方向壁面と第２のインペラ１９の後側２６とは、第２の軸方向の間隙を形成する。

【0071】

遠心ターボ圧縮機２はさらに、第１および第２の圧縮機段１２、１３とラジアル環状溝３２との間に設けられたラビリンスシール３６を有している。ラビリンスシール３６は、ラビリンスシール３６を横切る、特に第２の圧縮段１３から第１圧縮段１２への流体の流れを最小にするか、または制御するように構成されている。ラビリンスシール３６は、有利なことに、一体型シール部材３５の内周面とラジアル環状溝３２の周底面３３とによって形成されている。

【0072】

ラビリンスシール３６は、例えば、一体型シール部材３５の内周面に形成された一連の固定ステップと、ラジアル環状溝３２の周底面３３に形成された一連の回転ステップとによって形成することができる。

【0073】

遠心ターボ圧縮機２は、円筒形の主ハウジング４内に配置され、第１の空力部材２９、したがって第１の圧縮段１２を冷媒とともに供給するように構成されている入口分配器３７をさらに含む。入口分配器３７は、第１の空力部材２９に隣接し、環状ディスク形状を有し、円筒形の主ハウジング４の内径と略等しい外径を有する。入口分配器３７は、有利なことに、円筒形の主ハウジング４内に軸方向に摺動可能に配置されている。特に、入口分配器３７は、駆動軸６に向かって径方向に延びる入口ガイド部材３８を含む。

【0074】

遠心ターボ圧縮機２はまた、長手の軸Ａを中心として駆動軸６を回転駆動するように構成された電気モータ３９を含む。

【0075】

遠心ターボ圧縮機２はさらに、スラストベアリング装置とも命名され、動作中に駆動軸６の軸方向の動きを制限するように構成されたアキシアルベアリング装置を備える。アキシアルベアリング装置は、流体アキシアルベアリング装置、例えば、ガスアキシアルベアリング装置であってもよい。

【0076】

アキシアルベアリング装置は、第１のアキシアルベアリングプレート４１および第２のアキシアルベアリングプレート４２を含み、それぞれが環状ディスク形状を有し、平行に配置されている。第１のアキシアルベアリングプレート４１は、第２のアキシアルベアリングプレート４２に軸方向で面した第１の面４１．１と、第１の面４１．１とは反対側の第２の面４１．２を有するとともに、第２のアキシアルベアリングプレート４２は、第１のアキシアルベアリングプレート４１に軸方向で面した第１の面４２．１と、第１の面４２．１とは反対側の第２の面４２．２を有する。

【0077】

第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２の第１の面４１．１、４２．１の径方向内側部分は、駆動軸６のラジアルフランジ部４３を延びる空間を規定する。特に、第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２の第１の面４１．１、４２．１は、ラジアルフランジ部４３の第１および第２の軸方向端面と協働するようにそれぞれ構成されている。本発明の一実施形態によれば、駆動軸６のラジアルフランジ部４３と第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２の第１の面４１．１、４２．１との間に軸方向の間隙が設けられている。このような軸方向の間隙は、例えば、１０μｍの範囲内である。

【0078】

アキシアルベアリング装置はさらに、駆動軸６のラジアルフランジ部４３を取り囲み、第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２の径方向外側部分の、第１および第２の軸方向軸受板４１、４２の第１の面４１．１、４２．１の間にクランプされたスペーサリング４４を含む。スペーサリング４４は、第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２の間の軸方向距離を規定しており、前記軸方向距離は、ラジアルフランジ部４３の幅よりも僅かに大きい。

【0079】

遠心ターボ圧縮機２はまた、駆動軸６を回転可能に支持するように構成されたラジアルベアリング装置を含む。ラジアルベアリング装置は、円筒形のベアリングハウジング４内に少なくとも部分的に配置されたラジアルベアリング４５を有している。ラジアルベアリング４５は、駆動軸６の周りに、有利には駆動軸６の中間部１１に沿って延びる。ラジアルベアリング４５は、とりわけ、ベアリングケーシング部３．２の環状のアキシアルベアリング面４７に当接するベアリングスリーブ４６を有している。

【0080】

ベアリングスリーブ４６は、第２のアキシアルベアリングプレート４２の第２の面４２．２が当接する当接面４８を含む。当接面４８は、ベアリングスリーブ４６の軸方向端部に配置され、駆動軸６の長手の軸Ａを横切る方向に、有利には垂直に延びる。したがって、ベアリングスリーブ４６は、第２のアキシアルベアリングプレート４２とベアリングケーシング部３．２のアキシアルベアリング面４７との間にクランプされている。

【0081】

遠心圧縮機２は、主ケーシング部３．１と第２の空力部材３１との間に配置された弾性要素４９をさらに含む。有利なことに、弾性要素４９は、駆動軸６と同軸に配置された、例えば皿形の環状スプリグワッシャである。弾性要素４９は、例えば、主ケーシング部３．１の軸方向面５１に形成された環状凹部５０内に配置されている。

