CN114738300A - 一种二级离心式空压机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心式空压机技术领域，特别涉及一种二级离心式空压机，包括壳体，所述壳体的两端分别通过径向轴承与转子轴连接，所述壳体的一端连接有低压端涡轮增压装置，所述低压端涡轮增压装置包括低压端蜗壳和低压端背板，所述低压端蜗壳分别与壳体和低压端背板连接，所述低压端背板与转子轴之间设有空气推力轴承，所述低压端背板内设有低压端进气通道和空腔，所述低压端蜗壳通过低压端进气通道与空腔连通，所述空腔与空气推力轴承连通，所述空腔内滑动连接有导叶，所述低压端蜗壳的进气口滑动连接有钝体；本发明原理简单，在低压端蜗壳进气口处气体流量变小时能够对低压端空气推力轴承进行降温、冷却。

Description

一种二级离心式空压机

技术领域

本发明涉及离心式空压机技术领域，特别涉及一种二级离心式空压机。

背景技术

离心式空压机主要由转子和定子两大部分组成：转子包括叶轮和轴，叶轮上有叶片，此外还有平衡盘和轴封的一部分；定子的主体是机壳(气缸)，定子上还安装有扩压器、弯道、回流器、迸气管、排气管及部分轴封等。离心式空压机的工作原理为：当叶轮高速旋转时，气体随着旋转，在离心力作用下被甩到后面的扩压器中去，而在叶轮处形成真空地带，这时外界的新鲜气体进入叶轮，叶轮不断旋转，气体不断地吸入并甩出，从而保持了气体的连续流动。

在燃料电池动力汽车中，一般空压机进口处都会安装空气过滤器或者油雾器，但是当离心式空压机进口处的空气滤芯失效或者出现堵塞时会导致离心式空压机的低压端蜗壳进气口处气体流量变小时，会导致低压端空气推力轴承冷却不足，进而无法有效的降低空气推力轴承的温度，从而影响离心式空压机的运行和使用寿命。传统空压机的冷却方式一般仅考虑在电机定子外设有冷却夹套，用来冷却定子和转子，忽略了对轴承的冷却。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种原理简单，在低压端蜗壳进气口处气体流量变小时能够对低压端空气推力轴承进行降温、冷却的二级离心式空压机。

实现本发明目的的技术方案是：一种二级离心式空压机，包括壳体，所述壳体的两端分别通过径向轴承与转子轴连接，所述壳体的一端连接有低压端涡轮增压装置，所述低压端涡轮增压装置包括低压端蜗壳和低压端背板，所述低压端蜗壳分别与壳体和低压端背板连接，所述低压端背板与转子轴之间设有空气推力轴承，所述低压端背板内设有低压端进气通道和空腔，所述低压端蜗壳通过低压端进气通道与空腔连通，所述空腔与空气推力轴承连通，所述空腔内滑动连接有导叶，所述低压端蜗壳的进气口滑动连接有钝体。

进一步地，所述低压端背板内设有第一电磁绕组，所述第一电磁绕组使得导叶沿空腔滑动。

进一步地，所述低压端蜗壳进气口的外壁安装有第二电磁绕组，所述第二电磁绕组使得钝体沿轴向移动。

进一步地，所述壳体的另一端连接有高压端涡轮增压装置，所述高压端涡轮增压装置包括高压端蜗壳、高压端叶轮和高压端背板，所述高压端蜗壳与壳体密封连接，所述转子轴的另一端安装有高压端轴套，所述高压端背板与高压端轴套转动配合，所述高压端背板内设有高压端进气通道，所述高压端背板与高压端的径向轴承之间形成冷却空腔，所述冷却空腔与高压端进气通道连通。

进一步地，所述高压端轴套上滑动连接有叶轮环，所述叶轮环位于冷却空腔内。

进一步地，所述高压端轴套内安装有第三电磁绕组，所述第三电磁绕组使得叶轮环沿轴向移动。

进一步地，所述叶轮环的轮毂的横截面为梯形，所述轮毂面积大的端面朝向高压端背板，所述轮毂的斜面上均布若干叶片，若干所述叶片的尾部与轮毂面积小的端面齐平。

进一步地，所述叶片为翼型导流叶片。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明通过在低压端蜗壳进口处安装可移动的钝体、在低压端背板内设置低压端进气通道和空腔以及在空腔的内壁滑动连接有磁性导叶，使得在低压端蜗壳进气口处气体流量变小时防止气体逆流，并且通过低压端进气通道与空气推力轴承的连通让小流量气体流向空气推力轴承，从而实现对空气推力轴承的降温、冷却；

