CN116696812A - 一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速离心空压机技术领域，尤其涉及一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统。所述扩压器内设有止推轴承冷却结构，所述径向轴套上设有径向轴承冷却结构，所述电机外侧设有水冷套，水冷套上设有电机冷却结构，止推轴承冷却结构、径向轴承冷却结构、电机冷却结构分别经电机壳体内的进水通道和出水通道与设在电机壳体上的总进水口和总出水口相连通。通过循环水对扩压器进行冷却，进而对止推空气轴承进行冷却，冷却效率高，效果好，通过循环水对径向轴套进行冷却，进而对两个径向空气轴承进行冷却，冷却效果好，可延长径向空气轴承的使用寿命；通过循环水对水冷套进行冷却，进而对电机进行冷却，冷却效果好，可延长电机的使用寿命。

Description

一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统

技术领域：

本发明涉及高速离心空压机技术领域，尤其涉及一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统。

背景技术：

高速离心空压机主要用来对燃料电池发动机空气供应系统中的空气进行增压，其结构如公开号为CN105736424A的专利申请，公开了一种车用燃料电池发动机的单级直驱增压离心式空压机，其通过电机直接驱动叶轮旋转，实现对空气的增压，电机的主轴在高速旋转时，两端分别通过径向空气轴承进行支撑，每个径向空气轴承都需要通过单独的轴承座进行安装，这种结构一是结构复杂，装配成本高；二是径向空气轴承的冷却效果差，只能依靠内部空气流通进行风冷，长时间工作时容易温升过高导致其损坏，而整个空压机的水冷系统只有设在电机壳体内的冷却水道，很难达到对内部零件进行真正降温的效果。

扩压器作为高速离心空压机的重要部件，其结构如公开号为CN214661071U的专利申请，公开了一种高速离心压缩机一级扩压器结构，其作用除了用来安装蜗轮和止推空气轴承，还具有一定导风能力，可以使内部风冷结构更加优化。但是，在具体工作时，仅仅依靠内部风冷很难达到对止推空气轴承降温的目的，经常出现止推空气轴承因温度过高出现支撑失效甚至损坏的问题，故障率高，拆装维修麻烦，因此，需要对扩压器的结构进行重新改进设计。

综上，高速离心空压机中水冷系统的上述问题，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内部循环水路冷却系统，解决了以往只依靠电机壳体内的冷却水道很难对空压机内部进行冷却降温的问题，解决了以往的径向空气轴承冷却效果差、使用寿命短的问题，解决了以往扩压器仅仅依靠内部风冷很难达到对止推空气轴承降温的问题。

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内部循环水路冷却系统，包括电机壳体，电机壳体内设有电机，电机的主轴与蜗轮连接，蜗轮与电机之间的主轴上设有径向轴套，蜗轮外设有蜗壳，蜗壳与电机壳体之间设有扩压器，扩压器与径向轴套之间安装有两个止推空气轴承，径向轴套与主轴之间间隙配合并设有两个径向空气轴承；所述扩压器内设有止推轴承冷却结构，所述径向轴套上设有径向轴承冷却结构，所述电机外侧设有水冷套，水冷套上设有电机冷却结构，止推轴承冷却结构、径向轴承冷却结构、电机冷却结构分别经电机壳体内的进水通道和出水通道与设在电机壳体上的总进水口和总出水口相连通。

所述止推轴承冷却结构包括设在扩压器一侧的水道盖板，扩压器和水道盖板之间过盈压装固定连接，扩压器和水道盖板之间设有环形水道，扩压器上设有与环形水道相连通的第一进水口和第一出水口，第一进水口与进水通道相连通，第一出水口与出水通道相连通，环形水道内的循环水用于对扩压器及止推空气轴承进行冷却。

所述环形水道包括设在水道盖板端面的第一环形槽，第一环形槽对应第一进水口和第一出水口的位置还设有进水槽和出水槽。

所述环形水道还包括设在扩压器内的第二环形槽，第二环形槽与第一环形槽相连通，第二环形槽向扩压器的内孔方向延伸以增大冷却面积。

所述径向轴承冷却结构包括设在径向轴套的外侧圆周与电机壳体之间的冷却水槽，冷却水槽的两侧设有密封圈进行密封，电机壳体上设有与冷却水槽相连通的第二进水口和第二出水口，第二进水口与进水通道相连通，第二出水口与出水通道相连通，冷却水槽内的循环水用于对径向轴套及径向空气轴承进行冷却。

