CN114607625A - 一种空气循环机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气循环机，包括膨胀机部分、压缩机部分、风机部分和转轴，转轴穿设膨胀机部分、压缩机部分和风机部分、第一径向轴承、第二径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承、第一引气管路和进气通道，第一引气管路一端能够从膨胀机部分的膨胀腔内引入气体，另一端与进气通道的一端连通，进气通道的另一端连通第一轴承腔，转轴内部设置有冷却通道，冷却通道能够将第一轴承腔中的气体导通至第二轴承腔中；并且经过第二径向轴承后的气体能够被导通至压缩机部分的吸气口中。本发明的空气循环机能够有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的稳定性，同时还能回收利用被排放的高压气流，取得了节能的效果。

Description

一种空气循环机

技术领域

本发明涉及空气循环机技术领域，具体涉及一种空气循环机。

背景技术

用于压缩空气循环制冷系统的空气循环机，其转子由气动轴承支承作高速旋转。轴承与转子间的空气摩擦热量需要及时排除，否则该热量积聚一定程度后，轴承被烧毁，空气循环机不能正常工作。

专利201410083009.3公开了带有密封盘的轴径轴。该轴径轴需要与另一个推力轴承轴接合装配成整个轴组件导流冷却气体。但装配轴存在装配精度控制问题，因高精度轴装配需求提高了加工成本和质量控制难度。因控制冷却流的流量分配，轴径轴上设置的密封盘无疑增加了结构的复杂性，增加了装配控制难度，增加了样机制造成本。冷却气流排到风叶处，不能参与到空调组件的工质循环，浪费了高压力气流。

专利201110432497.0公开了推力轴承轴，其具备径向轴和推力盘的功能。推力轴承轴需要与另一个轴径轴接合装配成整个轴组件导流冷却气体。但装配轴存在装配精度控制问题，因高精度轴装配需求提高了加工成本和质量控制难度。冷却气流排到风叶处，不能参与到空调组件的工质循环，浪费了高压力气流。

由于现有技术中的空气循环机的轴承产生大量热量，如果不及时进行散热冷却，会造成轴承的损坏，影响空气循环机的正常运行；对于冷却轴承的方案其冷却后的高压气流排放到系统外，存在能量浪费等技术问题，因此本发明研究设计出一种空气循环机。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的空气循环机存在无法在对轴承进行散热冷却的同时还能合理利用冷却后的高压气体的缺陷，从而提供一种空气循环机。

为了解决上述问题，本发明提供一种空气循环机，其包括：

膨胀机部分、压缩机部分、风机部分和转轴，所述转轴穿设所述膨胀机部分、所述压缩机部分和所述风机部分；所述空气循环机还包括第一径向轴承、第二径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承、第一引气管路和进气通道，所述转轴通过第一径向轴承、第二径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承支撑，所述第一径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承均设置在第一轴承腔内，所述第二径向轴承设置在第二轴承腔内；

所述第一引气管路一端能够从所述膨胀机部分的膨胀腔内引入气体，另一端与所述进气通道的一端连通，所述进气通道的另一端连通所述第一轴承腔，用于输送冷却所述第一径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承的冷却空气，所述转轴内部设置有冷却通道，所述冷却通道能够将所述第一轴承腔中的气体导通至所述第二轴承腔中，用于输送冷却所述第二径向轴承的冷却空气；并且经过所述第二径向轴承后的气体能够被导通至所述压缩机部分的吸气口中。

在一些实施方式中，所述冷却通道包括第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道，所述第一冷却通道的一端与所述第一轴承腔连通、另一端与所述第二冷却通道连通，所述第二冷却通道沿所述转轴的轴向延伸，所述第三冷却通道的一端与所述第二冷却通道的一端连通、另一端与所述第二轴承腔连通。

在一些实施方式中，包括轴承座，所述第一轴承腔设置在所述轴承座的内部，所述进气通道开设在所述轴承座上；所述轴承座内设有第一密封结构和第二密封结构，所述转轴通过所述第二径向轴承、所述第一止推轴承和所述第二止推轴承被装配在所述轴承座上，所述第一轴承腔位于所述轴承座、所述转轴、第一密封结构和第二密封结构围成的空腔内。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承之间还设置有止推盘的部分结构，所述进气通道的一端与所述止推盘相对，冷却气体从所述进气通道进入所述第一轴承腔并分别冷却所述第一止推轴承和所述第二止推轴承，之后再到达所述第一径向轴承并对其冷却；之后再通过所述第一冷却通道进入所述转轴内部的所述第二冷却通道中。

