CN114922843B - 一种高速离心空压机 - Google Patents

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Abstract

一种高速离心空压机，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；所述主轴包括左轴体、中间轴体和右轴体，中间轴体内安装有磁铁，左轴体和右轴体内分别设有平衡腔，中间轴体的两端分别与左轴体和右轴体焊接相连。通过将主轴分成左轴体、中间轴体和右轴体三部分，中间轴体内安装有磁铁，左轴体和右轴体内的平衡腔可单独加工，缩短了槽深和加工距离，保证了加工精度，提升了主轴高速旋转时的稳定性。

Description

一种高速离心空压机
技术领域：
本发明涉及一种高速离心空压机。
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、主轴的结构如公开号为CN214674587U，名称为一种高速离心压缩机的转子的专利申请，包括主轴本体，所述主轴本体内设置有一块磁铁，所述主轴本体包括相连接的左轴体和右轴体，所述左轴体和右轴体内分别设有平衡腔，这种结构在加工时，左轴体内的槽腔过深，机床刀具很难加工，难以保证加工精度，对主轴高速旋转时稳定性造成一定影响。
二、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。
三、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，现在的空气动压轴承包括左旋和右旋两种结构形式，两者主要区别就是支撑波箔的安装方向相反，而现在的底板并不能在两种结构形式中通用，需要开设两套模具分别进行加工，增加了加工成本。
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，提供了一种高速离心空压机，解决了以往的主轴的左轴体内的槽腔过深、难以加工的问题，解决了以往的主轴加工精度低影响高速旋转时稳定性的问题。
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；所述主轴包括左轴体、中间轴体和右轴体，中间轴体内安装有磁铁，左轴体和右轴体内分别设有平衡腔，中间轴体的两端分别与左轴体和右轴体焊接相连。
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，所述卡装孔与凸台之间为预紧装配；所述凸台左右两侧的底板上分别设有冷却凹槽。
所述凸台的四周与底板均为一体连接。
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。
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)通过将主轴分成左轴体、中间轴体和右轴体三部分，中间轴体内安装有磁铁，左轴体和右轴体内的平衡腔可单独加工，缩短了槽深和加工距离，保证了加工精度，提升了主轴高速旋转时的稳定性；
(2)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；
(3)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；
(4)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；
(5)凸台在底板上沿圆周均匀布置，凸台左右两侧的底板上均设有冷却凹槽，使底板可以在左旋和右旋两种结构形式中通用，节省了一套模具，降低了加工成本。
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、安装孔，23、卡装孔，24、左轴体，25、中间轴体，26、右轴体， 27、磁铁，28、平衡腔。
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；所述主轴3包括左轴体24、中间轴体25和右轴体26，中间轴体25内安装有磁铁27，左轴体24和右轴体26内分别设有平衡腔28，中间轴体25的两端分别与左轴体24和右轴体26焊接相连，左轴体24和右轴体26内的平衡腔28可单独加工，缩短了槽深和加工距离，保证了加工精度，提升了主轴高速旋转时的稳定性。
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，然后在平板上开设与凸台20形状相配合的卡装孔23，所述支撑波箔18通过卡装孔23与凸台20固定连接，所述卡装孔23与凸台20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在底板17上沿圆周均匀布置，凸台20左右两侧的底板上分别设有冷却凹槽21，使底板17可以在左旋和右旋两种结构形式中通用，节省了一套模具，降低了加工成本。
所述凸台20的四周与底板17均为一体连接，强度高，不易变形。
所述凸台20通过点焊、激光焊或超声波焊接与顶层箔片19固定连接。
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。
所述底板17的外周设有若干个安装孔22。
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23与凸台20固定连接，卡装孔23与凸台20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，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 (8)

1.一种高速离心空压机，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；所述主轴包括左轴体、中间轴体和右轴体，中间轴体内安装有磁铁，左轴体和右轴体内分别设有平衡腔，中间轴体的两端分别与左轴体和右轴体焊接相连；
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，所述卡装孔与凸台之间为预紧装配；所述凸台左右两侧的底板上分别设有冷却凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机，其特征在于：所述止动垫块的材质为不锈钢，所述止动垫块的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机，其特征在于：所述凸台的四周与底板均为一体连接。
4.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机，其特征在于：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所述的一种高速离心空压机，其特征在于：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。
7.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机，其特征在于：所述底板的外周设有若干个安装孔。
8.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机，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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