CN217380934U - 一种空气循环机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空气循环机，包括膨胀机部分、压缩机部分、风机部分和主轴，主轴穿设膨胀机部分、压缩机部分和风机部分、第一径向轴承、第二径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承、第一引气管路和进气通道，第一引气管路一端能够从膨胀机部分的膨胀腔内引入气体，另一端与进气通道的一端连通，进气通道的另一端连通第一轴承腔，主轴内部设置有冷却通道，冷却通道能够将第一轴承腔中的气体导通至第二轴承腔中；并且经过第二径向轴承后的气体能够被导通至压缩机部分的吸气口中。本实用新型能够有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的稳定性，还能回收利用被排放的高压气流，还能对压缩机部分进行轴向定位，提高定位精度。

Description

一种空气循环机

技术领域

本实用新型涉及空气循环机技术领域，具体涉及一种空气循环机。

背景技术

在压缩空气循环制冷系统的空气循环机中，采用离心压气机实现压缩过程，采用向心膨胀机实现膨胀过程，采用风扇驱动冷却空气流动。将包含压缩叶轮、膨胀叶轮和风叶轮的装配成一个转子，被轴承系统支承着的作高速旋转运动。转子的设计与装配，一方面要满足三个叶轮在径向和轴向高精度装配定位需求，另一方面要满足转子临界转速的要求。

为了将包含压缩叶轮、膨胀叶轮和风叶的装配成一个转子组件，并让转子可靠地作高速旋转，专利CN102966587A实用新型了轴颈轴，轴径轴联接各叶轮，圆柱系杆穿过轴颈轴和所有的叶轮，夹持构件施加载荷以相对于系杆固定压缩机转子、涡轮转子和风叶。圆柱系杆轴向长度与所述直径的比率为34.82～35.18，过大的长径比结构存在两方面问题：(1)因为制作难度大而导致了加工成本高；(2)结构刚度度小，从而转子的转速受限，难以满足高转速的需求。

由于现有技术中的空气循环机存在转子各零件的径向和轴向高精度定位问题，从而导致转子在高转速下无法稳定运行；转子结构刚度小，从而转子的转速受限，难以满足高转速的需求等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种空气循环机。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的空气循环机存在转子各零件的径向和轴向高精度定位问题，从而导致转子在高转速下无法稳定运行的缺陷，从而提供一种空气循环机。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种空气循环机，其包括：

膨胀机部分、压缩机部分、风机部分、主轴和径向轴，所述主轴穿设所述膨胀机部分、所述压缩机部分和所述风机部分；所述空气循环机还包括第一径向轴承、第二径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承、第一引气管路和进气通道，所述主轴通过第一径向轴承、第二径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承支撑，所述第一径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承均设置在第一轴承腔内，所述径向轴套设于所述主轴的部分轴段外周，所述径向轴的轴向一端能对所述压缩机部分进行轴向定位，所述第二径向轴承设置在第二轴承腔内；

所述第一引气管路一端能够从所述膨胀机部分的膨胀腔内引入气体，另一端与所述进气通道的一端连通，所述进气通道的另一端连通所述第一轴承腔，用于输送冷却所述第一径向轴承、第一止推轴承和第二止推轴承的冷却空气，所述主轴内部设置有冷却通道，所述冷却通道能够将所述第一轴承腔中的气体导通至所述第二轴承腔中，用于输送冷却所述第二径向轴承的冷却空气；并且经过所述第二径向轴承后的气体能够被导通至所述压缩机部分的吸气口中。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承套设于所述径向轴的部分轴段的外周；所述第二止推轴承也套设于所述径向轴的部分轴段的外周，且所述径向轴的外周上设置有环形凹槽，所述第二止推轴承设置于所述环形凹槽中，以对所述径向轴形成轴向限位；所述径向轴与所述主轴之间固接。

在一些实施方式中，所述冷却通道包括第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道，所述第一冷却通道的一端与所述第一轴承腔连通、另一端与所述第二冷却通道连通，所述第二冷却通道沿所述主轴的轴向延伸，所述第三冷却通道的一端与所述第二冷却通道的一端连通、另一端与所述第二轴承腔连通。

在一些实施方式中，所述径向轴上还开设有径向气孔，所述径向气孔的一端与所述第一轴承腔连通、另一端与所述第一冷却通道连通。

在一些实施方式中，包括轴承座，所述第一轴承腔设置在所述轴承座的内部，所述进气通道开设在所述轴承座上；所述轴承座内设有第一密封结构和第二密封结构，所述主轴通过所述第一径向轴承、所述第一止推轴承和所述第二止推轴承被装配在所述轴承座上，所述第一轴承腔位于所述轴承座、所述主轴、第一密封结构和第二密封结构围成的空腔内。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承之间还设置有止推轴的部分结构，所述进气通道的一端与所述止推轴相对，冷却气体从所述进气通道进入所述第一轴承腔并分别冷却所述第一止推轴承和所述第二止推轴承，之后再到达所述第一径向轴承并对其冷却；之后再通过所述第一冷却通道进入所述主轴内部的所述第二冷却通道中；冷却气体进入所述第二冷却通道后再通过所述第三冷却通道进入所述第二轴承腔中并对所述第二径向轴承冷却。

