一种气悬浮离心压缩机及其供气系统的制作方法

1.本发明涉及制冷空调技术领域，特别是中央空调主机压缩机领域，具体为一种气悬浮离心压缩机及其供气系统。


背景技术：

2.目前在大型中央空调制冷领域多采用油润滑和齿轮增速的大型离心压缩机主机，在中小型中央空调领域则多采用涡旋机和螺杆机，特别是在10rt～200rt范围，诸如在数据中心冷却空调、建筑环境中央空调、工厂医院洁净空气系统等，据统计近年来在中央空调领域采用涡旋机的模块机占据中央空调市场接近50％的份额，螺杆机、离心机分别占据约6％的份额。近年来随着磁悬浮技术的发展，以丹佛斯、美的、格力等为主逐步推出了用于中央空调领域的磁悬浮压缩机，其主流覆盖范围在100rt～300rt，逐步在大型商用空调领域特别是改造市场，取代一部分螺杆机和涡旋模块机。
3.大型油润滑离心压缩机小型化会面对两个困难，一是压缩机小型化后设计转速会急剧升高，叶轮摩擦损失、密封漏气损失等会显著增加，导致小型离心压缩机效率明显下降；二是随着压缩机转速升高到20000～40000r/min，大型离心机常用的油润滑多油楔轴承难以承受，而且此时转子尺寸和轴承尺寸也会随之减小，滚珠轴承和可倾瓦轴承也受到转速、尺寸的限制。所以在目前市场上中央空调领域特别是中小型中央空调领域涡旋机、螺杆机占据主流。但是涡旋机、螺杆机作为容积式压缩机，其效率受限，且需要油润滑和冷却，噪音高，维护复杂。
4.传统的油轴承离心压缩机小型化后难以使用油润滑轴承以及开式叶轮泄露损失大的问题；二是采用螺杆机、涡旋机的小型中央空调无法避免油系统，且效率和噪声指标难以适应人居工况要求；
5.因此，需要一种外置供气的静压气悬浮离心式制冷压缩机，以实现洁净无油、低振低噪、高效节能的功能。


技术实现要素：

6.本发明的目的就在于为了解决传统的油轴承离心压缩机小型化后难以使用油润滑轴承以及开式叶轮泄露损失大以及采用螺杆机、涡旋机的小型中央空调无法避免油系统以及效率低和噪声大的问题，而提出一种气悬浮离心压缩机及其供气系统。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.第一方面，本发明实施例一种气悬浮离心压缩机，包括电机壳体，电机壳体的一端通过一级径向轴承座安装有一级压缩机，电机壳体的另一端通过二级复合轴承座安装有二级压缩机；电机壳体的底部设置有电机壳体冷却进液口，所述一级压缩机包括一级进气隔板、一级蜗壳、一级叶轮、前侧板和一级轴端密封，前侧板的一端设置在一级径向轴承座上，前侧板的另一端安装有一级蜗壳，前侧板的内部安装有一级轴端密封；一级蜗壳的内部通过螺栓安装有一级进气隔板，一级进气隔板的内部与一级轴端密封之间安装有一级叶轮；
一级径向轴承座的内部安装有一级气悬浮径向轴承；一级径向轴承座的底部设置有径向轴承座引气口；
9.所述二级压缩机包括二级叶轮、二级蜗壳、二级进气隔板、二级轴端密封和后侧板，后侧板的一端设置在二级径向轴承座上，后侧板的另一端安装有二级蜗壳，后侧板的内部安装有二级轴端密封；二级蜗壳的内部通过螺栓安装有二级进气隔板，二级进气隔板的内部与二级轴端密封之间安装有二级叶轮；二级径向轴承座的内部安装有二级气悬浮复合轴承；二级径向轴承座的底部设置有复合轴承座引气口。
10.作为本发明第一方面的一种优选实施方式，所述一级进气隔板的内部设置有一级进气隔板阶梯齿，二级进气隔板的内部设置有二级进气隔板阶梯齿；
11.所述一级叶轮包括一级叶轮轮盖，一级叶轮轮盖的一侧设置有一级叶轮轮背凸台和一级叶轮轮背销孔，一级叶轮轮盖上设置有一级叶轮叶片；
12.所述二级叶轮包括二级叶轮轮盖，二级叶轮轮盖的一侧设置有二级叶轮轮背凸台和二级叶轮轮背销孔，二级叶轮轮盖上设置有二级叶轮叶片。
