CN113883069B - 一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多级压缩机领域，尤其涉及一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机。该压缩机包括驱动轴系和多个从动轴系；驱动轴系包括驱动主轴、主轴轴承、电机转子和驱动磁钢，多个驱动磁钢沿着圆周方向固定设置在驱动主轴上；从动轴系包括从动主轴、从动轴承、从动磁钢和叶轮，多个从动轴系的从动主轴沿着圆周方向分布在驱动主轴外侧；多个从动磁钢沿着圆周方向固定设置在从动主轴上，并且相邻从动磁钢的N极和S极在径向反方向设置；多个从动磁钢的位置与驱动磁钢的位置相对应，并且驱动磁钢的数量与不同从动轴系的从动磁钢的数量之比与驱动主轴与相应从动轴系的增速比相同；该压缩机减小了整个设备的体积，同时提高了整个设备压缩比。

Description

一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机

技术领域

本发明涉及多级压缩机领域，尤其涉及一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机。

背景技术

多级压缩机，是指分级逐步提高气体压力的压缩机。工业用气体有时要求较高的压力，需要采取多级压缩，分级逐步提高气体的压力。随着所需压力的提高，压缩机的级数也增多。多级压缩机 广泛应用于石油化工、合成氨、尿素、空气分离和冷冻工程等方面。

中国发明专利申请（公开号CN104421188A，公开日：20150318）公开了一种多级离心压缩机及空调机组，多级离心压缩机包括动力部分及叶轮部分，动力部分包括电机，电机的轴包括轴的第一端与轴的第二端；叶轮部分包括N个叶轮，N大于等于2且小于10；N为双数时，轴的第一端与轴的第二端上的叶轮数量相等；N为单数时，轴的第一端上的叶轮数量比轴的第二端多一个；第一级叶轮置于轴的第一端上，与电机的距离最远；轴的第一端上其余的叶轮依次升序排列；第N级叶轮置于轴的第二端上，与电机的距离最近；轴的第二端上其余的叶轮依次降序排列；轴的第一端叶轮的出气口与轴的第二端叶轮的进气口通过连接管路连通，达到提高压比和能效的目的。

现有技术存在以下不足：传统的多级压缩机采用齿轮箱增速或者高速电机直驱两种方法同时驱动多级叶轮；当采用齿轮箱增速时，压缩机需要增加齿轮箱装置，增加了整个设备的体积；同时还需要使用油液定期对齿轮箱进行润滑及冷却，增加了维护设备的过程。当采用高速电机直驱时，高速电机通过带动电机轴转动进而带动电机轴两端的多个叶轮转动；而此种方式中，电机轴两端的叶轮之间的间距较长，在高速转动时结构不稳定容易产生共振，从而降低了电机轴的临界转速；同时，高速电机直驱时需要同时带动多个总重量较大的叶轮，即高速电机需要驱动的负载较大更容易产生共振，进一步降低了电机轴的临界转速；从而使得高速电机直驱时电机轴的临界转速较低，叶轮压缩部位的体积较大，降低了整个设备的压缩比。

发明内容

本发明的目的是：针对上述问题，提出在驱动主轴和从动主轴上分别设置驱动磁钢和从动磁钢，利用驱动主轴同时驱动多个从动主轴，从而不需要设置齿轮箱装置减小了整个设备的体积；同时，在每个从动主轴上只设置一个重量较轻的叶轮，并且只需要较短的从动主轴对一个叶轮进行固定；从而提高了从动主轴的临界转速，降低了叶轮压缩部位的体积，提高了整个设备压缩比的一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，该压缩机包括机壳、驱动轴系、多个从动轴系和蜗壳，机壳内孔固定嵌设有电机定子；驱动轴系包括驱动主轴、主轴轴承、电机转子和驱动磁钢，电机转子与电机定子的位置相对应；多个驱动磁钢沿着圆周方向固定设置在驱动主轴上，并且相邻驱动磁钢的N极和S极在径向反方向设置；从动轴系包括从动主轴、从动轴承、从动磁钢和叶轮，多个从动轴系的从动主轴沿着圆周方向分布在驱动主轴外侧；多个从动磁钢沿着圆周方向固定设置在从动主轴上，并且相邻从动磁钢的N极和S极在径向反方向设置；多个从动磁钢的位置与驱动磁钢的位置相对应，并且驱动磁钢的数量与不同从动轴系的从动磁钢的数量之比与驱动主轴与相应从动轴系的增速比相同；叶轮固定在从动主轴一端，并且多个从动轴系的叶轮分别位于蜗壳相应的压缩通道内。

