CN115370591A - 增压抽吸冷却式气浮离心空压机及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增压抽吸冷却式气浮离心空压机及工作方法，该系统包括进气管道、离心叶轮、排气蜗壳、永磁同步电机主轴及外壳、气浮推力盘、气浮径向轴承、增压叶轮及其进气管道、定子铁芯及绕组、固定结构、电机冷气出口环腔、抽吸管路和抽吸环腔，本发明提出了气浮离心空压机的主流区及冷气流动区域结构，针对其高速同步电机发热量大、散热空间小、易烧毁的问题，在气浮离心空压机的主流区及冷气流动区域结构的基础上，提出了解决增压送冷气与出口抽吸引气结合的技术方案，可以最大限度的提高冷气流速和流量，确保高速同步电机设计工况长时间运行产生的热量被及时带出，进而确保整个机组的运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及气体压缩及粉尘输送技术领域，具体涉及一种增压抽吸冷却式气浮离心空压机及工作方法。
背景技术
每年鼓风机、空压机、压缩机、泵等设备的用电量约占当年发电量的三分之一，提高上述设备的能效，将直接降低企业用电支出和碳排放指标。采用高速同步永磁直驱电机技术、动压气浮轴承技术和航空离心叶轮技术设计的空压机，具有设计流量小、效率高、能量密度高、成本低的优势，同时也存在电机发热量大、散热空间小的问题，因此采用此种技术方案的气浮离心空压机的电机设备极易损坏，导致气浮离心空压机的技术优势无法充分发挥出来。目前，尚无有效的技术方案解决上述难题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种增压抽吸冷却式气浮离心空压机及工作方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机，包括进气管道1、离心叶轮2、排气蜗壳3、永磁同步电机主轴4、气浮推力盘5、第一气浮径向轴承6、第二气浮径向轴承7、增压叶轮8、增压叶轮进气管道9、定子铁芯10、定子绕组11、固定结构12、永磁同步电机外壳13、电机冷气出口环腔14、抽吸管路15和抽吸环腔16，其中，离心叶轮2、气浮推力盘5和增压叶轮8依次固定在永磁同步电机主轴4上，在气浮推力盘5和增压叶轮8之间，永磁同步电机主轴4的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7支撑，进气管道1一端通过离心叶轮2外部管道与排气蜗壳3相连，电机冷气出口环腔14位于永磁同步电机外壳13上，抽吸管路15的一端与抽吸环腔16入口相连，另一端与电机冷气出口环腔14连通，抽吸环腔16的出口与进气管道1的侧面连通，增压叶轮进气管道9一端与永磁同步电机外壳13相连，另一端与增压叶轮8外部管道相连，定子绕组11固定于定子铁芯10上，定子铁芯10通过固定结构12固定在永磁同步电机外壳13上，永磁同步电机主轴4的主轴中心线与定子铁芯10和定子绕组11的中心线重合，电机冷气出口环腔14的入口、增压叶轮8的外部管道出口直接与永磁同步电机外壳13内部腔室连通。
所述的抽吸管路15和抽吸环腔16的过流断面面积从入口到出口均呈现逐渐增大的趋势，抽吸管路15的出口面积是入口面积的3～5倍，抽吸环腔16的出口面积是入口面积的2～3倍，抽吸环腔16的内表面分别与抽吸管路15的出口表面、进气管道1侧面光滑渐变过渡。
所述的第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7为动压空气悬浮轴承，轴承工作转速范围1.6万～12万转每分钟。
所述的永磁同步电机主轴4由主轴支撑段、永磁体和高温合金护套组成，高温合金护套位于永磁体的外侧。
所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机的工作方法，所述工作方法包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程是指，主流工质通过进气管道1进入离心叶轮2，经过离心叶轮2提升压力后，从排气蜗壳3的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，永磁同步电机的冷却气体从增压叶轮进气管道9进入增压叶轮8，经过增压叶轮8提升压力后，进入永磁同步电机外壳13内部腔室，通过永磁同步电机主轴4、定子铁芯10、定子绕组11与永磁同步电机外壳13之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，流经电机冷气出口环腔14、抽吸管路15和抽吸环腔16进入进气管道1与主流气体汇合。
