直線壓縮機與其氣體推力軸承的製作方法

2023-12-09 14:51:41

專利名稱：直線壓縮機與其氣體推力軸承的製作方法
技術領域：
線壓縮機。、》 、 、、 背景技術：
傳統地，氣體推力軸承包括包圍一容腔的軸承襯套，在所述軸承 襯套內一本體被支承以允許具有小間隙的運動，而多個供氣孔穿過所 述軸承襯套，其中壓縮氣體可以在所述軸承襯套的外側上被供應至所 述供氣孔。經由供氣孔流入容腔的氣體形成襯套的內壁與可移動本體 之間的氣墊，通過該氣墊，本體在容腔內以無接觸的方式被保持。本 體可以在軸承襯套內實現旋轉運動或可以沿軸向移動。
保持本體被支承而其不與軸承襯套相接觸要求壓縮氣體的連續供 應。然而如果使用氣體推力軸承的裝置停止運轉，那麼通常期望能中 斷壓縮氣體的供應，從而不提高不必要的運轉成本。如果裝置本身產 生壓縮氣體，那麼關閉裝置不可避免地導致壓縮氣體供應的中斷。然 而如果壓縮氣體供應被關閉或不充足，那麼在可移動本體與軸承襯套 之間出現摩擦接觸並且因而當本體被移動時出現磨損。為在這樣的情 況下最小化磨損，期望在運動開始之後能以最小可能延遲的方式建立 功能性氣墊。
上述類型的氣體推力軸承充當氣體彈簧，從而同樣壓力的所供應 的壓縮氣體，出現了軸承可以接受(在可移動的本體與軸承襯套之間 沒有任何接觸)的力，而幾微米到幾十微米等級的小間隙寬度隨著間 隙寬度的增加而增加。相反地這意味著，對於軸承襯套與可移動本體
之間的大寬度間隙，所供應的壓縮氣體的較低壓力足以使得氣墊承載 可移動本體的重量並防止本體與軸承襯套之間的接觸。這意味著在軸 承襯套與本體之間造成間隙，從而最小化壓縮氣體供應開始之後氣體
4推力軸承起作用的時間延遲。然而在軸承襯套與本體之間的大間隙也 要求形成氣墊的氣體從間隙流出，這意味著，為保持軸承起作用，氣 體輸送量需要隨著間隙寬度的增加而增加，這樣反過來導致了運營成 本的增加。

發明內容
因此本發明的目的是提出一種氣體推力軸承， 一方面在所供應的 氣體壓力較低時所述氣體推力軸承已經能夠建立高效的氣墊且另一方 面在低氣體輸送量情況下允許長期運轉。
該目的得以實現在於，對於在背景部分中所述類型的氣體推力軸 承，本體與軸承襯套由具有不同熱膨脹係數的材料製成。然而對於氣
體推力軸承典型的非運轉溫度而言，在軸承殼與可移動本體之間可以 具有大間隙，從而甚至利用低氣壓也可以無接觸地保持本體，控制運 轉期間的氣體推力軸承的溫度使得間隙被縮窄以確保在低氣體輸送量 情況下的運轉。
為了以這種方式控制間隙(column)寬度，提供對作為氣體推力 軸承部件的軸承襯套和/或可移動本體調溫的調溫裝置。
這種調溫裝置可具有各種不同的形式；例如軸承襯套可被設置有 電阻加熱器，或者設置用於需要的話通過移動而在可移動本體內感應 渦電流的裝置。
調溫的有利間接選擇是設置對供應到供氣孔的壓縮氣體調溫的調
根據優選實施例，調溫裝置是壓縮機，該壓縮機導致在壓縮機內 壓縮氣體的絕熱加熱。
具體地，軸承襯套的容腔可以是操作容室，且可移動本體可以是 該壓縮機的活塞。
壓縮機的氣體輸送量可以是供氣孔的輸送量的多倍；即僅需要小 部分的壓縮氣體以保持氣墊，而其餘的主要部分可用於其他應用。
如果氣體推力軸承的溫度在運轉期間高於在非運轉狀態下的溫 度，則為了在運轉期間縮窄間隙，活塞應具有比軸承襯套更高的熱膨脹係數。
因此，可移動的本體尤其可由不鏽鋼製成，且軸承襯套由工具鋼 製成。


參照附圖，從以下給出的示例性實施例說明可清楚本發明的其它 特徵與優點，所述附圖如下
圖1是根據本發明帶有氣體推力軸承的壓縮機的示意性剖視以及
圖2是用於所述壓縮機的驅動單元的示意圖。
具體實施例方式
