一种离心式压缩机及制冷设备

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种离心式压缩机及制冷设备。

背景技术

制冷设备中的磁悬浮离心式压缩机以其高效、节能、无油等特点成为当前离心式压缩机发展的主流方向之一。而磁悬浮离心式压缩机之所以具有高效、无油等优点，是因为磁悬浮离心式压缩机中的运动部件(例如电机转子、叶轮)与固定部件(例如电机定子、蜗壳)之间存在一定的间隙，使得运动部件与固定部件之间没有摩擦。但是，由于运动部件在转动过程中会发生一定的径向偏移，为了防止运动部件在转动过程中与固定部件发生碰撞，运动部件与固定部件之间的间隙通常比较大，当叶轮与蜗壳之间的间隙较大时，在间隙处形成流通通道，在流通通道上会产生较多的气体泄漏，从而降低离心式压缩机的工作效率。

随着技术的发展，为了减少气体在在叶轮与蜗壳之间间隙处的泄漏量，通常在叶轮与蜗壳之间的流通通道内增设篦齿结构，从而增加气体的流通难度，实现对气体的密封效果。但是，由于叶轮在转动过程中会有一定的径向偏移，为了避免碰撞的产生，篦齿与流道通道内壁之间的间隙始终要大于叶轮偏移量，大大降低了密封效果。

因此，亟需发明一种离心式压缩机及制冷设备，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种离心式压缩机，以减少叶轮与蜗壳之间的间隙，提高叶轮与蜗壳之间密封效果，并且避免碰撞问题。

本发明的另一个目的在于提供一种制冷设备，以减少叶轮与蜗壳之间的间隙，提高叶轮与蜗壳之间密封效果，提高离心式压缩机的工作效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种离心式压缩机，包括：

蜗壳；

叶轮，转动穿设在所述蜗壳的内部；以及

活动密封环组件，设置在所述叶轮和所述蜗壳之间，所述活动密封环组件与所述叶轮之间存在有间隙，并且所述活动密封环组件被配置为能够随着所述叶轮的径向移动而移动，以使所述活动密封环组件与所述叶轮之间的间隙保持不变。

作为优选方案，所述蜗壳上开设有相连通的进气口和排气口，所述叶轮沿其轴线方向包括依次相连接的叶轮前端、叶轮排气端以及叶轮连接端，所述叶轮前端与所述进气口沿所述叶轮的轴线方向相对设置，所述叶轮排气端与所述排气口沿所述叶轮的径向方向相对设置，所述活动密封环组件位于所述叶轮前端处和/或所述叶轮连接端处。

作为优选方案，所述活动密封环组件包括：

固定外环，固定安装在所述蜗壳的内部；

活动内环，设置在所述固定外环的内部并套设在所述叶轮的外周，所述活动内环被配置为能够随着所述叶轮的径向移动而移动；以及

弹性伸缩环，设置在所述固定外环和所述活动内环之间，所述弹性伸缩环的两端分别与所述固定外环和所述活动内环相连接。

作为优选方案，所述活动内环的内壁上设置有篦齿结构。

作为优选方案，所述活动内环为永磁材质，所述叶轮为永磁材质，所述活动内环的永磁材质与所述叶轮的永磁材质相斥。

作为优选方案，所述活动内环为电生磁的磁浮内环，所述叶轮的外周能够与所述活动内环之间产生吸引力，所述叶轮与所述活动内环的吸引力大小随其二者的径向间距的大小变化，以使所述活动内环随着所述叶轮的径向移动而移动。

