专利名称：用于控制螺杆式压缩机的压缩机元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制螺杆式压缩机的压缩机元件的方法。
背景技术：
已知螺杆式压缩机的压缩机元件包括具有两个啮合的转子的壳体，其中转子的螺旋状部分被称作转子主体。作为已知的，转子之一被构造成具有突起的阳转子的形式，同时另一个转子被构造成具有凹槽的阴转子的形式，其中阳转子的突起以公知的方式啮合于所述凹槽中。各转子均具有轴杆，因此借助轴向和径向轴承将转子支撑于壳体中。通常，这些转子之一经由转子轴杆上的驱动齿轮由马达驱动，接着该转子经由通过两个转子的轴杆上的齿轮形成的齿轮传动装置或以其它方式驱动另一个转子。螺杆式压缩机元件的壳体具有靠近转子一端的入口(即压缩机元件的入口侧)，在螺杆式压缩机工作期间通过该入口吸入待压缩的气体，且该螺杆式压缩机元件具有靠近转子另一端的出口(即压缩机元件的’出口侧’)，压缩气体通过该出口被排出。已知，当借助上述马达驱动转子时，待压缩的气体或气体混合物(诸如空气)通过转子的啮合在上述入口处被吸入，然后在两个转子之间受到压缩，最终在一定输出压力下从压缩机元件的出口侧排出。因此，转子上将受到轴向的气体力，其在标称工作条件下是从出口侧指向入口侧的，因为出口侧上的气体压力高于入口侧上的气体压力。这种气体力在启动时并不存在，因为此时气体未被压缩，入口侧和出口侧上的气体压力实际相同。在螺杆式压缩机元件工作期间，转子还受到由上述马达施加在两个转子之一的驱动齿轮上的轴向力，诸如在例如驱动齿轮具有倾斜或螺旋状锯齿的情形下，和/或在转子之间存在齿轮传动装置时，其源于由齿轮传动装置的齿轮之间的力矩传输引起的轴向力。由此引发的作用于转子上的轴向力在螺杆式压缩机工作期间会改变方向，使得在启动期间，由齿轮或更一般地由驱动器施加的力会占据上风，而在螺杆式压缩机元件的标称工作期间，气体力常常更为显著，并且决定所形成的轴向力的方向。由于所形成的轴向力方向的这种反转，因此必须能够在各个方向上适应这种轴向力，以便尽可能地使转子固定在壳体中，从而一方面避免通过转子头部表面与壳体出口侧的对应头部表面之间的轴向头部间隙过大形成不期望的泄漏损失，另一方面避免转子头部表面之一与壳体形成接触，这种接触会引发不期望的摩擦和磨损。ΕΡ0, 867，628中也公开了一些应用，其中头部表面间隙被保持不变，因此借助传感器对该间隙进行测量，且转子可以借助双向作用磁致动器在轴向方向上运动，所述致动器在间隙偏离设定的期望值时使转子沿一个或另一个方向移动。这种应用相当复杂且昂贵。还知晓其它的应用，其中通过采用双向作用轴向轴承使转子在轴向方向上保持于合适位置处，该轴承例如为四点接触轴承，其能够在两个方向上适应转子上的力。
然而，这些双向作用轴向轴承具有内在的轴向间隙。因此，当转子上形成的力反向时，转子会移动一段距离，且如果忽略轴承的变形，这段距离等于所述间隙。在设计压缩机元件时，必须通过提供足够大的头部间隙以避免转子与壳体形成不期望的接触来对此加以考虑，而这将意味着因泄漏损失引起效率上的损失。双向作用轴承也产生相对较大的机械损失以及由轴承中的润滑剂发生搅动而形成的搅动损失。另一方面，在这种双向作用轴承中必须存在一定的内在间隙，因为如果间隙过小，则形成三点接触的风险会增加，这是不希望出现的情况，因为在这种情况中，在轴承上发生滑动的风险大大增加，结果是要不必须施加过量的润滑剂，要不必须限制压缩机的工作范围，因此特别要避免出现高速、低负载的情形。这种补偿措施已经以“平衡活塞”的形式为人们所知晓，例如在BE1，013，221中所描述的，其中液压或气动活塞被用于将轴向力施加在相关转子上，以抵消作用在转子上的气体力，从而缓解主轴承的压力，使得能够选择较小的轴承。平衡活塞被连接至压缩机元件的出口，使得由平衡活塞施加的力与出口压力成正比。缺点在于这种平衡活塞的成本。另一个缺点是主轴承始终承受由气体力与驱动齿轮和/或转子之间的齿轮传动装置上形成的力的组合引起的全部负载，使得必须据此设计主轴承。一种用于避免主轴承上的负载改变方向的方式是提供沿轴向方向在转子上施加与相关转子的齿轮上形成的力方向相反、与施加于转子上的气体力的方向相同的弹性力的弹黃。