在一些实施方式中，所述径向轴的轴向另一端与所述止推轴抵接。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承与所述主轴之间或者所述第一径向轴承上沿其轴向开设有第一间隙，所述第一间隙能够将所述第一径向轴承的轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承与所述止推轴之间具有第二间隙，所述第二止推轴承与所述止推轴之间具有第三间隙，所述第二止推轴承与所述径向轴之间或者所述第二止推轴承上沿其轴向开设有第四间隙，所述止推轴上沿其轴向开设有第五间隙，所述第五间隙能够将所述止推轴轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧，所述第二止推轴承位于所述止推轴与所述第一径向轴承之间。

在一些实施方式中，还包括风机座，所述第二轴承腔设置在所述风机座内，所述风机座上设有第三密封结构和止推件，所述主轴通过所述第二径向轴承装配在所述风机座上，所述第二轴承腔位于所述风机座、所述主轴、所述第三密封结构和所述止推件围成的空间内。

在一些实施方式中，所述膨胀机部分的膨胀壳体上还设置有第二引气通道，所述膨胀壳体上还设置有导气部，所述导气部上设置有第三引气通道，所述第一引气管路的一端与所述第三引气通道的一端连通，所述第三引气通道的另一端与所述第二引气通道的一端连通，所述第二引气通道的另一端与膨胀机部分的膨胀腔连通。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承和所述第二径向轴承为径向气动轴承；和/或，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承为止推气动轴承。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道的孔径为D1，所述第二冷却通道的孔径为D2，所述第三冷却通道的孔径为D3，所述主轴的与所述第二径向轴承相对的轴段的外周面为轴面，且所述轴面的外径为D4，所述主轴的与所述压缩机部分相接的端面为轴定位面，且所述第一冷却通道的位置处的横截面A-A与所述轴定位面之间的轴向距离为L1，所述第三冷却通道的位置处的横截面B-B与所述轴定位面之间的轴向距离为L2，且有D3≥D1，并且孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.2～0.5。

在一些实施方式中，L1/D4＝1.5～2.5，L2/D4＝3.5～5.5。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道沿所述主轴的径向方向延伸，所述第三冷却通道沿所述主轴的径向方向延伸；和/或，所述第一冷却通道为多个，多个所述第一冷却通道沿所述主轴的周向方向间隔布置，所述第三冷却通道为多个，多个所述第三冷却通道沿所述主轴的周向方向间隔布置。

在一些实施方式中，当所述第一冷却通道为多个，所述第三冷却通道为多个时，所述第一冷却通道的个数为2～12个，所述第三冷却通道的个数为2～12个。

本实用新型提供的一种空气循环机具有如下有益效果：

本实用新型的空气循环机，设计容纳轴承装置的两个轴承腔，并且设置引气管路使其与膨胀机部分的膨胀腔(入口腔)，以及通过进气通道能够引入膨胀机吸入口处的低温气体，进入第一轴承腔中后以对第一和第二止推轴承以及第一径向轴承进行冷却作用，冷却后再通过主轴内部开设的冷却通道能够有效将气体导通至第二轴承腔中，用于对第二径向轴承进行冷却作用，冷却气流与需要冷却的轴承装置直接接触，带走轴承装置的大量热量，有效提高了对轴承的冷却效果，增强了散热能力；同时还通过将第二轴承腔的另一端连通至压缩机部分的吸气口处，使得第一轴承腔和第二轴承腔中依次对轴承冷却后的气体能被导入至压缩机部分的吸气口处，以增大压缩机吸气口处气体的温度，提高吸气过热度，提高压缩能力，提高空气循环机的能效，提高节能效果；并且防止液击；因此本实用新型的空气循环机能够有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的稳定性，同时还能回收利用被排放的高压气流，取得了节能的效果；并且通过套设于主轴部分轴段外周的径向轴能够有效对压缩机部分进行轴向定位，对压缩叶轮起到精确的定位效果，提高定位精度，保证在高速运行下的稳定性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例的空气循环机的结构立体图；

