CN108386370A - 一种离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心压缩机。所述离心压缩机包括：电机两端连接的第一输出轴和第二输出轴，基座和端盖分别与机壳的两端密封连接，第一输出轴通过第一径向气浮轴承可转动地设在端盖内，第二输出轴通过第二径向气浮轴承可转动地设在基座内，第二输出轴穿过所述基座，涡轮组件装设在第二输出轴的轴端并与基座密封连接，第一径向气浮轴承的供气口和第二径向气浮轴承的供气口分别与涡轮组件的出气口通过引气管路连通，端盖上设有进气口。发明提供的离心压缩机，将气态工作工质引入到气浮轴承，利用自身被压缩工质实现气浮轴承的润滑，集润滑密封于一体，运行效率高，能够保证压缩机处于高速稳定旋转的状态，且结构紧凑，可应用于地面空间微重力环境。

Description

一种离心压缩机

技术领域

本发明涉及制冷压缩机领域，更具体地，涉及一种离心压缩机。

背景技术

为解决微重力条件下压缩机的润滑问题，国内外学者提出了多种解决方案，主要包括无油润滑压缩机、润滑油制冷剂共循环压缩机、磁力轴承压缩机等。无油润滑压缩机基于自润滑材料制成，在空间使用时存在着使用寿命短、热负荷小、机械机构往复运动时形成的惯性力大从而导致振动冲击大等问题。润滑油制冷剂共循环压缩机由于润滑油参与整个循环，制冷剂混合物的热物理性质发生改变，蒸发器和冷凝器的换热性能也会受到影响，因此系统效率低。磁力轴承压缩机的电控和制造复杂，重量、体积较大，不适合于航天器轻量化的要求。

气体润滑是依靠气体作为润滑剂的一种润滑方式。气体润滑技术在透平膨胀机、陀螺仪表、高速主轴、三坐标仪等领域广泛应用并具有巨大的发展潜力。其具有以下优点：1)摩擦阻力小、功耗低；2)转速高。可将轴承转动线速度提高5～10倍，适用于高转速的应用环境；3)精密度高；4)磨损小，寿命长；5)润滑过程与重力无关。正是气体润滑轴承的得天独厚的优势，使其在高精密支承、高速支承、低功耗低摩擦支承以及特殊工况下的支承这四大领域有着巨大的应用潜力。考虑到空间热泵压缩机的微重力使用环境，气浮轴承是解决压缩机润滑问题的一种重要的方式和手段。

此外，各种压缩机在空间应用时均会存在一定的局限性。往复式、螺杆式、涡旋式等依赖于重力工作的压缩机具有空间使用的先天不足，通过后期改进也很难满足空间无重力环境的使用要求。滑片式压缩机以及车用涡旋式压缩机将润滑油溶解在制冷剂中，制冷剂与润滑油共循环，虽然解决了润滑问题，但是由于润滑油参与整个循环，因此蒸发器和冷凝器的换热性能也会受到影响，系统效率低。同时，由于容积式压缩类型的自身所限，此类压缩机不适用于大功率热流排散。轴流式压缩机由于单级压比很小，若达到热泵系统所要求的压比，则需要多级压缩，从而使得压缩机的重量和体积很大，不适用于空间使用。

离心式压缩机相比其他类型的压缩机具有以下优点：1)离心式压缩机的流量大，效率高，动力源可采用直流电机；2)叶片工作时不受重力场影响；3)结构简单紧凑，重量轻，设备尺寸小；4)叶片抗高频疲劳性能好，寿命长；5)离心式压缩机对介质可以做到绝对无油的压缩过程。正是由于离心式压缩机的以上优点，空间热泵系统制冷压缩机可采用离心式压缩的方案。

离心式压缩的方案要求离心叶轮高速旋转，润滑技术是关键。因此，迫切需要一种离心压缩机来解决微重力条件下压缩机高速旋转的润滑问题，并能同时满足空间以及地面热泵和制冷系统使用条件。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的离心压缩机。

本发明提供一种离心压缩机。一种离心压缩机，包括：基座、端盖、涡轮组件、机壳以及套设于所述机壳内的电机，所述电机的两端分别连接第一输出轴和第二输出轴，所述基座和所述端盖分别与所述机壳的两端密封连接，所述第一输出轴上设有第一径向气浮轴承，所述第一径向气浮轴承同轴设在所述端盖内，所述第二输出轴上设有第二径向气浮轴承，所述第二径向气浮轴承同轴设在所述基座内，所述第二输出轴穿过所述基座，所述涡轮组件装设在所述第二输出轴的轴端并与所述基座密封连接，所述第一径向气浮轴承的供气口和所述第二径向气浮轴承的供气口分别与所述涡轮组件的出气口通过引气管路连通，所述端盖上设有进气口，所述基座上设有与所述第二输出轴平行的通气孔。

优选地，所述第一输出轴的轴端装设有一对轴向气浮轴承，所述轴向气浮轴承位于所述端盖内并与所述端盖的端面相固定，所述轴向气浮轴承的供气口与所述涡轮组件的出气口通过所述引气管路连通。

