一種水冷式三級壓縮無油渦旋空氣壓縮機的製作方法

2023-05-10 13:57:46

本發明涉及高壓型無油渦旋空壓機技術領域，尤其是一種水冷式三級壓縮無油渦旋空氣壓縮機。

背景技術：

目前中國大氣汙染嚴重，新能源汽車產業快速崛起，需求低噪音的無油制動壓縮機成為剛性的需求，無油渦旋壓縮機的低噪音和無油化雖然受業內普遍看好，但是，現有單級壓縮的無油渦旋空壓機壽命短、故障率高，特別是無法滿足1.0-1.2mpa壓力的產氣標準，目前最高產品標識排氣壓為0.85mpa，實際上為如此高的工作壓力，產品壽命基本在1.5-2年內將出現大面積的維修局面。

技術實現要素：

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種水冷式三級壓縮無油渦旋空氣壓縮機，從而解決了現有無油渦旋壓縮機的實際問題,大大提高了工作可靠性,降低成產成本。

本發明所採用的技術方案如下：

一種水冷式三級壓縮無油渦旋空氣壓縮機，包括主軸，所述主軸的中部安裝有轉子，所述轉子的外部安裝有定子，所述主軸的兩端分別通過第一主軸軸承和第二主軸軸承支撐安裝在水冷電機內殼內，所述水冷電機內殼的外部為水冷電機外殼；所述主軸的兩端分別固定安裝有初級平衡塊和二級平衡塊，位於初級平衡塊處的主軸上通過初級動盤軸承安裝有初級動盤，所述初級動盤的外側配合安裝初級定盤，所述初級動盤與初級定盤之間形成空氣壓縮；位於二級平衡塊處的主軸上通過二級動盤軸承安裝二級動盤，所述二級動盤的外部配合安裝二級定盤，所述二級定盤通過二級定盤軸承支撐，所述二級動盤與二級定盤之間形成空氣壓縮。

其進一步技術方案在於

所述初級動盤與初級定盤之間屬於兩級壓縮；

所述二級動盤與二級定盤之間是單級壓縮。

初級定盤和二級定盤的外部均安裝有水密封蓋。

所述第一主軸承和第二主軸承的外部均安裝有軸封軸承蓋。

初級定盤的結構為：機殼，所述機殼成方形結構，所述機殼的四個角處分別設置有固定螺孔和偏心小軸軸承孔，所述機殼上設置有一級定盤螺線和二級定盤螺線，一級定盤螺線和二級定盤螺線的外部設置有密封槽，所述機殼的一端設置有大氣進氣口，在一級定盤螺線和二級定盤螺線的入口處分別設置有一級排氣口和二級吸氣口，二級定盤螺線的尾部設置有二級排氣口；所述機殼的後部設置有冷卻水道，所述機殼上還設置有冷卻水導流孔。

一級排氣口、二級吸氣口和二級排氣口都是從定盤底部引向定盤機殼的外側去連接配管，或直接從定盤背部引出去連接配管。

初級動盤的結構為：包括底盤，所述底盤的的四個角處分別設置有偏心小軸承孔，所述底盤上設置有一級動盤螺線和二級動盤螺線，所述底盤的中部設置有背壓引氣孔；所述底盤背部的中心開有初級動盤軸承孔，所述底盤的中部設有背壓腔密封圓環，所述背壓腔密封圓環端頭開有密封槽；所述底盤上的螺線端頭還開有螺線密封槽。

二級定盤的結構為：包括二級定盤機殼，所述二級定盤機殼的四個角處分別設置有固定螺栓和定盤偏心小軸承孔，所述二級定盤機殼上安裝有密封圈，所述二級定盤機殼上分別設置有電機水道孔和冷卻水連通孔；所述二級定盤機殼安裝有三級定盤螺線，並在端頭上設置螺線密封槽，所述二級定盤機殼中部開有二級定盤軸承孔，並在二級定盤機殼上設置二級進氣口，二級排氣孔；設置在螺線的端處；所述二級定盤機殼的背部設置有二級定盤冷卻水道。

