CN114278589A - 一种氦气压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氦气压气机，包括高速电机、低压级压气机和高压级压气机，高速电机固定在低压级压气机和高压级压气机之间，并且低压级压气机与高压级压气机通过高速电机上开设的气体流通通道连接相通。本发明低压级压气机与高压级压气机通过高速电机上开设的气体流通通道连接相通，不仅可以减少低压级压气机和高压级压气机尺寸、重量，以及省去之间的外部管道，同时有效解决高速电机的散热问题，改善高速电机散热，提高氦气压气机的可靠性。

Description

一种氦气压气机

技术领域

本发明涉及压气机技术领域，更具体的说是涉及一种氦气压气机。

背景技术

平流层飞艇是一种依靠氦气提供静浮力升空与驻空的飞行器，长时间驻空期间，白天受光照等辐射因素影响，外囊内部气体会产生严重超热现象，导致外囊内部温度和压力持续上升，采用一种新型的氦气可循序压力调节系统，在白天通过氦气压气机将外囊内的氦气压入超压容器内，可解决白天超热超压问题。基于上述过程，氦气压气机是飞艇长期驻空过程中压差调控的关键组件。氦气压缩比空气压缩难度大，氦气压缩机构造复杂，在功耗与重量约束下，采用高转速高功率密度电机作为动力驱动具有较大优势，

但是同时具有较大的技术难点：压气机驱动电机功率密度高，即一定体积下电机的输出功率更高，假设效率不变，则会产生更多损耗，这些损耗将产生更多热量，由于电机散热能力有限，如果无法有效散发多产生的热量，则会使电机温度提高，电机绕阻电阻具有正温度特性，当电机温度提高时将绕阻电阻变大，则会产生更多热量，使电机温度加剧，同时，低压稀薄氦气环境的低散热能力对于压气机的应用更加恶劣，而高温将破坏电机绝缘材料的物理结构，使绝缘老化甚至绝缘破坏，温度的升高也会使电机承受更大热应力，造成电机结构变形，影响电机运行，对于永磁电机，电机温升甚至会导致永磁体不可逆退磁。

因此，提供一种散热效果好的氦气压气机是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氦气压气机，改善电机散热，使其能有效散出压气机工作而带来的多余热量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氦气压气机，包括高速电机、低压级压气机和高压级压气机，所述高速电机固定在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间，并且所述低压级压气机与所述高压级压气机通过所述高速电机上开设的气体流通通道连接相通。

通过采取以上方案，本发明的有益效果是：

低压级压气机与高压级压气机通过高速电机上开设的气体流通通道连接相通，不仅可以减少低压级压气机和高压级压气机尺寸、重量，以及省去之间的外部管道，同时有效解决高速电机的散热问题，改善高速电机散热，提高氦气压气机的可靠性。

进一步的，所述高速电机包括壳体、定子和转子，所述壳体固定在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间；所述壳体开设有所述气体流通通道；所述定子固定在所述壳体内壁上；所述转子通过轴承安装在所述壳体内部且贯穿所述定子。

进一步的，所述低压级压气机包括低压级蜗壳、低压级扩压器和低压级叶轮，所述低压级蜗壳开设有进气口以及与所述进气口连通的进气通道；所述低压级蜗壳固定在所述壳体的一侧，且所述进气通道与所述气体流通通道连通；所述低压级扩压器安装在所述低压级蜗壳内部；所述低压级叶轮位于所述低压级蜗壳内部且安装在所述转子的一端；

所述高压级压气机包括高压级蜗壳、出气管道、高压级扩压器、高压级叶轮和端盖，所述高压级蜗壳开设有出气口；所述高压级蜗壳固定在所述壳体的另一侧；所述出气管道安装在所述高压级蜗壳内部，且所述出气管道一端与所述气体流通通道连通，所述出气管道另一端与所述出气口连通；所述高压级扩压器安装在所述高压级蜗壳内部；所述高压级叶轮位于所述高压级蜗壳内部且安装在所述转子的另一端；所述端盖固定在所述高压级蜗壳的外侧。

进一步的，还包括温度传感器、连接器和控制器，所述温度传感器内嵌安装于所述定子；所述连接器固定在所述壳体外表面上；所述温度传感器与所述连接器电性连接，所述连接器与所述控制器电性连接。

采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，实现对高速电机温度状态进行监测，保证氦气压气机的可靠使用。

进一步的，所述壳体包括外壳和内壳，所述外壳和所述内壳均呈圆柱形，所述内壳套合在所述外壳内部连接为一体；所述定子与所述内壳过盈配合；所述气体流通通道包括六个扇形通道，六个所述扇形通道开设在所述外壳和所述内壳之间，且均匀分布。

进一步的，所述出气管道的入口处经缩口处理。

采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，增加气体从电机的气体流通通道到高压级压气机之间的流速，进一步提升散热效果。

由此可知，本发明提供了一种氦气压气机，与现有技术相较而言，本发明采用内部气体流通的方式，将气体从低压级压气机输送到高压级压气机，即省去了传统两级压气机之间的外部连接管道，更有利于低压氦气环境中电机的散热，增强了设备在恶劣环境中的可靠性，降低设备散热设计难度的尺寸，减少了设备的尺寸、重量，更适应飞行器机载使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种氦气压气机的结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种氦气压气机的剖视图；

图3附图为本发明提供的一种氦气压气机气体流动方向的结构示意图；

图4附图为本发明提供的壳体的截面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明实施例公开了一种氦气压气机，包括高速电机1、低压级压气机2和高压级压气机3，高速电机1固定在低压级压气机2和高压级压气机3之间，并且低压级压气机2与高压级压气机3通过高速电机1上开设的气体流通通道111连接相通。

