CN110500293B - 离心式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离心式压缩机，包括机体；轴芯，设在所述机体上，所述轴芯上设有止推飞盘，沿轴向所述止推飞盘的前后两侧均设有止推轴承，所述止推轴承和所述止推飞盘之间形成气膜间隙；电机组件，能够驱动所述轴芯转动；叶轮，与所述轴芯连接；罩壳，与所述机体连接并罩在所述叶轮外侧，所述罩壳上具有第一进气口和第一出气口；及散热气道，流经所述气膜间隙，所述散热气道在所述第一进气口内侧形成第二进气口，所述散热气道在所述机体上形成与外界连通的第二出气口。其能够对止推轴承进行冷却，使得止推轴承的温度降低，寿命增加，从而提高了压缩机的稳定性和寿命，同时，降温过程未增加电机能量的消耗，提高了压缩机的效率。

Description

离心式压缩机
技术领域
本发明用于压缩机领域，特别是涉及一种离心式压缩机。
背景技术
氢能燃料电池是一种新型的能源转换装置，可以将燃料中储存的化学能以电化学反应的方式直接转换为电能。具有能量密度更高，续航时间长，续航里程长；不需要长时间充电等优点。
氢燃料电池要获得高的功率密度和性能，必须要在相对高的气体压力下工作，因此需要有高效率、高压缩比的空气压缩机为燃料电池提供高压空气。目前氢燃料电池采用的压缩机主要有罗茨式、涡旋式、螺杆式和离心式。
相比较而言，罗茨式、涡旋式和螺杆式压缩机普遍存在着体积大、能量密度低、振动大和噪音高的缺点，而离心式压缩机结构紧凑，尺寸小，重量轻，振动和噪音显著减小，代表了氢燃料电池压缩机的未来发展方向。离心式压缩机为了获得高的压缩比和高的气动系统效率，其转速往往很高。在氢燃料电池领域，离心式压缩机的转速通常达到80000rpm至150000rpm，最高甚至达到500000rpm。
离心式压缩机的止推飞盘在高速旋转时由于风摩损耗会持续产生热量，导致轴芯和止推轴承的温度不断上升，温度可以达到200℃以上，轴芯温度过高会导致电机转子退磁，轴芯材料特性下降，轴系极限转速下降，止推轴承温度过高会导致涂层易于磨损，启停次数减少，轴承使用寿命缩短，制约了压缩机的稳定性和寿命。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种离心式压缩机，其能够工作时使空气不断进入，对轴芯和止推轴承进行降温，提高了压缩机的稳定性和寿命，同时，降温过程未增加电机能量的消耗，提高了压缩机的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：离心式压缩机，包括
机体；
轴芯，设在所述机体上，所述轴芯上设有止推飞盘，沿轴向所述止推飞盘的前后两侧均设有止推轴承，所述止推轴承和所述止推飞盘之间形成气膜间隙；
电机组件，能够驱动所述轴芯转动；
叶轮，与所述轴芯连接；
罩壳，与所述机体连接并罩在所述叶轮外侧，所述罩壳上具有第一进气口和第一出气口；及
散热气道，流经所述气膜间隙，所述散热气道在所述第一进气口内侧形成第二进气口，所述散热气道在所述机体上形成与外界连通的第二出气口。
优选的，所述罩壳包括蜗壳，所述第一进气口沿所述蜗壳的轴向引入，所述第一出气口沿所述蜗壳的切向引出，蜗壳与叶轮相互配合，能够显著提升空气压缩效率。
优选的，还包括连接部件，所述轴芯的端部设有轴向连接孔，所述连接部件与所述轴向连接孔连接，并将所述叶轮锁紧在所述轴芯端部，连接部件为叶轮提供径向和轴向定位，提高叶轮的定位精度，同时，轴向连接孔形成散热气道的一部分，使得空气在散热气道中的流动更加顺畅。
优选的，所述连接部件上设有轴向通孔，所述轴芯上于所述止推飞盘的两端根部设有径向通孔，所述径向通孔与所述轴向连接孔接通，所述散热气道包括进气道，所述进气道包括所述轴向通孔和径向通孔，轴芯高速旋转，在离心力的作用下，轴芯中间的空气沿径向通孔进入止推轴承和止推飞盘的间隙中，从而产生更加理想的冷却效果。
