CN116480619A - 用于磁悬浮离心压缩机的密封系统及磁悬浮离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于磁悬浮离心压缩机的密封系统，所述磁悬浮离心压缩机包括电机腔和位于所述电机腔内的电机轴，所述电机轴的端部从所述电机腔延伸出并且安装有叶轮，所述密封系统包括：密封件，其套装在所述电机轴的外侧并且位于所述叶轮和所述电机腔之间；第一磁体，其固定在所述电机轴的外表面处；以及第二磁体，其固定在所述密封件的朝向所述电机轴的一侧；其中，所述第一磁体和所述第二磁体在所述电机轴的径向上形成径向排斥力，使得所述密封件能够相对于在所述电机轴悬浮，并随之移动。本发明还提出了设置有所述密封系统的磁悬浮离心压缩机，以及配置有所述磁悬浮离心压缩机的制冷系统。

Description

用于磁悬浮离心压缩机的密封系统及磁悬浮离心压缩机
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种用于磁悬浮离心压缩机的密封系统，还涉及一种设置有所述密封系统的磁悬浮离心压缩机，以及配置有所述磁悬浮离心压缩机的制冷系统。
背景技术
目前，离心压缩机逐步采用无油润滑技术来替代原先的油路润滑，从而消除润滑油系统的管理，例如油路维持、回油管理和油路系统的维修。在另一方面，无油润滑也代表着更高的压缩机运行效率和更高的制冷系统的运行效率，更低的振动、噪声, 运行稳定，且成本大为降低，更加洁净，客户体验更佳。
磁悬浮轴承是解决离心压缩机无油润滑的一种重要的方式和手段。由磁悬浮轴承支撑的离心压缩机由壳体、蜗壳、叶轮、磁浮轴承以及高速电机等部分组成。在工作过程中，高速电机通过左右两端的磁浮轴承支撑，回转阻力小，旋转速度较高。在此类轴承机构中，常配置有保护轴承，其目的在于防止磁悬浮轴承失效时撞击电机轴而导致磁悬浮轴承部分的损坏。因此，保护轴承与电机轴之间的径向间隙一般而言小于磁浮轴承与电机轴之间的径向间隙，例如保护轴承与电机轴之间的径向间隙为磁浮轴承与电机轴之间的径向间隙的一半。此外，为了防止叶轮侧的气流进入电机腔，在叶轮和电机腔之间设置有密封件，所述密封件通常为固定式的带齿迷宫密封结构并且固定在电机腔的壳体上。为了避免所述电机轴和密封件相互碰撞而造成齿损，所述密封件与所述电机轴之间的径向间隙设计得较大，一般为保护轴承间隙的两倍以上，因而所述密封件的密封效果较差，从叶轮侧泄露的气体量较多，导致磁悬浮离心压缩机效率降低。
发明内容
有鉴于此，根据本发明的第一方面，它提供了一种用于磁悬浮离心压缩机的密封系统，从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。所述磁悬浮离心压缩机包括电机腔和位于所述电机腔内的电机轴，所述电机轴的端部从所述电机腔延伸出并且安装有叶轮。在根据本发明的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统中，所述密封系统包括：
密封件，所述密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述叶轮和所述电机腔之间，用于减少流体从所述叶轮向所述电机腔一侧的流动；
第一磁体，所述第一磁体固定在所述电机轴的外表面处；以及
第二磁体，所述第二磁体固定在所述密封件的朝向所述电机轴的一侧；
其中，所述第一磁体和所述第二磁体在所述电机轴的径向上形成径向排斥力，使得所述密封件能够相对于所述电机轴悬浮。
在根据本发明的密封系统的再一个实施方式中，所述密封件的顶部设置有拉伸弹簧，用于抵抗所述密封件的重力，所述拉伸弹簧的一端抵靠所述密封件，所述拉伸弹簧的另一端抵靠罩壳，所述罩壳与所述电机腔的壳体固定连接。
在根据本发明的密封系统的另一个实施方式中，所述密封件的底部设置有压缩弹簧，用于抵抗所述密封件的重力，所述压缩弹簧的一端抵靠所述密封件，所述压缩弹簧的另一端抵靠罩壳，所述罩壳与所述电机腔的壳体固定连接。
在根据本发明的密封系统的又一个实施方式中，所述第一磁体和所述第二磁体的数量为多个，其中，多个所述第一磁体沿着所述电机轴的径向以等间距的方式布置在所述电机轴的外表面处，并且多个所述第二磁体以等间距的方式布置在所述密封件的朝向所述电机轴的一侧。
在根据本发明的密封系统的再一个实施方式中，所述电机轴设置有套筒，所述第一磁体以嵌套的方式固定在所述套筒上。
在根据本发明的密封系统的另一个实施方式中，多个所述第一磁体通过碳纤维带以缠绕的方式固定在所述电机轴的外表面处。
