CN216742132U - 空气循环机主轴组件和空气循环机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种空气循环机主轴组件和空气循环机。该空气循环机主轴组件包括主轴，主轴上依次设置有膨胀叶轮、压缩叶轮和风叶；第一轴承，支撑主轴且位于膨胀叶轮和所述压缩叶轮之间；所述第一轴承的内径D1，在所述主轴的轴向上，所述第一轴承的中心位置与所述压缩叶轮的根部的距离L1，L1/D1为1.6～2.4；第二轴承，支撑主轴且位于压缩叶轮和所述风叶之间；所述第二轴承的内径D2，在所述主轴的轴向上，所述第二轴承的中心位置与所述压缩叶轮的根部的距离L2，L2/D2为3.1～4.1。对轴承的支撑位置限定，能确保在支撑位置上的振动减小，甚至为零，对轴承的破坏性低，轴承可靠性得到提高。

Description

空气循环机主轴组件和空气循环机

技术领域

本申请属于空气循环机技术领域，具体涉及一种空气循环机主轴组件和空气循环机。

背景技术

空气循环机是采用空气为工质的压缩空气循环制冷系统，一般包含有透平式压缩机和膨胀机，分别实现压缩和膨胀过程，同时系统还需要风机用以实现对流换热。气体膨胀输出功，而气体压缩和风机送风需要消耗功，因此空气循环机将气体膨胀功用以气体压缩和风机送风，来达到节能的目的。

空气循环机的具体结构中，主要包含转子系统组件和静止组件，其中轴承系统支承着主轴组件，主轴组件作高速旋转。传统主轴组件中，由于轴上同时设置多个转动件，且相应的作用效果不同，如压缩和膨胀，导致主轴组件容易产生径向振动，从而对轴承造成损坏，产生噪声和影响使用寿命。

实用新型内容

因此，本申请提供一种空气循环机主轴组件和空气循环机，能够解决现有技术中主轴组件产生振动对轴承造成损伤，影响使用寿命的问题。

为了解决上述问题，本申请提供一种空气循环机主轴组件，包括：

主轴，所述主轴上依次设置有膨胀叶轮、压缩叶轮和风叶；

第一轴承，支撑主轴且位于所述膨胀叶轮和所述压缩叶轮之间；所述第一轴承的内径D1，在所述主轴的轴向上，所述第一轴承的中心位置与所述压缩叶轮的根部的距离L1，L1/D1为1.6～2.4；

第二轴承，支撑主轴且位于所述压缩叶轮和所述风叶之间；所述第二轴承的内径D2，在所述主轴的轴向上，所述第二轴承的中心位置与所述压缩叶轮的根部的距离L2，L2/D2为3.1～4.1。

可选地，所述第一轴承和所述第二轴承在所述主轴的轴向上长度均为W，且D1＝D2＝D，W/D为0.8～1.2。

可选地，所述L1/D1为1.8～2.2。

可选地，所述L1/D1为2.0。

可选地，所述L2/D2为3.3～3.9。

可选地，所述L2/D2为3.5。

可选地，所述主轴上设有止推盘，所述轴承支承组件还包括有夹持所述止推盘的止推轴承；所述止推盘位于贴近所述第一轴承或所述第二轴承一端的位置。

可选地，所述止推盘设在所述膨胀叶轮和所述第一轴承之间。

根据本申请的再一方面，提供了一种空气循环机，包括如上所述的空气循环机主轴组件。

本申请提供的一种空气循环机主轴组件，包括：主轴，所述主轴上依次设置有膨胀叶轮、压缩叶轮和风叶；第一轴承，支撑主轴且位于所述膨胀叶轮和所述压缩叶轮之间；所述第一轴承的内径D1，在所述主轴的轴向上，所述第一轴承的中心位置与所述压缩叶轮的根部的距离L1，L1/D1为1.6～2.4；第二轴承，支撑主轴且位于所述压缩叶轮和所述风叶之间；所述第二轴承的内径D2，在所述主轴的轴向上，所述第二轴承的中心位置与所述压缩叶轮的根部的距离L2，L2/D2为3.1～4.1。

对支撑空气循环机主轴的轴承进行支撑位置上的限定，能确保轴承处于主轴的振型节点上，这样轴承所承受的振动大幅减小，甚至为零，使得在主轴高速转动产生的振动对轴承的破坏性低，使得轴承可靠性得到提高。

