CN111486105B - 一种离心式压缩机和热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于压缩机领域，公开了一种离心式压缩机和热泵系统，其中，离心式压缩机包括壳体、叶轮和位于壳体内的电机转子，所述电机转子的一侧设有止推盘，所述电机转子通过径向动压气体轴承支撑，所述止推盘的两侧设有轴向动压气体轴承，所述离心式压缩机设有压缩气体通路，所述压缩气体通路与所述的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的供气孔连通。本发明提供的离心式压缩机的轴承均为以冷媒作为润滑剂的动压气体轴承，无需复杂的外接气源，简化了离心式压缩机的运转程序。

Description

一种离心式压缩机和热泵系统

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种离心式压缩机和热泵系统。

背景技术

离心式压缩机是热泵系统的重要组成部件。离心式压缩机的轴承包括油润滑轴承、磁悬浮轴承、动压气体轴承和静压气体轴承等。

其中，前述的动压气体轴承在运转过程中，需要为动压气体轴承提供复杂的供气元件，增加了离心式压缩机的内部构件，同时增加了离心式压缩机运转的程序，使得动压气体轴承的离心式压缩机的工作过程十分复杂。

发明内容

本发明实施例提供了一种离心式压缩机和热泵系统，以解决现有技术中动压轴承的离心式压缩机运转复杂的技术问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种离心式压缩机。

在一些可选实施例中，所述离心式压缩机包括壳体、叶轮和位于壳体内的电机转子，所述电机转子的一侧设有止推盘，所述电机转子通过径向动压气体轴承支撑，所述止推盘的两侧设有轴向动压气体轴承，所述离心式压缩机设有压缩气体通路，所述压缩气体通路与所述的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的供气孔连通。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述离心式压缩机至少包括位于所述离心式压缩机一端的第一叶轮与第一蜗室，和，位于所述离心式压缩机另一端的第二叶轮和第二蜗室，所述压缩气体通路连通所述第一蜗室和第二叶轮。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述离心式压缩机的电机内部设有冷却气体通路，所述径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的轴承座上均开设有通气孔，所述通气孔与所述冷却气体通路连通。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述冷却气体通路通过第一进气口和第一出气口与所述的压缩气体通路连通。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述第一进气口处设有第一电磁阀，和/或，所述第一出气口处设有第二电磁阀。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述的第一进气口处设有第一单向阀，和/或，所述的第一出气口处设有第二单向阀。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，所述第一进气口和第一出气口分别位于所述冷却气体通路的两端。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述径向动压气体轴承至少包括位于所述电机转子一端的第一径向动压气体轴承，和，位于所述电机转子另一端的第二径向动压气体轴承。

在一些可选实施例中，前述的离心式压缩机，其中所述离心式压缩机的电机为永磁电机。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种热泵系统。

在一些可选实施例中，所述系统包括前述任一项所述的离心式压缩机。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供了一种无油化和高速化的离心式压缩机。本发明实施例提供的离心式压缩机的轴承均为以气体作为润滑剂的动压气体轴承，实现了无油化；且，轴承的转速不受润滑剂的限制，实现了高速化，同时，在高转速时轴承及增速系统功耗小，提升了离心式制冷压缩机的效率。与现有的磁悬浮式压缩机相比，本发明实施例提供的以气体轴承作为电子转子的支撑部件，降低了离心式压缩机的成本。

与现有的动压轴承的离心式压缩机相比，本发明实施例提供的以动压气体轴承作为支撑的离心式压缩机，压缩气体通路与动压气体轴承的供气孔连通，采用压缩气体通路中的冷媒作为动压气体轴承的气源，无需额外复杂的供气系统，简化了离心式压缩机的运作程序。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种离心式压缩机的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种离心式压缩机内冷却气体通路的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种离心式压缩机内第一径向动压气体轴承的气流回路。

图4是根据一示例性实施例示出的一种离心式压缩机内第二径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的气流回路。