如果这种轴向弹性力足以完全抵消启动压缩机元件时形成于转子齿轮上的力，则转子上的力组合将不会出现反向，因此在这种情况下，单向作用轴向轴承足以充当主轴承。上述弹簧被安装在壳体和相关转子之间，因此需要引入辅助轴向轴承以在固定壳体和转动的转子之间传递轴向弹性力。这种辅助轴承的缺点在于增加了成本，同时带来了额外的损失。尽管该弹簧防止了主轴承上的负载方向在压缩机元件启动期间反向，但是由于转子齿轮上形成的力至少部分被弹簧所抵消，所形成的这些力因此在标称工作期间不再能够与无弹簧情况下的程度相同地抵消气体力，这种相同的弹簧将不利地增大主轴承上的负载。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对上述和/或其它缺点中的至少一个的解决方案。为此，本发明涉及一种用于控制螺杆式压缩机的压缩机元件的方法，所述压缩机元件具有壳体，所述壳体中具有两个啮合的螺旋状转子，每个转子均包括轴杆，所述轴杆上具有螺旋状转子主体，其中各个转子的轴杆借助至少一个轴向轴承沿轴向方向被支撑在壳体中，壳体在转子的一端(被称做入口侧)处具有气体入口，在转子的另一端(被称做出口侦D处具有气体出口，其特征在于该方法包括以下步骤:为压缩机元件提供额外装置，所述额外装置能够经由转子在至少一个轴向轴承上施加额外的力，其中这些装置由至少一个磁体形成，所述磁体的磁力可以沿轴向方向作用在压缩机元件的至少一个转子上和/或作用在围绕该转子安装的第二轴承的外环上；以及上述磁体的作用可以根据压缩机元件的工作模式来开启和关闭；因此该方法包括过程A和过程B，其中:过程A包括第一步骤，即在压缩机元件启动期间接通上述第一磁体，使得该第一磁体在上述转子上施加从出口侧指向入口侧的力，并且在压缩机元件的标称工作期间关闭该第一磁体；以及过程B包括第一步骤，即在压缩机元件启动期间保持上述第二磁体关闭，并且在压缩机元件标称工作期间接通该第二磁体，使得该第二磁体施加从入口侧指向出口侧的力。根据本发明的这种方法所提供的优点是:根据配置，作用在转子上且因此作用在将转子支撑于壳体中的轴向轴承上的某些轴向力可以至少部分或全部补偿或者甚至过度补偿，轴向轴承的负载在所有环境中均可得到优化。对某些轴向力进行补偿的优点在于:通过这种方式，某些轴向轴承可以被省略或者由更小或更简单的轴承所替代，所述更小或更简单的轴承更为便宜，且与现代螺杆式压缩机元件中使用的轴承相比产生更低的损失。还降低了有关大量润滑剂的需求，相应地形成更少的搅动损失。当前采用的补偿装置(诸如补偿弹簧和平衡活塞)可以被省略或简化，使得成本可以大大降低。额外的优点是力可以借助磁体得到补偿，而磁体不会产生任何额外的机械损失或阻抗力矩。由于例如辅助轴向轴承的当前限制、机械损耗及力很大的情况下的寿命限制，本发明的另一优点是它使得能够在转子上设置比当前实际可实现的更大的补偿力。由于这些更大的力，轴向主轴承可以在更有利的条件下工作。通过这种方式，本发明使得这种主轴承且因此压缩机能够在与当前实际可实现的不同的条件下工作，诸如例如在高速下工作。通过这种方式，本发明还使得能够针对特定应用选择更为适合的轴向主轴承，诸如例如更小且因此更为便宜的主轴承。此外，本发明还可用于高压和低压的压缩机元件，以及用在油润滑和无油的螺杆式压缩机中，尽管不受欢迎的环境、高的力水平、有限的可用安装空间、以及复杂性会阻止很多设计者获得诸如在此描述的本发明之一的解决方案。在基于附图对根据本发明的螺杆式压缩机元件的不同变型(其中可以使用磁体，无论是否与其它补偿措施相结合)的描述中，其它优点将变得显而易见。优选地，使用的磁体的NS轴线的取向与转子的轴向方向平行，以免产生阻抗力矩或者只是产生非常有限的阻抗力矩。磁体的作用可以例如根据压缩机元件的工作模式来开启和关闭，例如在启动时或者满负载状态下的标称工作中，或者在将模式改变成较低负载时，使得补偿作用能够适应工作模式，更具体地适应作为工作模式的函数形成的轴向力。因此，该方法还可以在过程A中包括第二步骤，其在压缩机元件工作时，当压缩机元件从部分负载或满负载转变为零负载或者从满负载转变成部分负载时接通上述第一磁体。
