CN113374727A - 空气循环机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气循环机，包括压缩机、涡轮机，所述压缩机与所述涡轮机共用转轴，还包括轴承座组件，所述轴承座组件包括轴承座，所述轴承座套装于所述转轴的外周侧且所述轴承座的轴向第一侧与所述压缩机的压缩机蜗壳连接，所述轴承座的轴向第二侧与所述涡轮机的涡轮机蜗壳连接，所述轴承座的轴向第一侧上还具有密封件。根据本发明，能够有效减少压缩机与涡轮机之间的热传递，提高隔热性能，另一方面则能够对转轴形成中段的有效支撑，保证转轴的旋转可靠性；同时，所述密封件处于所述压缩机的一侧能够提高压缩机与涡轮机之间的密封性。

Description

空气循环机

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种空气循环机。

背景技术

空气循环机利用空气在涡轮中膨胀对外做功实现气体降温，并驱动压缩机和风机转动。压缩机、风机、涡轮属于典型的三轮系空气循环机，其特点就是三轮同轴。空气流动沿着一个部件流入下一级，空气进入压缩机，经过压缩机的增压升温进入下一级涡轮，经过涡轮对气体膨胀做功，实现温度的降低。相关技术中，为了能够防止相邻的压缩机与涡轮机之间气体的窜动，在两者之间设置了密封板，密封板增加了气体流通的阻力，实现密封，由于压缩机和涡轮组件为相邻组件，压缩机排出高温高压气体，而涡轮则是排出低温的气体，因此，其密封板还具有减小压缩机部分和涡轮机之间的热传递的作用。但是相关技术中的密封板由于厚度较低，因此，其密封性和隔热性则存在一定不足。

发明内容

因此，本发明提供一种空气循环机，能够克服相关技术中压缩机与涡轮机之间密封性及隔热性不高的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种空气循环机，包括压缩机、涡轮机，所述压缩机与所述涡轮机共用转轴，还包括轴承座组件，所述轴承座组件包括轴承座，所述轴承座套装于所述转轴的外周侧且所述轴承座的轴向第一侧与所述压缩机的压缩机蜗壳连接，所述轴承座的轴向第二侧与所述涡轮机的涡轮机蜗壳连接，所述轴承座的轴向第一侧上还具有密封件。

在一些实施方式中，所述密封件具有环绕所述转轴的密封部，所述密封部的近轴侧与所述转轴之间形成径向密封间隙。

在一些实施方式中，所述密封部包括沿着所述转轴的轴向间隔设置的多个凸环，所述凸环的顶部与所述转轴之间形成所述径向密封间隙。

在一些实施方式中，所述密封件为环形件，在所述密封件的轴截面上，所述凸环为梯形，所述梯形的上底靠近所述转轴，所述梯形的下底远离所述转轴；和/或，相邻的两个所述凸环之间形成凹槽，所述凹槽与所述凸环的连接部位具有倒圆。

在一些实施方式中，所述梯形为直角梯形。

在一些实施方式中，所述直角梯形的高为H，斜边与上底的夹角为α，上底长度为B，相邻的两个凸环(32)之间的轴向间距为D，所述径向密封间隙的径向宽度为δ，δ＝-0.2312+1.6875H-0.015α-0.75B+0.1875D。

在一些实施方式中，δ＝0.2mm。

在一些实施方式中，1mm≤H≤1.5mm，90°＜α≤120°，0.2mm≤B≤0.5mm，0.7mm≤D≤2mm。

在一些实施方式中，H＝1.2mm，α＝107.5°，B＝0.3mm，D＝1.3mm。

在一些实施方式中，所述密封件还具有环绕所述密封部的外侧的连接部，所述连接部远离所述轴承座的一侧具有定向凸台；和/或，所述连接部上构造有连接孔。

本发明提供的一种空气循环机，所述轴承座组件包括的轴承座以及与所述轴承座连接的密封件一方面能够将所述压缩机与涡轮机之间的轴向间距拉大(隔热厚度增大)，从而能够有效减少压缩机与涡轮机之间的热传递，提高隔热性能，另一方面则能够对转轴形成中段的有效支撑，保证转轴的旋转可靠性；同时，所述密封件处于所述压缩机的一侧能够提高压缩机与涡轮机之间的密封性。

附图说明

图1为本发明实施例的空气循环机的结构示意图(略去涡轮机等部件)；

图2为图1的内部结构示意图(轴向剖面)；

图3为图2中的密封件的立体结构示意图；

图4为图3的轴截面图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为采用本发明的密封件与现有技术中的矩形齿型的密封件的泄漏量与转轴转速的相关曲线，其中横坐标为转轴转速(单位为r/min)，纵坐标为泄漏量(kg/s)；