(2)本发明通过在高压端轴套上安装可移动的叶轮环，且叶轮环位于冷却空腔内，进而引导并加压冷却气体进入高压端的径向轴承，另外通过叶轮环转动，强制加压冷却气体输送至高压端的径向轴承中，从而增加冷却气体的流速，提高热交换的速率；

(3)本发明通过钝体的锥面与低压端蜗壳的进气口处壁面接触，用于调节低压端叶轮入口处的空气流量、压力和流速；

(4)本发明中轮毂面积大的端面朝向高压端背板以及叶片的尾部与轮毂面积小的端面平齐，且叶片的翼型工作面长度与背面长度比值较大，进而产生较大的输送压力，从而使得引导后的冷却气体对准高压端的径向轴承。

附图说明

为了使本发明的内容更容易和清楚地被理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部的放大图；

图3为图1中B部的放大图；

图4为本发明高压端叶轮环的结构示意图；

图5为本发明高压端叶轮环的剖视图。

图中：壳体1、径向轴承2、转子轴3、低压端蜗壳4a、低压端背板4b、低压端叶轮4c、空气推力轴承5、低压端进气通道6、空腔7、导叶8、钝体9、第一电磁绕组10、第二电磁绕组11、高压端蜗壳12a、高压端背板12b、高压端叶轮12c、高压端轴套13、高压端进气通道14、冷却空腔15、叶轮环16、轮毂16a、叶片16b、第三电磁绕组17。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种二级离心式空压机，包括壳体1，壳体1的两端分别通过径向轴承2与转子轴3连接，壳体1的两端分别连接有低压端涡轮增压装置和高压端涡轮增压装置，低压端涡轮增压装置包括低压端蜗壳4a、低压端背板4b和低压端叶轮4c，低压端蜗壳4a分别与壳体1和低压端背板4b密封连接，低压端叶轮4c安装在转子轴3的一端且位于低压端蜗壳4a内，低压端背板4b与转子轴3的轴肩之间设有空气推力轴承5，低压端背板4b内设有低压端进气通道6和空腔7，低压端蜗壳4a通过低压端进气通道6与空腔7连通，空腔7与空气推力轴承5的一侧连通，从而将低压端蜗壳4a内的部分气体通过低压端进气通道6和空腔7引入到空气推力轴承5处，用于冷却空气推力轴承5。空腔7内滑动连接有导叶8，导叶8具有磁性，低压端背板4b内设有第一电磁绕组10，通过控制第一电磁绕组10产生磁场位置变化，使得导叶8沿空腔7的内壁滑动，进而引导气体吹入空气推力轴承5中，从而实现空气推力轴承5的降温。低压端蜗壳4a的进气口滑动连接有钝体9，钝体9具有磁性，低压端蜗壳4a进气口的外壁安装有第二电磁绕组11，通过控制第二电磁绕组11产生磁场位置变化使得钝体9沿轴向移动，从而防止低压端蜗壳4a的进气口处气体逆流。钝体9为锥形，当钝体9位于初始位置时，钝体9与低压端蜗壳4a进气口处壁面存在间隙，当第二电磁绕组11控制钝体9沿轴向移动到位后，钝体9的锥面与低压端蜗壳4a进气口处壁面接触，从而实现对低压端叶轮4c入口处的空气流量、压力和流速的调节。通过控制第二电磁绕组11使钝体9的锥面与低压端蜗壳4a进气口处壁面接触，同时控制第一电磁绕组10使导叶8沿空腔7的内壁反流向滑动，钝体9与导叶8的联动，实现在较小流量下，可以强制引导部分气体进入空气推力轴承5中，从而实现空气推力轴承5冷却部分的集中冷却。高压端涡轮增压装置包括高压端蜗壳12a、高压端背板12b和高压端叶轮12c，高压端蜗壳12a的进气口与低压端蜗壳4a的出气口连通，高压端蜗壳12a与壳体1密封连接，高压端叶轮12c安装在转子轴3的另一端且位于高压端蜗壳12a内，高压端背板12b安装在壳体1上且位于高压端叶轮12c的后方，转子轴3的另一端还安装有高压端轴套13，高压端背板12b通过密封圈与高压端轴套13转动配合，高压端背板12b内设有高压端进气通道14，高压端背板12b与高压端的径向轴承2之间形成冷却空腔15，冷却空腔15与高压端进气通道14连通，高压端轴套13上滑动连接有叶轮环16，叶轮环16具有磁性，高压端轴套13内安装有第三电磁绕组17，通过控制第三电磁绕组17产生磁场位置变化使得叶轮环16沿轴向移动，叶轮环16可以与位置传感器(图中未示出)联动从而保证高压端的径向轴承2的冷却效果。叶轮环16位于冷却空腔15内，进而引导并加压气体进入高压端的径向轴承2，另外通过叶轮环16的转动，强制加压冷却气体输送至高压端的径向轴承2中，增加冷却气体的流速，从而提高热交换的速率。如图4和图5所示，叶轮环16的轮毂16a的横截面为梯形，轮毂16a面积大的端面朝向高压端背板12c，轮毂16a的斜面上均布若干叶片16b，叶片16b为翼型导流叶片，若干叶片16b的尾部与轮毂16a面积小的端面齐平，由于该翼型工作面长度与背面长度比值较大，能够产生较大的沿斜面方向的输送压力，从而使得引导后的气体对准径向轴承2。叶片16b的弦与圆周方向的夹角α＝8°-15°，叶片16b的厚度h为轮毂16a的内孔半径R的0.02-0.04倍。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二级离心式空压机，包括壳体(1)，所述壳体(1)的两端分别通过径向轴承(2)与转子轴(3)连接，所述壳体(1)的一端连接有低压端涡轮增压装置，其特征在于：所述低压端涡轮增压装置包括低压端蜗壳(4a)和低压端背板(4b)，所述低压端蜗壳(4a)分别与壳体(1)和低压端背板(4b)连接，所述低压端背板(4b)与转子轴(3)之间设有空气推力轴承(5)，所述低压端背板(4b)内设有低压端进气通道(6)和空腔(7)，所述低压端蜗壳(4a)通过低压端进气通道(6)与空腔(7)连通，所述空腔(7)与空气推力轴承(5)连通，所述空腔(7)内滑动连接有导叶(8)，所述低压端蜗壳(4a)的进气口处滑动连接有钝体(9)。

