一种水冷式三级压缩无油涡旋空气压缩机的制作方法

本发明涉及高压型无油涡旋空压机技术领域，尤其是一种水冷式三级压缩无油涡旋空气压缩机。

背景技术：

目前中国大气污染严重，新能源汽车产业快速崛起，需求低噪音的无油制动压缩机成为刚性的需求，无油涡旋压缩机的低噪音和无油化虽然受业内普遍看好，但是，现有单级压缩的无油涡旋空压机寿命短、故障率高，特别是无法满足1.0-1.2mpa压力的产气标准，目前最高产品标识排气压为0.85mpa，实际上为如此高的工作压力，产品寿命基本在1.5-2年内将出现大面积的维修局面。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水冷式三级压缩无油涡旋空气压缩机，从而解决了现有无油涡旋压缩机的实际问题,大大提高了工作可靠性,降低成产成本。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水冷式三级压缩无油涡旋空气压缩机，包括主轴，所述主轴的中部安装有转子，所述转子的外部安装有定子，所述主轴的两端分别通过第一主轴轴承和第二主轴轴承支撑安装在水冷电机内壳内，所述水冷电机内壳的外部为水冷电机外壳；所述主轴的两端分别固定安装有初级平衡块和二级平衡块，位于初级平衡块处的主轴上通过初级动盘轴承安装有初级动盘，所述初级动盘的外侧配合安装初级定盘，所述初级动盘与初级定盘之间形成空气压缩；位于二级平衡块处的主轴上通过二级动盘轴承安装二级动盘，所述二级动盘的外部配合安装二级定盘，所述二级定盘通过二级定盘轴承支撑，所述二级动盘与二级定盘之间形成空气压缩。

其进一步技术方案在于

所述初级动盘与初级定盘之间属于两级压缩；

所述二级动盘与二级定盘之间是单级压缩。

初级定盘和二级定盘的外部均安装有水密封盖。

所述第一主轴承和第二主轴承的外部均安装有轴封轴承盖。

初级定盘的结构为：机壳，所述机壳成方形结构，所述机壳的四个角处分别设置有固定螺孔和偏心小轴轴承孔，所述机壳上设置有一级定盘螺线和二级定盘螺线，一级定盘螺线和二级定盘螺线的外部设置有密封槽，所述机壳的一端设置有大气进气口，在一级定盘螺线和二级定盘螺线的入口处分别设置有一级排气口和二级吸气口，二级定盘螺线的尾部设置有二级排气口；所述机壳的后部设置有冷却水道，所述机壳上还设置有冷却水导流孔。

一级排气口、二级吸气口和二级排气口都是从定盘底部引向定盘机壳的外侧去连接配管，或直接从定盘背部引出去连接配管。

初级动盘的结构为：包括底盘，所述底盘的的四个角处分别设置有偏心小轴承孔，所述底盘上设置有一级动盘螺线和二级动盘螺线，所述底盘的中部设置有背压引气孔；所述底盘背部的中心开有初级动盘轴承孔，所述底盘的中部设有背压腔密封圆环，所述背压腔密封圆环端头开有密封槽；所述底盘上的螺线端头还开有螺线密封槽。

二级定盘的结构为：包括二级定盘机壳，所述二级定盘机壳的四个角处分别设置有固定螺栓和定盘偏心小轴承孔，所述二级定盘机壳上安装有密封圈，所述二级定盘机壳上分别设置有电机水道孔和冷却水连通孔；所述二级定盘机壳安装有三级定盘螺线，并在端头上设置螺线密封槽，所述二级定盘机壳中部开有二级定盘轴承孔，并在二级定盘机壳上设置二级进气口，二级排气孔；设置在螺线的端处；所述二级定盘机壳的背部设置有二级定盘冷却水道。

二级动盘的结构为：包括底板，所述底板的的四个角处分别为二级动盘偏心轴承孔，所述底板中部为二级动盘轴承孔，所述二级动盘轴承孔的外圈设置有三级动盘螺线；其端头设置三级动盘螺线密封槽；所述底板上设置有二级动盘背压引气孔；所述底板底部背后安置二级动盘背压腔密封圆环，端头上设置背压腔密封圆环密封槽。

水冷电机内壳的结构：包括电机内壳端板，所述电机内壳端板的中部为第一主轴承孔，所述第一主轴承孔外圈的电机内壳端板上开有多个轴封轴承盖固定螺孔，所述电机内壳端板上开有电机内壳冷却进水孔和过水孔，电机内壳端板的后端设置有定子固定内套，所述定子固定内套的外圆周面上设置有电机冷却水道。