所述电机冷却结构包括设在水冷套外侧圆周与电机壳体之间的螺旋水槽，螺旋水槽的两端分别为第三进水口和第三出水口，第三进水口与进水通道相连通，第三出水口与出水通道相连通，螺旋水槽内的循环水用于对电机进行冷却。

所述水冷套内设有锥孔，径向轴套的端部设有与锥孔配合的锥面，锥面与锥孔间隙配合安装固定。

所述止推空气轴承为固定式止推空气轴承，包括底板，所述底板的中心设有轴孔，所述底板的侧面上沿圆周均匀设有若干个弧形槽，若干个弧形槽呈旋涡形设置在轴孔的外侧，所述弧形槽用于形成气膜产生轴向承载力。

两个固定式止推空气轴承之间设有隔环和止推盘，止推盘安装在主轴上，止推盘与两个固定式止推空气轴承之间间隙配合，外侧的固定式止推空气轴承通过径向轴套压紧固定，径向轴套通过压环进行限位，压环与扩压器端面通过螺钉固定连接。

所述径向空气轴承为固定式径向空气轴承，包括沿圆周均匀设在主轴外表面的凸条，所述凸条的形状为V形或弧形，相邻两个凸条之间形成气体通过的导气槽，所述导气槽用于形成气膜产生径向承载力。

本发明采用上述方案，具有以下优点：

通过设置止推轴承冷却结构，在扩压器和水道盖板之间设有环形水道，可以向环形水道内通入循环水，通过循环水对扩压器进行冷却，进而对止推空气轴承进行冷却，冷却效率高，效果好，配合以往的风冷结构可真正达到对止推空气轴承降温的目的，提升了止推空气轴承的稳定性，延长了止推空气轴承的使用寿命，降低了故障率；

通过设置径向轴承冷却结构，在径向轴套的外侧圆周与电机壳体之间设有冷却水槽，通过循环水对径向轴套进行冷却，进而对两个径向空气轴承进行冷却，冷却效果好，可延长径向空气轴承的使用寿命；

通过设置电机冷却结构，在水冷套外侧圆周与电机壳体之间设有螺旋水槽，通过循环水对水冷套进行冷却，进而对电机进行冷却，冷却效果好，可延长电机的使用寿命；

止推空气轴承采用固定式止推空气轴承，径向空气轴承采用固定式径向空气轴承，结构简单，加工工艺简单，制造成本低，不会发生摩擦接触，使用寿命长，质量稳定可靠，适用于较为恶劣的工作环境。

附图说明：

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明扩压器部位的剖视放大结构示意图。

图3为本发明水道盖板的右视立体结构示意图。

图4为本发明扩压器的左视立体结构示意图。

图5为本发明止推空气轴承的立体结构示意图。

图6为本发明径向空气轴承的立体结构示意图。

图中，1、电机壳体，2、电机，3、主轴，4、蜗轮，5、径向轴套，6、蜗壳，7、扩压器，8、止推空气轴承，9、径向空气轴承，10、水冷套，11、进水通道，12、出水通道，13、总进水口，14、总出水口，15、水道盖板，16、环形水道，17、第一进水口，18、第一出水口，19、第一环形槽，20、进水槽，21、出水槽，22、第二环形槽，23、冷却水槽，24、密封圈，25、第二进水口，26、第二出水口，27、螺旋水槽，28、第三进水口，29、第三出水口，30、底板，31、轴孔，32、弧形槽，33、隔环，34、止推盘，35、压环，36、凸条，37、导气槽。

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1-4所示，一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，包括电机壳体1，电机壳体1内设有电机2，电机2的主轴3与蜗轮4连接，蜗轮4与电机2之间的主轴3上设有径向轴套5，蜗轮4外设有蜗壳6，蜗壳6与电机壳体1之间设有扩压器7，扩压器7与径向轴套5之间安装有两个止推空气轴承8，径向轴套5与主轴3之间间隙配合并设有两个径向空气轴承9；所述扩压器7内设有止推轴承冷却结构，所述径向轴套5上设有径向轴承冷却结构，所述电机2外侧设有水冷套10，水冷套10上设有电机冷却结构，止推轴承冷却结构、径向轴承冷却结构、电机冷却结构分别经电机壳体1内的进水通道11和出水通道12与设在电机壳体1上的总进水口13和总出水口14相连通。

