专利名称：涡旋压缩机的制作方法
〔技术领域〕本发明涉及一种涡旋机。更具体地说，本发明涉及一种涡旋压缩机，其具有一个主轴承箱，该轴承箱的弹性中心设计得与对应于驱动轴振动第一模态的驱动轴节点相一致。
〔背景技术〕众所周知，在现有技术中存在一类用于使各种流体产生移动的机器，例如涡旋机。这种涡旋机可以是膨胀机、活塞发动机、泵和压缩机等，本发明的特点可应用于任何一种这些设备中。但是，为了便于进行说明，本发明所描述的实施例是一种密封制冷剂涡旋压缩机。
涡旋压缩机由于其工作效率高而越来越广泛地作为压缩机应用于制冷和空气调节中。通常，这些设备装有一对相互啮合的涡卷，其中一个涡卷可相对于另一个涡卷回转，从而形成一个或多个活动腔，当它们从外部入口向中心排出口运动时，活动腔的大小就逐渐减小。设有电机并通过固定到电机转子上的一个适当的驱动轴来驱动回转涡旋部件旋转。在密封压缩机中，密封壳体的底部通常包含一个用于润滑和冷却的贮油槽。
电机通常包括一个压配合到压缩机壳体中的电机转子。驱动轴通常压配合到电机转子上，并通过一个主轴承箱和一个下轴承箱可转动地安装。每个轴承箱还固定到压缩机壳体上。在压缩机工作过程中，由于作用于驱动轴的净力以及来自各种激励源的动态载荷的作用，驱动轴产生较小的静态偏转。本发明的发明人发现压缩机工作时在低频带的声波级主要由驱动轴的振动引起。
驱动轴在主轴承箱的主轴承附近呈现为一个节点(横向位移为0)。驱动轴相对于主轴承箱的主轴承的动力学性能表明主轴承上的应力主要由于驱动轴的局部边缘载荷而变得非常的大。局部边缘载荷部分是由于支承主轴承的主轴承箱的刚性而引起。边缘载荷在主轴承中所产生的过大的应力会导致主轴承过度磨损，且轴承过早地磨损会降低压缩机的使用寿命。另外，这种载荷的动态部分可传递到压缩机壳体上而产生噪声。
〔发明内容〕本发明提供一种独特的主轴承箱，该主轴承箱设计为使承载的驱动轴的节点位于主轴承的弹性中心，从而减小边缘载荷及其所带来的问题。本发明的主轴承箱设计得在支承主轴承的区域具有柔顺度，从而使驱动轴的节点靠近主轴承的弹性中心。主轴承箱在安装主轴承的地方具有柔顺度改善了驱动轴与主轴承的接触分布，并有助于减小边缘载荷。
本发明的其它优点和目的可从下面的说明书、权利要求书和附图中清楚地看出。
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〕在如下的显示本发明优选实施例的附图中图1是装有本发明独有的主轴承箱的密封涡旋压缩机的竖直横截面图；图2是图1所示的主轴承箱的竖直截面图；图3是图2所示主轴承箱的顶部透视图；图4是图2所示主轴承箱的底部透视图；图5是表示现有技术的压缩机所产生的典型声谱图；图6是表示驱动轴相对于主轴承箱在典型结构和理想结构方面的动力性能图。
〔发明内容〕如图所示，在附图中相同的标号表示相同或相应的部件，其中，图1示出了装有本发明独有的主轴承箱的涡旋压缩机10。涡旋压缩机10包括一个大致为圆筒形的密封壳体12，壳体12的上端焊接有一个盖14，其下端焊接有一个底座16，底座16具有多个与其形成一体的固定支脚(未示出)。盖14设有制冷剂排出装置18，制冷剂排出装置内设有普通排泄阀。在盖14焊接到壳体12的相同位置处，横向延伸的隔板20通过焊接在壳体12的周围而固定到壳体12上。如图1所示，压缩机安装支架22压配合在壳体12内，并由底座16的端部进行支承。底座16的直径略小于壳体12的直径，从而底座16可装入到壳体12内并焊接在壳体12的周围。