二級動盤的結構為：包括底板，所述底板的的四個角處分別為二級動盤偏心軸承孔，所述底板中部為二級動盤軸承孔，所述二級動盤軸承孔的外圈設置有三級動盤螺線；其端頭設置三級動盤螺線密封槽；所述底板上設置有二級動盤背壓引氣孔；所述底板底部背後安置二級動盤背壓腔密封圓環，端頭上設置背壓腔密封圓環密封槽。

水冷電機內殼的結構：包括電機內殼端板，所述電機內殼端板的中部為第一主軸承孔，所述第一主軸承孔外圈的電機內殼端板上開有多個軸封軸承蓋固定螺孔，所述電機內殼端板上開有電機內殼冷卻進水孔和過水孔，電機內殼端板的後端設置有定子固定內套，所述定子固定內套的外圓周面上設置有電機冷卻水道。

水冷電機外殼的結構：包括電機外殼端板，所述電機外殼端板的四個角處分別設置有二級定盤固定螺孔，所述電機外殼端板的中部為第二主軸承孔，所述第二主軸承孔外圈的電機外殼端板上開有多個軸封軸承蓋固定螺孔；所述電機外殼端板下部設置有冷卻水通道，位於第二主軸承孔下部為外殼，所述外殼上設置有冷卻水排出口。

主軸上套件的安裝結構為：包括主軸，所述主軸上安裝轉子，所述主軸上有初級動盤偏心軸和二級動盤偏心軸，初級動盤偏心軸和初級平衡塊成180度角，二級動盤偏心軸和二級平衡塊成180度角，第一主軸承和第二主軸承前面都有一軸封軸承蓋防止壓縮氣流入電機內，引起兩端壓縮氣體的聯通。

本發明的有益效果如下：

本發明結構緊湊、合理，操作方便，通過採用單盤兩級壓縮技術、雙出軸電機進行雙壓縮機本體的組合成三級壓縮、動盤背壓設計等在無油渦旋空壓領域最新的結構創新技術，使得應用於新能源汽車的無油渦旋制動氣泵所遇到的所有問題，都得到很好的解決。

本發明解決了無油渦旋壓縮機機體溫度高的問題，使渦旋空壓機的體積在同排氣量下更小，機加工難度要求下降，生產成本下降。更重要的是本發明使得渦旋壓縮機可以成為特種氣體壓縮機的一種壓縮機械。

同時本發明還具備如下優點:

(1)採用兩種不同的三級壓縮的設計理念進行巧妙的組合，實現高壓排氣，排氣壓力實現1.2mpa，同時在理論上使得壓縮機能耗降低。

(2)採用背壓設計技術，在動盤背面形成背壓腔，使得動盤在壓縮運行中的絕大部分軸向力被很好的消除，這帶來動盤運行的機械損失減少的同時，直接提高了渦旋壓縮機的使用壽命，對原來採用成對的角接觸球軸承去承受軸向力而言，是一項大幅降低生產成本的革命。

(3)動盤不需要冷卻，因為每一級壓縮的壓比低，溫升控制在動盤材質熱應力的安全承受限內，因此可以採用封閉式結構，對定盤和電機採用更有效的間壁式的水冷方式，這就使渦旋壓縮機變為可以壓縮特種氣體的壓縮機，外形再進一步得到極大的縮小。