2.根据权利要求1所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述低压端背板(4c)内设有第一电磁绕组(10)，所述第一电磁绕组(10)使得导叶(8)沿空腔(7)滑动。

3.根据权利要求1所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述低压端蜗壳(4a)进气口处的外壁安装有第二电磁绕组(11)，所述第二电磁绕组(11)使得钝体(9)沿轴向移动。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述壳体(1)的另一端连接有高压端涡轮增压装置，所述高压端涡轮增压装置包括高压端蜗壳(12a)和高压端背板(12b)，所述高压端蜗壳(12a)与壳体(1)连接，所述高压端背板(12b)与转子轴(3)之间设有高压端轴套(13)，所述高压端背板(12b)内设有高压端进气通道(14)，所述高压端背板(12b)与高压端的径向轴承(2)之间形成冷却空腔(15)，所述冷却空腔(15)与高压端进气通道(14)连通。

5.根据权利要求4所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述高压端轴套(13)上滑动连接有叶轮环(16)，所述叶轮环(16)位于冷却空腔(15)内。

6.根据权利要求5所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述高压端轴套(13)内安装有第三电磁绕组(17)，所述第三电磁绕组(17)使得叶轮环(16)沿轴向移动。

7.根据权利要求6所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述叶轮环(16)的轮毂(16a)的横截面为梯形，所述轮毂(16a)面积大的端面朝向高压端背板(12b)，所述轮毂(16a)的斜面上设有若干叶片(16b)，若干所述叶片(16b)的尾部与轮毂(16a)面积小的端面齐平。

8.根据权利要求7所述的一种二级离心式空压机，其特征在于：所述叶片(16b)为翼型导流叶片。

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