专利名称：转子组件的制造方法、转子组件及涡轮压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及转子组件的制造方法、转子组件及涡轮压缩机。本申请基于2010年3月四日在日本申请的日本专利申请特愿2010-0749 号主张优先权，此处引用其内容。
背景技术：
以往，已知将空气或冷却剂气体等气体利用叶轮的旋转压缩并排出的涡轮压缩机 (例如参照日本专利特开2007 - 177695号公报)。叶轮固定在转轴上，该转轴被轴承自由旋转地支撑。转轴及叶轮利用预定的驱动装置(马达等)的旋转动力而旋转，通过叶轮旋转，气体向形成于叶轮周围的扩压器送出并压缩。叶轮、转轴及轴承在装入涡轮压缩机内之前，被组装作为将这些汇总的转子组件。 在专利文献1所示的包括2个压缩段的涡轮压缩机中，2个叶轮夹着预定的轴承设在两侧。 另外，在转轴的固定有叶轮侧的相反侧，小齿轮与转轴主体一体成形。因此，转子组件经过如下步骤而组装在使一个叶轮通过转轴上的由上述轴承支撑的支撑部并固定在预定的位置后，使轴承与上述支撑部嵌合。另外，在需要确保较长的轴承寿命的情况下，例如考虑使用大型的轴承。为了使用大型的轴承，需要与轴承的内径一致地使转轴较粗。但是，如上所述，在转子组件的组装中， 首先要使一个叶轮通过转轴的上述支撑部。因此，难以使转轴较粗，难以使用大型的轴承并确保较长的轴承寿命。本发明是考虑到以上这点而完成的，其目的在于提供一种转子组件的制造方法、 转子组件及包括该转子组件的涡轮压缩机，其可以使用大型的轴承，可以确保较长的轴承
寿命ο为解决上述问题，本发明采用以下手段。
发明内容
本发明的一个实施方式所涉及的转子组件的制造方法，是在由轴承自由旋转地支撑的转轴上固定有第一叶轮及第二叶轮而成的转子组件的制造方法，具有在转轴上固定所述第二叶轮的第二叶轮固定工序；在所述第二叶轮固定工序之后在转轴嵌合套筒并固定的套筒固定工序；在套筒固定工序之后在套筒嵌合轴承并固定的轴承固定工序；以及在所述轴承固定工序之后，固定所述第一叶轮的第一叶轮固定工序。在本发明的一个实施方式所涉及的转子组件的制造方法中，在将所述第二叶轮固定在转轴后，在转轴嵌合套筒并固定，进一步对于该套筒嵌合轴承并固定。即，通过使用套筒来代替使转轴变粗，可以使用大型的轴承。另外，本发明的一个实施方式所涉及的转子组件的制造方法，具有在套筒固定工序之前，将套筒调整至与在套筒固定工序所产生的套筒的外径的变化相应的外径尺寸的套筒调整工序。
在本发明的一个实施方式所涉及的转子组件的制造方法中，在套筒调整工序中， 将套筒调整至与在套筒固定工序所产生的外径的变化相应的外径尺寸。因此，不必在套筒固定工序之后为了在套筒与轴承之间确保适当的过盈量而对套筒的外周面实施机械加工。另外，本发明的一个实施方式所涉及的转子组件的制造方法中，在套筒调整工序中，将套筒调整至从预定的外径尺寸除去在套筒固定工序所产生的套筒的外径的扩大量的外径尺寸。另外，本发明的一个实施方式所涉及的转子组件，包括由轴承自由旋转地支撑的转轴、固定在该转轴的2个叶轮，其中，包括套筒，该套筒与转轴嵌合固定并且设在轴承的内侧。在本发明的一个实施方式所涉及的转子组件中，由于在转轴经由套筒设有轴承， 因此可以不使转轴变粗而使用大型的轴承。另外，本发明的一个实施方式所涉及的涡轮压缩机，使包括2个叶轮的转子组件旋转，将从外部导入的气体压缩并排出，其中，包括上述一个实施方式的转子组件作为所述转子组件。根据本发明，通过在转轴设有套筒，可以使用大型的轴承。所以，可以确保较长的轴承寿命。
图1是本发明的实施方式的涡轮压缩机的水平剖视图。图2是本发明的实施方式的转子组件的平面图。图3A是本发明的实施方式的套筒的简要图。图;3B是本发明的实施方式的套筒的简要图。图4是将本发明的实施方式的压缩机单元及齿轮单元放大的水平剖视图。
