CN117823452A - 低轴向载荷叶轮安装结构、磁悬浮压缩机及进气压缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了低轴向载荷叶轮安装结构、磁悬浮压缩机及进气压缩方法，属于磁悬浮压缩机技术领域，本发明利用一级蜗壳内的二级蜗壳对一级叶轮的排气导流至二级叶轮的进气端，使得一级叶轮和二级叶轮产生的轴向载荷可以相互抵消，可以减小轴向轴承承载力，适应磁悬浮轴承的工作要求；一级叶轮的排气无需经过回流管，使二级叶轮的入口气流接近轴对称，叶轮进气均匀，从而可以避免因为进气不均匀、效率下降、振动与噪音加剧、甚至出现喘振故障。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮压缩机技术领域，具体涉及一种低轴向载荷叶轮安装结构、磁悬浮压缩机及进气压缩方法。
背景技术
压缩机经常采用多级叶轮串联方式提高总压比；磁悬浮压缩机由于转速高，通常采用叶轮直接安装在电机主轴上的直连方式。二级串联磁悬浮压缩机的结构，按叶轮安装位置区分，通常有两种——叶轮安装在电机同一侧轴头的结构，及叶轮安装在电机两侧轴头的结构。
在叶轮同侧安装的结构中，一级叶轮与二级叶轮的进气方向均是从左向右，因此叶轮上的气动载荷方向一致，均指向同一侧，两个叶轮的轴向载荷会叠加，对轴向轴承的承载力提出了更高的要求，但磁悬浮轴承的原理决定了其在相同体积下的承载力只有机械轴承的1/4左右。因此在一些高压气体的应用场景中，该结构会导致磁悬浮轴承无法正常工作。
为了降低磁悬浮轴承的轴向载荷，最方便的方法是将一级叶轮和二级叶轮沿相反方向安装，使两个叶轮的气动载荷相互抵消。叶轮安装在电机两侧轴头的结构就是为此而设计的；此结构中，因此两个叶轮的轴向载荷大部分会相互抵消，可以大大降低轴向轴承的承载力。
但该结构需要在压缩机外部增加一个回流管，导致压缩机体积增大。同时回流管会使二级进气管中的气流轴向不对称，从而导致二级叶轮的进气不均匀、效率下降、振动与噪音加剧、甚至出现喘振故障。
发明内容
技术目的：针对上述现有磁悬浮压缩机进行气体压缩存在的不足，本发明公开了一种低轴向载荷叶轮安装结构、磁悬浮压缩机及进气压缩方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种低轴向载荷叶轮安装结构，包括沿进气方向设置在压缩机的电机主轴上的一级叶轮和二级叶轮，所述电机主轴靠近叶轮的一端采用台阶轴结构，设有用于和一级叶轮、二级叶轮配合的安装台阶，所述一级叶轮和二级叶轮相背设置，在压缩机上设置用于和一级叶轮配合的一级蜗壳，一级蜗壳内设置用于将一级叶轮的压缩气体导流至二级叶轮吸气端的二级蜗壳。
优选地，本发明的二级蜗壳包括按照相邻区域的一级蜗壳的壳体型线设计的第一配合段以及用于与一级蜗壳靠近二级叶轮一侧的壳体结构、二级叶轮配合形成二级蜗壳进气流道的第二配合段，第一配合段与一级蜗壳的内壁之间形成流通路径均匀的导气流道，第一配合段和第二配合段采用一体结构，第一配合段和第二配合段的内侧面之间形成排气流道，排气流道与二级蜗壳的进气流道相连通。
优选地，本发明的第一配合段位于一级叶轮和二级叶轮的外周，对一级叶轮和二级叶轮之间进行密封。
优选地，本发明的排气流道设置排气管，排气管贯穿一级蜗壳的壳体后位于一级蜗壳的外侧。
优选地，本发明的一级蜗壳位于压缩机内的一端设置在二级叶轮的内侧，一级蜗壳与电机主轴的圆周面之间密封配合连接。
