CN112780584A - 磁悬浮压缩机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种磁悬浮压缩机。该磁悬浮压缩机包括电机主轴(13)、第一叶轮(6)、回流器(4)和轴向位移传感器(7)，第一叶轮(6)安装在回流器(4)内，并且套设在电机主轴(13)外，轴向位移传感器(7)相对于回流器(4)固定设置，第一叶轮(6)朝向轴向位移传感器(7)的一侧具有轴向检测面(602)，轴向位移传感器(7)能够通过轴向检测面(602)检测第一叶轮(6)的轴向位移。根据本申请的磁悬浮压缩机，能够直接检测叶轮的轴向位置，提高系统的控制精度。

Description

磁悬浮压缩机

技术领域

本申请涉及空气压缩技术领域，具体涉及一种磁悬浮压缩机。

背景技术

压缩机的叶轮压比一般都比较高，这会使压缩机转子所受轴向力较大，为了减小推力轴承的载荷，一般都会在转子上设置平衡盘结构用于平衡掉一部分轴向力。对于磁悬浮压缩机来说，会同样出于减小轴向磁轴承载荷的考虑设置平衡盘，并且磁悬浮压缩机在控制叶轮位置时，一般都采用间接控制，通过控制轴向组件的某个零件如阻油套的位置进而控制叶轮位置。

现有技术中的磁悬浮离心压缩机结构包括回流器、二级叶轮、阻油套、阻油密封环、壳体、位移传感器、径向保护结构和电机主轴。二级叶轮及阻油套安装在电机主轴上，阻油套密封环固定在回流器上，位移传感器固定于机壳上。

压缩机采用阻油套平衡轴向力，通过位移传感器控制阻油套的轴向位置，进而控制二级叶轮的轴向位置，并且通过阻油套与阻油密封环形成梳齿结构，进而起到密封作用。当压缩机运行时，转子高速旋转带动二级叶轮以及阻油套一起高速旋转，通过阻油套及阻油密封环之间形成气膜，起到密封作用；轴向位移传感器检测阻油套的位置，前后轴向轴承控制根据阻油套位置信息控制止推盘位置，进而控制叶轮的位置。

然而，由于叶轮与阻油套之间有一定的轴向距离，当压缩机运行时，电机主轴会因为高温而发生伸长，导致二级叶轮和阻油套的相对位置发生变化，导致轴向传感器检测数据与叶轮的实际轴向位置数据会产生误差，从而影响系统的控制精度。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种磁悬浮压缩机，能够直接检测叶轮的轴向位置，提高系统的控制精度。

为了解决上述问题，本申请提供一种磁悬浮压缩机，包括电机主轴、第一叶轮、回流器和轴向位移传感器，第一叶轮安装在回流器内，并且套设在电机主轴外，轴向位移传感器相对于回流器固定设置，第一叶轮朝向轴向位移传感器的一侧具有轴向检测面，轴向位移传感器能够通过轴向检测面检测第一叶轮的轴向位移。