具体实施例方式下面，参照图1至图4说明本发明的实施方式。此外，在下面的说明所使用的各附图中，为了使各部件为可识别的大小，适当变更了各部件的比例尺。图1是本实施方式的涡轮压缩机1的水平剖视图。另外，图2是本实施方式的转子组件23的平面图。另外，图3A是本实施方式的套筒M的简要图的平面图。图:3B是本实施方式的套筒M的简要图的主视图。另外，图4是将本实施方式的涡轮压缩机1所包括的压缩机单元20及齿轮单元30放大的水平剖视图。本实施方式的涡轮压缩机1被使用于为了生成空调用的冷却水而设置在大楼或工厂等的涡轮冷冻机(未图示)，用于将从涡轮冷冻机的蒸发器(未图示)导入的冷却剂气体压缩并排出。如图1所示，涡轮压缩机1包括马达单元10、压缩机单元20、齿轮单元30。马达单元10包括具有输出轴11并且产生用于驱动压缩机单元20的旋转动力的马达12 ；以及包围该马达12并且设置有上述马达12的马达壳体13。此外，作为驱动压缩机单元20的驱动部不限于马达12，例如也可以是内燃机。马达12的输出轴11被固定在马达壳体13的第一轴承14与第二轴承15自由旋转地支撑。
压缩机单元20包括将冷却剂气体吸入并压缩的第一压缩段21 ；以及将被第一压缩段21压缩的冷却剂气体进一步压缩并作为压缩冷却剂气体排出的第二压缩段22。另外， 在压缩机单元20的内部设有跨第一压缩段21与第二压缩段22而设的转子组件23。说明涡轮压缩机1的特征部分的转子组件23的结构。如图2所示，转子组件23 由第一叶轮23a及第二叶轮(叶轮)2 与沿预定的方向(与第一压缩段21和第二压缩段 22对置的方向、参照图1)延伸的转轴23c互相固定而成。第一叶轮23a及第二叶轮2 的结构都为在近似圆锥状的毂(hub)的周面有多个翼沿周向排列配置，以各背面侧(圆锥状的毂的底面侧)互相对置的姿势固定在转轴23c 上。第一叶轮23a使用螺母23d固定在转轴23c的一端侧。第二叶轮2 利用热压配合或者压入等固定在转轴23c的近似中央部。转轴23c例如是使用具有较高刚性的铬钼钢来成形的棒状的部件。在转轴23c的固定有第一叶轮23a侧的相反侧，成形有小齿轮23e。小齿轮2 是用于将马达12 (参照图 1)的旋转动力传递至第一叶轮23a及第二叶轮23b的齿轮，与转轴23c的成形一起一体成形。在转轴23c的、小齿轮23e与第二叶轮2 之间设有迷宫密封23f，用于防止冷却剂气体从第二压缩段22向齿轮单元30流出。迷宫密封23f包围转轴23c，利用热压配合或者压入等固定。此外，与小齿轮2 —样，迷宫密封23f也可以与转轴23c的成形一体成形。另外，在转轴23c设有第三轴承(轴承)23g及第四轴承23h。第三轴承23g及第四轴承2 都是滚动轴承，自由旋转地支撑转轴23c。第三轴承23g是可以将径向及推力方向的负载都支撑的轴承(所谓的角轴承)。 第三轴承23g在第一叶轮23a与第二叶轮2 之间，经由套筒M固定在转轴23c。套筒M 是成形为近似圆筒状的部件(参照图3A、图3B)，利用热压配合或者压入等嵌合固定在转轴 23c的、位于第一叶轮23a与第二叶轮2 之间的支撑部23i上。同样，第三轴承23g利用热压配合或者压入等嵌合固定在套筒M上。由于套筒M设在转轴23c与第三轴承23g之间，因此即使不使用直径较粗的转轴23c，作为第三轴承2 也可以使用大型的轴承。此外， 为了限制与套筒M嵌合的第三轴承23g的在转轴23c的轴线方向的移动，在套筒M的第一叶轮23a侧设有圆环状的第一挡圈23j。如图3A所示，套筒M的结构为，在圆筒状的套筒主体2 的一端侧成形有朝向径向外侧扩展的凸缘部Mb，在另一端侧成形有外螺纹部Mc。另外，套筒M是使用一般的碳钢(普通钢)成形的。凸缘部24b是限制部，用于防止与套筒M嵌合的第三轴承23g向第二叶轮2 侧移动。外螺纹部2 是安装有第一挡圈23j的部分。