图2为本实用新型实施例的空气循环机的转子组件的结构立体图；

图3为本实用新型实施例的空气循环机的转子组件(主轴+止推轴+径向轴)的剖视图；

图4为本实用新型空气循环机的主轴结构示意图；

图4a为图4中A-A截面示意图；

图4b为图4中B-B截面示意图。

图5为本实用新型实施例的空气循环机的结构剖视图；

图6为本实用新型实施例的空气循环机的内部冷却流路示意图；

图7为本实用新型实施例的空气循环机的结构剖视图；

图8为本实用新型实施例的空气循环机的内部冷却流路示意图。

附图标记表示为：

100、膨胀机部分；200、压缩机部分；201、吸气口；300、风机部分；T01、膨胀机入口；T02、膨胀机出口；C01、压缩机入口；C02、压缩机出口；F01、风叶进气口；F02、风叶出气口；Z01、转子；

01、主轴；0101、第一冷却通道；0102、第二冷却通道；0103、第三冷却通道；0104、轴面；0105、轴定位面；02、径向轴；0200、径向气孔；0201、第一径向轴承；0202、第二径向轴承；0203、第一止推轴承；0204、第二止推轴承；03、止推轴；0301、第五间隙；04、膨胀壳体；0401、第二引气通道；05、导气部；0501、第三引气通道；06、第一引气管路；07、轴承座；0701、进气通道；08、第一密封结构；09、第二密封结构；10、风机座；11、第三密封结构；12、止推件；13、第四密封结构；1001、旁通气路；q1、第一轴承腔；q2、第二轴承腔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1至图8所示，本实用新型实施例提供了一种空气循环机，其包括：

膨胀机部分100、压缩机部分200、风机部分300、主轴01和径向轴02，所述主轴01穿设所述膨胀机部分100、所述压缩机部分200和所述风机部分300；所述空气循环机还包括第一径向轴承0201、第二径向轴承0202、第一止推轴承0203和第二止推轴承0204、第一引气管路06和进气通道0701，所述主轴01通过第一径向轴承0201、第二径向轴承0202、第一止推轴承0203和第二止推轴承0204支撑，所述第一径向轴承0201、第一止推轴承0203和第二止推轴承0204均设置在第一轴承腔q1内，所述径向轴02套设于所述主轴01的部分轴段外周，所述径向轴02的轴向一端能对所述压缩机部分进行轴向定位，所述第二径向轴承0202设置在第二轴承腔q2内；

所述第一引气管路06一端能够从所述膨胀机部分100的膨胀腔内引入气体，另一端与所述进气通道0701的一端连通，所述进气通道0701的另一端连通所述第一轴承腔q1，用于输送冷却所述第一径向轴承0201、第一止推轴承0203和第二止推轴承0204的冷却空气，所述主轴01内部设置有冷却通道，所述冷却通道能够将所述第一轴承腔q1中的气体导通至所述第二轴承腔q2中，用于输送冷却所述第二径向轴承0202的冷却空气；并且经过所述第二径向轴承0202后的气体能够被导通至所述压缩机部分200的吸气口201中。

本实用新型的空气循环机，设计容纳轴承装置的两个轴承腔，并且设置引气管路使其与膨胀机部分的膨胀腔(入口腔)，以及通过进气通道能够引入膨胀机吸入口处的低温气体，进入第一轴承腔中后以对第一和第二止推轴承以及第一径向轴承进行冷却作用，冷却后再通过主轴内部开设的冷却通道能够有效将气体导通至第二轴承腔中，用于对第二径向轴承进行冷却作用，冷却气流与需要冷却的轴承装置直接接触，带走轴承装置的大量热量，有效提高了对轴承的冷却效果，增强了散热能力；同时还通过将第二轴承腔的另一端连通至压缩机部分的吸气口处，使得第一轴承腔和第二轴承腔中依次对轴承冷却后的气体能被导入至压缩机部分的吸气口处，以增大压缩机吸气口处气体的温度，提高吸气过热度，提高压缩能力，提高空气循环机的能效，提高节能效果；并且防止液击；因此本实用新型的空气循环机能够有效地带走高速轴承摩擦热，提高了高速旋转的转子系统的稳定性，同时还能回收利用被排放的高压气流，取得了节能的效果；并且通过套设于主轴部分轴段外周的径向轴能够有效对压缩机部分进行轴向定位，对压缩叶轮起到精确的定位效果，提高定位精度，保证在高速运行下的稳定性能。