在根据本发明的密封系统的又一个实施方式中，所述密封系统还包括防转销，所述防转销插接在所述密封件与所述罩壳之间，用于防止所述密封件相对于所述罩壳旋转。
在根据本发明的密封系统的再一个实施方式中，所述防转销的数量为多个，多个所述防转销以等间距的方式布置在所述密封件的周向上。
在根据本发明的密封系统的另外一个实施方式中，所述密封件的侧面与所述罩壳贴合，所述密封件与所述罩壳之间贴合的表面设置有耐磨损的涂层。
在根据本发明的密封系统的又一个实施方式中，所述第一磁体和所述第二磁体为径向充磁的永磁体；或者所述第一磁体和所述第二磁体为轴向充磁的永磁体。
另外，根据本发明的第二方面，它也提供了一种磁悬浮离心压缩机，所述磁悬浮离心压缩机设置有上述的密封系统。
此外，根据本发明的第三方面，它也提供了一种制冷系统，所述制冷系统配置有上述的磁悬浮离心压缩机。
另外，根据本发明的第四方面，它也提供了一种用于磁悬浮离心压缩机的密封系统，所述磁悬浮离心压缩机包括电机腔和位于所述电机腔内的电机轴，所述电机轴具有从所述电机腔延伸出的第一端和第二端，所述电机轴的第一端安装有第一叶轮，所述电机轴的第二端安装有第二叶轮，所述密封系统包括：
第一密封件，所述第一密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述第一叶轮和所述电机腔之间，用于减少流体从所述第一叶轮向所述电机腔的流动；
第二密封件，所述第二密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述第二叶轮和所述电机腔之间，用于减少流体从所述第二叶轮向所述电机腔的流动；
第一磁体组件，所述第一磁体组件包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体固定在所述电机轴的外表面处，而所述第二磁体固定在所述第一密封件的朝向所述电机轴的一侧；以及
第二磁体组件，所述第二磁体组件包括第三磁体和第四磁体，所述第三磁体固定在所述电机轴的外表面处，而所述第四磁体固定在所述第二密封件的朝向所述电机轴的一侧，
其中，所述第一磁体和所述第二磁体在所述电机轴的径向上形成排斥力，以使所述第一密封件和所述电机轴保持同心地悬浮，并且所述第三磁体和所述第四磁体在所述电机轴的径向上形成排斥力，以使所述第二密封件和所述电机轴保持同心地悬浮。
另外，根据本发明的第五方面，它也提供了一种磁悬浮离心压缩机，所述磁悬浮离心压缩机设置有上述的密封系统。
此外，根据本发明的第六方面，它也提供了一种制冷系统，所述制冷系统配置有上述的磁悬浮离心压缩机。
可以了解，本发明的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统采用随动式的结构，利用互相排斥的磁力使密封件能够相对于电机轴悬浮。因此，所述密封系统的密封件和电机轴之间的径向间隙能够设计得尽可能小而无需使用额外的工装或特殊设计，进一步减少从叶轮侧漏出的气体。
附图说明
以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统的横截面示意图；
图2示出了图1中的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统的纵截面示意图；
图3示出了图1中的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统在电机轴落在保护轴承上时的横截面示意图；以及
图4示出了根据本发明的实施例的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统在采用轴向充磁的永磁体的情况下的横截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的若干个实施例。需要说明的是，在本说明书中提到或可能提到的上、下、左、右、前、后、内侧、外侧、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