优选地，所述涡轮组件包括涡轮壳、离心叶轮和密封盖，所述离心叶轮装设在所述第二输出轴的轴端，所述涡轮壳与所述基座密封连接，所述涡轮壳上设有所述出气口，所述密封盖将所述涡轮壳密封。

优选地，所述出气口的侧边设有引气口，各所述引气管路与所述引气口连接。

优选地，所述机壳内壁设置有定位件，所述电机通过所述定位件固定。

优选地，所述电机和所述机壳之间的间隙为1～10mm。

优选地，所述第一输出轴与所述第二输出轴一体化成型。

本发明提供的离心压缩机，利用自身被压缩工质实现气浮轴承的润滑，集润滑密封于一体，运行效率高，能够保证压缩机处于高速稳定旋转的状态，并且结构紧凑，可应用于空间微重力环境。

附图说明

图1为根据本发明的一种离心压缩机的结构示意图；

图2为根据本发明的一种离心压缩机的剖面图；

附图标记：

1-出气口； 2-第二输出轴； 3-涡轮组件；

31-涡轮壳； 32-离心叶轮； 33-密封盖；

4-通气孔； 5-基座； 6-第二径向气浮轴承；

7-电机； 8-机壳； 9-第一径向气浮轴承；

10-进气口； 11-轴向气浮轴承； 12-端盖；

13-第一输出轴； 14-定位件； 15-引气口；

16-引气管路。

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作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1根据本发明的一种离心压缩机的结构示意图，图2为根据本发明的一种离心压缩机的剖面图，结合图1和图2所示，一种离心压缩机包括：基座5、端盖12、涡轮组件3、机壳8以及套设于所述机壳内的电机7，电机7的两端分别连接第一输出轴13和第二输出轴2，基座5和端盖12分别与机壳8的两端密封连接，第一输出轴13上设有第一径向气浮轴承9，第一径向气浮轴承9同轴设在端盖12内，第二输出轴2上设有第二径向气浮轴承6，第二径向气浮轴承6同轴设在基座5内，第二输出轴2穿过基座5，涡轮组件3装设在第二输出轴2的轴端并与基座5密封连接，第一径向气浮轴承9的供气口和第二径向气浮轴承6的供气口分别与涡轮组件3的出气口1通过引气管路16连通，端盖12上设有进气口10，基座5上设有平行于第二输出轴2的通气孔4。

具体地，电机7为双轴输出电机，其两端分别连接第一输出轴13和第二输出轴2，第一径向气浮轴承9装设在第一输出轴13上，第二径向气浮轴承6装设在第二输出轴2上，且第一径向气浮轴承9装设于端盖12内部，第二径向气浮轴承6装设于基座5内部，涡轮组件3装设在第二输出轴2的轴端并与基座5密封连接，使得涡轮组件3、基座5、机壳8以及端盖12组成一个密闭空间，并通过第一径向气浮轴承9和第二径向气浮轴承6对电机7的输出轴进行支撑。离心压缩机工作时，气态工质从压缩机端盖12上的进气口10流入，气态工质进入压缩机后大部分的主流气态制冷工质从电机7和机壳8的缝隙中流过，少量的主流气体工质通过电机7内部的缝隙流过，流过电机7的主流气态工质通过基座5的通气孔4进入涡轮组件3，主流气态工质在涡轮组件3中被压缩，压缩后的气态工质最终从涡轮组件3的出气口1流出。当气态工质在涡轮组件3的出气口1达到一定的压力时，由于第一径向气浮轴承9的供气口和第二径向气浮轴承6的供气口分别与涡轮组件3的出气口通过引气管路16连通，继而气态工质进入第一径向气浮轴承9和第二径向气浮轴承6中，使得气浮轴承正常工作。由于气浮轴承的工作介质就是被压缩的气态工质，因此保证了整个制冷离心压缩机是单一工质的密闭系统，解决了压缩机的润滑和泄露问题。

本实施例提供的离心压缩机，将气态工作工质引入到气浮轴承，利用自身被压缩工质实现气浮轴承的润滑，集润滑密封于一体，运行效率高，能够保证压缩机处于高速稳定旋转的状态，并且结构紧凑，可应用于空间微重力环境。

基于上述实施例的内容，结合图1和图2所示，第一输出轴13的轴端装设有一对轴向气浮轴承11，轴向气浮轴承11位于端盖12内并与端盖12的端面接触，轴向气浮轴承11的供气口与涡轮组件3的出气口1通过引气管路16连通。

具体地，离心压缩机的电机7的第一输出轴13的轴端装设有一对轴向气浮轴承11，轴向气浮轴承11位于端盖12内并与端盖12的端面接触，通过轴向气浮轴承11对第一输出轴13进行轴向定位，增强输出轴的稳定性。同样地，轴向气浮轴承11的供气口与涡轮组件3的出气口通过引气管路16连通，当气态工质在涡轮组件3的出气口达到一定的压力时，气态工质进入这一对轴向气浮轴承11，使得轴向气浮轴承11正常工作并对第一输出轴13进行润滑。