此外当该方法包括过程A和过程B时，过程A的上述第二步骤还可以包括当压缩机元件从部分负载或满负载转变为零负载或者从满负载转变成部分负载时关闭上述第二磁体。这样提供的优点是气体力在部分负载和零负载下能够得到更好的补偿。这可以通过简单的方式实现，例如通过将磁体构造成具有恒定或可调磁场的电磁体，其电源可以被接通和关闭。根据本发明的特定方面，借助控制系统调节或控制由一个或多个磁体施加在转子上的轴向力，所述控制系统将根据系统参数(诸如轴承负载、压缩机元件的速度、轴承温度、出口压力、压缩机元件两侧的压力比和/或入口压力)来控制施加的磁力，使得轴承上的轴向力落在相关轴承的工作范围内，因此该工作范围是一个已知的结果，其由轴承制造商以轴向方向上作为速度函数的允许力的曲线图的形式示出。通过这种方式，轴承且因此压缩机元件的工作范围可以得到扩展，同时不存在使轴承受到不期望的损害的风险。
为了更好地示出本发明的特性，在下文中参考附图以举例而非限制性的方式描述了用于控制螺杆式压缩机的根据本发明的方法的一些优选应用，其中:图1示出了适于根据本发明的方法的应用的螺杆式压缩机元件的侧视图；图2示出了根据图1中的线I1-1I的横截面图；图3示意性示出了图2中由方框F3标出的部分的结构；图4-7分别示出了与图3中相同的视图，但其是关于始于根据本发明的替换性方法的应用的压缩机元件的一些变型的；图8和9以放大的方式示出了图7中用F8标出的部分的两个变型；图10示出了轴向轴承的工作区域的典型曲线图；图11和12示出了根据本发明的两个可能的控制算法。
具体实施例方式图1和2中示出的根据本发明的压缩机元件I为螺杆式压缩机的压缩机元件1，其中压缩机元件I具有壳体2，在壳体内具有两个啮合的转子，分别为阳转子3和阴转子4，所述转子包括轴杆5,所述轴杆5上具有相应的螺旋状转子主体6或7。壳体2具有入口 8和出口 9，待压缩的气体可以通过入口 8吸入，气体在于转子3和4之间受到压缩之后可以通过出口 9排出。入口 8和出口 9位于转子3和4的相应末端处，所述末端分别被标为压缩机元件I的入口侧10和出口侧11。各个转子3和4的轴杆5借助上述轴杆5的各端上的径向轴承12和上述出口侧11上的一个单轴向轴承13被支撑在壳体2中，该单轴向轴承13通常被称作主轴承或轴向主轴承。出口侧11上的阳转子3的末端具有驱动齿轮14，通过所述驱动齿轮，可以借助马达或其它设备(未示出)驱动该转子3。入口侧10处的阴转子5的末端具有第一同步齿轮15，所述齿轮15可与位于阳转子3的入口侧10的末端处的第二同步齿轮16配合，并且它们共同构成齿轮传动装置15-16，用于通过阳转子3驱动阴转子4，由此，该齿轮传动装置15-16确保两个转子3-4彼此不发生接触。然而，还知晓其中不存在最后这种齿轮传动装置15-16以及阳转子3通过转子主体6和7之间的直接接触驱动阴转子4的应用。用于本发明的应用的压缩机元件I具有第一磁体17形式的额外装置，所述磁体被定义成在工作期间，其磁力沿轴向作用在压缩机元件I的转子3-4上，以便能够经由相关转子3-4借助该磁体17在转子3-4的主轴承13上施加额外的轴向力。在图1和2中示出的实例中，两个转子3-4均具有这种第一磁体17、更具体地电磁体，其南北极轴线18平行于转子3-4的轴向方向X-X’，且所述磁体能够与圆盘19形成接合，其中所述圆盘19被固定装配在关于转子3-4的轴向方向X-X’成横向的轴杆5上。优选地，第一磁体17为以相关转子3-4的轴杆5为中心的环形磁体，并且其电源可以被接通和切断以开启或关闭磁体17的作用。在这种情况下，第一磁体17为简单的电磁体17,其在接通时产生恒定的磁场。在图3中示意性示出了阳转子3的方框部分(在图2中用F3标出)，其中出于简洁目的，省略了径向轴承和两个转子3-4之间的齿轮传动装置15-16。图3中的相应部件的编号方式与图2中相同。图3示出在此例中，轴向主轴承13为单向作用轴承，换言之是只能适应单一方向上的轴向力的轴承13，其在此例中被装配成能够适应转子上的从压缩机元件I的出口侧11指向入口侧10、更具体地在图中从左指向右的轴向力，该轴承13不能够适应在相反方向上作用在转子3上的轴向力。