在一些实施方式中，冷却气体进入所述第二冷却通道后再通过所述第三冷却通道进入所述第二轴承腔中并对所述第二径向轴承冷却。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承与所述转轴之间或者所述第一径向轴承上沿其轴向开设有第一间隙，所述第一间隙能够将所述第一径向轴承的轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承与所述止推盘之间具有第二间隙，所述第二止推轴承与所述止推盘之间具有第三间隙，所述第一止推轴承与所述转轴之间或者所述第一止推轴承上沿其轴向开设有第四间隙，所述止推盘上沿其轴向开设有第五间隙，所述第五间隙能够将所述止推盘轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧，所述第一止推轴承位于所述止推盘与所述第一径向轴承之间。

在一些实施方式中，还包括轴套，所述轴套的部分段套设于所述转轴的外周且与所述第二径向轴承相对的轴段，所述第二径向轴承位于所述轴套的外周，所述第二径向轴承与所述轴套之间或者所述第二径向轴承的内部沿其轴向开设有第六间隙，所述第六间隙能够将所述第二轴承腔中的气体导通至所述压缩机部分的吸气口。

在一些实施方式中，还包括风机座和连通腔，所述第二轴承腔和所述连通腔均设置在所述风机座内，且连通腔位于所述转轴的外周，所述连通腔的轴向一端通过所述第六间隙与所述第二轴承腔连通、轴向另一端与所述压缩机部分的所述吸气口连通。

在一些实施方式中，所述风机座上设有第三密封结构，所述转轴通过所述第二径向轴承装配在所述风机座上，所述第二轴承腔位于所述风机座、所述转轴、所述第三密封结构和所述轴套围成的空间内。

在一些实施方式中，所述轴套的一端端部延伸至覆盖所述第三冷却通道的位置，且所述轴套上与所述第三冷却通道相对的位置开设有轴套孔，所述轴套孔能够将所述第三冷却通道中的气体导通至所述第二轴承腔中，所述轴套的另一端端部延伸至所述压缩机部分的内部。

在一些实施方式中，所述膨胀机部分的膨胀壳体上还设置有第二引气通道，所述膨胀壳体上还设置有导气部，所述导气部上设置有第三引气通道，所述第一引气管路的一端与所述第三引气通道的一端连通，所述第三引气通道的另一端与所述第二引气通道的一端连通，所述第二引气通道的另一端与膨胀机部分的膨胀腔连通。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承和所述第二径向轴承为径向气动轴承；和/或，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承为止推气动轴承。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道的孔径为D1，所述第二冷却通道的孔径为D2，所述第三冷却通道的孔径为D3，所述转轴的与所述第一径向轴承相对的轴段的外周面为轴面，且所述轴面的外径为D4，所述转轴的与所述止推盘相接的端面为轴定位面，且所述第一冷却通道的位置处的横截面A-A与所述轴定位面之间的轴向距离为L1，所述第三冷却通道的位置处的横截面B-B与所述轴定位面之间的轴向距离为L2，且有D3≥D1，并且孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.2～0.5。

在一些实施方式中，L1/D4＝1.1～1.8，L2/D4＝6.5～7.5。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道沿所述转轴的径向方向延伸，所述第三冷却通道沿所述转轴的径向方向延伸；和/或，所述第一冷却通道为多个，多个所述第一冷却通道沿所述转轴的周向方向间隔布置，所述第三冷却通道为多个，多个所述第三冷却通道沿所述转轴的周向方向间隔布置。

在一些实施方式中，当所述第一冷却通道为多个，所述第三冷却通道为多个时，所述第一冷却通道的个数为2～12个，所述第三冷却通道的个数为2～12个。

本发明提供的一种空气循环机具有如下有益效果：

本发明的空气循环机，设计容纳轴承装置的两个轴承腔，并且设置引气管路使其与膨胀机部分的膨胀腔(入口腔)，以及通过进气通道能够引入膨胀机吸入口处的低温气体，进入第一轴承腔中后以对第一和第二止推轴承以及第一径向轴承进行冷却作用，冷却后再通过转轴内部开设的冷却通道能够有效将气体导通至第二轴承腔中，用于对第二径向轴承进行冷却作用，冷却气流与需要冷却的轴承装置直接接触，带走轴承装置的大量热量，有效提高了对轴承的冷却效果，增强了散热能力；同时还通过将第二轴承腔的另一端连通至压缩机部分的吸气口处，使得第一轴承腔和第二轴承腔中依次对轴承冷却后的气体能被导入至压缩机部分的吸气口处，以增大压缩机吸气口处气体的温度，提高吸气过热度，提高压缩能力，提高空气循环机的能效，提高节能效果；并且防止液击；因此本发明的空气循环机能够有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的稳定性，同时还能回收利用被排放的高压气流，取得了节能的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的空气循环机的结构剖视图；

