CN218151494U - 低轴向力离心式压气机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低轴向力离心式压气机系统，包括背板、转动安装于背板的中心转轴、固定安装于中心转轴的叶轮，背板设置有容置叶轮轮背的容置槽，叶轮轮缘与容置槽槽壁之间留有间隙，叶轮轮背与容置槽槽底之间形成空腔，中心转轴设置有导流结构；导流结构将自间隙泄漏进入轮背空腔内的高压空气疏通进入叶轮入口处的负压区，并重新进入压气机压缩，压气机叶轮轮背处空腔中的压力与压气机进口趋于平衡，在有效降低轴向力的同时不破坏叶轮的整体强度，提高了压气机的整机性能。

Description

低轴向力离心式压气机系统

技术领域

本实用新型涉及压气机技术领域，具体地说，涉及一种低轴向力离心式压气机系统。

背景技术

叶轮式压气机分为轴流式和径流式(即离心式)，其中，离心式压气机有着高效率、低噪声、低振动等突出优势，广泛应用于涡轮增压器、压缩机、离心风机等产品。如图1所示，现有技术的离心式压气机系统，由于其固有的特性：中心转轴4带动叶轮3高速旋转，压气机吸气使得压气机叶轮进口处的压力为负压，所以压气机存在不可避免的轴向力F1，同时，压缩后的空气沿压气机叶轮3与背板2之间的间隙S泄漏进入压气机轮背后的空腔中，并聚集于此形成轮背高压区，该轮背高压区形成与F1方向相同的轴向力F2，F1与F2轴向力叠加使得压气机的推力轴承系统、整机结构设计都存在较大考验。目前，减轻轴向力F2的手段主要为在叶轮轮毂打孔的方式，但该种方式极大地破坏了压气机叶轮的整体强度，大幅降低了叶轮的极限转速，对整机性能造成实质性影响。

发明内容

针对现有技术存在的以上缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种低轴向力离心式压气机系统，能在有效降低轴向力的同时不破坏叶轮的整体强度，提高压气机整机性能。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：低轴向力离心式压气机系统，包括：背板、转动安装于所述背板的中心转轴、固定安装于所述中心转轴的叶轮，所述背板设置有容置所述叶轮的轮背的容置槽，所述叶轮的轮缘与所述容置槽的槽壁之间留有间隙，所述叶轮的轮背与所述容置槽的槽底之间形成空腔，所述中心转轴设置有导流结构，所述导流结构包括设置于所述中心转轴外周面的纵向导流槽，所述纵向导流槽的入口与所述空腔相通，所述纵向导流槽的出口靠近所述叶轮的入口。

其中，所述中心转轴为阶梯轴，所述叶轮的轮背抵靠于所述阶梯轴的轴肩，所述导流结构还包括设置于所述轴肩的横向导流槽，所述横向导流槽的出口与所述纵向导流槽的入口相接，所述横向导流槽的入口与所述空腔相通。

其中，所述纵向导流槽、所述横向导流槽分别均布有多个，所述纵向导流槽、所述横向导流槽的位置及数量一一对应。

其中，所述间隙与所述空腔之间设置有旋转式动密封结构。

其中，所述旋转式动密封结构为迷宫密封结构。

其中，所述迷宫密封结构包括相适配的环行密封齿和环行密封槽，所述环行密封齿包括设置于所述轮背的轮背环行密封齿和设置于所述背板的背板环行密封齿，所述环行密封槽包括设置于所述轮背的轮背环行密封槽和设置于所述背板的背板环行密封槽，所述轮背环行密封齿伸入所述背板环行密封槽，所述背板环行密封齿伸入所述轮背环行密封槽。

