CN111478497B - 两级串联离心式气体压缩机及其电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两级串联离心式气体压缩机及其电机，包括壳体、定子总成、转子系统、支撑系统及气冷系统；转子系统包括转子轴及推力盘；支撑系统包括第一推力轴承、第二推力轴承及径向轴承；壳体内具有推力轴承座、第一径向轴承座及第二径向轴承座，推力轴承座与第一径向轴承座之间形成安装第一及第二推力轴承的安装腔；第一与第二径向轴承座分别与两个径向轴承对应设置；气冷系统的外部冷却空气通路包括依次连接的空冷流道、推力轴承座与第一推力轴承之间的第一间隙流道、第二推力轴承与第一径向轴承座之间的第二间隙流道、电机内部的空腔流道、定子总成与转子系统的第三间隙流道及排出口；空冷流道设置于壳体上。上述电机，提高冷却效果。

Description

两级串联离心式气体压缩机及其电机

技术领域

本发明涉及压缩设备技术领域，特别涉及一种两级串联离心式气体压缩机及其电机。

背景技术

离心压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的流体机械，广泛应用于工业生产和设备制备过程，如制冷系统、燃料电池发动机、废水处理站、工厂气站以及实验室供气等应用场景。压缩机从压气机进气口吸入低温低压气体，通过电机运转带压气装置对气体进行压缩后，向出气口排出高温高压气体。

常见的离心压缩机分为单级和双级。双级可由两个单级压气机串联，用于提高压缩的气压比。近年来市场上出现了采用高速电机直接驱动的单级和双级压缩机。电机的转子由启动轴承支撑，整个压缩机结构简单，轻量化效果较好。

但是，电机在运行过程中会产生大量热量，使得电机内部的部件升温，影响使用寿命及运行可靠性。其中，主要升温部件包括电机的转子及轴承。

因此，如何提高冷却效果，确保使用寿命及运行可靠性，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电机，以提高冷却效果，确保使用寿命及运行可靠性。本发明还提供了一种两级串联离心式气体压缩机。

一种电机，包括壳体、定子总成、转子系统、支撑系统及气冷系统；

所述转子系统包括转子轴及位于所述转子轴上的推力盘；

所述支撑系统包括设置于所述推力盘的外侧的第一推力轴承、设置于所述推力盘的内侧的第二推力轴承及分别设置于所述转子轴的两端的径向轴承；

所述壳体内具有推力轴承座、第一径向轴承座及第二径向轴承座，所述推力轴承座与所述第一径向轴承座之间形成安装所述第一推力轴承及所述第二推力轴承的安装腔；所述第一径向轴承座与所述第二径向轴承座分别与两个所述径向轴承对应设置；

所述气冷系统的外部冷却空气通路包括依次连接的空冷流道、所述推力轴承座与所述第一推力轴承之间的第一间隙流道、所述第二推力轴承与所述第一径向轴承座之间的第二间隙流道、所述电机内部的空腔流道、所述定子总成与所述转子系统的第三间隙流道及排出口；

所述空冷流道设置于所述壳体上。

可选地，上述电机中，所述推力轴承座、所述第一径向轴承座及所述第二径向轴承座可拆装地设置于所述壳体内；

所述第一径向轴承座及所述第二径向轴承座上均具有定位止口，所述壳体内具有与所述定位止口相配合的定位结构；所述壳体与所述第一径向轴承座及所述第二径向轴承座通过连接件连接；

所述推力轴承座与所述第一径向轴承座通过连接件连接。

可选地，上述电机中，所述径向轴承具有固定端；

所述第一径向轴承座及所述第二径向轴承座具有轴向阶梯槽，所述固定端上设有轴向挡肩，所述轴向挡肩与所述轴向阶梯槽配合周向固定所述径向轴承，所述固定端通过螺钉轴向固定所述径向轴承。

