CN218934768U - 一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机，其包括电机、两个叶轮、进气口、排气口以及连接管。其中，电机包括壳体、定子及转子，壳体内部的两端设置有第一腔室及第二腔室，定子固定于壳体内部，转子上设置有两个径向的气浮轴承以及一个推力盘，其中推力盘设置于靠近第一腔室的一端，且两侧分别设置有一个气浮的推力轴承，两个推力轴承相对设置。两个叶轮分别设置于第一腔室及第二腔室内，且采用背靠背的方式固定于转子上。第一腔室的进气口与进气口连通，出气口与连接管的一端连通，第二腔室的出气口与排气口连通，进气口则与连接管的另一端连通。通过采用气浮轴承，可以提升压缩机与系统的可靠性，并缩小压缩机体积及重量。

Description

一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机

技术领域

本实用新型涉及空气压缩技术领域，特别涉及一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机。

背景技术

热管理，是指对总系统、分立部件或其环境的温度进行管理和控制，其目的是维护各部件的正常运行或提高其性能或寿命。当前，在诸如电化学储能等领域中通常都需要进行热管理。热管理对储能系统的性能、寿命、安全性都有显著影响。由于液冷的热管理系统的换热能力较强，电芯温差可以做到3℃以内，因此，相对于风冷系统其可以显著提升储能系统的寿命。鉴于此，目前在储能领域多采用液冷系统。

储能液冷系统所需的制冷量通常在100kW及以下，这种小冷量的制冷循环多采用涡旋压缩机。但是，涡旋压缩机多采用油循环，这容易使压缩机和液冷系统的可靠性降低。此外，涡旋压缩机中的轴承通常为接触式球轴承，容易磨损，因此其寿命通常会是液冷系统寿命的瓶颈。同时，涡旋压缩机的体积与质量较大，不利于储能系统能量密度提升，尤其随着储能系统功率密度的增加，制冷量需求显著增加，涡旋压缩机这方面的劣势会更加显著。

实用新型内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本实用新型提供一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机，包括：

电机，其包括：

壳体，其内部两端分别设置有第一腔室及第二腔室；

转子，其上设置有两个径向的气浮轴承以及一个推力盘，其中

所述推力盘设置于靠近所述第一腔室的一端，且所述推力盘的两侧分别设置有一个气浮的推力轴承，两个推力轴承相对设置；以及定子，其固定于所述壳体的内部，其中心轴与所述转子的中心轴重合；

第一、第二叶轮，分别设置于所述第一腔室及第二腔室内，且采用背靠背的方式固定于所述转子上；

进气口，其与所述第一腔室的进气口连通；

排气口，其与所述第二腔室的出气口连通；

连接管，其两端分别与所述第一腔室的出气口以及第二腔室的进气口连通。

进一步地，所述径向轴承及推力轴承为箔片式动压气浮轴承。

进一步地，所述第一腔室及第二腔室的出气口处分别设置有第一端盖及第二端盖，所述第一端盖及第二端盖与所述转子之间、所述第一端盖与所述第一叶轮之间、以及第二端盖与所述第二叶轮之间存在间隙。

进一步地，所述第一、第二叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子上。

进一步地，所述电机的两端分别设置有第一压壳及第二压壳。

进一步地，所述第一压壳与所述第一叶轮之间设置有第一密封圈，以及

所述第二压壳与所述第二叶轮之间设置有第二密封圈。

进一步地，所述连接管上设置有级间补气孔，以接入来自经济器的排气。

进一步地，所述电机为高速永磁同步电机。

本实用新型还提供一种储能热管理系统，其包括如前所述的小冷量气浮离心压缩机。

本实用新型提供的一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机，其采用气浮轴承，因此不需要使用润滑油，可以省去回油管路，进而提升压缩机与系统的可靠性。同时，由于气浮轴承工作时转轴不与轴承接触，而是靠气膜悬浮电机转子，因此还可以将轴承寿命提高至少1倍。此外，在相同冷量下，基于高速永磁同步电机的离心压缩机的尺寸与重量会比涡旋压缩机小50％左右，质量可以减小90％左右，这就使得在当其应用于储能系统时，同样尺寸的集装箱内可以布置更多的电池，进而有助于提升储能系统能量密度。