附图说明

图1为本申请实施例的空气循环机的结构示意图；

图2为本申请实施例的主轴组件的结构示意图；

图3为本申请实施例的空气循环机的外部示意图；

图4为本申请实施例的第一轴承设置位置振动相对变化的示意图；

图5为本申请实施例的第二轴承设置位置振动相对变化的示意图；

图6为本申请实施例的主轴组件的模态振型示意图。

附图标记表示为：

1、主轴；11、膨胀叶轮；12、压缩叶轮；121、根部；13、风叶；14、止推盘；15、止推轴承；16、轴向定位件；2、第一轴承；21、第一中心线；3、第二轴承；31、第二中心线。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，一种空气循环机主轴组件，包括：

主轴1，所述主轴1上依次设置有膨胀叶轮11、压缩叶轮12和风叶13；

第一轴承2，支撑主轴1且位于所述膨胀叶轮11和所述压缩叶轮12之间；所述第一轴承2的内径D1，在所述主轴1的轴向上，所述第一轴承2的中心位置与所述压缩叶轮12的根部的距离L1，L1/D1为1.6～2.4；

第二轴承3，支撑主轴1且位于所述压缩叶轮12和所述风叶13之间；所述第二轴承3的内径D2，在所述主轴1的轴向上，所述第二轴承3的中心位置与所述压缩叶轮12的根部121的距离L2，L2/D2为3.1～4.1。

由于空气循环机的主轴1上依次设置膨胀叶轮11、压缩叶轮12和风叶13，基于主轴1为高速运转部件，结合膨胀叶轮11、压缩叶轮12和风叶13对主轴1径向上的作用力，使得主轴1本身会发生模态振型的变化，包括主轴1部分沿径向发生形变，比如主轴1中部凸起而两端向下弯曲，会存在两个不同位置上的振型节点。若对主轴1进行支撑的第一轴承2和第二轴承3，不设在两个振型节点的位置上，必然使得主轴1与两个轴承发生振动，造成摩擦功耗大，产品寿命缩短。

如图6所示空气循环机主轴组件的模态振型图，图中网格变形为主轴组件的第一阶模态振型，其中存在两个振型节点，即网格变形与水平放置的主轴1存在的两个交点。主轴组件按第一阶模态阵型振动时，这两个交点的振动为零。根据振动理论知识可知，在设计转速范围内，主轴组件的结构振动变形主要是由刚体振动和第一阶模态振型线性组合而成。于是，将每个振型节点的位置布置一个轴承，主轴组件的振动对轴承的破坏性低，轴承的可靠性更高。

本申请结合主轴1的振型节点，将第一轴承2和第二轴承3设在主轴1上振型节点的位置上，对主轴1进行支撑，此时主轴1径向上振动最小，甚至为零，这样在主轴1高速转动产生的径向振动对轴承的破坏性大大降低，使得轴承可靠性得到提高，从而减小了噪声，以及提高了使用寿命。

对于上述的第一轴承2或第二轴承3在主轴1轴向上的中心位置，如图1所示，是指每个轴承在该轴向上投影长度的中点，相应的，经过此中点且垂直轴向的中心线为：第一中心线21和第二中心线31；而压缩叶轮12本身包含有根部121，是指叶片与轮毂的交点位置。

在一些实施例中，第一轴承2和所述第二轴承3在所述主轴1的轴向上长度均为W，且D1＝D2＝D，W/D为0.8～1.2。

传统结构中，第一轴承2和第二轴承3的结构参数，包括轴向上的长度，以及内径均为相同，而本申请中对两个轴承的W/D进行了范围限定：W/D为0.8～1.2，若取值大于此范围，可靠性变差，且摩擦功耗过大；若取值小于此范围，轴承的承载力不够。

在一些实施例中，就第一轴承2的L1/D1为1.8～2.2；更优选的，L1/D1为2.0。

以及，第二轴承3的L2/D2为3.3～3.9；更优选的，L2/D2为3.5。

对第一轴承2和第二轴承3在主轴1上支撑位置进一步进行限定，使得主轴1组件高速转动中对两个轴承的振动影响会更小，甚至为零，会更有利于提高轴承的可靠性，减小噪声和提高使用寿命。