1.本实用新型提供一种带气流冷却流路的主轴结构，该主轴与径向轴和主轴共同组成气路贯通的轴系。

2.本实用新型提供一种冷却气体流路。在轴系上和与轴系相邻的结构上布置气路，实现支承轴系的气动轴承自冷却功能。

3.本实用新型提供了一种空气循环机，其包含轴系和冷却流路。

解决的技术问题：

1.解决空气循环机的气动轴承冷却技术难题，

2.解决不同位置的气动轴承冷却时涉及流量分配难题，

有益效果：

1.本实用新型的冷却流路，实现支承轴系的气动轴承自冷却功能，确保了高速旋转的转子系统的可靠性。

2.本实用新型的采用气路贯通的轴系实现一条冷却流路，无需针对不同位置的气动轴承冷却而进行流量分配。

如图1所示。用于压缩空气制冷系统的空气循环机，转子Z01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。膨胀功驱动转子Z01旋转，转子Z01上的压缩叶轮将气体从C01吸入，经压缩后从C02排出。与此同时，转子Z01上的风叶由F01吸入空气，在F02处排出，驱动冷却气流。

如图2所示。在空气循环机里面，转子Z01的径向被第一径向轴承0201和第二径向轴承0202支承，转子Z01的轴向被第一止推轴承0203和第二止推轴承0204支承。

如图3所示。在转子Z01里布置一套轴系，轴系由主轴01、径向轴02和止推轴03组成。在主轴01布置第一冷却通道0101(径向气孔)、第二冷却通道0102(轴向中孔)和第三冷却通道0103(径向气孔)。在径向轴02上布置径向气孔0200。在止推轴03上布置轴向气孔(第五间隙0301)。轴系的孔实现了轴系的气路贯通，解决了不同位置的待冷却的气动轴承(第一径向轴承0201、第二径向轴承0202、第一止推轴承0203和第二止推轴承0204)气路连贯技术难题，避免了不同位置轴承冷却气流的流量分配问题。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承0201套设于所述径向轴02的部分轴段的外周；所述第二止推轴承0204也套设于所述径向轴02的部分轴段的外周，且所述径向轴02的外周上设置有环形凹槽，所述第二止推轴承0204设置于所述环形凹槽中，以对所述径向轴02形成轴向限位；所述径向轴02与所述主轴01之间固接(比如过盈配合)。这是本实用新型的第一径向轴承、第二止推轴承分别与径向轴之间的关系，即径向轴优选过盈套设于主轴的外周，而第一径向轴承套设于径向轴的外周，以通过径向轴达到对主轴径向支撑的目的；第二止推轴承通过径向轴外周上开设的环形凹槽以实现对径向轴的轴向支撑，以达到对主轴轴向支撑的目的。

在一些实施方式中，所述冷却通道包括第一冷却通道0101、第二冷却通道0102和第三冷却通道0103，所述第一冷却通道0101的一端与所述第一轴承腔q1连通、另一端与所述第二冷却通道0102连通，所述第二冷却通道0102沿所述主轴01的轴向延伸，所述第三冷却通道0103的一端与所述第二冷却通道0102的一端连通、另一端与所述第二轴承腔q2连通。这是本实用新型的冷却通道的优选结构形式，即通过第一冷却通道能够从第一轴承腔中引入冷却气体，并进入第二冷却通道中，第二冷却通道沿轴向延伸以将气体导通至第三冷却通道处，第三冷却通道将冷却气体导出至第二轴承腔中，从而完成冷却气体的有效传递，同时对第一轴承腔中的3个轴承和第二轴承腔中的1个轴承起到冷却作用。

在一些实施方式中，所述径向轴02上还开设有径向气孔0200，所述径向气孔0200的一端与所述第一轴承腔q1连通、另一端与所述第一冷却通道0101连通。本实用新型还通过径向轴内部的径向气孔0200能够将第一轴承腔中的冷却气体导通至第一冷却通道中，并进入主轴的内部第二冷却通道中。

在一些实施方式中，包括轴承座07，所述第一轴承腔q1设置在所述轴承座07的内部，所述进气通道0701开设在所述轴承座07上；所述轴承座07内设有第一密封结构08和第二密封结构09，所述主轴01通过所述第一径向轴承0201、所述第一止推轴承0203和所述第二止推轴承0204被装配在所述轴承座07上，所述第一轴承腔q1位于所述轴承座07、所述主轴01、第一密封结构08和第二密封结构09围成的空腔内。这是本实用新型的空气循环机的进一步优选结构形式，轴承座是用来支撑多个轴承的(包括第一和第二止推轴承以及第一径向轴承)，本实用新型通过在轴承座上开设第一轴承腔，并且在轴承座上开设的进气通道，能够有效地引入膨胀腔中的冷却气体，将其引入第一轴承腔中，为多个轴承的冷却提供了条件。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承0203和所述第二止推轴承0204之间还设置有止推轴03的至少部分结构，所述进气通道0701的一端与所述止推轴03相对，冷却气体从所述进气通道0701进入所述第一轴承腔q1并分别冷却所述第一止推轴承0203和所述第二止推轴承0204，之后再到达所述第一径向轴承0201并对其冷却；之后再通过所述第一冷却通道0101进入所述主轴01内部的所述第二冷却通道0102中；冷却气体进入所述第二冷却通道0102后再通过所述第三冷却通道0103进入所述第二轴承腔q2中并对所述第二径向轴承0202冷却。本实用新型还通过在两个止推轴承之间设置的止推轴结构，能够与两个止推轴承一起起到对主轴两个方向止推的作用，并且本实用新型的进气通道与止推轴相对，使得进入第一轴承腔中的冷却气体能够分别对两个止推轴承进行冷却，而后再进一步对第一径向轴承进行冷却作用，实现对三个轴承的有效冷却降温的效果。