在圖1中示出的壓縮機包括殼體21，所述殼體具有一界定工作容 室22的中空圓柱形軸承襯套23。軸承襯套23由一容腔24包圍，且 該容腔反過來由大致圓筒形殼體部分25限定。軸承襯套23與殼體部 分25分別在其一個端部圍繞延伸有環形凸緣26或27，其中軸承襯套 23的凸緣26在一側與殼體部分25限定的切口接合、而在另一側與彈 簧片28接合，而軸承襯套23被固定至殼體部分25，且彈簧片28與 殼體部分25的凸緣27以任何適合的方式被剛性相連，並與彈簧片28 形成氣密性密封。在遠離凸緣27、 28的端部，容腔24通過軸承襯套 23與殼體部分25之間夾持的O型圈37被密封。
附著至彈性板28的、與殼體部分25相反的側部的蓋29限定了兩 個容室30、 31，所述兩個容室30、 31經由閥32、 33與工作容室22 連通，其中閥32、 33如圖中所示且優選地由彈簧片28 —體形成。閥 32、 33是單向閥，它們分別只允許氣體從閥上遊的、吸氣側的容室30 流入工作容室22中或從工作容室22流入下遊的、壓力側的容室31。 孔34將壓力側的容室31與包圍軸承襯套23的容腔24相連。
經由延伸穿過軸承襯套23的多個孔35，壓縮氣體可從容腔24進 入工作容室22，並可在軸承襯套23的內側與可在軸承襯套23中被移 動的活塞36之間形成氣墊。活塞36可經由連杆38通過在圖2中示出的驅動裝置而被驅動，且可被驅動成產生往復運動。
活塞36由不鏽鋼製成。不鏽鋼的熱膨脹係數大體是16X10'6K—、 另一方面，軸承襯套23由工具鋼製成並具有13X10'6K"的熱膨脹系 數。自然地，只要活塞材料具有比相應的軸承襯套更高的熱膨脹係數， 則也可以考慮活塞36與軸承襯套23的其他材料組合。活塞36與軸承 襯套23的一部分也可由不滿足上述條件的材料製成，只要這不顯著改 變這兩個部件的整體熱膨脹係數之差；具體地，這兩個部件可設有硬 化的和/或降低摩擦的表面塗層。
根據優選應用，圖1中示出的壓縮機可被用於壓縮家用電冰箱中 的製冷劑。在這樣的情況下，壓縮機在非運轉狀態下基本處於室溫。 活塞36的外徑與軸承襯套23的內徑達到大約30毫米，而活塞的直徑 在室溫下被製成比襯套23的直徑小大約14微米，從而，如果活塞36 被準確地對中，則活塞將與軸承襯套23分開7微米寬的環繞間隙。
如果壓縮機運轉且驅動單元開始移動活塞36，則最初在工作容室 22與容腔24之間沒有壓差。沒有產生氣墊且活塞36與軸承襯套23 接觸地移動。僅僅通過活塞36的往復運動，在容室31內產生輸送壓 力，且在工作容室22內被壓縮以及被排入到壓力側容室31的一部分 氣體製冷劑流回到容腔24內且在此被施加至孔35。在充足的過壓 (overpressure)在容腔24內產生之後，氣墊開始產生作用並防止活塞 36與軸承襯套23之間進一步的摩擦。
工作容室22內的壓縮導致壓縮的製冷劑加熱，且熱的製冷劑回流 到容腔24內還導致軸承襯套23與活塞36在運轉期間加熱。該加熱大 體上可達到約50K。這種加熱將活塞36與軸承襯套23之間的間隙寬 度從當壓縮機被起動時的7微米減少到持續運轉期間的約4.75微米。 作為間隙變窄的結果，通過孔35的氣體輸送量在熱的狀態下與啟動階 段相比顯著減少。
由於相對大部分的製冷劑被改向以保持氣墊，因此在啟動階段壓 縮機具有相對低的效率。然而同時，製冷劑的相對低的供應壓力在啟 動階段足以防止活塞36與軸承襯套23進行接觸。在持續運轉中，具 有可用的壓縮製冷劑的足夠壓力也保證甚至在減小的間隙寬度情況下不發生接觸。間隙寬度通過加熱而減小的事實意味著在此狀態下必須 用以保持氣墊的製冷劑數量可被減少，而這樣提高了壓縮機的效率。
圖2示出了驅動活塞36進行往復運動的驅動單元的示意圖。所述 驅動單元包括兩個E形軛部(E-shapedyoke) 1，其中所述E形軛部具 有相對的三對臂3、 4、 5。臂3、 4、 5的彼此相向的端部分別形成限 定空氣間隙2的極靴7。激勵繞組8分別繞中央臂4附著。兩個激勵 繞組8能通過控制電路而被供應電流，而在兩個激勵繞組8中的電流 方向分別被限定成中央臂4的相對的極靴7形成不同極性的磁極。外 側臂3與5的極靴分別形成與相鄰的中心臂4相比不同極性的磁極。
