CN120926111A - 两级压缩结构及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两级压缩结构及压缩机，其中，两级压缩结构包括：蜗壳组件，蜗壳组件的内部设有密封分隔部，沿第一方向，密封分隔部将蜗壳组件的内腔分隔为第一内腔和第二内腔；第一叶轮，设于第一内腔，第一叶轮的轴向与第一方向平行；第二叶轮，与第一叶轮同轴设置并设于第二内腔，沿第一方向，第一叶轮的背部和第二叶轮的背部分别与密封分隔部相对设置，并分别与密封隔板之间设有第一密封结构。根据本发明的两级压缩结构，两个叶轮同轴设置在同一蜗壳组件内，通过密封分隔部分别与第一叶轮的背部和第二叶轮的背部与密封分隔部之间设置密封结构，减少了轴向空间占用，有利于缩短转子轴的长度，可提升第一阶弯曲模态频率。

Description

两级压缩结构及压缩机

技术领域

本发明涉及离心机设备技术领域，尤其涉及一种两级压缩结构及压缩机。

背景技术

磁悬浮轴承由于高速、无油、节能低噪等优点，已经逐步应用于透平机械、真空洁净、飞轮储能等领域。对于高速磁悬浮转子，由于刚性转子约束，需要尽可能缩短转子轴向长度，提升第一阶弯曲模态频率，提高转子稳定性。

现有压缩机的两级压缩，一般在机壳的轴向的两端分别设置两个具有蜗壳腔的蜗壳，每个蜗壳内部设有一个用于压缩空气的叶轮，如此设置，需分别针对两个叶轮设置两套相互独立的密封结构，轴向占用空间较大，无法有效缩短转子轴的长度。

发明内容

本发明的目的是至少解决两级压缩结构分别针对两个叶轮设置相互独立的密封结构导致轴向占用空间较大的问题。该目的是通过以下方式实现的：

本发明的第一方面提出了一种两级压缩结构，所述两级压缩结构包括：蜗壳组件，所述蜗壳组件的内部设有密封分隔部，沿第一方向，所述密封分隔部将所述蜗壳组件的内腔分隔为第一内腔和第二内腔；第一叶轮，设于所述第一内腔，所述第一叶轮的轴向与所述第一方向平行；第二叶轮，与所述第一叶轮同轴设置并设于所述第二内腔，沿所述第一方向，所述第一叶轮的背部和所述第二叶轮的背部分别与所述密封分隔部相对设置，并分别与所述密封分隔部之间设有第一密封结构，所述第一叶轮和所述第二叶轮分别通过所述第一密封结构与所述密封分隔部转动密封配合。

根据本发明的两级压缩结构，相较于现有技术中两套相互独立的密封结构，两个叶轮同轴设置在同一蜗壳组件内，通过密封分隔部分隔，并只需在第一叶轮的背部和第二叶轮的背部与密封分隔部之间设置密封结构，减少了轮背密封件的数量，减少了轴向空间占用，有利于缩短转子轴的长度，满足高速磁悬浮转子对缩短轴向长度的要求，可提升第一阶弯曲模态频率。

另外，根据本发明的两级压缩结构，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述蜗壳组件包括蜗壳，所述蜗壳包括主体部、第一扩压部、第二扩压部和所述密封分隔部，所述第一扩压部和所述第二扩压部分别连接于所述主体部沿所述第一方向的两侧，所述第一内腔包括形成于所述第一扩压部的第一扩压通道，所述第二内腔包括形成于所述第二扩压部的第二扩压通道；

其中，所述密封分隔部可拆卸地与所述主体部相连，或者，所述密封分隔部与所述主体部为一体式结构。

在本发明的一些实施例中，所述蜗壳组件还包括第一进气壳体，所述第一进气壳体可拆卸地与所述第一扩压部相连，所述第一内腔还包括形成于所述第一进气壳体的第一吸气室，所述第一吸气室与所述第一扩压通道相通。