如图1所示，它在总体上示意性地图示出了本发明的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统的一个实施例的结构。所述磁悬浮离心压缩机包括电机腔（未示出）和电机轴100，所述电机轴100位于所述电机腔内，并且在旋转时由磁浮轴承组件支撑，所述电机轴100的端部从所述电机腔延伸出并且安装有叶轮（未示出）和保护轴承110。所述磁浮轴承组件可包括：径向磁浮轴承（未示出）、轴向磁浮轴承（未示出）。所述保护轴承110和电机轴100之间存在径向间隙，其小于所述径向磁浮轴承的定子部分和转子叠片（所述径向磁浮轴承的转子叠片固定安装在电机轴的外侧）之间的径向间隙，从而避免在所述磁悬浮离心压缩机停止工作或突然断电的情况下所述径向磁浮轴承的转子叠片和定子部分发生碰撞。所述保护轴承110可采用滚珠轴承的形式。从图1和图2清楚可见，所述密封系统包括：密封件120、第一磁体130和第二磁体140。例如采用带齿的迷宫密封结构的密封件120套装在所述电机轴100的外侧并且位于所述叶轮和所述电机腔之间，以便减少流体从所述叶轮向所述电机腔的流动。在通常情况下，所述密封件120和电机轴100之间存在径向间隙，所述径向间隙大于所述保护轴承110和电机轴100之间存在径向间隙，从而防止在所述磁悬浮离心压缩机停止工作或突然断电的情况下所述密封件与电机轴发生碰撞而造成迷宫密封结构的齿损。
在上述根据本发明的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统的实施例中，所述第一磁体130固定在所述电机轴100的外表面处。所述第二磁体140固定在所述密封件120的朝向所述电机轴100的一侧。所述第一磁体130和所述第二磁体140在所述电机轴100的径向上形成径向排斥力（如图2中的箭头所示），例如所述第一磁体130和所述第二磁体140相对的一侧为相同的磁极，使得所述密封件120能够“悬浮”在所述电机轴100上，从而防止所述密封件120、特别是其齿状结构与所述电机轴100发生碰撞。此处的“悬浮”是指密封件120相对于电机轴100保持相对稳定的间隔的状态，优选地，所述密封件120与所述电机轴100保持同心的间隔状态。由于所述密封件120设计成随动式的结构，即所述密封件120能够随着所述电机轴100上下浮动，所述密封件和所述电机轴之间的径向间隙可以设计得尽可能小，如此能够进一步减少所述叶轮背部靠近所述电机腔一侧漏出的气体。
当所述磁悬浮离心压缩机正常运行时，所述电机轴100处于悬浮并高速运转状态，而所述密封件120在径向排斥力的作用下与所述电机轴100保持同心布置，如图1所示。当所述磁悬浮离心压缩机停止工作或者突然断电时，所述电机轴100由于重力的作用落下并且与所述保护轴承110发生接触，如图3所示。此时，所述密封件120在所述第一磁体130和所述第二磁体140相互斥力的作用下，随所述电机轴100落下，此时所述密封件120与所述罩壳160之间在顶部的径向间隙变大，所述密封件120与罩壳160之间在底部的径向间隙变小，而所述密封件120与所述电机轴100之间并未发生接触。
为了能够部分或甚至全部抵消所述密封件120自身的重力以使所述密封件120与电机轴100在磁体斥力的作用下尽量同心，所述密封件120的顶部设置有拉伸弹簧150，所述拉伸弹簧150的一端抵靠所述密封件120，所述拉伸弹簧150的另一端抵靠罩壳160，所述罩壳160与所述电机腔的壳体（未示出）固定连接。作为替换，所述密封件的底部设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端抵靠所述密封件，所述压缩弹簧的另一端抵靠罩壳，所述罩壳与所述电机腔的壳体固定连接。
结合上述实施例在其他优选的实施例中，所述第一磁体130和所述第二磁体140的数量为多个，其中，多个所述第一磁体130沿着所述电机轴100的径向以等间距的方式布置在所述电机轴100的外表面处，并且多个所述第二磁体140以等间距的方式布置在所述密封件120的朝向所述电机轴100的一侧，如图2所示的那样。进一步地，所述电机轴100设置有套筒170，所述套筒170例如可以紧配在所述电机轴100上，所述第一磁体130以嵌套的方式固定在所述套筒170上，从而防止所述第一磁体在电机轴旋转时由于离心力而飞出。作为一种备选方案，多个所述第一磁体通过碳纤维带以缠绕的方式固定在所述电机轴的外表面处。
继续参考图2，所述密封系统还包括防转销180，所述防转销180插接在所述密封件120与所述罩壳160之间，用以防止所述密封件120相对于所述罩壳160旋转，即所述密封件120只能随着所述电机轴100上下浮动。进一步地，所述防转销180的数量为多个，并且多个所述防转销180以等间距的方式布置在所述密封件120的周向上。
本领域技术人员容易理解的是，通常所述叶轮所在的蜗壳腔体为高压区并且所述电机腔为低压区，因此所述密封件120靠近所述叶轮一侧的压力始终大于所述密封件120靠近所述电机腔一侧的压力，使得所述密封件120的侧面（图中为右侧）紧贴所述罩壳160而产生摩擦力，如图1中圈出部分所示。因此，在所述密封件120与所述罩壳160之间贴合的表面可以设置有耐磨损的涂层。在另一方面，由于摩擦力的存在，当所述电机轴微动时所述密封件并不会发生浮动，只有当电机轴在其径向上的移动量超过一定数值时，即所述密封件所受斥力超过摩擦力时才会随之移动，而所述一定数值的径向移动量不得超过所述密封件与所述电机轴表面之间的密封间隙。