其中，所述背板环行密封齿倾斜设置。

其中，所述叶轮位于压气机壳与所述背板围出的空间内，所述叶轮的入口位于所述压气机壳的进气道，所述压气机壳与所述背板之间形成出气道。

其中，所述中心转轴上连接有锁紧所述叶轮的螺母。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果如下：

由于本实用新型的低轴向力离心式压气机系统包括背板、转动安装于背板的中心转轴、固定安装于中心转轴的叶轮，背板设置有容置叶轮轮背的容置槽，叶轮轮缘与容置槽槽壁之间留有间隙，叶轮轮背与容置槽槽底之间形成空腔，中心转轴设置有导流结构，导流结构包括设置于中心转轴外周面的纵向导流槽，纵向导流槽的入口与空腔相通，纵向导流槽的出口靠近叶轮入口；工作过程中，通过间隙泄漏到叶轮轮背处空腔内的高压空气沿中心转轴的导流结构疏通进入叶轮入口处的负压区，并重新进入压气机压缩，消除了现有技术中的轴向力F2，同时减弱了现有技术中的轴向力F1，使得压气机叶轮轮背处空腔中的压力与压气机进口趋于平衡，在有效降低轴向力的同时不破坏叶轮的整体强度，不影响叶轮的极限转速，提高了压气机的整机性能。

由于压气机的叶轮与背板之间设置有旋转式动密封结构，可以有效减少压缩后的空气泄漏到叶轮轮背后的空腔中，辅助消除轮背高压区；同时，由于减小了泄漏，从而增加了压气机的气动效率。

附图说明

图1是现有技术的离心式压气机系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例的低轴向力离心式压气机系统结构示意图；

图3是本实用新型实施例的低轴向力离心式压气机系统原理示意图；

图4是图2中的中心转轴结构示意图；

图5是图3中的I处放大示意图；

图中：1、压气机壳；2、背板；21、背板环行密封齿；22、背板环行密封槽；3、叶轮；31、轮背环行密封齿；32、轮背环行密封槽；4、中心转轴；41、转轴小径段；411、纵向导流槽；42、转轴大径段；421、横向导流槽；5、螺母；A、进气道；B、出气道；C、空腔；S、间隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的非限制性说明。

如图2至图5共同所示，本实用新型实施例的低轴向力离心式压气机系统包括：压气机壳1、背板2、转动安装于背板2的中心转轴4、固定安装于中心转轴4的叶轮3，叶轮3位于压气机壳1与背板2围出的空间内，叶轮3的入口位于压气机壳1的进气道A，压气机壳1与背板2之间形成压缩空气的出气道B，中心转轴4上连接有锁紧叶轮3的螺母5。

背板2设置有容置叶轮3的轮背的容置槽，叶轮3的轮缘与容置槽的槽壁之间留有间隙S，叶轮3的轮背与容置槽的槽底之间形成空腔C。中心转轴4设置有导流结构，用于将通过间隙S泄漏进入空腔C内的高压空气疏通进入叶轮3入口处的负压区，并重新进入压气机压缩。

如图4所示，中心转轴4优化设计为阶梯轴，包括转轴小径段41和转轴大径段42，叶轮的轮背抵靠于阶梯轴的轴肩。其中，导流结构包括设置于中心转轴4的转轴小径段41外周面的纵向导流槽411，以及进一步设置于轴肩的横向导流槽421，横向导流槽421的入口与空腔C相通，横向导流槽421的出口与纵向导流槽411的入口相接，纵向导流槽411的出口靠近叶轮的入口，位于负压区。更进一步地，纵向导流槽411、横向导流槽421分别均布有多个，纵向导流槽411、横向导流槽421的位置及数量一一对应，以便快速、均匀地将空腔C内的高压空气疏通进入叶轮入口处的负压区。

