CN115507042A - 电机直驱的离心式三级空气压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机直驱的离心式三级空气压缩机，属于空气压缩机设计领域，包括：驱动电机，其包括电机轴；压缩组件，其包括一级压缩部、二级压缩部，一级压缩部包括一级叶轮，二级压缩部包括二级叶轮，一级叶轮与二级叶轮通过传动轴同轴驱动连接，电机轴的一端通过浮动连接轴与传动轴之间驱动连接；三级压缩部，包括连接于电机轴的另一端的三级叶轮。本发明使电机轴免于承受来自于压缩组件的径向荷载及轴向荷载，电机轴的转速及功率得到提升，浮动连接轴的采用能够修正电机轴与传动轴之间的同轴度误差，降低加工难度，确保运行的低振动值，压缩机运行更加可靠稳定；分段轴系，缩短了单根轴的设计长度，有利于提高轴的刚度及允许的最高转速。

Description

电机直驱的离心式三级空气压缩机
技术领域
本发明属于离心式空气压缩机设计领域，具体涉及一种电机直驱的离心式三级空气压缩机。
背景技术
高速电机直驱式离心空压机，市场现有结构为单个电机两端悬挂叶轮，由于电机轴的转子动力学限制和轴承限制，转速上限有限制，致使市场上现有的该种离心空压机无法满足做到0.5Mpa以上的排气压力。
目前市场上，高速电机直驱离心式空气压缩机多是采用两台电机，一台电机轴两端各安装一级叶轮，另一台电机只在一端悬挂一个叶轮，两台电机三级叶轮串联，实现排气压力达到0.5Mpa至1.0Mpa，该种结构由于使用了两台电机，致使整机系统生产成本较高，不具有市场竞争力且故障点也较单台电机多；同时，电机转轴的两个端部安装叶轮，使电机轴承受叶轮在运行过程中产生的径向荷载以及轴向荷载过大，这些荷载的存在导致电机轴转速难以进一步提升。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是针对现有的离心式三级空气压缩机部分叶轮安装于电机轴的轴端，使电机轴的两端皆承受叶轮运转过程中产生的轴向荷载以及径向荷载，导致驱动电机转速提升受限等问题，而提供的一种电机直驱的离心式三级空气压缩机。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机直驱的离心式三级空气压缩机，包括：
驱动电机，其包括电机轴；
压缩组件，其包括一级压缩部、二级压缩部，所述一级压缩部包括一级叶轮，二级压缩部包括二级叶轮，所述一级叶轮与所述二级叶轮通过传动轴同轴驱动连接，所述电机轴的一端通过浮动连接轴与所述传动轴之间驱动连接；
三级压缩部，其包括三级叶轮，所述三级叶轮连接于所述电机轴的另一端。
在一些实施例中，
所述浮动连接轴包括轴体，所述轴体的两端被构造为花键，所述轴体通过所述花键分别与所述电机轴、传动轴之间间隙配合连接。
在一些实施例中，
所述压缩组件还包括轴承座，所述一级压缩部还包括一级壳体，所述二级压缩部还包括二级壳体，所述轴承座夹持连接于所述一级壳体与所述二级壳体之间，所述轴承座内装设有第一空气轴承，所述第一空气轴承套装于所述传动轴上。
在一些实施例中，
所述一级叶轮的吸气侧与所述二级叶轮的吸气侧皆背离所述传动轴以形成相背设置。
在一些实施例中，
所述驱动电机还包括电机外壳，所述电机外壳的两端形成轴承安装结构，两个所述轴承安装结构内分别设置有第二空气轴承、第三空气轴承，所述电机轴的两端通过所述第二空气轴承、第三空气轴承架设于所述电机外壳内。
在一些实施例中，所述一级压缩部处于所述二级压缩部与所述驱动电机之间，所述浮动连接轴处于所述一级压缩部内，且所述第三空气轴承临近所述一级压缩部的吸气侧设置。
在一些实施例中，
所述驱动电机为永磁驱动电机。
本发明提供的一种电机直驱的离心式三级空气压缩机，电机轴的一端通过浮动连接轴与压缩组件之间形成驱动连接，如此能够在实现对一级压缩部、二级压缩部驱动运行的同时有效杜绝压缩组件中的叶轮在旋转过程中产生的径向荷载以及轴向荷载传递至电机轴上，从而使电机轴免于承受来自于压缩组件的径向荷载及轴向荷载，电机轴的转速及功率可以得到进一步提升，浮动连接轴的采用能够修正电机轴与传动轴之间的同轴度误差，降低加工难度，确保运行的低振动值，压缩机运行更加可靠稳定；同时，本发明中的轴系由电机轴、浮动连接轴以及传动轴三者分段形成，缩短了单根轴的设计长度，有利于提高轴的刚度及允许的最高转速，多轴段还可以适当增多轴承的使用数量，进而降低单个轴承的载荷，轴承的结构更易实现、使用寿命得以提高。