图7为采用本发明的密封件与现有技术中的矩形齿型的密封件的泄漏量与压差的相关曲线，其中横坐标为气体压差(单位为10²Kpa)，纵坐标为泄漏量(kg/s)。

附图标记表示为：

1、压缩机；11、压缩机蜗壳；12、压缩机扩压器；21、轴承座；3、密封件；31、密封部；32、凸环；33、凹槽；34、连接部；35、定向凸台；36、连接孔；4、风机；100、转轴。

具体实施方式

结合参见图1至图7所示，根据本发明的实施例，提供一种空气循环机，包括压缩机1、涡轮机(图中未示出)、风机4，所述压缩机1与所述涡轮机、所述风机4共用转轴100，还包括轴承座组件，所述轴承座组件包括轴承座21，所述轴承座21套装于所述转轴100的外周侧且所述轴承座21的轴向第一侧与所述压缩机1的压缩机蜗壳11连接，所述轴承座21的轴向第二侧与所述涡轮机的涡轮机蜗壳连接，所述轴承座21的轴向第一侧上还具有密封件3，可以理解的，所述轴向第一侧为所述轴承座21朝向所述压缩机蜗壳11的一侧，而所述轴向第二侧则为所述轴承座21朝向所述涡轮机蜗壳的一侧，从而通过所述轴承座21将所述压缩机蜗壳11与所述涡轮机蜗壳两者连接为一个整体，所述轴承座21与所述转轴100之间设置有轴承(图中未示出)也能够一定程度上提升密封性。该技术方案中，所述轴承座组件包括的轴承座21以及与所述轴承座21连接的密封件3一方面能够将所述压缩机1与涡轮机之间的轴向间距拉大(隔热厚度增大)，从而能够有效减少压缩机1与涡轮机之间的热传递，提高隔热性能，另一方面则能够对转轴100形成中段的有效支撑，保证转轴100的旋转可靠性；同时，所述密封件3处于所述压缩机1的一侧能够提高压缩机1与涡轮机之间的密封性。

所述密封件3可以是独立的部件，其与所述轴承座21之间可拆卸连接，从而能够方便对所述密封件3的维护，当然，所述密封件3还可以是与所述轴承座21一体成型，从而在维修时能够更加便利的更换所述密封件3，且便于所述密封件3的组装过程。而能够理解的，所述轴承座21以及密封件3在材料选择上应选择隔热且密度较小的材质，例如所述密封件3可以选用碳合金材料(例如锻坯6A02)制作形成。

所述密封件3具有环绕所述转轴100的密封部31，所述密封部31的近轴侧与所述转轴100之间形成径向密封间隙，从而使所述密封件3与所述转轴100之间非接触配合，避免转轴100高速旋转带来的摩擦磨损问题，提升密封的可靠性。

在一些实施方式中，所述密封部31包括沿着所述转轴100的轴向间隔设置的多个凸环32，所述凸环32的顶部与所述转轴100之间形成所述径向密封间隙，沿着所述转轴100的轴向间隔的多个凸环32能够对压力源中的气流流量进行多次削弱，从而实现迷宫式密封。相邻的两个所述凸环32之间形成凹槽33，所述凹槽33与所述凸环32的连接部位具有倒圆，防止在所述凹槽33与所述凸环32交接处应力集中。例如，所述倒圆的半径为R，0.2mm≤R≤0.5mm。

随着压差的增大，迷宫密封的泄漏量也会增大，三角形形状的泄漏量最大，而矩形的泄漏量则相较三角形的形状要小，在矩形密封基础上，将矩形密封改进为梯形结构，能够增加流体流道的复杂性，增大流体的流通阻力，进而进一步提高密封效果。也即，所述密封件3为环形件，在所述密封件3的轴截面上，所述凸环32为梯形，所述梯形的上底靠近所述转轴100，所述梯形的下底远离所述转轴100。最好的，所述梯形为直角梯形。进一步地，所述直角梯形的高为H，斜边与上底的夹角为α，上底长度为B，相邻的两个凸环32之间的轴向间距为D，所述径向密封间隙的径向宽度为δ(也即环形间隙的单边厚度)，δ＝-0.2312+1.6875H-0.015α-0.75B+0.1875D，需要明确的是，该公式中，所述H、B、D为以mm单位的相应物理量所对应的数值，而所述α为以°为单位的相应物理量所对应的数值，当所述H、B、D、α设计确定后，将其分别的量纲单位统一为mm或者°后，再将分别对应的具体数值代入上式，。最好的，1mm≤H≤1.5mm，90°＜α≤120°，0.2mm≤B≤0.5mm，0.7mm≤D≤2mm。优选地，H＝1.2mm，α＝107.5°，B＝0.3mm，D＝1.3mm，此时对应得出的δ约为0.2mm，优选为0.2mm。