作为优选方案，所述活动内环包括：

电磁线圈，所述活动内环的周向上间隔设置有多个绕线柱，每个所述绕线柱上均缠绕有所述电磁线圈；

距离传感器，被配置为检测各个所述电磁线圈与所述叶轮之间的距离值，各个所述电磁线圈能够根据所述距离传感器检测的所述距离值调节输出的吸引力大小；以及

电源，被配置为所述电磁线圈通电。

作为优选方案，所述离心式压缩式还包括：

电机转子，所述电机转子的输出端与所述叶轮相连接；

保护轴承，套设在所述电机转子的外周上，所述保护轴承与所述电机转子之间的间隙大小为H2，所述活动内环与所述叶轮之间的间隙大小为H4，所述H4小于所述H2。

作为优选方案，所述活动内环与所述固定外环之间的间隙大小为H5，所述H5大于所述H2。

一种制冷设备，包括如上所述的离心式压缩机。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种离心式压缩机，通过将活动密封环组件设置在叶轮和蜗壳之间，并且活动密封环组件能够随着叶轮的径向移动而移动，以使活动密封环组件与叶轮之间的间隙保持不变，从而可以保证活动密封环组件与叶轮之间的间隙较小，不必顾忌叶轮的径向的偏移量，从而减少叶轮与蜗壳之间的间隙，提高叶轮与蜗壳之间密封效果，并且还能够避免叶轮与活动密封环组件发生碰撞。

本发明提供了一种制冷设备，通过应用上述离心式压缩机，可以保证活动密封环组件与叶轮之间的间隙较小，不必顾忌叶轮的径向的偏移量，从而减少叶轮与蜗壳之间的间隙，提高叶轮与蜗壳之间密封效果，从而提高离心式压缩机的工作效率，并且还能够避免叶轮与活动密封环组件发生碰撞。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的离心式压缩机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的离心式压缩机处于静止状态时的剖视图；

图3是本发明实施例一提供的离心式压缩机处于运行状态时的剖视图；

图4是本发明实施例二提供的活动密封环组件的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的活动密封环组件的剖视图。

图中：

1、蜗壳；11、进气口；12、排气口；

2、叶轮；21、叶轮前端；22、叶轮排气端；23、叶轮连接端；

3、活动密封环组件；31、固定外环；32、活动内环；321、电磁线圈；322、内环外壳；323、内环内壳；33、弹性伸缩环；

4、保护轴承；5、电机转子；6、径向磁浮轴承；7、电机定子。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种离心式压缩机，主要是指磁悬浮离心式压缩机，但不局限于此，也可以是其他形式的离心式压缩机。离心式压缩机的主要作用是用来压缩气体，从而获取高压气体。本实施例提供的离心式压缩机可以应用制冷设备中，是制冷设备的心脏，离心式压缩机从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过对气体进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂液体，为制冷循环提供动力，从而实现制冷循环。

由于离心式压缩机中的运动部件与固定部件之间存在一定的间隙，使得运动部件与固定部件之间没有摩擦，从而使得离心式压缩机具有高效、节能、无油等优点。具体而言，如图1所示，运动部件包括电机转子5以及叶轮2，固定部件包括电机定子7、径向磁浮轴承6以及蜗壳1，其中，电机定子7和径向磁浮轴承6相邻设置，并且电机定子7和径向磁浮轴承6均套设在电机转子5的外周上，径向磁浮轴承6能够利用磁力作用将电机转子5悬浮在空中，从而使得电机转子5与电机定子7之间存在间隙，避免机械接触。电机转子5的输出端与叶轮2相连接，电机转子5转动从而驱动叶轮2转动，叶轮2在转动过程中实现对气体的输送，蜗壳1套设在叶轮2的外周上，蜗壳1对叶轮2起到一定的保护作用，并且蜗壳1能够实现对气体较好的密封效果，保证气体实现稳定的输送。

此外，如图1所示，固定部件还包括保护轴承4，保护轴承4套设在电机转子5的外周上，保护轴承4与电机转子5之间间隙的大小为H2，电机定子7和径向磁浮轴承6与电机转子5之间的间隙大小为H3，蜗壳1与叶轮2之间的间隙大小为H1，其中，H3大于H2，并且H1大于H2，即保护轴承4与电机转子5之间的间隙小于电机定子7和径向磁浮轴承6与电机转子5之间的间隙，也小于蜗壳1与叶轮2之间的间隙。该设置方式，使得当径向磁浮轴承6出现意外断电，高速旋转的运动部件即电机转子5以及叶轮2掉落时，保护轴承4能够最先与电机转子5接触并固定住电机转子5，避免电机转子5对径向磁浮轴承6和电机定子7造成破坏，也可以防止叶轮2与蜗壳1之间发生碰撞，造成损伤。具体而言，保护轴承4为机械轴承，可以为滚珠轴承，滚珠轴承具有摩擦阻力小、结构稳定的优点。