优选地，磁悬浮压缩机还包括壳体，电机主轴安装在壳体内，回流器与壳体之间固定连接，轴向位移传感器安装在回流器或者壳体上。

优选地，壳体或回流器固定安装有叶轮密封环，叶轮密封环上设置有安装槽，轴向位移传感器安装在安装槽内。

优选地，叶轮密封环与第一叶轮之间形成密封配合。

优选地，第一叶轮朝向轴向位移传感器的一侧设置有平衡圈，平衡圈沿着电机主轴的轴向延伸，平衡圈套设在叶轮密封环内，并与叶轮密封环之间密封配合。

优选地，叶轮密封环的内环面上设置有锯齿状结构，平衡圈与叶轮密封环之间间隙配合，平衡圈的外环壁与锯齿状结构之间形成气膜间隙。

优选地，第一叶轮朝向轴向位移传感器的背侧外径为R1，平衡圈的外径为R2，1/3≤R2/R1≤2/3。

优选地，电机主轴包括斜轴肩，第一叶轮的内环壁具有锥面段，锥面段与斜轴肩配合，限定第一叶轮相对于电机主轴的轴向位置。

优选地，电机主轴上固定安装有止推盘，壳体内固定安装有轴向磁悬浮轴承，轴向磁悬浮轴承设置在止推盘的两侧，并限定止推盘的轴向位置。

优选地，壳体的内壁上还设置有径向磁悬浮轴承。

本申请提供的磁悬浮压缩机，包括电机主轴、第一叶轮、回流器、轴向位移传感器和壳体，电机主轴安装在壳体内，回流器与壳体之间固定连接，第一叶轮安装在回流器内，并且套设在电机主轴外，轴向位移传感器相对于壳体固定设置，第一叶轮朝向轴向位移传感器的一侧具有轴向检测面，轴向位移传感器能够通过轴向检测面检测第一叶轮的轴向位移。该磁悬浮压缩机的轴向位移传感器分布在第一叶轮的背侧，并且通过检测第一叶轮背侧的轴向检测面的方式直接检测第一叶轮轴向位移，避免了压缩机运行过程中由于高温使得轴向组件伸长，导致叶轮的轴向位置检测不准确的问题，提高了系统的控制精度，减少了叶轮出气口与回流器进气口之间的能量损耗，提高了压缩机转化效率。

附图说明

图1为本申请实施例的磁悬浮压缩机的剖视结构图；

图2为本申请实施例的磁悬浮压缩机在叶轮密封环处的配合结构图；

图3为图2的C处的放大结构图；

图4为本申请实施例的磁悬浮压缩机的第一叶轮的受力示意图；

图5为本申请实施例的磁悬浮压缩机的第一叶轮的平衡原理示意图。

附图标记表示为：

1、第二叶轮；2、第二叶轮扩压器；3、一级扩压器；4、回流器；5、级间密封支撑套环；6、第一叶轮；7、轴向位移传感器；8、叶轮密封环；9、壳体；10、第一径向保护结构；11、第一径向磁悬浮轴承；12、电机定子；13、电机主轴；14、第二径向磁悬浮轴承；15、第二径向保护结构；16、第一轴向磁悬浮轴承；17、止推盘；18、第二轴向磁悬浮轴承；601、平衡圈；602、轴向检测面。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，磁悬浮压缩机包括电机主轴13、第一叶轮6、回流器4、轴向位移传感器7和壳体9，电机主轴13安装在壳体9内，回流器4与壳体9之间固定连接，第一叶轮6安装在回流器4内，并且套设在电机主轴13外，轴向位移传感器7相对于壳体9固定设置，第一叶轮6朝向轴向位移传感器7的一侧具有轴向检测面602，轴向位移传感器7能够通过轴向检测面602检测第一叶轮6的轴向位移。

该磁悬浮压缩机的轴向位移传感器7分布在第一叶轮6的背侧，并且通过检测第一叶轮6背侧的轴向检测面602的方式直接检测第一叶轮6的轴向位移，避免了压缩机运行过程中由于高温使得轴向组件伸长，导致叶轮的轴向位置检测不准确的问题，提高了系统的控制精度，减少了叶轮出气口与回流器进气口之间的能量损耗，提高了压缩机转化效率。上述的磁悬浮压缩机例如为磁悬浮离心压缩机。

轴向位移传感器7安装在回流器4或者壳体9上，从而能够使得轴向位移传感器7处于固定状态，不会随电机主轴13的伸长或者缩短发生变化，因此能够准确检测第一叶轮6的轴向位移。

壳体9或者回流器4固定安装有叶轮密封环8，叶轮密封环8上设置有安装槽，轴向位移传感器7安装在安装槽内。本实施例将轴向位移传感器7安装在叶轮密封环8上，使得轴向位移传感器7与叶轮密封环8之间能够形成一体结构，从而减小了压缩机的轴向尺寸，使得压缩机的整体结构更加紧凑。叶轮密封环8也可以同时与回流器4和壳体9固定连接。