附圖說明

圖1為本發明的總裝配結構示意圖。

圖2為本發明的初級定盤的主視圖。

圖3為圖2中沿a-a截面的全剖視圖。

圖4為圖2中沿b-b截面的全剖視圖。

圖5為本發明初級動盤的主視圖。

圖6為圖5的側視圖(全剖視圖)。

圖7為本發明二級定盤的主視圖。

圖8為圖7中沿c-c截面的全剖視圖。

圖9為本發明二級動盤的主視圖。

圖10為圖9中沿d-d截面的全剖視圖。

圖11為本發明水冷電機內殼的結構示意圖。

圖12為圖11中沿e-e截面的全剖視圖。

圖13為本發明水冷電機外殼的結構示意圖。

圖14為圖13中沿f-f截面的全剖視圖。

圖15為初級定盤的原理圖。

圖16為圖15沿g-g截面的全剖視圖。

圖17為本發明主軸套件的結構示意圖。

其中：1、初級定盤；2、初級動盤；3、水冷電機外殼；4、水冷電機內殼；5、定子；6、轉子；7、二級動盤；8、二級定盤；9、水密封蓋；10、二級定盤軸承；11、二級動盤軸承；12、二級平衡塊；13、第二主軸承；14、主軸；15、第一主軸承；16、軸封軸承蓋；17、初級平衡塊；18、初級動盤軸承；

21、機殼；22、一級定盤螺線；23、二級定盤螺線；24、大氣進氣口；25、一級排氣口；26、二級吸氣口；27、偏心小軸軸承孔；28、密封槽；29、固定螺孔；30、冷卻水道；31、冷卻水導流孔；32、冷卻水導流孔；33、二級排氣口；

41、底盤；42、一級動盤螺線；43、二級動盤螺線；44、偏心小軸承孔；45、背壓引氣孔；46、螺線密封槽；47、背壓腔密封圓環；48、初級動盤軸承孔；49、密封槽；

51、二級定盤機殼；52、密封圈；53、二級進氣口；54、三級定盤螺線；55、定盤偏心小軸承孔；56、固定螺栓；57、電機水道孔；58、冷卻水連通孔；59、二級定盤冷卻水道；60、螺線密封槽；61、二級定盤軸承孔；62、二級排氣孔；

71、底板；72、三級動盤螺線；73、二級動盤軸承孔；74、二級動盤偏心軸承孔；75、三級動盤螺線密封槽；76、二級動盤背壓腔密封圓環；77、背壓腔密封圓環密封槽；78、二級動盤背壓引氣孔；

81、電機內殼端板；82、軸封軸承蓋固定螺孔；83、第一主軸承孔；84、電機內殼冷卻進水孔；85、過水孔；86、電機冷卻水道；87、定子固定內套；

91、電機外殼端板；92、軸封軸承蓋固定螺孔；93、第二主軸承孔；94、二級定盤固定螺孔；95、冷卻水排出口；96、冷卻水通道；97、外殼；

111、初級動盤偏心軸；114、二級動盤偏心軸。

具體實施方式

下面結合附圖，說明本發明的具體實施方式。

如圖1所示，本實施例的水冷式三級壓縮無油渦旋空氣壓縮機，包括主軸14，主軸14的中部安裝有轉子6，轉子6的外部安裝有定子5，主軸14的兩端分別通過第一主軸軸承15和第二主軸軸承13支撐安裝在水冷電機內殼4內，水冷電機內殼4的外部為水冷電機外殼3；主軸14的兩端分別固定安裝有初級平衡塊17和二級平衡塊12，位於初級平衡塊17處的主軸14上通過初級動盤軸承18安裝有初級動盤2，初級動盤2的外側配合安裝初級定盤1，初級動盤2與初級定盤1之間形成空氣壓縮；位於二級平衡塊12處的主軸14上通過二級動盤軸承11安裝二級動盤7，二級動盤7的外部配合安裝二級定盤8，二級定盤8通過二級定盤軸承10支撐，二級動盤7與二級定盤8之間形成空氣壓縮。

初級動盤2與初級定盤1之間屬於兩級壓縮。

二級動盤7與二級定盤8之間是單級壓縮，屬於整機的第三級壓縮。

初級定盤1和二級定盤8的外部均安裝有水密封蓋9。

第一主軸承15和第二主軸承13的外部均安裝有軸封軸承蓋16。

如圖2、圖3和圖4所示，初級定盤1的結構為：機殼21，機殼21成方形結構，機殼21的四個角處分別設置有固定螺孔29和偏心小軸軸承孔27，機殼21上設置有一級定盤螺線22和二級定盤螺線23，一級定盤螺線22和二級定盤螺線23的外部設置有密封槽28，機殼21的一端設置有大氣進氣口24，在一級定盤螺線22和二級定盤螺線23的入口處分別設置有一級排氣口25和二級吸氣口26，二級定盤螺線23的尾部設置有二級排氣口33；機殼21的後部設置有冷卻水道30，機殼21上還設置有冷卻水導流孔32。

