阅读说明：本技术 一种惰性混合气体轴承高效压缩装置 (High-efficient compressor arrangement of inert gas mixture bearing ) 是由 马同玲 张希 杨鑫 郑振江 秦勇 肖阳 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于压缩装置技术领域,具体涉及一种惰性混合气体轴承高效压缩装置,其应用于使用惰性混合工质的闭式循环发电系统中。其包括：芯轴螺母、压气机蜗壳、离心叶轮、扩压器、弹性垫圈、六角头螺栓、垫片、压力盘、前止推轴承、止推轴承定位环、后止推轴承、主轴、弹性挡圈、波形垫圈、前径向轴承、径向轴承定位环、中介机匣、后径向轴承、芯轴；与现有技术相比较,本发明的惰性混合气体轴承高效压缩装置,使用惰性混合气体轴承,且实现压缩的工质是惰性混合气体。其经过实验,可使一定流量惰性混合气体流量1.2Kg/s,压缩装置压比2.5,绝热效率>80％。(The invention belongs to the technical field of compression devices, and particularly relates to an inert mixed gas bearing efficient compression device which is applied to a closed cycle power generation system using an inert mixed working medium. It includes: the centrifugal compressor comprises a mandrel nut, a compressor volute, a centrifugal impeller, a diffuser, an elastic washer, a hexagon head bolt, a gasket, a pressure disc, a front thrust bearing, a thrust bearing positioning ring, a rear thrust bearing, a main shaft, an elastic retainer ring, a wave washer, a front radial bearing, a radial bearing positioning ring, an intermediate casing, a rear radial bearing and a mandrel; compared with the prior art, the inert mixed gas bearing efficient compression device uses the inert mixed gas bearing, and the working medium for realizing compression is the inert mixed gas. Through experiments, the flow of inert mixed gas with a certain flow can be 1.2Kg/s, the pressure ratio of a compression device is 2.5, and the heat insulation efficiency is more than 80%.)

一种惰性混合气体轴承高效压缩装置

技术领域

本发明属于压缩装置技术领域，具体涉及一种惰性混合气体轴承 高效压缩装置，其应用于使用惰性混合工质的闭式循环发电系统中。

背景技术

压缩装置是将机械功转化为气体的动能和压力势能，从而获得高 压气体。一般压缩装置由压气机转子、扩压器或蜗壳、轴承支承系统、 轴承润滑系统、密封件等组成。压气机转子利用高速旋转的叶片给气 体做功以提高气体的压力，高压气体进入扩压器或蜗壳中继续减速增 压，获得相对高压气体，从而完成能量转换。轴承支承系统为转子提 供径向支承并承受转子的轴向力。轴承润滑系统为轴承提供润滑，带 走轴承旋转摩擦产生的热量，保证转子可靠安全运转。轴承一般采用 浮动轴承或滚动轴承等油润滑轴承，也有采用气体轴承。

现有的压缩装置的工质一般是空气、燃气、二氧化碳等，在直接 使用惰性混合气体时，转子的叶片气流通道内、扩压器和蜗壳和存在 一定流动分离，产生能量损失，因而能量转换效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种惰性混合气体轴承高 效压缩装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种惰性混合气体轴承高效压 缩装置，其包括：芯轴螺母1、压气机蜗壳2、离心叶轮3、扩压器4、 弹性垫圈5、六角头螺栓6、垫片7、压力盘8、前止推轴承9、止推 轴承定位环10、后止推轴承11、主轴12、弹性挡圈13、波形垫圈14、前径向轴承15、径向轴承定位环16、中介机匣17、后径向轴承 18、芯轴19；

所述离心叶轮3中心设有一通孔，所述芯轴19由该通孔内穿出， 通过芯轴螺母1将离心叶轮3与芯轴19连接；

所述主轴12从离心叶轮3右端插入，与离心叶轮3右端外圆实 现过盈配合，从而形成一个刚性转子；

所述前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径向轴承18沿轴向 依次配合设置于中介机匣17上；

在中介机匣17内孔左端开凹槽设置弹性挡圈13，起到轴向定位 的作用，弹性挡圈13右端配合波形垫圈14，波形垫圈14提供压紧 力，对波形垫圈14右侧的前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径 向轴承18施加作用，使前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径向轴承18与中介机匣17压紧；