在本发明的一些实施例中，所述蜗壳组件还包括第二进气壳体，所述第二进气壳体可拆卸地与所述第二扩压部相连，所述第二内腔还包括形成于所述第二进气壳体的第二吸气室，所述第二吸气室与所述第二扩压通道相通。

在本发明的一些实施例中，所述蜗壳组件还包括：

进气导向壳体，与所述第二进气壳体沿所述第一方向背离所述蜗壳的一端相连，所述进气导向壳体形成有环绕所述第二叶轮的轴线设置的内周面；

轴端密封件，与所述进气导向壳体的内周面相连，沿所述第一方向，所述轴端密封件与所述第二叶轮相对设置；

其中，所述进气导向壳体和所述轴端密封件的外周壁共同限定出径向进气道，并在所述进气导向壳体的外周壁形成径向进气口，所述径向进气道与所述第二吸气室相通。

在本发明的一些实施例中，沿所述径向进气道的进气方向，所述轴端密封件的至少部分外径尺寸逐渐减小。

在本发明的一些实施例中，所述第一密封结构包括多个同轴设置的第一环形凸齿，所述第一叶轮的背部、所述第二叶轮的背部和所述密封分隔部中的至少一者设有所述第一环形凸齿，全部所述第一环形凸齿沿所述第一叶轮的径向依次间隔设置，所述第一环形凸齿的根部至所述第一环形凸起远离所述根部的一端沿所述第一叶轮的径向向外倾斜。

在本发明的一些实施例中，所述第一密封结构还包括：

多个第一凸起结构，呈环状并形成于所述第一叶轮的背部，且与所述第一叶轮同轴设置，多个所述第一凸起结构沿所述第一叶轮的径向依次间隔设置；

多个第二凸起结构，呈环状并形成于所述密封分隔部朝向所述第一叶轮的一端，且与所述第一叶轮同轴设置，多个所述第二凸起结构沿所述第一叶轮的径向依次间隔设置；

其中，多个所述第一凸起结构与多个所述第二凸起结构沿所述径向依次交替设置，并在所述第一叶轮的背部与所述密封分隔部之间限定出第一密封间隙，所述第一密封间隙包括沿所述径向延伸的第一径向段和沿所述第一叶轮的轴向延伸的第一轴向段，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构中的至少一者设有所述第一环形凸齿。

在本发明的一些实施例中，所述第一密封结构还包括：

多个第三凸起结构，呈环状并形成于所述第二叶轮的背部，且与所述第二叶轮同轴设置，多个所述第三凸起结构沿所述第二叶轮的径向依次间隔设置；

多个第四凸起结构，呈环状并形成于所述密封分隔部朝向所述第二叶轮的一端，且与所第二叶轮同轴设置，多个所述第四凸起结构沿所述第二叶轮的径向依次间隔设置；

其中，多个所述第三凸起结构与多个所述第四凸起结构沿所述径向依次交错设置，并在所述第二叶轮的背部与所述密封分隔部之间限定出第二密封间隙，所述第二密封间隙包括沿所述径向延伸的第二径向段和沿所述第一叶轮的轴向延伸的第二轴向段，所述第三凸起结构和所述第四凸起结构中的至少一者设有所述第一环形凸齿。

在本发明的一些实施例中，所述第一叶轮的背部设有第一限位凸台，所述第二叶轮的背部设有第二限位凸台，所述密封分隔部设有过孔，所述第一限位凸台和所述第二限位凸台相抵，至少部分所述第一限位凸台和至少部分所述第二限位凸台分别穿设于所述过孔内。

在本发明的一些实施例中，所述过孔的内壁设有多个第二环形凸齿，所述多个第二环形凸齿沿所述第一方向依次间隔设置；

所述第二环形凸齿围绕所述第一限位凸台的周向延伸，和/或，所述第二环形凸齿围绕所述第二限位凸台的周向延伸。

在本发明的一些实施例中，所述蜗壳组件设有轴安装孔，所述轴安装孔沿所述第一方向贯通所述蜗壳组件，并与所述第一内腔和所述第二内腔相通，所述轴安装孔用于与转子轴转动配合。