附图说明

为进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本实用新型一个实施例的一种气浮离心压缩机的构型示意图；

图2a-2d分别示出本实用新型其他实施例的气浮离心压缩机的构型示意图；

图3a-3d分别示出本实用新型实施例的气浮离心压缩机中不同转子系统的构型示意图；

图4示出本实用新型一个实施例的一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机的结构示意图；以及

图5示出本实用新型一个实施例的一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机的剖面示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本实用新型的实用新型点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本实用新型的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本实用新型的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

在本实用新型的实施例中，术语“主气路”是指气体沿进气口进入压缩机压缩后，再经由排气口排出这一气体流路。术语“高压侧”是指压缩机内部气压较高的一侧，即末级叶轮所在的一侧，术语“低压侧”则是指压缩机内部相对于高压侧的一侧。在正常情况下，气体从高压侧经气浮轴承流向低压侧后回到主气路中。

为了提升压缩机的可靠性，同时缩小其尺寸与重量，本实用新型提供一种气浮离心压缩机，其采用气浮轴承，通过转子旋转将压缩机主气路中的气体引入轴承位置，形成气膜，进而达到气浮效果。下面结合实施例附图对本实用新型的方案做进一步描述。

图1及图2a-2d分别示出本实用新型不同实施例的气浮离心压缩机的构型示意图。如图所示，在本实用新型的实施例中，所述气浮离心压缩机包括电机及叶轮200。所述电机的转子系统包含有径向的气浮轴承111，当电机转轴旋转时，所述径向的气浮轴承吸入气体，形成气膜支撑转子高速旋转，同时推力轴承(若有)也形成气膜，使得推力转轴与轴承无接触，轴承几乎无磨损，且能大幅地降低甚至消除机械损失及噪声。如图所示，所述叶轮200设置于所述转子101的端部处，用于压缩来自蒸发器的低温低压制冷剂气体，以形成高温高压的制冷剂气体排入冷凝器。在此，术语“径向”和“轴向”是指转子或其旋转轴的径向和轴向。

图3a-3d分别示出本实用新型实施例的气浮离心压缩机中不同转子系统的构型示意图。如图所示，在本实用新型的实施例中，所述转子系统101中包含两个径向轴承，所述两个径向轴承之间存在一定间距，且可对称地分布于所述转子上。在本实用新型的一个实施例中，所述径向轴承采用箔片式动压气浮轴承，当有气体引入轴承位置时，可形成气膜，进而达到气浮效果。

为了承受在压缩机工作过程中产生的轴向推力，在本实用新型的一个实施例中，所述转子系统中还设置有推力盘112及推力轴承113。推力盘112及推力轴承113是可选的。如图3a-3d所示，所述推力盘112可以设置于所述转子的任意一端，也可以在转子的两端分别设置一个推力盘112。当仅设置一个推力盘时，可在所述推力盘112的两侧分别设置一个推力轴承113，如图所示，两个推力轴承113的作用面均朝向所述推力盘112，因此可分别承受不同方向的轴向推力，具体而言，所述两个推力轴承113可承受的轴向推力方向相反。当设置有两个推力盘时，可在所述两个推力盘112相对的两侧，或者相远离的两侧分别设置一个推力轴承113，如图所示，两个推力轴承113的作用面均朝向所述推力盘112，因此可分别承受不同方向的轴向推力，具体而言，所述两个推力轴承113可承受的轴向推力方向相反。在本实用新型的一个实施例中，所述推力轴承采用箔片式动压气浮轴承，当有气体引入轴承位置时，可形成气膜，进而达到气浮效果。