固定到支架22上的压缩机10的主要部件包括剖分式主轴承箱组件24、下轴承箱26和马达定子28。驱动轴或曲轴30可转动地支承在安装于主轴承箱组件24中的轴承34和安装于下轴承箱26中的第二轴承36上，驱动轴或曲轴30的上端设有偏心曲柄销32。曲轴30的下端设有较大直径的同心孔38，该同心孔与一个设置在径向向外位置上并向上延伸到曲轴30的顶部的小直径孔40相通。壳体12的内部下端形成贮油槽44，贮油槽44中所充的润滑油略高于转子46的下端，孔38可用作泵将润滑油向上泵送给曲轴30并泵送入孔40中，最后泵送到压缩机10需要进行润滑的所有的各个部件。
曲轴30由电机驱动旋转，电机包括定子28、从此穿过的线圈48和压配合到曲轴30上的转子46。上配重50固定在曲轴30上，下配重52固定在转子46上。
剖分式主轴承箱组件24的上表面设有平的推力支承面54，回转涡旋部件56设置在推力支承面54上，涡旋部件56具有从端板60向上延伸的普通螺旋叶片或涡卷58。回转的涡旋部件56的端板60的下表面向下伸出一个圆筒形的毂62，毂62内设有径向轴承64，驱动套筒66可转动地设置在径向轴承64中，驱动套筒66具有内孔，曲柄销32可驱动地设置在内孔中。曲柄销32具有一个平的表面，该表面可驱动地与驱动套筒66的一部分内孔中所形成的平表面啮合，从而形成一个径向柔顺的驱动结构，例如US4877382所示的那样，这里作为参考对其进行引用。在回转涡旋部件56和剖分式轴承箱组件24之间还设有Oldham联轴节68。Oldham联轴节68与回转涡旋部件56和固定涡旋部件70接合，以避免回转涡旋部件56发生回转运动。
固定涡旋部件70也设有从端板74向下延伸的涡卷72，其与回转涡旋部件56的涡卷58相啮合。固定涡旋部件70具有中央排泄通道76，其与向上开口的凹槽78相通，凹槽78又与由盖14和隔板20确定的排泄消声腔80流体连通。在固定涡旋部件70上也设有环形凹槽82，环形凹槽82内设有浮动密封组件84。
凹槽78、82和浮动密封组件84共同形成用于接纳由涡卷58和72压缩的压缩流体的轴向偏压腔，从而产生一个作用于固定涡旋部件70的轴向偏压力，以促使涡卷58和72的顶端分别与端板74和60的相对的端板表面密封接触。浮动密封组件84最好是US5156539所公开的那种浮动密封组件，这里作为参考对其进行引用。固定涡旋部件70安装成可以US4877382或US5102316所公开的那种适当方式相对于剖分式主轴承箱24进行有限的轴向运动，这里作为参考对上述专利进行引用。
本发明涉及一种主轴承箱组件24的独特结构。主轴承箱组件24包括主轴承箱90和推力板92。推力板92通过多个螺栓(未示出)固定到主轴承箱90上。推力板92形成了平的推力支承面54和平表面94，回转涡旋部件56设置在平的推力支承面54上，Oldham联轴节68支承在平表面94上。
如图2所示，主轴承箱90包括一个用于支承推力板92的大致为圆形的部分100。多个支腿102(在图示实施例中为4个)从圆形部分100径向向外伸出。在图示实施例中，每个支腿102的外表面104具有一个与壳体12具有间隙的有效直径部分。每个支腿102包括直立的支柱106，安装孔108延伸穿过上述支柱。如图1所示，安装孔108用于通过螺栓110将主轴承箱90固定到压缩机安装支架22上。在本发明的另一个实施例(未示出)中，每个支腿102的外表面104的有效直径部分压配合到壳体12中。在该实施例中，略去了每个支柱106上的安装孔108，因为主轴承箱90固定到壳体12上，而不直接固定到安装支架22上。每个支柱106的内表面112进行了机加工，以便可在径向支承推力板92。
主轴承箱90还包括截锥形腹板114，腹板114向下倾斜并支承着圆筒形部分116。截锥形腹板114从圆形部分100的下端延伸到圆筒形部分116的下端。圆筒形部分116具有一个内孔118，轴承34压配合在该内孔中。具有截锥形腹板114和圆筒形部分116的主轴承箱90的结构使主轴承箱90具有柔顺性，从而提高了主轴承34和圆筒形部分116的动态对中度，并因此而提高了压缩机10的可靠性，减小了从曲轴30传递到壳体12上的动载荷。如果需要，可将具有截锥形腹板114和圆筒形部分116的主轴承箱90设计成使加载的驱动轴节点处于主轴承34的弹性中心。