在本发明的一些实施例中，所述轴安装孔的内壁设有多个第三环形凸齿，所述第三环形凸齿围绕所述转子轴的周向延伸，并沿所述第一方向依次间隔设置，所述第三环形凸齿用于与所述转子轴的外周面密封配合。

本发明的第二方面还提出一种压缩机，所述压缩机包括：至少一个第一方面中所述的两级压缩结构；机壳，所述机壳与所述蜗壳组件相连；转子轴，可转动地设于所述机壳，部分所述转子轴位于所述第一内腔和所述第二内腔，并分别与所述第一叶轮和所述第二叶轮相连。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。其中：

图1为本发明一实施方式的两级压缩结构的剖面结构示意图；

图2为本发明另一实施方式的两级压缩结构的剖面结构示意图；

图3为本发明又一实施方式的两级压缩结构的剖面结构示意图；

图4为图3中A部分的局部放大示意图；

图5为本发明一实施方式的压缩机的剖面结构示意图；

图6为本发明另一实施方式的压缩机的部分结构框图示意图。

附图中各标号表示如下：

22、两级压缩结构；

220、蜗壳组件；2201、第一内腔；2202、第二内腔；

221、蜗壳；2211、主体部；2212、密封分隔部；22121、过孔；22122、第二环形凸齿；2213、第一扩压部；22131、第一扩压通道；22132、第一蜗室；2214、第二扩压部；22141、第二扩压通道；22142、第二蜗室；

222、第一进气壳体；2221、第一吸气室；

223、第二进气壳体；2231、第二吸气室；

224、进气导向壳体；2240、径向进气道；2241、径向进气口；

225、轴端密封件；2251、导流结构；

226、第一叶轮；2261、第一限位凸台；

227、第二叶轮；2271、第二限位凸台；

228、第一密封结构；2281、第一环形凸齿；2282、第一凸起结构；2283、第二凸起结构；22801、第一密封间隙；2284、第三凸起结构；2285、第四凸起结构；22802、第二密封间隙；

2203、轴安装孔；22031、第三环形凸齿；

1、压缩机；121、机壳；213、转子轴；122、第二蜗壳；210、第三叶轮；30、电机；2220、第一径向磁轴承；2230、第二径向磁轴承；2200、轴向磁轴承；2160、保护轴承；

X-第一方向。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置转动，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。

根据本发明的实施例，提供了一种两级压缩结构22，请结合图1和图2所示，包括蜗壳组件220、第一叶轮226和第二叶轮227。具体地，蜗壳组件220是整个压缩结构的外壳，为内部的叶轮等部件提供安装空间和气流通道，蜗壳组件220的内部设有密封分隔部2212，密封分隔部2212沿第一方向将蜗壳组件220的内腔分隔为第一内腔2201和第二内腔2202，起到隔离和密封作用，防止两级压缩过程中气体在两个内腔之间泄漏，保证压缩过程的正常进行，第一内腔2201和第二内腔2202分别用以实现两级压缩功能。第一叶轮226设置在第一内腔2201中，第一叶轮226的轴向与第一方向平行，第一叶轮226的主要作用是对进入第一内腔2201的气体进行一级压缩，通过叶轮的旋转对气体做功，提高气体的压力和流速。第二叶轮227设于第二内腔2202中，且第二叶轮227与第一叶轮226同轴设置，即第二叶轮227与第一叶轮226的旋转轴线在同一条直线上。第二叶轮227对经过一级压缩后并进入至第二腔室内的气体进行二级压缩，进一步提高气体的压力，使其达到所需的输出压力。