11第一叶轮，12第二叶轮，21第一蜗壳，22第二蜗壳，31第一径向动压气体轴承，32第二径向动压气体轴承，4轴向动压气体轴承，5电机转子，6止推盘，71冷却气体通路的第一进气口，72冷却气体通路的第一出气口，81冷却气体通路，82冷却气体通路。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

本发明实施例提供了一种离心式压缩机，如图1所示，包括壳体、叶轮和位于壳体内的电机转子5，所述电机转子5的一侧设有止推盘6，所述电机转子通过径向动压气体轴承支撑，所述止推盘的两侧设有轴向动压气体轴承4，所述离心式压缩机设有压缩气体通路(图中未标出)，所述压缩气体通路与所述的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的供气孔连通。

现有的离心式压缩机多采用油润滑轴承，转速受到限制，且在高转速时，油润滑轴承及增速系统的功耗很大；同时，由于油的存在，对压缩机及系统的能效产生不利影响。本发明实施例提供的离心式压缩机，电机转子通过径向动压气体轴承支撑，电机转子的止推盘两侧设有轴向动压气体轴承，以气体轴承代替现有的油润滑轴承，转速不受限制，可达到更高转速；本发明实施例采用的气体轴承的能耗更低，同时降低了增速系统的能耗；且，采用气体润滑代替油润滑，不会对压缩机所在的系统产生影响。与现有的磁悬浮式压缩机相比，本发明实施例提供的以气体轴承作为电子转子的支撑部件，降低了离心式压缩机的成本。

现有技术中动压轴承的供气系统复杂。本发明实施例提供的离心式压缩机采用动压气体轴承，离心式压缩机的压缩气体通路与径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的供气孔连通，以压缩气体通路中的气体作为气源，无需额外复杂的供气系统，简化了离心式压缩机的运转流程。

前述的气体轴承，又叫空气轴承，本发明实施例中所述的气体轴承对其气体润滑剂的种类不作具体限制，例如，可以是离心式制冷压缩机压缩后的冷媒气体。

前述的“压缩气体通路与所述的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的供气孔连通”，可以理解为，压缩气体通路与所述的径向动压气体轴承的供气孔连通，同时，压缩气体通路与所述的轴向动压气体轴承的供气孔连通。进一步的，本发明实施例中，径向动压气体轴承的供气孔与轴向动压气体轴承的供气孔可通过某一管路连通，因此，所述压缩气体通路可通过同一连接部分同时与径向动压气体轴承和轴动压气体轴承的供气孔连通。

为了进一步提高气体轴承的支撑性和耐磨性，前述的径向动压气体轴承的结构可以包括：轴承座，上箔片，以及位于轴承座与上箔片之间的缓冲箔片，缓冲箔片可以呈波浪形，提高了径向动压气体轴承的支撑性能。进一步的，定义上箔片靠近缓冲箔片的一侧为第一表面，靠近转子的一侧为第二表面，在径向动压气体轴承的上箔片的第二表面涂覆有一层或多层聚四氟乙烯，提高了本实施例径向动压气体轴承的耐摩擦性能。

类似的，前述的轴向动压气体轴承的结构也可以包括：轴承座，上箔片，以及位于轴承座与上箔片之间的缓冲箔片，缓冲箔片可以呈波浪形，提高了轴向动压气体轴承的支撑性能。进一步的，定义上箔片的靠近缓冲箔片的一侧为第一表面，靠近止推盘的一侧为第二表面，在轴向动压气体轴承的上箔片的第二表面涂覆有一层或多层聚四氟乙烯，提高了本实施例轴向动压气体轴承的耐摩擦性能。

如图1所示，本发明实施例提供的离心式压缩机中，所述离心式压缩机至少包括位于所述离心式压缩机一端的第一叶轮11与第一蜗室21，和，位于所述离心式压缩机另一端的第二叶轮12和第二蜗室22，所述压缩气体通路连通所述第一蜗室21和第二叶轮12。

该压缩气体通路可将第一叶轮压缩后进入第一蜗室的冷媒气体转向第二叶轮，为两个叶轮的协作提供连接。例如，待压缩的气体先经第一叶轮进行一级压缩后，进入第一蜗室，再通过压缩气体管道将第一蜗室的气体通入二级叶轮，进行二级压缩，提高了气体的压缩效果。