如图5所示，其中，间隙S与空腔C之间设置有旋转式动密封结构，所述旋转式动密封结构优化设计为迷宫密封结构。具体地，所述迷宫密封结构包括相适配的环行密封齿和环行密封槽，环行密封齿包括设置于叶轮3轮背的轮背环行密封齿31和设置于背板2的背板环行密封齿21，环行密封槽包括设置于叶轮3轮背的轮背环行密封槽32和设置于背板2的背板环行密封槽22，轮背环行密封齿31伸入背板环行密封槽22，背板环行密封齿21伸入轮背环行密封槽32；并且，进一步地，背板环行密封齿21倾斜设置，即自下往上自外向内倾斜，能有效阻挡气流泄露到空腔C，即便有泄漏，也能防止泄漏的气流倒流。

如图3所示，本实用新型实施例的低轴向力离心式压气机系统工作过程中，中心转轴4带动叶轮3高速旋转，如空心箭头所示，由进气道A进入的空气被叶轮3吸入提速增压后成为高压空气，高压空气由出气道B排出。如单线箭头所示，通过间隙S泄漏进入空腔C内的高压空气，经中心转轴4的横向导流槽421和纵向导流槽411疏通进入叶轮入口处的负压区，并重新进入压气机压缩；一方面，即时疏通空腔C内的高压空气，消除了现有技术中的轴向力F2；另一方面，由于高压空气沿纵向导流槽411流出方向与现有技术中的轴向力F1方向相反，因而大大抵消了部分轴向力F1，轴向力F1大为减弱，从而使得压气机叶轮轮背处空腔中的压力与压气机进口趋于平衡，在有效降低轴向力的同时不破坏叶轮的整体强度，不影响叶轮的极限转速，提高了压气机的整机性能。

由于压气机的叶轮3与背板2之间设置有旋转式动密封结构，一方面，可以有效减少压缩后的高压空气泄漏到叶轮轮背后的空腔C中，辅助消除轮背高压区；另一方面，由于减小了高压空气泄漏，从而还提高了压气机气动效率。

以上所述为本实用新型较佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分皆为本领域的已知技术，本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换皆在本实用新型保护范围内。

Claims (9)

1.低轴向力离心式压气机系统，包括：背板、转动安装于所述背板的中心转轴、固定安装于所述中心转轴的叶轮，所述背板设置有容置所述叶轮的轮背的容置槽，所述叶轮的轮缘与所述容置槽的槽壁之间留有间隙，所述叶轮的轮背与所述容置槽的槽底之间形成空腔，其特征在于，所述中心转轴设置有导流结构，所述导流结构包括设置于所述中心转轴外周面的纵向导流槽，所述纵向导流槽的入口与所述空腔相通，所述纵向导流槽的出口靠近所述叶轮的入口。

2.如权利要求1所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述中心转轴为阶梯轴，所述叶轮的轮背抵靠于所述阶梯轴的轴肩，所述导流结构还包括设置于所述轴肩的横向导流槽，所述横向导流槽的出口与所述纵向导流槽的入口相接，所述横向导流槽的入口与所述空腔相通。

3.如权利要求2所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述纵向导流槽、所述横向导流槽分别均布有多个，所述纵向导流槽、所述横向导流槽的位置及数量一一对应。

4.如权利要求1所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述间隙与所述空腔之间设置有旋转式动密封结构。

5.如权利要求4所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述旋转式动密封结构为迷宫密封结构。

6.如权利要求5所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述迷宫密封结构包括相适配的环行密封齿和环行密封槽，所述环行密封齿包括设置于所述轮背的轮背环行密封齿和设置于所述背板的背板环行密封齿，所述环行密封槽包括设置于所述轮背的轮背环行密封槽和设置于所述背板的背板环行密封槽，所述轮背环行密封齿伸入所述背板环行密封槽，所述背板环行密封齿伸入所述轮背环行密封槽。

7.如权利要求6所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述背板环行密封齿倾斜设置。

8.如权利要求1所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述叶轮位于压气机壳与所述背板围出的空间内，所述叶轮的入口位于所述压气机壳的进气道，所述压气机壳与所述背板之间形成出气道。

9.如权利要求1所述的低轴向力离心式压气机系统，其特征在于，所述中心转轴上连接有锁紧所述叶轮的螺母。

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