其中，沿第一方向，密封分隔部2212设于第一叶轮226的背部和第二叶轮227的背部之间，第一叶轮226的背部和第二叶轮227的背部均朝向密封分隔部2212，与密封分隔部2212相对设置。并且在第一叶轮226的背部与密封分隔部2212之间以及第二叶轮227的背部与密封分隔部2212之间中的至少一者设有第一密封结构228，实现对第一叶轮226的背部与密封分隔部2212之间的间隙进行密封，或者对第二叶轮227的背部与密封分隔部2212之间的间隙进行密封。

在一些实施例中，请结合图1和图2所示，在第一叶轮226的背部与密封分隔部2212之间设有第一密封结构228，或者第二叶轮227的背部与密封分隔部2212之间设有第一密封结构228；另一些实施例中，在第一叶轮226的背部与密封分隔部2212之间以及第二叶轮227的背部与密封分隔部2212之间分别设有至少一个第一密封结构228。

本实施例中，外部气体首先进入蜗壳组件220的第一内腔2201，在第一叶轮226的作用下进行一级压缩，被压缩后的气体进入第二内腔2202，在第二叶轮227的作用下进行二级压缩，进一步提高气体的压力。密封分隔部2212和第一密封结构228确保气体在两个内腔中按规定路径流动，减少从高压侧的第二内腔2202的气体向低压侧的第一内腔2201泄漏，保证压缩过程的高效进行，最终压缩后的气体从蜗壳组件220的出口排出。

根据本发明提出的两级压缩结构22，两个叶轮同轴设置在同一蜗壳组件220内，通过密封分隔部2212分隔，减少了轴向空间占用，有利于缩短转子轴213的长度，满足高速磁悬浮转子对缩短轴向长度的要求，可提升第一阶弯曲模态频率，提高转子稳定性。相较于现有技术中两套相互独立的密封结构，本发明只需在第一叶轮226的背部和第二叶轮227的背部与密封分隔部2212之间设置密封结构，减少了轮背密封件的数量，简化了密封系统，降低了密封结构的设计和维护成本，同时也减少了因密封部件过多可能带来的泄漏风险，提高了压缩效率。

在一些实施例中，请结合图1和图2所示，蜗壳组件220包括蜗壳221，蜗壳221包括主体部2211、第一扩压部2213、第二扩压部2214和密封分隔部2212，主体部2211是蜗壳221的主体部2211分，位于蜗壳组件220的中心位置，并作为第一扩压部2213、第二扩压部2214以及密封分隔部2212的中间连接枢纽，主体部2211沿第一方向的两端分别连接第一扩压部2213和第二扩压部2214，形成完整的气流通道。第一扩压部2213和第二扩压部2214分别集成在主体部2211沿第一方向的两侧，并分别形成独立的扩压通道，分别用于将第一叶轮226和第二叶轮227压缩后的气体动能转化为压力能。

详细地，第一扩压部2213：连接于主体部2211沿第一方向(如轴向)的一侧，内部形成环绕第一叶轮226的第一扩压通道22131，第一扩压通道22131通过扩大流道截面积使第一内腔2201中的气体流速降低、压力升高。第二扩压部2214对称设置于主体部2211沿第一方向的另一侧，第二扩压部2214内部形成环绕第二叶轮227的第二扩压通道22141，第二扩压通道22141通过扩大流道截面积使第二内腔2202中的气体流速降低、压力升高，并针对二级压缩后的高压气体进行进一步扩压。

主体部2211整体呈环形结构，密封分隔部2212与主体部2211的内周侧相连。其中，密封分隔部2212与主体部2211为一体式结构。主体部2211、密封分隔部2212、第一扩压部2213以及第二扩压部2214位一体铸造成型，整体性强，具有更好的密封性能，减少气体泄漏风险。由于密封分隔部2212的两侧分别与第一叶轮226和第二叶轮227的背部相对，在第一叶轮226和第二叶轮227之间形成密封界面，防止两级压缩过程中气体串流。

需要说明的是，第一密封结构228分别设置在第一叶轮226背部与密封分隔部2212之间、第二叶轮227背部与密封分隔部2212之间。第一密封结构228包括迷宫密封、齿形密封或磁流体密封的至少一种，通过缩小间隙或设置多层截流结构，减少高压气体自第二内腔2202向低压侧的第一内腔2201泄漏，提高压缩效率。