本发明还公开一种磁悬浮压缩机，使用上述的低轴向载荷叶轮安装结构，包括同轴设置在电机壳体内的电机主轴和电机定子，一级叶轮和二级叶轮安装在电机主轴的端部，电机壳体在靠近叶轮的一侧设置用于将气体导流至一级叶轮进气端的进气管。
本发明还提供一种进气压缩方法，使用上述的磁悬浮压缩机，压缩机启动时，气体通过进气管进入一级叶轮的进气口，通过一级叶轮压缩后，由一级蜗壳与二级蜗壳之间的导气流道导流后，沿与进气相反的方向进入二级叶轮的吸气端，经二级叶轮二次压缩后，通过排气流道排出，完成对进气的二级压缩。
有益效果：本发明所提供的低轴向载荷叶轮安装结构、磁悬浮压缩机及进气压缩方法具有如下有益效果：
1、本发明利用一级蜗壳内的二级蜗壳对一级叶轮的排气导流至二级叶轮的进气端，使得一级叶轮和二级叶轮产生的轴向载荷可以相互抵消，可以减小轴向轴承承载力，适应磁悬浮轴承的工作要求。
2、本发明直接使用二级蜗壳在一级蜗壳内进行气流导向，无需在压缩机外部设置回流管，结构紧凑，体积小，特别对于大型压缩机，能够有效节省外部空间。
3、本发明一级叶轮的排气无需经过回流管，使二级叶轮的入口气流接近轴对称，叶轮进气均匀，从而可以避免因为进气不均匀、效率下降、振动与噪音加剧、甚至出现喘振故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为本发明叶轮安装结构图；
图2为本发明磁悬浮压缩机结构图；
其中，1-电机主轴、2-一级叶轮、3-二级叶轮、4-一级蜗壳、5-二级蜗壳、6-第一配合段、7-第二配合段、8-导气流道、9-排气流道、10-电机壳体、11-电机定子、12-进气管、13-排气管。
实施方式
下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1和图2所示为本发明所公开的一种低轴向载荷叶轮安装结构，包括沿进气方向设置在压缩机的电机主轴1上的一级叶轮2和二级叶轮3，所述电机主轴1靠近叶轮的一端采用台阶轴结构，设有用于和一级叶轮2、二级叶轮3配合的安装台阶，所述一级叶轮2和二级叶轮3相背设置，在压缩机上设置用于和一级叶轮2配合的一级蜗壳4，一级蜗壳4内设置用于将一级叶轮2的压缩气体导流至二级叶轮3吸气端的二级蜗壳5。
在一个具体的实施例中，本发明的二级蜗壳5包括按照相邻区域的一级蜗壳4的壳体型线设计的第一配合段6以及用于与一级蜗壳4靠近二级叶轮3一侧的壳体结构、二级叶轮3配合形成二级蜗壳5进气流道的第二配合段7，第一配合段6与一级蜗壳4的内壁之间形成流通路径均匀的导气流道8，第一配合段6和第二配合段7采用一体结构，第一配合段6和第二配合段7的内侧面之间形成排气流道9，排气流道9与二级蜗壳5的进气流道相连通。
通过一级蜗壳和二级蜗壳配合可以实现一级叶轮和二级叶轮进气方向相反，有效平衡进气压力，减少因为进气压缩产生的轴向载荷，从而适应磁悬浮轴承的工作要求。
为提高二级叶轮进气的均匀性，同时避免一、二级叶轮之间相互干涉，本发明第一配合段6位于一级叶轮2和二级叶轮3的外周，对一级叶轮2和二级叶轮3之间进行密封，一级蜗壳4位于压缩机内的一端设置在二级叶轮3的内侧，一级蜗壳4与电机主轴1的圆周面之间密封配合连接；排气流道9设置排气管13，排气管13贯穿一级蜗壳4的壳体后位于一级蜗壳4的外侧。
如图2所示，本发明还公开一种磁悬浮压缩机，使用上述的低轴向载荷叶轮安装结构，包括同轴设置在电机壳体10内的电机主轴1和电机定子11，一级叶轮2和二级叶轮3安装在电机主轴1的端部，电机壳体10在靠近叶轮的一侧设置用于将气体导流至一级叶轮2进气端的进气管12。