在中介机匣17内侧左端设置有止推轴承定位环10，止推轴承定 位环10左右两侧分别设置前止推轴承9和后止推轴承11，后止推轴 承11位于止推轴承定位环10和中介机匣17之间，在前止推轴承9 左侧设置压力盘8，压力盘8左侧为扩压器4的内侧右端面，压力盘8与扩压器4内侧右端面的端面结合部位处设置有弹性垫圈5；所述 扩压器4外侧右端面设置于中介机匣17外侧左端，即，扩压器4右 端的外圆插入中介机匣17外侧左端的内孔中；

所述扩压器4左端的外圆插入压气机蜗壳2右端内孔实现定位； 所述扩压器4右端的外圆通过六角头螺栓6和垫片7安装在中介机匣 17外侧左端，通过止口定心，使弹性垫圈5变形，弹性垫圈5产生 朝向左右两个方向的顶紧力，朝向左侧的顶紧力使得扩压器4和压气 机蜗壳2之间密封紧密，朝向右侧的顶紧力使得压力盘8、前止推轴 承9、止推轴承定位环10、后止推轴承11与中介机匣17压紧。

所述扩压器4、中介机匣17、弹性垫圈5、压力盘8、弹性挡圈13、波形垫圈14、止推轴承定位环10、径向轴承定位环16构成轴承 支承系统；

所述离心叶轮3通过主轴12带动旋转，径向力通过前径向轴承 15和后径向轴承18传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承9 和后止推轴承11递至轴承支承系统。

其中，所述离心叶轮3含有12个叶片，周向均匀分布，型面为 直纹面。

其中，所述压气机蜗壳2内壁面与离心叶轮3叶顶型面之间留有 一定间隙，间隙值范围为0.35mm～0.45mm。

其中，所述扩压器4为无叶扩压器。

其中，所述前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径向轴承18 上的对应位置分别开槽，通过销钉实现与中介机匣17的周向定位。

其中，在止推轴承定位环10、中介机匣17左侧端面和压力盘8 右侧端面的相同周向和径向位置，分别开有通孔、盲孔和盲孔；在止 推轴承定位环10通孔中安装销钉，通过销钉在其左右两侧分别安装 前止推轴承9和后止推轴承11，并由销钉安装在中介机匣17左侧端 面，再将压力盘8由销钉安装在止推轴承定位环10左侧，通过销钉 实现压力盘8、止推轴承定位环10与中介机匣17的定心。

其中，所述惰性混合气体轴承高效压缩装置所使用的气体轴承为 惰性混合气体轴承。

其中，所述惰性混合气体轴承高效压缩装置所实现压缩的工质是 惰性混合气体。

其中，所述离心叶轮3、扩压器4、压气机蜗壳2共同组成了气 流通道。

其中，定义D₃为扩压器4出口直径，D₂为离心叶轮3出口直径， D_1t为离心叶轮3轮缘直径，D_1h为离心叶轮3进口轮毂直径，b₂为离 心叶轮3出口宽度，L为离心叶轮3轴向长度；

其中，设置为范围为1.4～1.7；

设置为范围为0.5～0.8；

设置为范围为0.2～0.4；

设置为范围为0.035～0.085。

L设置为范围为24mm～26mm。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明的惰性混合气体轴承高效压缩装置， 使用惰性混合气体轴承，且实现压缩的工质是惰性混合气体。其经过 实验，可使一定流量惰性混合气体流量1.2Kg/s，压缩装置压比2.5， 绝热效率>80％。

附图说明

图1为本发明技术方案的结构示意图。

图2为本发明技术方案的流道示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实 施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供一种惰性混合气体轴承高效压缩装置，按惰性混合气 体工质特性设计压气机转子的叶片气动型面、气流通道和蜗壳，通过 转子系统、蜗壳、气体轴承和支承系统的结构设计及空气系统设计， 从而获得高压气体，实现惰性混合气体的能量转换。

具体而言，本发明所提供的惰性混合气体轴承高效压缩装置，如 图1所示，其包括：芯轴螺母1、压气机蜗壳2、离心叶轮3、扩压 器4、弹性垫圈5、六角头螺栓6、垫片7、压力盘8、前止推轴承9、 止推轴承定位环10、后止推轴承11、主轴12、弹性挡圈13、波形垫 圈14、前径向轴承15、径向轴承定位环16、中介机匣17、后径向轴 承18、芯轴19；

所述离心叶轮3中心设有一通孔，所述芯轴19由该通孔内穿出， 通过芯轴螺母1将离心叶轮3与芯轴19连接；

所述主轴12从离心叶轮3右端插入，与离心叶轮3右端外圆实 现过盈配合，从而形成一个刚性转子；

所述前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径向轴承18沿轴向 依次配合设置于中介机匣17上；