压缩机元件I的工作简单且具体如下。当启动压缩机元件I时，转子3将经由上述驱动齿轮14被外部驱动器来驱动。如所示实例中那样，驱动齿轮14上设有斜齿，在外部驱动器的作用下，轴向力将被施加在驱动齿轮14上，且由此施加在转子3上，所述轴向力在该实例中是从入口侧10指向出口侧11，如箭头A所示。与此同时，在启动的时候，在该方法的过程A的第一步骤中，给第一磁体17通电，由此如图3中所示，第一磁体17被定向成在被接通时将力施加在转子3上，所述力从压缩机元件的出口侧11指向入口侧10、更具体地在图3中从左指向右，如该图中的箭头B所示，因此换句话说其方向与经由驱动齿轮14施加在转子3上的力相反。在启动时，转子3上不存在其它力，因此转子3的位置由轴向轴承上的合力的作用来确定。由第一磁体17施加在转子3上的轴向力必须大于形成于驱动齿轮14上的轴向力，所有这些均是为了防止在启动压缩机元件I时，驱动齿轮14将转子3拉向出口侧11，从而防止转子3在出口侧11的头部表面与壳体2之间形成不期望的接触。当进一步驱动压缩机元件I时，经由入口 8吸入的气体将在转子3-4之间受到压缩，并且经由出口 9排出，其中压缩气体将在转子3上施加如图3中箭头C所示的从压缩机元件I的出口侧11指向入口侧10的力。气体力由此与第一磁体17施加的力相加，其中在标称工作中，这些气体力大于驱动齿轮14上的力或者驱动齿轮14和/或转子3-4之间的齿轮传动装置的任何齿轮15-16上的合力，且与之方向相反。在标称工作期间，则可以关闭第一磁体17，同时不存在转子3的头部表面在出口侧11上被拉动抵靠壳体的风险。该实施例的优点在于，对于转子3的轴向轴承支撑，只需要相对小和便宜的轴向轴承13，且相应存在因润滑剂流过轴承13引起的低的机械损失和搅动损失。此外，转子3的头端与壳体2之间的头部间隙保持相对恒定，因为转子3上的合力始终指向相同方向，因此该间隙只受到轴承13中的内部弹性变形影响。可选地，根据该方法的过程A的第二步骤，当压缩机元件I的负载从其标称工作点开始变小时，例如从满负载降为部分负载或零负载，或者从部分负载降为零负载时，可以接通第一磁体17。这可以防止因启动期间负载减小导致气体力C变小而使驱动力A占据上风，这种占据上风使得存在转子3在出口侧11被拉动抵靠壳体2的头部表面的风险。在零负载时，优点在于轴承始终受到足以防止出现滑动的负载。显然，上述第一磁体17可以是永磁体，因而存在实施控制或调节以使得关于转子3或圆盘19的距离变化地可调，从而能够调节气隙20的宽度，使得磁体17可以相对于转子3轴向移动的可能性。还显而易见的是，不必在转子上设置额外圆盘19，但是根据一种变型，磁体17也可以直接作用在转子3或其一部分上，诸如作用在轴杆5上或者转子主体6-7或转子3-4的齿轮14-15-16或附在轴杆上方且沿轴向固定在该轴杆5上的凸缘上和/或围绕该转子安装的第二轴承的外环上。另一方面，不排除可以将磁体17内嵌或装配在转子3上，例如在上述圆盘19中，从而关于壳体2的一部分将磁体17封闭在转子中或其上。实践表明，圆盘19在轴向方向上越靠近主轴承13，控制将更为稳定，热副作用将更小。图4示出了压缩机元件I的一种变型，其与图3的实施例的不同之处在于，在此例中，在转子3的圆盘19的另一侧上增加所谓的第二磁体21、更具体地电磁体，其被定义成在工作期间能够关于图3的磁体17施加相反的力，如图4中的箭头D所示，换言之是从入口侧10指向出口侧11的力D。此例中的使用和操作将与先前实施例中的一致，其中在此例中，根据过程A的第一步骤，第一磁体17在启动的同时也将被接通，且当达到标称工作状态时，将再次被关闭，而根据该方法的过程B的第一步骤，第二磁体21将按相反的顺序被接通和关闭，即在启动时关闭或保持关闭，在标称工作时被接通。因此，在标称工作期间，转子3上的轴向气体力将通过第二磁体21的影响至少得到部分补偿，使得主轴承13只需适应较低的轴向力，且因此能够选择更小的轴向主轴承13，从而产生更小的损失。可选地，在此例中，同样根据过程A的第二步骤，第一磁体17可以被接通，以及/或者在压缩机元件I的负载下降时，根据过程B的第二步骤可以将磁体21关闭。显然，第一和第二磁体的标记不是规定合适位置上磁体的数量，而是根据其施加的磁力的方向规定磁体的类型。图5示出了根据本发明的不同应用，在此例中，驱动齿轮14具有不同的齿，因此在此例中，经由驱动齿轮14或任何其它普通驱动器传递给转子3的轴向力将处于与图3和4中的情形相反的方向上，因而在此例中是从出口侧11指向入口侧10，如图5中箭头A’所
