CN114857077B - 一种稳定型高速离心空压机 - Google Patents

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Abstract

一种稳定型高速离心空压机，包括壳体、定子和主轴，壳体两端内侧分别安装用于支撑主轴的一级轴承座和二级轴承座，壳体两端外侧分别安装一级扩压器和二级扩压器，主轴两端穿出一级扩压器和二级扩压器分别安装一级蜗轮和二级蜗轮；所述一级扩压器与一级轴承座之间设有若干个止动垫块，所述止动垫块为十字形，止动垫块的水平部左右两端分别插装在一级扩压器和一级轴承座的通孔内进行定位，止动垫块的竖直部设在一级扩压器与一级轴承座之间进行限位。止动垫块既可起到定位作用，又可在两者之间起到限位作用，省去了安装螺钉的工序，降低了组装难度，提高了效率，避免因螺钉松动导致的接触、碰撞、磨损以及产品失效，提高了产品的稳定性。

Description

一种稳定型高速离心空压机
技术领域：
本发明涉及一种稳定型高速离心空压机。
背景技术：
目前发展新能源燃料电池汽车被认为是交通能源动力转型的重要环节，为了保障燃料电池发动机正常工作，发动机一般需要氢气供应子系统、空气供应子系统和循环水冷却管理子系统等辅助系统，大量的研究表明，高压、大流量的空气供应对提高现有燃料电池发动机的功率输出具有明显的效果。因此，一般空气进入发动机之前，要对进气进行增压，离心式空压机就是实现该目标的一种能量转换装置，是燃料电池发动机空气供应系统的重要零部件之一。
目前的高速离心空压机，其结构主要包括壳体、定子和主轴，壳体两端内侧分别安装用于支撑主轴的一级轴承座和二级轴承座，电机壳体两端外侧分别安装一级扩压器和二级扩压器，主轴两端穿出一级扩压器和二级扩压器分别安装一级蜗轮和二级蜗轮，一级蜗轮和二级蜗轮外安装有一级蜗壳和二级蜗壳。
在工作时，存在如下缺点：
一、一级轴承座与一级扩压器之间是通过螺钉直接固定连接的，两者之间没有任何的定位和限位结构，组装时操作难度大，另外主轴工作时转速超过 10000r/min，由于其转速很高，整机会产生振动，时间久了螺钉容易出现松动的情况，一级轴承座与一级扩压器之间容易发生接触碰撞磨损，结构不稳定，增大噪音，严重时甚至造成损坏，目前行业内还没有很好的技术手段解决一级轴承座与一级扩压器之间的安装配合问题。
二、止推空气轴承是离心压缩机内的重要部件，动压空气止推轴承是利用顶层箔片和止推盘间楔形气膜的压缩效应来产生轴向承载力的，如公开号为 CN108286567A，名称为一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承的专利申请，其结构主要包括底板、垫片、支撑波箔和顶层箔片四个组成部分，首先，垫片是单独增加的部件，垫片与底板之间、垫片与顶层箔片之间都是通过点焊的方式进行连接，其缺点是垫片处需要两道点焊工序，不仅组装效率低，而且对工艺要求很高且比较复杂，每个垫片的定位以及焊接都有严格要求，加工精度要求高，稍有不慎很容易发生翘曲变形影响整个底板和顶层箔片的平面度，甚至形成残次品而无法使用，浪费材料，增加成本，顶层箔片与止推盘的接触面上设有多个焊点，降低了顶层箔片的平面度和光滑度。其次，支撑波箔与底板之间也是通过点焊的方式进行连接，多次焊接容易造成尺寸公差不稳定，使产品的合格率得到大幅降低。另外，公开号为CN108286567A专利中的顶层箔片为分体式结构，每片顶层箔片的一侧固定，另一侧为自由端，其缺点是自由端容易沿轴向发生移动或翘曲，从而与止推盘接触，导致顶层箔片自由端和止推盘磨损，严重降低了轴承的稳定性及使用寿命。
综上，高速离心空压机的上述结构问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。
发明内容：
