一种离心压缩机内部冷却结构

本申请属于压缩机械，特别是涉及一种离心压缩机内部冷却结构。

背景技术：

1、离心式空压机为了提高输出空气的压力和流量，往往采用超高转速(60000rpm以上)的方式来实现高压比和大流量。在离心压缩机进行高速旋转的时候，定子的通电运行和主轴的高速旋转会产生大量的热量，如果不能及时散热则会影响整个压缩机系统的运行，对于主轴来说，温度过高会引起热变形，严重时甚至会导致主轴退磁，从而在运行时出现振动情况；对于电机来说，温度升高不利于电动转化效率，增加电能损耗。为了保证电机定子和转子能在一个较低的温度下运行，一个内部冷却结构是非常必要的。

2、离心压缩机一般从一级出口处引气来冷却电机和壳体，而一级出口的气体压力高、温度高，用来冷却壳体不仅冷却效果差，而且对压缩机气量损耗大。除此之外，引出的气量也需要随工况变化进行调节。如果引出气过多，会导致一级出口压力降低，离心机输出气量不足，效率降低等恶劣影响；如果引出气量过少，则达不到令人满意的冷却效果，影响运行稳定。所以，一个可以根据离心压缩机运行工况来调节冷却气量的装置十分必要。

3、离心压缩机具有高转速，无油等特性，所以叶轮在高速旋转时往往会从轮背处泄漏大量气体从而减小整个压缩机的输出流量和整机效率。目前主要采用的密封方法为在轮背处设置迷宫密封来限制气体通过，但由于轮背处的压差较大，迷宫密封无法做到令人满意的密封效果。所以需要控制调节壳体内的压力降低轮背处的压差减小泄漏。

4、离心压缩机的轴承一般采用气浮轴承，包括一对径向轴承和一对止推轴承。转子在高速旋转时是通过止推盘和止推轴承之间形成的气膜来维持平衡的。如果转子在高速旋转过程中所产生的轴向力过大，止推盘会磨损止推轴承的润滑面，严重影响止推轴承的寿命。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、基于离心压缩机的轴承一般采用气浮轴承，包括一对径向轴承和一对止推轴承。转子在高速旋转时是通过止推盘和止推轴承之间形成的气膜来维持平衡的。如果转子在高速旋转过程中所产生的轴向力过大，止推盘会磨损止推轴承的润滑面，严重影响止推轴承的寿命，同时轮背泄漏量较大的问题，本申请提供了一种离心压缩机内部冷却结构。

3、2.技术方案

4、为了达到上述的目的，本申请提供了一种离心压缩机内部冷却结构，所述离心压缩机包括扩压器，包括水冷组件和气体冷却组件，所述水冷组件包括水流通道，所述水流通道包括水流进口和水流出口，所述水流通道设置于壳体上；所述气体冷却组件包括气体通道，所述气体通道设置于所述壳体内；所述水冷组件能够对所述气体冷却组件进行冷却，所述气体冷却组件能够对主轴和电机进行冷却；所述水流通道包括依次连通的轴向进气通道一端、均压槽和轴向回气通道一端，所述轴向进气通道另一端设置有引流孔，所述引流孔设置于所述扩压器上，所述轴向回气通道包括回气孔，所述回气孔设置于所述轴向回气通道另一端，所述回气孔设置于所述壳体上，所述壳体上还设置有排气孔；所述轴向进气通道上设置有阀门，所述排气孔内设置有传感器，所述传感器与所述阀门连接。

5、本申请提供的另一种实施方式为：所述水流通道为螺旋回路或者“s”型回路。

6、本申请提供的另一种实施方式为：所述轴向进气通道、所述螺旋回路与所述轴向回气通道依次排列。

7、本申请提供的另一种实施方式为：所述扩压器包括叶片扩压器和无叶扩压器，所述引流孔设置于所述叶片扩压器叶片前端或者尾端，其位置根据轴向力和扩压器效率确定；所述引流孔设置于所述无叶扩压器的具体位置根据轴向力确定。