基于上述各实施例的内容，如图2所示，涡轮组件3包括涡轮壳31、离心叶轮32和密封盖33，离心叶轮32装设在第二输出轴2的轴端，涡轮壳31与基座5密封连接，涡轮壳31上设有出气口，密封盖33将涡轮壳31密封。

具体地，涡轮组件3的结构具体包括涡轮壳31、离心叶轮32和密封盖33，离心叶轮32置于涡轮壳31中，并通过密封盖33密封，整个涡轮组件为一个半密封体，通过涡轮壳31与基座5密封连接将压缩机的空间密封。离心叶轮32装设于第二输出轴2的轴端，并通过紧固螺母固定，工作时，离心叶轮32随着第二输出轴2一起转动，从而将从进气口10进入的气体工质压缩，最后在涡轮壳31的出气口处达到较高压力时，气体工质通过引气管路16引到各个气浮轴承，使得各气浮轴承正常工作。

基于上述各实施例的内容，如图1所示，出气口1的侧边设有引气口15，各引气管路16与引气口15连接。引气口15一般设置在出气口1的附近，当出气口1的气体工质达到较高的压力时，一小部分气体工质从引气口15通过各引气管路16分别与各气浮轴承的供气口连通，各引气管路16可以分别与引气口15连接，也可以先汇集在一根引起管道16上，然后与引气口15连接。

基于上述各实施例的内容，如图2所示，机壳8内壁设置有定位件14，电机7通过定位件14固定。为了使电机7能够稳定装设在机壳8的内部，当电机7与机壳8同轴放置时，通过定位件14将电机7的两侧边固定，同时实现轴向和径向定位。机壳8内部能够预先设置供定位件14放置的定位槽，用于固定电机7两侧的两组定位槽之间的距离根据电机的长度进行设置。

基于上述各实施例的内容，电机和机壳之间的间隙为1～10mm。电机与机壳之间的间隙不宜过小，也不宜过大。间隙过小时，不利于气态工质的流通，这样压缩后的气态工质的压力较低，从而影响气浮轴承的工作稳定性。间隙过大时，几乎所有的气态工质都进入到涡轮组件中，并且流速较快，过多过快的气态工质反而限制了涡轮叶片的增压效果，也会影响气浮轴承的工作稳定性。因此，电机和机壳之间的间隙一般为1～10mm。

基于上述各实施例的内容，所述第一输出轴与所述第二输出轴一体化成型。为了方便加工，可以将第一输出轴与第二输出轴一体化成型为一根传动轴，而且一根传动轴安装在电机上，转动时的同轴度会更好，提高压缩机传动输出的稳定性，并且利于加工。

基于上述各实施例的内容，所述通气孔可以为多个。基座上的通气孔可以为多个，多个通气孔可以增加气体工质进入涡轮组件的流量，增加出口的压力，利于气浮轴承的供气。

本发明提供的离心压缩机，将气态工作工质引入到气浮轴承，利用自身被压缩工质实现气浮轴承的润滑，集润滑密封于一体，运行效率高，能够保证压缩机处于高速稳定旋转的状态，并且结构紧凑，可应用于空间微重力环境。

最后，本发明中的装置仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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 (7)

1.一种离心压缩机，包括：基座、端盖、涡轮组件、机壳以及套设于所述机壳内的电机，其特征在于，所述电机的两端分别连接第一输出轴和第二输出轴，所述基座和所述端盖分别与所述机壳的两端密封连接，所述第一输出轴上设有第一径向气浮轴承，所述第一径向气浮轴承同轴设在所述端盖内，所述第二输出轴上设有第二径向气浮轴承，所述第二径向气浮轴承同轴设在所述基座内，所述第二输出轴穿过所述基座，所述涡轮组件装设在所述第二输出轴的轴端并与所述基座密封连接，所述第一径向气浮轴承的供气口和所述第二径向气浮轴承的供气口与所述涡轮组件的出气口通过引气管路连通，所述端盖上设有进气口，所述基座上设有与所述第二输出轴平行的通气孔。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述第一输出轴的轴端装设有一对轴向气浮轴承，所述轴向气浮轴承位于所述端盖内并与所述端盖的端面相固定，所述轴向气浮轴承的供气口与所述涡轮组件的出气口通过所述引气管路连通。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，所述涡轮组件包括涡轮壳、离心叶轮和密封盖，所述离心叶轮装设在所述第二输出轴的轴端，所述涡轮壳与所述基座密封连接，所述涡轮壳上设有出气口，所述密封盖将所述涡轮壳密封。

4.根据权利要求3所述的离心压缩机，其特征在于，所述出气口的侧边设有引气口，各所述引气管路与所述引气口连接。

5.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，所述机壳内壁设置有定位件，所述电机通过所述定位件固定。

6.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，所述电机和所述机壳之间的间隙为1～10mm。

7.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，所述第一输出轴与所述第二输出轴一体化成型。