图1a为图1的A部分的局部放大图；

图1b为图1的B部分的局部放大图；

图2为本发明实施例的空气循环机的结构立体图；

图3为本发明实施例的空气循环机的内部冷却流路示意图；

图4为本发明空气循环机的转轴结构示意图；

图4a为图4中A-A截面示意图；

图4b为图4中B-B截面示意图。

附图标记表示为：

100、膨胀机部分；200、压缩机部分；201、吸气口；300、风机部分；T01、膨胀机入口；T02、膨胀机出口；C01、压缩机入口；C02、压缩机出口；F01、风叶进气口；F02、风叶出气口；Z01、转子系统；

01、膨胀壳体；0101、第二引气通道；02、导气部；0201、第三引气通道；03、第一引气管路；04、轴承座；0401、进气通道；0501、第一止推轴承；0502、第二止推轴承；06、第一密封结构；07、止推盘；0701、第五间隙；08、第一径向轴承；09、转轴；0901、第一冷却通道；0902、第二冷却通道；0903、第三冷却通道；0904、轴面；0905、轴定位面；10、第二密封结构；11、轴套；1101、轴套孔；12、零件；13、第三密封结构；14、风机座；15、第二径向轴承；q1、第一轴承腔；q2、第二轴承腔；26、连通腔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

结合图1至图2所示，本发明实施例提供了一种空气循环机，其包括：

膨胀机部分100、压缩机部分200、风机部分300和转轴09，所述转轴09穿设所述膨胀机部分100、所述压缩机部分200和所述风机部分300；所述空气循环机还包括第一径向轴承08、第二径向轴承15、第一止推轴承0501和第二止推轴承0502、第一引气管路03和进气通道0401，所述转轴09通过第一径向轴承08、第二径向轴承15、第一止推轴承0501和第二止推轴承0502支撑，所述第一径向轴承08、第一止推轴承0501和第二止推轴承0502均设置在第一轴承腔q1内，所述第二径向轴承15设置在第二轴承腔q2内；

所述第一引气管路03一端能够从所述膨胀机部分100的膨胀腔内引入气体，另一端与所述进气通道0401的一端连通，所述进气通道0401的另一端连通所述第一轴承腔q1，用于输送冷却所述第一径向轴承08、第一止推轴承0501和第二止推轴承0502的冷却空气，所述转轴09内部设置有冷却通道，所述冷却通道能够将所述第一轴承腔q1中的气体导通至所述第二轴承腔q2中，用于输送冷却所述第二径向轴承15的冷却空气；并且经过所述第二径向轴承15后的气体能够被导通至所述压缩机部分200的吸气口201中。

本发明的空气循环机，设计容纳轴承装置的两个轴承腔，并且设置引气管路使其与膨胀机部分的膨胀腔(入口腔)，以及通过进气通道能够引入膨胀机吸入口处的低温气体，进入第一轴承腔中后以对第一和第二止推轴承以及第一径向轴承进行冷却作用，冷却后再通过转轴内部开设的冷却通道能够有效将气体导通至第二轴承腔中，用于对第二径向轴承进行冷却作用，冷却气流与需要冷却的轴承装置直接接触，带走轴承装置的大量热量，有效提高了对轴承的冷却效果，增强了散热能力；同时还通过将第二轴承腔的另一端连通至压缩机部分的吸气口处，使得第一轴承腔和第二轴承腔中依次对轴承冷却后的气体能被导入至压缩机部分的吸气口处，以增大压缩机吸气口处气体的温度，提高吸气过热度，提高压缩能力，提高空气循环机的能效，提高节能效果；并且防止液击；因此本发明的空气循环机能够有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的稳定性，同时还能回收利用被排放的高压气流，取得了节能的效果。

1.本发明提供一种空气循环机，该循环机里自带气动轴承冷却功能。

2.本发明提供一种气动轴承冷却流路，在压差作用下，流路导流冷却气体，冷却轴承。

3.本发明提供一种整段中空轴，实现在轴内部导流冷却气体。

1.本发明通过设置冷却流路，有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的可靠性，有效解决空气循环机的气动轴承冷却技术难题。

2.本发明在转子轴开设一组进气孔，不用考虑轴承冷却流的分配问题，保证所有冷却流依次冷却每个轴承，能够有效解决多个轴承冷却涉及流量分配的问题。

3.本发明冷却流最后引入压缩机吸气口，参与到空调组件的空气循环，避免高压气流的浪费，取得节能效果，有效解决了冷却轴承后的气流排放到空调组件外而导致的高压气流的浪费问题。