水冷电机外壳的结构：包括电机外壳端板，所述电机外壳端板的四个角处分别设置有二级定盘固定螺孔，所述电机外壳端板的中部为第二主轴承孔，所述第二主轴承孔外圈的电机外壳端板上开有多个轴封轴承盖固定螺孔；所述电机外壳端板下部设置有冷却水通道，位于第二主轴承孔下部为外壳，所述外壳上设置有冷却水排出口。

主轴上套件的安装结构为：包括主轴，所述主轴上安装转子，所述主轴上有初级动盘偏心轴和二级动盘偏心轴，初级动盘偏心轴和初级平衡块成180度角，二级动盘偏心轴和二级平衡块成180度角，第一主轴承和第二主轴承前面都有一轴封轴承盖防止压缩气流入电机内，引起两端压缩气体的联通。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过采用单盘两级压缩技术、双出轴电机进行双压缩机本体的组合成三级压缩、动盘背压设计等在无油涡旋空压领域最新的结构创新技术，使得应用于新能源汽车的无油涡旋制动气泵所遇到的所有问题，都得到很好的解决。

本发明解决了无油涡旋压缩机机体温度高的问题，使涡旋空压机的体积在同排气量下更小，机加工难度要求下降，生产成本下降。更重要的是本发明使得涡旋压缩机可以成为特种气体压缩机的一种压缩机械。

同时本发明还具备如下优点:

(1)采用两种不同的三级压缩的设计理念进行巧妙的组合，实现高压排气，排气压力实现1.2mpa，同时在理论上使得压缩机能耗降低。

(2)采用背压设计技术，在动盘背面形成背压腔，使得动盘在压缩运行中的绝大部分轴向力被很好的消除，这带来动盘运行的机械损失减少的同时，直接提高了涡旋压缩机的使用寿命，对原来采用成对的角接触球轴承去承受轴向力而言，是一项大幅降低生产成本的革命。

(3)动盘不需要冷却，因为每一级压缩的压比低，温升控制在动盘材质热应力的安全承受限内，因此可以采用封闭式结构，对定盘和电机采用更有效的间壁式的水冷方式，这就使涡旋压缩机变为可以压缩特种气体的压缩机，外形再进一步得到极大的缩小。

附图说明

图1为本发明的总装配结构示意图。

图2为本发明的初级定盘的主视图。

图3为图2中沿a-a截面的全剖视图。

图4为图2中沿b-b截面的全剖视图。

图5为本发明初级动盘的主视图。

图6为图5的侧视图(全剖视图)。

图7为本发明二级定盘的主视图。

图8为图7中沿c-c截面的全剖视图。

图9为本发明二级动盘的主视图。

图10为图9中沿d-d截面的全剖视图。

图11为本发明水冷电机内壳的结构示意图。

图12为图11中沿e-e截面的全剖视图。

图13为本发明水冷电机外壳的结构示意图。

图14为图13中沿f-f截面的全剖视图。

图15为初级定盘的原理图。

图16为图15沿g-g截面的全剖视图。

图17为本发明主轴套件的结构示意图。

其中：1、初级定盘；2、初级动盘；3、水冷电机外壳；4、水冷电机内壳；5、定子；6、转子；7、二级动盘；8、二级定盘；9、水密封盖；10、二级定盘轴承；11、二级动盘轴承；12、二级平衡块；13、第二主轴承；14、主轴；15、第一主轴承；16、轴封轴承盖；17、初级平衡块；18、初级动盘轴承；

21、机壳；22、一级定盘螺线；23、二级定盘螺线；24、大气进气口；25、一级排气口；26、二级吸气口；27、偏心小轴轴承孔；28、密封槽；29、固定螺孔；30、冷却水道；31、冷却水导流孔；32、冷却水导流孔；33、二级排气口；

41、底盘；42、一级动盘螺线；43、二级动盘螺线；44、偏心小轴承孔；45、背压引气孔；46、螺线密封槽；47、背压腔密封圆环；48、初级动盘轴承孔；49、密封槽；

51、二级定盘机壳；52、密封圈；53、二级进气口；54、三级定盘螺线；55、定盘偏心小轴承孔；56、固定螺栓；57、电机水道孔；58、冷却水连通孔；59、二级定盘冷却水道；60、螺线密封槽；61、二级定盘轴承孔；62、二级排气孔；