轴向位移传感器7固定于叶轮密封环8上，连接方式包括但不限于螺钉、螺栓、销钉连接、过盈配合热装配、焊接、涂抹粘合剂等。在本实施例中，在叶轮密封环8朝向回流器4的一侧设置有安装槽，轴向位移传感器7设置在叶轮密封环8朝向回流器4的一侧，从而更加方便实现轴向位移传感器7的固定安装。

叶轮密封环8与第一叶轮6之间形成密封配合，可以通过叶轮密封环8与第一叶轮6之间的密封配合取代阻油套与叶轮密封环8之间的面覅鞥配合，从而能够取消阻油套，减少了零件数量，降低了转子组件的重量，因此能够提高压缩机的运行稳定性。

第一叶轮6朝向轴向位移传感器7的一侧设置有平衡圈601，平衡圈601沿着电机主轴13的轴向延伸，平衡圈601套设在叶轮密封环8内，并与叶轮密封环8之间密封配合。

叶轮密封环8的内环面上设置有锯齿状结构，平衡圈601与叶轮密封环8之间间隙配合，平衡圈601的外环壁与锯齿状结构之间形成气膜间隙。

叶轮密封环8的锯齿状结构不限于三角形锯齿状、矩形锯齿状等，能在第一叶轮6上的平衡圈601与叶轮密封环8间发生相对高速旋转时产生气膜，进而阻隔气体流通即可；第一叶轮6为旋转体，叶轮密封环8为非旋转体，所以平衡圈601与叶轮密封环8之间采用间隙配合，避免在平衡圈601随第一叶轮6旋转的过程中与叶轮密封环8之间发生摩擦，造成磨损。

第一叶轮6朝向轴向位移传感器7的背侧外径为R1，平衡圈的外径为R2，1/3≤R2/R1≤2/3。平衡圈601能够平衡第一叶轮6两端的轴向力，提高第一叶轮6运行时的稳定性。平衡圈601的内径大于第一叶轮6的内径，平衡圈601的外径小于第一叶轮6的背侧外径，第一叶轮6的背侧是指第一叶轮6朝向叶轮密封环8的一侧。优选地，平衡圈601位于第一叶轮6的外径的1/3-2/3范围内时，平衡轴向力效果最佳。

电机主轴13包括斜轴肩，第一叶轮6的内环壁具有锥面段，锥面段与斜轴肩配合，限定第一叶轮6相对于电机主轴13的轴向位置。电机主轴13与第一叶轮6之间采用斜轴肩配合，能够方便实现第一叶轮6在电机主轴13上的轴向定位。

电机主轴13上固定安装有止推盘17，壳体9内固定安装有轴向磁悬浮轴承，轴向磁悬浮轴承设置在止推盘17的两侧，并限定止推盘17的轴向位置。在本实施例中，轴向磁悬浮轴承包括设置在止推盘17的第一侧的第一轴向磁悬浮轴承16以及设置在止推盘17的第二侧的第二轴向磁悬浮轴承18，能够从止推盘17的两侧对止推盘17施加轴向作用，实现止推盘17的轴向位置调节，进而实现电机主轴13的轴向位置调节。

壳体9的内壁上还设置有径向磁悬浮轴承。在本实施例中，在壳体9的第一端设置有第一径向磁悬浮轴承11，在壳体9的第二端设置有第二径向磁悬浮轴承14，能够从电机主轴13的两端对电机主轴13施加径向磁悬浮作用，更加容易实现电机主轴13的径向平衡。

在壳体9的第一端的内壁上设置有第一径向保护结构10，在壳体9的第二端的内壁上设置有第二径向保护结构15，能够在电机主轴13的两端形成径向保护，避免磁悬浮轴承失效导致电机主轴13损坏的问题。