在本实施例中，H1可以为0.25mm～0.3mm，H2可以为0.2mm，H3可以为0.3mm～0.35mm。需要说明的是，在其他实施例中，根据离心式压缩机的规格不同，H1、H2和H3的大小会有一定的差异，只要能够保证H3大于H2，并且H1大于H2即可。需要说明的是，H3的大小是由径向磁浮轴承6的稳定控制能力及电机定子7最优效率共同决定的。其中，径向磁浮轴承6需要间隙稍微大一些，以保持控制余量，电机定子7需要间隙小一些，以保证电机具有较高的效率。

此外，由于运动部件在转动过程中会发生一定的径向偏移，为了防止运动部件在转动过程中与固定部件发生碰撞，运动部件与固定部件之间的间隙通常比较大，当叶轮2与蜗壳1之间的间隙H1较大时，即H1为0.25mm～0.3mm时，在间隙处容易形成流通通道，在流通通道上会产生较多的气体泄漏，从而降低离心式压缩机的工作效率。

随着技术的发展，为了减少气体在叶轮2与蜗壳1之间间隙处的泄漏量，通常在叶轮2与蜗壳1之间的流通通道内增设篦齿结构，从而增加气体的流通难度，实现对气体的密封效果。但是，由于叶轮2在转动过程中会有一定的径向偏移，为了避免碰撞的产生，篦齿与流道通道内壁之间的间隙始终要大于叶轮2偏移量，大大降低了密封效果。

为了解决上述问题，如图2所示，本实施例提供的离心式压缩机还包括活动密封环组件3，活动密封环组件3设置在叶轮2和蜗壳1之间，活动密封环组件3与叶轮2之间存在有间隙，并且活动密封环组件3能够随着叶轮2的径向移动而移动，以使活动密封环组件3与叶轮2之间的间隙保持不变，使得活动密封环组件3与叶轮2之间间隙的大小不必顾忌叶轮2的径向的偏移量，从而可以保证活动密封环组件3与叶轮2之间的间隙较小，从而减少叶轮2与蜗壳1之间的间隙，提高叶轮2与蜗壳1之间密封效果，大大减少了气体在叶轮2与蜗壳1之间间隙处的泄漏量，并且还能够避免叶轮2与活动密封环组件3发生碰撞。

需要说明的是，如图3所示，活动密封环组件3与叶轮2之间间隙的大小为H4，H4可以达到0.05mm～0.1mm，甚至更小，使得H4远远小于H2，即叶轮2与蜗壳1之间的间隙大小远远小于保护轴承4与电机转子5之间间隙的大小。

本实施例提供的制冷设备，具体而言，可以为空调、冰箱、冰柜等制冷设别，通过应用上述离心式压缩机，可以保证活动密封环组件3与叶轮2之间的间隙较小，不必顾忌叶轮2的径向的偏移量，从而减少叶轮2与蜗壳1之间的间隙，提高叶轮2与蜗壳1之间密封效果，从而提高离心式压缩机的工作效率，并且还能够避免叶轮2与活动密封环组件3发生碰撞。

需要说明的是，如图2所示，蜗壳1上开设有相连通的进气口11和排气口12，当叶轮2在转动过程中，叶轮2能够将气体从进气口11输送进来并在排气口12处排出(如图2中箭头所示)，由于叶轮2与蜗壳1之间存在一定的间隙，并且排气口12处的压力远远大于进气口11处的压力，排气口12处的气体容易在叶轮2与蜗壳1之间的间隙处朝向进气口11排出(如图2中箭头所示)，造成气体泄漏。

如图2所示，由于叶轮2沿其轴线方向包括依次相连接的叶轮前端21、叶轮排气端22以及叶轮连接端23，叶轮前端21与进气口11沿叶轮2的轴线方向相对设置，叶轮排气端22与排气口12沿叶轮2的径向方向相对设置，叶轮连接端23与电机转子5的输出端相连接，为了避免排气口12处气体途经叶轮前端21与蜗壳1之间的间隙朝向进气口11排出，如图2所示，活动密封环组件3位于叶轮前端21处，从而实现叶轮前端21与蜗壳1间隙处的密封。