71、底板；72、三级动盘螺线；73、二级动盘轴承孔；74、二级动盘偏心轴承孔；75、三级动盘螺线密封槽；76、二级动盘背压腔密封圆环；77、背压腔密封圆环密封槽；78、二级动盘背压引气孔；

81、电机内壳端板；82、轴封轴承盖固定螺孔；83、第一主轴承孔；84、电机内壳冷却进水孔；85、过水孔；86、电机冷却水道；87、定子固定内套；

91、电机外壳端板；92、轴封轴承盖固定螺孔；93、第二主轴承孔；94、二级定盘固定螺孔；95、冷却水排出口；96、冷却水通道；97、外壳；

111、初级动盘偏心轴；114、二级动盘偏心轴。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的水冷式三级压缩无油涡旋空气压缩机，包括主轴14，主轴14的中部安装有转子6，转子6的外部安装有定子5，主轴14的两端分别通过第一主轴轴承15和第二主轴轴承13支撑安装在水冷电机内壳4内，水冷电机内壳4的外部为水冷电机外壳3；主轴14的两端分别固定安装有初级平衡块17和二级平衡块12，位于初级平衡块17处的主轴14上通过初级动盘轴承18安装有初级动盘2，初级动盘2的外侧配合安装初级定盘1，初级动盘2与初级定盘1之间形成空气压缩；位于二级平衡块12处的主轴14上通过二级动盘轴承11安装二级动盘7，二级动盘7的外部配合安装二级定盘8，二级定盘8通过二级定盘轴承10支撑，二级动盘7与二级定盘8之间形成空气压缩。

初级动盘2与初级定盘1之间属于两级压缩。

二级动盘7与二级定盘8之间是单级压缩，属于整机的第三级压缩。

初级定盘1和二级定盘8的外部均安装有水密封盖9。

第一主轴承15和第二主轴承13的外部均安装有轴封轴承盖16。

如图2、图3和图4所示，初级定盘1的结构为：机壳21，机壳21成方形结构，机壳21的四个角处分别设置有固定螺孔29和偏心小轴轴承孔27，机壳21上设置有一级定盘螺线22和二级定盘螺线23，一级定盘螺线22和二级定盘螺线23的外部设置有密封槽28，机壳21的一端设置有大气进气口24，在一级定盘螺线22和二级定盘螺线23的入口处分别设置有一级排气口25和二级吸气口26，二级定盘螺线23的尾部设置有二级排气口33；机壳21的后部设置有冷却水道30，机壳21上还设置有冷却水导流孔32。

一级排气口25、二级吸气口26和二级排气口33都是从定盘底部引向定盘机壳21的外侧去连接配管，或者直接从定盘背部引出去连接配管。

如图5和图6所示，初级动盘2的结构为：包括底盘41，底盘41的的四个角处分别设置有偏心小轴承孔44，底盘41上设置有一级动盘螺线42和二级动盘螺线43，底盘41的中部设置有背压引气孔45；所述底盘41背部的中心开有初级动盘轴承孔48，所述底盘41的中部设有背压腔密封圆环47，所述背压腔密封圆环47端头开有密封槽49；所述底盘上的螺线端头还开有螺线密封槽46。

如图7和图8所示，二级定盘8的结构为：包括二级定盘机壳51，二级定盘机壳51的四个角处分别设置有固定螺栓56和定盘偏心小轴承孔55，二级定盘机壳51上安装有密封圈52，二级定盘机壳51上分别设置有电机水道孔57和冷却水连通孔58；二级定盘机壳51上安装有三级定盘螺线54，端头上有螺线密封槽60，二级定盘机壳51中部开有二级定盘轴承孔61，并在二级定盘机壳51中间设置二级进气口53，二级进气口53，中心为二级排气孔62；二级定盘机壳51的背部设置有二级定盘冷却水道59。

如图9和图10所示，二级动盘7的结构为：包括底板71，底板71的的四个角处分别为二级动盘偏心轴承孔74，底板71中部为二级动盘轴承孔73，二级动盘轴承孔73的外圈设置有三级动盘螺线72，端头上设置三级动盘螺线密封槽75；底板71上设置有二级动盘背压引气孔78；底板71底部背后安置二级动盘背压腔密封圆环76，端头上设置背压腔密封圆环密封槽77。

如图11和图12所示，水冷电机内壳4的结构：包括电机内壳端板81，电机内壳端板81的中部为第一主轴承孔83，第一主轴承孔83外圈的电机内壳端板81上开有多个轴封轴承盖固定螺孔82，电机内壳端板81上开有电机内壳冷却进水孔84和过水孔85，电机内壳端板81的后端设置有定子固定内套87，定子固定内套87的外圆周面上设置有电机冷却水道86。