本发明低压级压气机2与高压级压气机3通过高速电机1上开设的气体流通通道111连接相通，不仅可以减少低压级压气机2和高压级压气机3尺寸、重量，以及省去之间的外部管道，同时有效解决高速电机1的散热问题，改善高速电机1散热，提高氦气压气机的可靠性。

具体的，高速电机1包括壳体11、定子12和转子13，壳体11固定在低压级压气机2和高压级压气机3之间；壳体11开设有气体流通通道111；定子12固定在壳体11内壁上；转子13通过轴承安装在壳体11内部且贯穿定子12。

具体的，低压级压气机2包括低压级蜗壳21、低压级扩压器22和低压级叶轮23，低压级蜗壳21开设有进气口211以及与进气口211连通的进气通道212；低压级蜗壳21固定在壳体11的一侧，且进气通道212与气体流通通道111连通；低压级扩压器22安装在低压级蜗壳21内部；低压级叶轮23位于低压级蜗壳21内部且安装在转子13的一端；

高压级压气机3包括高压级蜗壳31、出气管道32、高压级扩压器33、高压级叶轮34和端盖35，高压级蜗壳31开设有出气口311；高压级蜗壳31固定在壳体11的另一侧；出气管道32安装在高压级蜗壳31内部，且出气管道32一端与气体流通通道111连通，出气管道32另一端与出气口311连通；高压级扩压器33安装在高压级蜗壳31内部；高压级叶轮34位于高压级蜗壳31内部且安装在转子13的另一端；端盖35固定在高压级蜗壳31的外侧，在本实施例中，端盖35与高压级蜗壳31通过法兰固定连接。

具体的，还包括温度传感器、连接器4和控制器，温度传感器内嵌安装于定子12；连接器4固定在壳体11外表面上，用于高速电机1三相供电以及高速电机1采集温度信息；温度传感器与连接器4电性连接，连接器4与控制器电性连接，在本实施例中，温度传感器、连接器4和控制器通过线缆电性连接。

具体的，壳体11包括外壳和内壳，外壳和内壳均呈圆柱形，内壳套合在外壳内部连接为一体；定子12与内壳过盈配合；气体流通通道111包括六个扇形通道1111，六个扇形通道1111开设在外壳和内壳之间，且均匀分布。

具体的，出气管道32的入口处经缩口处理。

本发明的工作原理为：

通过控制器对高速电机1进行控制，驱动转子13高速旋转，从而带动转子13两端的低压级叶轮23和高压级叶轮34同步转动，开始工作，气体通过低压级蜗壳21的进气口211进入，在低压级叶轮23的高速旋转做功下，以及在低压级蜗壳21、低压级扩压器22的共同作用下，将气体提升到一定压力和温度，气体快速通过进气通道212进入高速电机1壳体11的气体流通通道111内，在高速电机1与气体的高温差作用以及强对流作用下，气体迅速带走高速电机1大部分热量，经过出气管道32进入高压级压气机3，在高压级叶轮34的旋转做功下，以及在高压级扩压器33与高压级蜗壳31的共同作用下，进一步提升气体压力与温度，最后由出气口311进入目标容器。

如图3所示气体流通方向，气体从低压级压气机2能够快速通过高速电机1壳体11气体流通通道111进入高压级压气机3的同时，气体能够尽可能的与高速电机1壳体11表面进行接触，带走高速电机1大部分热量，降低氦气压气机的故障率。

本说明书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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种氦气压气机，其特征在于，包括高速电机、低压级压气机和高压级压气机，所述高速电机固定在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间，并且所述低压级压气机与所述高压级压气机通过所述高速电机上开设的气体流通通道连接相通。

2.根据权利要求1所述的一种氦气压气机，其特征在于，所述高速电机包括壳体、定子和转子，所述壳体固定在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间；所述壳体开设有所述气体流通通道；所述定子固定在所述壳体内壁上；所述转子通过轴承安装在所述壳体内部且贯穿所述定子。

3.根据权利要求2所述的一种氦气压气机，其特征在于，所述低压级压气机包括低压级蜗壳、低压级扩压器和低压级叶轮，所述低压级蜗壳开设有进气口以及与所述进气口连通的进气通道；所述低压级蜗壳固定在所述壳体的一侧，且所述进气通道与所述气体流通通道连通；所述低压级扩压器安装在所述低压级蜗壳内部；所述低压级叶轮位于所述低压级蜗壳内部且安装在所述转子的一端；

所述高压级压气机包括高压级蜗壳、出气管道、高压级扩压器、高压级叶轮和端盖，所述高压级蜗壳开设有出气口；所述高压级蜗壳固定在所述壳体的另一侧；所述出气管道安装在所述高压级蜗壳内部，且所述出气管道一端与所述气体流通通道连通，所述出气管道另一端与所述出气口连通；所述高压级扩压器安装在所述高压级蜗壳内部；所述高压级叶轮位于所述高压级蜗壳内部且安装在所述转子的另一端；所述端盖固定在所述高压级蜗壳的外侧。

4.根据权利要求2所述的一种氦气压气机，其特征在于，还包括温度传感器、连接器和控制器，所述温度传感器内嵌安装于所述定子；所述连接器固定在所述壳体外表面上；所述温度传感器与所述连接器电性连接，所述连接器与所述控制器电性连接。

5.根据权利要求2所述的一种氦气压气机，其特征在于，所述壳体包括外壳和内壳，所述外壳和所述内壳均呈圆柱形，所述内壳套合在所述外壳内部连接为一体；所述定子与所述内壳过盈配合；所述气体流通通道包括六个扇形通道，六个所述扇形通道开设在所述外壳和所述内壳之间，且均匀分布。

6.根据权利要求3所述的一种氦气压气机，其特征在于，所述出气管道的入口处经缩口处理。

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