本发明的有益效果在于：
目前，尚未见到可以有效用于电机发热量大、压比更高的高转速动压气浮同步永磁直驱离心空压机方案。本发明提出了一种造价低、可操作性高的增压抽吸冷却式气浮离心空压机结构方案及工作方法，针对其高速同步电机发热量大、散热空间小、易烧毁的问题，在气浮离心空压机的主流区及冷气流动区域结构的基础上，将增压送冷气与出口抽吸引气相结合的技术方案，最大限度地提高冷气流速和流量，确保高速同步电机设计工况长时间运行产生的热量被及时带出，进而确保整个机组的运行安全。此外，抽吸环腔的过流断面面积从入口到出口逐渐增大以及抽吸环腔内表面分别与抽吸管路出口表面、进气管道侧面光滑渐变过渡均可最大限度降低分离流动损失，增强对冷气的抽吸作用；本发明采用动压空气悬浮轴承，最大限度降低了设备运行过程中的摩擦损耗，同时不增加外部供气装置；本发明的永磁同步电机主轴由高温合金护套对永磁体进行固定和保护，提高了设备的安全性。
附图说明
图1是本发明增压抽吸冷却式气浮离心空压机的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，增压抽吸冷却式气浮离心空压机，包括进气管道1、离心叶轮2、排气蜗壳3、永磁同步电机主轴4、气浮推力盘5、第一气浮径向轴承6、第二气浮径向轴承7、增压叶轮8、增压叶轮进气管道9、定子铁芯10、定子绕组11、固定结构12、永磁同步电机外壳13、电机冷气出口环腔14、抽吸管路15和抽吸环腔16，其中，离心叶轮2、气浮推力盘5和增压叶轮8依次固定在永磁同步电机主轴4上，在气浮推力盘5和增压叶轮8之间，永磁同步电机主轴4的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7支撑，进气管道1一端通过离心叶轮2外部管道与排气蜗壳3相连，电机冷气出口环腔14位于永磁同步电机外壳13上，抽吸管路15的一端与抽吸环腔16入口相连，另一端与电机冷气出口环腔14连通，抽吸环腔16的出口与进气管道1的侧面连通，增压叶轮进气管道9一端与永磁同步电机外壳13相连，另一端与增压叶轮8外部管道相连，定子绕组11固定于定子铁芯10上，定子铁芯10通过固定结构12固定在永磁同步电机外壳13上，永磁同步电机主轴4的主轴中心线与定子铁芯10和定子绕组11的中心线重合，电机冷气出口环腔14的入口、增压叶轮8的外部管道出口直接与永磁同步电机外壳13内部腔室连通。
作为本发明的优选实施方式，所述的抽吸管路15和抽吸环腔16的过流断面面积从入口到出口均呈现逐渐增大的趋势，抽吸管路15的出口面积是入口面积的3～5倍，抽吸环腔16的出口面积是入口面积的2～3倍，抽吸环腔16的内表面分别与抽吸管路15的出口表面、进气管道1侧面光滑渐变过渡。
作为本发明的优选实施方式，所述的第一气浮径向轴承6和第二气浮径向轴承7为动压空气悬浮轴承，轴承工作转速范围1.6万～12万转每分钟。
作为本发明的优选实施方式，所述的永磁同步电机主轴4由主轴支撑段、永磁体和高温合金护套组成，高温合金护套位于永磁体的外侧。
本发明所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机工作方法，包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程是指，主流工质通过进气管道1进入离心叶轮2，经过离心叶轮2提升压力后，从排气蜗壳3的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，永磁同步电机的冷却气体从增压叶轮进气管道9进入增压叶轮8，经过增压叶轮8提升压力后，进入永磁同步电机外壳13内部腔室，通过永磁同步电机主轴4、定子铁芯10、定子绕组11与永磁同步电机外壳13之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，流经电机冷气出口环腔14、抽吸管路15和抽吸环腔16进入进气管道1与主流气体汇合。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.