CN108775289A - 一种带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，包括组合压气机叶轮、压气机蜗壳、冷却涡轮、热管换热器、储气腔、空气轴承组件、压气机壳体、直流无刷电机。转子与组合压气机叶轮和冷却涡轮通过转子芯轴同轴连接。直流无刷电机的左侧依次设置止推轴承组件和径向轴承组件。止推轴承和径向轴承均为箔片式动压气体轴承。本发明具有启停时通过常开电磁阀控制储气腔内储存的高压气体进入空气轴承组件延长动压气膜在启停阶段存在的时间进而减少气体轴承和转轴之间的面摩擦达到延长气体轴承使用寿命的目的，并采用较新颖的冷却转轴方式使压气机具有转轴承载能力大，摩擦发热少、性能更稳定等优点。

Description

一种带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机

技术领域

本发明涉及一种空气悬浮压气机，尤其涉及一种带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机。

背景技术

离心压气机是应用较为广泛的一类压气机，现有的离心压气机一般包括叶轮、扩压器和蜗壳。由于叶轮的高速旋转，使气体进入蜗壳，经过通道和蜗室后排出蜗壳，通过此过程实现对空气的压缩。驱动压气机转动的核心设备是直流无刷电机，直流无刷电机的转子主轴通过径向轴承和止推轴承支撑，轴承的摩擦和润滑性能对压气机的性能至关重要。滚珠轴承摩擦磨损大，寿命较短，不适于高速工况，磁悬浮轴承相关技术尚未成熟，造价昂贵易造成电磁污染，无法实现大规模应用。

转子芯轴在高速旋转过程中由于与气体摩擦会产生大量的热量，这部分热量会通过与其接触的部件或缝隙传递给压气机中其他不耐高温的结构进而使不耐高温的部件温度超出所能承受的范围，容易导致整体离心压气机结构失效，并造成应用离心压气机的设备效率降低，因而压气机轴承和转轴的冷却效果十分重要。

空气箔片轴承是利用转轴高速旋转时箔片和转轴之间的楔形作用产生动压气膜，利用动压气膜支撑转轴使转轴悬浮，动压气膜对转轴起到支撑和润滑作用。由于压气机的启停阶段，转轴转速下降依靠楔形作用无法形成有效的可支撑转轴悬浮的动压气膜，这将导致转轴与动压气体轴承之间出现面接触带来面摩擦进而产生大量的热使空气箔片的顶箔出现积碳现象，长此以往带来轴承或转轴的损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用高速直流无刷电动机和冷却涡轮共同驱动并以箔片式动压气体轴承为轴承的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，包括组合压气机叶轮、压气机蜗壳、冷却涡轮、热管换热器、直流无刷电机壳体、压气机壳体、直流无刷电机。所述的压气机叶轮、冷却涡轮、热管换热器、储气腔均安装在直流无刷电机的一端。所述直流无刷电机包括定子、转子、转子芯轴，转子与组合压气机叶轮和冷却涡轮通过转子芯轴同轴连接；直流无刷电机的左侧设置止推轴承组件，止推轴承组件包括止推轴承座、止推盘，止推轴承座和止推盘之间设有止推轴承。止推轴承为箔片式动压气体止推轴承。压气机内部设置径向轴承组件，径向轴承组件包括径向轴承座、径向轴承，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承。两径向轴承间设置储气腔，连接储气腔流道上安装有常开电磁阀和单板止回阀，储气腔的左侧置有热管换热器。热管换热器的左侧安装有冷却涡轮和压气机叶轮，且两叶轮背对背放置。中间体内部空腔作为储气腔并作为径向轴承的径向轴承压盖，中间体上的通道为经过热管换热器后的高压低温气体流道。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，通过强化对流换热的方式冷却轴承和转子芯轴以提高压气机的效率和稳定性，增设储气装置是为减少压气机启停阶段箔片轴承与转轴的面摩擦进而延长空气箔片轴承的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机的结构示意图；

图2为本发明实施例中的转子结构示意图；

图中，1：组合压气机叶轮，2：冷却蜗壳，3：冷却涡轮，4：热管换热器，5：引气管，6：常闭电磁阀，7：单板止回阀，8：转子芯轴，9：中间体，10：箔片止推轴承，11：止推盘，12：止推隔板，13：直流无刷电机定子，14：排气孔，15：自锁螺母，16：空心流道，17：直流无刷电机转子，18：直流无刷电机外壳，19：止推轴承定位销，20：止推轴承座，21：径向箔片轴承，22：径向轴承座，23：储气腔，24：压气机外壳，25：导气流道，26：膨胀导气结构，27：膨胀空气进气流道，28：密封盘，29：压气机蜗壳。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其较佳的具体实施方式是：