4.本发明采取整段中空轴，不仅能实现冷却流的导流，而且避免了多段轴的装配精度低的问题，解决多轴段的装配精度低的问题。

如图2所示。用于压缩空气制冷系统的空气循环机，转子系统Z01的旋转动力来自于气体的膨胀功，气体流入膨胀机入口T01后膨胀做功，做功后的气体温度降低，低温气体从膨胀机出口T02流出，被输送到需要制冷的区域。膨胀功驱动转子系统Z01旋转，转子系统Z01上的压缩叶轮将气体从压缩机入口C01吸入，经压缩后从压缩机出口C02排出。与此同时，转子系统Z01上的风叶由风叶进气口F01吸入空气，在风叶出气口F02处排出，驱动空气。

如图2所示。转子系统Z01的径向被第一径向轴承08和第二径向轴承15支承(优选气动轴承)，转子系统Z01的轴向被第一止推轴承0501和第二止推轴承0502支承(优选气动轴承)。

如图2所示。在膨胀壳体01的进口，设置第二引气通道0101。在导气部02上布置第三引气通道0201。第三引气通道0201贯通连接第二引气通道0101。管件(第一引气管路03)与导气部02装配成一体。第一引气管路03连通导气部02。在轴承座04内布置进气通道0401,进气通道0401连通第一引气管路03。

在一些实施方式中，所述冷却通道包括第一冷却通道0901、第二冷却通道0902和第三冷却通道0903，所述第一冷却通道0901的一端与所述第一轴承腔q1连通、另一端与所述第二冷却通道0902连通，所述第二冷却通道0902沿所述转轴09的轴向延伸，所述第三冷却通道0903的一端与所述第二冷却通道0902的一端连通、另一端与所述第二轴承腔q2连通。这是本发明的冷却通道的优选结构形式，即通过第一冷却通道能够从第一轴承腔中引入冷却气体，并进入第二冷却通道中，第二冷却通道沿轴向延伸以将气体导通至第三冷却通道处，第三冷却通道将冷却气体导出至第二轴承腔中，从而完成冷却气体的有效传递，同时对第一轴承腔中的3个轴承和第二轴承腔中的1个轴承起到冷却作用。

在一些实施方式中，包括轴承座04，所述第一轴承腔q1设置在所述轴承座04的内部，所述进气通道0401开设在所述轴承座04上；所述轴承座04内设有第一密封结构06和第二密封结构10，所述转轴09通过所述第一径向轴承08、所述第一止推轴承0501和所述第二止推轴承0502被装配在所述轴承座04上，所述第一轴承腔q1位于所述轴承座04、所述转轴09、第一密封结构06和第二密封结构10围成的空腔内。这是本发明的空气循环机的进一步优选结构形式，轴承座是用来支撑多个轴承的(包括第一和第二止推轴承以及第一径向轴承)，本发明通过在轴承座上开设第一轴承腔，并且在轴承座上开设的进气通道，能够有效地引入膨胀腔中的冷却气体，将其引入第一轴承腔中，为多个轴承的冷却提供了条件。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承0501和所述第二止推轴承0502之间还设置有止推盘07，所述进气通道0401的一端与所述止推盘07相对，冷却气体从所述进气通道0401进入所述第一轴承腔q1并分别冷却所述第一止推轴承0501和所述第二止推轴承0502，之后再到达所述第一径向轴承08并对其冷却；之后再通过所述第一冷却通道0901进入所述转轴09内部的所述第二冷却通道0902中。本发明还通过在两个止推轴承之间设置的止推盘结构，能够与两个止推轴承一起起到对转轴两个方向止推的作用，并且本发明的进气通道与止推盘相对，使得进入第一轴承腔中的冷却气体能够分别对两个止推轴承进行冷却，而后再进一步对第一径向轴承进行冷却作用，实现对三个轴承的有效冷却降温的效果。

如图1所示。轴承座04、第一密封结构06、第二密封结构10和转轴09组成一个腔体(即第一轴承腔q1)，第一轴承腔q1容纳第一径向轴承08、第一止推轴承0501、第二止推轴承0502和止推盘07。