作为优选，机壳包括电机筒、前轴承座和后轴承座，前轴承座和后轴承座分别固定在电机筒两端，电机定子固定嵌设于电机筒的相应内孔。

作为优选，前轴承座设置有多个从动轴承孔，后轴承座设置有主动轴承孔；主轴轴承位于主动轴承孔内并且套设在驱动主轴一端，从动轴承包括第一从动轴承和第二从动轴承；第一从动轴承位于从动轴承孔内并且套设在从动主轴一端，第二从动轴承的内圈套设在从动主轴另一端，第二从动轴承的外圈与驱动主轴另一端外壁相贴合。

作为优选，主轴轴承与后轴承座之间设置有波形弹簧，波形弹簧两端分别与主轴轴承外侧端面和后轴承座内侧相应端面相贴合；波形弹簧用于对主轴轴承进行预紧防止其轴向窜动。

作为优选，前轴承座在内侧端面设置有散热筋，散热筋用于对机壳内部进行散热。

作为优选，从动主轴的从动磁钢外壁固定套设有碳纤维护套，碳纤维护套用于防止从动磁钢受到损坏。

作为优选，后轴承座外侧固定设置有散热底座，散热底座内侧端面固定设置有散热风扇，散热风扇用于对机壳内部进行散热。

作为优选，机壳设置有导风部，导风部在径向外侧面设置有上导风面，导风部在径向内侧面设置有下导风面；上导风面和下导风面用于对机壳内部的冷却风进行导流，提高其流动效率。

作为优选，散热底座设置有轴向贯穿并且与外界相连通的第一通道，后轴承座设置有轴向贯穿的多个第二通道；驱动主轴设置有轴向的第三通道和径向贯穿的第四通道，电机筒设置有径向贯穿的第五通道和第六通道；第一通道、第二通道、电机转子与电机定子之间的间隙和第五通道相互连通形成第一散热通道，并且上导风面位于电机转子与电机定子之间的间隙和第五通道之间；第一通道、第二通道、电机转子与电机定子之间的间隙、从动轴系与下导风面之间的间隙和第六通道相互连通形成第二散热通道；第一通道、第三通道、第四通道和第六通道相互连通形成第三散热通道。

作为优选，多个第二通道沿着圆周方向分布。

本发明采用上述技术方案的一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机的优点是：

工作时，电机定子通电后驱动电机转子转动进而带动驱动主轴转动；驱动磁钢跟随驱动主轴转动并且通过驱动多个从动轴系的从动磁钢同时带动多个从动轴系的从动主轴转动；多个从动轴系的叶轮同时转动对待压缩流体进行多级压缩完成工作过程。而此种方式中，与齿轮箱增速相比：驱动主轴上的驱动磁钢通过磁力同时驱动多个从动轴系的从动主轴，即不需要设置齿轮箱就可以实现对多个从动轴系的驱动，减小了整个设备的体积；并且采用磁力驱动时，不需要使用油液对其进行润滑，减少了维护设备的过程。与高速电机直驱相比：每个从动主轴上只需要固定一个叶轮，即从动主轴只需要较短的长度就可以带动叶轮转动；而在高速转动时较短长度的从动主轴结构较稳定不容易产生共振，从而提高了从动主轴的临界转速；而且，每个从动主轴只带动一个总重量较轻的叶轮时其负载较小，从动主轴高速转动时不容易产生共振；从而进一步提高了从动主轴的临界转速，进而降低了叶轮压缩部位的体积，提高了整个设备的压缩比。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2、图3为前轴承座的结构示意图。