优选的，所述轴芯上设有多个所述径向通孔，所述径向通孔沿周向均匀分布，以保证气膜间隙更充分的通气量。
优选的，所述轴向通孔的尾部设有第一喇叭口，在高速旋转时第一喇叭口区域会产生负压，把外界空气吸入到轴芯内部，与叶轮的扰动作用、空气的离心力作用叠加，增加进气效果。
优选的，所述径向通孔的尾部设有第二喇叭口，在高速旋转时第二喇叭口区域产生负压，把轴芯内部空气吸出，同时轴芯高速旋转产生的离心力也会使轴芯内部的气体被甩出。
优选的，所述散热气道包括出气道，所述出气道包括设在所述机体上的径向出气孔，所述径向出气孔位于所述止推飞盘的径向外侧。轴芯在高速旋转时，止推飞盘产生的离心力很大，可以把轴芯和止推飞盘间隙内的热空气甩到空气中，使得轴芯飞盘和止推轴承间隙中热空气不断的排出，自然空气不断的进入，这样会对止推轴承进行冷却，使得止推轴承的温度降低，寿命增加，从而增加压缩机的寿命。
优选的，还包括间隙部件，至少部分所述间隙部件支撑在止推飞盘前后两侧的止推轴承之间，间隙部件能够调节止推飞盘与止推轴承之间气膜间隙的大小。
优选的，所述间隙部件上设有径向出气槽，用于连通气膜间隙和径向出气孔。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：压缩机工作时，电机组件驱动轴芯转动，轴芯带动叶轮，叶轮将空气由第一进气口引入，压缩后由第一出气口排出；其间，部分气流会经散热气道进入止推轴承和止推飞盘之间的气膜间隙，使得轴芯飞盘和止推轴承间隙中热空气不断的排出，自然空气不断的进入，这样会对止推轴承进行冷却，使得止推轴承的温度降低，寿命增加，从而提高了压缩机的稳定性和寿命，同时，降温过程未增加电机能量的消耗，提高了压缩机的效率。
该技术方案不需要额外增加冷却叶轮，会缩短轴系的长度，提高了轴系的一阶模态，提高了轴系的极限转速，更有利于轴系在高速、超高压缩机上使用，提高了压缩机在高速超高速工况下的稳定性和寿命。同时，也使压缩机质量和体积更小，便于在更小的空间安装使用，同时也减少冷却叶轮和蜗壳等多个零件，使得压缩机的加工、装配成本下降，有利于在成本控制严格的汽车领域批量应用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明一个实施例结构示意图；
图2是图1中A处局部放大图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”、“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的实施例提供了一种离心式压缩机，离心式压缩机能够用于氢燃料电池领域，并为氢燃料电池提供相对高的工作气体压力。参见图1、图2，离心式压缩机包括机体1、轴芯2、电机组件、叶轮3、罩壳4和散热气道，其中，轴芯2能够转动的设在机体1上，轴芯2上设有止推飞盘21，沿轴向止推飞盘21的前后两侧均设有止推轴承5，轴芯2通过止推飞盘21与止推轴承5的配合实现轴向限位，止推轴承5和止推飞盘21之间形成气膜间隙6，气膜间隙6能够供气流通过，叶轮3与轴芯2连接，罩壳4与机体1连接并罩在叶轮3外侧，罩壳4上具有第一进气口41和第一出气口42。
电机组件包括定子7和转子，转子与轴芯2直接或间接相连，可以理解的是，电机组件可以设在机体1中或单独于机体1设置，例如在图1所示的实施例中，转子与轴芯2连接，定子7设在机体1内部，电机组件能够驱动轴芯2转动，轴芯2带动叶轮3，叶轮3将空气由第一进气口41引入，压缩后由第一出气口42排出。而且，在一些实施例中，机体1中设有冷却水套11，定子7贴附于冷却水套11内侧，冷却水套11能够快速将电机组件的热量带走，实现降温冷却。
