CN113250981A - 高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机及工作方法，该系统包括第一/二进气管道、第一/二叶轮、第一/二蜗壳、叶轮连接轴、永磁同步电机主轴、气浮推力盘、气浮径向轴承、增压叶轮及其进气管道、电机外壳、冷气出口环腔、固定结构、定子铁芯绕组和密封环，本发明采用基于单侧双叶轮的布置形式，可以降低转子轴向推力，实现在小空间内高压比小流量两级高效压缩，具有成本低、便于加工和安装的优点。

Description

高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机及工作方法
技术领域
本发明涉及气体压缩及粉尘输送技术领域，具体涉及一种高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机及工作方法。
背景技术
每年鼓风机、压缩机、泵等设备的用电量约占当年发电量的三分之一，提高上述设备的能效，将直接降低企业用电支出和碳排放指标。其中，传统螺杆压缩机在工业领域应用场景多、使用量十分巨大，现有300kW以下压缩机中，两级气浮直驱压缩机具有效率高、压比高、无油润滑的优点，被认为是替换广泛应用的传统螺杆压缩机的下一代高性能设备，但同时高压力等级的气浮直驱压缩机存在布局难、轴向推力超出安全运行范围的技术难题，且上述难题一直困扰着气浮直驱压缩机设备的使用安全和推广。目前，尚无成熟的技术方案可以解决上述难题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机及工作方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机，包括第一进气管道1、第一叶轮2、第一蜗壳3、叶轮连接轴4、第二叶轮5、第二进气管道6、第二蜗壳7、永磁同步电机主轴8、气浮推力盘9、第一气浮径向轴承10、第二气浮径向轴承11、增压叶轮12、增压叶轮进气管道13、永磁同步电机外壳14、电机冷气出口环腔15、固定结构16、定子铁芯17、定子绕组18和密封环19，其中，第一叶轮2通过叶轮连接轴4与第二叶轮5固定，第一叶轮2、第二叶轮5、气浮推力盘9和增压叶轮12依次固定在永磁同步电机主轴8上，在气浮推力盘9和增压叶轮12之间，永磁同步电机主轴8的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承10和第二气浮径向轴承11支撑，第一进气管道1一端通过第一叶轮2外部管道与第一蜗壳3相连，第二进气管道6一端通过第二叶轮5外部管道与第二蜗壳7相连，第二进气管道6固定于永磁同步电机外壳14上，密封环19固定于第一蜗壳3和第二蜗壳7连接处，电机冷气出口环腔15位于永磁同步电机外壳14上，增压叶轮进气管道13一端与永磁同步电机外壳14相连，另一端与增压叶轮12外部管道相连，定子绕组18固定于定子铁芯17上，定子铁芯17通过固定结构16固定在永磁同步电机外壳14上，永磁同步电机主轴8的主轴中心线与定子铁芯17和定子绕组18的中心线重合，电机冷气出口环腔15的入口、增压叶轮12的外部管道出口直接与永磁同步电机外壳14内部腔室连通。
所述的第一叶轮2与第二叶轮5的轴向布置方式为第一叶轮2的非工作面与第二叶轮5的非工作面相邻，二者间设置密封环19。
所述的高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机的工作方法，包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程为主流工质流动方式1或主流工质流动方式2，所述主流工质流动方式1是指主流工质通过进气管道1进入第一叶轮2，经过离心叶轮2提升压力后从排气蜗壳3的出口排出，再经由外部管路输送至第二进气管道6的进口，随后主流工质通过第二进气管道6进入第二叶轮5再次提升压力，最后通过第二蜗壳7的出口排出，所述主流工质流动方式2是指主流工质通过第二进气管道6进入第二叶轮5，经过第二叶轮5提升压力后从第二蜗壳7的出口排出，再经由外部管路输送至进气管道1的进口，随后主流工质通过进气管道1进入第一叶轮2再次提升压力，最后通过排气蜗壳3的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，永磁同步电机的冷却气体从增压叶轮进气管道13进入增压叶轮12，经过增压叶轮12提升压力后，进入永磁同步电机外壳14内部腔室，通过永磁同步电机主轴8、定子铁芯17、定子绕组18与永磁同步电机外壳14之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，最后从电机冷气出口环腔15流出永磁同步电机外壳14。
本发明的有益效果在于：
目前，尚未见到成熟的可应用于高压力等级气浮直驱压缩机的小空间布局方案和轴向推力降低技术方案。本发明提出了一种造价低、可操作性高的高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机及工作方法，本发明通过基于高速永磁同步电机与单侧双离心叶轮非工作面相邻的布置形式，降低了转子的轴向推力，节约了轴向空间，在两叶轮间隙内设置了密封环，降低了叶轮间的泄漏流量，通过主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，可实现在小空间内高压比小流量两级高效压缩，具有安全可靠、成本更低、便于部件加工和安装的优点。
附图说明
图1是本发明高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机，包括第一进气管道1、第一叶轮2、第一蜗壳3、叶轮连接轴4、第二叶轮5、第二进气管道6、第二蜗壳7、永磁同步电机主轴8、气浮推力盘9、第一气浮径向轴承10、第二气浮径向轴承11、增压叶轮12、增压叶轮进气管道13、永磁同步电机外壳14、电机冷气出口环腔15、固定结构16、定子铁芯17、定子绕组18和密封环19，其中，第一叶轮2通过叶轮连接轴4与第二叶轮5固定，第一叶轮2、第二叶轮5、气浮推力盘9和增压叶轮12依次固定在永磁同步电机主轴8上，在气浮推力盘9和增压叶轮12之间，永磁同步电机主轴8的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承10和第二气浮径向轴承11支撑，第一进气管道1一端通过第一叶轮2外部管道与第一蜗壳3相连，第二进气管道6一端通过第二叶轮5外部管道与第二蜗壳7相连，第二进气管道6固定于永磁同步电机外壳14上，密封环19固定于第一蜗壳3和第二蜗壳7连接处，电机冷气出口环腔15位于永磁同步电机外壳14上，增压叶轮进气管道13一端与永磁同步电机外壳14相连，另一端与增压叶轮12外部管道相连，定子绕组18固定于定子铁芯17上，定子铁芯17通过固定结构16固定在永磁同步电机外壳14上，永磁同步电机主轴8的主轴中心线与定子铁芯17和定子绕组18的中心线重合，电机冷气出口环腔15的入口、增压叶轮12的外部管道出口直接与永磁同步电机外壳14内部腔室连通。
