一种直驱涡轮机的制作方法

1.本实用新型涉及动力设备领域，尤其涉及一种直驱涡轮机。


背景技术：

2.随着现代工业的发展，高速电机直驱涡轮机已经成为冶金、化工、石油、食品、医药、污水处理等行业必不可少的动力设备。近年来，越来越多的高速电机直驱涡轮机使用磁悬浮轴承或者气浮轴承，这类高速电机直驱涡轮机对气动轴向力的要求更加严格。气动轴向力越小，则整个机组更加稳定，功耗更低。
3.目前，为了减小气动轴向力，常用的做法是在轴系上设置专门的平衡盘，往平衡盘里充入不同压力的气体，利用平衡盘两侧的压差来抵消部分或者全部的气动轴向力。但是，轴系和箱体的结构因此变得复杂，加工生产成本高。此外，由于结构复杂，工作时需要充入不同压力的气体，还会降低轴系的稳定性。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中设置平衡盘后结构复杂，加工生产成本高，且稳定性低的问题，本实用新型的目的是提供一种直驱涡轮机。
5.本实用新型提供如下技术方案：
6.一种直驱涡轮机，包括蜗壳组件、涡轮和驱动轴，所述涡轮与所述驱动轴相连，所述涡轮朝向所述驱动轴的一侧与所述蜗壳组件之间设有第一空腔，所述涡轮上设有气流通道，所述第一空腔通过所述气流通道与所述涡轮背向所述驱动轴的一侧连通。
7.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述蜗壳组件包括蜗壳本体，所述蜗壳本体上固定设有密封件，所述密封件环绕所述驱动轴设置，并与所述涡轮相对，所述密封件朝向所述涡轮的一侧设有若干环形的第一密封齿，所述涡轮上对应设有密封槽，所述第一空腔位于所述密封件与所述涡轮之间，且所述第一空腔位于所述第一密封齿的内围。
8.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述密封件朝向所述涡轮的一侧还设有环形的第二密封齿，所述第二密封齿与所述第一密封齿分别对应，且所述第二密封齿位于对应的所述第一密封齿的内围。
9.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述第一密封齿和所述第二密封齿的横截面均呈楔形，且所述第一密封齿和所述第二密封齿的外侧壁均与所述驱动轴的轴线平行。
10.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述密封件朝向所述涡轮的一侧设有第一凹槽，所述涡轮朝向所述密封件的一侧设有第二凹槽，所述第一凹槽配合所述第二凹槽形成所述第一空腔。
11.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述密封件朝向所述驱动轴的一侧设有多个第三密封齿，所述第三密封齿环绕所述驱动轴设置。
12.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述第一空腔环绕所述驱动轴设
置，所述第一空腔的内壁上设有泄压槽，所述泄压槽沿所述第一空腔的周向设置，且所述泄压槽位于所述第一空腔的外围。
13.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述驱动轴的端面与所述涡轮之间设有第二空腔，所述气流通道包括第一气孔和第二气孔，所述第一空腔通过所述第一气孔与所述第二空腔连通，所述第二空腔通过所述第二气孔与所述涡轮背向所述驱动轴的一侧连通。
14.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述第二气孔远离所述第二空腔的一端朝向所述涡轮的外沿倾斜设置。
15.作为对所述直驱涡轮机的进一步可选的方案，所述气流通道设有多个，多个所述气流通道沿所述涡轮的周向均匀分布。
16.本实用新型的实施例具有如下有益效果：
17.涡轮在驱动轴的带动下旋转时，会不断地将气体压入蜗壳组件内部的风道，使得涡轮吸气侧(即涡轮背向驱动轴的一侧)的气压降低，在涡轮沿驱动轴的轴线方向的两侧形成压差。此时，在涡轮朝向驱动轴的一侧与蜗壳组件之间设至第一空腔，并设置气流通道将第一空腔与涡轮吸气侧连通，进而使第一空腔内的气压与涡轮吸气侧的气压趋于一致，能够有效地降低涡轮两侧的压差，即减小了气动轴向力。设置第一空腔和气流通道时，只需对涡轮和蜗壳组件进行加工，不额外增加零部件，避免提高轴系的复杂程度，结构简单，易于实现，有效地降低了加工生产成本，并提高了稳定性。
18.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1示出了本实用新型实施例1提供的一种直驱涡轮机的整体结构示意图；
21.图2示出了本实用新型实施例2提供的一种直驱涡轮机的整体结构示意图；
22.图3示出了本实用新型实施例2提供的一种直驱涡轮机中蜗壳组件的结构示意图；