相比于现有两级压缩机1需在机壳121两端分别设置独立蜗壳221和密封结构的技术方案，本实施例中，将两级叶轮同轴集成于同一蜗壳组件220内，通过第一扩压部2213、第二扩压部2214和密封分隔部2212的集成于主体部2211，形成一体式结构，降低泄漏风险并延长使用寿命。并且仅需在第一叶轮226背部和第二叶轮227背部与密封分隔部2212之间设置密封，较传统两套独立密封可有效减少的密封部件的数量，降低两级压缩结构22轴向空间占用的长度，满足高速磁悬浮转子对缩短轴向长度、提升一阶弯曲模态频率的需求。

在另一些实施例中，如图3所示，密封分隔部2212与主体部2211可拆卸的连接，便于组装装配以及检修拆卸，降低维护难度。

在一些实施例中，请结合图1和图2所示，蜗壳组件220还包括第一进气壳体222，第一进气壳体222是蜗壳组件220中用于引导气流进入第一级压缩系统的独立壳体结构，第一进气壳体222的材质与与蜗壳221主体部2211、第一扩压部2213相同，以保证结构强度和耐温耐压性能。第一进气壳体222的外形与第一扩压部2213的接口相匹配，第一进气壳体222和第一扩压部2213分别设有螺栓孔，便于第一进气壳体222通过螺栓与第一扩压部2213实现可拆卸连接。第一进气壳体222内部形成有第一吸气室2221，第一吸气室2221是第一级压缩的气流入口通道。第一吸气室2221的腔体形状需根据进气口的朝向进行调整。本实施例中，第一吸气室2221的进气口朝向第一方向，也即第一吸气室2221开设有轴向的进气口，第一吸气室2221的出口端与第一扩压通道22131的入口连通。第一扩压通道22131环绕第一叶轮226的周向设置，因此第一吸气室2221、第一叶轮226、第一扩压通道22131沿气流路径依次分布，第一叶轮226的出气口与第一扩压通道22131的进气口相对且相通，由第一吸气室2221流入第二内腔2202的气体，经第一叶轮226加压后，进入至第一扩压通道22131内，第一扩压通道22131的流通截面逐渐扩大，将气体的动能转化为压力能，提高气体的压力。

第一扩压部2213还形成有与第一扩压通道22131的出气端相通的第一蜗室22132，第一蜗室22132呈螺旋结构，第一蜗室22132用于收集从第一扩压通道22131流出的气体，并将气体引导至第一内腔2201的出气口，也即一级压缩的总排气口。

需要说明的是，当密封分隔部2212与主体部2211为一体式时，若采用现有方案将第一进气壳体222与蜗壳221的一体式固定结构会导致第一叶轮226无法安装；而本实施例中第一进气壳体222的可拆卸设计，通过临时拆卸第一进气壳体222为第一叶轮226提供安装通道，兼顾了结构整体性(减少泄漏风险)与装配可行性。第一进气壳体222的可拆卸连接不仅便于安装，还能在设备检修时快速拆卸，方便对第一叶轮226、第一扩压通道22131进行检查或更换，降低维护成本。