如图2和图3所示，从膨胀壳体01引出的气流1，依次经第二引气通道0101、第三引气通道0201、导气部02和进气通道0401，流入第一轴承腔q1。气流1分成气流11和气流12两部分。气流11流经第一止推轴承0501和止推盘07的间隙，带走止推盘07与第一止推轴承0501相互摩擦产生的热量。气流12流经第二止推轴承0502和止推盘07的间隙，带走止推盘07与第二止推轴承0502相互摩擦产生的热量。气流12经止推盘气孔(第五间隙0701)后与气流11汇合成气流2，流过第一径向轴承08和转轴09的间隙，带走第一径向轴承08和转轴09相互摩擦产生的热量。气流2流经第一冷却通道0901在第二冷却通道0902内汇流成气流3。

如图2和图3所示。风机座14、第三密封结构13、零件12和轴套11组成一个腔体(第二轴承腔q2)，腔体q2容纳第二径向轴承15。轴内孔(第二冷却通道0902)内的气流3依次经轴孔(第三冷却通道0903)和轴套孔1101流入腔体q2。然后气流流经第二径向轴承15和轴套11的间隙，带走摩擦热。最后气流被压缩机吸入，进入后续循环。

在一些实施方式中，冷却气体进入所述第二冷却通道0902后再通过所述第三冷却通道0903进入所述第二轴承腔q2中并对所述第二径向轴承15冷却。本发明通过转轴内部的第二冷却通道和第三冷却通道能够将冷却完第一径向轴承的冷却气体导通至第二轴承腔中，以有效地对第二径向轴承起到冷却的作用和效果，不用考虑轴承冷却流的分配问题，保证所有冷却流依次冷却每个轴承。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承08与所述转轴09之间或者所述第一径向轴承08上沿其轴向开设有第一间隙，所述第一间隙能够将所述第一径向轴承08的轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧。本发明通过第一径向轴承与转轴之间或第一径向轴承内部沿轴向开设的第一间隙，能够将如图1中优选将气体经过第一间隙对第一径向轴承冷却，并将其导通至第一径向轴承的左端，起到冷却和导通的有效作用。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承0501与所述止推盘07之间具有第二间隙，所述第二止推轴承0502与所述止推盘07之间具有第三间隙，所述第一止推轴承0501与所述转轴09之间或者所述第一止推轴承0501上沿其轴向开设有第四间隙，所述止推盘07上沿其轴向开设有第五间隙0701，所述第五间隙能够将所述止推盘07轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧，所述第一止推轴承0501位于所述止推盘07与所述第一径向轴承08之间。本发明还通过第一止推轴承与止推盘之间的第二间隙能够将进入第一轴承腔中的气体经过该第二间隙对第一止推轴承进行冷却，第二止推轴承与止推盘之间的第三间隙能够使得进入第一轴承腔中的气体经过该第三间隙对第二止推轴承和止推盘进行冷却作用，第四间隙能够在对第一止推轴承冷却的同时还能将冷却气体导通至第一径向轴承处，第五间隙能够将对第二止推轴承冷却完的气体穿过止推盘而到达第一止推轴承中，完成冷却气体的有效导通的作用，实现利用气体冷却以及将气体传递的效果。

在一些实施方式中，还包括轴套11，所述轴套11的部分段套设于所述转轴09的外周且与所述第二径向轴承15相对的轴段，所述第二径向轴承15位于所述轴套11的外周，所述第二径向轴承15与所述轴套11之间或者所述第二径向轴承15的内部沿其轴向开设有第六间隙，所述第六间隙能够将所述第二轴承腔q2中的气体导通至所述压缩机部分200的吸气口201。本发明还通过轴套的设置，使得第二径向轴承套设于其外周，并且在轴套的外周和第二径向轴承的内周之间形成的第六间隙，以有效将气体导通至压缩机部分的吸气口中，实现对第二径向轴承的冷却降温，以及将冷却气体的有效传递的作用。

在一些实施方式中，还包括风机座14和连通腔26，所述第二轴承腔q2和所述连通腔26均设置在所述风机座14内，且连通腔26位于所述转轴09的外周，所述连通腔26的轴向一端通过所述第六间隙与所述第二轴承腔q2连通、轴向另一端与所述压缩机部分200的所述吸气口连通。本发明设置的风机座能够在其内部形成第二轴承腔，从而支撑转轴的一端于其上，连通腔能够将第六间隙中的气体导通至压缩机的吸气口中，使得冷却流体最后引入压缩机吸气口，参与到空调组件的空气循环，避免高压气流的浪费，取得节能效果。

在一些实施方式中，所述风机座14上设有第三密封结构13，所述转轴09通过所述第二径向轴承15装配在所述风机座14上，所述第二轴承腔q2位于所述风机座14、所述转轴09、所述第三密封结构13和所述轴套11围成的空间内。本发明通过第三密封结构能够对第二轴承腔起到密封的作用，第二轴承腔被形成为上述轴套、第三密封结构和风机座围成的空间内。