如图13和图14所示，水冷电机外壳3的结构：包括电机外壳端板91，电机外壳端板91的四个角处分别设置有二级定盘固定螺孔94，电机外壳端板91的中部为第二主轴承孔93，第二主轴承孔93外圈的电机外壳端板91上开有多个轴封轴承盖固定螺孔92；电机外壳端板91下部设置有冷却水通道96，位于第二主轴承孔93下部为外壳97，外壳97上设置有冷却水排出口95。

如图17所示，主轴14上套件的安装结构为：包括主轴14，主轴14上安装转子6，主轴14上有初级动盘偏心轴111和二级动盘偏心轴114，初级动盘偏心轴111和初级平衡块17成180度角，二级动盘偏心轴114和二级平衡块12成180度角，第一主轴承15和第二主轴承13前面都有一轴封轴承盖16防止压缩气流入电机内，引起两端压缩气体的联通。

本发明的工作原理为：

电机定子5通电后使转子6旋转，带动固定在转子6上的主轴14旋转，主轴14借助电机内壳轴承13和电机外壳轴承15的支撑，带动固定在主轴14上的二级平衡块12和初级平衡块17一起旋转，通过二级动盘7上的二级动盘轴承11和初级动盘2上的初级动盘轴承18，分别带动二级动盘7和初级动盘2进行摆动，使初级动盘2和初级定盘1之间形成空气压缩，二级动盘7和二级定盘8之间形成压缩，其中初级动盘2和初级定盘1之间是属于两级压缩，二级动盘7和二级定盘8之间是单级压缩，合起来整台压缩机是三级压缩。三级压缩之间的空气流是串联连的，因此可以获得高的压缩比。

本发明的各大主要部件中：

初级定盘1

详见图2、图3和图4，具有初级定盘机壳21、一级定盘螺线22、二级定盘螺线23、大气进气口24、一级排气口25、二级吸气口26、初级定盘偏心小轴轴承孔27、密封槽28、安装固定螺孔29、冷却水道30、冷却水导流孔32和二级排气口33等结构所组成。

冷却水进入冷却水道30冷却初级定盘1，再从冷却水导流孔32引向水冷电机外壳3再进入二级定盘8背部，空气从大气进气口24进入到一级定盘螺线22所涉及的一级压缩腔内，经过压缩从一级排气口25排出到外部冷却器冷却降温后再从二级吸气口26回来到二级定盘螺线23所涉及的二级压缩腔内，经过二级次压缩从二级排气口33排出。

一级排气口25、二级吸气口26和二级排气口33都是从定盘底部引向定盘机壳21的外侧去连接配管，如25b和31所示。

初级动盘2

如图6和图7所示，具有底盘41、一级动盘螺线42、二级动盘螺线43、偏心小轴承孔44、初级动盘背压引气孔45、螺线密封槽46、背压腔密封圆环47、初级动盘轴承孔48和背压腔密封圆环密封槽49等结构所构成。

空气进入由一级动盘螺线42和初级定盘的一级定盘螺线22构成的压缩腔进行压缩，通过一级排气口25排出进行冷却后再从二级吸气口26回到由二级动盘螺线43和初级定盘的二级定盘螺线23所构成的二级压缩腔进行二次压缩。而初级动盘2上的背压引气孔45将高压气体压力引入初级动盘2背部的由背压腔密封圆环47所建立的背部压力使得初级动盘2在压缩工作状态下实现两侧的气力平衡，消除压缩工作过程所产生的轴向力。初级动盘2的运转动力由主轴14通过安装在初级动盘轴承孔48内的初级动盘轴承18产生。

二级定盘8

如图7、图8所示，是具有二级定盘机壳51、机壳密封圈52、三级进气口53、53b、三级定盘螺线54、二级定盘偏心小轴承孔55、55b、安装固定螺孔56、冷却水连通电机水道孔57、冷却水连通孔58、二级定盘冷却水道59、螺线密封槽60、二级定盘轴承孔61、三级排气孔62等结构组成。

冷却后的二级压缩空气从三级进气口53、53b进入由三级定盘螺线54和三级动盘螺线72见图5形成的压缩腔进行第三级压缩，然后从三级排气孔62排出；

冷却水从初级定盘1的冷却水导流孔32通过水冷电机外壳3再经冷却水连通孔58进入二级定盘冷却水道59冷却二级定盘8后，再经冷却水连通电机水道孔57进入水冷电机内壳4。