包括组合压气机叶轮、压气机蜗壳、冷却涡轮、热管换热器、直流无刷电机壳体、压气机壳体、直流无刷电机。所述的压气机叶轮、冷却涡轮、热管换热器、储气腔均安装在直流无刷电机的一端。所述直流无刷电机包括定子、转子、转子芯轴，转子与组合压气机叶轮和冷却涡轮通过转子芯轴同轴连接；直流无刷电机的左侧设置止推轴承组件，止推轴承组件包括止推轴承座、止推盘，止推轴承座和止推盘之间设有止推轴承。止推轴承为箔片式动压气体止推轴承。压气机内部设置径向轴承组件，径向轴承组件包括径向轴承座、径向轴承，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承。两径向轴承间设置储气腔，连接储气腔的引气管上安装有常开电磁阀和单板止回阀，储气腔的左侧置有热管换热器。热管换热器的左侧安装有冷却涡轮和压气机叶轮，且两叶轮背对背放置。中间体内部空腔作为储气腔并作为径向轴承的径向轴承压盖，中间体上的通道为经过热管换热器后的高压低温气体流道。

所述直流无刷电机为高速直流无刷电动机。所述压气机设有脉宽调制调速控制系统，电动机与脉宽调制调速控制系统电路相连接。所述转子芯轴内部是空心流道并设有两个圆孔。所述储气腔和压气机蜗壳设有连接管路，且管路安装常开电磁阀和单板止回阀便于控制储存气体的进出。所述压气机的换热器为热管式换热器，该换热器在压气机上辅助有进气和出气通道。所述压气机借助通道和转子芯轴与轴承压盖之间的间隙及直流无刷电机壳体上的孔道构成冷却气体流道。所述压气机叶轮和冷却涡轮对称布置，压气机叶轮和冷却涡轮之间设有密封结构，所述压气机设有迷宫密封挡板，迷宫密封结构和迷宫密封挡板形成压气机密封系统。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)环形的储气腔在压气机机壳外部设有携带有单板止回阀和常开电磁阀的管路，阀门的作用是用以控制所储存高压气体的进出以及在启停时及时给动压气体箔片轴承供气，减少转子芯轴和动压气体箔片轴承的顶箔之间的面摩擦存在时间进而延长动压气体箔片轴承的使用寿命。单板止回阀可以控制储气腔储存的来自组合叶轮端压气机蜗壳的进气量和压气机停止时储气腔的气体不回流。常开电磁阀在通电情况下是关闭状态防止储气腔内的气体回流道热管换热器，在断电时是打开状态通过热管换热器的通道给空气轴承及时供气；(2)热管换热器辅助有不同温度的气流进出流路，流经热管换热器的蒸发端高温高压空气被冷却成低温高压空气用于给动压气体箔片轴承供气和冷却动压气体箔片轴承及转子芯轴的外表面。冷却涡轮膨胀获得低温低压空气一部分通向热管换热器的冷凝端带走来自热管的热量并排向压气机外部，另一部分进入转子芯轴内部的空腔冷却转子芯轴内表面；(3)转子芯轴设置成空心轴结构，并在转子芯轴内部空腔上设置连通转子芯轴外表面和转子芯轴空腔内表面的圆孔，转子芯轴、转子芯轴内部空腔及连通圆孔形成一个冷却气流通路，便于冷却气体进出达到冷却芯轴内部的目的；(4)来自冷却涡轮和热管换热器蒸发端的气体在流经径向轴承和止推轴承及转子芯轴后进入直流无刷电机部分并通过对流换热带有直流无刷电机产生的热量，冷却气体最后通过直流无刷电机机壳右侧末端设置的排气孔排出空气悬浮压气机整机。