驱动轴30在可驱动地啮合回转涡旋部件62的曲柄销32处承受载荷，并由上配重50和下配重52加载。主轴承34和下轴承36形成对这些载荷进行反作用的反作用力作用点。这种合力可使驱动轴30弯曲。驱动轴30的弯曲形状与其瞬时载荷情况相一致。为了对驱动轴30旋转过程中的弯曲情况进行描述，弯曲度可看作平均形状加上载荷随曲柄销32位置的动态变化量，因此，驱动轴30的主支承轴颈不平行于压缩机10的轴线，并与其成一定角度，该角度方向随着驱动轴30的转动而变化。通过有效的外部作用力来使承载驱动轴30的原始弯曲度进行弹性匹配调整。通过改善这种弹性匹配调整度，主轴承34和圆形部分116偏转，从而与驱动轴30的弯曲的主轴颈对中。非常刚硬的主轴承箱腹板114可防止主轴承34和圆筒形部分116偏转并与驱动轴30的主轴颈对中，并因此而产生顶部边缘载荷。非常柔软的主轴承箱腹板114可允许主轴承34和圆筒形部分116比驱动轴30偏转得更大，并因此而产生底部载荷。圆筒形部分116应当设计得足够的刚硬，以便可用作固体来支承主轴承34。非常薄的圆筒形部分116可允许圆筒形部分116的顶部部分偏离轴颈载荷，并以载荷不适当分布的方式产生作用于主轴承34上部的中间载荷。
第二个显著的效果是可调整驱动轴30由于振动而产生的弯曲度的动态变化，从而使边缘载荷不会破坏油膜而产生金属与金属的接触，从而避免了主轴承34的磨损。第三个显著的效果是将主轴承34定位在驱动轴30的节点处，从而使驱动轴30的振动传递到主轴承箱90和周围环境最小。
由现有技术的压缩机所产生的声谱方框图具有独特且易识别的形状。该声谱呈现出两个峰值，其位置按照压缩机的大小在图谱中略有变化。如图5所示，本发明的发明人将声谱中的频带组与压缩机的特定部件联系在一起。位于声谱频率右侧或上半部的峰值是由固有频率通常处于该频率范围的压缩机顶盖产生的。其激励源是向上冲击顶盖的排泄气体。位于频率左侧或下半部的峰值是由周围环境变化而引起的，本发明的发明人已确定这些处于低频带的声波级主要是由驱动轴的振动而引起的。
如图6所示，在现有技术的压缩机中，在没有主轴承34的情况下，驱动轴的振动在主轴承箱130附近呈现为一个节点(横向位移为0)，如图6的虚线所示。理想的是，如图6的实线所示，节点位于主轴承34的弹性中心处。当节点不在主轴承34的弹性中心(图6的虚线134所示)时，轴承上的应力将由于驱动轴的局部边缘载荷而变得格外的大。设计截锥形腹板114就可产生图6实线所示的振动形态。腹板114的结构及其与圆形部分100和圆筒形部分116的相互连接为系统提供了必要的柔顺度，使其与轴和轴承弹性匹配，从而显著地减小了边缘载荷。由于轴和轴承弹性匹配使得轴在其固有频率处产生振动时轴承会发生挠曲，从而就减小了边缘载荷。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了详细的描述，但是，应当理解，在不脱离本发明范围和权利要求的情况下，本发明还可作出各种的变型、变化和更替。
权利要求
1.一种压缩机组件，其包括一个外壳；设置在所述外壳中的压缩机；设置在所述外壳中的主轴承箱，所述主轴承箱形成一个孔；设置在所述外壳中的下轴承箱；由所述主轴承箱的所述孔和所述下轴承箱可转动地支承的驱动件，在所述驱动件转动过程中，所述驱动件可从与所述孔对中的大致呈直线的状态偏转为大致呈弯曲的状态；所述主轴承箱设计为可偏转挠曲，以便于保持所述孔和所述驱动件之间的所述对中状态。
2.根据权利要求1所述的压缩机组件，其还包括一个固定在所述主轴承箱的所述孔中的主轴承。