13.作为本发明第一方面的一种优选实施方式，所述一级气悬浮径向轴承的外环面中部开设有环形槽一，所述一级气悬浮径向轴承的外侧环面设置有多个橡胶圈一；一级气悬浮径向轴承上位于环形槽一的底部设置有t型节流孔；环形槽一与一级径向轴承座上设置的径向轴承座引气口联通，用于外部进气通道；
14.所述二级气悬浮复合轴承的外环面中部开设有环形槽二，环形槽二与二级复合轴承座上设置的复合轴承座引气口联通，用于外部进气通道；所述二级气悬浮复合轴承的两侧端面均开设有45
°
斜置的t型节流器一，用于给两侧推力面供气；二级气悬浮复合轴承内圈中间设置一列t型节流器二，用于内环支撑面供气；二级气悬浮复合轴承的外侧环面设置有多个橡胶圈二；二级气悬浮复合轴承的两侧设置有复合轴承推力面；二级气悬浮复合轴承的内部设置有复合轴承支撑面。
15.第二方面，本发明实施例提供一种气悬浮离心压缩机的供气系统，所述气悬浮离心压缩机与供气冷却子系统连接；所述供气冷却子系统包括蒸发器、节流元件、冷凝单元和供气单元；
16.所述蒸发器通过回气管道与气悬浮离心压缩机贯通连接；蒸发器的一端通过连接管与一级压缩机连接；蒸发器的另一端通过连接管与节流元件的一端连接，节流元件的另一端通过连接管与冷凝单元的出口连接；冷凝单元的出口还分别通过连接管与工质泵的一端连接，冷凝单元的进口通过连接管与止回阀的一端连接，止回阀的另一端通过连接管与二级压缩机连接；
17.所述供气单元包括工质泵、单向阀、供气罐和节流阀；工质泵的另一端通过连接管与单向阀的一端连接，单向阀的另一端分别通过管道与供气罐和节流阀的一端连接，节流阀的另一端通过电机冷却供液管道与气悬浮离心压缩机连接；供气罐的另一端通过气悬浮轴承供气管道分别与一级压缩机和二级压缩机连接。
18.作为本发明第二方面的一种优选实施方式，所述气悬浮轴承供气管道上安装有电磁阀，供气罐的内部安装有气液分离器、电加热器和液位计，供气罐上安装有压力传感器，冷凝单元为冷凝器或储液罐。
19.作为本发明第二方面的一种优选实施方式，所述供气冷却子系统还包括数据采集
模块和控制执行模块；数据采集模块用于采集压力传感器和液位计检测的检测数据并将其发送至服务器；控制执行模块用于接收服务器发送的控制指令并根据控制指令控制工质泵、电加热器、节流阀、电磁阀以及蒸发器工作。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明气悬浮离心压缩机包括两级压缩机和永磁电机；两级压缩机采用水平对置布置并分别安装在永磁电机轴左右两边的伸出端上，通过静压气悬浮径向轴承支撑转子的转动以及静压气悬浮双端面轴向轴承平衡转子的轴向力，静压径向轴承和静压轴向轴承均采用高压气体作为润滑介质，具有效率高和噪声低的特点；二级气悬浮复合轴承采用径向
‑
双端面推力一体结构，减少一个轴承数量。
附图说明
21.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
22.图1为本发明气悬浮离心压缩机的结构剖视图；
23.图2为本发明一级进气隔板的结构剖视图；
24.图3为本发明二级进气隔板的结构剖视图；
25.图4为本发明一级叶轮的结构剖视图；
26.图5为本发明二级叶轮的结构剖视图；
27.图6为本发明一级气悬浮径向轴承的结构剖视图；
28.图7为本发明二级气悬浮复合轴承的结构剖视图；
29.图8为本发明气悬浮离心压缩机的供气系统原理框图。
30.图9为本发明服务器原理框图。
具体实施方式
31.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例1：
33.请参阅图1
‑
7所示，一种气悬浮离心压缩机，包括两级压缩机和永磁电机；两级压缩机采用水平对置布置，分别安装在永磁电机轴左右两边的伸出端上；
