级间水冷两级压气机壳及空压机的制作方法

本发明涉及空压机，尤其涉及一种级间水冷两级压气机壳及空压机。

背景技术：

1、空压机在氢燃料电池发动机系统中被视为一种不可或缺的关键零部件。离心式空压机因为其效率高、噪音小等优点已被广大燃料电池发动机厂家广泛采用。随着燃料电池行业的发展，空压机的增压压力和效率被要求越来越高。

2、目前空压机行业普遍采用了外置连接管路的两级串联空压机，该结构零部件多，加工复杂，空压机外形包络尺寸大，并且最关键的是，两级增压的空压机结构效率相对比较低，原因是空气在第一级压缩做功后，气体温度被提高，导致第二级压缩做功需要耗费更多的能量，最终导致两级串联结构的空压机效率较低，影响氢燃料电池发动机系统的效率。

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明的一个目的在于提供一种级间水冷两级压气机壳，优化级间水冷的两级串联压气机的空间结构，降低两级压缩做功能耗。

2、本发明的另一个目的在于提供一种采用上述级间水冷两级压气机壳的空压机，提高空压机的整体效率。

3、为达上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

4、一种级间水冷两级压气机壳，其包括外壳体和嵌套于外壳体内的内壳体，外壳体与内壳体之间形成有第一级压气机流道，内壳体上设置有第二级压气机流道，外壳体上设置有进气口和出气口，进气口与第一级压气机流道的进口连通，出气口与第二级压气机流道的出口连通，第一级压气机流道的出口与第二级压气机流道的进口连通，第一级压气机流道与第二级压气机流道之间设置有水冷腔体，水冷腔体用于冷却第一级压气机流道内的增压气体并阻隔第一级压气机流道与第二级压气机流道之间进行热传导。

5、作为优选，外壳体与内壳体一体成型，外壳体的外形和内壳体的外形均设置为圆形，第一级压气机流道的腔室和第二级压气机流道的腔室均呈环形，且第一级压气机流道的腔室截面积和第二级压气机流道的腔室截面积均沿气体流动方向逐渐增大。

6、作为优选，水冷腔体由第一级压气机流道的内边界和第二级压气机流道的外边界围合而成，外壳体上设置有连通水冷腔体的水冷进水口和水冷出水口。

7、作为优选，外壳体的一端设置有进气壳盖，进气口设置于进气壳盖上，且进气口位于外壳体的轴线上。

8、作为优选，出气口从外壳体的侧面中伸出，且出气口的伸出方向与第二级压气机流道相切。

9、本发明的有益效果：该级间水冷两级压气机壳设计了一种第二级压气机流道嵌套布置在第一级压气机流道内的结构，且第一级压气机流道和第二级压气机流道之间布置有冷却水腔，既能冷却第一级压气机流道内部的增压气体，又能隔绝级间散热，从而降低了第二级压气机流道入口的气体温度，降低了第一级压气机和第二级压气机压缩做功的气体温升，进而降低了两级压缩做功能耗。

10、另一方面，本发明采用以下技术方案：

11、一种空压机，其包括膨胀机、轴端水冷电机和上述的级间水冷两级压气机壳，级间水冷两级压气机壳与轴端水冷电机的一端连接，膨胀机与轴端水冷电机的另一端连接。

12、作为优选，轴端水冷电机包括电机壳和穿设于电机壳中的电机轴，电机壳的一端设置有第一轴承座，电机壳的另一端设置有第二轴承座，电机轴的第一端与第一轴承座装配，且第一端上设置有伸入级间水冷两级压气机壳中的第一叶轮和第二叶轮，电机轴的第二端与第二轴承座装配，且第二端上设置有伸入膨胀机中的涡轮，第一叶轮位于进气口与第一级压气机流道的进口的连通处，用于将外界气体吸入第一级压气机流道中；第二叶轮位于第一级压气机流道的出口与第二级压气机流道的进口的连通处，用于将第一级压气机流道中的增压气体吸入第二级压气机流道中。

13、作为优选，第一叶轮的轮背与第二叶轮的轮背贴靠，且经过第一叶轮的外界气体的流速和压力被增加，经过第二叶轮的增压气体的流速和压力被再次增加。

14、作为优选，电机壳内设置有冷却水道，第一轴承座内设置有冷却腔，冷却水道与冷却腔连通，电机壳上设置有电机进水口和电机出水口，电机进水口和电机出水口分别与冷却水道连通，电机出水口与级间水冷两级压气机壳的水冷进水口通过水管连通。

15、作为优选，第一轴承座为第一级压气机流道的外边界的组成部分，第一轴承座上设置有位于第一级压气机流道内的散热翅片，散热翅片用于对第一级压气机流道内的增压气体进行冷却和导流。

16、本发明的有益效果：该空压机采用上述结构的级间水冷两级压气机壳，缩短了气流在空压机内的流通路径，有利于提高压气效率，使空间布局变得紧凑，且提高了空压机的整体效率。