在套筒主体2 的内周面Md，以预定的过盈量嵌合有转轴23c的支撑部23i，在套筒主体Ma的外周面Me，以预定的过盈量嵌合有第三轴承23g(参照图2)。如图2所示，第四轴承2 在夹着小齿轮2 的迷宫密封23f的相反侧，利用热压配合或者压入等嵌合固定在转轴23c上。此外，为了限制与转轴23c嵌合的第四轴承2 在转轴23c的轴线方向的移动，在转轴23c设有圆环状的第二挡圈23k。第二挡圈23k安装在形成于转轴23c的端部的外螺纹部(未图示)。接下来，说明第一压缩段21、第二压缩段22及齿轮单元30的结构。如图4所示，第一压缩段21包括通过将利用旋转的第一叶轮23a赋予冷却剂气体的速度能量转换为压力能量来进行压缩的第一扩压器21a ；将被第一扩压器21a压缩的冷却剂气体导出至第一压缩段21的外部的第一涡旋室21b ；以及吸入冷却剂气体并供给至第一叶轮23a的吸入口 21c。此外，第一扩压器21a、第一涡旋室21b及吸入口 21c的一部分由围绕第一叶轮 23a的第一叶轮壳体21e形成。在第一压缩段21的吸入口 21c设置多个入口导叶21g，用于调节第一压缩段21的吸入容量。各入口导叶21g利用固定在第一叶轮壳体21e的驱动机构21h自由旋转，使得从冷却剂气体的流动方向上游侧看到的面积可变更。另外，在第一叶轮壳体21e的外部，设置有与驱动机构21h连结并旋转驱动各入口导叶21g的叶片驱动部25 (参照图1)。第二压缩段22包括通过将利用旋转的第二叶轮2 赋予冷却剂气体的速度能量转换为压力能量来进行压缩并作为压缩冷却剂气体排出的第二扩压器22a ；将从第二扩压器2 排出的压缩冷却剂气体导出至第二压缩段22的外部的第二涡旋室22b ；以及将被第一压缩段21压缩的冷却剂气体引导至第二叶轮23b的导入涡旋室22c。此外，第二扩压器22a、第二涡旋室22b及导入涡旋室22c由围绕第二叶轮23b的第二叶轮壳体2 形成。第一压缩段21的第一涡旋室21b与第二压缩段22的导入涡旋室22c经由与第一压缩段21及第二压缩段22分开而设的外部配管(未图示)连接，经由该外部配管被第一压缩段21压缩的冷却剂气体供给至第二压缩段22。转子组件23的第三轴承23g在第一压缩段21与第二压缩段22之间的空间沈固定在第二叶轮壳体22e，第四轴承2 在齿轮单元30侧固定在第二叶轮壳体22e。S卩，转子组件23的转轴23c经由第三轴承23g及第四轴承23h，在压缩机单元20的内部被自由旋转地支撑。齿轮单元30将马达12的旋转动力从输出轴11传递至转轴23c，包括固定在马达12的输出轴11并且与转轴23c的小齿轮2 啮合的平齿轮31、容纳平齿轮31及小齿轮 23e的齿轮壳体32。平齿轮31具有比小齿轮2 大的外径。平齿轮31及小齿轮2 通过协动，使转轴23c的转速相对于输出轴11的转速增加的方式将马达12的旋转动力传递至转轴23c。 此外，不限于这样的传递方法，也可以设定多个齿轮的直径，使转轴23c的转速相对于输出轴11的转数相同或者减少。为了确保互相啮合的平齿轮31及小齿轮23e的顺利的旋转， 其间隔被设定为适当的值。齿轮壳体32在形成于其内部的内部空间3 容纳平齿轮31及小齿轮23e，与马达壳体13及第二叶轮壳体2 分开而成形，将马达壳体13及第二叶轮壳体2 连结。另外，在齿轮壳体32连接有油箱33(参照图1)，回收并储存供给至涡轮压缩机1的滑动部位的润滑油。齿轮壳体32在第一连结部Cl与第二叶轮壳体2 连结，在第二连结部C2与马达壳体13连结。接下来，说明本实施方式的转子组件23的制造方法。在该说明中，适当参照图2、 图3A、及图3B。首先，分别利用铸造、机械加工等来制作第一叶轮23a，第二叶轮23b、转轴23c、迷宫密封23f及套筒M。此处，详细说明本实施方式的特征部分的套筒M的制作。如上所述，套筒M以预定的过盈量，与转轴23c的支撑部23i嵌合并固定。