一种双侧两级高速离心空压机与膨胀机集成系统的制作方法

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1.本发明涉及一种双侧两级高速离心空压机与膨胀机集成系统。


背景技术：

2.目前发展新能源燃料电池汽车被认为是交通能源动力转型的重要环节，为了保障燃料电池发动机正常工作，发动机一般需要氢气供应子系统、空气供应子系统和循环水冷却管理子系统等辅助系统，大量的研究表明，高压、大流量的空气供应对提高现有燃料电池发动机的功率输出具有明显的效果。因此，一般空气进入发动机之前，要对进气进行增压，离心式空压机就是实现该目标的一种能量转换装置，是燃料电池发动机空气供应系统的重要零部件之一。
3.目前的高速离心空压机，如公开号为cn112879318a，名称为一种高速离心压缩机的专利申请，其结构主要包括壳体、定子和主轴，壳体两端内侧分别安装用于支撑主轴的一级轴承座和二级轴承座，壳体两端外侧分别安装一级扩压器和二级扩压器，主轴两端穿出一级扩压器和二级扩压器分别安装一级蜗轮和二级蜗轮，一级蜗轮和二级蜗轮外安装有一级蜗壳和二级蜗壳，一级蜗壳和二级蜗壳之间通过连接管相连，所述一级扩压器与一级轴承座之间的主轴上套设有止推盘，止推盘两侧分别设有一个止推空气轴承，所述一级轴承座和二级轴承座与主轴之间分别设有径向空气轴承。这种结构的高速离心压缩机，主要存在以下缺点：
4.(1)两级压缩装置分别设在电机的两端，通过外部的连接管进行串联，空气在一级压缩装置内压缩后，经连接管进入二级压缩装置，最后排入燃料电池系统，连接管粗大笨重，需要额外占用很大空间，同时增加了整机重量，不符合新能源汽车轻量化的理念要求；
5.(2)由于连接管较长，空气从一级压缩装置进入二级压缩装置过程中，必然会额外造成能量损失，降低压缩功率；
6.(3)一级压缩装置压缩后使空气温度升高，现在主要靠连接管对空气进行降温，然后进入二级压缩装置，但是连接管降温效果差，导致进入二级压缩装置的空气温度不断升高，形成恶性循环，经过一段时间运转，容易出现过温、报警、甚至停机等情况；
7.(4)从燃料电池排出的气体，会利用膨胀机进行降低能耗，目前所有的两级高速离心空压机与膨胀机都是分体设置的两套设备，使用时都是单独使用，集成程度低，占用空间大，目前还没有将两级高速离心空压机与膨胀机集成的技术出现。
8.综上，高速离心空压机领域的上述结构问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