壳体9的内壁还固定安装有电机定子12，电机定子12能够与电机主轴13上的转子组件配合，提供电机主轴13旋转的作用力。

磁悬浮压缩机还包括第二叶轮1、第二叶轮扩压器2、一级扩压器3和级间密封支撑套环5，其中第二叶轮1安装在第二叶轮扩压器2内侧，并且固定安装在电机主轴13的第一端端部，一级扩压器3设置在第二叶轮1的出气口与第一叶轮6的进气口之间，对第二叶轮1的出气口的气体进行扩压之后送入到第一叶轮6的进气口，级间密封支撑套环5套设在电机主轴13外，一级扩压器3套设在级间密封支撑套环5上。

上述的磁悬浮压缩机的工作过程如下：

磁悬浮压缩机运行时，电机主轴13高速旋转，带动第一叶轮6旋转，叶轮密封环8与平衡圈601之间形成气膜，使得回流器4的腔体内气体与电机腔体内气体密封隔离，从而起到密封作用。第一叶轮6工作，使得一级气压P1、二级气压P2与腔体气压P3产生压强差，第一叶轮6受到轴向压力为P1*S1、P2*(S2-S3)与P3*S4，此时平衡圈601存在一个最佳位置，能够较好地实现第一叶轮6的轴向作用力平衡。经过研究发现，当平衡圈601位于，第一叶轮6的背侧外径的1/3-2/3范围内时，使得叶轮轴向力为零，平衡圈601起到平衡轴向力的作用。轴向位移传感器7实时监测第一叶轮6的轴向位置，第一轴向磁悬浮轴承16和第二轴向磁悬浮轴承18根据轴向位移传感器7采集的数据控制止推盘17的位置，进而带动第一叶轮6进行移动，实现第一叶轮6位置的实时控制。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮压缩机，其特征在于，包括电机主轴(13)、第一叶轮(6)、回流器(4)和轴向位移传感器(7)，所述第一叶轮(6)安装在所述回流器(4)内，并且套设在所述电机主轴(13)外，所述轴向位移传感器(7)相对于所述回流器(4)固定设置，所述第一叶轮(6)朝向所述轴向位移传感器(7)的一侧具有轴向检测面(602)，所述轴向位移传感器(7)能够通过所述轴向检测面(602)检测所述第一叶轮(6)的轴向位移。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述磁悬浮压缩机还包括壳体(9)，所述电机主轴(13)安装在所述壳体(9)内，所述回流器(4)与所述壳体(9)之间固定连接，所述轴向位移传感器(7)安装在所述回流器(4)或者所述壳体(9)上。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述壳体(9)或所述回流器(4)固定安装有叶轮密封环(8)，所述叶轮密封环(8)上设置有安装槽，所述轴向位移传感器(7)安装在所述安装槽内。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述叶轮密封环(8)与所述第一叶轮(6)之间形成密封配合。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述第一叶轮(6)朝向所述轴向位移传感器(7)的一侧设置有平衡圈(601)，所述平衡圈(601)沿着所述电机主轴(13)的轴向延伸，所述平衡圈(601)套设在所述叶轮密封环(8)内，并与所述叶轮密封环(8)之间密封配合。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述叶轮密封环(8)的内环面上设置有锯齿状结构，所述平衡圈(601)与所述叶轮密封环(8)之间间隙配合，所述平衡圈(601)的外环壁与所述锯齿状结构之间形成气膜间隙。

7.根据权利要求5所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述第一叶轮(6)朝向所述轴向位移传感器(7)的背侧外径为R1，所述平衡圈的外径为R2，1/3≤R2/R1≤2/3。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述电机主轴(13)包括斜轴肩，所述第一叶轮(6)的内环壁具有锥面段，所述锥面段与所述斜轴肩配合，限定所述第一叶轮(6)相对于所述电机主轴(13)的轴向位置。

9.根据权利要求2所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述电机主轴(13)上固定安装有止推盘(17)，所述壳体(9)内固定安装有轴向磁悬浮轴承，所述轴向磁悬浮轴承设置在所述止推盘(17)的两侧，并限定所述止推盘(17)的轴向位置。

10.根据权利要求2所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，所述壳体(9)的内壁上还设置有径向磁悬浮轴承。

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