作为举例，所述第一磁体130和所述第二磁体140为径向充磁的永磁体，如图1和图3所示。此时，所述第一磁体130和所述第二磁体140之间的排斥力的方向是沿着所述电机轴100的径向方向的。作为一种备选方案，所述第一磁体130和所述第二磁体140为轴向充磁的永磁体，如图4所示。此时，所述第一磁体130和所述第二磁体140之间的排斥力的方向是沿着所述电机轴100的轴向方向的。为了使所述密封件120能够相对于所述电机轴100悬浮，需通过由导磁金属制成的导磁环190将轴向方向上的排斥力转变为径向方向的排斥力。相比于所述径向充磁的永磁体，所述轴向充磁的永磁体制作工艺更简单并且成本更低廉。
本发明还提出一种用于磁悬浮离心压缩机的密封系统。所述磁悬浮离心压缩机可采用背靠背两级压缩的设计。具体而言，所述磁悬浮离心压缩机可以由电机腔和位于所述电机腔内的电机轴、第一叶轮和第二叶轮等部件组成，其中，所述第一叶轮构成低压级压缩，并且所述第二叶轮构成高压级压缩，所述第二叶轮、即第二级的叶轮通常小于所述第一叶轮、即第一级的叶轮，其中，第二级的叶轮的进口为第一级的叶轮的出口。所述电机轴位于所述电机腔内，并且在旋转时由磁浮轴承组件支撑。所述电机轴具有从所述电机腔延伸出的第一端和第二端。所述电机轴的第一端安装有第一叶轮和第一保护轴承，所述电机轴的第二端安装有第二叶轮和第二保护轴承。
在上述背靠背两级压缩的实施例中，在电机轴的第一端和第二端都设置如图1、3或4所述的密封结构。具体而言，密封系统包括：第一密封件、第二密封件、第一磁体组件以及第二磁体组件。所述第一密封件套装在所述电机轴100的外侧并且位于所述第一叶轮和所述电机腔之间，从而减少流体从所述第一叶轮向所述电机腔的流动。所述第二密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述第二叶轮和所述电机腔之间，从而减少流体从所述第二叶轮向所述电机腔的流动。所述第一磁体组件包括第一磁体130和第二磁体140，所述第一磁体130固定在所述电机轴100的外表面处，而所述第二磁体140固定在所述第一密封件的朝向所述电机轴100的一侧。所述第二磁体组件包括第三磁体和第四磁体，所述第三磁体固定在所述电机轴的外表面处，而所述第四磁体固定在所述第二密封件的朝向所述电机轴的一侧。所述第一磁体和所述第二磁体在所述电机轴的径向上形成排斥力，并使所述第一密封件和所述电机轴保持同心地悬浮，并且所述第三磁体和所述第四磁体在所述电机轴的径向上形成排斥力，并使所述第二密封件和所述电机轴保持同心地悬浮。
综上所述，本发明的用于磁悬浮离心压缩机的密封系统采用随动式的结构，利用磁体之间的径向排斥力使密封件和电机轴保持同心布置，并且使所述密封件能够悬浮在所述电机轴上，通过这种方式使得密封件和电机轴之间的径向间隙尽可能变小而无需使用额外的工装或特殊设计，并且进一步减少所述叶轮背部靠近所述电机腔一侧漏出的气体。
另外，本发明还提供了一种磁悬浮离心压缩机，其设置有根据各个实施例所述的密封系统。此外，本发明还提供了配置有上述磁悬浮离心压缩机的制冷系统，所述制冷系统可以包括由管路连接的冷却塔、冷水机组和泵送装置等，其中，所述冷水机组由磁悬浮离心压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器等组成。正如前面所指出的那样，设置有上述磁悬浮离心压缩机可有效提高气密性并且没有额外增加制造成本，从而进一步提高磁悬浮离心压缩机效率，因此在此建议将上述磁悬浮离心压缩机推广到各类制冷系统中。
以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本发明的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本发明的原理更容易理解。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本发明进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本发明的专利保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于磁悬浮离心压缩机的密封系统，所述磁悬浮离心压缩机包括电机腔和位于所述电机腔内的电机轴，所述电机轴的端部从所述电机腔延伸出并且安装有叶轮，其特征在于，所述密封系统包括：