附图说明
图1为本发明实施例的电机直驱的离心式三级空气压缩机的内部结构示意图，图中箭头示出气流流向；
图2为图1的压缩机的轴系结构示意图。
附图标记表示为：
1、驱动电机；11、电机轴；12、电机外壳；13、第二空气轴承；14、第三空气轴承；21、一级压缩部；211、一级叶轮；212、一级壳体；213、进气室；22、二级压缩部；221、二级叶轮；222、二级壳体；23、传动轴；24、轴承座；241、第一空气轴承；3、浮动连接轴；4、三级压缩部；41、三级叶轮。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供一种电机直驱的离心式三级空气压缩机，包括：驱动电机1，其包括电机轴11；压缩组件，其包括一级压缩部21、二级压缩部22，一级压缩部21包括一级叶轮211，二级压缩部22包括二级叶轮221，一级叶轮211与二级叶轮221通过传动轴23同轴驱动连接，电机轴11的一端通过浮动连接轴3与传动轴23之间驱动连接；三级压缩部4，其包括三级叶轮41，三级叶轮41连接于电机轴11的另一端。
该技术方案中，电机轴11的一端通过浮动连接轴3与压缩组件之间形成驱动连接，如此能够在实现对一级压缩部21、二级压缩部22驱动运行的同时有效杜绝压缩组件中的叶轮在旋转过程中产生的径向荷载以及轴向荷载传递至电机轴11上，从而使电机轴11免于承受来自于压缩组件的径向荷载及轴向荷载，电机轴11的转速及功率可以得到进一步提升，浮动连接轴3的采用能够修正电机轴11与传动轴23之间的同轴度误差，降低加工难度，确保运行的低振动值，压缩机运行更加可靠稳定；同时，本发明中的轴系由电机轴11、浮动连接轴3以及传动轴23三者分段形成，缩短了单根轴的设计长度，有利于提高轴的刚度及允许的最高转速，多轴段还可以适当增多轴承的使用数量，进而降低单个轴承的载荷，轴承的结构更易实现、使用寿命得以提高。
需要说明的是，由于压缩组件同时包括有一级压缩部21以及二级压缩部22，其在运行过程中产生的径向荷载、轴向荷载尤其是径向荷载皆较大，因此，将压缩组件与电机轴11之间采用浮动连接轴3形成轴向以及径向的浮动连接便能够杜绝前述荷载对电机轴11的不利影响，而电机轴11的另一端仅连接有三级叶轮41，则影响相对较小，也即电机轴11无轴向及径向重载，有利于提高转速及功率。
在一个具体的实施例中，浮动连接轴3包括轴体，轴体的两端被构造为花键，轴体通过花键分别与电机轴11、传动轴23之间间隙配合连接，间隙配合的连接方式，使轴体相对于电机轴11及传动轴23分别具有的轴套结构之间具有径向以及轴向上的浮动空间，基于这一浮动空间便实现了浮动连接轴3仅通过花键啮合(与轴套结构的内花键)传递扭矩，而不会传递来自于压缩组件的径向荷载以及轴向荷载，前述的间隙配合不仅包括径向上的间隙，还包括轴向的间隙。
参见图1所示，压缩组件还包括轴承座24，一级压缩部21还包括一级壳体212，二级压缩部22还包括二级壳体222，轴承座24夹持连接于一级壳体212与二级壳体222之间形成一个整体，轴承座24内装设有第一空气轴承241，第一空气轴承241套装于传动轴23上。该技术方案中，压缩组件的外部壳体由一级壳体212、轴承座24、二级壳体222共同组装形成，能够降低压缩组件壳体的生产制造难度，降低开模成本。采用空气轴承对传动轴23进行悬浮枢转连接，结构更加紧凑，有利于降低相应的轴体的轴长进而提高转轴的最高允许转速，同时，该空气轴承无需现有技术中的润滑油进行润滑，彻底杜绝了在密封失效后润滑油进入压缩气体对压缩气体应用工况的污染现象发生。同时能够理解的，由于相应的轴承为空气轴承无需润滑油润滑，因此压缩机无需设计相应的润滑系统，极大程度地降低了产品设计难度以及设计制造成本。
参见图2所示，一级叶轮211的吸气侧与二级叶轮221的吸气侧皆背离传动轴23以形成相背设置，如此设置，能够使一级叶轮211与二级叶轮221在运行过程中产生的轴向荷载一定程度的抵消，进而保证轴系的轴向稳定。