可选地，上述电机中，所述第一径向轴承座上设置有第一开孔通道，所述第一开孔通道连通所述第二间隙流道与所述空腔流道；

和/或，所述第二径向轴承座上设置有第二开孔通道，所述第二开孔通道连通所述第三间隙流道与所述排出口。

可选地，上述电机中，所述第一径向轴承座上的所述径向轴承的内圈及其外圈之间的间隙为第一连通间隙，所述第一连通间隙连通所述第二间隙流道与所述空腔流道；

和/或，所述第二径向轴承座上的所述径向轴承的内圈及其外圈之间的间隙为第二连通间隙，所述第二连通间隙连通所述第三间隙流道与所述排出口。

可选地，上述电机中，还包括水冷系统，所述水冷系统的水冷通道设置于所述壳体内；所述水冷通道采用一体式压铸成型的方式加工于所述壳体内。

可选地，上述电机中，所述转子系统包括非导磁钢套、磁钢、第一芯轴及第二芯轴；

所述推力盘位于所述第一芯轴上，所述第一芯轴与所述推力盘为一体式结构；

所述第一芯轴及所述第二芯轴通过所述非导磁钢套连接，所述磁钢设置于所述非导磁钢套内；

所述非导磁钢套与所述径向轴承间隙配合。

可选地，上述电机中，所述第一推力轴承、所述第二推力轴承及所述径向轴承为气体动压轴承。

本发明还提供了一种两级串联离心式气体压缩机，包括电机、一级压气机及二级压气机，所述电机为如上述任一项所述的电机；所述一级压气机包括一级压气机叶轮及一级蜗壳，所述二级压气机包括二级压气机叶轮及二级蜗壳；

所述一级压气机叶轮及所述二级压气机叶轮固定于所述转子系统的转子轴上；所述一级蜗壳与所述电机的壳体的一端连接，所述二级蜗壳与所述电机的壳体的另一端连接；

所述一级蜗壳与所述壳体之间设置有第一密封盘，所述二级蜗壳与所述壳体之间设置有第二密封板。

可选地，上述两级串联离心式气体压缩机中，所述第一密封盘与所述推力轴承座之间具有一级间隙流道，所述一级间隙流道连通所述空冷流道与所述第一间隙流道；

和/或，所述第二密封板与所述第二径向轴承座之间具有二级间隙流道，所述二级间隙流道连通所述第三间隙流道及所述排出口。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的电机中，推力轴承座与第一径向轴承座之间形成安装第一推力轴承及第二推力轴承的安装腔，因此，推力轴承座与第一径向轴承座为一个组合结构，在安装过程中，将第二推力轴承、推力盘、第一推力轴承安装于第一径向轴承座与推力轴承座之间，通过推力轴承座与第一径向轴承座的连接形成安装腔，确保了第一推力轴承及第二推力轴承与推力盘的有效接触，进而确保了转子系统在壳体内的轴向定位效果；转子系统的转子轴在穿过第一径向轴承座及第二径向轴承座时，转子轴的外表面与径向轴承的内表面配合接触，确保了转子系统在壳体内的径向定位效果。冷却空气由空冷流道进入并依此经过第一间隙流道、第二间隙流道、空腔流道、第三间隙流道及排出口，从而使得冷却空气带走第一推力轴承、第二推力轴承、径向轴承及转子系统的热量，有效提高了冷却效果，确保了使用寿命，进而确保了电机的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的两级串联离心式气体压缩机的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种电机，以提高冷却效果，确保使用寿命及运行可靠性。本发明还提供了一种两级串联离心式气体压缩机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供了一种电机，包括壳体7、定子总成8、转子系统9、支撑系统及气冷系统；转子系统9包括转子轴及位于转子轴上的推力盘95。支撑系统包括设置于推力盘95的外侧的第一推力轴承17、设置于推力盘95的内侧的第二推力轴承16及分别设置于转子轴的两端的径向轴承15；可以理解的是，径向轴承15的数量有两个，一个径向轴承15设置于转子轴的一端，另一个径向轴承15设置于转子轴的另一端。壳体7内具有推力轴承座4、第一径向轴承座6及第二径向轴承座10，推力轴承座4与第一径向轴承座6之间形成安装第一推力轴承17及第二推力轴承16的安装腔；第一径向轴承座6与第二径向轴承座10分别与两个径向轴承15对应设置；即，推力轴承座4与第一径向轴承座6为一个组合结构，位于转子轴的一端；第二推力轴承16位于转子轴的另一端。其中，气冷系统的外部冷却空气通路包括依次连接的空冷流道5、推力轴承座4与第一推力轴承17之间的第一间隙流道、第二推力轴承16与第一径向轴承座6之间的第二间隙流道、电机内部的空腔流道、定子总成8与转子系统9的第三间隙流道及排出口50；空冷流道5设置于壳体7上。

