离心压缩机及空调设备的制作方法

1.本发明涉及空气压缩设备技术领域，尤其涉及一种离心压缩机及空调设备。


背景技术：

2.气悬浮轴承是以气体为润滑介质的气体轴承，其主要以气膜为支撑，具有高效、高转速、环保等特点。根据气体轴承气膜的生成原理，可分为动压气体轴承和静压气体轴承。动压轴承是由电机转子高速旋转，与轴承内表面形成楔形空间后产生动压气膜。静压轴承是由外部供气，经静压轴承多孔材质节流，渗透到轴承内表面，形成一致性良好的高压润滑气膜。气悬浮轴承在压缩机领域有良好的应用市场。
3.离心压缩机中一般设有径向轴承和轴向轴承，在现有技术的一种方案中，径向轴承和轴向轴承都采用静压气体轴承，在实际使用时发现此种压缩机在工作过程中会发生气锤振动及转子失稳；在另一种方案中，径向轴承和轴向轴承都采用动压气体轴承，在实际使用时发现此种压缩机中轴向轴承的寿命较短，为解决这一问题需要选择耐磨材质的轴向轴承。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种离心压缩机及空调设备，能够提高离心压缩机工作时的稳定性，并提高轴承使用寿命。
5.根据本发明的第一方面，提出一种离心压缩机，包括：
6.壳体；
7.转子，设在壳体内；
8.径向轴承，用于承载转子受到的径向力，径向轴承为动压气体轴承；和
9.轴向轴承，用于承载转子受到的轴向力，轴向轴承为静压气体轴承。
10.在一些实施例中，离心压缩机还包括：
11.支承部件，与壳体连接，用于通过径向轴承对转子进行支撑；和
12.推力盘，被配置为与转子相对固定，且沿轴向位于支承部件的外侧，推力盘具有推力部；
13.其中，轴向轴承位于推力盘沿轴向的至少一侧，轴向轴承与推力部之间具有轴向间隙。
14.在一些实施例中，轴向轴承上设有多个进气孔，离心压缩机还包括：
15.引气通道，用于将外部气源提供的气体引导至多个进气孔，以使气体进入轴向间隙对轴向轴承进行支撑。
16.在一些实施例中，还包括：
17.扩压器，与壳体连接，且沿轴向位于推力部远离支承部件的一侧；
18.其中，轴向轴承均位于转子的一端，包括：
19.第一轴向轴承，固定在扩压器朝向推力部的一端；和
20.第二轴向轴承，固定在支承部件朝向推力部的一端。
21.在一些实施例中，扩压器与支承部件具有接触界面，离心压缩机还包括引气通道，引气通道包括：
22.公共通道，开设在壳体的侧壁内，且公共通道的第一端与外部气源连通；
23.第一分支通道，第一分支通道的第一端与公共通道的第二端连通，且在支承部件内延伸至接触界面后在扩压器内延伸，第一分支通道的第一分支通道的第二端用于向第一轴向轴承引气；和
24.第二分支通道，设在支承部件内，第二分支通道的第一端与公共通道的第二端连通，第二分支通道的第二端用于向第二轴向轴承引气。
25.在一些实施例中，第二轴向轴承用于限制径向轴承沿轴向朝向扩压器一侧的位移。
26.在一些实施例中，扩压器靠近支承部件的一端沿轴向设有凹槽，第一轴向轴承设在凹槽的底部；推力部的两个侧面分别与第一轴向轴承和第二轴向轴承之间的轴向间隙通过扩压器与支承部件相互抵靠进行限定。
27.在一些实施例中，推力盘还包括连接部，连接部与推力部连接，且套设在转子上，凹槽的底部设有通孔，连接部嵌入通孔内，通孔与连接部之间设有梳齿密封结构。
28.在一些实施例中，离心压缩机还包括：
29.支承部件，与壳体连接，用于通过径向轴承对转子进行支撑；和
30.扩压器，与壳体连接，扩压器沿气流方向依次包括：一级扩压器和二级扩压器；
31.其中，径向轴承包括：第一径向轴承和第二径向轴承，分别设在转子的两端，且均通过一个支承部件支承；一级扩压器设在第一径向轴承沿轴向的外侧，二级扩压器设在第二径向轴承沿轴向的外侧；
32.第一径向轴承对应的支承部件与壳体一体成型，和/或第二径向轴承对应的支承部件与二级扩压器一体成型。
33.根据本发明的第二方面，提出一种空调设备，包括上述实施例的离心压缩机。
34.基于上述技术方案，本发明实施例的离心压缩机，轴向轴承采用静压气体轴承，承载能力较高，可较好地承载转子转动过程中受到的轴向力，防止转子与轴向轴承之间发生摩擦，从而提高轴向轴承的使用寿命；径向轴承采用动压气体轴承，抗复杂载荷能力较强，转子在高速旋转时，动压气体轴承的内表面生成动压气膜，将转子支撑悬空，可减少气锤现象，并提高压缩机转子工作的稳定性。