因此， 若在转轴23c嵌合套筒24，则套筒主体2 被从转轴23c向径向外侧施力，其外周面2 向外侧膨胀，套筒主体2 的外径D扩大。另外，在套筒主体Ma的外周面2 嵌合并固定有第三轴承Mg，但为了防止烧着等并确保第三轴承23g较长的轴承寿命，需要将套筒主体 2 与第三轴承2 之间的过盈量调整为适当的值。即，在将第三轴承2 嵌合在套筒主体 24a的时间点，外径D需要设定为与第三轴承23g的内径相应的适当的外径尺寸。此处，在本实施方式中，与通过将套筒M嵌合在转轴23c而产生的、套筒主体2 的外径D的扩大相应地来制作套筒M。更具体而言，将套筒M制作时的外径D设定为从所述适当的外径尺寸除去外径D的扩大量的尺寸，使其通过外径D扩大而成为与第三轴承 23g的内径相应的适当的外径尺寸。算出将套筒M嵌合在转轴23c时的外径D的扩大量的方法中，首先，以在半径方向的过盈量S将套筒M嵌合在转轴23c时，算出套筒主体Ma的内周面24d从转轴23c 受到的第一压力P1,接下来基于算出的第一压力P1算出套筒主体Ma的外径D的扩大量。以在半径方向的过盈量δ将套筒M嵌合在转轴23c时，内周面24d从转轴23c 受到的第一压力P1 —般而言由下式(1)得到。此处，E1是转轴23c的纵弹性系数，V1是转轴23c的泊松比，E2是套筒M的纵弹性系数，V2是套筒M的泊松比，Γι是套筒主体Ma的内周面24d侧的半径，r2是套筒主体 Ma的外周面2 侧的半径。接下来，基于算出的第一压力P1、从套筒主体2 的外周面2 侧向内侧作用的第二压力P2 ( 一般而言为大气压)，算出将套筒M嵌合在转轴23c时的、套筒主体2 的外周面Me的半径方向的位移量U。位移量u —般而言由下式( 得到。由于位移量u是在半径方向的位移量，因此套筒主体2 的外径D的扩大量为2u。 所以，制作套筒24，使其为从与第三轴承23g的内径相应的适当的外径尺寸除去扩大量2u 得到的外径尺寸。此外，也可以购买预先成形为近似圆筒形的套筒，仅将该套筒的外周面调整为与上述扩大相应的外径。接下来，使用各个制作的器件来组装转子组件23。首先，在将迷宫密封23f固定在转轴23c后，将第二叶轮2 利用热压配合或者压入等嵌合固定在转轴23c。第二叶轮2 从转轴23c的设有小齿轮2 侧的相反侧插入，通过支撑部23i，固定在预定的位置。接下来，将套筒M利用热压配合或者压入等嵌合固定在转轴23c的支撑部23i。此处，由于以在半径方向的过盈量δ将套筒M嵌合在转轴23c，因此固定之后的
7套筒主体Ma的外径D扩大。不过，如上所述，在套筒M的制作时，制作套筒24，使其为预先从与第三轴承23g的内径相应的适当的外径尺寸除去嵌合时的扩大量2u得到的外径尺寸。因此，固定之后的套筒主体Ma的外径D为与第三轴承23g的内径相应的适当的外径尺寸。即，在将套筒M嵌合固定在转轴23c后，不需要通过对套筒主体Ma的外周面2 进行机械加工，将套筒主体Ma的外径D调整为适当的外径尺寸。所以，在转子组件23的组装中不需要再次进行机械加工，可以削减转子组件23的制造的工夫或成本。接下来，将第三轴承23g利用热压配合或者压入等嵌合固定在套筒M。由于套筒主体2 为与第三轴承23g的内径相应的适当的外径尺寸，因此可以在适当的使用条件下使用第三轴承23g，结果，可以将第三轴承2 长久使用。另外，由于本实施方式的转子组件 23的构成为在转轴23c与第三轴承23g之间设有套筒24，因此即使不使用直径较粗的转轴 23c，作为第三轴承23g也可以使用大型的轴承。所以，在转子组件23中可以确保较长的轴承寿命。此外，将第三轴承23g固定在套筒24，并且将第四轴承2 嵌合固定在转轴23c。 最后，第一叶轮23a在转轴23c设置在压缩机单元20的内部后，使用螺母23d固定在转轴 23c。并且，将第一叶轮23a从转轴23c的设有小齿轮2 侧的相反侧插入，使用螺母 23d固定在转轴23c的一端侧。以上，转子组件23的制造结束。