3.根据权利要求2所述的压缩机组件，其中，在所述驱动件的一个振动模态中，所述主轴承的弹性中心与所述驱动件的节点相一致。
4.根据权利要求2所述的压缩机组件，其中，在所述驱动件的一个振动模态中，所述主轴承箱的所述孔的弹性中心与所述驱动件的节点相一致。
5.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中，所述主轴承箱具有一个圆形部分、一个圆筒形部分和一个位于所述圆形部分和所述圆筒形部分之间的截锥形部分，所述孔设置在所述圆筒形部分中。
6.根据权利要求5所述的压缩机组件，其中，所述圆筒形部分形成第一和第二端部，所述截锥形部分连接在所述第一端部附近位置上。
7.根据权利要求5所述的压缩机组件，其中，所述圆筒形部分相对于所述截锥形部分可枢转，从而保持所述孔与所述驱动件之间的所述对中状态。
8.根据权利要求2所述的压缩机组件，其中，在所述驱动件的一个振动模态中，所述驱动件形成一个第一节点和一个第二节点；所述主轴承的弹性中心与所述驱动件的所述第一节点相一致。
9.根据权利要求8所述的压缩机组件，其中，所述主轴承箱形成一个圆形部分、一个圆筒形部分和一个位于所述圆形部分和所述圆筒形部分之间的截锥形部分，所述主轴承设置在所述圆筒形部分中。
10.根据权利要求9所述的压缩机组件，其还包括多个设置在所述圆形部分和所述外壳之间的支柱。
11.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中，所述外壳形成进入压力区和排泄压力区，所述压缩机设置在所述进入压力区。
12.根据权利要求11所述的压缩机组件，其还包括一个设置在所述进入压力区内的马达。
13.一种涡旋机，其包括一个外壳；设置在所述外壳中的第一涡旋部件，所述第一涡旋部件具有从第一端板向外伸出的第一涡旋涡卷；设置在所述外壳中的第二涡旋部件，所述第二涡旋部件具有从第二端板向外伸出的第二涡旋涡卷，所述第二涡旋涡卷与所述第一涡旋涡卷相互交插，从而在所述第二涡旋部件相对于所述第一涡旋部件回转时，在两者之间形成多个活动腔；设置在所述外壳中的主轴承箱，所述主轴承箱支承所述第二涡旋部件；设置在所述主轴承箱中的主轴承；设置在所述外壳中的下轴承箱；由所述主轴承箱中的所述主轴承和所述下轴承箱可转动地支承的驱动件，所述驱动件使所述第二涡旋部件相对于所述第一涡旋部件回转；可操纵地固定到所述驱动件上用于使所述驱动件旋转的马达，其中在所述驱动件的振动模态中，所述驱动件形成第一节点和第二节点；所述主轴承的弹性中心与所述驱动件的所述第一节点一致。
14.根据权利要求13所述的涡旋机，其中，所述主轴承箱形成一个圆形部分、一个圆筒形部分和一个位于所述圆形部分和所述圆筒形部分之间的截锥形部分，所述主轴承设置在所述圆筒形部分中。
15.根据权利要求14所述的涡旋机，其中，所述圆筒形部分形成第一端部和第二端部，所述截锥形部分连接在所述第一端部附近位置上。
16.根据权利要求14所述的涡旋机，其还包括多个设置在所述圆形部分和所述外壳之间的支柱。
17.根据权利要求14所述的涡旋机，其中，在所述驱动件的所述振动模态中，所述圆筒形部分相对于所述截锥形部分可枢转。
全文摘要
一种压缩机由驱动轴驱动，该驱动轴由主轴承箱和下轴承箱可转动地支承。主轴承箱将主轴承定位在驱动轴振动时驱动轴的节点位置处或其附近。将主轴承箱设计为在驱动轴振动时主轴承可进行枢转，以保持轴承和驱动轴之间的面接触并减小轴承的边缘载荷。
文档编号F04C29/00GK101042139SQ20071009716
公开日2007年9月26日 申请日期2003年5月27日 优先权日2002年12月16日
发明者哈里·B·克伦德宁, 基思·J·莱因哈特, 孙卫汉, 特洛伊·R·布罗斯特伦, 马辛尔萨·梅萨切, 汤姆·R·霍达普 申请人:爱默生气候技术公司