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种稳定型高速离心空压机，解决了以往的一级轴承座与一级扩压器之间没有定位和限位、安装困难的问题，解决了以往的一级轴承座与一级扩压器之间容易发生接触碰撞磨损、结构不稳定的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种稳定型高速离心空压机，包括壳体、定子和主轴，壳体两端内侧分别安装用于支撑主轴的一级轴承座和二级轴承座，壳体两端外侧分别安装一级扩压器和二级扩压器，主轴两端穿出一级扩压器和二级扩压器分别安装一级蜗轮和二级蜗轮，一级蜗轮和二级蜗轮外安装有一级蜗壳和二级蜗壳，一级蜗壳和二级蜗壳之间通过连接管相连，所述一级扩压器与一级轴承座之间的主轴上套设有止推盘，止推盘两侧分别设有一个止推空气轴承，所述一级轴承座和二级轴承座与主轴之间分别设有径向空气轴承；所述一级扩压器与一级轴承座之间设有若干个止动垫块，所述止动垫块为十字形，止动垫块的水平部左右两端分别插装在一级扩压器和一级轴承座的通孔内进行定位，止动垫块的竖直部设在一级扩压器与一级轴承座之间进行限位。
所述止动垫块的材质为不锈钢。
所述止动垫块的数量为三个。
所述止推空气轴承包括底板、若干个支撑波箔和顶层箔片，所述底板上对应每个支撑波箔的位置设有向支撑波箔方向凸出的凸台，所述凸台与底板一体压印成型制成，所述凸台与顶层箔片固定连接；所述支撑波箔的一侧设有与凸台形状相配合的卡装孔，所述支撑波箔通过卡装孔与凸台固定连接,所述凸台的左右两侧设有定位卡槽，所述卡装孔内设有与定位卡槽相配合的定位卡凸，所述定位卡凸与定位卡槽之间为预紧装配。
所述凸台的左右两侧与底板一体连接，凸台的另外两侧设有冷却凹槽，所述凸台通过点焊、激光焊或超声波焊接与顶层箔片固定连接。
所述定位卡凸与定位卡槽以外的卡装孔与凸台之间为间隙配合，所述支撑波箔与顶层箔片之间为预紧装配。
所述顶层箔片包括若干片单片箔片，所述若干片单片箔片呈环形布置，相邻两单片箔片之间柔性连接形成整体式顶层箔片结构，所述相邻两单片箔片之间通过系带实现柔性连接，所述系带包括波浪形、直线形或弧形。
所述相邻两单片箔片之间通过两条系带进行连接，所述两条系带分别设置在相邻两单片箔片的环形内边缘和外边缘，所述单片箔片与系带的连接处分别开设槽口，相邻两单片箔片的槽口对接后形成容纳系带的空间。
所述底板的外周设有若干个安装孔。
所述顶层箔片的外表面喷涂有耐磨涂层，所述耐磨涂层包括二硫化钼涂层或聚四氟乙烯涂层。
本发明采用上述方案，具有以下优点：
(1)通过在一级扩压器与一级轴承座之间设置若干个止动垫块，止动垫块既可起到定位作用，又可在两者之间起到限位作用，省去了安装螺钉的工序，降低了组装难度，提高了效率，避免因螺钉松动导致的接触、碰撞、磨损以及产品失效，提高了产品的稳定性；
(2)通过在底板上对应每个支撑波箔的位置一体压印成型制成向支撑波箔方向凸出的凸台，简化了工艺，提高了组装效率，取消了一道点焊工序，避免了点焊次数过多导致发生翘曲变形影响平面度的问题，提高了成品合格率，减少了顶层箔片与止推盘的接触面上的焊点，提升了顶层箔片的平面度和光滑度；
(3)通过在支撑波箔的一侧开设与凸台形状相配合的卡装孔，使支撑波箔通过卡装孔与凸台固定连接，取消了支撑波箔与底板之间的点焊工序，避免多次焊接造成的尺寸公差不稳定，使产品的合格率得到大幅提升，降低加工成本；
(4)通过将相邻两单片箔片之间柔性连接形成整体式顶层箔片结构，当单片箔片的自由端沿轴向发生移动或翘曲时，柔性系带可将其自由端拉回复位，从而避免了与止推盘接触导致磨损，延长了使用寿命；柔性系带既保证了顶层箔片的整体性，又使顶层箔片具有一定的拉伸量和形变量，不会影响单片箔片自由端随波形的升高或降低，保证了形成气膜的稳定性。
附图说明：
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的剖视结构示意图。
图3为本发明止推空气轴承的结构示意图。
图4为本发明止推空气轴承的爆炸结构示意图。
图5为本发明止推空气轴承的底板的前视结构示意图。
图6为本发明止推空气轴承的底板的后视结构示意图。