/Jn ο此外，压缩机元件I只具有单个的第二磁体21，其正如图3的情形那样将在工作期间在转子3上施加方向是与由驱动齿轮14施加在转子3上的力方向相反的力，因此在此例中施加如图5中箭头D所示的从入口侧10指向出口侧11的力。在启动时,该磁体被关闭或保持关闭，同时在压缩机元件I的标称工作下接通磁体以补偿气体力C。在此例中，也能够选择较小的轴向主轴承13。在此例中，该方法只包括过程B，而未采用过程A。必要时，在第二步骤中，可以在压缩机元件I的负载下降时将磁体关闭。在图6中示出了根据本发明的压缩机元件I的另一实施例，在此例中，在转子3的入口侧10上具有附加轴承22，所述轴承22在此例中(但不一定)是在内环24和外环25之间具有辊元件23的双向作用轴承，其中内环24固定在转子3的轴杆5上，外环25可以在壳体2中轴向移动，因此在外环25和壳体2之间有弹簧26，所述弹簧26经由轴承22将如图6中箭头E所示的从出口侧11指向入口侧10的轴向力施加在转子3上。在此例中还存在第二磁体21，其在工作期间可以沿图6中的箭头D的方向将轴向力施加在转子3上，因此所述轴向力与弹簧26施加在转子3上的力方向相反。在此例中，当启动时，弹簧26防止因从驱动齿轮14形成的力而在出口侧11拉动转子3的头端抵靠壳体2。然而，在标称工作期间，相对于由驱动齿轮14形成的力，气体力将占据上风，因此轴向弹性力将构成轴向主轴承13的额外负载，且弹簧26的这种额外负载可以通过接通第二磁体21来补偿，其中所述磁体21至少部分补偿或者甚至过度补偿该弹性力，使得不仅该弹性力被抵消，而且气体力的一部分得到补偿。在压缩机元件I的负载变小的情况下，根据本发明的方法可以关闭第二磁体21。根据图中未示出的关于本发明应用的压缩机元件的变型，图6中示出的轴承22可以同时充当上述第二轴承，其中磁体21作用在轴承22的外环上，但是也可以使用两个独立的轴承，分别是磁体21作用于其上的轴承和弹簧26作用于其上的轴承。图7中示出了另一实施例，在此例中，弹性力和由磁体形成的力的取向与图6中的情形相反。在此例中，当启动时，弹簧26的轴向力将通过接通第一磁体17得到补偿或者甚至过度补偿，以抵抗驱动齿轮14的力拉动转子3远离壳体2的头部表面，朝向出口侧11。当进一步驱动压缩机元件I时，则可以关闭第一磁体17，此后弹簧26用恒定的力使主轴承13得到缓解。这样产生的好处是:在标称工作期间无磁力，而主轴承13仍获得极大缓解。在压缩机元件I的负载变小的情况下，可以接通第一磁体17。图8示出了磁体17、更具体地电磁体的一种变型，在此例中，磁体17的U形磁轭27的气隙20不与横向朝向的圆盘19平行，而是相对于转子3的轴向方向倾斜延伸。为此，磁轭27的臂的自由端28形成斜面，且与这些斜面末端28相对地在圆盘19上形成有以同样方式形成斜面的肋29。优点在于:在此例中，气隙20的宽度的变化小于转子3的轴向运动。上述斜面部分28 - 29还具有迷宫式密封件30，使得在此例中，磁体17还在转子3和壳体2之间起到密封角色。图9示出了磁体17的一种变型，在此例中，气隙20与轴向方向X-X’平行。根据本发明的特定方面，可以使用磁体17-21，其在转子3上的作用借助控制系统31 (如图8中示意性所示的)根据工作条件的变化进行调节或控制，其中磁体17-21将在转子3上施加额外的轴向力，使得轴承13的合成负载始终落在轴向轴承13的制造商设定的轴承13的工作范围内。图10示出了曲线图的实例，其以轴承13上容许的轴向力示出了某个轴向轴承13的工作范围，其中所述容许的轴向力为速度的函数，其中通过下限曲线“Min”和上限曲线“Max”来界定该操作范围，其中所述上限曲线取决于容许的极限应力。