具体实施例：

如图1所示，包括组合压气机叶轮1、压气机蜗壳29、冷却涡轮3、热管换热器4、储气腔23、直流无刷电机壳体18、压气机壳体24、直流无刷电机。所述的压气机叶轮、冷却涡轮、热管换热器、储气腔均安装在直流无刷电机的一端。所述直流无刷电机包括定子13、转子17、转子芯轴8，转子与组合压气机叶轮和冷却涡轮通过转子芯轴同轴连接；直流无刷电机的左侧设置止推轴承组件，止推轴承组件包括止推轴承座、止推盘11，止推轴承座和止推盘之间设有止推轴承10。止推轴承为箔片式动压气体止推轴承。压气机内部设置径向轴承组件，径向轴承组件包括径向轴承座22、径向轴承21，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承。两径向轴承间设置储气腔，连接储气腔的引气管上安装有常开电磁阀6和单板止回阀7，储气腔的左侧置有热管换热器。热管换热器的左侧安装有冷却涡轮和压气机叶轮，且两叶轮背对背放置。中间体9内部空腔作为储气腔并作为径向轴承的径向轴承压盖，中间体上的通道为经过热管换热器后的高压低温气体流道。

直流无刷电机采用世界先进的永磁同步直流无刷电机技术可实现无极变速且调速性能比较好。直流无刷电机采用脉宽调制(PWM)调速驱动系统，系统控制性能好，发热量小。直流无刷电机结构简单、体积小、电磁噪音小。回转轴以每分钟1万～20万的转数可以实现高速转动。

组合压气机叶轮和冷却涡轮采用铝合金材料铸造，压气机蜗壳采用具有较好热塑性的树脂材料和金属制的护罩构成。树脂制的涡壳使压气机整体轻量化、降低成本，金属制护罩具有优异的强度，因此能确保蜗壳具有良好的防护性。树脂制的涡壳采用通过挤压成型、注塑成型等简单方法制造。

中间壳体集成了储气腔23、径向轴承压盖、热管换热器室及热管换热器室和储气腔之间的各种气流流道。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，包括组合压气机叶轮(1)、压气机蜗壳(29)、冷却涡轮(3)、热管换热器(4)、直流无刷电机壳体(18)、压气机壳体(24)、直流无刷电机，所述的组合压气机叶轮(1)、压气机蜗壳(29)、冷却涡轮(3)、热管换热器(4)、储气腔(23)均安装在所述直流无刷电机的一端；

所述直流无刷电机包括定子(13)、转子(17)、转子芯轴(8)，转子与组合压气机叶轮和冷却涡轮通过转子芯轴同轴连接；

所述直流无刷电机的左侧设置止推轴承组件，止推轴承组件包括止推轴承座(20)、止推盘(11)，止推轴承座和止推盘之间设有止推轴承(10)；

所述止推轴承为箔片式动压气体止推轴承；

压气机内部设置径向轴承组件，径向轴承组件包括径向轴承座(22)、径向轴承(21)，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承，两径向轴承座间设置储气腔(23)，连接储气腔的引气管上携带有常开电磁阀(6)和单板止回阀(7)；

储气腔的左侧置有热管换热器，热管换热器的左侧安装有冷却涡轮和压气机叶轮，且两叶轮背对背放置，中间体(9)内部空腔作为储气腔并作为径向轴承的径向轴承压盖，中间体上的通道为经过热管换热器后的高压低温气体流道。

2.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述直流无刷电机为高速直流无刷电动机，组合式压气机叶轮由冷却涡轮和高速直流无刷电动机共同驱动。

3.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述压气机设有脉宽调制调速控制系统，电动机与脉宽调制调速控制系统电路相连接。

4.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述转子芯轴(8)内部是空心流道(16)并设有两个圆孔连通转子芯轴的转轴外表面和转轴内部的空心流道。

5.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述储气腔(23)和压气机蜗壳(29)设有引气管(5)，且管路安装常开电磁阀(6)和单板止回阀(7)便于控制高压气体的进出及在启停时进入空气轴承组件。

6.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述压气机的换热器为热管式换热器(4)，该在中间体(9)内部的换热器所在空腔连通有四条辅助流道分别是两条连接冷却涡轮进排气的流道和两条连接高压气体的进排气流道。

7.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述压气机内部的流道和转子芯轴(8)与转子芯轴内部空心流道(16)、中间体(9)及直流无刷电机定子(13)、转子(17)之间的微间隙及直流无刷电机壳体(18)上的孔道(14)构成冷却气体流动通道。

8.根据权利要求1所述的带储气功能的自冷却型空气悬浮压气机，其特征在于，所述压气机叶轮(1)和冷却涡轮(3)对称布置，压气机叶轮和冷却涡轮之间设有密封结构，所述压气机设有迷宫密封挡板(28)，迷宫密封结构和迷宫密封挡板形成压气机密封系统。