二级动盘7

如图9和图10所示，是具有二级动盘底板71、三级动盘螺线72、二级动盘轴承孔73、73b、二级动盘偏心小轴承孔74、74b、三级动盘螺线密封槽75、二级动盘背压腔密封圆环76、背压腔密封圆环密封槽77和二级动盘背压引气孔78等结构组成。

二级动盘7上的二级动盘背压引气孔78将高压气体压力引入二级动盘7背部的由二级动盘背压腔密封圆环76所建立的背部压力使得二级动盘7在压缩工作状态下实现两侧的气力平衡，消除压缩工作过程所产生的轴向力。二级动盘7的运转动力由主轴14通过安装在二级动盘轴承孔73、73b内的二级动盘轴承11产生。

水冷电机内壳4

如图11和图12所示，是具有电机内壳端板81、轴封轴承盖固定螺孔82、主轴承孔83、83b、电机内壳冷却进水孔84、过水孔85、电机冷却水道86、定子固定内套87等结构组成。

冷却水经二级定盘8冷却最后经电机内壳冷却进水孔84到达电机冷却水道86冷却电机。二级定盘8固定在电机内壳端板81上。

水冷电机外壳3

如图13和图14所示，是具有电机外壳端板91、轴封轴承盖固定螺孔92、主轴承孔93、93b、二级定盘固定螺孔94、94b、冷却水排出口95、冷却水通道96、96b、外壳97等结构组成。

冷却水从初级定盘1上的冷却水导流孔31进入冷却水通道96、96b、再通过二级定盘8上的冷却水连通孔58进入二级定盘8；最后冷却完水冷电机内壳4后经冷却水排出口95排出电机外壳97。

主轴14

如图17所示，属于双出轴电机主轴的同时也是双压缩机的公共主轴，因此，在主轴14上有初级动盘偏心轴111和二级动盘偏心轴114，初级动盘偏心轴111和初级平衡块17成180度角，二级动盘偏心轴114和二级平衡块12成180度角，主轴承13、15前面都有一轴封轴承盖16，112和112b防止压缩气流入电机内，引起两端压缩气体的联通。主轴14上的平衡块12,17，其特征是可以放置在如图9所示的主轴承13、15前面，也可以放置在主轴承13、15的后面，即与电机转子6之间的电机空间内，以使整机更紧凑。

动定盘组件

如图15和图16所示，其特征在于定盘1,8和动盘2,7之间是通过4组偏心小轴101和定盘1,8上的偏心小轴定盘轴承102与动盘2,7上的偏心小轴动盘轴承103实现连接，并确保动盘2,7不会形成自转，始终能够按偏心距所限定的半径进行摆动。

装好动盘上的动盘轴承11,18备用

主轴和转子组件

将主轴和转子安装成组件备用。

电机内壳组件

将定子通过热法安装在水冷电机内壳4内，然后将主轴承13安装在主轴承孔83上，再把主轴和转子组件装入使二级动盘偏心轴114一侧的主轴14套入主轴承13，装上轴封轴承盖16。

电机组件

把电机内壳组件装入水冷电机外壳3，然后将主轴承15装入水冷电机外壳3上的主轴承孔93上，将轴封轴承盖16装上，将初级平衡块17装上，再将二级平衡块12装在电机内壳端板81一侧。

整机总装

将初级动定盘组件固定在电机外壳端板91上，将二级动定盘组件固定在电机内壳端板81上，分别固定上水密封盖9即可。

冷却水系统

冷却水流向，是先进入初级定盘1冷却，再进二级定盘8冷却，最后冷却水冷电机内壳4再从水冷电机外壳3排出；该顺序也可先进二级定盘8冷却，再进初级定盘1冷却，最后冷却水冷电机内壳4再从水冷电机外壳3排出；整个水冷系统在该机型上只有一个进水口和一个排水口，内部全部采用冷却水道和引流孔道连接实现对整个机体的间壁式冷却。冷却水可以采用水源供水，冷水进入热水排出，也可以设置循环泵将水循环，然后用风冷器冷却水。

三级压缩气流

一级压缩和二级压缩气体从一级排气口25和二级排气口33分别引出，需要通过外部冷却，水冷或风冷均可，然后再分别对应引入二级吸气口26和三级进气口53，冷水的话可以采用水源供水，冷水进入热水排出，也可以设置循环泵将水循环，然后用风冷器冷却水。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。