如图1及图2a-2d所述，在本实用新型的不同实施例中，可根据实际需求，设置单级、双级或多级叶轮。具体而言，仅设置单级叶轮时，如图1及图2a所示，所述叶轮200可设置于所述转子的任意一端，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。当设置有两级叶轮时，如图2b及2c所示，所述两个叶轮可以分别设置于所述转子的两端，也可以全部设置于所述转子的任意一端，当分别设置于所述转子的两端时，可将设置有前一级叶轮的一侧记为低压侧，而设置有后一级叶轮的一侧记为高压侧，当全部设置于所述转子的一端时，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。类似地，如图2d所示，当设置有多级叶轮时，所述多个叶轮可以等分或不等分地分别设置于所述转子的两端，也可以全部设置于所述转子的任意一端，当分别设置于所述转子的两端时，可将设置有前一级叶轮的一侧记为低压侧，而设置有后一级叶轮的一侧记为高压侧，当全部设置于所述转子的一端时，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。基于此，如图1及2a-2d所示，当转子转动时，主气路中经所述叶轮压缩过的高压气体的一部分会在压力作用下，进入高压侧的径向轴承，然后经过电机定子与转子之间的气隙进入低压侧的径向轴承，并回到主气路中。当设置有推力盘及推力轴承时，所述高压气体还会经过所述推力轴承形成气膜，承受轴向推力。为了有效降低所述推力轴承所受到的轴向推力，在本实用新型的一个实施例中，所述低压侧的叶轮与高压侧的叶轮采用背靠背的方式设置，进而使得高压侧与低压侧的叶轮的轴向推力方向相反，以互相抵消。在本实用新型的一个实施例中，所述叶轮采用闭式叶轮。在本实用新型的一个实施例中，所述叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子上。

下面以如图2b所示的构型为例，详细介绍本实用新型实施例中气浮离心压缩机的具体结构及工作原理。应当理解的是，采用其他构型的气浮离心压缩机的结构及工作原理与该实施例基本相同，区别仅在于叶轮的数量、位置和/或推力盘的数量、位置，在此不再赘述。该实施例中的气浮离心压缩机适用于储能热管理，为小冷量气浮离心压缩机，能够用于储能液冷系统。

图4及图5分别示出本实用新型一个实施例的一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机的结构示意图及剖面示意图。如图所示，一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机，包括电机100、叶轮、进气口301、排气口302以及连接管303。

所述电机100包括转子101、定子102以及壳体103。所述定子102固定于所述壳体103内部，所述转子101的中心轴与所述定子102的中心轴重合。所述转子101上设置有两个径向的气浮轴承111，同时在靠近所述进气口301的一侧设置有推力盘112，且所述推力盘的两侧分别设置有一个气浮的推力轴承113，所述两个推力轴承相对设置，以分别承受指向低压侧或高压侧的轴向推力。

如图所示，所述壳体103的内部的两端分别设置有第一腔室及第二腔室。其中，所述第一腔室的进气口与所述压缩机的进气口301连通，也可理解为，所述进气口301即为所述第一腔室的进气口，所述第一腔室内设置有第一叶轮201，所述第一叶轮201固定于所述转子101的第一端。所述第一腔室与第二腔室之间设置有连接管303，经所述第一叶轮201压缩后的气体从所述第一腔室的出气口流出进入所述连接管303后，经所述第二腔室的进气口进入第二腔室内。所述第二腔室内设置有第二叶轮202，所述第二叶轮202固定于所述转子101的第二端，经所述第二叶轮202压缩后的气体大部分从所述第二腔室的出气口流出，所述第二腔室的出气口与所述压缩机的排气口302连通，也可理解为，所述排气口302即为所述第二腔室的出气口。如图所示，在本实用新型的实施例中，所述第一腔室及第二腔室的出气口处还分别设置有第一端盖135及第二端盖136，所述第一端盖135及第二端盖136与所述转子101之间存在间隙，同时，所述第一端盖135与所述第一叶轮201之间存在一定间隙，流经气浮轴承的气体可经由这一间隙回到主气路中，所述第二端盖136与所述第二叶轮202之间同样存在一定间隙，经第二叶轮202压缩后的气体中的一部分在压力作用下可经由这一间隙进入到气浮轴承中。在本实用新型的一个实施例中，所述第一叶轮201及第二叶轮202均采用闭式叶轮，相对于开式叶轮，闭式叶轮能够有效消除叶尖间隙引起的叶片压力面到吸力面的二次流动，进而可以有效提升压缩机气动效率。在本实用新型的一个实施例中，如前所示，所述第一叶轮201及第二叶轮202采用背靠背的设计方式，使得第一、第二叶轮的轴向推力方向相反，互相抵消，进而有效降低推力轴承所受到的轴向推力。在本实用新型的一个实施例中，所述第一叶轮201及第二叶轮202分别通过第一锁紧螺母211及第二锁紧螺母221固定于所述转子101上。