一級排氣口25、二級吸氣口26和二級排氣口33都是從定盤底部引向定盤機殼21的外側去連接配管，或者直接從定盤背部引出去連接配管。

如圖5和圖6所示，初級動盤2的結構為：包括底盤41，底盤41的的四個角處分別設置有偏心小軸承孔44，底盤41上設置有一級動盤螺線42和二級動盤螺線43，底盤41的中部設置有背壓引氣孔45；所述底盤41背部的中心開有初級動盤軸承孔48，所述底盤41的中部設有背壓腔密封圓環47，所述背壓腔密封圓環47端頭開有密封槽49；所述底盤上的螺線端頭還開有螺線密封槽46。

如圖7和圖8所示，二級定盤8的結構為：包括二級定盤機殼51，二級定盤機殼51的四個角處分別設置有固定螺栓56和定盤偏心小軸承孔55，二級定盤機殼51上安裝有密封圈52，二級定盤機殼51上分別設置有電機水道孔57和冷卻水連通孔58；二級定盤機殼51上安裝有三級定盤螺線54，端頭上有螺線密封槽60，二級定盤機殼51中部開有二級定盤軸承孔61，並在二級定盤機殼51中間設置二級進氣口53，二級進氣口53，中心為二級排氣孔62；二級定盤機殼51的背部設置有二級定盤冷卻水道59。

如圖9和圖10所示，二級動盤7的結構為：包括底板71，底板71的的四個角處分別為二級動盤偏心軸承孔74，底板71中部為二級動盤軸承孔73，二級動盤軸承孔73的外圈設置有三級動盤螺線72，端頭上設置三級動盤螺線密封槽75；底板71上設置有二級動盤背壓引氣孔78；底板71底部背後安置二級動盤背壓腔密封圓環76，端頭上設置背壓腔密封圓環密封槽77。

如圖11和圖12所示，水冷電機內殼4的結構：包括電機內殼端板81，電機內殼端板81的中部為第一主軸承孔83，第一主軸承孔83外圈的電機內殼端板81上開有多個軸封軸承蓋固定螺孔82，電機內殼端板81上開有電機內殼冷卻進水孔84和過水孔85，電機內殼端板81的後端設置有定子固定內套87，定子固定內套87的外圓周面上設置有電機冷卻水道86。

如圖13和圖14所示，水冷電機外殼3的結構：包括電機外殼端板91，電機外殼端板91的四個角處分別設置有二級定盤固定螺孔94，電機外殼端板91的中部為第二主軸承孔93，第二主軸承孔93外圈的電機外殼端板91上開有多個軸封軸承蓋固定螺孔92；電機外殼端板91下部設置有冷卻水通道96，位於第二主軸承孔93下部為外殼97，外殼97上設置有冷卻水排出口95。

如圖17所示，主軸14上套件的安裝結構為：包括主軸14，主軸14上安裝轉子6，主軸14上有初級動盤偏心軸111和二級動盤偏心軸114，初級動盤偏心軸111和初級平衡塊17成180度角，二級動盤偏心軸114和二級平衡塊12成180度角，第一主軸承15和第二主軸承13前面都有一軸封軸承蓋16防止壓縮氣流入電機內，引起兩端壓縮氣體的聯通。

本發明的工作原理為：

電機定子5通電後使轉子6旋轉，帶動固定在轉子6上的主軸14旋轉，主軸14藉助電機內殼軸承13和電機外殼軸承15的支撐，帶動固定在主軸14上的二級平衡塊12和初級平衡塊17一起旋轉，通過二級動盤7上的二級動盤軸承11和初級動盤2上的初級動盤軸承18，分別帶動二級動盤7和初級動盤2進行擺動，使初級動盤2和初級定盤1之間形成空氣壓縮，二級動盤7和二級定盤8之間形成壓縮，其中初級動盤2和初級定盤1之間是屬於兩級壓縮，二級動盤7和二級定盤8之間是單級壓縮，合起來整臺壓縮機是三級壓縮。三級壓縮之間的空氣流是串聯連的，因此可以獲得高的壓縮比。