如图2所示，本发明实施例提供的离心式压缩机的电机内部设有冷却气体通路81、82，所述径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的轴承座上均开设有通气孔，所述通气孔与所述冷却气体通路连通。需要说明的是，81和82分别显示冷却气体通路的两个部分，而非有两个冷却气体通路。

径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的轴承座上均开设有与冷却气体通路连通的通气孔，形成径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的工作环境，同时，动压气体轴承运转产生的气体可通过其轴承座上的通气孔进入电机内部的冷却气体通路，为电机内部降温，省去了原有的外接冷却水降温，简化了离心式压缩机的结构和电机冷却过程。本实施例对径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的轴承座上通气孔的数量不作具体限制，例如，可以是一个，也可以是多个。

如图1所示，本发明实施例提供的离心式压缩机的冷却气体通路通过第一进气口71和第一出气口72与压缩气体通路连通。

此处的冷却气体通路可以是连接所述的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的管路，为轴承供气。冷却气体通路通过第一进气口与所述的压缩气体通路连通，将压缩气体通路内的部分气体通入冷却气体通路，进而为冷却气体通路内的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承提供气源。为了控制第一进气口处气体的流量，可以在第一进气口处设置第一电磁阀，为了控制第一进气口处气体的从压缩气体通路流向冷却气体通路，可以在第一进气口处设置第一单向阀；冷却气体通路同时通过第一出气口与所述的压缩气体通路连通，将冷却气体通路内的气体通入压缩气体通路，实现冷却循环。为了控制第一出气口处气体的流量，更好的保证冷却效果，可以在第一出气口处设置第二电磁阀，为了控制第一出气口处气体从冷却气体通路流向压缩气体通路，可以在第一出气口处设置第二单向阀。

本发明实施例提供的离心式压缩机，所述第一进气口和第一出气口分别位于所述冷却气体通路的两端。

压缩气体通路内的部分气体经过第一进气口进入冷却气体通路，为径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承提供气源，径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的轴承座上的通气孔，将气体轴承运转后的气体作为冷却气体通入冷却气体通路，实现电机的冷却。为了使更好的发挥冷却效果，将第一进气口和第一出气口分别位于冷却气体通路的两端，这样，可以使冷却气体充满冷却气体通路，更好的发挥冷却效果。

进一步的，为了更好的利用压缩气体通路内的冷媒，所述的第一进气口位于靠近第一叶轮的一端，所述的第一出气口位于靠近第二叶轮的一端。

如图1所示，本发明实施例提供的离心式压缩机中，所述径向动压气体轴承至少包括位于所述电机转子一端的第一径向动压气体轴承31，和，位于所述电机转子另一端的第二径向动压气体轴承32。

电机转子的两端均有一个动压气体轴承，进一步提高了电机运转的稳定性。

本发明实施例提供的离心式压缩机的叶轮背部设有轴套。

叶轮背部的轴套可调节叶轮与转子之间的距离，使得叶轮在设定位置转动，提高叶轮转动的稳定性。进一步的，本发明对轴套的大小、厚度等不作具体限定，所述轴套的大小、厚度等可根据需要进行调整，从而减小了压缩机轴向力的数值，使压缩机的运行更加稳定。轴套的材质可以是单种金属，也可以是合金，也可以是经过特定处理的金属，例如，经过氮化处理的氮化钢。

本发明另一实施例提供的离心式压缩机的电机为永磁电机。

高速永磁同步电机，可直接驱动叶轮实现压缩机的压缩过程，取消了传统离心压缩机齿轮增速装置，有效减小了压缩机的机械损失，同时可以有效提升离心式剂压缩机的效率。

本发明另一实施例提供的离心式压缩机为离心式制冷压缩机。

本发明实施例提供的离心式制冷压缩机，冷媒经第一叶轮进行一级压缩后，进入第一蜗室，然后进入压缩气体通路，通过压缩气体通路进入第二叶轮。前述的压缩气体通路中的部分冷媒通过第一进气口进入冷却气体通路，为第一径向动压气体轴承、第二径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承提供气源，本发明实施例提供的离心式制冷压缩机，采用第一叶轮压缩后的冷媒作为动压气体轴承的气源，无需额外的供气系统，简化了离心式制冷压缩机的结构，使压缩机内部的其他部件更加紧凑。