本发明实施例提供的电机中，推力轴承座4与第一径向轴承座6之间形成安装第一推力轴承17及第二推力轴承16的安装腔，因此，推力轴承座4与第一径向轴承座6为一个组合结构，在安装过程中，将第二推力轴承16、推力盘95、第一推力轴承17安装于第一径向轴承座6与推力轴承座4之间，通过推力轴承座4与第一径向轴承座6的连接形成安装腔，确保了第一推力轴承17及第二推力轴承16与推力盘95的有效接触，进而确保了转子系统9在壳体7内的轴向定位效果；转子系统9的转子轴在穿过第一径向轴承座6及第二径向轴承座10时，转子轴的外表面与径向轴承15的内表面配合接触，确保了转子系统9在壳体7内的径向定位效果。冷却空气由空冷流道5进入并依此经过第一间隙流道、第二间隙流道、空腔流道、第三间隙流道及排出口50，从而使得冷却空气带走第一推力轴承17、第二推力轴承16、径向轴承15及转子系统9的热量，有效提高了冷却效果，确保了使用寿命，进而确保了电机的运行可靠性。

可以理解的是，第一推力轴承17位于推力盘95朝向推力轴承座4的一侧，第二推力轴承16位于推力盘95朝向第一径向轴承座6的一侧。

其中，推力轴承座4、第一径向轴承座6、第二推力轴承16及壳体7为分体形式，使得加工制造和装配工艺简单，且便于分拆维修

本实施例中，推力轴承座4朝向第一径向轴承座6的一面为凹槽结构，推力轴承座4的外边缘与第一径向轴承座6接触并连接，推力轴承座4中间具有套设于转子轴上的通孔，该通孔与转子轴之间存在间隙，冷却空气经过空冷流道5后由通孔与转子轴之间的间隙进入第一间隙流道。

优选地，电机优选为永磁同步电机，当然，也可以采用其他类型的电机，在此不做具体限定。

本实施例中，推力轴承座4、第一径向轴承座6及第二径向轴承座10可拆装地设置于壳体7内。即，轴承座和壳体7是分体形式，加工制造和装配工艺简单，且便于分拆维修。通过上述设置，方便了将轴承座与壳体7单独加工。

当然，也可以仅将第二径向轴承座10与壳体7一体成型制造；或者，仅将第一径向轴承座6与壳体7一体成型制造；或者，仅将推力轴承座4与壳体7一体成型制造。由于需要在推力轴承座4与第一径向轴承座6之间安装第一推力轴承17、第二推力轴承16及推力盘95，因此，推力轴承座4与第一径向轴承座6至多有一个为与壳体7可拆卸连接的轴承座。

可以理解的是，定子总成8固定于壳体7内。其中，可以在定子总成8的定子上设置紧固挡肩，壳体7的内壁上具有与紧固挡肩配合的阶梯结构。本实施例中，壳体7的内部可以为筒状结构，其内壁设置有阶梯结构，以实现部件(定子及轴承座)的定位。