此外，如图2所示，由于叶轮连接端23与蜗壳1之间也存在一定的间隙，排气口12处的气体也有少部分气体会在叶轮连接端23与蜗壳1之间的间隙处朝向电机转子5和电机定子7的内腔处泄漏。因此，也可以在叶轮连接端23处设置活动密封环组件3，从而实现叶轮连接端23与蜗壳1间隙处的密封。

现结合图2和图3对活动密封环组件3的具体结构进行说明，如图2和图3所示，活动密封环组件3包括固定外环31、活动内环32以及弹性伸缩环33，固定外环31固定安装在蜗壳1的内部，活动内环32设置在固定外环31的内部并套设在叶轮2的外周，活动内环32能够随着叶轮2的径向移动而移动，以使活动内环32与叶轮2之间的间隙保持不变，弹性伸缩环33设置在固定外环31和活动内环32之间，弹性伸缩环33的两端分别与固定外环31和活动内环32相连接。通过设置弹性伸缩环33，当叶轮2沿靠近活动内环32的方向径向移动时，活动内环32能够压缩弹性伸缩环33，弹性伸缩环33在挤压的作用下受到压缩变短，从而保证活动内环32与叶轮2之间的间隙保持不变。当叶轮2沿远离活动内环32的方向径向移动时，活动内环32能够拉伸弹性伸缩环33，弹性伸缩环33在拉伸的作用下受到拉伸变长，从而保证活动内环32与叶轮2之间的间隙保持不变。

此外，需要说明的是，当离心式压缩机处于静止状态时，如图2所示，弹性伸缩环33处于竖直状态，弹性伸缩环33维持连接活动内环32和固定外环31，并在活动内环32上保持居中位置。当离心式压缩机运行时，弹性伸缩环33如图3所示，由于排气口12处的压力远远大于进气口11处的压力，弹性伸缩环33被左右压差的推力作用到拉伸状态，并向进气口11方向偏移，而自身依旧保持弹性，此时活动内环32在压力差的作用下容易发生轴向偏移，弹性伸缩环33对活动内环32具有一定的牵引作用，对活动内环32在轴向上的偏移起到限制作用，从而防止活动内环32在轴向偏移过程中与其他部件发生碰撞。具体而言，弹性伸缩环33可以为橡胶环，橡胶环具有一定的弹性和密封性，弹性伸缩环33也可以由其他弹性材料制成，也可以是各种不透气、耐冷媒、可靠性高、形变量小的软材料制成，只要能够保证弹性伸缩环33具备较好的伸缩性能、密封性和稳固性即可。

需要说明的是，在本实施例中，固定外环31与蜗壳1为过盈配合，从而保证固定外环31与蜗壳1之间不存在间隙，保证叶轮2与蜗壳1之间的间隙仅为活动内环32与叶轮2之间的间隙，从而保证密封效果。具体而言，可通过螺栓等紧固件将固定外环31固定在蜗壳1的内部，也可以通过粘贴的方式将固定外环31粘贴固定在蜗壳1内部，只要保证固定外环31与蜗壳1之间的稳固固定即可。

优选地，为了进一步降低气体在活动内环32与叶轮2之间的间隙处的泄漏量，活动内环32的内壁上设置有篦齿结构，从而增加气体在此处的流通难度，进一步提高密封效果。

进一步地，如图3所示，活动内环32与固定外环31之间的间隙大小为H5(即弹性伸缩环33的长度为H5)，H5大于H2。该设置方式，使得当径向磁浮轴承6出现意外断电时，高速旋转的电机转子5以及叶轮2向下掉落H2的距离即可被保护轴承4夹持固定，使得活动内环32向靠近固定外环31的距离只需要移动H2的距离即可，可以避免活动内环32与固定外环31之间发生碰撞，保证活动内环32与固定外环31的安全性。需要说明的是，由于活动内环32与固定外环31之间的间隙大小会随着弹性伸缩环33的伸缩发生变化(即弹性伸缩环33的长度在伸缩过程中发生变化)，需要保证H5始终大于H2，即活动内环32与固定外环31之间的最小间隙需要大于H2。