如图3和图4所示，第一径向动压气体轴承31运转产生的第一冷媒气流通过第一径向动压气体轴承上的第一通气孔进入冷却气体通路，第二径向动压气体轴承32运转产生的第二冷媒气流通过第二径向动压气体轴承上的第二通气孔进入冷却气体通路，轴向动压气体轴承4运转产生的第三冷媒气流通过轴向动压气体轴承上的第三通气孔进入冷却气体通路，第一冷媒气流、第二冷媒气流和第三冷媒气流在冷却气体通路中流动，对电机进行冷却。本发明实施例提供的离心式压缩机采用第一叶轮压缩后的冷媒对电机进行冷却，无需冷却水，进一步简化了离心式制冷压缩机的结构。

冷却气体通路中的第一冷媒气流、第二冷媒气流和第三冷媒气流从冷却气体通路的第一出气口排出，并进入压缩气体通路，与其他冷媒一起通过第二叶轮进行二级压缩，实现了冷媒的循环利用。

本发明实施例同时提供了一种包含有前述离心式压缩机的热泵系统。

本发明实施例提供的热泵系统，采用前述中所述的离心式压缩机，以气体轴承作为支撑部件，实现了无油化，有效克服了润滑油对热泵系统的能效带来不利影响的问题，同时，离心式压缩机的转速不受限制，降低了增速系统的功耗，提高了热泵系统的效率。且，无需外加的复杂供气系统，简化了热泵系统的运作程序。

本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种离心式压缩机，包括壳体、叶轮和位于壳体内的电机转子，其特征在于，

所述电机转子的一侧设有止推盘，所述电机转子通过径向动压气体轴承支撑，所述止推盘的两侧设有轴向动压气体轴承，所述径向动压气体轴承至少包括位于所述电机转子一端的第一径向动压气体轴承，和，位于所述电机转子另一端的第二径向动压气体轴承，

所述离心式压缩机设有压缩气体通路，所述压缩气体通路与所述的径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的供气孔连通，

所述离心式压缩机的电机内部设有冷却气体通路，所述径向动压气体轴承和轴向动压气体轴承的轴承座上均开设有通气孔，所述通气孔与所述冷却气体通路连通，所述冷却气体通路通过第一进气口和第一出气口与所述压缩气体通路连通，所述第一进气口和第一出气口分别位于所述冷却气体通路的两端，

第一径向动压气体轴承运转产生的第一冷媒气流通过第一径向动压气体轴承上的第一通气孔进入冷却气体通路，第二径向动压气体轴承运转产生的第二冷媒气流通过第二径向动压气体轴承上的第二通气孔进入冷却气体通路，轴向动压气体轴承运转产生的第三冷媒气流通过轴向动压气体轴承上的第三通气孔进入冷却气体通路，第一冷媒气流、第二冷媒气流和第三冷媒气流在冷却气体通路中流动，对电机进行冷却。

2.如权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，

所述离心式压缩机至少包括位于所述离心式压缩机一端的第一叶轮与第一蜗室，和，位于所述离心式压缩机另一端的第二叶轮和第二蜗室，

所述压缩气体通路连通所述第一蜗室和第二叶轮。

3.如权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，

所述第一进气口处设有第一电磁阀，

和/或，

所述第一出气口处设有第二电磁阀。

4.如权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，

所述第一进气口处设有第一单向阀，

和/或，

所述第一出气口处设有第二单向阀。

5.如权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于，

所述离心式压缩机的电机为永磁电机。

6.一种热泵系统，其特征在于，包含如权利要求1-5中任一项所述的离心式压缩机。

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