下面就第一轴承2和第二轴承3处于不同位置所产生的振动，进行相应的检测，详细情况描述如下。

当L1/D＝2.0，L2/D＝3.5时，第一轴承2处的振动为A01(m/s²)，第二轴承3处的振动为A02(m/s²)。

如图4所示，固定L2/D＝3.5，当L1/D＝1.2、1.6、2.0、2.4、2.8时，第一轴承2的振动A1(m/s²)相对于A01(m/s²)的相对值A1/A01依次为3.50、1.5、1.0、1.22、2.42。

如图5所示，固定L1/D＝2.0，当L2/D取值分别为2.5、3.1、3.5、4.1、4.5时，第二轴承3的振动A2(m/s²)相对于A02(m/s²)的相对值A2/A02依次为4.62、1.63、1.0、1.4、3.21。

在一些实施例中，主轴1上设有止推盘14，所述轴承支承组件还包括有夹持所述止推盘14的止推轴承15；所述止推盘14位于贴近所述第一轴承2或所述第二轴承3一端的位置。

通常主轴1上还设有止推盘14，以用来限制主轴1在轴向的移动；本申请中在贴近第一轴承2或所述第二轴承3一端的位置设置止推盘14，并通过止推轴承15对止推盘14进行夹持，使得主轴1组件的轴向运动得以控制，提高了主轴1组件运行的稳定性。

在一些实施例中，止推盘14设在所述膨胀叶轮11和所述第一轴承2之间。

将止推盘14设在膨胀叶轮11和所述第一轴承2之间，尤其是贴近第一轴承2的位置上，此最优方案既考虑将第一轴承2布置在振动最小附近，又考虑了膨胀叶轮11膨胀制冷过程，能通过结构传热的方式有效地带走止推轴承15的摩擦热。

根据本申请的再一方面，提供了一种空气循环机，包括如上所述的空气循环机主轴组件。

如图3所示的空气循环机，用于压缩空气制冷系统，主轴1的旋转动力来自于气体的膨胀功，气体流入T01后膨胀做功，做功后的气体温度降低，低温气体从T02流出，被输送到需要制冷的区域。膨胀功驱动主轴1旋转，主轴1上的压缩叶轮12将气体从C01吸入，经压缩叶轮12压缩后，从C02排出。与此同时，主轴1上的风叶13由F01吸入空气，在F02处排出，驱动空气。

如图2所示，在主轴1上依次套设有膨胀叶轮11、止推盘14、压缩叶轮12、轴向定位件16、风叶13等；第一轴承2架设在止推盘14和压缩叶轮12之间，而第二轴承3架设在轴向定位件16和风叶13之间，从而限制了主轴1的径向运动，而通过支腿轴承来夹持止推盘14，如图1所示，因此实现了主轴1在轴向上移动的限制。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种空气循环机主轴组件，其特征在于，包括：

主轴(1)，所述主轴(1)上依次设置有膨胀叶轮(11)、压缩叶轮(12)和风叶(13)；

第一轴承(2)，支撑所述主轴(1)且位于所述膨胀叶轮(11)和所述压缩叶轮(12)之间；所述第一轴承(2)的内径D1，在所述主轴(1)的轴向上，所述第一轴承(2)的中心位置与所述压缩叶轮(12)的根部(121)的距离L1，L1/D1为1.6～2.4；

第二轴承(3)，支撑所述主轴(1)且位于所述压缩叶轮(12)和所述风叶(13)之间；所述第二轴承(3)的内径D2，在所述主轴(1)的轴向上，所述第二轴承(3)的中心位置与所述压缩叶轮(12)的根部(121)的距离L2，L2/D2为3.1～4.1。

2.根据权利要求1所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述第一轴承(2)和所述第二轴承(3)在所述主轴(1)的轴向上长度均为W，且D1＝D2＝D，W/D为0.8～1.2。

3.根据权利要求1或2所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述L1/D1为1.8～2.2。

4.根据权利要求3所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述L1/D1为2.0。

5.根据权利要求1或2所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述L2/D2为3.3～3.9。

6.根据权利要求1或2所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述L2/D2为3.5。

7.根据权利要求1所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述主轴(1)上设有止推盘(14)，所述空气循环机主轴组件还包括有夹持所述止推盘(14)的止推轴承(15)；所述止推盘(14)位于贴近所述第一轴承(2)或所述第二轴承(3)一端的位置。

8.根据权利要求7所述的空气循环机主轴组件，其特征在于，所述止推盘(14)设在所述膨胀叶轮(11)和所述第一轴承(2)之间。

9.一种空气循环机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的空气循环机主轴组件。

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