在一些实施方式中，所述轴套11的一端端部延伸至覆盖所述第三冷却通道0903的位置，且所述轴套11上与所述第三冷却通道0903相对的位置开设有轴套孔1101，所述轴套孔1101能够将所述第三冷却通道0903中的气体导通至所述第二轴承腔q2中，所述轴套11的另一端端部延伸至所述压缩机部分200的内部。本发明还通过轴套的延伸结构，能够起到传递冷却气体的作用，轴套孔能够将第三冷却通道0903中的气体导出至第二轴承腔中，另一端延伸至压缩机的内部能够起到将气体导通至压缩机吸气口的效果。

在一些实施方式中，所述膨胀机部分100的膨胀壳体01上还设置有第二引气通道0101，所述膨胀壳体01上还设置有导气部02，所述导气部02上设置有第三引气通道0201，所述第一引气管路03的一端与所述第三引气通道0201的一端连通，所述第三引气通道0201的另一端与所述第二引气通道0101的一端连通，所述第二引气通道0101的另一端与膨胀机部分的膨胀腔连通。本发明通过第二引气通道、导气部和第三引气通道的设置能够有效实现将膨胀腔中的冷却气体导出至第一轴承腔中以对轴承进行冷却，通过转轴内部的冷却通道实现冷却气体的传递，以实现对第二轴承腔中的轴承冷却的效果。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承08和所述第二径向轴承15为径向气动轴承；和/或，所述第一止推轴承0501和所述第二止推轴承0502为止推气动轴承。这是本发明的径向轴承以及止推轴承的优选结构形式。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道0901的孔径为D1，所述第二冷却通道0902的孔径为D2，所述第三冷却通道0903的孔径为D3，所述转轴09的与所述第一径向轴承08相对的轴段的外周面为轴面0904，且所述轴面的外径为D4，所述转轴09的与所述止推盘07相接的端面为轴定位面0905，且所述第一冷却通道0901的位置处的横截面A-A与所述轴定位面0905之间的轴向距离为L1，所述第三冷却通道0903的位置处的横截面B-B与所述轴定位面0905之间的轴向距离为L2，且有D3≥D1，并且孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.2～0.5。

如图4所示。用于气动轴承冷却功能的转子轴包含如下几何特征：轴孔(第一冷却通道0901)、轴内孔(第二冷却通道0902)、轴孔(第三冷却通道0903)、轴面0904、轴定位面0905。

转子轴包含如下尺寸参数：第一冷却通道0901直径D1(mm),第二冷却通道0902直径D2(mm),第三冷却通道0903直径D3(mm),轴面0904直径D4(mm),第一冷却通道0901横截面A-A至轴定位面0905的距离L1，第三冷却通道0903横截面B-B至轴定位面0905的距离L2。

第一冷却通道0901和第三冷却通道0903垂直于转轴，周向均匀布置。孔数为2～12，太多孔数削弱轴的强度，太少的孔难以保证通流面积，优选孔数为8。考虑到气体受热后体积膨胀，为确保冷却流体顺畅流通，D3≥D1。综合考虑转子轴的强度和冷却流体的流动损失，孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.05～0.2；兼顾加工经济性，优选D1/D4＝D3/D4＝0.1；孔径比取小值，转子轴强度高，但冷却流体的流动损失大；孔径比取大值，冷却流体的流动损失小，但转子轴强度低。综合考虑转子轴的刚度和冷却流体的流动损失，孔径比D3/D4＝0.2～0.5，优选D3/D4＝0.34；孔径比取小值，转子轴的刚度高，但冷却流体的流动损失大；孔径比取大值，冷却流体的流动损失小，但转子轴的刚度低。

在一些实施方式中，L1/D4＝1.1～1.8，L2/D4＝6.5～7.5。

为了支承转子系统Z01，气动径向轴承(第一径向轴承08和第二径向轴承15)相对于轴定位面0905的位置是确定的。为避免第一冷却通道0901破坏第一径向轴承08有效承载面(轴面0904)，第一冷却通道0901的横截面A-A至轴定位面0905的距离L1不能过小。兼顾空气循环机结构紧凑性，L1不能过大(刚度小，挠度大，转速上不来)。综合考虑参数L1/D4＝1.1～1.8，优选1.5。避免第三冷却通道0903破坏第二径向轴承15有效承载面，第三冷却通道0903横截面B-B至轴定位面0905的距离L2不能过小。兼顾空气循环机结构紧凑性，L2不能过大。综合考虑参数L2/D4＝6.5～7.5，优选7.0。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道0901沿所述转轴09的径向方向延伸，所述第三冷却通道0903沿所述转轴09的径向方向延伸；和/或，所述第一冷却通道0901为多个，多个所述第一冷却通道0901沿所述转轴09的周向方向间隔布置，所述第三冷却通道0903为多个，多个所述第三冷却通道0903沿所述转轴09的周向方向间隔布置。