此外，需要说明的是，为了保证活动内环32与固定外环31足够安全，活动内环32与固定外环31之间的距离可以设有50％的安全余量，使得H5大于H3，进一步避免活动内环32与固定外环31之间碰撞的发生。

在本实施例中，需要说明的是，由于弹性伸缩环33具有一定的厚度，如图2所示，弹性伸缩环33的厚度大小为H6，为了避免弹性伸缩环33被左右压差的推力作用到拉伸状态，并向进气口11方向偏移至水平状态，从而减少活动内环32与固定外环31之间的间隙大小，因此H5尺寸应该也大于(H2+H6)×150％，进一步避免活动内环32与固定外环31之间碰撞的发生。

为了保证活动内环32能够随着叶轮2的径向移动而移动，在本实施例中，活动内环32为永磁材质，叶轮2也为永磁材质，并且活动内环32的永磁材质与叶轮2的永磁材质相斥，从而保证活动内环32与叶轮2之间具有一定的排斥力，使得活动内环32随着叶轮2的径向移动而移动。需要说明的是，叶轮2沿其径向方向与活动内环32相对的部位为永磁材质即可，其他部位为常规材质，常规材质可以为铝合金。

实施例二

本实施例公开的离心式压缩机的结构与实施例一基本相同，本实施例公开的离心式压缩机与实施例一的不同之处在于：活动内环32为电生磁的磁浮内环。

如图4和图5所示，叶轮2的外周能够与活动内环32之间产生吸引力，叶轮2与活动内环32的吸引力大小随其二者的径向间距的大小变化，以使活动内环32随着叶轮2的径向移动而移动。

具体而言，如图4和图5所示，活动内环32包括电磁线圈321以及距离传感器，并且活动内环32的周向上间隔设置有多个绕线柱，每个绕线柱上均缠绕有电磁线圈321，通过为每个电磁线圈321通电，使得每个电磁线圈321与叶轮2对应位置产生相应的吸引力，距离传感器用于检测各个电磁线圈321与叶轮2之间的距离值，各个电磁线圈321能够根据距离传感器检测的距离值调节输出的吸引力大小，从而使得活动内环32随着叶轮2的径向移动而移动。当叶轮2朝向其中一个电磁线圈321部位径向移动时，距离传感器检测到该电磁线圈321与叶轮2之间的距离变小，该电磁线圈321能够根据距离传感器检测的距离值减小输出的吸引力，与该电磁线圈321相对的电磁线圈321相应的地将其吸引力调大，使得与该电磁线圈321相对的电磁线圈321靠近叶轮2移动，从而达到调节的目的。具体而言，在本实施例中，距离传感器设置在内环32上，距离传感器是利用“飞行时间法”的原理来检测电磁线圈321与叶轮2之间的距离。当距离传感器检测到电磁线圈321与叶轮2之间的距离发生变化后，相应的控制器能够通过控制为电磁线圈321通电的电流大小来改变电磁线圈321产生的吸引力大小，电磁线圈321通过的电流越大，电磁线圈321产生的吸引力也就越大。

需要说明的是，在本实施例中，活动内环32还包括内环外壳322和内环内壳323，内环外壳322与弹性伸缩环33相连接，内环内壳323固定在内环外壳322的内部，内环内壳323的周向上间隔设置有绕线柱。通过设置内环外壳322，对内环内壳323上设置的绕线柱以及电磁线圈321具有一定的保护作用。

此外，活动内环32还包括电源，电源用于为电磁线圈321通电，控制器根据距离传感器检测的距离值来调节电源为电磁线圈321通电电流的大小，从而改变电磁线圈321输出吸引力的大小。在本实施例中，电源为备用外接电源，如笔记本上的电源，当离心式压缩机断电停机过程时，依旧可以让活动内环32与叶轮2间保持间隙，不至于碰触损坏。由于活动密封环组件3的体积小质量轻，耗电小，较小备用外接电源即可满足。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。