压缩机以及空调机组的制作方法

1.本实用新型涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种压缩机以及空调机组。


背景技术：

2.空气压缩机作为一般动力气源，广泛应用于机械、汽车、医疗、食品、电力、建材、石油、化工及军工等行业。按压缩机方式的不同，常见的有离心式空气压缩机、螺杆式空气压缩机、涡旋式空气压缩机等。
3.在新能源方面，氢燃料电池汽车动力性能高、加氢快、续航里程长，是21世纪新能源汽车最具战略意义的突破口。空压机为燃料电池系统提供高压气源，与螺杆压缩机、涡旋压缩机相比，离心式空压机能提供更高压比的气源，显著提升电堆的功率密度和整体性能。离心式空压机的工作原理是通电后，高速电机驱动叶轮对进口的空气做功，使之成为高压空气，所以叶轮是空气压缩机的“心脏”，源源不断地为燃料电池系统提供高压气源，其中叶轮的工作效率直接影响整个燃料电池系统的工作效率。叶轮按结构可分为开式叶轮和闭式叶轮，开式叶轮结构如图1所示，一般由叶片1、轮毂2构成；闭式叶轮结构如图2所示，一般由叶片1、轮毂2、轮盖3构成。由于闭式叶轮多了轮盖3，使得叶轮在密闭的叶片中对气流做功，减少了泄漏损失，故闭式叶轮的效率高。
4.车用燃料电池空压机的功率较小，一般在25kw以内，属于小型离心压缩机，尤其以20kw以内的空压机为主，因其质量轻、体积小，能适用于小型汽车或商务车上。由于压缩机体积小将使得内部空间有限，难以布置闭式叶轮。此外，由于小型闭式叶轮的轮盖难以焊接且现有技术的小型闭式叶轮焊接后应力大，导致小型闭式叶轮加工难度大，所以小型离心压缩机一般采用开式叶轮。
5.这样，在一些不得不使用开式叶轮的离心压缩机中，叶轮的工作效率就制约了压缩机的工作效率，影响了离心压缩机的能效。


技术实现要素：

6.本实用新型实施例提供了一种压缩机以及空调机组，以解决现有技术中压缩机存在的采用开式叶轮会降低压缩机的能效的技术问题。
7.本实用新型实施方式提供了一种压缩机，包括开式叶轮和与开式叶轮对应设置的蜗壳，在蜗壳上与开式叶轮的进气端处相对应的位置处设置有喷气孔，喷气孔用于喷出气体以在开式叶轮的进气端处形成气体密封屏障。
8.在一个实施方式中，喷气孔为多个，多个喷气孔在蜗壳的壁上分布。
9.在一个实施方式中，多个喷气孔绕开式叶轮的轴心线呈环形分布在蜗壳的壁上。
10.在一个实施方式中，多个喷气孔等间距地分布。
11.在一个实施方式中，喷气孔的喷气方向朝向开式叶轮的进气方向倾斜。
12.在一个实施方式中，喷气孔的喷气方向与开式叶轮的轴心线方向之间的夹角为θ1，90
°
＜θ1＜145
°
。
13.在一个实施方式中，蜗壳内开设有与喷气孔相连通的储气腔，蜗壳上还开设有与储气腔相连通的供气口，储气腔用于从供气口接收气体并将气体供给喷气孔。
14.在一个实施方式中，在蜗壳上与开式叶轮的出气端处相对应的位置处设置有喷流孔，喷流孔用于喷出流体以在开式叶轮的出气端处形成流体密封屏障。
15.在一个实施方式中，喷流孔为喷液孔，喷液孔用于喷出液体以在开式叶轮的出气端处形成液体密封屏障。
16.在一个实施方式中，喷液孔的喷液方向朝向开式叶轮的出气端的出气方向倾斜。
17.在一个实施方式中，喷液孔的喷液方向与开式叶轮的径向方向之间的夹角为θ2，110
°
＜θ2＜170
°
。
18.在一个实施方式中，蜗壳内开设有与喷液孔相连通的储液腔，蜗壳上还开设有与储液腔相连通的供液口，储液腔用于从供液口接收液体并将液体供给喷液孔。
19.本实用新型还提供了一种空调机组，包括压缩机，压缩机为上述的压缩机。