附图说明
35.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
36.图1为本发明离心压缩机的一个实施例的剖视图；
37.图2为图1中的i处放大图；
38.图3为图2中的ii处放大图；
39.图4为本发明离心压缩机中径向轴承的一个实施例的结构示意图；
40.图5为径向轴承的工作原理示意图。
41.附图标记说明
42.1、叶轮；2、扩压器；3、壳体；4、支承部件；5、推力盘；6、径向轴承；7、转子；8、定子；9、引气通道；10、轴向轴承；11、第一轴向轴承；12、第二轴向轴承；13、轴向间隙；
43.21、一级扩压器；22、二级扩压器；23、凹槽；24、通孔；25、梳齿密封结构；31、第一蜗壳；32、第二蜗壳；33、中间壳体；51、推力部；52、连接部；61、第一径向轴承；62、第二径向轴承；63、径向间隙；91、公共通道；92、第一分支通道；93、第二分支通道；94、引导通道。
具体实施方式
44.以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
45.本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
46.发明人通过研究发现，动压气体轴承与静压气体轴承存在各自的优点与不足。静压气体轴承相对于动压气体轴承，承载能力较强；动压气体轴承相对于静压气体轴承，抗复杂载荷能力更强。气悬浮压缩机在运行过程中，产生的轴向力比较稳定，而径向力则较为复杂。
47.因而，如果将径向轴承和轴向轴承都采用静压气体轴承，由于压缩机运行过程中径向力较为复杂，而静压气体轴承的径向承载能力较弱，所以容易导致电子转子失稳及产生气锤振动，而且这一问题难以无法避免。如果将径向轴承和轴向轴承都采用动压气体轴承，当电机转子高速旋转到一定转速时，轴向轴承的承载力不足，会导致电机转子与轴向轴承摩擦，从而降低轴向轴承的使用寿命，一般通过对轴向轴承采用耐磨材质改善这一问题。
48.如图1至图3所示，本发明提供了一种离心压缩机，为了对本发明的改进点进行更清楚的了解，下面先对离心压缩机的整体结果进行说明。
49.如图1所示，以两级离心压缩机为例，包括壳体3、转子7和定子8。转子7和定子8形成电机，设在壳体3内，定子8为回转类零件，固定于壳体3上，为电机转子提供磁场，定子8套设在转子7外且位于转子7沿轴向的中间区域，转子7与定子8间隙配合，定子8与壳体3紧配合。为了在压缩机工作过程中对定子8进行冷却，在壳体3的内壁上设置螺旋形的导向槽，以将冷媒从定子8一侧的电机腔引导至另一侧的电机腔，从而在流动过程中对定子8冷却。
50.其中，壳体3为不规则腔体零件，一般铸造而成，起到支撑、减振、保护等作用。包括第一蜗壳31、第二蜗壳32和中间壳体33，中间壳体33沿轴向的两端分别设置第一蜗壳31和第二蜗壳32，共同形成压缩机的壳体3。壳体3整体可呈圆筒状，转子7设在壳体3的中心位置，转子7的两端分别设置一个叶轮1，用于对冷媒做功，叶轮1的内侧设置扩压器2，叶轮1高速旋转时，气体随着旋转，在离心力作用下，气体被甩到后扩压器2中进行扩压，将叶轮1出口介质的速度能转化为压力能，压力提高后的气体从蜗壳排出。
51.扩压器2起到吸气、排气和扩压气体的作用，可包括一级扩压器21和二级扩压器22，在压缩机工作过程中转子7高速旋转，气体通过左侧的叶轮1进入左侧的一级扩压器21中，使气体经过一级压缩后进入第一蜗壳31中，第一蜗壳31上的排气通道将压缩气体引导
至进入右侧叶轮1中，经过右侧叶轮1的离心作用后进入右侧的二级扩压器22中，气体经过二级压缩后进入第二蜗壳32中，并通过第二蜗壳32上的排气通道排出压缩机。
52.由于叶轮1在工作过程中对冷媒做功时，出气口压力大于进气口压力，该压差会产生轴向力及径向力。为此，离心压缩机还包括径向轴承6和轴向轴承10，为了对转子7进行支撑，转子7的两端可分别设有径向轴承6，用于承载转子7受到的径向力，径向轴承6为动压气体轴承，径向轴承6与转子7之间具有径向间隙63。轴向轴承10可用于承载叶轮1在转动过程中转子7受到的轴向力，轴向轴承10为静压气体轴承。当转子7轴向窜动时，受到轴向轴承10表面的高压气膜支撑，使转子7达到平衡效果，防止与固定设置的部件发生摩擦。