下限曲线“Min”指示接触角差值超出最大值(其由于轴承13的运动)的时刻。在负载较低，从而位于曲线“Min”下方时，在轴承13上发生滑动，因此会产生磨损，机械损失增大。图11中示意性示出了用于控制由磁体17、21施加在转子3上的力的控制算法的实例，在第一步骤(a)中,基于压缩机特性F=f (η,P)确定由转子3施加在轴承13上的轴向力，这基于出口压力P和转速η的测量值，在第二步骤(b)中，根据测得的转速从图10的曲线图中确定最大允许的轴向力，此后在步骤(c)中将两个值相互作比较，当存在差值时，在步骤(d)中调节流过磁体17、21的电流I以消除这种差值。在实施过程中，确保轴承13能够始终受到最大负载，同时不落在轴承13的工作范围之外，使得轴承13始终处于最佳负载状态，因此不必选择尺寸过大的轴承13以获得过度的安全边界来确定轴向力的上限永远不被超出。显然，图11中示出的技术控制图涉及其中旨在追求某个期望值的连续控制。图12中示出了可以采用的一种备选控制，其中采用开一关控制，这种控制与图11的控制的不同之处在于，在图12的例子中，最大允许的轴向力Fmax和最小允许的力Fmin是从图10的曲线图中确定，且流过磁体17、21的电流I是在根据压缩机特性F=f (n，p)确定的轴向力F大于Fmax时接通的,流过磁体17、21的电流I是在根据压缩机特性F=f (η,P)确定的轴向力F小于Fmin时断开的。本发明不以任何方式局限于在附图中示出且作为实例描述的根据本发明的方法的应用，而是根据本发明的方法可以以各种变型形式实现，同时不背离本发明的范围。
权利要求
1.一种用于控制螺杆式压缩机的压缩机元件的方法，所述压缩机元件(I)具有壳体(2)，在所述壳体中具有两个啮合的螺旋状转子(3，4)，每个转子均包括轴杆(5)，所述轴杆上具有螺旋状转子主体(6，7)，其中各个转子(3，4)的轴杆(5)借助至少一个轴向轴承(13和/或22)沿轴向方向(X-X’)被支撑在壳体(2)中，壳体(2)在转子(3，4)的一端具有气体入口(8)，在转子(3，4)的另一端具有气体出口(9)，所述一端和另一端分别被称做入口侧(10)和出口侧(11)， 其特征在于，该方法包括以下步骤:为压缩机元件(I)提供额外装置，所述额外装置能够经由转子(3，4)在至少一个轴向轴承(13和/或22)上施加额外的力，其中这些额外装置由至少一个磁体(17，21)形成，所述磁体的磁力能够沿轴向方向作用在压缩机元件(I)的至少一个转子(3，4)上和/或作用在围绕该转子安装的第二轴承的外环上；以及所述磁体的作用能够根据压缩机元件的工作模式来接通和关闭，其中该方法包括过程A和/或过程B，其中: 过程A包括第一步骤 ，即在压缩机元件(I)启动期间接通第一磁体(17)，使得第一磁体(17)在所述转子(3)上施加从出口侧(11)指向入口侧(10)的力，并且在压缩机元件(I)的标称工作期间关闭第一磁体(17);以及 过程B包括第一步骤，即在压缩机元件(I)启动期间保持第二磁体(21)关闭，并且在压缩机元件(I)的标称工作期间接通第二磁体(21)，使得第二磁体(21)施加从入口侧(10)指向出口侧(11)的力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，过程A还包括第二步骤，在压缩机元件(I)工作时，第二步骤在压缩机元件(I)从部分负载或满负载转变到零负载或者从满负载转变到部分负载的情况下接通所述第一磁体(17)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括过程A和过程B，过程A的所述第二步骤还包括当压缩机元件(I)从部分负载或满负载转变成零负载或者从满负载转变成部分负载时关闭所述第二磁体(21)。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个第一和/或第二磁体(17和/或21)的NS轴线的方向与转子(3，4)的轴向方向(X-X’)平行。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个第一和/或第二磁体(17和/或21)在工作期间产生恒定磁场。