20.在上述实施例中，通过喷气孔喷出气体以在开式叶轮的进气端处形成气体密封屏障，从而避免气流从开式叶轮的出口端处的高压侧向开式叶轮的进口端处的低压侧泄露，保证了压缩机工作的有效效率。
附图说明
21.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
22.图1是现有技术中的开式叶轮的结构示意图；
23.图2是现有技术中的闭式叶轮的结构示意图；
24.图3是根据本实用新型的压缩机的实施例的剖视结构示意图及其局部放大结构示意图；
25.图4是图3的压缩机的蜗壳的立体结构示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
27.根据对现有技术中采用开式叶轮的压缩机研究，发现制约压缩机工作效率的主要因素在于开式叶轮和蜗壳之间形成的间隙c。在采用开式叶轮的压缩机的生产中，开式叶轮是高速旋转件，而蜗壳是静止件，为了避免开式叶轮与蜗壳发生碰撞及考虑开式叶轮的加工变形，会让开式叶轮和蜗壳之间形成一定尺寸的间隙c。在压缩机工作的过程中，开式叶轮对压缩机的进口气流做功使之成为高压气流，最终输送至氢燃料电池反应堆，提高氢的燃料效率，在此过程中，开式叶轮的出口端处为高压侧，而开式叶轮的进口端处为低压侧，上述的间隙c会导致气流从开式叶轮的出口端处的高压侧向开式叶轮的进口端处的低压侧泄露，大大降低压缩机的系统工作效率。
28.为了解决上述的技术问题，在本实用新型的技术方案中，如图3和图4，该压缩机的
实施方式包括开式叶轮10和与开式叶轮10对应设置的蜗壳20，在蜗壳20上与开式叶轮10的进气端处相对应的位置处设置有喷气孔21，喷气孔21用于喷出气体以在开式叶轮10的进气端处形成气体密封屏障。
29.应用本实用新型的技术方案，通过喷气孔21喷出气体以在开式叶轮10的进气端处形成气体密封屏障，从而避免气流从开式叶轮的出口端处的高压侧向开式叶轮的进口端处的低压侧泄露，保证了压缩机工作的有效效率。
30.作为一种优选的实施方式，在本实施例的技术方案中，喷气孔21为多个，多个喷气孔21在蜗壳20的壁上分布，应用多个喷气孔21可以更好的形成气体密封屏障。优选的，在本实施例的技术方案中，多个喷气孔21绕开式叶轮10的轴心线在蜗壳20的壁上分布，从而有助于形成有周向围护的气体密封屏障。更为优选的，多个喷气孔21呈环形分布在蜗壳20的壁上，从而有助于形成圆形的气体密封屏障，从而更适应于开式叶轮10的进气端的形状。
31.优选的，在本实施例的技术方案中，多个喷气孔21等间距地分布，从而形成更加均匀的气体密封屏障。
32.如图3所示，在本实施例的技术方案中，喷气孔21的喷气方向朝向开式叶轮10的进气方向倾斜，这样可以更好的避免来开式叶轮10沿程的气流倒灌回流至开式叶轮10的进气端。优选的，在本实施例的技术方案中，喷气孔21的喷气方向与开式叶轮10的轴心线方向之间的夹角为θ1，90
°
＜θ1＜180
°
。
33.需要说明的是，在本实用新型的技术方案中，喷气孔21的喷气方向朝向开式叶轮10的进气方向倾斜的含义指的是，如图3所示，喷气孔21的喷气方向在水平方向的分量和进气方向的方向是相同的，在图3中进气方向为水平朝右。
34.如图3所示，在本实施例的技术方案中，蜗壳20内开设有与喷气孔21相连通的储气腔22，蜗壳20上还开设有与储气腔22相连通的供气口23，储气腔22用于从供气口23接收气体并将气体供给喷气孔21。在使用时，通过供气口23对储气腔22进行供气，然后储气腔22从供气口23接收气体并将气体供给喷气孔21，在此过程中通过储气腔22可以储存一定的气压，进而有利于喷气孔21持续产生稳定的高压气体，从而让气体密封屏障形成的更加稳定。