9.本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种双侧两级高速离心空压机与膨胀机集成系统，解决了以往的连接管粗大笨重、占用空间、增加重量的问题，解决了以往的连接管较长导致的能量损失、降低压缩功率的问题，解决了以往的两级高速离心空压机与膨胀机分体设置、集成程度低的问题。
10.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
11.一种双侧两级高速离心空压机与膨胀机集成系统，包括电机壳体、定子和主轴，电机壳体两端内侧分别安装用于支撑主轴的一级轴承座和二级轴承座，电机壳体两端外侧分别安装一级扩压器和二级扩压器，主轴一端穿出一级扩压器安装有一级压缩装置，主轴另一端穿出二级扩压器安装有二级压缩装置，一级压缩装置和二级压缩装置通过设在电机壳体内部的输气通道相连通，主轴另一端穿出二级压缩装置安装有膨胀机。
12.所述一级压缩装置包括安装在主轴上的一级蜗轮，一级蜗轮外侧设有与电机壳体相连的一级蜗壳，一级蜗壳上设有一级进气口，一级蜗壳内设有一级进气腔，一级蜗壳内还设有与一级进气腔相连通的一级出气弯道，一级出气弯道与输气通道相连通。
13.所述二级压缩装置包括安装在主轴上的二级蜗轮，二级蜗轮外侧设有与电机壳体相连的二级蜗壳，二级蜗壳上设有二级出气口，二级蜗壳内设有相连通的二级进气腔和二级蜗道，二级蜗道与二级出气口相连通，二级进气腔与设在二级蜗壳内的二级进气弯道相连通，二级进气弯道与输气通道相连通。
14.所述二级蜗壳内位于二级进气弯道与二级蜗道之间设有中间冷却水道，二级蜗壳上设有与中间冷却水道相连通的进水口和排水口。
15.所述膨胀机包括安装在主轴上的膨胀叶轮，膨胀叶轮外侧设有与二级蜗壳相连的膨胀机外壳，膨胀机外壳内部设有膨胀蜗道，膨胀机外壳上设有膨胀进气口和膨胀出气口。
16.所述一级扩压器与一级轴承座之间的主轴上安装有止推盘，止推盘两侧分别设有一个止推空气轴承。
17.所述一级轴承座和二级轴承座与主轴之间分别设有径向空气轴承。
18.所述电机壳体内设有电机冷却水道。
19.所述二级蜗轮与一级蜗轮的安装方向相反。
20.所述二级蜗轮与一级蜗轮的安装方向相同。
21.本发明采用上述方案，具有以下优点：
22.(1)一级压缩装置和二级压缩装置设在电机的两端，通过内部的输气通道连通串联，空气在一级压缩装置内压缩后，在内部直接进入二级压缩装置，最后排入燃料电池系统，取消了以往的连接管，减小了体积，减轻了整机重量，符合新能源汽车轻量化的理念要求；
23.(2)一级压缩装置增压后的空气经一级出气弯道、输气通道、二级进气弯道直接进入二级压缩装置，传输距离短，降低了传输过程中的能量损失，提高了压缩功率；
24.(3)电机壳体内的电机冷却水道既可对电机进行降温，又可对输气通道内的空气进行一次降温，设在二级蜗壳内位于二级进气弯道与二级蜗道之间的中间冷却水道，可快速对二级压缩装置排出的空气再次进行降温，降温效果好，形成良性循环，避免出现过温、报警、停机等情况，保证了燃料电池系统的正常工作；
25.(4)将一级压缩装置、二级压缩装置与膨胀机集成于一体，通过一台电机同时驱动运转，集成程度高，占用空间小，膨胀机运转时还可给电机提供助力，降低电机功率，达到节能降耗目的。
附图说明：
26.图1为本发明实施例1的结构示意图。
27.图2为本发明实施例2的结构示意图。
28.图中，1、电机壳体，2、定子，3、主轴，4、一级轴承座，5、二级轴承座，6、一级扩压器，7、二级扩压器，8、输气通道，9、一级蜗轮，10、一级蜗壳，11、一级进气口，12、一级进气腔，13、一级出气弯道，14、二级蜗轮，15、二级蜗壳，16、二级出气口，17、二级进气腔，18、二级蜗道，19、二级进气弯道，20、中间冷却水道，21、膨胀叶轮，22、膨胀机外壳，23、膨胀蜗道，24、膨胀进气口，25、膨胀出气口，26、止推盘，27、止推空气轴承，28、径向空气轴承，29、电机冷却水道。
具体实施方式：
29.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
30.如图1-2所示，一种双侧两级高速离心空压机与膨胀机集成系统，包括电机壳体1、定子2和主轴3，电机壳体1两端内侧分别安装用于支撑主轴3的一级轴承座4和二级轴承座5，电机壳体1两端外侧分别安装一级扩压器6和二级扩压器7，主轴3一端穿出一级扩压器6安装有一级压缩装置，主轴3另一端穿出二级扩压器7安装有二级压缩装置，一级压缩装置和二级压缩装置通过设在电机壳体1内部的输气通道8相连通，空气在一级压缩装置内压缩后，在内部直接进入二级压缩装置，最后排入燃料电池系统，取消了以往的连接管，减小了体积，减轻了整机重量；主轴3另一端穿出二级压缩装置安装有膨胀机，集成程度高，占用空间小，膨胀机运转时还可给电机提供助力，降低电机功率，达到节能降耗目的。
31.所述一级压缩装置包括安装在主轴3上的一级蜗轮9，一级蜗轮9外侧设有与电机壳体1相连的一级蜗壳10，一级蜗壳10上设有一级进气口11，一级蜗壳10内设有一级进气腔12，一级蜗壳10内还设有与一级进气腔12相连通的一级出气弯道13，一级出气弯道13与输气通道8相连通。
32.所述二级压缩装置包括安装在主轴3上的二级蜗轮14，二级蜗轮14外侧设有与电机壳体1相连的二级蜗壳15，二级蜗壳15上设有二级出气口16，二级蜗壳15内设有相连通的二级进气腔17和二级蜗道18，二级蜗道18与二级出气口16相连通，二级进气腔17与设在二级蜗壳15内的二级进气弯道19相连通，二级进气弯道19与输气通道8相连通。
33.所述二级蜗壳15内位于二级进气弯道19与二级蜗道18之间设有中间冷却水道20，可快速对二级压缩装置排出的空气再次进行降温，降温效果好，形成良性循环，避免出现过温、报警、停机等情况，保证了燃料电池系统的正常工作，二级蜗壳15上设有与中间冷却水道20相连通的进水口和排水口。
34.所述膨胀机包括安装在主轴3上的膨胀叶轮21，膨胀叶轮21外侧设有与二级蜗壳15相连的膨胀机外壳22，膨胀机外壳22内部设有膨胀蜗道23，膨胀机外壳22上设有膨胀进气口24和膨胀出气口25。
35.所述一级扩压器6与一级轴承座4之间的主轴3上安装有止推盘26，止推盘26两侧分别设有一个止推空气轴承27。
36.所述一级轴承座4和二级轴承座5与主轴3之间分别设有径向空气轴承28。
37.所述电机壳体1内设有电机冷却水道29，既可对电机进行降温，又可对输气通道8内的空气进行一次降温。
38.本发明实施例1中，所述二级蜗轮14与一级蜗轮9的安装方向相反。
39.本发明实施例2中，所述二级蜗轮14与一级蜗轮9的安装方向相同。
40.主轴3的一端安装一级压缩装置和止推盘26，另一端安装二级压缩装置和膨胀机，这样可保持主轴3两端重量平衡，提高工作时的稳定性。
41.工作原理：
42.工作时，电机的主轴3带动二级蜗轮14和一级蜗轮9同步旋转，空气从一级进气口11进入一级进气腔12，经一级蜗轮9进行一级增压后，进入一级出气弯道13，然后经输气通道8进入二级进气弯道19，再经二级进气弯道19进入二级进气腔17，传输距离短，降低了传输过程中的能量损失，提高了压缩功率，经二级蜗轮14进行二级增压后，进入二级蜗道18，最后从二级出气口16排出至燃料电池系统，为燃料电池系统提供足够压力的空气供应；燃料电池系统内部反应后排出的空气进入膨胀进气口24，然后进入膨胀蜗道23，空气在膨胀蜗道23内推动膨胀蜗轮21旋转，给电机提供助力，空气最后从膨胀出气口25排出进行后续再利用。
43.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
44.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。