CN106337838B - 离心压缩机及具有其的空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离心压缩机及具有其的空调器，其中，离心压缩机包括：离心叶轮，离心叶轮包括第一端板、第二端板以及设置在第一端板和第二端板之间的叶片，第一端板上设置有冷媒进口，第一端板的周向边沿和第二端板的周向边沿之间形成冷媒出口；密封圈设置在第一端板的周向外侧并密封在冷媒进口处；环形结构，设置在密封圈的朝向第二端板的一侧，环形结构与第一端板之间形成缓冲腔。本发明的技术方案解决了现有技术中的离心压缩机的转子受到的轴向力较大的问题。

Description

离心压缩机及具有其的空调器

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，具体而言，涉及一种离心压缩机及具有其的空调器。

背景技术

离心压缩机在运行时，会在离心机系统内形成压力差。具体地，冷媒从前端面进入至离心叶轮内，并从离心叶轮的侧面排出。由于冷媒离开叶轮时的压力要大于冷媒进入至叶轮时的压力，因此冷媒会顺着压力差流入至离心叶轮的前端板上，并向前端板施加压力。在上述压力的作用下，电机转子会受到轴向力作用，进而使压缩机在运行时在轴向产生偏移。

现有技术中，为了防止转子轴向偏移时转子碰到其他固定零件造成损坏，会在压缩机中增加轴向电磁轴承。当转子往轴向偏移时，轴向电磁轴承产生与转子移动方向相反的轴向力，从而使转子不再继续产生轴向移动。

然而，当转子轴向力较大时，为了平衡转子的轴向力，轴向电磁轴承需提供较大的相反作用力，这会使得轴向电磁轴承的结构增大，从而使整机结构增大，定子转轴的尺寸也相应增加。上述情况即增加了压缩机的成本，又增加了转子转轴的加工难度和加工成本。特别的，当转轴的结构较大时，还会影响转子的临界转速，影响机器运行的可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种离心压缩机及具有其的空调器，以解决现有技术中的离心压缩机的转子受到的轴向力较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种离心压缩机，包括：离心叶轮，离心叶轮包括第一端板、第二端板以及设置在第一端板和第二端板之间的叶片，第一端板上设置有冷媒进口，第一端板的周向边沿和第二端板的周向边沿之间形成冷媒出口；密封圈设置在第一端板的周向外侧并密封在冷媒进口处；环形结构，设置在密封圈的朝向第二端板的一侧，环形结构与第一端板之间形成缓冲腔。

进一步地，第一端板包括：第一筒体部，第一筒体部的横截面积在背离第二端板的方向上逐渐减小，第一筒体部朝向第二端板的端部与第二端板的轴向边沿之间形成冷媒出口；第二筒体部，连接在第一筒体部的背离第二端板的端部，第二筒体部形成冷媒进口，密封圈与第二筒体部的外周面密封配合，其中，环形结构环绕在第一筒体部的周向外侧。

进一步地，第一筒体部的外表面具有第一弧形面，环形结构朝向第一端板的表面具有第二弧形面，第一弧形面和第二弧形面的形状相适配，第一弧形面和第二弧形面之间形成缓冲腔。

进一步地，缓冲腔的宽度在1至2毫米的范围内。

进一步地，密封圈与环形结构为一体结构。

进一步地，密封圈为梳齿密封圈。

进一步地，离心叶轮包括同轴设置的第一离心叶轮和第二离心叶轮，离心压缩机还包括连通通道，连通通道连通第一离心叶轮的冷媒出口和第二离心叶轮的冷媒进口。

进一步地，离心压缩机还包括转子，转子的第一端设置有转轴，第一离心叶轮和第二离心叶轮连接在转轴上。

进一步地，转子的第二端设置有推力盘，离心压缩机还包括与推力盘配合的电磁轴承。

根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，包括离心压缩机，离心压缩机为上述的离心压缩机。

应用本发明的技术方案，当冷媒在压力的作用下流至第一端板的外表面时，冷媒会流入至缓冲腔内。通过控制环形结构与第一端板之间的间隙可以控制气体冷媒的速度，具体地，上述间隙越小，气体冷媒旋转的速度越高。根据气体径向平衡方程△P/△r＝ρω2r可知，气体冷媒的旋转角速度越大，压力随半径的减小衰减越快，进而减小第一端板受到的轴向推力，从而降低转子所受的向后的轴向力。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的离心压缩机的转子受到的轴向力较大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的离心压缩机的转子的实施例的结构示意图；

图2示出了图1中的A处放大示意图；以及

图3示出了图2中的B处放大示意图以及冷媒流向示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、离心叶轮；11、第一端板；111、第一筒体部；112、第二筒体部；12、第二端板；13、叶片；20、冷媒进口；30、冷媒出口；40、环形结构；50、缓冲腔；60、第一弧形面；70、第二弧形面；80、密封圈；100、第一离心叶轮；200、第二离心叶轮；300、连通通道；400、转子；410、转轴；420、推力盘；500、电磁轴承。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