35.可选的，在本实施例的技术方案中，如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，储气腔22通过储气壳体27和蜗壳20共同形成，供气口23开设在储气壳体27上。更为优选的，在储气壳体27和蜗壳20之间形成安装有密封圈271，防止气体从储气壳体27和蜗壳20之间的间隙泄露。作为其他的可选的实施方式，也可以仅将储气腔22开设在储气壳体27上；或者将储气腔22开设在蜗壳20上，再采用一个封闭结构进行封闭也可以可行的。
36.为了达到密封效果、又不因为喷气孔21中的高压气体对开式叶轮10的进口气场造成冲击，喷气孔21一般采用小型孔，孔的直径＜1mm。在本实用新型的中设置的储气腔22主要在于储存气体，可以实现持续、稳定地对喷气孔21进行供气，避免密封气流间断、波动。而供气口23的高压气体可以采用高压泵制造，也可以从蜗壳的排气口中引气，需要保证气体压力≥开式叶轮10出口的压力即可。
37.优选的，在本实施例的技术方案中，为了匹配开式叶轮10的进口的气体流场，上述的θ1应为钝角，可以优选90
°
＜θ1＜145
°
，这样可以更好的避免开式叶轮10沿程的气流倒灌回流至开式叶轮10的进气端。
38.更为优选的，在本实施例的技术方案中，在蜗壳20上与开式叶轮10的出气端处相
对应的位置处设置有喷流孔，喷流孔用于喷出流体以在开式叶轮10的出气端处形成流体密封屏障。在使用时，通过在开式叶轮10的出气端处形成流体密封屏障，可以防止气流从开式叶轮10的出气端处的高压侧向上述间隙c泄露。通过上述的设置可以实现双重密封。
39.作为一种可选的实施方式，在本实施例的技术方案中，如图3所示，喷流孔为喷液孔24，喷液孔24用于喷出液体以在开式叶轮10的出气端处形成液体密封屏障。作为其他的可选的实施方式，也可以将上述的喷流孔设置为喷出气体。
40.优选的，在本实施例的技术方案中，喷液孔24的喷液方向在蜗壳20上朝向开式叶轮10的出气端的出气方向倾斜。优选的，在本实施例的技术方案中，喷液孔24采用的是高压液体，主要是因为用在氢燃料电池系统的空压机转速高，有些在10万转/分以上，叶轮排气的温度往往在100℃以上，所以开式叶轮10出口的气体为高温、高速、高压气体，其中，高温提高了系统的耐热性要求，高速则带来了更大的噪音。为了降低高温、高速，喷液孔24采用的是高压液体，液体可为冷媒或水、或者气液两相混合，一方面液体可以对叶轮出口气流进行冷却，另一方面由于原本纯气体的出口气流夹杂了液态密封流体，混合后的流体分子质量增加，可以降低流速，进而降低噪音。优选的，在本实施例的技术方案中，θ2应为钝角。
41.需要说明的是，在本实用新型的技术方案中，喷液孔24的喷液方向在蜗壳20上朝向开式叶轮10的出气端的出气方向倾斜的含义指的是，如图3所示，喷液孔24的喷液方向在竖直方向的分量和出气方向的方向是相同的，在图3中出气方向是叶轮10的朝外的径向方向。
42.优选的，在本实施例的技术方案中，喷液孔24的喷液方向与开式叶轮10的径向方向之间的夹角为θ2，110
°
＜θ2＜170
°
，这样可以提高高压液体对于开式叶轮10的出气端的气流的引射效果，避免冲击损失。