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少一个第一和/或第二磁体(17和/或21)，所述至少一个第一和/或第二磁体在工作期间施加在转子(3，4)上的轴向力能够被调节或控制。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电磁体被使用作为至少一个第一和/或第二磁体(17和/或21)。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于至少一个第一和/或第二磁体(17和/或21)，使用能够相对于所述转子(3，4)移动以开启或关闭磁体或者调节或控制施加在转子上的轴向力的磁体。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在转子(3，4)和至少一个第一和/或第二磁体(17和/或21)之间存在气隙(20)，所述气隙(20)相对于转子(3，4)的轴向方向倾斜地延伸。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过被称为主轴承的仅一个单轴向轴承(13 )沿轴向方向支撑至少一个转子(3，4 )。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述主轴承为单向作用轴向轴承(13)，也就是说只能适应一个轴向方向上的轴向力的轴承(13 )，所述力是从出口侧(11)指向入口侧(10)的力或者是从入口侧(10)指向出口侧(11)的力。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使用的单向作用轴向主轴承(13)只能够适应转子(3，4)上的沿轴向从出口侧(11)至入口侧(10)取向的力。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个转子(3，4)具有借助马达进行外部驱动的驱动齿轮(14)，两个转子(3，4)可选地具有位于两个转子(3，4)之间的齿轮传动装置(15，16)的附加同步齿轮(15，16)，其中作用在转子(3，4)上的一个或多个磁体(17和/或21)的磁场被定向成使得在工作期间磁体(17和/或21)所施加的合力，该合力的方向与经由所述驱动齿轮(14)驱动压缩机元件(I)引起的相关转子(3，4)的齿轮(14，15，16)上的轴向合力的方向相反。
14.如权利要求10-13中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个转子(3，4)上设有圆盘(19)，一个或多个磁体(17-21)能够作用于所述圆盘上，其中所述圆盘(19)尽可能地在轴向方向(X-X’ )上靠近相关转子(3，4 )的主轴承(13 )。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在压缩机元件(I)中没有向转子(3)施加轴向力的弹簧。
16.如权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于，在所述单轴向主轴承(13)之夕卜，还存在具有两个环(24，25)的第二轴向轴承(22)，在所述两个环之间具有辊元件(23)，其中一个环(24)沿轴向固定在转子(3)上，另一个环(25)能够在壳体(2)中轴向移动，并且在壳体(2)和可动环(25)之间设有弹簧(26)以施加轴向力。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，至少一个或多个所述磁体(17- 21)施加轴向合力，所述轴向合力与由所述弹簧(26)施加在第二轴向轴承(22)的可动环(25)上的轴向力的方向相反，并且所述一个或多个磁体(17-21)的轴向合力与第二轴承(22)的可动环(25)上的弹性的所述轴向力相比在数量上相同或更大。