图7为本发明止推空气轴承去掉顶层箔片的结构示意图。
图中，1、壳体，2、定子，3、主轴，4、一级轴承座，5、二级轴承座，6、一级扩压器，7、二级扩压器，8、一级蜗轮，9、二级蜗轮，10、一级蜗壳，11、二级蜗壳，12、连接管，13、止推盘，14、止推空气轴承，15、径向空气轴承， 16、止动垫块，17、底板，18、支撑波箔，19、顶层箔片，20、凸台，21、冷却凹槽，22、系带，23、槽口，24、安装孔，25、卡装孔，26、定位卡槽，27、定位卡凸。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-7所示，一种稳定型高速离心空压机，包括壳体1、定子2和主轴3，壳体1两端内侧分别安装用于支撑主轴3的一级轴承座4和二级轴承座5，壳体 1两端外侧分别安装一级扩压器6和二级扩压器7，主轴3两端穿出一级扩压器6和二级扩压器7分别安装一级蜗轮8和二级蜗轮9，一级蜗轮8和二级蜗轮9 外安装有一级蜗壳10和二级蜗壳11，一级蜗壳10和二级蜗壳11之间通过连接管12相连，所述一级扩压器6与一级轴承座4之间的主轴3上套设有止推盘13，止推盘13两侧分别设有一个止推空气轴承14，所述一级轴承座4和二级轴承座5与主轴3之间分别设有径向空气轴承15；所述一级扩压器6与一级轴承座4 之间设有若干个止动垫块16，所述止动垫块16为十字形，止动垫块16的水平部左右两端分别插装在一级扩压器6和一级轴承座4的通孔内进行定位，止动垫块16的竖直部设在一级扩压器6与一级轴承座4之间进行限位，省去了安装螺钉的工序，降低了组装难度，提高了效率，避免因螺钉松动导致的接触、碰撞、磨损以及产品失效，提高了产品的稳定性。
所述止动垫块16的材质为不锈钢。
所述止动垫块16的数量为三个。
所述止推空气轴承14包括底板17、若干个支撑波箔18和顶层箔片19，所述底板17上对应每个支撑波箔18的位置设有向支撑波箔18方向凸出的凸台20，所述凸台20与底板17一体压印成型制成，简化了工艺，提高了组装效率，取消了一道点焊工序，避免了点焊次数过多导致发生翘曲变形影响平面度的问题，提高了成品合格率，凸台20与支撑波箔18两两一组，用来对顶层箔片19进行支撑，所述凸台20与顶层箔片19固定连接；将支撑波箔18一侧的平板进行加长设计，然后在支撑波箔18的一侧设有与凸台20形状相配合的卡装孔25，所述支撑波箔18通过卡装孔25与凸台20固定连接，所述凸台20的左右两侧设有定位卡槽26，所述卡装孔25内设有与定位卡槽26相配合的定位卡凸27，所述定位卡凸27与定位卡槽26之间为预紧装配，可将支撑波箔18安装牢固，防止支撑波箔18发生移动，拆装快捷方便，取消了支撑波箔18与底板17之间的点焊工序，避免多次焊接造成的尺寸公差不稳定，使产品的合格率得到大幅提升。
所述凸台20的左右两侧与底板17一体连接，强度高，不易变形，凸台20 的另外两侧设有冷却凹槽21，所述凸台20通过点焊与顶层箔片19固定连接。
所述定位卡凸27与定位卡槽26以外的卡装孔25与凸台20之间为间隙配合，利于气体经冷却凹槽21散热，所述支撑波箔18与顶层箔片19之间为预紧装配。
所述顶层箔片19包括若干片单片箔片，所述若干片单片箔片呈环形布置，相邻两单片箔片之间柔性连接形成整体式顶层箔片结构，所述相邻两单片箔片之间通过系带22实现柔性连接，所述系带22包括波浪形、直线形或弧形。当单片箔片的自由端沿轴向发生移动或翘曲时，柔性系带22可将其自由端拉回复位，从而避免了与止推盘接触导致磨损，延长了使用寿命；柔性系带既保证了顶层箔片的整体性，又使顶层箔片具有一定的拉伸量和形变量，不会影响单片箔片自由端随波形的升高或降低，保证了形成气膜的稳定性。
所述相邻两单片箔片之间通过两条系带22进行连接，所述两条系带22分别设置在相邻两单片箔片的环形内边缘和外边缘，所述单片箔片与系带22的连接处分别开设槽口23，相邻两单片箔片的槽口23对接后形成容纳系带22的空间。
所述底板17的外周设有若干个安装孔24。
