CN108050085A - 一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空压机技术领域，公开了一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，其特征在于冷却系统拥有两条不同的空气冷却流道，每条空气冷却流道分别实现空压机不同结构不同部位的冷却散热，其中空气冷却流道Ⅰ冷却空气流经空压机壳体内部大腔体，实现转子大部分位置与电机定子的冷却散热；空气冷却流道Ⅱ冷却空气流经空压机前轴承腔体空间，实现转子前端与前轴承的冷却与散热。本发明的一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，结构简单，冷却效果充分，冷却效率高，能够提高空压机的稳定性，延长空压机的有效寿命。
Description
技术领域
本发明涉及空气压缩机技术领域，更具体地说，涉及一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统。
背景技术
离心式空气压缩机(以下简称空压机)是一种将常压的空气经过压缩转化为高压气体，以供给用气设备工作的机械设备，其通过叶轮高速旋转形成负压由外界吸入空气并使得空气在旋转离心力作用下流向叶轮出口，通过叶轮以及扩压通道的扩压作用使得常压空气的压力得到加大。空压机叶轮直接与空压机的转子连接，其转子内嵌有永磁体定子，电机定子内置于空压机壳体内并与永磁体定子位置对应。因此，空压机工作时，电机定子通电运行与转子的高速旋转均会产生大量的热量，热量聚集在空压机内部将会影响电机定子及其控制电路以及转子的运行状态，必须及时有效地实现散热。同时，散热不均匀将会使得转子产生温度梯度而出现热弯曲变形，对于高速旋转状态下的转子，热弯曲变形将会造成转子振动而使整个空压机出现振动情况，严重时，空压机结构将遭到破坏，致使空压机损坏甚至人员损伤。
空气动压箔片轴承是利用楔形效应，随着转速的升高由于气体的粘性周围环境中的气体被拖入楔形中，转速升到一定时楔形中的气体气压增大到支撑起转子。气体箔片轴承由于其耐高温、转速高、无油润滑、摩擦损耗小等特点广泛应用于空气循环机、空压机、微型燃气轮机等涡轮机械中。
发明内容
本发明的目的在于解决上述空压机转子热不平衡问题，实现空压机的有效散热，提供一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统。本发明采取的技术方案为：
一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，具体包括叶轮壳体、叶轮、空压机壳体、转子、电机定子、风扇、空气箔片轴承、风扇端盖等构成的空压机冷却系统结构。电机定子内置于空压机壳体内，转子由空气箔片轴承(以下简称轴承)支承可转动地设置于空压机壳体内，转子中部位置内嵌有永磁体，外套有保护套，定子与转子间有一定间隙用于冷却空气流动。转子前端与压缩空气用的叶轮相连接，后端连接风扇用于抽吸冷却空气。与空压机壳体相连接的风扇端盖设有与风扇相对应的冷却空气进口，密封盘、空气箔片轴承等均设有相应的孔道以供冷却空气流通。空压机壳体上设有相应的孔道并外接接口，接口之间通过一定的对应关系连接组成空气冷却的流道。
一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，其特征在于：拥有两条不同的空气冷却流道，其中空气冷却流道Ⅰ冷却空气流经空压机壳体内部大腔体，实现转子大部分位置与电机定子的冷却散热；空气冷却流道Ⅱ冷却空气流经空压机前轴承腔体空间，实现转子前端与前轴承的冷却与散热。
所述空气冷却流道Ⅰ，空压机工作，转子高速旋转，带动叶轮旋转以压缩空气。另一端，风扇旋转从空压机外部抽吸冷却空气进入空压机内部，冷却空气从风扇端盖进口处被吸入，经过风扇叶片，通过后轴承孔道，进入空压机壳体内部大腔体，流经整个空压机壳体内部大腔体由空压机壳体近叶轮端的孔道流出，带走转子高速旋转和定子通电工作产生的大量的热量，对转子大部分位置和电机定子实现冷却。