为了提高定位效果，第一径向轴承座6及第二径向轴承座10上均具有定位止口，壳体7内具有与定位止口相配合的定位结构；壳体7与第一径向轴承座6及第二径向轴承座10通过连接件连接；推力轴承座4与第一径向轴承座6通过连接件连接。通过上述设置，方便了安装。其中，上述连接件可以为螺栓或连接销等部件。由于推力轴承座4与第一径向轴承座6通过连接件连接，确保了安装腔的结构稳定性，进一步确保了第一推力轴承17及第二推力轴承16与推力盘95的有效接触，从而提高了转子系统9在壳体7内的轴向定位效果。也可以将第一径向轴承座6、第二径向轴承座10及推力轴承座4均直接通过连接件固定于壳体7内，在此不再详细说明且均在保护范围之内。

进一步地，径向轴承15具有固定端；第一径向轴承座6及第二径向轴承座10具有轴向阶梯槽，固定端上设有轴向挡肩，轴向挡肩与轴向阶梯槽配合周向固定径向轴承15。并且，固定端通过螺钉轴向固定径向轴承15。通过上述设置，对径向轴承15进行周向及轴向定位，提高了结构稳定性。可以理解的是，上述轴向挡肩可以为设置于径向轴承15的外圈的端面或外表面的定位凸起，轴向阶梯槽与定位凸起凹凸配合，实现外圈的止转作用，进而实现周向定位。

为了便于加工，转子轴与推力盘95为一体式结构。可以在车床车削转子轴时一体加工推力盘95。

进一步地，第一径向轴承座6上设置有第一开孔通道61，第一开孔通道61连通第二间隙流道与空腔流道。通过上述设置，使得冷却空气经过空冷流道5、第一间隙流道及第二间隙流道后，由第一开孔通道61穿过第一径向轴承座6后进入电机内部。在冷却空气经过第一开孔通道61的过程中，带走第一径向轴承座6的热量，从而间接对第一径向轴承座6上安装的径向轴承15进行降温。

为了提高散热效果，可以将第一开孔通道61设置多个。并且，第一开孔通道61靠近第一径向轴承座6安装径向轴承15的部位。

进一步地，第二径向轴承座10上设置有第二开孔通道101，第二开孔通道101连通第三间隙流道与排出口50。即，冷却空气带走转子系统9的热量后，由第二开孔通道101穿过第二径向轴承座10并由排出口50排出。在冷却空气经过第二开孔通道101的过程中，带走第二径向轴承座10的热量，从而间接对第二径向轴承座10上安装的径向轴承15进行降温。

排出口50可以仅为第二开孔通道101的外侧端口，也可以为设置于第二密封板11或壳体7上的开口结构。

也可以使得冷却空气直接经过径向轴承15，从而直接对径向轴承15进行降温。径向轴承15的内圈及其外圈之间具有可供冷却气体通过的间隙。因此，在另一种实施例中，第一径向轴承座6上的径向轴承15的内圈及其外圈之间的间隙为第一连通间隙，第二间隙流道与空腔流道通过第一连通间隙连通。并且，第二径向轴承座10上的径向轴承15的内圈及其外圈之间的间隙为第二连通间隙，第三间隙流道与排出口通过第二连通间隙连通。通过上述设置，以便于直接对径向轴承15进行降温，提高冷却效果。

本发明实施例提供的电机中，还包括水冷系统；水冷系统的水冷通道70设置于壳体7内。冷却液体流经水冷通道70，冷却液体通过与定子和壳体7的热交换带走热量。在此不对水冷通道70的结构做具体限定。水冷通道70的冷却液进出口也均设置于壳体7上。

水冷通道70采用一体式压铸成型的方式加工于壳体7内。即，壳体7采用一体铸造的形式，直接加工出水冷通道70，工艺简单，经济性好。

如图1所示，转子系统9包括非导磁钢套92、磁钢91、第一芯轴90及第二芯轴93。其中，推力盘95位于第一芯轴90上；第一芯轴90及第二芯轴93通过非导磁钢套92连接，磁钢91设置于非导磁钢套92上。本实施例中，由于磁钢91、第一芯轴90及第二芯轴93套设于非导磁钢套92内，因此，非导磁钢套92、磁钢91、第一芯轴90及第二芯轴93组合形成转子轴。本实施例中，第一芯轴90与推力盘95为一体式结构。

