[发明专利]一种双极离心空压机

说明书

一种双极离心空压机，包括由外到内依次设置的壳体和主轴，主轴外侧设有电机定子，内部设有电机转子，壳体两端设有一级压缩装置和二级压缩装置，一级压缩装置和二级压缩装置之间通过中间管道连通，双极离心空压机还包括冷却系统，冷却系统包括水冷装置和气冷装置，外部气冷装置包括设置在水冷装置外侧的气体预冷通道，预冷通道后侧上端设有第一进气口，预冷通道前侧下端设有第二进气口，第二进气口穿透所述壳体，壳体位于所述预冷通道后侧部位设有出气口,通过中间管路将部分压缩气体引入机壳组件中，通过水冷装置进行初步降温后再次进入壳体内实现对电机、主轴、径向轴承和推力轴承冷却的，提高空压机的使用寿命。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池发动机技术领域，具体涉及一种双极离心空压机。

背景技术

目前发展新能源燃料电池汽车被认为是交通能源动力转型的重要环节而备受重视。质子交换膜燃料电池是目前燃料电池家族中最为成熟的代表。它是以氢气和空气(空气中的氧气)做燃料发生电化学反应，将燃料的化学能直接转换成电能的装置，反应生成水。它兼备无污染、高效率、适用广、低噪声、室温快速启动、可快速补充能量和具有模块化结构等优点，很有可能成为继传统内燃机之后汽车的主要动力源之一。

为了保障燃料电池发动机正常工作，发动机一般需要氢气供应子系统、空气供应子系统和循环水冷却管理子系统等辅助系统。大量的研究表明，高压、大流量的空气供应对提高现有燃料电池发动机的功率输出具有明显的效果。因此，一般空气进入发动机之前，要对进气进行增压，空气压缩机就是实现该目标的一种能量转换装置，是燃料电池发动机空气供应系统的重要零部件之一，不同工况下燃料电池汽车发动机功率输出所需求的空气供应管理和调控主要靠空压机来实现。

目前离心式空压机设计一般采用电机直驱方式，电机转子和主轴做成一体化结构，主轴轴端固定联接离心式叶轮，叶轮内置于蜗壳内。电机转子超高速旋转下，叶轮带动气体高速旋转，与蜗壳相互作用产生高压、大流量空气，供给燃料电池发动机用于燃料电池电堆内部电化学反应的发生，其中轴承提供支撑主轴-叶轮一体化旋转部件高速旋转。

直驱离心式空压机一般采用电机驱动，消耗燃料电池汽车发动机功率，约为燃料电池发动机总功率输出的15-20％。因此，为提高发动机有效功率输出，降低空压机功耗，高速高效空压机技术引起广泛关注。

随离心式空压机转速地提高，转子承受越来越大的离心力作用。转子中永磁体材料一般抗压强度1000Mpa左右，而抗拉强度80Mpa左右，具有抗压不抗拉的特性，在空压机转子设计上一般采用直径较小的转子，目的是降低高速离心力对永磁体的破坏。

此外，燃料电池电化学反应的发生是在一定的温度、湿度和气体压力下进行的，而反应发生也伴随一定的热量的释放，因此燃料电池发动机的空气供应系统中的空气具有高温、高湿、高压、大流量和无油的特征，油液的介入会降低燃料电池催化剂的催化作用，大大降低燃料电池发动机功率输出。

同时，离心式空压机为了提高输出空气的压力和流量，往往采用超高转速(80000rpm以上)的转速控制实现方式，现有的传统滚动和滑动油润滑轴承很难满足要求，一是不满足燃料电池发动机的无油工作环境要求，二是由于机械摩擦力的存在，使转子-主轴转速降低和摩擦损耗增大。即使特殊轴承可以满足要求，但也会带来转子热问题及转子动力学稳定性的问题。其次也会造成轴承等支撑部件破损的危险，增加故障监测和诊断难度。此外，超高速的转子也会带来散热和冷却问题，综上所述，这些问题都对支撑主轴-叶轮超高速旋转的轴承提出了更好的使用要求，需要在具体离心式空压机设计方案中得到综合考虑并加以解决。

发明内容

为解决上述问题本发明目的是提供 一种双极离心空压机，包括由外到内依次设置的壳体和主轴，所述主轴外侧设有电机定子，内部设有电机转子，所述壳体两端设有一级压缩装置和二级压缩装置，所述一级压缩装置和二级压缩装置之间通过中间管道连通，