23.图4示出了本实用新型实施例2提供的一种直驱涡轮机中密封件与涡轮之间配合关系示意图；
24.图5示出了图4中a处放大示意图。
25.主要元件符号说明：
26.100
‑
蜗壳组件；110
‑
蜗壳本体；111
‑
侧板；112
‑
底板；120
‑
密封件；121
‑ꢀ
第一密封齿；122
‑
第二密封齿；123
‑
第三密封齿；124
‑
第一凹槽；125
‑
泄压槽；130
‑
挡板；200
‑
涡轮；210
‑
气流通道；211
‑
第一气孔；212
‑
第二气孔； 220
‑
密封槽；230
‑
第二凹槽；300
‑
高速电机；310
‑
电机本体；320
‑
驱动轴。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.实施例1
33.请参阅图1，本实施例提供一种直驱涡轮机，具体为一种高速电机直驱涡轮机，其特点在于涡轮200由高速电机300直接驱动。直驱涡轮机包括蜗壳组件100、涡轮200和高速电机300，高速电机300的驱动轴320与涡轮200固定连接，驱动轴320和涡轮200则与蜗壳组件100转动配合。此外，涡轮200朝向驱动轴320的一侧与蜗壳组件 100之间设置有第一空腔，第一空腔则通过开设在涡轮200上的气流通道210与涡轮200背向驱动轴320的一侧连通。
34.高速电机300工作时，其驱动轴320带动涡轮200高速旋转，不断地将气体压入蜗壳组件100内部的风道，使得涡轮200吸气侧(即涡轮200背向驱动轴320的一侧)的气压降低，在涡轮200沿驱动轴 320的轴线方向的两侧形成压差。
35.此时，由于第一空腔通过气流通道210与涡轮200的吸气侧连通，故第一空腔内的气体会逐渐通过气流通道210转移至涡轮200的吸气侧，直至第一空腔内的气压与涡轮200吸气侧的气压趋于一致，从而有效地降低了涡轮200两侧的压差，减小了气动轴向力。
36.只需对涡轮200和蜗壳组件100进行加工，即可形成第一空腔和气流通道210。没有额外增加零部件，避免提高轴系的复杂程度，结构简单，易于实现，有效地降低了加工生产成本，并提高了稳定性。
37.实施例2
38.请一并参阅图2至图5，本实施例提供一种直驱涡轮机，具体为一种高速电机直驱涡轮机，其特点在于涡轮200由高速电机300直接驱动。直驱涡轮机包括蜗壳组件100、涡轮200和高速电机300。
39.具体地，蜗壳组件100由蜗壳本体110、挡板130和密封件120 组成。
40.蜗壳本体110由一块环形的侧板111和一块环形的底板112组成，侧板111和底板112的轴线重合，并沿水平方向设置。侧板111与自身的轴线平行，底板112则与自身的轴线垂直。底板112与侧板111 沿轴线方向的一端一体成型，且底板112与侧板111的连接处呈圆弧过渡，整个蜗壳本体110的横截面呈l型。
41.挡板130呈环形设置，挡板130的轴线与侧板111的轴线重合。挡板130位于侧板111的内侧，挡板130背向底板112的一端一体成型有法兰盘，并通过法兰盘与侧板111背向底板112一端的端面法兰连接。挡板130朝向底板112的一端与底板112之间、挡板130的外侧壁与侧板111之间均形成风道。
42.密封件120呈环形设置，密封件120的轴线与底板112的轴线重合，且密封件120的外径等于底板112的内径，密封件120与底板112 焊接固定。
43.密封件120上设置有相对复杂的密封结构，故单独设置，待密封件120加工完成后再将密封件120与蜗壳本体110固定在一起，能够降低密封结构的加工难度。
44.具体地，涡轮200的轴线与密封件120的轴线重合，涡轮200沿轴线方向的一端为吸气侧，涡轮200沿轴线方向的另一端的外围与密封件120正对。
45.具体地，高速电机300包括电机本体310和驱动轴320。驱动轴 320的轴线与涡轮200的轴线重合，且驱动轴320与涡轮200朝向密封件120一侧的中部固定连接，密封件120则套设在驱动轴320上。
46.高速电机300工作时，驱动轴320带动涡轮200旋转，驱动轴320 相对于密封件120转动，涡轮200则相对于密封件120和挡板130转动。涡轮200旋转时，外界气体由涡轮200的吸气侧进入，然后被涡轮200压入挡板130与底板112之间的风道内。此时，涡轮200的吸气侧的气压降低，在涡轮200沿自身轴线方向的两端形成压差，产生沿涡轮200轴向的力。该轴向力传递至驱动轴320上，不利于驱动轴 320和电机本体310的稳定运转。
47.为了降低上述轴向力，密封件120朝向涡轮200的一侧成型有第一凹槽124，第一凹槽124呈环形，第一凹槽124的轴线与密封件120 的轴线重合，且第一凹槽124与密封件120的内侧壁连通。相应地，涡轮200朝向密封件120的一侧开设有第二凹槽230，第二凹槽230 呈环形，第二凹槽230的轴线与涡轮200的轴线重合，第二凹槽230 的内沿与驱动轴320的侧壁齐平。