所述空气冷却流道Ⅱ，进入空压机壳体大腔体内的冷却空气流体一部分构成空气冷却流道Ⅰ，一部分经由空压机壳体远离叶轮端的孔道通过相应的接口通道流出，而后由空压机壳体近叶轮端的孔道及相应接口流入，进入前轴承部分各个腔体，在前轴承各个腔体中按照一定顺序方向流动，最终从空压机壳体近叶轮端相应出口孔道及接口流出，经由空压机叶轮壳体进气口汇入被压缩的空气，实现空压机转子前端以及构成前轴承各腔体各部件的冷却。
所述空气冷却流道Ⅱ的前轴承各腔体以及冷却空气流动顺序方向，其特征在于：前轴承的各个腔体由叶轮、密封盘、前推力轴承、前轴承、空压机壳体按对应的装配关系构成，共计形成五个腔体，①号腔体与流入接口相通，⑤号腔体与流出接口相通并设有管道连接到空压机叶轮壳体进气口处，因此①号腔体内气压高于⑤号腔体内气压，冷却空气流体由①号腔体流入，在各个腔体中按照气压由大到小方向流动，最终通过⑤号腔体流出并经由外部管道汇入空压机被压缩的空气中。
本发明所采用的技术方案具有以下增益效果：本发明提供了两条空气冷却流道，实现了对空压机结构多处的冷却，提高了散热效率；实现了对空压机转子的全方位冷却散热，降低了转子出现热弯曲变形及振动的概率，提升了空压机的稳定性，延长了空压机的有效寿命。
附图说明
图1为本发明空压机的外部结构示意图；
图2为本发明空压机的三维剖切结构及空压机吸气的整体流道示意图；
图3为本发明空压机的二维结构剖面示意图；
图4为本发明空压机前轴承腔体二维结构剖面示意图；
图5为本发明空压机空气冷却方式的冷却气体流道示意图；
图6为本发明空压机空气冷却方式的冷却气体在前轴承腔体中流动过程示意图。
附图标记说明：1-9.接口；10.叶轮壳体；11.叶轮；12.密封盘；13.空压机壳体；14.前推力轴承；15.前轴承；16.电机定子；17.转子；18.后轴承；19.风扇端盖；20.风扇。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。然而可以理解的是，下述具体实施方式仅仅是本发明的优选技术方案，而不应该理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种空气箔片轴承支承空压机，在空压机的壳体上连接有9个管道接口，分别为接口1至9，接口之间对应的连接方式为接口1、2、3分别与接口4、5、6相连，接口7、8、9连接到空压机叶轮壳体前端进气口处。
如图2和图3所示，一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，其组成主要包括接口1-9、叶轮壳体10、叶轮11、密封盘12、空压机壳体13、前推力轴承14、前轴承15、电机定子16、转子17、后轴承18、风扇端盖19、风扇20等。电机定子16固定设置于空压机壳体13 内，转子17中部位置内嵌有永磁体，外层是耐磨材料制成的保护套，转子17的前端与压缩空气用的叶轮11相连接，后端与抽吸冷却空气用的风扇20相连接。空压机壳体13一端与叶轮壳体10通过螺钉连接，另一端与后轴承18连接，风扇端盖19连接在后轴承18上。转子 17通过前推力轴承14、前轴承15以及后轴承18可转动地设置于空压机壳体13内，前推力轴承14、前轴承15以及后轴承18均通过螺钉与空压机壳体13连接。密封盘12、空压机壳体13、前推力轴承14、后轴承18等零件均设有一定的孔道以供冷却空气流通，构成冷却流道。
如图4所示，空压机前轴承腔体空间共有5个腔体。密封盘12、前推力轴承14与空压机壳体13构成腔体①，密封盘12、前推力轴承14与转子17构成腔体②，前推力轴承14、空压机壳体13与转子17构成腔体③，叶轮11与密封盘12以及转子17构成腔体④，空压机壳体13与前推力轴承14构成腔体⑤。通过空压机壳体13上的设置的孔道，接口4、5、6与腔体①相连通，接口7、8、9与腔体⑤相连通。密封盘12上亦设有孔道，通过此孔道腔体①与腔体②相连通，腔体③通过空压机壳体13上的孔道与腔体⑤相连通，腔体④与腔体⑤通过密封盘12和前推力轴承14上的孔道相连通。