在空氣間隙2內，電樞IO被懸置在上下反轉點(或在圖2中所示
圖形中分別為右側與左側反轉點)之間的兩個彈簧11之間，從而電樞
的運動可以被顛倒。在上反轉點處的電樞10的位置由實線示出，而在
下反轉點的位置由虛線示出。彈簧11是由一片金屬衝壓而成的片簧， 該片簧具有以Z字形延伸的多個臂12。 一個彈簧11的各臂12分別作
為另一個的鏡像從電樞10上的中央附著點延伸至未示出的剛性框架 上的懸置點13，其中軛部1和壓縮機也被錨定至所述剛性框架。本實 施例使彈簧11很難沿電樞10的縱向方向並沿其每一個正交方向變形， 從而它們沿電樞的縱向可逆地引導電樞10。
大致杆型的電樞10在其中心區域具有四極永磁芯部14。而在彈 簧11的鬆弛位置，其中在所述鬆弛位置，每個彈簧11的各臂12基本 位於同一平面內，磁體14在空氣間隙2內居中安置，且在圖1中示出 在磁體左極與右極之間的邊界線15居中穿過中央臂4，為繞組8供應 電流從而取決於電流方向將電樞10向左或向右移動。
以上解釋的示例性實施例利用與壓縮機運轉相關聯的製冷劑的絕 熱加熱以在運轉中加熱活塞36。自然地，在運轉與非運轉狀態之間改 變活塞與軸承襯套之間的間隙寬度的溫度的變化也可通過直接加熱 (或冷卻)活塞與軸承襯套而實現。
權利要求
1. 一種氣體推力軸承，所述氣體推力軸承包括包圍一容腔(22)的軸承襯套(23)以及可在所述容腔(22)內移動的本體(36)，其中所述軸承襯套(23)具有多個穿過其的供氣孔(35)，壓縮氣體可在所述軸承襯套(23)的外側(24)上被施加至所述供氣孔，以使得在所述內側容室(22)內產生用於支承所述可移動的本體(36)的氣墊，其特徵在於，所述本體(36)和所述軸承襯套(23)由具有不同熱膨脹係數的材料製成。
2. 根據權利要求1所述的氣體推力軸承，其特徵在於，還包括對 所述軸承襯套和/或所述可移動的本體(36)調溫的調溫裝置。
3. 根據權利要求l所述的氣體推力軸承，其特徵在於，還包括對 施加至所述供氣孔(35)的壓縮氣體調溫的調溫裝置。
4. 根據前述權利要求任一所述的氣體推力軸承，其特徵在於，所 述調溫裝置是壓縮機。
5. 根據前述權利要求任一所述的氣體推力軸承，其特徵在於，所 述容腔(22)是一工作容室(22)，並且所述可移動的本體(36)是所 述壓縮機的活塞(36)。
6. 根據權利要求5所述的氣體推力軸承，其特徵在於，所述壓縮 機的氣體輸送量是所述供氣孔(35)的輸送量的多倍。
7. 根據前述權利要求任一所述的氣體推力軸承，其特徵在於，所 述活塞(36)具有比所述軸承襯套(23)更高的熱膨脹係數。
8. 根據權利要求6所述的氣體推力軸承，其特徵在於，所述可移動的本體(36)由不鏽鋼製成，且所述軸承襯套(23)由工具鋼製成。
全文摘要
本發明涉及尤其是用於直線壓縮機的氣體推力軸承。所述軸承包括圍繞腔(22)的軸承襯套(23)以及可在所述腔(22)中被移動的本體(36)。所述軸承襯套(23)被多個供氣孔(35)穿透，為了形成在內部(22)支承所述可移動本體的氣墊，所述多個供氣孔(35)可允許來自所述襯(23)外部(24)的壓縮氣體進入。所述本體(36)與所述軸承襯套(23)由具有不同熱膨脹係數的材料製造。
文檔編號F04B35/04GK101535643SQ200780041216
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月30日 優先權日2006年11月7日
發明者J-G·舒伯特 申請人:Bsh博世和西門子家用器具有限公司