48.第一凹槽124和第二凹槽230共同构成环形的第一空腔，第一凹槽124的内壁、第二凹槽230的内壁和驱动轴320的部分侧壁构成第一空腔的内壁。此外，涡轮200上设有气流通道210，第一空腔通过气流通道210与涡轮200的吸气侧连通。
49.由于吸气侧的气压低于其它各处，故第一空腔内的气体会逐渐通过气流通道210转移至涡轮200的吸气侧，直至第一空腔内的气压与涡轮200的吸气侧的气压趋于一致，从而有效地降低了涡轮200两侧的压差，减小了气动轴向力。
50.进一步地，涡轮200相对于密封件120为活动部件，故涡轮200 与密封件120之间无
法做到完全贴合，挡板130与底板112之间的风道始终与第一空腔连通。由于风道内的气压高于涡轮200的吸气侧的气压，也高于第一空腔内的气压，故风道内的气体不可避免地会向第一空腔内泄漏，导致第一空腔内的气压上升。因此，密封件120朝向涡轮200的一侧一体成型有第一密封齿121，涡轮200上对应设置有密封槽220。
51.第一密封齿121设有四个，四个第一密封齿121均呈环形，且四个第一密封齿121的轴线均与密封件120的轴线重合，四个第一密封齿121沿密封件120的径线方向等间距排列。
52.第一密封齿121嵌入对应的密封槽220内，但不与密封槽220的内壁接触。第一密封齿121与密封槽220配合，形成折流区域，第一空腔则位于该折流区域内侧。折流区域将风道与第一空腔分隔开来，使风道内的气体不易泄漏至第一空腔内，进而使第一空腔保持在低压状态，与涡轮200的吸气侧的气压接近或者一致。
53.进一步地，为了增强上述折流区域对气流的阻碍效果，密封件120 朝向涡轮200的一侧还一体成型有四个第二密封齿122。四个第二密封齿122均呈环形，其轴线均与密封件120的轴线重合。四个第二密封齿122分别与四个第一密封齿121对应，且第二密封齿122位于对应的第一密封齿121的内围，第二密封齿122和第一密封齿121沿密封件120的径线方向交替排列。
54.设置第二密封齿122后，气体从风道向第一空腔泄漏时所经过的路线更加曲折，在往复折返的过程中不断摩擦消能，流速减缓。
55.进一步地，第一密封齿121和第二密封齿122的横截面均呈楔形，且第一密封齿121和第二密封齿122的外侧壁与自身轴线平行，内侧壁则为斜面。
56.进一步地，第一空腔的内壁上设置有环形的泄压槽125。泄压槽 125的轴线与第一空腔的轴线重合，泄压槽125设置在第一空腔的外围，与上述折流区域相邻。
57.由于泄压槽125的存在，第一空腔外围沿自身轴线方向的尺寸更大。风道内的气体泄漏至第一空腔内后，流速骤降，压力骤减，对第一空腔内气压的影响很小。
58.由于涡轮200对尺寸精度、强度等要求较高，在本实施例中，泄压槽125设置在密封件120上第一凹槽124的槽底。
59.进一步地，涡轮200背向密封件120一侧的外围为叶片，故气流通道210的出口只能设置在涡轮200背向密封件120一侧的内围，与第二凹槽230沿涡轮200的径线方向错位。为了便于加工气流通道210，在驱动轴320的端面与涡轮200之间设置有第二空腔，气流通道210 则由第一气孔211和第二气孔212组成。第一气孔211将第一空腔与第二空腔连通，第二气孔212则将第二空腔与涡轮200背向密封件120 的一侧连通。
60.将气流通道210拆分为第一气孔211和第二气孔212后，第一气孔211和第二气孔212在加工过程中能够顺利地避开涡轮200上的叶片，有利于第一气孔211和第二气孔212的成型。
61.进一步地，第二气孔212远离第二空腔的一端朝向涡轮200的外沿倾斜，有利于第一空腔内的气体依次沿第一气孔211、第二空腔和第二气孔212流至涡轮200的吸气侧。
62.此外，气流通道210的数量为两个或者四个，各个气流通道210 沿涡轮200的周向均匀分布。
63.进一步地，密封件120的内侧壁上一体成型有七个第三密封齿 123。第三密封齿123均呈环形，其轴线与密封件120的轴线重合，且七个第三密封齿123沿密封件120的轴线
方向均匀分布。设置第三密封齿123后，能够阻碍电机本体310内部腔室与第一空腔之间的气流交换。
64.整体而言，上述直驱涡轮200机只需对涡轮200和蜗壳组件100 进行加工，即可形成第一空腔和气流通道210。没有额外增加零部件，避免提高轴系的复杂程度，结构简单，易于实现，有效地降低了加工生产成本，并提高了稳定性。
65.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
66.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
67.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。