在其他实施例中，第一吸气室2221也可在第一进气壳体222的周向外侧壁形成径向进气口2241，从径向方向进气。

在一些实施例中，请结合图1和图2所示，蜗壳组件220还包括第二进气壳体223，第二进气壳体223是蜗壳组件220中用于引导气流进入第二级压缩系统的独立壳体结构，第二进气壳体223的材质与与蜗壳221主体部2211、第二扩压部2214相同，以保证结构强度和耐温耐压性能。第二进气壳体223的外形与第二扩压部2214的接口相匹配，第二进气壳体223和第二扩压部2214分别设有螺栓孔，便于第二进气壳体223通过螺栓与第二扩压部2214实现可拆卸连接。第二进气壳体223内部形成有第二吸气室2231，第二吸气室2231是第二级压缩的气流入口通道。第二吸气室2231的腔体形状需根据进气口的朝向进行调整。本实施例中，第二吸气室2231的进气口沿第二叶轮227的轴向朝向背离第一叶轮226的一侧，也即第二吸气室2231开设有轴向的进气口，第二吸气室2231的出口端与第二扩压通道22141的入口连通。第二扩压通道22141环绕第二叶轮227的周向设置，因此第二吸气室2231、第二叶轮227、第二扩压通道22141沿气流路径依次分布，第二叶轮227的出气口与第二扩压通道22141的进气口相对且相通，由第二吸气室2231流入第二内腔2202的气体，经第二叶轮227加压后，进入至第二扩压通道22141内，第二扩压通道22141的流通截面逐渐扩大，将气体的动能转化为压力能，提高气体的压力。

第二扩压部2214还形成有与第二扩压通道22141的出气端相通的第二蜗室22142，第二蜗室22142呈螺旋结构，第二蜗室22142用于收集从第二扩压通道22141流出的气体，并将气体引导至第二内腔2202的出气口，也即二级压缩的总排气口。

需要说明的是，当密封分隔部2212与主体部2211为一体式时，若采用现有方案将第二进气壳体223与蜗壳221的一体式固定结构会导致第二叶轮227无法安装；而本实施例中第二进气壳体223的可拆卸设计，通过临时拆卸第二进气壳体223为第二叶轮227提供安装通道，兼顾了结构整体性(减少泄漏风险)与装配可行性。第二进气壳体223的可拆卸连接不仅便于安装，还能在设备检修时快速拆卸，方便对第二叶轮227、第二扩压通道22141进行检查或更换，降低维护成本。

进一步地，请结合图1和图2所示，蜗壳组件220还包括进气导向壳体224和轴端密封件225，进气导向壳体224是用于引导气流径向进入第二级压缩系统的壳体结构，呈环形或筒状结构，进气导向壳体224的外周壁设有径向进气口2241，进气导向壳体224内部与第二进气壳体223、轴端密封件225配合形成气流通道。轴端密封件225设置在进气导向壳体224内周面，沿第一方向与第二叶轮227相对，轴端密封件225用于密封第二叶轮227的轴端间隙、减少气流泄漏。进气导向壳体224的内周壁与轴端密封件225的外周壁共同围合形成径向进气道2240，径向进气道2240呈环形，径向进气道2240沿径向方向的一端连通径向进气口2241，径向进气道2240沿轴向方向的一端连通第二吸气室2231的进气口，经第一叶轮226压缩后的第一内腔2201中的气体可通过径向进气口2241和径向进气道2240进入至第二吸气室2231，第二叶轮227高速旋转，将第二吸气室2231内的气体吸入并进行二次压缩，压缩后的气体通过第二扩压腔，进入第二蜗室22142内。

本实施例中，通过进气导向壳体224、轴端密封件225以及第二进气壳体223的配合，将二级压缩的进气口设置在径向的一侧，径向进气的设计便于与外部气源管路对接，适应性更强。并且，两级压缩结构22可将蜗壳组件220沿轴向方向将进气导向壳体224与压缩机1的机壳121相连。

在一些实施例中，沿径向进气道2240的进气方向，轴端密封件225的外径尺寸逐渐减小，使轴端密封件225的外周表面在径向进气道2240内形成导流结构2251，导流结构2251呈锥形或弧形过渡面，可引导气流沿平滑曲面从径向逐步转为轴向，使气流速度和压力变化更平稳，显著降低流动阻力和能量损失，提升进气效率。

具体地，径向进气道2240的气流初始为径向方向，从外周向中心流动，通过轴端密封件225的导流结构2251的导流作用，引导气流方向转变为轴向方向，进入第二吸气室2231并流向第二叶轮227。