本發明的各大主要部件中：

初級定盤1

詳見圖2、圖3和圖4，具有初級定盤機殼21、一級定盤螺線22、二級定盤螺線23、大氣進氣口24、一級排氣口25、二級吸氣口26、初級定盤偏心小軸軸承孔27、密封槽28、安裝固定螺孔29、冷卻水道30、冷卻水導流孔32和二級排氣口33等結構所組成。

冷卻水進入冷卻水道30冷卻初級定盤1，再從冷卻水導流孔32引向水冷電機外殼3再進入二級定盤8背部，空氣從大氣進氣口24進入到一級定盤螺線22所涉及的一級壓縮腔內，經過壓縮從一級排氣口25排出到外部冷卻器冷卻降溫後再從二級吸氣口26回來到二級定盤螺線23所涉及的二級壓縮腔內，經過二級次壓縮從二級排氣口33排出。

一級排氣口25、二級吸氣口26和二級排氣口33都是從定盤底部引向定盤機殼21的外側去連接配管，如25b和31所示。

初級動盤2

如圖6和圖7所示，具有底盤41、一級動盤螺線42、二級動盤螺線43、偏心小軸承孔44、初級動盤背壓引氣孔45、螺線密封槽46、背壓腔密封圓環47、初級動盤軸承孔48和背壓腔密封圓環密封槽49等結構所構成。

空氣進入由一級動盤螺線42和初級定盤的一級定盤螺線22構成的壓縮腔進行壓縮，通過一級排氣口25排出進行冷卻後再從二級吸氣口26回到由二級動盤螺線43和初級定盤的二級定盤螺線23所構成的二級壓縮腔進行二次壓縮。而初級動盤2上的背壓引氣孔45將高壓氣體壓力引入初級動盤2背部的由背壓腔密封圓環47所建立的背部壓力使得初級動盤2在壓縮工作狀態下實現兩側的氣力平衡，消除壓縮工作過程所產生的軸向力。初級動盤2的運轉動力由主軸14通過安裝在初級動盤軸承孔48內的初級動盤軸承18產生。

二級定盤8

如圖7、圖8所示，是具有二級定盤機殼51、機殼密封圈52、三級進氣口53、53b、三級定盤螺線54、二級定盤偏心小軸承孔55、55b、安裝固定螺孔56、冷卻水連通電機水道孔57、冷卻水連通孔58、二級定盤冷卻水道59、螺線密封槽60、二級定盤軸承孔61、三級排氣孔62等結構組成。

冷卻後的二級壓縮空氣從三級進氣口53、53b進入由三級定盤螺線54和三級動盤螺線72見圖5形成的壓縮腔進行第三級壓縮，然後從三級排氣孔62排出；

冷卻水從初級定盤1的冷卻水導流孔32通過水冷電機外殼3再經冷卻水連通孔58進入二級定盤冷卻水道59冷卻二級定盤8後，再經冷卻水連通電機水道孔57進入水冷電機內殼4。

二級動盤7

如圖9和圖10所示，是具有二級動盤底板71、三級動盤螺線72、二級動盤軸承孔73、73b、二級動盤偏心小軸承孔74、74b、三級動盤螺線密封槽75、二級動盤背壓腔密封圓環76、背壓腔密封圓環密封槽77和二級動盤背壓引氣孔78等結構組成。

二級動盤7上的二級動盤背壓引氣孔78將高壓氣體壓力引入二級動盤7背部的由二級動盤背壓腔密封圓環76所建立的背部壓力使得二級動盤7在壓縮工作狀態下實現兩側的氣力平衡，消除壓縮工作過程所產生的軸向力。二級動盤7的運轉動力由主軸14通過安裝在二級動盤軸承孔73、73b內的二級動盤軸承11產生。