图4为多级压缩机转子系统的结构示意图。

图5、图6分别为转子系统A-A剖面和B-B剖面的结构示意图。

图7为叶轮的结构示意图。

图8为电机筒的结构示意图。

图9、图10为后轴承的结构示意图。

图11、图12为蜗壳的结构示意图。

图13为第一散热通道、第二散热通道和第三散热通道的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

实施例1

如图1所示的一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，该压缩机包括机壳1、驱动轴系2、多个从动轴系3和蜗壳4，机壳1内孔固定嵌设有电机定子11；驱动轴系2包括驱动主轴21、主轴轴承22、电机转子23和驱动磁钢24，电机转子23与电机定子11的位置相对应；多个驱动磁钢24沿着圆周方向固定设置在驱动主轴21上，并且相邻驱动磁钢24的N极和S极在径向反方向设置；从动轴系3包括从动主轴31、从动轴承32、从动磁钢33和叶轮34，多个从动轴系3的从动主轴31沿着圆周方向分布在驱动主轴21外侧；多个从动磁钢33沿着圆周方向固定设置在从动主轴31上，并且相邻从动磁钢33的N极和S极在径向反方向设置；多个从动磁钢33的位置与驱动磁钢24的位置相对应，并且驱动磁钢24的数量与不同从动轴系3的从动磁钢33的数量之比与驱动主轴21与相应从动轴系3的增速比相同；叶轮34固定在从动主轴31一端，并且多个从动轴系3的叶轮34分别位于蜗壳4相应的压缩通道内。工作时，电机定子11通电后驱动电机转子23转动进而带动驱动主轴21转动；驱动磁钢24跟随驱动主轴21转动并且通过驱动多个从动轴系3的从动磁钢33同时带动多个从动轴系3的从动主轴31转动；多个从动轴系3的叶轮34同时转动对待压缩流体进行多级压缩完成工作过程。而此种方式中，与齿轮箱增速相比：驱动主轴21上的驱动磁钢24通过磁力同时驱动多个从动轴系3的从动主轴31，即不需要设置齿轮箱就可以实现对多个从动轴系3的驱动，减小了整个设备的体积；并且采用磁力驱动时，不需要使用油液对其进行润滑，减少了维护设备的过程。与高速电机直驱相比：每个从动主轴31上只需要固定一个叶轮34，即从动主轴31只需要较短的长度就可以带动叶轮34转动；而在高速转动时较短长度的从动主轴31结构较稳定不容易产生共振，从而提高了从动主轴31的临界转速；而且，每个从动主轴31只带动一个总重量较轻的叶轮34时其负载较小，从动主轴31高速转动时不容易产生共振；从而进一步提高了从动主轴31的临界转速，进而降低了叶轮压缩部位的体积，提高了整个设备的压缩比。

机壳1包括电机筒12、前轴承座13和后轴承座14，前轴承座13和后轴承座14分别固定在电机筒12两端，电机定子11固定嵌设于电机筒12的相应内孔。

前轴承座13设置有多个从动轴承孔131，后轴承座14设置有主动轴承孔141；主轴轴承22位于主动轴承孔141内并且套设在驱动主轴21一端，从动轴承32包括第一从动轴承321和第二从动轴承322；第一从动轴承321位于从动轴承孔131内并且套设在从动主轴31一端，第二从动轴承322的内圈套设在从动主轴31另一端，第二从动轴承322的外圈与驱动主轴21另一端外壁相贴合。主轴轴承22和第一从动轴承321分别对驱动主轴21外侧和从动主轴31外侧进行硬支撑，第二从动轴承322对驱动主轴21内侧和从动主轴31内侧进行软支撑从而实现同时对驱动主轴21和从动主轴31的支撑。

主轴轴承22与后轴承座14之间设置有波形弹簧221，波形弹簧221两端分别与主轴轴承22外侧端面和后轴承座14内侧相应端面相贴合；波形弹簧221用于对主轴轴承22进行预紧防止其轴向窜动。

如图3所示，前轴承座13在内侧端面设置有散热筋132，散热筋132用于对机壳1内部进行散热。

如图1所示，从动主轴31的从动磁钢33外壁固定套设有碳纤维护套331，碳纤维护套331用于防止从动磁钢33受到损坏。

后轴承座14外侧固定设置有散热底座5，散热底座5内侧端面固定设置有散热风扇51，散热风扇51用于对机壳1内部进行散热。

如图8所示，机壳1设置有导风部15，导风部15在径向外侧面设置有上导风面151，导风部15在径向内侧面设置有下导风面152；上导风面151和下导风面152用于对机壳1内部的冷却风进行导流，提高其流动效率。

如图13所示，散热底座5设置有轴向贯穿并且与外界相连通的第一通道61，后轴承座14设置有轴向贯穿的多个第二通道62；驱动主轴21设置有轴向的第三通道63和径向贯穿的第四通道64，电机筒12设置有径向贯穿的第五通道65和第六通道66；第一通道61、第二通道62、电机转子23与电机定子11之间的间隙和第五通道65相互连通形成第一散热通道，并且上导风面151位于电机转子23与电机定子11之间的间隙和第五通道65之间；第一通道61、第二通道62、电机转子23与电机定子11之间的间隙、从动轴系3与下导风面152之间的间隙和第六通道66相互连通形成第二散热通道；第一通道61、第三通道63、第四通道64和第六通道66相互连通形成第三散热通道。多个第二通道62沿着圆周方向分布。