在一些实施方式中，当所述第一冷却通道0901为多个，所述第三冷却通道0903为多个时，所述第一冷却通道0901的个数为2～12个，所述第三冷却通道0903的个数为2～12个。

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。

以上所述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。以上所述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 (17)

1.一种空气循环机，其特征在于，包括：

膨胀机部分(100)、压缩机部分(200)、风机部分(300)和转轴(09)，所述转轴(09)穿设所述膨胀机部分(100)、所述压缩机部分(200)和所述风机部分(300)；所述空气循环机还包括第一径向轴承(08)、第二径向轴承(15)、第一止推轴承(0501)和第二止推轴承(0502)、第一引气管路(03)和进气通道(0401)，所述转轴(09)通过第一径向轴承(08)、第二径向轴承(15)、第一止推轴承(0501)和第二止推轴承(0502)支撑，所述第一径向轴承(08)、第一止推轴承(0501)和第二止推轴承(0502)均设置在第一轴承腔(q1)内，所述第二径向轴承(15)设置在第二轴承腔(q2)内；

所述第一引气管路(03)一端能够从所述膨胀机部分(100)的膨胀腔内引入气体，另一端与所述进气通道(0401)的一端连通，所述进气通道(0401)的另一端连通所述第一轴承腔(q1)，用于输送冷却所述第一径向轴承(08)、第一止推轴承(0501)和第二止推轴承(0502)的冷却空气，所述转轴(09)内部设置有冷却通道，所述冷却通道能够将所述第一轴承腔(q1)中的气体导通至所述第二轴承腔(q2)中，用于输送冷却所述第二径向轴承(15)的冷却空气；并且经过所述第二径向轴承(15)后的气体能够被导通至所述压缩机部分(200)的吸气口(201)中。

2.根据权利要求1所述的空气循环机，其特征在于，所述冷却通道包括第一冷却通道(0901)、第二冷却通道(0902)和第三冷却通道(0903)，所述第一冷却通道(0901)的一端与所述第一轴承腔(q1)连通、另一端与所述第二冷却通道(0902)连通，所述第二冷却通道(0902)沿所述转轴(09)的轴向延伸，所述第三冷却通道(0903)的一端与所述第二冷却通道(0902)的一端连通、另一端与所述第二轴承腔(q2)连通。

3.根据权利要求1所述的空气循环机，其特征在于，包括轴承座(04)，所述第一轴承腔(q1)设置在所述轴承座(04)的内部，所述进气通道(0401)开设在所述轴承座(04)上；所述轴承座(04)内设有第一密封结构(06)和第二密封结构(10)，所述转轴(09)通过所述第一径向轴承(08)、所述第一止推轴承(0501)和所述第二止推轴承(0502)被装配在所述轴承座(04)上，所述第一轴承腔(q1)位于所述轴承座(04)、所述转轴(09)、第一密封结构(06)和第二密封结构(10)围成的空腔内。

4.根据权利要求2所述的空气循环机，其特征在于，所述第一止推轴承(0501)和所述第二止推轴承(0502)之间还设置有止推盘(07)的部分结构，所述进气通道(0401)的一端与所述止推盘(07)相对，冷却气体从所述进气通道(0401)进入所述第一轴承腔(q1)并分别冷却所述第一止推轴承(0501)和所述第二止推轴承(0502)，之后再到达所述第一径向轴承(08)并对其冷却；之后再通过所述第一冷却通道(0901)进入所述转轴(09)内部的所述第二冷却通道(0902)中。

5.根据权利要求4所述的空气循环机，其特征在于，冷却气体进入所述第二冷却通道(0902)后再通过所述第三冷却通道(0903)进入所述第二轴承腔(q2)中并对所述第二径向轴承(15)冷却。

6.根据权利要求4所述的空气循环机，其特征在于，所述第一径向轴承(08)与所述转轴(09)之间或者所述第一径向轴承(08)上沿其轴向开设有第一间隙，所述第一间隙能够将所述第一径向轴承(08)的轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧。