其中，磁钢91、第一芯轴90及第二芯轴93通过过盈联结的方式安装在非导磁钢套92内。当然，也可以采用连接件连接。

为了方便装配，非导磁钢套92与径向轴承15间隙配合。即，非导磁钢套92的外径略小于径向轴承15的内径。在装配过程中，两个径向轴承15在转子系统9装配完成后可以直接安装在非导磁钢套92上。

本实施例中，上述径向轴承15、第一推力轴承17及第二推力轴承16优选为气体动压轴承，轴承无需润滑油润滑，实现无油。

本发明实施例还提供了一种两级串联离心式气体压缩机，包括电机、一级压气机及二级压气机，电机为如上述任一种电机。由于上述电机具有上述技术效果，具有上述电机的两级串联离心式气体压缩机也应具有同样地技术效果，在此不再一一累述。

一级压气机包括一级压气机叶轮2及一级蜗壳1，二级压气机包括二级压气机叶轮13及二级蜗壳12。其中，一级压气机叶轮2及二级压气机叶轮13固定于转子系统9的转子轴上。

为了方便安装固定，转子轴上设置紧固装置，压气机叶轮(一级压气机叶轮2及二级压气机叶轮13)通过紧固装置固定于转子轴上。一级蜗壳1与电机的壳体7的一端连接，二级蜗壳12与电机的壳体7的另一端连接。

优选地，蜗壳(一级蜗壳1及二级蜗壳12)通过螺栓紧固与壳体7连接。

一级蜗壳1与壳体7之间设置有第一密封盘3，二级蜗壳12与壳体7之间设置有第二密封板11。通过设置第一密封盘3及第二密封板11，进一步确保了电机的运行稳定性。

一级蜗壳1及二级蜗壳12通过连接管道14连接，以便于经过一级压气机增压的气体进入二级压气机。

两级串联离心式气体压缩机还包括电机的驱动控制器。

为了提高对一级压气机的降温作用，第一密封盘3与推力轴承座4之间具有一级间隙流道，一级间隙流道连通空冷流道5与第一间隙流道。即，冷却空气由空冷流道5进入一级间隙流道，与第一密封盘3发生热交换，间接对一级压气机的部件进行降温，然后进入第一间隙流道。

同上，为了提高对二级压气机的降温作用，第二密封板11与第二径向轴承座10之间具有二级间隙流道，二级间隙流道连通第三间隙流道及排出口50。冷却空气由第三间隙流道(并经过第二开孔通道101)进入二级间隙流道，与第二密封板11发生热交换，间接对二级压气机的部件进行降温，然后经过排出口50排出。

以上对本发明提供的两级串联离心式气体压缩机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种两级串联离心式气体压缩机，包括电机、一级压气机及二级压气机，其特征在于，

所述电机包括壳体(7)、定子总成(8)、转子系统(9)、支撑系统及气冷系统；

所述转子系统(9)包括转子轴及位于所述转子轴上的推力盘(95)；

所述支撑系统包括设置于所述推力盘(95)的外侧的第一推力轴承(17)、设置于所述推力盘(95)的内侧的第二推力轴承(16)及分别设置于所述转子轴的两端的径向轴承(15)；

所述壳体(7)内具有推力轴承座(4)、第一径向轴承座(6)及第二径向轴承座(10)，所述推力轴承座(4)与所述第一径向轴承座(6)之间形成安装所述第一推力轴承(17)及所述第二推力轴承(16)的安装腔；所述第一径向轴承座(6)与所述第二径向轴承座(10)分别与两个所述径向轴承(15)对应设置；