所述止推轴承冷却结构包括设在扩压器7一侧的水道盖板15，扩压器7和水道盖板15之间过盈压装固定连接，扩压器7和水道盖板15之间设有环形水道16，扩压器7上设有与环形水道16相连通的第一进水口17和第一出水口18，第一进水口17与进水通道11相连通，第一出水口18与出水通道12相连通，环形水道16内的循环水用于对扩压器7及止推空气轴承8进行冷却。

所述环形水道16包括设在水道盖板15端面的第一环形槽19，第一环形槽19对应第一进水口17和第一出水口18的位置还设有进水槽20和出水槽21，循环水从第一进水口17经进水槽20进入第一环形槽19，经出水槽21从第一出水口18排出。

所述环形水道16还包括设在扩压器7内的第二环形槽22，第二环形槽22与第一环形槽19相连通，第二环形槽22与第一环形槽19组合后形成环形水道16，第二环形槽22向扩压器7的内孔方向延伸以增大冷却面积，可提升对止推空气轴承8的冷却效果。

所述径向轴承冷却结构包括设在径向轴套5的外侧圆周与电机壳体1之间的冷却水槽23，冷却水槽23的两侧设有密封圈24进行密封，电机壳体1上设有与冷却水槽23相连通的第二进水口25和第二出水口26，第二进水口25与进水通道26相连通，第二出水口26与出水通道12相连通，循环水从第二进水口25进入冷却水槽23，经第二出水口26排出，冷却水槽23内的循环水用于对径向轴套5及径向空气轴承9进行冷却。

所述电机冷却结构包括设在水冷套10外侧圆周与电机壳体1之间的螺旋水槽27，螺旋水槽27的两端分别为第三进水口28和第三出水口29，第三进水口28与进水通道11相连通，第三出水口29与出水通道12相连通，循环水从第三进水口28进入螺旋水槽27，经第三出水口29排出，螺旋水槽27内的循环水用于对电机2进行冷却。

所述水冷套10内设有锥孔，径向轴套5的端部设有与锥孔配合的锥面，锥面与锥孔间隙配合安装固定。锥面与锥孔的设计不仅方便对径向轴套5进行轴向定位，确保主轴高速旋转时保持稳定在轴心，而且便于拆装，方便维修。

循环水路冷却系统工作原理：

工作时，外部的循环水从总进水口13进入进水通道11，进水通道11内的循环水第一支路从第一进水口17经进水槽20进入扩压器7与水道盖板15之间的环形水道16，然后经出水槽21从第一出水口18排出至出水通道12，经出水通道12从总出水口14排出，通过环形水道16内的循环水对扩压器7进行冷却，进而对止推空气轴承8进行冷却；第二支路从第二进水口25进入径向轴套5与电机壳体1之间的冷却水槽23，然后经第二出水口26排出至出水通道12，经出水通道12从总出水口14排出，冷却水槽23内的循环水用于对径向轴套5及径向空气轴承9进行冷却；第三支路从第三进水口28进入水冷套10与电机壳体1之间的螺旋水槽27，然后经第三出水口29排出至总出水口14，螺旋水槽27内的循环水用于对电机2进行冷却。本发明通过三路冷却水在空压机内部进行循环，可对空压机内部主要发热部件如止推空气轴承8、径向空气轴承9以及电机2进行冷却，保证了空压机工作的稳定性，延长了空压机的寿命。

如图5所示，所述止推空气轴承8为固定式止推空气轴承，包括底板30，所述底板30的中心设有轴孔31，所述底板30的侧面上沿圆周均匀设有若干个弧形槽32，若干个弧形槽32呈旋涡形设置在轴孔的外侧，所述弧形槽32用于形成气膜产生轴向承载力。

两个固定式止推空气轴承之间设有隔环33和止推盘34，所述隔环33的两侧分别与两个固定式止推空气轴承压紧固定，止推盘34安装在主轴3上，止推盘34与两个固定式止推空气轴承之间间隙配合，外侧的固定式止推空气轴承通过径向轴套5压紧固定，径向轴套5通过压环35进行限位，压环35与扩压器7端面通过螺钉固定连接。安装时，依次将内侧的固定式止推空气轴承、隔环33、外侧的固定式止推空气轴承放置在扩压器7的轴承槽内，再通过套设在主轴外侧的径向轴套5将外侧的固定式止推空气轴承压紧，然后再通过压环35对径向轴套5进行限位，最后将压环35与扩压器7端面通过螺钉固定连接，安装工艺简单，结构稳定可靠。工作时，主轴3带动止推盘34高速旋转，止推盘34与两个固定式止推空气轴承之间间隙配合，从压缩腔过来的气体依次进入止推盘34与内侧的固定式止推空气轴承之间间隙、止推盘34与外侧的固定式止推空气轴承之间间隙，两个固定式止推空气轴承形成的气膜对止推盘34起到轴向承载的作用，可提升轴向承载能力。