53.本发明的该实施例为动静压组合气悬浮压缩机，轴向轴承10采用静压气体轴承，当转子7达到预设转速后会产生较大的轴向力，静压气体轴承通过表面多孔材质的节流功能，在其表面形成高压气膜，该高压气膜相对于动压气体轴承承载能力较高，而且转子7在旋转时产生的轴向力本身较为稳定，因而选用静压气体轴承可很好地承载转子7转动过程中受到的轴向力，防止转子7与轴向轴承之间发生摩擦，从而提高轴向轴承的使用寿命。
54.径向轴承6采用动压气体轴承，压缩机运行过程中，转子7受到的径向力较为复杂。如果采用静压气体轴承作为径向轴承，静压气体轴承内表面存在气容，一旦受到外部干扰，易产生气锤振动现象，极易导致电机转子失稳。而动压气体轴承的抗复杂载荷能力较强，因而转子7在高速旋转时，可将压缩机腔体内的气态冷媒带到动压气体轴承与转子7之间的间隙生成动压气膜，将转子7支撑悬空，可减少气锤现象，并提高压缩机转子工作的稳定性。
55.如图4所示，径向轴承6为波箔型空气箔片，可由规则及不规则形状箔片构成。径向轴承6由外至内包括：轴承套64、弹性的波箔65和顶层箔片66。如图5所示，s表示径向轴承6的内表面，q表示动压气膜，当顶层箔片66和高速旋转的转子7之间形成楔形结构时，由于气体粘性，转子7带动气体运动，在楔形区压缩气体，形成气膜高压，支承转子7稳定运转。动压气膜形成时，转子7的旋转方向由波箔65和顶层箔片66的非固定端指向固定端，以满足气体从大截面进小截面出，如箭头θ。
56.如图1所示，本发明的离心压缩机还可包括：支承部件4，与壳体3连接，具体地可与中间壳体33连接，支承部件4用于通过径向轴承6对转子7进行支撑；和推力盘5，被配置为与转子7一起可转动，且沿轴向位于支承部件4的外侧，如图2所示，推力盘5具有推力部51，例如，推力部51呈盘状结构。其中，轴向轴承10位于推力盘5沿轴向的至少一侧，轴向轴承10与推力部51之间具有轴向间隙13。
57.结合图1和图2所述，本发明的离心压缩机还可包括：扩压器2，与壳体3连接，具体地可与中间壳体33连接，扩压器2沿轴向位于推力部51远离支承部件4的一侧。其中，轴向轴承10均位于转子7的一端，包括：第一轴向轴承11和第二轴向轴承12，第一轴向轴承11固定在扩压器2朝向推力部51的一端，第二轴向轴承12固定在支承部件4朝向推力部51的一端。
58.该实施例将轴向轴承10设在转子7的一端，只需在转子7的一端设置推力盘和轴向轴承10，可缩短压缩机的轴向长度，并简化压缩机内部结构；而且，由于转子7在工作过程中受到的轴向力方向不确定，在推力部51的两侧分别设置第一轴向轴承11和第二轴向轴承12，能够同时承载转子7受到的两个方向的轴向力，防止转子7发生轴向偏载，保证压缩机全工况运行和反转时运行稳定可靠性，并提高压缩机中轴向轴承的使用寿命。
59.其中，压缩机运行工况是指压缩机所在系统的蒸发温度和冷凝温度，全工况即指
压缩机在一定蒸发温度范围和冷凝温度范围内工作，压缩机停机时，由于排气压力高于吸气压力，会出现停机后反转情况。
60.可选地，在转子7的两端分别设置一个轴向轴承10，用于分别承载转子7受到的两个方向的轴向力，这种结构需要在转子7的两端均设置推力盘5。
61.为了使轴向轴承10工作，轴向轴承10上设有多个进气孔，离心压缩机还包括：引气通道9，用于将外部气源提供的气体引导至多个进气孔，以使气体进入轴向间隙13形成稳定的高压气膜对轴向轴承10进行支撑，同时对轴向轴承10起到润滑作用。
62.在一些实施例中，如图1和图2所示，扩压器2与支承部件4具有接触界面a，具体地，扩压器2与支承部件4通过凹凸配合结构形成接触界面a，或者通过平面抵靠形成接触界面a。基于此，引气通道9包括：公共通道91，开设在壳体3的侧壁内，且公共通道91的第一端与外部气源连通；第一分支通道92，第一分支通道92的第一端与公共通道91的第二端连通，且在支承部件4内延伸至接触界面a后接着在扩压器2内延伸，第一分支通道92的第二端用于向第一轴向轴承11引气，例如呈l形；和第二分支通道93，设在支承部件4内，第二分支通道93的第一端与公共通道91的第二端连通，第二分支通道93的第二端用于向第二轴向轴承12引气，例如呈沿径向设置的一字形。例如，公共通道91的通径可大于第一分支通道92和第二分支通道93。