技术特征：

1.级间水冷两级压气机壳，其特征在于，包括外壳体(101)和嵌套于所述外壳体(101)内的内壳体(102)，所述外壳体(101)与所述内壳体(102)之间形成有第一级压气机流道(103)，所述内壳体(102)上设置有第二级压气机流道(104)，所述外壳体(101)上设置有进气口(105)和出气口(106)，所述进气口(105)与所述第一级压气机流道(103)的进口连通，所述出气口(106)与所述第二级压气机流道(104)的出口连通，所述第一级压气机流道(103)的出口与所述第二级压气机流道(104)的进口连通，所述第一级压气机流道(103)与所述第二级压气机流道(104)之间设置有水冷腔体(107)，所述水冷腔体(107)用于冷却所述第一级压气机流道(103)内的增压气体并阻隔所述第一级压气机流道(103)与所述第二级压气机流道(104)之间进行热传导。

2.根据权利要求1所述的级间水冷两级压气机壳，其特征在于，所述外壳体(101)与所述内壳体(102)一体成型，所述外壳体(101)的外形和所述内壳体(102)的外形均设置为圆形，所述第一级压气机流道(103)的腔室和所述第二级压气机流道(104)的腔室均呈环形，且所述第一级压气机流道(103)的腔室截面积和所述第二级压气机流道(104)的腔室截面积均沿气体流动方向逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的级间水冷两级压气机壳，其特征在于，所述水冷腔体(107)由所述第一级压气机流道(103)的内边界和所述第二级压气机流道(104)的外边界围合而成，所述外壳体(101)上设置有连通所述水冷腔体(107)的水冷进水口(108)和水冷出水口(109)。

4.根据权利要求1所述的级间水冷两级压气机壳，其特征在于，所述外壳体(101)的一端设置有进气壳盖(110)，所述进气口(105)设置于所述进气壳盖(110)上，且所述进气口(105)位于所述外壳体(101)的轴线上。

5.根据权利要求1所述的级间水冷两级压气机壳，其特征在于，所述出气口(106)从所述外壳体(101)的侧面中伸出，且所述出气口(106)的伸出方向与所述第二级压气机流道(104)相切。

6.空压机，其特征在于，包括膨胀机(200)、轴端水冷电机(300)和权利要求1-5任一项所述的级间水冷两级压气机壳(100)，所述级间水冷两级压气机壳(100)与所述轴端水冷电机(300)的一端连接，所述膨胀机(200)与所述轴端水冷电机(300)的另一端连接。

7.根据权利要求6所述的空压机，其特征在于，所述轴端水冷电机(300)包括电机壳(301)和穿设于所述电机壳(301)中的电机轴(302)，所述电机壳(301)的一端设置有第一轴承座(303)，所述电机壳(301)的另一端设置有第二轴承座(304)，所述电机轴(302)的第一端与所述第一轴承座(303)装配，且所述第一端上设置有伸入所述级间水冷两级压气机壳(100)中的第一叶轮(305)和第二叶轮(306)，所述电机轴(302)的第二端与所述第二轴承座(304)装配，且所述第二端上设置有伸入所述膨胀机(200)中的涡轮(307)，

8.根据权利要求7所述的空压机，其特征在于，所述第一叶轮(305)的轮背与所述第二叶轮(306)的轮背贴靠，且经过所述第一叶轮(305)的外界气体的流速和压力被增加，经过所述第二叶轮(306)的增压气体的流速和压力被再次增加。

9.根据权利要求7所述的空压机，其特征在于，所述电机壳(301)内设置有冷却水道(308)，所述第一轴承座(303)内设置有冷却腔(309)，所述冷却水道(308)与所述冷却腔(309)连通，所述电机壳(301)上设置有电机进水口(310)和电机出水口(311)，所述电机进水口(310)和所述电机出水口(311)分别与所述冷却水道(308)连通，所述电机出水口(311)与所述级间水冷两级压气机壳(100)的水冷进水口(108)通过水管连通。

10.根据权利要求9所述的空压机，其特征在于，所述第一轴承座(303)为所述第一级压气机流道(103)的外边界的组成部分，所述第一轴承座(303)上设置有位于所述第一级压气机流道(103)内的散热翅片(312)，所述散热翅片(312)用于对所述第一级压气机流道(103)内的增压气体进行冷却和导流。

技术总结本发明属于空压机技术领域，公开了一种级间水冷两级压气机壳及空压机，其中级间水冷两级压气机壳包括外壳体和内壳体，外壳体与内壳体之间形成有第一级压气机流道，内壳体上设置有第二级压气机流道，外壳体上设置有进气口和出气口，进气口与第一级压气机流道的进口连通，出气口与第二级压气机流道的出口连通，第一级压气机流道的出口与第二级压气机流道的进口连通，第一级压气机流道与第二级压气机流道之间设置有水冷腔体。该级间水冷两级压气机壳既能冷却第一级压气机流道内部的增压气体，又能隔绝级间散热，降低了第二级压气机流道入口的气体温度，降低了两级压缩做功能耗。采用该级间水冷两级压气机壳的空压机结构更紧凑，整体效率更高。技术研发人员：王芳永,张林营,冯坚受保护的技术使用者：江苏毅合捷汽车科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18