接下来，说明本实施方式的涡轮压缩机1的动作。首先，马达12的旋转动力经由平齿轮31及小齿轮2 传递至转轴23c，据此，压缩机单元20的第一叶轮23a与第二叶轮2 被旋转驱动。若第一叶轮23a被旋转驱动，则第一压缩段21的吸入口 21c成为负压状态，冷却剂气体经由吸入口 21c流入第一压缩段21。流入第一压缩段21的内部的冷却剂气体从推力方向向第一叶轮23a流入，利用第一叶轮23a赋予速度能量，向径向排出。从第一叶轮23a排出的冷却剂气体利用第一扩压器21a将速度能量转换为压力能量，从而被压缩。从第一扩压器21a排出的冷却剂气体经由第一涡旋室21b导出至第一压缩段21 的外部。然后，导出至第一压缩段21的外部的冷却剂气体经由外部配管供给至第二压缩段22。供给至第二压缩段22的冷却剂气体经由导入涡旋室22c从推力方向向第二叶轮 23b流入，利用第二叶轮2 赋予速度能量，向径向排出。从第二叶轮2 排出的冷却剂气体利用第二扩压器22b将速度能量转换为压力能量，被进一步压缩，成为压缩冷却剂气体。从第二扩压器22b排出的压缩冷却剂气体经由第二涡旋室22b导出至第二压缩段 22的外部。以上，涡轮压缩机1的动作结束。因此，根据本实施方式，可以得到以下的效果。根据本实施方式，通过在转轴23c与第三轴承23g之间设有套筒24，作为第三轴承23g可以使用大型的轴承。所以，具有的效果是在转子组件23中可以确保较长的轴承
寿命ο以上，参照
了本发明所涉及的优选实施方式，但本发明当然不限于该例子。在上述的例子中，所示的各构成部件的各种形状或组合等是一个例子，可以在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等进行各种变更。例如，在上述实施方式中，涡轮压缩机1被使用在未图示的涡轮冷冻机中，但不限于此，涡轮压缩机1也可以作为将压缩的空气供给至内燃机的增压机使用。
权利要求
1.一种转子组件的制造方法，所述转子组件在由轴承自由旋转地支撑的转轴上固定有第一叶轮及第二叶轮而成，其中，所述方法具有在所述转轴固定所述第二叶轮的第二叶轮固定工序； 在所述第二叶轮固定工序之后，在所述转轴嵌合套筒并固定的套筒固定工序； 所述套筒固定工序之后，在所述套筒嵌合所述轴承并固定的轴承固定工序；以及在所述轴承固定工序之后，固定所述第一叶轮的第一叶轮固定工序。
2.如权利要求1所述的转子组件的制造方法，其特征在于，具有在所述套筒固定工序之前将所述套筒调整至与在所述套筒固定工序所产生的所述套筒的外径的变化相应的外径尺寸的套筒调整工序。
3.如权利要求2所述的转子组件的制造方法，其特征在于，在所述套筒调整工序中，将所述套筒调整至从预定的外径尺寸除去在所述套筒固定工序所产生的所述套筒的外径的扩大量的外径尺寸。
4.一种转子组件，包括由轴承自由旋转地支撑的转轴、固定在该转轴的叶轮，其中， 包括套筒，该套筒嵌合固定于所述转轴，并且设在所述轴承的内侧。
5.一种涡轮压缩机，使包括叶轮的转子组件旋转，将从外部导入的气体压缩并排出，其中，具备权利要求4所述的转子组件作为所述转子组件。
全文摘要
本发明涉及一种转子组件的制造方法，转子组件由轴承自由旋转地支撑的转轴上固定有第一叶轮及第二叶轮而成，该制造方法具有在所述转轴上固定所述第二叶轮的第二叶轮固定工序；在所述第二叶轮固定工序之后，在所述转轴嵌合套筒并固定的套筒固定工序；所述套筒固定工序之后，在所述套筒嵌合所述轴承并固定的轴承固定工序；以及在所述轴承固定工序之后，固定所述第一叶轮的第一叶轮固定工序。
文档编号F04D29/26GK102207102SQ20111007516
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年3月29日
发明者塚本稔, 小田兼太郎, 杉谷宗宁, 栗原和昭, 高原伸定 申请人:株式会社Ihi