63.为了使第一分支通道92将气体引导至第一轴向轴承11，第二分支通道93将气体引导至第二轴向轴承12，可在第一分支通道92和第二分支通道93的第二端均连通设置引导通道94，以将气体分别引导至第一轴向轴承11和第二轴向轴承12的进气孔内。优选地，引导通道94的通径小于第一分支通道92和第二分支通道93。
64.通过将扩压器2与支承部件4抵接形成接触界面a，便于在扩压器2与支承部件4内设置连续的第一分支通道92，以将气体引至第一轴向轴承11，为轴向轴承10采用静压气体条件提供了结构条件。
65.如图1所示，第二轴向轴承12设在支承部件4朝向推力盘5的端面上，用于限制径向轴承6沿轴向朝向扩压器2一侧的位移。第二轴向轴承12在起到承载转子7工作产生轴向力的同时，能够起到对径向轴承6进行限位的作用，无需额外设置轴向限位件，可简化结构，使结构更紧凑。
66.如图2所示，扩压器2朝向支承部件4的端面上设有凹槽23，即在扩压器2远离扩压面的一端设有凹槽23，第一轴向轴承11设在凹槽23沿轴向的底部；推力部51的两个侧面分别与第一轴向轴承11和第二轴向轴承12之间的轴向间隙13通过扩压器2与支承部件4相互抵靠进行限定。优选地，第一轴向轴承11和第二轴向轴承12均位于凹槽23内。
67.由于扩压器2和支承部件4均需要固定在壳体3上，因此自身位置固定，通过支承部件4与扩压器2相互抵靠进行组合限位，限定了推力盘5的位置以及与两侧轴向轴承10的轴向间隙13，由此可精确保证轴向间隙13，降低装配难度，提高装配效率和装配精度，并保证轴向轴承10的工作性能，防止间隙控制不准确造成轴向轴承性能降低甚至失效，从而提高压缩机的运行稳定性。
68.如图2所示，凹槽23的深度包括：推力部51的厚度、第一轴向轴承11和第二轴向轴承12的厚度和两侧的轴向间隙13，因此，为了保证两侧的轴向间隙13，可通过保证凹槽23的深度、推力部51的厚度和第一轴向轴承11和第二轴向轴承12的厚度来控制轴向间隙13。具
体方法为：根据轴向轴承10需要达到的间隙范围、推力部51厚度公差范围和轴向轴承厚度公差范围，来反推凹槽23的设计深度及公差范围。由此，可通过提高凹槽23深度的加工精度来保证轴向轴承10的轴向间隙13，可提高装配精度，并降低装配难度，从而提高装配效率。
69.进一步地，推力盘5还包括连接部52，连接部52与推力部51连接，且套设在转子7上，凹槽23的底部设有通孔24，连接部52嵌入通孔24内，通孔24与连接部52之间设有梳齿密封结构25。具体地，梳齿的斜面从高压侧向低压侧倾斜，并且将梳齿的顶端可以呈梯形。
70.通过设置梳齿密封结构25，能够使推力盘5与扩压器2之间形成动密封，防止压缩腔内的气体进入轴承腔和电机腔内，形成第一重密封。进一步地，推力部51与第一轴向轴承11之间的轴向间隙13内的高压气体也能够对通过梳齿密封结构25泄漏的气体起到第二重密封。此种双重密封结构能够提高压缩腔与轴承腔和电机腔的隔离效果，既能保证转子7和叶轮1运转时需要的间隙，又能防止因间隙过大导致的制冷剂泄露，有效地解决压缩机密封问题，有利于提升压缩机能效。
71.如图1所示，本发明的离心压缩机还可包括：支承部件4，与壳体3连接，用于通过径向轴承6对转子7进行支撑；和扩压器2，与壳体3连接，扩压器2沿气流方向依次包括：一级扩压器21和二级扩压器22。其中，径向轴承6包括：第一径向轴承61和第二径向轴承62，分别设在转子7的两端，且均通过一个支承部件4支承；一级扩压器21设在第一径向轴承61沿轴向的外侧，二级扩压器22设在第二径向轴承62沿轴向的外侧。
72.第一径向轴承61对应的支承部件4与壳体3一体成型，和/或第二径向轴承62对应的支承部件4与二级扩压器22一体成型。此种结构能够尽量减小装配误差，并降低装配难度。
73.其次，本发明还提供了一种空调设备，包括上述实施例的离心压缩机。由于本发明的离心压缩机既能够提高轴向轴承的使用寿命，又能减少气锤现象，并提高压缩机转子工作的稳定性，因此能够提高空调设备工作的稳定性和可靠性，并提高使用寿命。
74.以上对本发明所提供的一种离心压缩机及空调设备进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。