Claims (8)

1.一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，该压缩机包括机壳（1）、驱动轴系（2）、多个从动轴系（3）和蜗壳（4），机壳（1）内孔固定嵌设有电机定子（11）；驱动轴系（2）包括驱动主轴（21）、主轴轴承（22）、电机转子（23）和驱动磁钢（24），电机转子（23）与电机定子（11）的位置相对应；多个驱动磁钢（24）沿着圆周方向固定设置在驱动主轴（21）上，并且相邻驱动磁钢（24）的N极和S极在径向反方向设置；从动轴系（3）包括从动主轴（31）、从动轴承（32）、从动磁钢（33）和叶轮（34），多个从动轴系（3）的从动主轴（31）沿着圆周方向分布在驱动主轴（21）外侧；多个从动磁钢（33）沿着圆周方向固定设置在从动主轴（31）上，并且相邻从动磁钢（33）的N极和S极在径向反方向设置；多个从动磁钢（33）的位置与驱动磁钢（24）的位置相对应，并且驱动磁钢（24）的数量与不同从动轴系（3）的从动磁钢（33）的数量之比与驱动主轴（21）与相应从动轴系（3）的增速比相同；叶轮（34）固定在从动主轴（31）一端，并且多个从动轴系（3）的叶轮（34）分别位于蜗壳（4）相应的压缩通道内；

机壳（1）包括电机筒（12）、前轴承座（13）和后轴承座（14），前轴承座（13）和后轴承座（14）分别固定在电机筒（12）两端，电机定子（11）固定嵌设于电机筒（12）的相应内孔；前轴承座（13）设置有多个从动轴承孔（131），后轴承座（14）设置有主动轴承孔（141）；主轴轴承（22）位于主动轴承孔（141）内并且套设在驱动主轴（21）一端，从动轴承（32）包括第一从动轴承（321）和第二从动轴承（322）；第一从动轴承（321）位于从动轴承孔（131）内并且套设在从动主轴（31）一端，第二从动轴承（322）的内圈套设在从动主轴（31）另一端，第二从动轴承（322）的外圈与驱动主轴（21）另一端外壁相贴合。

2.根据权利要求1所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，主轴轴承（22）与后轴承座（14）之间设置有波形弹簧（221），波形弹簧（221）两端分别与主轴轴承（22）外侧端面和后轴承座（14）内侧相应端面相贴合；波形弹簧（221）用于对主轴轴承（22）进行预紧防止其轴向窜动。

3.根据权利要求1所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，前轴承座（13）在内侧端面设置有散热筋（132），散热筋（132）用于对机壳（1）内部进行散热。

4.根据权利要求1所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，从动主轴（31）的从动磁钢（33）外壁固定套设有碳纤维护套（331），碳纤维护套（331）用于防止从动磁钢（33）受到损坏。

5.根据权利要求1所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，后轴承座（14）外侧固定设置有散热底座（5），散热底座（5）内侧端面固定设置有散热风扇（51），散热风扇（51）用于对机壳（1）内部进行散热。

6.根据权利要求5所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，机壳（1）设置有导风部（15），导风部（15）在径向外侧面设置有上导风面（151），导风部（15）在径向内侧面设置有下导风面（152）；上导风面（151）和下导风面（152）用于对机壳（1）内部的冷却风进行导流，提高其流动效率。

7.根据权利要求6任意一项权利要求所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，散热底座（5）设置有轴向贯穿并且与外界相连通的第一通道（61），后轴承座（14）设置有轴向贯穿的多个第二通道（62）；驱动主轴（21）设置有轴向的第三通道（63）和径向贯穿的第四通道（64），电机筒（12）设置有径向贯穿的第五通道（65）和第六通道（66）；第一通道（61）、第二通道（62）、电机转子（23）与电机定子（11）之间的间隙和第五通道（65）相互连通形成第一散热通道，并且上导风面（151）位于电机转子（23）与电机定子（11）之间的间隙和第五通道（65）之间；第一通道（61）、第二通道（62）、电机转子（23）与电机定子（11）之间的间隙、从动轴系（3）与下导风面（152）之间的间隙和第六通道（66）相互连通形成第二散热通道；第一通道（61）、第三通道（63）、第四通道（64）和第六通道（66）相互连通形成第三散热通道。

8.根据权利要求7所述一种采用磁性行星转子轴系增速的多级压缩机，其特征在于，多个第二通道（62）沿着圆周方向分布。