所述气冷系统的外部冷却空气通路包括依次连接的空冷流道(5)、所述推力轴承座(4)与所述第一推力轴承(17)之间的第一间隙流道、所述第二推力轴承(16)与所述第一径向轴承座(6)之间的第二间隙流道、所述电机内部的空腔流道、所述定子总成(8)与所述转子系统(9)的第三间隙流道及排出口(50)；

所述空冷流道(5)设置于所述壳体(7)上；

所述一级压气机包括一级压气机叶轮(2)及一级蜗壳(1)，所述二级压气机包括二级压气机叶轮(13)及二级蜗壳(12)；

所述一级压气机叶轮(2)及所述二级压气机叶轮(13)固定于所述转子系统(9)的转子轴上；所述一级蜗壳(1)与所述电机的壳体(7)的一端连接，所述二级蜗壳(12)与所述电机的壳体(7)的另一端连接；

所述一级蜗壳(1)与所述壳体(7)之间设置有第一密封盘(3)，所述二级蜗壳(12)与所述壳体(7)之间设置有第二密封板(11)；

所述第一密封盘(3)与所述推力轴承座(4)之间具有一级间隙流道，所述一级间隙流道连通所述空冷流道(5)与所述第一间隙流道。

2.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述推力轴承座(4)、第一径向轴承座(6)及第二径向轴承座(10)可拆装地设置于所述壳体(7)内；

所述第一径向轴承座(6)及所述第二径向轴承座(10)上均具有定位止口，所述壳体(7)内具有与所述定位止口相配合的定位结构；所述壳体(7)与所述第一径向轴承座(6)及所述第二径向轴承座(10)通过连接件连接；

所述推力轴承座(4)与所述第一径向轴承座(6)通过连接件连接。

3.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述径向轴承(15)具有固定端；

所述第一径向轴承座(6)及所述第二径向轴承座(10)具有轴向阶梯槽，所述固定端上设有轴向挡肩，所述轴向挡肩与所述轴向阶梯槽配合周向固定所述径向轴承(15)，所述固定端通过螺钉轴向固定所述径向轴承(15)。

4.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述第一径向轴承座(6)上设置有第一开孔通道(61)，所述第一开孔通道(61)连通所述第二间隙流道与所述空腔流道；

和/或，所述第二径向轴承座(10)上设置有第二开孔通道(101)，所述第二开孔通道(101)连通所述第三间隙流道与所述排出口(50)。

5.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述第一径向轴承座(6)上的所述径向轴承(15)的内圈及其外圈之间的间隙为第一连通间隙，所述第一连通间隙连通所述第二间隙流道与所述空腔流道；

和/或，所述第二径向轴承座(10)上的所述径向轴承(15)的内圈及其外圈之间的间隙为第二连通间隙，所述第二连通间隙连通所述第三间隙流道与所述排出口(50)。

6.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，还包括水冷系统，所述水冷系统的水冷通道(70)设置于所述壳体(7)内；所述水冷通道(70)采用一体式压铸成型的方式加工于所述壳体(7)内。

7.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述转子系统(9)包括非导磁钢套(92)、磁钢(91)、第一芯轴(90)及第二芯轴(93)；

所述推力盘(95)位于所述第一芯轴(90)上，所述第一芯轴(90)与所述推力盘(95)为一体式结构；

所述第一芯轴(90)及所述第二芯轴(93)通过所述非导磁钢套(92)连接，所述磁钢(91)设置于所述非导磁钢套(92)内；

所述非导磁钢套(92)与所述径向轴承(15)间隙配合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述第一推力轴承(17)、所述第二推力轴承(16)及所述径向轴承(15)为气体动压轴承。

9.根据权利要求1所述的两级串联离心式气体压缩机，其特征在于，所述第二密封板(11)与所述第二径向轴承座(10)之间具有二级间隙流道，所述二级间隙流道连通所述第三间隙流道及所述排出口(50)。

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