所述顶层箔片19的外表面喷涂有耐磨涂层，所述耐磨涂层包括二硫化钼涂层或聚四氟乙烯涂层，可降低磨损，提高使用寿命。
本发明的止推空气轴承14在组装时，先在底板17上对应每个支撑波箔18的位置一体压印成型制成向支撑波箔18方向凸出的凸台20，然后将支撑波箔18通过卡装孔25与凸台20固定连接，定位卡凸27与定位卡槽26相配合起到定位作用，再将顶层箔片19的每个单片箔片对应一组支撑波箔18和凸台 20放置，最后将凸台20与单片箔片通过点焊方式固连，支撑波箔18与顶层箔片19之间为预紧装配。当空气轴承工作时，支撑波箔18在气膜作用力下会发生微小弹性变形，与顶层箔片19的内表面和底板17表面发生微滑动，为轴承高速运转提供足够的阻尼，气膜对止推盘起到止推作用。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：包括壳体、定子和主轴，壳体两端内侧分别安装用于支撑主轴的一级轴承座和二级轴承座，壳体两端外侧分别安装一级扩压器和二级扩压器，主轴两端穿出一级扩压器和二级扩压器分别安装一级蜗轮和二级蜗轮，一级蜗轮和二级蜗轮外安装有一级蜗壳和二级蜗壳，一级蜗壳和二级蜗壳之间通过连接管相连，所述一级扩压器与一级轴承座之间的主轴上套设有止推盘，止推盘两侧分别设有一个止推空气轴承，所述一级轴承座和二级轴承座与主轴之间分别设有径向空气轴承；所述一级扩压器与一级轴承座之间设有若干个止动垫块，所述止动垫块为十字形，止动垫块的水平部左右两端分别插装在一级扩压器和一级轴承座的通孔内进行定位，止动垫块的竖直部设在一级扩压器与一级轴承座之间进行限位；
所述止推空气轴承包括底板、若干个支撑波箔和顶层箔片，所述底板上对应每个支撑波箔的位置设有向支撑波箔方向凸出的凸台，所述凸台与底板一体压印成型制成，所述凸台与顶层箔片固定连接；所述支撑波箔的一侧设有与凸台形状相配合的卡装孔，所述支撑波箔通过卡装孔与凸台固定连接, 所述凸台的左右两侧设有定位卡槽，所述卡装孔内设有与定位卡槽相配合的定位卡凸，所述定位卡凸与定位卡槽之间为预紧装配。
2.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述止动垫块的材质为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述止动垫块的数量为三个。
4.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述凸台的左右两侧与底板一体连接，凸台的另外两侧设有冷却凹槽，所述凸台通过点焊、激光焊或超声波焊接与顶层箔片固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述定位卡凸与定位卡槽以外的卡装孔与凸台之间为间隙配合，所述支撑波箔与顶层箔片之间为预紧装配。
6.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述顶层箔片包括若干片单片箔片，所述若干片单片箔片呈环形布置，相邻两单片箔片之间柔性连接形成整体式顶层箔片结构，所述相邻两单片箔片之间通过系带实现柔性连接，所述系带包括波浪形、直线形或弧形。
7.根据权利要求6所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述相邻两单片箔片之间通过两条系带进行连接，所述两条系带分别设置在相邻两单片箔片的环形内边缘和外边缘，所述单片箔片与系带的连接处分别开设槽口，相邻两单片箔片的槽口对接后形成容纳系带的空间。
8.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述底板的外周设有若干个安装孔。
9.根据权利要求1所述的一种稳定型高速离心空压机，其特征在于：所述顶层箔片的外表面喷涂有耐磨涂层，所述耐磨涂层包括二硫化钼涂层或聚四氟乙烯涂层。
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