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，弹簧(26)在第二轴向轴承(22)的可动环(25)上施加从出口侧(11)指向入口侧(10)的轴向力，其中当启动压缩机元件(I)时，关闭一个或多个磁体(21)的作用，而在标称工作期间开启一个或多个磁体(21)的作用以补偿或过度补偿弹簧(26)的轴向力。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，弹簧(26)在第二轴向轴承(22)的可动环(25 )上施加从入口侧(10 )指向出口侧(11)的轴向力，其中当启动压缩机元件(I)时，开启至少一个磁体(17)的作用以过度补偿弹簧(26)的轴向力，而在标称工作期间将至少一个磁体(17)的作用关闭。
20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，具有控制系统(31)，借助所述控制系统，由一个或多个磁体(17和/或21)施加在转子(3，4)上的轴向力是可调或可控的，并且所述控制系统根据系统参数来控制施加的磁力，使得轴承(13，22)上的轴向力在相关轴承(13，22)的工作范围内，其中该工作范围是随着速度(η)变化的容许力(F)的已知结果O
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，用于调节或控制所述轴向力所依据的所述系统参数包括轴承负载、压缩机元件(I)的速度(η)、轴承温度、出口压力、压缩机元件(I)两侧的压力比和/或压缩机元件(I)的入口压力。
22.如权利要求20或21所述的方法，其特征在于，控制系统(31)利用控制算法来控制由磁体(17，21)施加在转子(3)上的力，其中在第一步骤(a)中，由转子(3)施加在轴承(13)上的轴向力基于压缩机元件(I)的已知压缩机特性来确定，这是基于出口压力(P)和转速(η)的测量值的；在第二步骤(b)中，根据测得的转速确定相关轴承(13，22)的所述工作范围的最大容许轴向力；在随后步骤(c)中，将两个值相互比较，并且确定两个值之间的差；最后在步骤(d)中，调节流过磁体(17，21)的电流(I)以消除所述差。
23.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被应用于无油螺杆式压缩机的压缩机元件(I)。
24.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被应用于低压螺杆式压缩机的压缩机元件(I)。
25.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少一个磁体(17-21),所述磁体包含位于转子(3，4)和壳体(2)之间的具有气密功能的密封件(28)。
26.如权利要求16- 19中任一项所述的方法，其特征在于:双向作用式轴承被用作所述第二轴向轴承( 22)。
全文摘要
一种用于控制螺杆式压缩机的压缩机元件的方法，所述压缩机元件(1)具有壳体(2)，所述壳体中具有两个啮合的螺旋状转子(3，4)，各个转子均借助至少一个轴向轴承(13和/或22)沿轴向方向(X-X’)被支撑在壳体(2)中，壳体(2)具有入口侧(10)和出口侧(11)，其特征在于该方法包括过程A和/或过程B，其中过程A包括第一步骤，即在压缩机元件(1)启动期间接通第一磁体(17)，使得该磁体(17)在所述转子(3)上施加从出口侧(11)指向入口侧(10)的力，并且在压缩机元件(1)的标称工作期间关闭该第一磁体(17)；其中过程B包括第一步骤，即在压缩机元件(1)启动期间保持第二磁体(21)关闭，并且在压缩机元件(1)标称工作期间接通该第二磁体(21)，使得该第二磁体(21)施加从入口侧(10)指向出口侧(11)的力。
文档编号F16C39/06GK103109090SQ201180033257
公开日2013年5月15日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月2日
发明者J·纳奇特盖勒, S·P·G·德博克 申请人:阿特拉斯·科普柯空气动力股份有限公司