7.根据权利要求6所述的空气循环机，其特征在于，所述第一止推轴承(0501)与所述止推盘(07)之间具有第二间隙，所述第二止推轴承(0502)与所述止推盘(07)之间具有第三间隙，所述第一止推轴承(0501)与所述转轴(09)之间或者所述第一止推轴承(0501)上沿其轴向开设有第四间隙，所述止推盘(07)上沿其轴向开设有第五间隙(0701)，所述第五间隙能够将所述止推盘(07)轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧，所述第一止推轴承(0501)位于所述止推盘(07)与所述第一径向轴承(08)之间。

8.根据权利要求6所述的空气循环机，其特征在于，还包括轴套(11)，所述轴套(11)的部分段套设于所述转轴(09)的外周且与所述第二径向轴承(15)相对的轴段，所述第二径向轴承(15)位于所述轴套(11)的外周，所述第二径向轴承(15)与所述轴套(11)之间或者所述第二径向轴承(15)的内部沿其轴向开设有第六间隙，所述第六间隙能够将所述第二轴承腔(q2)中的气体导通至所述压缩机部分(200)的吸气口。

9.根据权利要求8所述的空气循环机，其特征在于，还包括风机座(14)和连通腔(26)，所述第二轴承腔(q2)和所述连通腔(26)均设置在所述风机座(14)内，且连通腔(26)位于所述转轴(09)的外周，所述连通腔(26)的轴向一端通过所述第六间隙与所述第二轴承腔(q2)连通、轴向另一端与所述压缩机部分(200)的所述吸气口连通。

10.根据权利要求9所述的空气循环机，其特征在于，所述风机座(14)上设有第三密封结构(13)，所述转轴(09)通过所述第二径向轴承(15)装配在所述风机座(14)上，所述第二轴承腔(q2)位于所述风机座(14)、所述转轴(09)、所述第三密封结构(13)和所述轴套(11)围成的空间内。

11.根据权利要求8所述的空气循环机，其特征在于，

所述轴套(11)的一端端部延伸至覆盖所述第三冷却通道(0903)的位置，且所述轴套(11)上与所述第三冷却通道(093)相对的位置开设有轴套孔(1101)，所述轴套孔(1101)能够将所述第三冷却通道(0903)中的气体导通至所述第二轴承腔(q2)中，所述轴套(11)的另一端端部延伸至所述压缩机部分(200)的内部。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的空气循环机，其特征在于，所述膨胀机部分(100)的膨胀壳体(01)上还设置有第二引气通道(0101)，所述膨胀壳体(01)上还设置有导气部(02)，所述导气部(02)上设置有第三引气通道(0201)，所述第一引气管路(03)的一端与所述第三引气通道(0201)的一端连通，所述第三引气通道(0201)的另一端与所述第二引气通道(0101)的一端连通，所述第二引气通道(0101)的另一端与膨胀机部分的膨胀腔连通。

13.根据权利要求1-11任一项所述的空气循环机，其特征在于，所述第一径向轴承(08)和所述第二径向轴承(15)为径向气动轴承；和/或，所述第一止推轴承(0501)和所述第二止推轴承(0502)为止推气动轴承。

14.根据权利要求4所述的空气循环机，其特征在于，所述第一冷却通道(0901)的孔径为D1，所述第二冷却通道(0902)的孔径为D2，所述第三冷却通道(0903)的孔径为D3，所述转轴(09)的与所述第一径向轴承(08)相对的轴段的外周面为轴面(0904)，且所述轴面的外径为D4，所述转轴(09)的与所述止推盘(07)相接的端面为轴定位面(0905)，且所述第一冷却通道(0901)的位置处的横截面A-A与所述轴定位面(0905)之间的轴向距离为L1，所述第三冷却通道(0903)的位置处的横截面B-B与所述轴定位面(0905)之间的轴向距离为L2，且有D3≥D1，并且孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.2～0.5。

15.根据权利要求14所述的空气循环机，其特征在于，L1/D4＝1.1～1.8，L2/D4＝6.5～7.5。

16.根据权利要求2所述的空气循环机，其特征在于，所述第一冷却通道(0901)沿所述转轴(09)的径向方向延伸，所述第三冷却通道(0903)沿所述转轴(09)的径向方向延伸；和/或，所述第一冷却通道(0901)为多个，多个所述第一冷却通道(0901)沿所述转轴(09)的周向方向间隔布置，所述第三冷却通道(0903)为多个，多个所述第三冷却通道(0903)沿所述转轴(09)的周向方向间隔布置。

17.根据权利要求16所述的空气循环机，其特征在于，当所述第一冷却通道(0901)为多个，所述第三冷却通道(0903)为多个时，所述第一冷却通道(0901)的个数为2～12个，所述第三冷却通道(0903)的个数为2～12个。

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