其中，参见图1，散热气道在第一进气口41内侧形成第二进气口81，散热气道在机体1上形成与外界连通的第二出气口82，散热气道在第二进气口81和第二出气口82之间形成通路，散热气道流经止推轴承5和止推飞盘21之间的气膜间隙6。压缩机工作期间，参见图1、图2中箭头的指示方向，部分气流会经散热气道进入止推轴承5和止推飞盘21之间的气膜间隙6，使得轴芯2飞盘和止推轴承5间隙中热空气不断的排出，自然空气不断的进入，这样会对止推轴承5进行冷却，使得止推轴承5的温度降低，寿命增加，从而提高了压缩机的稳定性和寿命，同时，降温过程未增加电机能量的消耗，提高了压缩机的效率。
罩壳4用于与叶轮3配合实现空气压缩，罩壳4可采用已知的多种结构形式，为了提升空气压缩效率，优选的，参见图1，罩壳4包括蜗壳，第一进气口41沿蜗壳的轴向引入，第一出气口42沿蜗壳的切向引出，工作时，空气由第一进气口41沿轴向引入，经叶轮3压缩后由第一出气口42沿切向排出，散热气道的第二进气口81位于第一进气口41内侧，即位于气流的路径上，轴向的进气气流会部分进入散热气道，实现对于止推轴承5和止推飞盘21的散热。
参见图1、图2，还包括连接部件22，轴芯2的端部设有轴向连接孔82，连接部件22与轴向连接孔82连接，并将叶轮3锁紧在轴芯2端部，其中，连接部件22可采用螺杆、螺钉、拉杆等。在一些实施例中，轴芯2端部设有凸台，叶轮3上设有凹槽，凸台嵌入凹槽，为叶轮3提供径向和轴向辅助定位，提高叶轮3的定位精度。
散热气道包括进气道和出气道，沿气体在散热气道中的流动方向，进气道由第二进气口81延伸至气膜间隙6，出气道由气膜间隙6延伸至第二出气口82，进气道可采用直孔或斜孔或弯孔或其组合，用于将空气引至气膜间隙6，对气膜间隙6两侧的止推轴承5和止推飞盘21进行散热。出气道可采用直孔或斜孔或弯孔或其组合，出气道用于将气膜间隙6的热空气排出。
在一些实施例中，参见图1、图2，进气道包括轴向通孔83和径向通孔84，轴向通孔83沿连接部件22的中部轴线设置，轴向通孔83沿连接部件22延伸至叶轮3端面外侧，并在第一进气口41的内侧位置形成第二进气口81，叶轮3转动扰动的气流能够沿轴线灌入轴向通孔83，并涌向轴芯2内部。径向通孔84沿轴芯2的径向设置，径向通孔84与轴向连接孔82接通，径向通孔84位于止推飞盘21的两端根部位置，以将轴芯2内部的气流引导至气膜间隙6，对气膜间隙6两侧的止推轴承5和止推飞盘21进行散热。同时，在本实施例中，轴芯2高速旋转，在离心力的作用下，轴芯2中间的空气沿径向通孔84进入止推轴承5和止推飞盘21的间隙中，从而产生更加理想的冷却效果。
其中，轴芯2上于止推飞盘21的同侧设置一个或多个径向通孔84，多个径向通孔84沿周向均匀分布，从而保证气膜间隙6更充分的通气量。
在一些实施例中，参见图1、图2，轴向通孔83的尾部设有第一喇叭口85，在高速旋转时第一喇叭口85区域会产生负压，把外界空气吸入到轴芯2内部，与叶轮3的扰动作用、空气的离心力作用叠加，增加进气效果。
在一些实施例中，参见图1、图2，径向通孔84的尾部设有第二喇叭口86，在高速旋转时第二喇叭口区域产生负压，把轴芯2内部空气吸出，同时轴芯2高速旋转产生的离心力也会使轴芯2内部的气体被甩出。
参见图1、图2，出气道包括设在机体1上的径向出气孔87，径向出气孔87位于止推飞盘21的径向外侧，径向出气孔87沿止推飞盘21的径向设置一个或多个。轴芯2在高速旋转时，止推飞盘21产生的离心力很大，可以把轴芯2和止推飞盘21间隙内的热空气甩到空气中，使得轴芯2飞盘和止推轴承5间隙中热空气不断的排出，自然空气不断的进入，这样会对止推轴承5进行冷却，使得止推轴承5的温度降低，寿命增加，从而增加压缩机的寿命。