作为本发明的优选实施方式，所述的高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机的第一叶轮2与第二叶轮5的轴向布置方式为第一叶轮2的非工作面与第二叶轮5的非工作面相邻，二者间设置密封环19。
本发明所述的高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机工作方法，包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程为主流工质流动方式1或主流工质流动方式2，所述主流工质流动方式1是指主流工质通过进气管道1进入第一叶轮2，经过离心叶轮2提升压力后从排气蜗壳3的出口排出，再经由外部管路输送至第二进气管道6的进口，随后主流工质通过第二进气管道6进入第二叶轮5再次提升压力，最后通过第二蜗壳7的出口排出，所述主流工质流动方式2是指主流工质通过第二进气管道6进入第二叶轮5，经过第二叶轮5提升压力后从第二蜗壳7的出口排出，再经由外部管路输送至进气管道1的进口，随后主流工质通过进气管道1进入第一叶轮2再次提升压力，最后通过排气蜗壳3的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，永磁同步电机的冷却气体从增压叶轮进气管道13进入增压叶轮12，经过增压叶轮12提升压力后，进入永磁同步电机外壳14内部腔室，通过永磁同步电机主轴8、定子铁芯17、定子绕组18与永磁同步电机外壳14之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，最后从电机冷气出口环腔15流出永磁同步电机外壳14。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机，其特征在于：包括第一进气管道(1)、第一叶轮(2)、第一蜗壳(3)、叶轮连接轴(4)、第二叶轮(5)、第二进气管道(6)、第二蜗壳(7)、永磁同步电机主轴(8)、气浮推力盘(9)、第一气浮径向轴承(10)、第二气浮径向轴承(11)、增压叶轮(12)、增压叶轮进气管道(13)、永磁同步电机外壳(14)、电机冷气出口环腔(15)、固定结构(16)、定子铁芯(17)、定子绕组(18)和密封环(19)，其中，第一叶轮(2)通过叶轮连接轴(4)与第二叶轮(5)固定，第一叶轮(2)、第二叶轮(5)、气浮推力盘(9)和增压叶轮(12)依次固定在永磁同步电机主轴(8)上，在气浮推力盘(9)和增压叶轮(12)之间，永磁同步电机主轴(8)的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承(10)和第二气浮径向轴承(11)支撑，第一进气管道(1)一端通过第一叶轮(2)外部管道与第一蜗壳(3)相连，第二进气管道(6)一端通过第二叶轮(5)外部管道与第二蜗壳(7)相连，第二进气管道(6)固定于永磁同步电机外壳(14)上，密封环(19)固定于第一蜗壳(3)和第二蜗壳(7)连接处，电机冷气出口环腔(15)位于永磁同步电机外壳(14)上，增压叶轮进气管道(13)一端与永磁同步电机外壳(14)相连，另一端与增压叶轮(12)外部管道相连，定子绕组(18)固定于定子铁芯(17)上，定子铁芯(17)通过固定结构(16)固定在永磁同步电机外壳(14)上，永磁同步电机主轴(8)的主轴中心线与定子铁芯(17)和定子绕组(18)的中心线重合，电机冷气出口环腔(15)的入口、增压叶轮(12)的外部管道出口直接与永磁同步电机外壳(14)内部腔室连通。
2.根据权利要求1所述的高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机，其特征在于：所述的第一叶轮(2)与第二叶轮(5)的轴向布置方式为第一叶轮(2)的非工作面与第二叶轮(5)的非工作面相邻，二者间设置密封环(19)。
3.根据权利要求1和2任一项所述的高性能单侧双叶轮气浮高速直驱透平压缩机的工作方法，其特征在于：所述工作方法包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程为主流工质流动方式1或主流工质流动方式2，所述主流工质流动方式1是指主流工质通过第一进气管道(1)进入第一叶轮(2)，经过第一叶轮(2)提升压力后从第一排气蜗壳(3)的出口排出，再经由外部管路输送至第二进气管道(6)的进口，随后主流工质通过第二进气管道(6)进入第二叶轮(5)再次提升压力，最后通过第二蜗壳(7)的出口排出，所述主流工质流动方式2是指主流工质通过第二进气管道(6)进入第二叶轮(5)，经过第二叶轮(5)提升压力后从第二蜗壳(7)的出口排出，再经由外部管路输送至第一进气管道(1)的进口，随后主流工质通过第一进气管道(1)进入第一叶轮(2)再次提升压力，最后通过第一排气蜗壳(3)的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，永磁同步电机的冷却气体从增压叶轮进气管道(13)进入增压叶轮(12)，经过增压叶轮(12)提升压力后，进入永磁同步电机外壳(14)内部腔室，通过永磁同步电机主轴(8)、定子铁芯(17)、定子绕组(18)与永磁同步电机外壳(14)之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，最后从电机冷气出口环腔(15)流出永磁同步电机外壳(14)。
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