如图1至图3所示，本申请的离心压缩机包括离心叶轮10、密封圈80以及环形结构40。其中，离心叶轮包括第一端板11、第二端板12以及设置在第一端板11和第二端板12之间的叶片13。第一端板11上设置有冷媒进口20，第一端板11的周向边沿和第二端板12的周向边沿之间形成冷媒出口30。密封圈80设置在第一端板11的周向外侧并密封在冷媒进口20处。环形结构40，设置在密封圈80的朝向第二端板12的一侧，环形结构40与第一端板11之间形成缓冲腔50。

应用本实施例的技术方案，当冷媒在压力的作用下流至第一端板11的外表面时，冷媒会流入至缓冲腔50内。通过控制环形结构40与第一端板11之间的间隙可以控制气体冷媒的速度，具体地，上述间隙越小，气体冷媒旋转的速度越高。根据气体径向平衡方程△P/△r＝ρω2r可知，气体冷媒的旋转角速度越大，压力随半径的减小衰减越快，进而减小第一端板11受到的轴向推力，从而降低转子所受的向后的轴向力。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的离心压缩机的转子受到的轴向力较大的问题。

进一步地，由于密封圈80的朝向第二端板12的一侧的气体冷媒压力的降低，进而降低密封圈80前后的压差，并使冷媒通过密封圈80的泄露量降低。因此本实施例的结构还能够加强密封圈80的密封效果。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，第一端板11包括第一筒体部111和第二筒体部112。其中，第一筒体部111的横截面积在背离第二端板12的方向上逐渐减小，第一筒体部111朝向第二端板12的端部与第二端板12的轴向边沿之间形成冷媒出口30。第二筒体部112连接在第一筒体部111的背离第二端板12的端部，第二筒体部112形成冷媒进口20，密封圈80与第二筒体部112的外周面密封配合，其中，环形结构40环绕在第一筒体部111的周向外侧。具体地，第一端板11整体呈筒状，第一端板11在背离第二端板12的方向上呈缩径结构。密封圈80密封在第一筒体部111的外侧从而使冷媒能够从第一筒体部111处进入至离心叶轮的内部。环形结构40环绕在第二筒体部112的周向外侧，环形结构40的朝向第二筒体部112端面与第二筒体部112的外周面之间形成上述的缓冲腔50。从图2可以看到，缓冲腔50的第一端为开口端，并且开口端与冷媒出口30连通。缓冲腔50的第二端延伸至密封圈80处，并且第二端为封闭端。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，第一筒体部111的外表面具有第一弧形面60，环形结构40朝向第一端板11的表面具有第二弧形面70。第一弧形面60和第二弧形面70的形状相适配，第一弧形面60和第二弧形面70之间形成缓冲腔50。具体地，第一筒体部111和第二筒体部112之间通过第一弧形面60圆弧过渡，第一弧形面60和第二弧形面70的延伸方向相同。优选地，第一弧形面60和第二弧形面70之间的间隙为均匀间隙。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，缓冲腔50的宽度在1至2毫米的范围内。具体地，上述的缓冲腔50的宽度是指环形结构40的朝向第二筒体部112的表面与第二筒体部112的外周面之间的距离。上述的距离可以采用以下方法确定：在环形结构40的朝向第二筒体部112的表面任选一点，做该点与环形结构40的表面的切面。从该点做朝向第二筒体部112的直线，该直线与上述的切面垂直。沿着该直线方向得到该直线与第二筒体部112的表面的交点，该点与交点之间的直线距离即为缓冲腔50在该点处的宽度。

优选地，缓冲腔50的宽度不宜过大也不宜过小，具体地，当缓冲腔50的宽度过大则不能使气态冷媒获得较高的转速。当缓冲腔50的宽度过小时，电机转子发生轴向跳动时叶轮容易与环形结构碰撞。因此优选地，缓冲腔50的宽度在1至2毫米的范围内。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，密封圈80与环形结构40为一体结构。具体地，密封圈80在现有结构的基础上朝向第二筒体部112延伸出凸出部，凸出部形成了上述的环形结构40。通过使密封圈80与环形结构40为一体结构可以大大简化密封圈80与环形结构40的加工难度。

优选地，密封圈80为梳齿密封圈。

如图1所示，在本实施例的技术方案中，离心叶轮10包括同轴设置的第一离心叶轮100和第二离心叶轮200，离心压缩机还包括连通通道300，连通通道300连通第一离心叶轮100的冷媒出口和第二离心叶轮200的冷媒进口。离心压缩机还包括转子400，转子400的第一端设置有转轴410，第一离心叶轮100和第二离心叶轮200连接在转轴410上。

密封圈80包括与第一离心叶轮100配合的一级密封圈以及与第二离心叶轮200配合的二级密封圈。

如图1所示，在本实施例的技术方案中，转子400的第二端设置有推力盘420，离心压缩机还包括与推力盘420配合的电磁轴承500。电磁轴承500用于平衡转子的轴向力。电磁轴承500为现有技术中的常规结构，其工作原理在此不再赘述。