如图6所示，所述径向空气轴承9为固定式径向空气轴承，包括沿圆周均匀设在主轴3外表面的凸条36，相邻两个凸条36之间形成气体通过的导气槽37，所述导气槽37用于形成气膜产生径向承载力，所述凸条36的形状为V形或弧形，可延长气体在导气槽37内的行进距离，利于气膜的形成。安装时，先将径向轴套5与水冷套10通过锥面与锥孔过盈压装固定连接，并将径向轴套5调整至轴向水平位置，然后将主轴3的驱动端穿过径向轴套5中心并插入电机2内部即可，安装工艺简单，结构稳定可靠。工作时，电机2带动主轴3高速旋转，径向轴套5与两个固定式径向空气轴承之间间隙配合，从压缩腔过来的气体进入径向轴套5与固定式径向空气轴承之间间隙，两个固定式径向空气轴承形成的气膜对主轴3起到径向承载的作用，可提升径向承载能力。

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 (10)

1.一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：包括电机壳体，电机壳体内设有电机，电机的主轴与蜗轮连接，蜗轮与电机之间的主轴上设有径向轴套，蜗轮外设有蜗壳，蜗壳与电机壳体之间设有扩压器，扩压器与径向轴套之间安装有两个止推空气轴承，径向轴套与主轴之间间隙配合并设有两个径向空气轴承；所述扩压器内设有止推轴承冷却结构，所述径向轴套上设有径向轴承冷却结构，所述电机外侧设有水冷套，水冷套上设有电机冷却结构，止推轴承冷却结构、径向轴承冷却结构、电机冷却结构分别经电机壳体内的进水通道和出水通道与设在电机壳体上的总进水口和总出水口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述止推轴承冷却结构包括设在扩压器一侧的水道盖板，扩压器和水道盖板之间过盈压装固定连接，扩压器和水道盖板之间设有环形水道，扩压器上设有与环形水道相连通的第一进水口和第一出水口，第一进水口与进水通道相连通，第一出水口与出水通道相连通，环形水道内的循环水用于对扩压器及止推空气轴承进行冷却。

3.根据权利要求2所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述环形水道包括设在水道盖板端面的第一环形槽，第一环形槽对应第一进水口和第一出水口的位置还设有进水槽和出水槽。

4.根据权利要求2所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述环形水道还包括设在扩压器内的第二环形槽，第二环形槽与第一环形槽相连通，第二环形槽向扩压器的内孔方向延伸以增大冷却面积。

5.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述径向轴承冷却结构包括设在径向轴套的外侧圆周与电机壳体之间的冷却水槽，冷却水槽的两侧设有密封圈进行密封，电机壳体上设有与冷却水槽相连通的第二进水口和第二出水口，第二进水口与进水通道相连通，第二出水口与出水通道相连通，冷却水槽内的循环水用于对径向轴套及径向空气轴承进行冷却。

6.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述电机冷却结构包括设在水冷套外侧圆周与电机壳体之间的螺旋水槽，螺旋水槽的两端分别为第三进水口和第三出水口，第三进水口与进水通道相连通，第三出水口与出水通道相连通，螺旋水槽内的循环水用于对电机进行冷却。

7.根据权利要求6所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述水冷套内设有锥孔，径向轴套的端部设有与锥孔配合的锥面，锥面与锥孔间隙配合安装固定。

8.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述止推空气轴承为固定式止推空气轴承，包括底板，所述底板的中心设有轴孔，所述底板的侧面上沿圆周均匀设有若干个弧形槽，若干个弧形槽呈旋涡形设置在轴孔的外侧，所述弧形槽用于形成气膜产生轴向承载力。

9.根据权利要求8所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：两个固定式止推空气轴承之间设有隔环和止推盘，止推盘安装在主轴上，止推盘与两个固定式止推空气轴承之间间隙配合，外侧的固定式止推空气轴承通过径向轴套压紧固定，径向轴套通过压环进行限位，压环与扩压器端面通过螺钉固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种高速离心空压机内部循环水路冷却系统，其特征在于：所述径向空气轴承为固定式径向空气轴承，包括沿圆周均匀设在主轴外表面的凸条，所述凸条的形状为V形或弧形，相邻两个凸条之间形成气体通过的导气槽，所述导气槽用于形成气膜产生径向承载力。