驱动电机1还包括电机外壳12，电机外壳12的内壁内配合连接有电机定子(图中未标引)，电机外壳12的两端形成轴承安装结构(图中未标引)，两个轴承安装结构内分别设置有第二空气轴承13、第三空气轴承14，电机轴11的两端通过第二空气轴承13、第三空气轴承14架设于电机外壳12内，通过第二空气轴承13以及第三空气轴承14对电机轴11的两端形成悬浮支撑，能够有效降低电机轴11的轴长，进而满足驱动电机1的高转速需求。驱动电机1为永磁驱动电机，驱动效率更高且转速可以更高。
需要特别说明的是，一级压缩部21处于二级压缩部22与驱动电机1之间，浮动连接轴3处于一级压缩部21内，且第三空气轴承14临近一级压缩部21的吸气侧设置，此处的临近可以理解为第三空气轴承14的一侧具有的间隙与一级压缩部21的吸气侧空间连通。该技术方案中，由于一级压缩部21的吸气侧空间内为负压，由于第三空气轴承14为空气轴承，因此，无需顾忌现有技术中润滑油的密封效果，从而在减小轴长的同时简化结构设计，提升压缩气体的品质。
经验证，基于本发明的单个电机驱动三级叶轮的结构，使末级的排气压力可以达到0.5Mpa至1.0Mpa。
在本发明的电机直驱的离心式三级空气压缩机运行时，空气的输送路径为：空气-一级压缩部21具有的进气室213-一级叶轮211-中冷器(图中未示出)-二级叶轮221-中冷器(图中未示出)-三级叶轮41-后冷器(图中未示出)-用气点。
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 (7)

1.一种电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，包括：
驱动电机(1)，其包括电机轴(11)；
压缩组件，其包括一级压缩部(21)、二级压缩部(22)，所述一级压缩部(21)包括一级叶轮(211)，二级压缩部(22)包括二级叶轮(221)，所述一级叶轮(211)与所述二级叶轮(221)通过传动轴(23)同轴驱动连接，所述电机轴(11)的一端通过浮动连接轴(3)与所述传动轴(23)之间驱动连接；
三级压缩部(4)，其包括三级叶轮(41)，所述三级叶轮(41)连接于所述电机轴(11)的另一端。
2.根据权利要求1所述的电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，
所述浮动连接轴(3)包括轴体，所述轴体的两端被构造为花键，所述轴体通过所述花键分别与所述电机轴(11)、传动轴(23)之间间隙配合连接。
3.根据权利要求1所述的电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，
所述压缩组件还包括轴承座(24)，所述一级压缩部(21)还包括一级壳体(212)，所述二级压缩部(22)还包括二级壳体(222)，所述轴承座(24)夹持连接于所述一级壳体(212)与所述二级壳体(222)之间，所述轴承座(24)内装设有第一空气轴承(241)，所述第一空气轴承(241)套装于所述传动轴(23)上。
4.根据权利要求1所述的电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，
所述一级叶轮(211)的吸气侧与所述二级叶轮(221)的吸气侧皆背离所述传动轴(23)以形成相背设置。
5.根据权利要求1所述的电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，
所述驱动电机(1)还包括电机外壳(12)，所述电机外壳(12)的两端形成轴承安装结构，两个所述轴承安装结构内分别设置有第二空气轴承(13)、第三空气轴承(14)，所述电机轴(11)的两端通过所述第二空气轴承(13)、第三空气轴承(14)架设于所述电机外壳(12)内。
6.根据权利要求5所述的电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，所述一级压缩部(21)处于所述二级压缩部(22)与所述驱动电机(1)之间，所述浮动连接轴(3)处于所述一级压缩部(21)内，且所述第三空气轴承(14)临近所述一级压缩部(21)的吸气侧设置。
7.根据权利要求1所述的电机直驱的离心式三级空气压缩机，其特征在于，
所述驱动电机(1)为永磁驱动电机。
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