基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机及叶轮设计方法

本发明属于空气离心压缩机，涉及一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机及叶轮设计方法。

背景技术：

1、空气压缩机作为大部分工业生产中的重要动力机构，在工业上占据极其重要的作用，离心式空气压缩机因其具有运行稳定、效率高、结构紧凑等优点而得到广泛的运用，为进一步提升空气离心压缩机的压比，常采用多级压缩流道同轴串联的方式，但对压缩机结构强度的要求也变得更高。

2、空气离心压缩机的动力来源于电机，电机在长时间运行过程中会产生大量的热量，多级离心压缩机所用的电机功率更大，因此发热量也将更大，若这部分热量不能被及时有效地排出，就会导致电机温度大幅上升，进而影响电机的运行和整个空气离心压缩机的性能，甚至导致压缩机损坏。

3、现今常用外加散热装置或取用部分压缩气将小部分气体通入电机并排出的方式对电机进行冷却，此方法不仅造成气量的浪费还会增加压缩机结构的复杂度，同时散热气量较小电机散热效果不佳。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，解决外加散热装置结构复杂、气量小散热效果差的问题，克服现有压缩机散热空气外排浪费的缺点。其可以在不外加散热装置的前提下提升电机的散热效果，并有效利用用于散热后的热空气，同时缩小单级叶轮的尺寸提升结构强度。

2、本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，其特殊之处在于：

3、包括压缩机壳体、电机定子、转子、蜗壳、扩压器盖板和非对称背对背叶轮；

4、所述压缩机壳体为圆筒状结构，蜗壳安装在压缩机壳体的一侧，压缩机壳体内部两端分别设有轴承座盖板，电机定子固定于两个轴承座盖板之间，转子穿过轴承座盖板并通过轴承安装在轴承座盖板上，所述非对称背对背叶轮安装在转子的一端，为第一级空气压缩端，所述非对称背对背叶轮位于蜗壳内；

5、所述压缩机壳体远离非对称背对背叶轮的一端的外壁上开设有多个进气口，压缩机壳体内壁与电机定子外壁之间存在第一间隙，靠近非对称背对背叶轮一端的轴承座盖板设有通孔；

6、非对称背对背叶轮的热面朝向压缩机内部，冷面朝向压缩机外部，非对称背对背叶轮工作时，其热面和冷面两侧的叶轮形成两个进气通道，第一条通道为：空气从进气口进入，通过第一间隙，再经轴承座盖板上的通孔后由热面叶轮吸入蜗壳内；第二条通道为：空气从蜗壳的空气进口进入，由冷面叶轮吸入蜗壳内；

7、所述进气口处设有过滤网，所述压缩机壳体靠近非对称背对背叶轮一端的内壁设有轴肩，轴肩的外侧用于对轴承座盖板进行限位，另一侧设有斜切面。

8、进一步地，所述多个进气口在压缩机壳体外壁上圆周均布。

9、进一步地，所述进气口为周向分布的长圆孔。

10、进一步地，所述靠近非对称背对背叶轮一端的轴承座盖板上的通孔数量为多个。

11、进一步地，所述多个通孔在轴承座盖板上圆周均布。

12、另外，本发明还提出一种关于上述压缩机的非对称背对背叶轮设计方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

13、1)确定电机发热量，采用数值模拟计算电机和散热空气的温度分布，并选取最优的散热空气流量，该流量作为非对称叶轮热面的进口空气流量；

14、2)根据温度的模拟计算获得给电机散热后的空气温度，该温度作为非对称叶轮热面的进口空气温度，非对称叶轮的冷面进口空气取大气参数；

15、3)依据背对背叶轮冷热两面的进口参数以及压缩机转子的几何条件等确定背对背叶轮冷面和热面的主要几何参数。

16、进一步地，所述步骤3)具体包括：计算并选取统一的背对背叶轮直径，再分别对叶轮热面和冷面的轮毂直径、轮缘直径、叶轮轴向高度和叶轮的出口高度进行确定和计算。

17、本发明的优点：

18、1)本发明通过采用两面非对称的叶轮将原有压缩叶轮一分为二，在不改变总流量的基础上依靠两面进气的方式分流，缩小叶轮直径减小压缩段的径向长度；采用两面叶轮共用轮背、扩压器和蜗壳的方式缩小非对称背对背叶轮的轴向长度；

19、2)本发明中的非对称背对背叶轮的热面抽取的空气先用于电机散热，再用于非对称背对背叶轮的压缩，通过优化内部结构使结构更加紧凑，并且无需外加电机冷却装置实现了空气离心压缩机电机的自散热，同时克服散热气浪费的缺点实现散热空气的高效利用；

20、3)本发明中的非对称背对背叶轮分开计算的设计方法，考虑到非对称背对背叶轮两面存在的流量温度上的差异，在一定程度上优化了整个非对称背对背叶轮压缩段的压缩性能。

技术特征：

1.一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机，其特征在于：

6.一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机的非对称背对背叶轮设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的非对称背对背叶轮设计方法，其特征在于：

技术总结本发明涉及一种基于非对称背对背叶轮进行散热的压缩机及叶轮设计方法，压缩机的轮安装在转子的一端，为第一级空气压缩端，叶轮位于蜗壳内；压缩机壳体远离叶轮的一端的外壁上开设有多个进气口，压缩机壳体内壁与电机定子外壁之间存在第一间隙，靠近叶轮一端的轴承座盖板设有通孔；叶轮的热面朝向压缩机内部，冷面朝向压缩机外部，其热面和冷面两侧的叶轮形成两个进气通道，第一条通道为：空气从进气口进入，通过第一间隙，再经轴承座盖板上的通孔后由热面叶轮吸入蜗壳内；第二条通道为：空气有从蜗壳的空气进口进入，由冷面叶轮吸入蜗壳内；进气口处设有过滤网，压缩机壳体内壁设有轴肩，轴肩的外侧用于对轴承座盖板进行限位，另一侧设有斜切面。本发明可以在不外加散热装置的前提下提升电机的散热效果，并有效利用用于散热后的热空气，同时缩小单级叶轮的尺寸提升结构强度。技术研发人员：侯予,方轶凌,杨潇翎,张泽,陈双涛,陈良受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18