本申请还提供了一种空调器，根据本申请的空调器的实施例包括离心压缩机，离心压缩机为上述的离心压缩机。

根据上述结构，本申请的离心压缩机有以下特点：

气体冷媒进入一级及二级叶轮后，冷媒随叶轮作圆周运动，冷媒受到离心惯性力的作用而压力逐渐增大，叶轮出口的压力较高，该压力传至叶轮前端面后，导致叶轮受到较大的向后的轴向推力，影响机器运行的可靠性。

本申请通过调整一级叶轮梳齿密封及二级叶轮梳齿密封的结构，使一级叶轮梳齿密封后端面及二级叶轮梳齿密封后端面具有与叶轮前端面一样的弧状结构，降低一级叶轮梳齿密封与一级叶轮间隙的大小、二级叶轮梳齿密封与二级叶轮间隙，同时保证梳齿密封与叶轮具有1～2mm的轴向间隙，避免电机转子轴向跳动时叶轮与梳齿碰撞。

叶轮与梳齿密封间隙降低后，高速旋转的叶轮会带动叶轮与梳齿密封间气体冷媒高速旋转，且间隙越小，气体冷媒旋转的速度越高。假设间隙中气体冷媒以ω的角速度旋转，根据径向平衡方程△P/△r＝ρω2r可知，气体冷媒的旋转角速度越大，压力随半径的减小衰减越快，从而减小叶轮前端面所受的向后的轴向推力，从而降低转轴所受的向后的轴向力。

同时，由于梳齿密封与叶轮间隙中气体冷媒压力的降低，可以降低梳齿前后的压差，冷媒通过梳齿的泄露量降低，达到加强密封的效果。

通过上述设计，磁悬浮压缩机转子所受的向后的轴向力明显减小，再通过轴向电磁力来平衡该较小的轴向力，这样可以提高转子运行的可靠性，并减少电磁轴承的尺寸。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离心压缩机，其特征在于，包括：

离心叶轮(10)，所述离心叶轮包括第一端板(11)、第二端板(12)以及设置在所述第一端板(11)和所述第二端板(12)之间的叶片(13)，所述第一端板(11)上设置有冷媒进口(20)，所述第一端板(11)的周向边沿和所述第二端板(12)的周向边沿之间形成冷媒出口(30)；

密封圈(80)设置在所述第一端板(11)的周向外侧并密封在所述冷媒进口(20)处；

环形结构(40)，设置在所述密封圈(80)的朝向所述第二端板(12)的一侧，所述环形结构(40)与所述第一端板(11)之间形成缓冲腔(50)，

所述缓冲腔(50)的第一端为开口端，并且所述开口端与所述冷媒出口(30)连通，所述缓冲腔(50)的第二端延伸至所述密封圈(80)处，并且所述第二端为封闭端。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述第一端板(11)包括：

第一筒体部(111)，所述第一筒体部(111)的横截面积在背离所述第二端板(12)的方向上逐渐减小，所述第一筒体部(111)朝向所述第二端板(12)的端部与所述第二端板(12)的轴向边沿之间形成所述冷媒出口(30)；

第二筒体部(112)，连接在所述第一筒体部(111)的背离所述第二端板(12)的端部，所述第二筒体部(112)形成所述冷媒进口(20)，所述密封圈(80)与所述第二筒体部(112)的外周面密封配合，

其中，所述环形结构(40)环绕在所述第一筒体部(111)的周向外侧。

3.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，所述第一筒体部(111)的外表面具有第一弧形面(60)，所述环形结构(40)朝向所述第一端板(11)的表面具有第二弧形面(70)，所述第一弧形面(60)和所述第二弧形面(70)的形状相适配，所述第一弧形面(60)和所述第二弧形面(70)之间形成所述缓冲腔(50)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述缓冲腔(50)的宽度在1至2毫米的范围内。

5.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述密封圈(80)与所述环形结构(40)为一体结构。

6.根据权利要求5所述的离心压缩机，其特征在于，所述密封圈(80)为梳齿密封圈。

7.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述离心叶轮(10)包括同轴设置的第一离心叶轮(100)和第二离心叶轮(200)，所述离心压缩机还包括连通通道(300)，所述连通通道(300)连通所述第一离心叶轮(100)的冷媒出口和所述第二离心叶轮(200)的冷媒进口。

8.根据权利要求7所述的离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机还包括转子(400)，所述转子(400)的第一端设置有转轴(410)，所述第一离心叶轮(100)和所述第二离心叶轮(200)连接在所述转轴(410)上。

9.根据权利要求8所述的离心压缩机，其特征在于，所述转子(400)的第二端设置有推力盘(420)，所述离心压缩机还包括与所述推力盘(420)配合的电磁轴承(500)。

10.一种空调器，包括离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机为权利要求1至9中任一项所述的离心压缩机。