CN1281099A - 涡轮压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮压缩机包括一个以高速转动的马达、一个安装在马达转轴一个端部上用于首次压缩外界空气的第一叶轮、一个用于容纳第一叶轮压缩的空气的第一蜗壳、一个具有靠近第一蜗壳的进口部分安装的用于冷却第一叶轮压缩的空气的中间冷却器、一个安装在马达转轴另一端部上用于第二次压缩来自中间冷却器的空气的第二叶轮、一个用于容纳第二叶轮压缩的空气的第二蜗壳和一条从中间冷却器的出口部分延伸至第二叶轮的进口部分的管道。

Description

涡轮压缩机
本发明涉及涡轮压缩机，更具体来说，涉及采用高速马达驱动的叶轮压缩空气的涡轮压缩机。
一般来说，压缩机的类型有活塞压缩机、转子压缩机和涡轮压缩机。在涡轮压缩机中，空气被叶轮压缩，叶轮连接于高速转动的电机的转轴。由于涡轮压缩机具有叶轮的复杂的驱动机构，支承叶轮的轴承暴露于高转速、大重量和高温状况中，因而降低了压缩机的稳定性。例如，在典型的涡轮压缩机中，动力是通过使用齿轮系传递到叶轮的。
图1的示意图表示典型涡轮压缩机的结构。现在参阅该图，涡轮压缩机包括一个提供转动动力的低速马达(未画出)、一个用于将低速转动动力转变成高速转动动力的齿轮系8、一个用于在第一级中压缩空气的第一叶轮1、一个用于容纳第一叶轮1压缩的空气的第一蜗壳2、一个用于在第二级中压缩空气的第二叶轮3、一个用于容纳第二叶轮3压缩的空气的第二蜗壳4、一个用于支承第一和第二叶轮1和3共用的转轴的轴承5、一个用于在第三级中压缩空气的第三叶轮6和一个用于容纳第三叶轮6压缩的空气的第三蜗壳7。为了冷却在各级中的压缩空气，可以安装用于冷却由各叶轮压缩的空气的冷却装置(未画出)。
这种典型的涡轮压缩机如上所述采用齿轮系8。由于该齿轮系的齿轮沉重、庞大，因而安装空间大且增加了总重量，另外也会产生低频振动和噪音。另外，由于采用倾斜衬垫轴承或滚珠轴承作为支承转轴的轴承，因而需要复杂的系统作为适当的润滑系统和温度控制装置。特别是为了防止润油剂侵入叶轮，涡轮压缩机需要复杂的密封系统。
当传统涡轮压缩机中用于驱动叶轮的马达是由电力驱动时，需要为正常电流的三、四倍的启动电流。因此，需要用于驱动马达的高功率设备，必须加大成本，要有大的安装空间。另外，由于驱动马达的最大功率是在电力的特定频率下，例如在50或60Hz下获得的，因而整个系统必须按照电力的频率来设计。
为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种涡轮压缩机，它具有简化的系统和提高的效率。
因此，为了实现上述目的，提供一种涡轮压缩机，它包括一个高速转动马达、一个安装在马达转轴一个端部上初次压缩外界空气的第一叶轮、一个用于容纳第一叶轮压缩的空气的第一蜗壳、一个靠近第一蜗壳安装的用于冷却第一叶轮压缩的空气的中间冷却器、一个安装在马达转轴另一端部上用于二次压缩来自中间冷却器的空气的第二叶轮、一个用于容纳第二叶轮压缩的空气的第二蜗壳和一条从中间冷却器外部延伸至第二叶轮进口部分的管道。
在本发明中，马达转轴的轴承最好由翼片轴承(air foil bearing)支承。
另外，在本发明中，马达最好由逆变器模块控制。
另外，在本发明中，送向翼片轴承的空气最好从第二蜗壳供应。
另外，在本发明中，送向翼片轴承的空气最好由一个外部压缩装置提供。
另外，在本发明中，翼片轴承最好包括一个壳体和多个安装在壳体内表面上的翼片，以便借助压缩空气的流体膜来支承马达的转轴。
在本发明中，翼片轴承最好具有一种结构，该结构利用挠性多叶式翼片，其特征是可提供对于大型马达中的直线不重合度的较大的间隙量。由于多片翼片重叠，多叶式翼片轴承具有很强的抗振动或冲击性。另外，当翼片表面涂层受损时，可以减少对轴承性能的影响。
现在对照以下附图详述本发明的推荐实施例，进一步阐述本发明的上述目的和优点。
图1是表示典型涡轮压缩机的视图；
图2是表示按照本发明的涡轮压缩机的视图；
图3是示意地表示按照本发明的涡轮压缩机的框图。
现在参阅图2，本发明的特征在于，一个高速马达用作本发明的涡轮压缩机中的叶轮驱动装置，叶轮直接连接于马达转轴以压缩空气。例如，可以使用转速超过70，000转数／分的高速马达23。马达23的转子13围绕转轴21的外圆周安装，定子14安装在马达23的壳体(未画出)内。
多个叶片安装在第一叶轮24上，第一叶轮24在转动时首次压缩空气。由箭头OA表示的外界空气被第一叶轮24压缩。被压缩的空气容纳在第一蜗壳25中并排向中间冷却器29。如图所示，使空气流向中间冷却器29的一个进口部分16靠近第一蜗壳25形成。典型的中间冷却器可以用作中间冷却器29，以便冷却由于压缩而升高的空气温度。首次压缩的空气的温度可以降至大约40℃。
多个叶片安装在第二叶轮26上。第二叶轮26在转动时第二次压缩空气。已经被中间冷却器29冷却的空气被输入第二叶轮26，如箭头IA所示。冷却的空气IA流过连接中间冷却器29的一个出口部分17和第二叶轮26的一个进口部分(未画出)的一条管道28a，并被输入第二叶轮26。被第二叶轮26压至最终压力的空气被容纳在第二蜗壳28中，然后为预定的用途而被排出。箭头CA表示最后压缩的空气。
按照本发明的另一个特征，高速马达23的转轴21被翼片轴承支承。在图2中，转轴21的安装第一叶轮24的第一端部由第一翼片轴承11支承，转轴21的安装第二叶轮26的第二端部由第二翼片轴承11’支承，因而转轴21可以转动。众所周知，第一和第二翼片轴承11和11’包括壳体12和12’，转轴21的端部穿过上述壳体；以及多个安装在壳体12和12’的内圆周表面上的翼片(未画出)。当使压缩空气可以在翼片的表面上在翼片和转轴21的端部之间流过时，借助转子13的高速转动，空气形成流体膜，因而转轴21的端部没有摩擦地、可转动地被支承。
压缩空气可以按照各种方式送向翼片轴承11和11’。在图示推荐实施例中，用于润滑的压缩空气是从第二蜗壳28供应的。也就是说，压缩空气从第二蜗壳28通过一条空气流道(未画出)送至第二翼片轴承11’。然后，压缩空气通过在定子14和转子13之间形成的一条空气流道15送至第一翼片轴承。箭头LA表示从第二翼片轴承11’流向第一翼片轴承11的压缩空气。
在另一个未画出的推荐实施例中，压缩空气可以借助一个外部的装置而不是第二蜗壳28送至翼片轴承11和11’。
现在对照图3描述按照本发明的具有上述结构的涡轮压缩机的工作。首先，由三相电流输入端提供的电流由整流器31整流。整流后的电流通过一个逆变器模块37送向高速马达23。逆变器模块37由一个控制器32控制。控制器32可以通过逆变器模块37控制马达23的转速。从整流器31送至逆变器模块37的电流值和送至马达23的电流值可以反馈至控制器32，因而它们可以用作控制器32控制逆变器模块37时的数据。控制器32可以通过关掉开关30来切断电力供应。
当高速马达23由来自逆变器模块37的电流驱动时，输入第一叶轮24的图2中的外界空气OA被第一叶轮24压缩、被中间冷却器29冷却、被第二叶轮26压缩至最后的目标压力。这里，翼片轴承11和11’支承着马达23的转轴21。
逆变器模块37控制马达23的转速，使马达23的输出可以受到控制。另外，借助逆变器模块37改变马达23的转速，可以容易地使第一和第二叶轮24和26以可变的转速工作，因而可以适当地控制排出的空气量。也就是说，借助逆变器模块37可以进行整个系统的控制。
马达23由逆变器模块37驱动的方法可限制马达23启动时的启动电流，从而可降低电力设备成本。另外，由于无需普通涡轮压缩机的齿轮系，从而可减小重量、振动和噪音。
另外，采用逆变器模块37可以解决按照频率改变设计的问题。另外，可以选择最佳工作速度，从而减小使用的电力，扩大自动范围，从而提高可靠性。
应当注意的是，本发明并不局限于上述的推荐实施例，本专业技术人员显然可以在权利要求书所限定的本发明的范围内进行各种修改和变化。