8、本申请提供的另一种实施方式为：所述排气孔设置于所述壳体上一侧，所述回气孔设置于所述壳体上另一侧。

9、3.有益效果

10、与现有技术相比，本申请提供的离心压缩机内部冷却结构及其设计方法的有益效果在于：

11、本申请提供的离心压缩机内部冷却结构，通过将扩压器的高压气体引入壳体，利用外界环境和水冷装置将气体进行双程冷却，之后再将其引入壳体内部，实现对主轴和电机的依次冷却，及时排出电机和主轴所产生的热量，避免主轴在高速旋转的情况下因高温产生热弯曲和热退磁，提高了空压机的稳定性和整体性能。

12、本申请提供的离心压缩机内部冷却结构，可通过调整冷却气引流孔的位置来调节轮背压力，调节轴向力大小、减小对做功的损耗，并且通过冷却气的引入可以控制壳体内的压力，减小叶轮旋转时的轮背泄漏，减小压缩机的轴向力。

13、本申请提供的离心压缩机内部冷却结构，通过控制冷却气流量大小在保证冷却效果的同时最小程度地降低气体消耗。

14、本申请提供的离心压缩机内部冷却结构，整个冷却系统维持了压气机的外观整洁，没有多余管道。

技术特征：

1.一种离心压缩机内部冷却结构，所述离心压缩机包括扩压器，其特征在于：包括水冷组件和气体冷却组件，所述水冷组件包括水流通道，所述水流通道包括水流进口和水流出口，所述水流通道设置于壳体上；所述气体冷却组件包括气体通道，所述气体通道设置于所述壳体内；所述水冷组件能够对所述气体冷却组件进行冷却，所述气体冷却组件能够对主轴和电机进行冷却；所述水流通道包括依次连通的轴向进气通道一端、均压槽和轴向回气通道一端，所述轴向进气通道另一端设置有引流孔，所述引流孔设置于所述扩压器上，所述轴向回气通道包括回气孔，所述回气孔设置于所述轴向回气通道另一端，所述回气孔设置于所述壳体上，所述壳体上还设置有排气孔；所述轴向进气通道上设置有阀门，所述排气孔内设置有传感器，所述传感器与所述阀门连接。

2.如权利要求1所述的离心压缩机内部冷却结构，其特征在于：所述水流通道为螺旋回路或者“s”型回路。

3.如权利要求2所述的离心压缩机内部冷却结构，其特征在于：所述轴向进气通道、所述螺旋回路与所述轴向回气通道依次排列。

4.如权利要求1所述的离心压缩机内部冷却结构，其特征在于：所述扩压器包括叶片扩压器和无叶扩压器，所述引流孔设置于所述叶片扩压器叶片前端或者尾端。

5.如权利要求1～4中任一项所述的离心压缩机内部冷却结构，其特征在于：所述排气孔设置于所述壳体上一侧，所述回气孔设置于所述壳体上另一侧。

技术总结
本申请属于压缩机械技术领域，特别是涉及一种离心压缩机内部冷却结构及其设计方法。如果转子在高速旋转过程中所产生的轴向力过大，严重影响止推轴承的寿命，同时轮背泄漏量较大。本申请提供了一种离心压缩机内部冷却结构，所述离心压缩机包括扩压器，包括水冷组件和气体冷却组件，水冷组件包括水流通道，水流通道包括水流进口和水流出口，水流通道设置于壳体上；气体冷却组件包括气体通道，气体通道设置于所述壳体内；水冷组件能够对气体冷却组件进行冷却，气体冷却组件能够对主轴和电机进行冷却。及时排出电机和主轴所产生的热量，避免主轴在高速旋转的情况下因高温产生热弯曲和热退磁，提高了空压机的稳定性和整体性能。

技术研发人员：陈双涛,郭燚,杨潇翎,张蓓乐,张泽,陈良,侯予
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：20230213
技术公布日：2024/1/13