如图所示，所述电机的两端的外侧还分别设置有第一压壳131及第二压壳132，所述第一压壳131与所述第一叶轮201之间设置有第一密封圈133，以及所述第二压壳132与所述第二叶轮202之间设置有第二密封圈134，所述第一、第二密封圈可显著降低第一、第二叶轮出口到进口的回流效应，可进一步提升压缩机效率。

为了降低所述第二叶轮202的压缩功耗，在本实用新型的一个实施例中，在所述连接管303上还设置有级间补气孔331，以接入来自经济器的排气，对所述第一叶轮压缩后的气体进行冷却，进而达到降低高压叶轮的压缩功耗、提升系统的效率的目的。

在本实用新型的一个实施例中，所述电机100采用高速永磁同步电机，其轴承工作时为非接触式轴承，因此可以承受比通常的球轴承更高的转速，根据压缩机欧拉公式Δh＝U₂Cu₂-U₁Cu₁可知，同样做功能力的压缩机，转速越大，径向尺寸越小，因此采用永磁同步电机能够提升压缩机的功率密度。

如前所述的气浮离心压缩机其工作原理在于：经所述第二叶轮压缩后的气体经由所述第二叶轮与第二端盖之间空隙、所述第二端盖与转子之间的间隙进入高压侧的第二径向轴承，然后经过所述定子与转子之间的气隙进入低压侧的第一径向轴承，随后通过推力盘与电机壳体之间的间隙以及推力盘与第一端盖之间的间隙依次经过两个推力轴承，最后依次经过第一端盖与转子之间的间隙、第一叶轮与赌徒端盖之间的间隙进入第一腔室，即第一叶轮的排气口，回到主气路中实现内循环。相对于静压气浮轴承，所述气浮离心压缩机可以省略外接的补气通道，简化系统结构，提高可靠性。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (9)

1.一种用于储能热管理的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，包括：

电机，其包括：

壳体，其内部两端分别设置有第一腔室及第二腔室；

转子，其上设置有径向的气浮轴承以及推力盘，其中所述推力盘设置于靠近所述第一腔室的一端，且在所述推力盘的两侧分别设置有气浮的推力轴承；以及

定子，其固定于所述壳体的内部，其中心轴与所述转子的中心轴重合；

第一、第二叶轮，分别设置于所述第一腔室及第二腔室内，且采用背靠背的方式固定于所述转子上；

进气口，其与所述第一腔室的进气口连通；

排气口，其与所述第二腔室的出气口连通；

连接管，其两端分别与所述第一腔室的出气口以及第二腔室的进气口连通。

2.如权利要求1所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述径向的气浮轴承及推力轴承为箔片式动压气浮轴承。

3.如权利要求1所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述第一腔室及第二腔室的出气口处分别设置有第一端盖及第二端盖，所述第一端盖及第二端盖与所述转子之间、所述第一端盖与所述第一叶轮之间、以及第二端盖与所述第二叶轮之间存在间隙。

4.如权利要求1所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述第一、第二叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子上。

5.如权利要求1所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述电机的两端分别设置有第一压壳及第二压壳。

6.如权利要求5所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述第一压壳与所述第一叶轮之间设置有第一密封圈，以及

所述第二压壳与所述第二叶轮之间设置有第二密封圈。

7.如权利要求1所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述连接管上设置有级间补气孔，以接入来自经济器的排气。

8.如权利要求1所述的小冷量气浮离心压缩机，其特征在于，所述电机为高速永磁同步电机。

9.一种储能热管理系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的小冷量气浮离心压缩机。

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