在一些实施方式中，所述径向轴02的轴向另一端与所述止推轴03抵接。本实用新型的径向轴的轴向一端对压缩叶轮形成轴向限位，轴向另一端与止推轴进行抵接，能够通过止推盘和径向轴实现对压缩叶轮的止推传导，从而提高对压缩叶轮的轴向定位精度。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承0201与所述主轴01之间或者所述第一径向轴承0201上沿其轴向开设有第一间隙，所述第一间隙能够将所述第一径向轴承0201的轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧。本实用新型通过第一径向轴承与主轴之间或第一径向轴承内部沿轴向开设的第一间隙，能够将如图1中优选将气体经过第一间隙对第一径向轴承冷却，并将其导通至第一径向轴承的左端，起到冷却和导通的有效作用。

在一些实施方式中，所述第一止推轴承0203与所述止推轴03之间具有第二间隙，所述第二止推轴承0204与所述止推轴03之间具有第三间隙，所述第二止推轴承0204与所述径向轴02之间或者所述第二止推轴承0204上沿其轴向开设有第四间隙，所述止推轴03上沿其轴向开设有第五间隙0301，所述第五间隙能够将所述止推轴03轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧，所述第二止推轴承0204位于所述止推轴03与所述第一径向轴承0201之间。本实用新型还通过第一止推轴承与止推轴之间的第二间隙能够将进入第一轴承腔中的气体经过该第二间隙对第一止推轴承进行冷却，第二止推轴承与止推轴之间的第三间隙能够使得进入第一轴承腔中的气体经过该第三间隙对第二止推轴承和止推轴进行冷却作用，第四间隙能够在对第二止推轴承冷却的同时还能将冷却气体导通至第一径向轴承处，第五间隙能够将对第一止推轴承冷却完的气体穿过止推轴而到达第二止推轴承中，完成冷却气体的有效导通的作用，实现利用气体冷却以及将气体传递的效果。

如图5所示。轴承座07、第一密封结构08、第二密封结构09、径向轴02和止推轴03组成一个腔体(第一轴承腔q1)，第一轴承腔q1容纳第一径向轴承0201、第一止推轴承0203和第二止推轴承0204。

如图5和图6所示。从膨胀壳体04引出的气流1，依次经第二引气通道0401、第三引气通道0501、第一引气管路06和进气通道0701，流入第一轴承腔q1。气流1分成气流11和气流12两部分。气流11流经第一止推轴承0203与止推轴03之间的间隙，带走止推轴03相对于第一止推轴承0203作高速旋转时产生的热量。气流12流经第二止推轴承0204与止推轴03之间的间隙，带走止推轴03相对于第二止推轴承0204作高速旋转时产生的热量。气流11经轴向气孔(第五间隙0301)后与气流12汇合成气流2，流过第一径向轴承0201和中空的径向轴02之间的间隙，带走径向轴02相对于第一径向轴承0201作高速旋转时产生的热量。气流2依次流过径向气孔0200和径向气孔(第一冷却通道0101)，在轴向中孔(第二冷却通道0102)内汇成气流3。

在一些实施方式中，还包括风机座10，所述第二轴承腔q2设置在所述风机座10内，所述风机座10上设有第三密封结构11和止推件12，所述主轴01通过所述第二径向轴承0202装配在所述风机座10上，所述第二轴承腔q2位于所述风机座10、所述主轴01、所述第三密封结构11和所述止推件12围成的空间内。本实用新型设置的风机座能够在其内部形成第二轴承腔，从而支撑主轴的一端于其上，第三密封结构能够对第二轴承腔起到密封的作用，第二轴承腔被形成为上述止推件、第三密封结构和风机座围成的空间内。

在一些实施方式中，所述膨胀机部分100的膨胀壳体04上还设置有第二引气通道0401，所述膨胀壳体04上还设置有导气部05，所述导气部05上设置有第三引气通道0501，所述第一引气管路06的一端与所述第三引气通道0501的一端连通，所述第三引气通道0501的另一端与所述第二引气通道0401的一端连通，所述第二引气通道0401的另一端与膨胀机部分的膨胀腔连通。本实用新型通过第二引气通道、导气部和第三引气通道的设置能够有效实现将膨胀腔中的冷却气体导出至第一轴承腔中以对轴承进行冷却，通过主轴内部的冷却通道实现冷却气体的传递，以实现对第二轴承腔中的轴承冷却的效果。