水冷電機內殼4

如圖11和圖12所示，是具有電機內殼端板81、軸封軸承蓋固定螺孔82、主軸承孔83、83b、電機內殼冷卻進水孔84、過水孔85、電機冷卻水道86、定子固定內套87等結構組成。

冷卻水經二級定盤8冷卻最後經電機內殼冷卻進水孔84到達電機冷卻水道86冷卻電機。二級定盤8固定在電機內殼端板81上。

水冷電機外殼3

如圖13和圖14所示，是具有電機外殼端板91、軸封軸承蓋固定螺孔92、主軸承孔93、93b、二級定盤固定螺孔94、94b、冷卻水排出口95、冷卻水通道96、96b、外殼97等結構組成。

冷卻水從初級定盤1上的冷卻水導流孔31進入冷卻水通道96、96b、再通過二級定盤8上的冷卻水連通孔58進入二級定盤8；最後冷卻完水冷電機內殼4後經冷卻水排出口95排出電機外殼97。

主軸14

如圖17所示，屬於雙出軸電機主軸的同時也是雙壓縮機的公共主軸，因此，在主軸14上有初級動盤偏心軸111和二級動盤偏心軸114，初級動盤偏心軸111和初級平衡塊17成180度角，二級動盤偏心軸114和二級平衡塊12成180度角，主軸承13、15前面都有一軸封軸承蓋16，112和112b防止壓縮氣流入電機內，引起兩端壓縮氣體的聯通。主軸14上的平衡塊12,17，其特徵是可以放置在如圖9所示的主軸承13、15前面，也可以放置在主軸承13、15的後面，即與電機轉子6之間的電機空間內，以使整機更緊湊。

動定盤組件

如圖15和圖16所示，其特徵在於定盤1,8和動盤2,7之間是通過4組偏心小軸101和定盤1,8上的偏心小軸定盤軸承102與動盤2,7上的偏心小軸動盤軸承103實現連接，並確保動盤2,7不會形成自轉，始終能夠按偏心距所限定的半徑進行擺動。

裝好動盤上的動盤軸承11,18備用

主軸和轉子組件

將主軸和轉子安裝成組件備用。

電機內殼組件

將定子通過熱法安裝在水冷電機內殼4內，然後將主軸承13安裝在主軸承孔83上，再把主軸和轉子組件裝入使二級動盤偏心軸114一側的主軸14套入主軸承13，裝上軸封軸承蓋16。

電機組件

把電機內殼組件裝入水冷電機外殼3，然後將主軸承15裝入水冷電機外殼3上的主軸承孔93上，將軸封軸承蓋16裝上，將初級平衡塊17裝上，再將二級平衡塊12裝在電機內殼端板81一側。

整機總裝

將初級動定盤組件固定在電機外殼端板91上，將二級動定盤組件固定在電機內殼端板81上，分別固定上水密封蓋9即可。

冷卻水系統

冷卻水流向，是先進入初級定盤1冷卻，再進二級定盤8冷卻，最後冷卻水冷電機內殼4再從水冷電機外殼3排出；該順序也可先進二級定盤8冷卻，再進初級定盤1冷卻，最後冷卻水冷電機內殼4再從水冷電機外殼3排出；整個水冷系統在該機型上只有一個進水口和一個排水口，內部全部採用冷卻水道和引流孔道連接實現對整個機體的間壁式冷卻。冷卻水可以採用水源供水，冷水進入熱水排出，也可以設置循環泵將水循環，然後用風冷器冷卻水。

三級壓縮氣流

一級壓縮和二級壓縮氣體從一級排氣口25和二級排氣口33分別引出，需要通過外部冷卻，水冷或風冷均可，然後再分別對應引入二級吸氣口26和三級進氣口53，冷水的話可以採用水源供水，冷水進入熱水排出，也可以設置循環泵將水循環，然後用風冷器冷卻水。

以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的範圍參見權利要求，在本發明的保護範圍之內，可以作任何形式的修改。