在中介机匣17内孔左端开凹槽设置弹性挡圈13，起到轴向定位 的作用，弹性挡圈13右端配合波形垫圈14，波形垫圈14提供压紧 力，对波形垫圈14右侧的前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径 向轴承18施加作用，使前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径向轴承18与中介机匣17压紧；

在中介机匣17内侧左端设置有止推轴承定位环10，止推轴承定 位环10左右两侧分别设置前止推轴承9和后止推轴承11，后止推轴 承11位于止推轴承定位环10和中介机匣17之间，在前止推轴承9 左侧设置压力盘8，压力盘8左侧为扩压器4的内侧右端面，压力盘8与扩压器4内侧右端面的端面结合部位处设置有弹性垫圈5；所述 扩压器4外侧右端面设置于中介机匣17外侧左端，即，扩压器4右 端的外圆插入中介机匣17外侧左端的内孔中；

所述扩压器4左端的外圆插入压气机蜗壳2右端内孔实现定位； 所述扩压器4右端的外圆通过六角头螺栓6和垫片7安装在中介机匣 17外侧左端，通过止口定心，使弹性垫圈5变形，弹性垫圈5产生 朝向左右两个方向的顶紧力，朝向左侧的顶紧力使得扩压器4和压气 机蜗壳2之间密封紧密，朝向右侧的顶紧力使得压力盘8、前止推轴 承9、止推轴承定位环10、后止推轴承11与中介机匣17压紧。

所述扩压器4、中介机匣17、弹性垫圈5、压力盘8、弹性挡圈13、波形垫圈14、止推轴承定位环10、径向轴承定位环16构成轴承 支承系统；

所述离心叶轮3通过主轴12带动旋转，径向力通过前径向轴承 15和后径向轴承18传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承9 和后止推轴承11递至轴承支承系统。

其中，所述离心叶轮3含有12个叶片，周向均匀分布，型面为 直纹面。

其中，所述压气机蜗壳2内壁面与离心叶轮3叶顶型面之间留有 一定间隙，间隙值范围为0.35mm～0.45mm。

其中，所述扩压器4为无叶扩压器。

其中，所述前径向轴承15、径向轴承定位环16、后径向轴承18 上的对应位置分别开槽，通过销钉实现与中介机匣17的周向定位。

其中，在止推轴承定位环10、中介机匣17左侧端面和压力盘8 右侧端面的相同周向和径向位置，分别开有通孔、盲孔和盲孔；在止 推轴承定位环10通孔中安装销钉，通过销钉在其左右两侧分别安装 前止推轴承9和后止推轴承11，并由销钉安装在中介机匣17左侧端 面，再将压力盘8由销钉安装在止推轴承定位环10左侧，通过销钉 实现压力盘8、止推轴承定位环10与中介机匣17的定心。

其中，所述惰性混合气体轴承高效压缩装置所使用的气体轴承为 惰性混合气体轴承。

其中，所述惰性混合气体轴承高效压缩装置所实现压缩的工质是 惰性混合气体。

其中，如图2所示，所述离心叶轮3、扩压器4、压气机蜗壳2 共同组成了气流通道。

其中，本发明按惰性混合气体工质特性设计了压气机蜗壳2流道 型面及离心叶轮流道型面和叶型，如图2，气流由左侧轴向进气，经 过离心叶轮旋转增压，离心叶轮流出的气体进入扩压器和压气机蜗壳 中进一步减速增压。根据惰性混合工质物性设计气流通道和离心叶轮 叶型；

定义D₃为扩压器4出口直径，D₂为离心叶轮3出口直径，D_1t为 离心叶轮3轮缘直径，D_1h为离心叶轮3进口轮毂直径，b₂为离心叶 轮3出口宽度，L为离心叶轮3轴向长度；

其中，设置为范围为1.4～1.7，优选的本方案选取1.5；

设置为范围为0.5～0.8，优选的本方案选取0.6；

设置为范围为0.2～0.4，优选的本方案选取0.36；

设置为范围为0.035～0.085，优选的本方案选取0.039。

L设置为范围为24mm～26mm，优选的本方案选取25mm。流道 型面曲线通过样条点生成，通过该设置实现了压气机流量1.2Kg/s， 整级压比2.5，绝热效率>80％。流道和叶型数据见附录。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。