如图5所示。在膨胀壳体04的进口，设置气路(第二引气通道0401)。在零件(导气部05)上布置气路(第三引气通道0501)。第三引气通道0501贯通连接第二引气通道0401。第一引气管路06与导气部05装配成一体。第一引气管路06贯通第三引气通道0501。在轴承座07内布置进气通道0701,进气通道0701贯通连接第一引气管路06。

如图5所示。风机座10、第三密封结构11、止推件12和主轴01组成第二轴承腔q2，第二轴承腔q2容纳第二径向轴承0202。

如图5和图6所示。轴向中孔(第二冷却通道0102)内的气流3流过径向气孔(第三冷却通道0103)进入第二轴承腔q2。第二轴承腔q2中的气流4流经第二径向轴承0202和主轴01的间隙，带走主轴01相对于第二径向轴承0202作高速旋转时产生的热量。最后气流4被压气机吸入，进入后续循环。

在一些实施方式中，所述第一径向轴承0201和所述第二径向轴承0202为径向气动轴承；和/或，所述第一止推轴承0203和所述第二止推轴承0204为止推气动轴承。这是本实用新型的径向轴承以及止推轴承的优选结构形式。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道0101的孔径为D1，所述第二冷却通道0102的孔径为D2，所述第三冷却通道0103的孔径为D3，所述主轴01的与所述第二径向轴承0202相对的轴段的外周面为轴面0104，且所述轴面的外径为D4，所述主轴01的与所述压缩机部分200相接的端面为轴定位面0105，且所述第一冷却通道0101的位置处的横截面A-A与所述轴定位面0105之间的轴向距离为L1，所述第三冷却通道0103的位置处的横截面B-B与所述轴定位面0105之间的轴向距离为L2，且有D3≥D1，并且孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.2～0.5。

如图4所示。轴系中所包含主轴01的几何特征：径向气孔(第一冷却通道0101)、轴向中孔(第二冷却通道0102)和径向气孔(第三冷却通道0103)、轴面0104、轴定位面0105。主轴01尺寸参数：第一冷却通道0101直径D1(mm)、第二冷却通道0102直径D2(mm)、第三冷却通道0103直径D3(mm)、轴面0104直径D4(mm)、第一冷却通道0101横截面A-A至轴定位面0105的距离L1、第三冷却通道0103横截面B-B至轴定位面0105的距离L2。

考虑到气体受热后体积膨胀，为确保冷却流体顺畅流通，D3≥D1。综合考虑转子轴的强度和冷却流体的流动损失，孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.05～0.2；兼顾加工经济性，优选D1/D4＝D3/D4＝0.1；孔径比取小值，转子轴强度高，但冷却流体的流动损失大；孔径比取大值，冷却流体的流动损失小，但转子轴强度低。综合考虑转子轴的刚度和冷却流体的流动损失，孔径比D2/D4＝0.2～0.5，优选D2/D4＝0.34；孔径比D2/D4取小值，转子轴的刚度高，但冷却流体的流动损失大；孔径比D2/D4取大值，冷却流体的流动损失小，但转子轴的刚度低。

在一些实施方式中，L1/D4＝1.5～2.5，L2/D4＝3.5～5.5。

如图2和图4所示。为了支承转子Z01，第一径向轴承0201和第二径向轴承0202相对于轴定位面0105的位置是确定的。为避免第三冷却通道0103破坏第二径向轴承0202的有效承载面，第三冷却通道0103横截面B-B至轴定位面0105的距离L2不能过小。兼顾空气循环机结构紧凑性，L2不能过大。综合考虑确定长径比L2/D4＝3.5～5.5，优选4.14。出于对结构紧凑性考虑，第一冷却通道0101横截面A-A至轴定位面0105的距离L1在一定的范围内。过大或过小的L1，导致径向轴02与主轴01装配时，第一冷却通道0101被遮盖的。长径比L1/D4＝1.5～2.5。

在一些实施方式中，所述第一冷却通道0101沿所述主轴01的径向方向延伸，所述第三冷却通道0103沿所述主轴01的径向方向延伸；和/或，所述第一冷却通道0101为多个，多个所述第一冷却通道0101沿所述主轴01的周向方向间隔布置，所述第三冷却通道0103为多个，多个所述第三冷却通道0103沿所述主轴01的周向方向间隔布置。