Claims (7)

1．一种涡轮压缩机，它包括：
一个以高速转动的马达；
一个安装在马达转轴的一个端部上用于首次压缩外界空气的第一叶轮；
一个用于容纳第一叶轮压缩的空气的第一蜗壳；
一个中间冷却器，它具有靠近第一蜗壳安装的进口部分，用于冷却第一叶轮压缩的空气；
一个安装在马达转轴另一端部上用于第二次压缩来自中间冷却器的空气的第二叶轮；
一个用于容纳第二叶轮压缩的空气的第二蜗壳；以及
一条从中间冷却器的一个出口部分延伸至第二叶轮的一个进口部分的管道。
2．如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于：马达转轴由翼片轴承支承。
3．如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于：用于支承马达转轴的翼片轴承是多叶式翼片轴承。
4．如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于：马达是由逆变器模块控制的。
5．如权利要求2所述的涡轮压缩机，其特征在于：送至翼片轴承的空气是从第二蜗壳供应的。
6．如权利要求2所述的涡轮压缩机，其特征在于：送至翼片轴承的空气是由一个外界压缩装置供应的。
7．如权利要求2所述的涡轮压缩机，其特征在于：翼片轴承包括：
一个壳体；以及
多个安装在壳体内表面上的翼片，其用于借助压缩空气的流体膜支承马达转轴。
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