密封件，所述密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述叶轮和所述电机腔之间，用于减少流体从所述叶轮向所述电机腔的流动；
第一磁体，所述第一磁体固定在所述电机轴的外表面处；以及
第二磁体，所述第二磁体固定在所述密封件的朝向所述电机轴的一侧；
其中，所述第一磁体和所述第二磁体在所述电机轴的径向上形成径向排斥力，使得所述密封件能够相对于所述电机轴悬浮。
2.根据权利要求1所述的密封系统，其特征在于，所述密封件的顶部设置有拉伸弹簧，用于抵抗所述密封件的重力，所述拉伸弹簧的一端抵靠所述密封件，所述拉伸弹簧的另一端抵靠罩壳，所述罩壳与所述电机腔的壳体固定连接。
3.根据权利要求1所述的密封系统，其特征在于，所述密封件的底部设置有压缩弹簧，用于抵抗所述密封件的重力，所述压缩弹簧的一端抵靠所述密封件，所述压缩弹簧的另一端抵靠罩壳，所述罩壳与所述电机腔的壳体固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的密封系统，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体的数量为多个，其中，多个所述第一磁体沿着所述电机轴的径向以等间距的方式布置在所述电机轴的外表面处，并且多个所述第二磁体以等间距的方式布置在所述密封件的朝向所述电机轴的一侧。
5.根据权利要求4所述的密封系统，其特征在于，所述电机轴设置有套筒，所述第一磁体以嵌套的方式固定在所述套筒上。
6.根据权利要求4所述的密封系统，其特征在于，多个所述第一磁体通过碳纤维带以缠绕的方式固定在所述电机轴的外表面处。
7.根据权利要求2或3所述的密封系统，其特征在于，所述密封系统还包括防转销，所述防转销插接在所述密封件与所述罩壳之间，用于防止所述密封件相对于所述罩壳旋转。
8.根据权利要求7所述的密封系统，其特征在于，所述防转销的数量为多个，多个所述防转销以等间距的方式布置在所述密封件的周向上。
9.根据权利要求2或3所述的密封系统，其特征在于，所述密封件的侧面与所述罩壳贴合，所述密封件与所述罩壳之间贴合的表面设置有耐磨损的涂层。
10.根据权利要求2或3所述的密封系统，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体为径向充磁的永磁体；或者所述第一磁体和所述第二磁体为轴向充磁的永磁体。
11.一种磁悬浮离心压缩机，其特征在于，所述磁悬浮离心压缩机设置有根据权利要求1-10中任一项所述的密封系统。
12.一种制冷系统，其特征在于，所述制冷系统配置有根据权利要求11所述的磁悬浮离心压缩机。
13.一种用于磁悬浮离心压缩机的密封系统，所述磁悬浮离心压缩机包括电机腔和位于所述电机腔内的电机轴，所述电机轴具有从所述电机腔延伸出的第一端和第二端，所述电机轴的第一端安装有第一叶轮，所述电机轴的第二端安装有第二叶轮，其特征在于，所述密封系统包括：
第一密封件，所述第一密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述第一叶轮和所述电机腔之间，用于减少流体从所述第一叶轮向所述电机腔的流动；
第二密封件，所述第二密封件套装在所述电机轴的外侧并且位于所述第二叶轮和所述电机腔之间，用于减少流体从所述第二叶轮向所述电机腔的流动；
第一磁体组件，所述第一磁体组件包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体固定在所述电机轴的外表面处，而所述第二磁体固定在所述第一密封件的朝向所述电机轴的一侧；以及
第二磁体组件，所述第二磁体组件包括第三磁体和第四磁体，所述第三磁体固定在所述电机轴的外表面处，而所述第四磁体固定在所述第二密封件的朝向所述电机轴的一侧，
其中，所述第一磁体和所述第二磁体在所述电机轴的径向上形成排斥力，以使所述第一密封件和所述电机轴保持同心地悬浮，并且所述第三磁体和所述第四磁体在所述电机轴的径向上形成排斥力，以使所述第二密封件和所述电机轴保持同心地悬浮。
14.一种磁悬浮离心压缩机，其特征在于，所述磁悬浮离心压缩机设置有根据权利要求13所述的密封系统。
15.一种制冷系统，其特征在于，所述制冷系统配置有根据权利要求14所述的磁悬浮离心压缩机。
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