如图5所示，一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，两条不同的空气冷却流道。空压机工作，电机定子16通电，转子17旋转带动空压机后端风扇20转动，风扇20的高速旋转在风扇端盖19进气口处形成负压，外界空气被吸入，通过风扇端盖19经后轴承18的孔道进入空压机壳体13的内部大腔体。一部分空气冷却气体通过空压机壳体13内部大腔体中的电机定子16与转子17间的间隙，从空压机壳体13靠近叶轮11一端的孔道流出，带走电机定子16与转子17工作产生的热量，实现冷却作用，构成空气冷却流道Ⅰ；一部分空气冷却气体通过空压机壳体13靠近风扇端盖19一端的孔道经与之相连接的接口1、2、3流出，而后通过管道经与空压机壳体13前端孔道相连接的接口4、5、6进入空压机前轴承腔体空间，在前轴承腔体的各个腔体中按一定次序流动，最终经由空压机的前端接口7、8、9流出，通过相应管道汇入空压机叶轮壳体进气口，混入被压缩的空气，如图2所示空压机吸气的整体流道示意图，由此，前轴承各个腔体以及空压机转子前端的得到有效的冷却，构成空气冷却流道Ⅱ。
如图6所示，空气冷却流道Ⅱ的空气冷却气体在前轴承各个腔体中按一定的顺序方向流动，由于空压机的前端接口7、8、9与空压机叶轮壳体进气口相连通，空压机工作时，空压机叶轮壳体进气口处形成负压，前轴承腔体中腔体⑤与接口7、8、9相连通，腔体④与腔体⑤相连通，且叶轮11高速旋转在腔体④亦形成一定压降，认为腔体④与腔体⑤气压一致且相对较小，由此腔体⑤相比于腔体①的气压较小。气体由相对高压处流向相对低压处，故空气冷却气体在腔体中流动的顺序方向为①→②→③→⑤。空气冷却气体具体流动情况，空气冷却气体经由接口4、5、6与空压机壳体13与之对应的孔道进入腔体①，通过密封盘12的径向孔道进入腔体②，通过前推力轴承14与转子17之间的间隙流入腔体③，而后通过空压机壳体13上的孔道进入腔体⑤，最后经由接口7、8、9流出进入空压机进气口混入被压缩的空气，主要带走空压机前轴承各个腔体构件以及空压机转子17前端的热量，实现冷却效果，构成空气冷却流道Ⅱ前轴承腔体部分。
以上所举实例仅为本发明的优选实例，但凡依本发明权利要求及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。
Claims (4)
1.一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，其特征在于：冷却系统的一种冷却方式，具有两条空气冷却流道，空气冷却流道Ⅰ和空气冷却流道Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，其特征在于：空气冷却流道Ⅰ主要实现空气箔片轴承支承空压机内部电机定子与转子的冷却。外部冷却空气经由风扇20被抽吸进入空压机壳体13的内部。一部分空气冷却气体通过空压机壳体13内部大腔体中的定子16与转子17间的间隙，从空压机壳体13靠近叶轮11一端的孔道流出，带走电机定子16与转子17工作产生的热量，实现冷却效果，构成空气冷却流道Ⅰ。
3.根据权利要求1所述的一种空气箔片轴承支承空压机的冷却系统，其特征在于：冷却流道Ⅱ主要实现空气箔片轴承支承空压机的前轴承各腔体空间与空压机转子前端部分的冷却。外部空气经由风扇20被抽吸进入空压机壳体13的内部。一部分空气冷却气体通过空压机壳体13靠近风扇端盖19一端的孔道经与之相连接的接口1、2、3流出，而后通过管道经与空压机壳体13前端孔道相连接的接口4、5、6进入空压机前轴承腔体，在前轴承腔体的各种腔体中按一定次序流动，最终经由空压机的前端接口7、8、9流出，通过相应管道进入空压机进气口，混入被压缩的空气，实现前轴承各个腔体以及转子前端的冷却，构成空气冷却流道Ⅱ。
4.根据权利要求3所述的空气冷却流道Ⅱ，其特征在于：空气冷却流道Ⅱ在前轴承腔体中按照一定的次序流动。空气冷却气体经由接口4、5、6与空压机壳体13与之对应的孔道进入腔体①，通过密封盘12的径向孔道进入腔体②，通过前推力轴承14与转子17之间的间隙流入腔体③，而后通过空压机壳体13上的孔道进入腔体⑤，最后经由接口7、8、9流出进入空压机进气口，主要带走空压机前轴承各个腔体以及转子前端的热量，实现冷却。空气冷却气体在前轴承各个腔体中的流动顺序是①→②→③→⑤，构成冷却流道Ⅱ前轴承腔体部分。
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