在一些实施方式中，当所述第一冷却通道0101为多个，所述第三冷却通道0103为多个时，所述第一冷却通道0101的个数为2～12个，所述第三冷却通道0103的个数为2～12个。如图4所示。第一冷却通道0101和第三冷却通道0103垂直于转轴，周向均匀布置。孔数为2～12，太多孔数削弱轴的强度，太少的孔难以保证通流面积，优选孔数为8。

替代实施例如图7所示。风机座10、第三密封结构11、止推件12、主轴01和第四密封结构13组成一个腔体q3，腔体q3容纳第二径向轴承0202。

如图7和图8所示。第二冷却通道0102内的气流3流过第三冷却通道0103进入腔体q3。腔体q3中的气流4流经第二径向轴承0202和主轴01的间隙，带走主轴01相对于第二径向轴承0202作高速旋转时产生的热量，流入风机座10的旁通气路1001后形成气流5。最后气流5从风机侧排出空气循环机。但是该实施例冷却气流最终排到空气循环机外，不能参与到空调组件的工质循环，浪费了高压力气流。

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

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

Claims (16)

1.一种空气循环机，其特征在于，包括：

膨胀机部分(100)、压缩机部分(200)、风机部分(300)、主轴(01)和径向轴(02)，所述主轴(01)穿设所述膨胀机部分(100)、所述压缩机部分(200)和所述风机部分(300)；所述空气循环机还包括第一径向轴承(0201)、第二径向轴承(0202)、第一止推轴承(0203)和第二止推轴承(0204)、第一引气管路(06)和进气通道(0701)，所述主轴(01)通过第一径向轴承(0201)、第二径向轴承(0202)、第一止推轴承(0203)和第二止推轴承(0204)支撑，所述第一径向轴承(0201)、第一止推轴承(0203)和第二止推轴承(0204)均设置在第一轴承腔(q1)内，所述径向轴(02)套设于所述主轴(01)的部分轴段外周，所述径向轴(02)的轴向一端能对所述压缩机部分进行轴向定位，所述第二径向轴承(0202)设置在第二轴承腔(q2)内；

所述第一引气管路(06)一端能够从所述膨胀机部分(100)的膨胀腔内引入气体，另一端与所述进气通道(0701)的一端连通，所述进气通道(0701)的另一端连通所述第一轴承腔(q1)，用于输送冷却所述第一径向轴承(0201)、第一止推轴承(0203)和第二止推轴承(0204)的冷却空气，所述主轴(01)内部设置有冷却通道，所述冷却通道能够将所述第一轴承腔(q1)中的气体导通至所述第二轴承腔(q2)中，用于输送冷却所述第二径向轴承(0202)的冷却空气；并且经过所述第二径向轴承(0202)后的气体能够被导通至所述压缩机部分(200)的吸气口(201)中。

2.根据权利要求1所述的空气循环机，其特征在于，所述第一径向轴承(0201)套设于所述径向轴(02)的部分轴段的外周；所述第二止推轴承(0204)也套设于所述径向轴(02)的部分轴段的外周，且所述径向轴(02)的外周上设置有环形凹槽，所述第二止推轴承(0204)设置于所述环形凹槽中，以对所述径向轴(02)形成轴向限位；所述径向轴(02)与所述主轴(01)之间固接。

3.根据权利要求2所述的空气循环机，其特征在于，所述冷却通道包括第一冷却通道(0101)、第二冷却通道(0102)和第三冷却通道(0103)，所述第一冷却通道(0101)的一端与所述第一轴承腔(q1)连通、另一端与所述第二冷却通道(0102)连通，所述第二冷却通道(0102)沿所述主轴(01)的轴向延伸，所述第三冷却通道(0103)的一端与所述第二冷却通道(0102)的一端连通、另一端与所述第二轴承腔(q2)连通。

4.根据权利要求3所述的空气循环机，其特征在于，所述径向轴(02)上还开设有径向气孔(0200)，所述径向气孔(0200)的一端与所述第一轴承腔(q1)连通、另一端与所述第一冷却通道(0101)连通。

5.根据权利要求1所述的空气循环机，其特征在于，包括轴承座(07)，所述第一轴承腔(q1)设置在所述轴承座(07)的内部，所述进气通道(0701)开设在所述轴承座(07)上；所述轴承座(07)内设有第一密封结构(08)和第二密封结构(09)，所述主轴(01)通过所述第一径向轴承(0201)、所述第一止推轴承(0203)和所述第二止推轴承(0204)被装配在所述轴承座(07)上，所述第一轴承腔(q1)位于所述轴承座(07)、所述主轴(01)、第一密封结构(08)和第二密封结构(09)围成的空腔内。