本发明还提供一种进气压缩方法，使用上述的磁悬浮压缩机，压缩机启动时，气体通过进气管进入一级叶轮的进气口，通过一级叶轮压缩后，由一级蜗壳与二级蜗壳之间的导气流道导流后，沿与进气相反的方向进入二级叶轮的吸气端，经二级叶轮二次压缩后，通过排气流道排出，完成对进气的二级压缩。
本发发明通过二级外壳可引导气流从径向发散转向、汇集并回到轴向的一级叶轮的气体无需经过回流管，可以直接沿着一级蜗壳与二级蜗壳之间的导流流道进入二级叶轮进气端，并通过二级蜗壳的外表面进行导向，可以使二级叶轮的进口气流接近轴对称，使二级叶轮进气均匀，可以避免因为进气不均匀导致的效率下降，产生振动甚至出现喘振故障的情形。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.低轴向载荷叶轮安装结构，其特征在于，包括沿进气方向设置在压缩机的电机主轴（1）上的一级叶轮（2）和二级叶轮（3），所述电机主轴（1）靠近叶轮的一端采用台阶轴结构，设有用于和一级叶轮（2）、二级叶轮（3）配合的安装台阶，所述一级叶轮（2）和二级叶轮（3）相背设置，在压缩机上设置用于和一级叶轮（2）配合的一级蜗壳（4），一级蜗壳（4）内设置用于将一级叶轮（2）的压缩气体导流至二级叶轮（3）吸气端的二级蜗壳（5）。
2.根据权利要求1所述的低轴向载荷叶轮安装结构，其特征在于，所述二级蜗壳（5）包括按照相邻区域的一级蜗壳（4）的壳体型线设计的第一配合段（6）以及用于与一级蜗壳（4）靠近二级叶轮（3）一侧的壳体结构、二级叶轮（3）配合形成二级蜗壳（5）进气流道的第二配合段（7），第一配合段（6）与一级蜗壳（4）的内壁之间形成流通路径均匀的导气流道（8），第一配合段（6）和第二配合段（7）采用一体结构，第一配合段（6）和第二配合段（7）的内侧面之间形成排气流道（9），排气流道（9）与二级蜗壳（5）的进气流道相连通。
3.根据权利要求2所述的低轴向载荷叶轮安装结构，其特征在于，所述第一配合段（6）位于一级叶轮（2）和二级叶轮（3）的外周，对一级叶轮（2）和二级叶轮（3）之间进行密封。
4.根据权利要求2所述的低轴向载荷叶轮安装结构，其特征在于，所述排气流道（9）设置排气管（13），排气管（13）贯穿一级蜗壳（4）的壳体后位于一级蜗壳（4）的外侧。
5.根据权利要求1所述的低轴向载荷叶轮安装结构，其特征在于，所述一级蜗壳（4）位于压缩机内的一端设置在二级叶轮（3）的内侧，一级蜗壳（4）与电机主轴（1）的圆周面之间密封配合连接。
6.一种磁悬浮压缩机，使用权利要求1-5任一所述的低轴向载荷叶轮安装结构，其特征在于，包括同轴设置在电机壳体（10）内的电机主轴（1）和电机定子（11），一级叶轮（2）和二级叶轮（3）安装在电机主轴（1）的端部，电机壳体（10）在靠近叶轮的一侧设置用于将气体导流至一级叶轮（2）进气端的进气管（12）。
7.一种进气压缩方法，使用权利要求6所述的磁悬浮压缩机，其特征在于，压缩机启动时，气体通过进气管进入一级叶轮的进气口，通过一级叶轮压缩后，由一级蜗壳与二级蜗壳之间的导气流道导流后，沿与进气相反的方向进入二级叶轮的吸气端，经二级叶轮二次压缩后，通过排气流道排出，完成对进气的二级压缩。
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