【0082】

本発明の第１の実施形態によれば、弾性要素４９は、第１および第２の空力部材２９、３１、段間シール装置および入口分配器３７を、例えば、第１のアキシアルベアリングプレート４１の第２の面４１．１に対して８０００～１００００Ｎの範囲の所定の力で軸方向に付勢し、したがって、ベアリングケーシング部３．２の環状のアキシアルベアリング面４７に当接するベアリングスリーブ４６の当接面４８に対して、第２のアキシアルベアリングプレート４２の第２の面４２．２を軸方向に付勢する。

【0083】

さらに、弾性要素は４９、特に、遠心ターボ圧縮機２において熱膨張が生じたとき、第１および第２の空力部材２９、３１、段間シール装置３２、入口分配器３７およびアキシアルベアリング装置を密閉ケーシング３に対して軸方向に摺動させることを可能にし、したがって、遠心ターボ圧縮機２の寿命を短くする可能性のある前記部品の変形を回避する。

【0084】

図５は、とりわけ、第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２およびスペーサリング４４を、ベアリングスリーブ４６の当接面４８に対して所定の力、例えば、１０００～２０００Ｎの範囲で軸方向に付勢する弾性部材５２をさらに含む点で第１の実施形態とは異なる本発明の第２の実施形態による遠心ターボ圧縮機２を示す。有利なことに、弾性部材５２は、駆動軸６と同軸に配置された、例えば皿型の環状スプリングワッシャである。弾性部材５２は、例えば、入口分配器３７の軸方向面に形成された環状凹部内に配置されている。

【0085】

本発明の第２の実施形態によれば、弾性要素４９は、ベアリングケーシング部３．２の環状アキシアルベアリング面４７に当接するベアリングスリーブ４６の環状スペーサ部５３に対して所定の力で、第１および第２の空力部材２９、３１、段間シール装置および入口分配器３７を軸方向に付勢する。

【0086】

さらに、本発明の第２の実施形態によれば、入口分配器３７およびベアリングスリーブ４６は、第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２およびスペーサリング４４を軸方向に摺動可能に配置する環状収容室を規定する。

【0087】

図６および図７は、特に第１の空力部材２９が、例えばねじによってベアリングスリーブ４６に固定されている点と、遠心ターボ圧縮機２が、駆動軸６の周りに角度をなして配置され、第１および第２のアキシアルベアリングプレート４１、４２とスペーサリング４４をベアリングスリーブ４６の当接面４８に対して所定の力で軸方向に付勢する複数のコイルばね５４を含む点で第２実施形態とは異なる本発明の第３実施形態による遠心ターボ圧縮機２を示す。

【0088】

本発明の第３の実施形態によれば、コイルばね５４は、第１の空力部材２９と第１のアキシアルベアリングプレート４１との間に配置される。有利なことに、各コイルばね５４は、入口分配器３７内に設けられたそれぞれの貫通孔５５内に配置されている。

【0089】

さらに、本発明の第３の実施形態によれば、弾性要素４９は、第１の空力部材２９上に設けられた当接面に対して所定の力で第２の空力部材３１および段間シール装置を軸方向に付勢し、したがって、第１の空力部材２９およびベアリングスリーブ４６をベアリングケーシング部３．２の環状アキシアルベアリング面４７に対して軸方向に付勢する。

【0090】

図８は、第１および第２の空力部材２９、３１、段間密封装置３５、入口分配器３７およびベアリングスリーブ４６が剛性サブアセンブリを形成するように、第１および第２の空力部材３１、段間シール装置３５および入口分配器３７がベアリングスリーブ４６に固定される点で第２実施形態とは異なる本発明の第４実施形態による遠心ターボ圧縮機２を示す。

【0091】

有利なことに、遠心ターボ圧縮機２は、第１および第２の空力部材２９、３１、段間シール装置３５および入口分配器３７をベアリングスリーブ４６に固定するように構成された幾つかの固定要素５６を含んでいてもよい。例えば、各固定要素５６は、駆動軸６に略平行に延びる固定ねじまたは固定ピンであってもよい。固定要素５６は、駆動軸６の周りに角度をなして配置されてもよい。

【0092】

本発明の一実施形態によれば、固定要素５６は、第１および第２の空力部材２９、３１、段間シール装置３５、入口分配器３７およびベアリングスリーブ４６の位置ずれを回避するように構成されている。しかしながら、前記異なる内部構成要素の位置合わせは、密閉ケーシング３によっても保証することができる。

【0093】

もちろん、本発明は、非限定的な例として上述した実施形態に限定されるものではなく、その実施形態を含むものである。

【符号の説明】

【0094】

２ 遠心ターボ圧縮機
３ 密閉ケーシング
３．１ 主ケーシング部
３．２ ベアリングケーシング部
６ 駆動軸
１２ 第１の圧縮段
１３ 第２の圧縮段
１８、１９ インペラ
２９ 第１の空力部材
３１ 第２の空力部材
４１ 第１のアキシアルベアリングプレート
４１．１ 第１の面
４１．２ 第２の面
４２ 第２のアキシアルベアリングプレート
４６ ベアリングスリーブ
４７ アキシアルベアリング面
４９ 弾性要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】