增压抽吸冷却式气浮离心空压机，其特征在于：包括进气管道(1)、离心叶轮(2)、排气蜗壳(3)、永磁同步电机主轴(4)、气浮推力盘(5)、第一气浮径向轴承(6)、第二气浮径向轴承(7)、增压叶轮(8)、增压叶轮进气管道(9)、定子铁芯(10)、定子绕组(11)、固定结构(12)、永磁同步电机外壳(13)、电机冷气出口环腔(14)、抽吸管路(15)和抽吸环腔(16)，其中，离心叶轮(2)、气浮推力盘(5)和增压叶轮(8)依次固定在永磁同步电机主轴(4)上，在气浮推力盘(5)和增压叶轮(8)之间，永磁同步电机主轴(4)的径向轴承支撑处分别由第一气浮径向轴承(6)和第二气浮径向轴承(7)支撑，进气管道(1)一端通过离心叶轮(2)外部管道与排气蜗壳(3)相连，电机冷气出口环腔(14)位于永磁同步电机外壳(13)上，抽吸管路(15)的一端与抽吸环腔(16)入口相连，另一端与电机冷气出口环腔(14)连通，抽吸环腔(16)的出口与进气管道(1)的侧面连通，增压叶轮进气管道(9)一端与永磁同步电机外壳(13)相连，另一端与增压叶轮(8)外部管道相连，定子绕组(11)固定于定子铁芯(10)上，定子铁芯(10)通过固定结构(12)固定在永磁同步电机外壳(13)上，永磁同步电机主轴(4)的主轴中心线与定子铁芯(10)和定子绕组(11)的中心线重合，电机冷气出口环腔(14)的入口、增压叶轮(8)的外部管道出口直接与永磁同步电机外壳(13)内部腔室连通。
2.根据权利要求1所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机，其特征在于：所述的抽吸管路(15)和抽吸环腔(16)的过流断面面积从入口到出口均呈现逐渐增大的趋势，抽吸管路(15)的出口面积是入口面积的3～5倍，抽吸环腔(16)的出口面积是入口面积的2～3倍，抽吸环腔(16)的内表面分别与抽吸管路(15)的出口表面、进气管道(1)侧面光滑渐变过渡。
3.根据权利要求1所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机，其特征在于：所述的第一气浮径向轴承(6)和第二气浮径向轴承(7)为动压空气悬浮轴承，轴承工作转速范围1.6万～12万转每分钟。
4.根据权利要求1所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机，其特征在于：所述的永磁同步电机主轴(4)由主轴支撑段、永磁体和高温合金护套组成，高温合金护套位于永磁体的外侧。
5.根据权利要求1至4任一项所述的增压抽吸冷却式气浮离心空压机的工作方法，其特征在于：所述工作方法包括主流工质的工作过程和永磁同步电机的冷却气体工作过程，所述主流工质的工作过程是指，主流工质通过进气管道(1)进入离心叶轮(2)，经过离心叶轮(2)提升压力后，从排气蜗壳(3)的出口排出；所述永磁同步电机的冷却气体工作过程是指，永磁同步电机的冷却气体从增压叶轮进气管道(9)进入增压叶轮(8)，经过增压叶轮(8)提升压力后，进入永磁同步电机外壳(13)内部腔室，通过永磁同步电机主轴(4)、定子铁芯(10)、定子绕组(11)与永磁同步电机外壳(13)之间的间隙，带走永磁同步电机工作时产生的热量，流经电机冷气出口环腔(14)、抽吸管路(15)和抽吸环腔(16)进入进气管道(1)与主流气体汇合。
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Cited By (1)
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| CN115628907A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-01-20 | 江苏科华动力科技有限公司 | 两级气悬浮离心空压机轴承冷却气路流量检测系统及方法 |
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2021
- 2021-05-19 CN CN202110542526.2A patent/CN115370591A/zh active Pending
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