基于H＝1.2mm，α＝107.5°，B＝0.3mm，D＝1.3mm且δ＝0.2mm的直角梯形密封件3，对应的径向密封间隙优选值为0.2mm，发明人对其泄漏量与矩形齿型的迷宫密封件进行了对比试验研究。

在保持压差不变的情况下，转轴100的转速由30000r/min提升至60000r/min，两种密封的泄露量会略微降低，具体如图6所示出，可以看出，现有技术中的矩形齿型的密封件的泄漏量由0.226kg/s降低到0.201kg/s，而本发明中的直角梯形的密封件的泄漏量由0.213kg/s降低到0.192kg/s，本发明中的密封件的泄漏量随着转速的提高，密封性能始终优于现有技术中的矩形齿型的密封件。如图7所示，随着压差的增大，本申请中的密封件的最大泄露量为0.324kg/s，而现有技术中的矩形齿型的密封件的最大泄漏量则为0.426kg/s，本申请的密封件的泄漏量小、密封效果更佳。而由于本申请的密封件3应用于压缩机与涡轮机之间压差大，因此采用本申请的密封件密封性能更佳。

在一些实施方式中，所述密封件3还具有环绕所述密封部31的外侧的连接部34，所述连接部34远离所述轴承座21的一侧具有定向凸台35，也即所述定向凸台35朝向所述压缩机涡轮的一侧，起到明确安装方向的作用。

所述连接部34上构造有连接孔36，所述连接孔36构造有多个，多个所述连接孔36环绕所述密封部31等轴向间距设置(阵列)，从而使所述密封件3在通过相应的螺栓与所述轴承座21组装时各个方向的受力更加均匀，进而保证所述密封部31与所述转轴100之间的所述径向密封间隙的径向均匀性，保证密封性的周向一致性，例如设置8个所述连接孔36，相邻的两个连接孔36与所述密封件3的中心形成圆心角为45°。

在一些实施方式中，所述压缩机蜗壳11内还设有压缩机扩压器12，所述压缩机扩压器12连接(例如螺栓连接)于所述轴承座21的所述轴向第一侧，且所述压缩机扩压器12环行所述密封件3的外周设置。

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。

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

Claims (10)

1.一种空气循环机，包括压缩机(1)、涡轮机，所述压缩机(1)与所述涡轮机共用转轴(100)，其特征在于，还包括轴承座组件，所述轴承座组件包括轴承座(21)，所述轴承座(21)套装于所述转轴(100)的外周侧且所述轴承座(21)的轴向第一侧与所述压缩机(1)的压缩机蜗壳(11)连接，所述轴承座(21)的轴向第二侧与所述涡轮机的涡轮机蜗壳连接，所述轴承座(21)的轴向第一侧上还具有密封件(3)。

2.根据权利要求1所述的空气循环机，其特征在于，所述密封件(3)具有环绕所述转轴(100)的密封部(31)，所述密封部(31)的近轴侧与所述转轴(100)之间形成径向密封间隙。

3.根据权利要求2所述的空气循环机，其特征在于，所述密封部(31)包括沿着所述转轴(100)的轴向间隔设置的多个凸环(32)，所述凸环(32)的顶部与所述转轴(100)之间形成所述径向密封间隙。

4.根据权利要求3所述的空气循环机，其特征在于，所述密封件(3)为环形件，在所述密封件(3)的轴截面上，所述凸环(32)为梯形，所述梯形的上底靠近所述转轴(100)，所述梯形的下底远离所述转轴(100)；和/或，相邻的两个所述凸环(32)之间形成凹槽(33)，所述凹槽(33)与所述凸环(32)的连接部位具有倒圆。

5.根据权利要求4所述的空气循环机，其特征在于，所述梯形为直角梯形。

6.根据权利要求5所述的空气循环机，其特征在于，所述直角梯形的高为H，斜边与上底的夹角为α，上底长度为B，相邻的两个凸环(32)之间的轴向间距为D，所述径向密封间隙的径向宽度为δ，δ＝-0.2312+1.6875H-0.015α-0.75B+0.1875D。

7.根据权利要求6所述的空气循环机，其特征在于，δ＝0.2mm。

8.根据权利要求6所述的空气循环机，其特征在于，1mm≤H≤1.5mm，90°＜α≤120°，0.2mm≤B≤0.5mm，0.7mm≤D≤2mm。

9.根据权利要求8所述的空气循环机，其特征在于，H＝1.2mm，α＝107.5°，B＝0.3mm，D＝1.3mm。

10.根据权利要求1所述的空气循环机，其特征在于，所述密封件(3)还具有环绕所述密封部(31)的外侧的连接部(34)，所述连接部(34)远离所述轴承座(21)的一侧具有定向凸台(35)；和/或，所述连接部(34)上构造有连接孔(36)。

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