6.根据权利要求3所述的空气循环机，其特征在于，所述第一止推轴承(0203)和所述第二止推轴承(0204)之间还设置有止推轴(03)的至少部分结构，所述进气通道(0701)的一端与所述止推轴(03)相对，冷却气体从所述进气通道(0701)进入所述第一轴承腔(q1)并分别冷却所述第一止推轴承(0203)和所述第二止推轴承(0204)，之后再到达所述第一径向轴承(0201)并对其冷却；之后再通过所述第一冷却通道(0101)进入所述主轴(01)内部的所述第二冷却通道(0102)中；冷却气体进入所述第二冷却通道(0102)后再通过所述第三冷却通道(0103)进入所述第二轴承腔(q2)中并对所述第二径向轴承(0202)冷却。

7.根据权利要求6所述的空气循环机，其特征在于，所述径向轴(02)的轴向另一端与所述止推轴(03)抵接。

8.根据权利要求6所述的空气循环机，其特征在于，所述第一径向轴承(0201)与所述主轴(01)之间或者所述第一径向轴承(0201)上沿其轴向开设有第一间隙，所述第一间隙能够将所述第一径向轴承(0201)的轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧。

9.根据权利要求8所述的空气循环机，其特征在于，所述第一止推轴承(0203)与所述止推轴(03)之间具有第二间隙，所述第二止推轴承(0204)与所述止推轴(03)之间具有第三间隙，所述第二止推轴承(0204)与所述径向轴(02)之间或者所述第二止推轴承(0204)上沿其轴向开设有第四间隙，所述止推轴(03)上沿其轴向开设有第五间隙(0301)，所述第五间隙能够将所述止推轴(03)轴向一侧的气流导通至其轴向另一侧，所述第二止推轴承(0204)位于所述止推轴(03)与所述第一径向轴承(0201)之间。

10.根据权利要求9所述的空气循环机，其特征在于，还包括风机座(10)，所述第二轴承腔(q2)设置在所述风机座(10)内，所述风机座(10)上设有第三密封结构(11)和止推件(12)，所述主轴(01)通过所述第二径向轴承(0202)装配在所述风机座(10)上，所述第二轴承腔(q2)位于所述风机座(10)、所述主轴(01)、所述第三密封结构(11)和所述止推件(12)围成的空间内。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的空气循环机，其特征在于，所述膨胀机部分(100)的膨胀壳体(04)上还设置有第二引气通道(0401)，所述膨胀壳体(04)上还设置有导气部(05)，所述导气部(05)上设置有第三引气通道(0501)，所述第一引气管路(06)的一端与所述第三引气通道(0501)的一端连通，所述第三引气通道(0501)的另一端与所述第二引气通道(0401)的一端连通，所述第二引气通道(0401)的另一端与膨胀机部分的膨胀腔连通。

12.根据权利要求1-10任一项所述的空气循环机，其特征在于，所述第一径向轴承(0201)和所述第二径向轴承(0202)为径向气动轴承；和/或，所述第一止推轴承(0203)和所述第二止推轴承(0204)为止推气动轴承。

13.根据权利要求3所述的空气循环机，其特征在于，所述第一冷却通道(0101)的孔径为D1，所述第二冷却通道(0102)的孔径为D2，所述第三冷却通道(0103)的孔径为D3，所述主轴(01)的与所述第二径向轴承(0202)相对的轴段的外周面为轴面(0104)，且所述轴面的外径为D4，所述主轴(01)的与所述压缩机部分(200)相接的端面为轴定位面(0105)，且所述第一冷却通道(0101)的位置处的横截面A-A与所述轴定位面(0105)之间的轴向距离为L1，所述第三冷却通道(0103)的位置处的横截面B-B与所述轴定位面(0105)之间的轴向距离为L2，且有D3≥D1，并且孔径比D1/D4＝0.05～0.2，孔径比D3/D4＝0.2～0.5。

14.根据权利要求13所述的空气循环机，其特征在于，L1/D4＝1.5～2.5，L2/D4＝3.5～5.5。

15.根据权利要求3所述的空气循环机，其特征在于，所述第一冷却通道(0101)沿所述主轴(01)的径向方向延伸，所述第三冷却通道(0103)沿所述主轴(01)的径向方向延伸；和/或，所述第一冷却通道(0101)为多个，多个所述第一冷却通道(0101)沿所述主轴(01)的周向方向间隔布置，所述第三冷却通道(0103)为多个，多个所述第三冷却通道(0103)沿所述主轴(01)的周向方向间隔布置。

16.根据权利要求15所述的空气循环机，其特征在于，当所述第一冷却通道(0101)为多个，所述第三冷却通道(0103)为多个时，所述第一冷却通道(0101)的个数为2～12个，所述第三冷却通道(0103)的个数为2～12个。

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