34.永磁电机包括电机壳体17、一级径向轴承座11和二级径向轴承座13，电机壳体17的一端通过一级径向轴承座11安装有一级压缩机，电机壳体17的另一端通过二级径向轴承座13安装有二级压缩机；永磁电机采用静压气悬浮径向轴承支撑转子的转动，采用静压气悬浮双端面轴向轴承平衡转子的轴向力，静压径向轴承和静压轴向轴承均采用高压气体作为润滑介质；两级压缩机采用等压比设计，即一级压缩机的压比π1等于二级压缩机的压比π2；电机壳体17为筒状；
35.电机壳体17的底部设置有电机壳体冷却进液口15，一级压缩机包括一级进气隔板1、一级蜗壳2、一级叶轮3、前侧板4和一级轴端密封5，前侧板4的一端设置在一级径向轴承座11上，前侧板4的另一端安装有一级蜗壳2，前侧板4的内部安装有一级轴端密封5；一级蜗壳2的内部通过螺栓安装有一级进气隔板1，一级进气隔板1的内部与一级轴端密封5之间安
装有一级叶轮3；一级径向轴承座11的内部安装有一级气悬浮径向轴承18；一级径向轴承座11的底部设置有径向轴承座引气口12；一级叶轮3包括一级叶轮轮盖23，一级叶轮轮盖23的一侧设置有一级叶轮轮背凸台24和一级叶轮轮背销孔26，一级叶轮轮盖23上设置有一级叶轮叶片25，一级叶轮3固定于电机转子的左端，并通过一级叶轮轮背凸台24进行定位；
36.二级压缩机包括二级叶轮8、二级蜗壳7、二级进气隔板6、二级轴端密封10和后侧板9，后侧板9的一端设置在二级径向轴承座13上，后侧板9的另一端安装有二级蜗壳7，后侧板9的内部安装有二级轴端密封10；二级蜗壳7的内部通过螺栓安装有二级进气隔板6，二级进气隔板6的内部与二级轴端密封10之间安装有二级叶轮8；二级径向轴承座13的内部安装有二级气悬浮复合轴承19；二级径向轴承座13的底部设置有复合轴承座引气口14；二级叶轮8包括二级叶轮轮盖27，二级叶轮轮盖27的一侧设置有二级叶轮轮背凸台28和二级叶轮轮背销孔29，二级叶轮轮盖27上设置有二级叶轮叶片30；二级叶轮8固定于电机转子的右端，并通过二级叶轮轮背凸台28进行定位；
37.一级叶轮3和二级叶轮8均为闭式叶轮；叶轮的轮盖进口处设置四个等高度阶梯型凸台；所述叶轮的叶片为长短叶片，短叶片位于长叶片中间；叶轮轮背底部环面设置一个销孔，保证叶轮与轴周向位置不变；
38.一级进气隔板1和二级进气隔板6在与叶轮轮盖最近处设置三颗阶梯型布置的密封齿；一级进气隔板1密封齿与一级叶轮3顶部阶梯型凸台的最小间隙为0.05～0.1mm；二级进气隔板6阶梯型密封齿与二级叶轮8顶部阶梯型凸台的最小间隙为0.05～0.1mm；
39.一级进气隔板1的内部设置有一级进气隔板阶梯齿21，二级进气隔板6的内部设置有二级进气隔板阶梯齿22；
40.一级叶轮3和二级叶轮8在轮盘背部均设置有叶轮轮背凸台，叶轮轮背凸台为环形凸台，环形凸台内外径与叶轮出口半径之比在0.8～0.9之间，环形凸台高度与叶轮出口高度之比在0.06～0.1之间，环形凸台的厚度在1～1.5mm之间；
41.一级气悬浮径向轴承18的外环面中部开设有环形槽一31，一级气悬浮径向轴承18的外侧环面设置有多个橡胶圈一32；一级气悬浮径向轴承18上位于环形槽一31的底部设置有t型节流孔33；环形槽一31与一级径向轴承座11上设置的径向轴承座引气口12联通，用于外部进气通道；一级气悬浮径向轴承18设置t型节流孔33作为节流器，节流器轴向设置一列；
42.二级气悬浮复合轴承19的外环面中部开设有环形槽二38，环形槽二38与二级径向轴承座13上设置的复合轴承座引气口14联通，用于外部进气通道；二级气悬浮复合轴承19的两侧端面均开设有45
°
斜置的t型节流器一37，用于给两侧推力面供气；二级气悬浮复合轴承内圈中间设置一列t型节流器二36，用于内环支撑面供气；二级气悬浮复合轴承19的外侧环面设置有多个橡胶圈二39；二级气悬浮复合轴承19的两侧设置有复合轴承推力面34；二级气悬浮复合轴承19的内部设置有复合轴承支撑面35；二级气悬浮复合轴承19采用径向