在一些实施例中，参见图2，还包括间隙部件9，间隙部件9呈圆环状，至少部分间隙部件9支撑在止推飞盘21前后两侧的止推轴承5之间，间隙部件9可以通过改变位于两侧的止推轴承5之间部分的厚度，来调整止推飞盘21前后两侧的止推轴承5的间距，最终改变止推飞盘21与止推轴承5之间气膜间隙6的大小。其中，间隙部件9上设有径向出气槽91，径向出气槽91位于气膜间隙的径向外侧，用于连通气膜间隙和径向出气孔，轴芯2与止推飞盘21和止推轴承5间隙中的热空气在止推飞盘21离心力作用下被甩到机体1对应的径向出气孔87。热空气通过径向出气孔87排到大气中。止推飞盘21风摩损耗产生的热量通过空气流动被带到外界大气中，实现了轴芯2、止推轴承5的冷却效果，提高了压缩机的稳定性和寿命。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.离心式压缩机，其特征在于：包括
机体；
轴芯，设在所述机体上，所述轴芯上设有止推飞盘，沿轴向所述止推飞盘的前后两侧均设有止推轴承，所述止推轴承和所述止推飞盘之间形成气膜间隙；
电机组件，能够驱动所述轴芯转动；
叶轮，与所述轴芯连接；
罩壳，与所述机体连接并罩在所述叶轮外侧，所述罩壳上具有第一进气口和第一出气口，所述罩壳包括蜗壳，所述第一进气口沿所述蜗壳的轴向引入，所述第一出气口沿所述蜗壳的切向引出；
连接部件，所述轴芯的端部设有轴向连接孔，所述连接部件与所述轴向连接孔连接，并将所述叶轮锁紧在所述轴芯端部；及
散热气道，流经所述气膜间隙，所述散热气道在所述第一进气口内侧形成第二进气口，散热气道的第二进气口位于气流的路径上，第一进气口的进气气流会部分进入散热气道，所述散热气道在所述机体上形成与外界连通的第二出气口，所述连接部件上设有轴向通孔，所述轴芯上于所述止推飞盘的两端根部设有径向通孔，所述径向通孔与所述轴向连接孔接通，所述散热气道包括进气道，所述进气道包括所述轴向通孔和径向通孔。
2.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于：所述轴芯上设有多个所述径向通孔，所述径向通孔沿周向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于：所述轴向通孔的尾部设有第一喇叭口。
4.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于：所述径向通孔的尾部设有第二喇叭口。
5.根据权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于：所述散热气道包括出气道，所述出气道包括设在所述机体上的径向出气孔，所述径向出气孔位于所述止推飞盘的径向外侧。
6.根据权利要求5所述的离心式压缩机，其特征在于：还包括间隙部件，至少部分所述间隙部件支撑在止推飞盘前后两侧的止推轴承之间。
7.根据权利要求6所述的离心式压缩机，其特征在于：所述间隙部件上设有径向出气槽。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Tang Lijun

Inventor after: Zhang Hu

Inventor after: Xiong Wanli

Inventor after: Chen Zhenyu

Inventor after: Xue Jian

Inventor after: Tang Xiuqing

Inventor before: Zhang Hu

Inventor before: Xiong Wanli

Inventor before: Chen Zhenyu

Inventor before: Xue Jian

Inventor before: Tang Xiuqing

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
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