43.如图3所示，蜗壳20内开设有与喷液孔24相连通的储液腔25，蜗壳20上还开设有与储液腔25相连通的供液口26，储液腔25用于从供液口26接收液体并将液体供给喷液孔24。在使用时，通过供液口26对储液腔25进行供液，然后储液腔25从供液口26接收液体并将液体供给喷液孔24，在此过程中通过储液腔25可以储存一定的液压，进而有利于喷液孔24持续产生稳定的高压液体，从而让液体密封屏障形成的更加稳定。工作时，高压液态流体从供液口26进入储液腔25，由储液腔25对喷液孔24进行连续供液，对开式叶轮10出口实现了高压液体密封，避免气流从开式叶轮10的出口沿着间隙c流向叶轮进口。其中喷液孔24圆周均匀地设置在蜗壳20处，其结构示意如图4的喷液孔24所示。同样的，为了达到密封效果、又不因为喷液孔24中的高压液体对开式叶轮10的出口的流场造成冲击，喷液孔24一般采用孔的直径＜1mm的小型孔。在本专利中设置的储液腔25主要在于储存液体，可以实现持续、稳定地对喷液孔24进行供液，避免密封液流间断、波动。而供液口26的高压液体可以采用高压泵制造，需要保证液体压力≥开式叶轮10出口的压力即可。
44.可选的，在本实施例的技术方案中，如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，储液腔25通过储液壳体28和蜗壳20共同形成，供液口23开设在储液壳体28上。更为优选的，在储液壳体28和蜗壳20之间形成安装有密封圈281，防止液体从储液壳体28和蜗壳20之间的间隙泄露。作为其他的可选的实施方式，也可以仅将储液腔25开设在储液壳体28上；或者将储液腔25开设在蜗壳20上，再采用一个封闭结构进行封闭也可以可行的。
45.由上述内容可知，在本实用新型的技术方案中，通过双重密封，降低了采用开式叶
轮容易造成泄漏的损失，通过喷液效果，有效降低了降低排气温度和流速，流速的降低可以减小压缩机排气噪音，极大的提高压缩机气动效率，综合提高了燃料电池系统的耐高温性能和舒适性。
46.除了上述的实用新型点所涉及的压缩机结构之外，压缩机的结构如图3所示，还包括其他的组成部分：锁紧螺母44、扩压器43、筒体42、前轴向轴承41、推力盘40、后轴向轴承39、前轴承座38、前径向轴承37、水冷套36、螺旋冷却流道35、电机定子32、电机轴31、后径向轴承33、后轴承座34。
47.如上的锁紧螺母44为实心、回转类零件，其上开有外螺纹，通过螺纹与电机轴31连接，从而紧固开式叶轮10。
48.如上的扩压器43为空心、回转类零件，是透平机械中常见的结构，其在左侧端面与蜗壳20的对应右侧端面构成了扩压流道，使得开式叶轮10的出口气流得到扩压效果，提高压力。
49.如上的筒体42为不规则零件，一般铸造而成，起支撑、保护作用，内部镶嵌了水冷套36，并与水冷套36构成了螺旋冷却流道35。
50.如上的前轴向轴承41和后轴向轴承39、前径向轴承37和后径向轴承33为空气型气体轴承，其工作介质为空气，工作时形成气膜悬浮推力盘40、电机轴31。
51.如上的前轴承座38和后轴承座34为空心、回转类零件，为气体轴承提供支撑。
52.如上的电机定子32为回转类零件，主要由定子铁芯、定子绕组构成。如上的电机轴31为轴类、实心零件。锁紧螺母44、开式叶轮10、推力盘40、电机轴31组成了转子，工作时，电机定子32产生磁场，转子在电磁场作用下做高速旋转运动。
53.如上的储液壳体28、储气壳体27均为空心、回转类零件，它们通过冷装与蜗壳20过盈配合，采用密封圈281和密封圈271进行密封。优选的，上述的密封圈为o型圈。
54.本实用新型还提供了一种空调机组，该空调机组包括上述的压缩机，采用上述的压缩机，由于可以避免气流从开式叶轮的出口端处的高压侧向开式叶轮的进口端处的低压侧泄露，保证了压缩机工作的有效效率，从而提高空调机组的能效。
55.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。