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双端面推力一体结构，减少一个轴承数量；
43.一级气悬浮径向轴承18固定在一级径向轴承座11的内侧，一级径向轴承座11水平方向开有一个径向通孔，通孔直径为5～6mm；二级气悬浮复合轴承19固定在二级径向轴承座13的内侧，二级径向轴承座13沿水平方向开有一个径向通孔，通孔直径5～6mm；一级轴端密封和二级轴端密封采用迷宫密封，密封齿与轴的间隙为0.05～0.1mm；
44.一级气悬浮径向轴承18和二级气悬浮复合轴承19都是采用气体工质作为润滑剂的多孔节流型静压气悬浮轴承；气悬浮轴承外侧环面都设置多个橡胶圈(橡胶圈一和橡胶圈二)，橡胶圈起密封和减振作用；
45.请参阅图8所示，一种气悬浮离心压缩机的供气系统，外置式供气系统；包括供气冷却子系统，供气冷却子系统包括蒸发器49、节流元件50、冷凝单元51和供气单元；冷凝单元51为冷凝器或储液罐；冷凝单元51与二级压缩机排气联通，供气罐43进口与工质泵41出口联通，工质泵41进口与冷凝器51底部联通；
46.气悬浮离心压缩机与供气冷却子系统连接；蒸发器49通过回气管道54与气悬浮离心压缩机贯通连接；蒸发器49的一端通过连接管与一级压缩机连接；蒸发器49的另一端通过连接管与节流元件50的一端连接，节流元件50的另一端通过连接管与冷凝单元51的出口连接；冷凝单元51的出口还分别通过连接管与工质泵41的一端连接，冷凝单元51的进口通过连接管与止回阀56的一端连接，止回阀56的另一端通过连接管与二级压缩机连接；
47.供气单元包括工质泵41、单向阀42、供气罐43和节流阀48；工质泵41的另一端通过连接管与单向阀42的一端连接，单向阀42的另一端分别通过管道与供气罐43和节流阀48的一端连接，节流阀48的另一端通过电机冷却供液管道55与气悬浮离心压缩机连接；供气罐43的另一端通过气悬浮轴承供气管道52分别与一级压缩机和二级压缩机连接。气悬浮轴承供气管道52上安装有电磁阀53，供气罐43的内部安装有气液分离器44、电加热器45和液位计46，供气罐43上安装有压力传感器47，工质泵41为齿轮泵或磁力泵；工质泵41根据液位计46测量的液位与设定的液位差值进行控制；电加热器45根据压力传感器47测量的压力与设定压力差值控制启停；供气罐43上设置气液分离器44，防止轴承供气携带液滴；工质泵41后分出一路液体经过节流阀48后引入电机内部进行冷却；节流阀48可选用电子膨胀阀，开度根据电机绕组温度和设定范围的差值进行控制。
48.实施例2：
49.供气冷却子系统还包括数据采集模块、设备采集模块和控制执行模块；
50.数据采集模块采集压力传感器47和液位计46检测的检测数据并将其发送至服务器；
51.设备采集模块采集气悬浮离心压缩机的设备数据并将其发送至服务器内；其中设备数据包括压力传感器47、液位计46、工质泵41、电加热器45、节流阀48、电磁阀53以及蒸发器49的工作参数；工作参数包括运行电流、电压、温度、状态等数据；
52.控制执行模块用于接收服务器发送的控制指令并根据控制指令控制工质泵41、电加热器45、节流阀48、电磁阀53以及蒸发器49工作；
53.请参阅图9所示，服务器内包括数据库、可视化模块、注册登录模块和预警分析模块；
54.注册登录模块用于气悬浮离心压缩机负责人员通过智能终端提交注册信息进行注册并将注册成功的注册信息发送至数据库，同时将注册成功的使用者标记为注册用户以及注册用户通过智能终端登录并访问可视化模块；其中，注册信息包括注册用户的入职时刻、姓名、身份证号、职位、维修设备的名称、手机号和年龄等；
55.数据库用于存储检测数据和设备数据以及注册信息；
56.可视化模块用于获取数据库内的检测数据和设备数据并生成可视化数据图表以
显示给注册用户，具体显示过程为：
57.获取注册用户的用户参数，用户参数包括入职时刻和职位；将入职时刻与当前时刻进行时刻差计算得到注册用户的在职时长；获取注册用户的在职时长的所有职位的名称；设定所有职位的名称均对应一个预设职位时长系数；将注册用户的在职时长分割成不同职位的职位时长；将所有的职位时长成功以对应的预设时长系数并求和取其均值得到职时均值；
58.将可视化数据图表的数据设置若干个访问等级；每个访问等级对应一个时长均值范围；将注册用户的职时均值与所有的时长均值范围进行匹配以得到注册用户的访问等级；可视化模块显示访问等级对应的可视化数据图表的数据；
59.预警分析模块用于对设备数据进行分析预警，具体步骤为：获取设备参数对应的设备参数阈值；将设备数据中的工作参数与设备参数阈值进行比对；
60.当工作参数大于设备参数阈值时，生成设备对应的控制信令；设备为压力传感器47、液位计46、工质泵41、电加热器45、节流阀48、电磁阀53以及蒸发器49中的一种，匹配设备与维修设备的名称一致的注册用户并标记为初选用户，获取初选用户的手机号、入职时刻和年龄并标记为匹配信息；其中，控制信令包括设备的名称以及对应的初选用户的匹配信息；
61.控制执行模块接收到控制指令后，控制设备名称对应的设备进行停止工作；同时向初选用户的智能终端发送位置获取指令以获取初选用户的当前位置和执行状态，其中，执行状态为空闲和忙碌；将执行状态为空闲的初选用户标记为优选用户，当执行状态为忙碌时，初选用户的当月忙碌总次数增加一次；
62.将接收到设备名称对应的设备标记为维护设备；
63.将优选用户的当前位置与维护设备的位置进行距离计算得到设备维护间距并标记为gs1；
64.将优选用户的当月忙碌总次数和维及值标记为gs2和gs3；再将设备维护间距、当月忙碌总次数和维及值进行归一化处理并取三者归一化处理后的数值，将三者数值代入公式fz＝gs3
×
db3/(gs1
×
db1 gs2
×
db2 1)得到优选用户的发维值fz；其中，db1、db2、db3均为预设权重系数；取值分别为0.3、0.6、2.3；将发维值fz最大的优选用户标记为选中用户；向选中用户的智能终端发送维护设备的维修提示信令；其中维修提示信令包括维护设备的名称、位置；
65.选中用户通过智能终端接收到维修提示信令后，到达维护设备的位置与控制执行模块进行验证，验证通过后，对维护设备进行维护、查看、维修等操作；
66.控制执行模块将发送维护提示信令的时刻与选中用户验证通过的时刻进行时刻差计算得到到达时长；
67.将到达时长标记为td1；利用公式tw＝10/[2(td1)2‑
1.2]得到选中用户的单次维值tw；
[0068]
将选中用户的所有单次维值进行求和并取均值得到维均值并标记为xd；将选中用户所有单次维值的数量标记为xm；利用公式gs3＝xd
×
0.7 xm
×
0.3得到选中用户的维及值gs3；
[0069]
通过控制执行模块结合设备维护间距、当月忙碌总次数和维及值并进行归一化处
理得到发维值，通过发维值合理选取对应的选中用户，以便于合理的选取对应人员及时对气悬浮离心压缩机的故障的设备零部件进行维护查看等操作。
[0070]
本发明在使用时，气悬浮离心压缩机包括两级压缩机和永磁电机；两级压缩机采用水平对置布置并分别安装在永磁电机轴左右两边的伸出端上，通过静压气悬浮径向轴承支撑转子的转动以及静压气悬浮双端面轴向轴承平衡转子的轴向力，静压径向轴承和静压轴向轴承均采用高压气体作为润滑介质，具有效率高和噪声低的特点；二级气悬浮复合轴承19采用径向
‑
双端面推力一体结构，减少一个轴承数量；气悬浮轴承外侧环面都设置多个橡胶圈，通过橡胶圈起密封和减振作用。
[0071]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。