本实施例中，导流结构2251通过平滑过渡引导气流，使进入第二吸气室2231的气流沿周向分布更均匀，与第二叶轮227的旋转方向和入口角度匹配度更高，减少叶轮对气流的冲击式吸入，降低气动噪声和能量耗散。

在一些实施例中，请结合图1和图2所示，第一密封结构228包括多个同轴设置的第一环形凸齿2281，第一叶轮226的背部、第二叶轮227的背部和密封分隔部2212中的至少一者设有至少一组第一环形凸齿2281，每组包括多个第一环形凸齿2281。其中，每组中的多个第一环形凸齿2281沿第一叶轮226的径向依次间隔分布，形成多层环形齿隙结构，相邻两个第一环形凸齿2281之间的间隙构成气流的曲折通道。当第一环形凸齿2281设置在密封分隔部2212沿第一方向的两侧时，设于密封分隔部2212两侧的第一环形凸齿2281分布与第一叶轮226的背部和第二叶轮227的背部相对，第一叶轮226和第二叶轮227旋转时，第一环形凸齿2281与第一叶轮226的背部和第二叶轮227的背部保持微小间隙。当第一环形凸齿2281设置在第一叶轮226的背部和第二叶轮227的背部，则与密封分隔部2212的对应表面相对，形成动静配合的密封间隙。

第一环形凸齿2281相对于第一方向朝向第一叶轮226径向的外侧倾斜延伸，即第一环形凸齿2281的顶端比根部更靠近叶轮外周，形成沿径向向外张开的倾斜角度。

需要说明的是，第一环形凸齿2281为一体式结构，若设置在密封分隔部2212或第一叶轮226和第二叶轮227的背部，则与对应部件通过铸造或机加工方式整体成型固定，无可拆卸连接。

本实施例中，第一密封结构228基于迷宫密封原理，通过多层倾斜凸齿形成曲折的气流通道，阻碍高压侧气体向低压侧泄漏。具体地，第二内腔2202的高压气体若向第一内腔2201的低压侧泄漏时，需依次穿过多个第一环形凸齿2281之间的间隙。由于第一环形凸齿2281沿径向间隔且倾斜，泄漏路径被强制弯曲，每经过一个凸齿间隙，气体因节流效应产生压力降，经过多层第一环形凸齿2281后，泄漏量大幅衰减。并且，第一叶轮226和第二叶轮227旋转时，叶轮的背部与第一环形凸齿2281之间的微小间隙形成气膜，第一环形凸齿2281可减少旋转气流对密封间隙的扰动，避免因间隙内气流不稳定导致的泄漏量波动。

本实施例中，第一叶轮226的背部、第二叶轮227的背部和密封分隔部2212均设置有第一环形凸齿2281，能同时应对两级压缩腔之间的泄漏，适配两级压缩系统的复杂密封需求。

在一些实施例中，如图4所示，第一密封结构228包括多个第一凸起结构2282和多个第二凸起结构2283，多个第一凸起结构2282呈环状并形成于第一叶轮226的背部，且与第一叶轮226同轴设置，多个第一凸起结构2282沿第一叶轮226的径向依次间隔分布。多个第二凸起结构2283呈环状并形成于密封分隔部2212朝向第一叶轮226的一端，且与第一叶轮226同轴设置，多个第二凸起结构2283沿第一叶轮226的径向依次间隔分布。其中，多个第一凸起结构2282与多个第二凸起结构2283沿第一叶轮226的径向依次交错设置，即每一个第一凸起结构2282在径向上位于相邻两个第二凸起结构2283之间，从而在第一叶轮226的背部与密封分隔部2212之间限定出一条沿第一叶轮226的径向方向呈折线式蜿蜒延伸的第一密封间隙22801，第一密封间隙22801包括沿径向延伸的多个第一径向段和沿第一叶轮的轴向延伸的多个第一轴向段，多个第一径向段和多个第一轴向段依次交替连通。

通过多个径向环状凸起结构交错布置，在密封区域内部形成复杂的折返路径，使得气体必须经过多次方向变化和节流阻力，才能泄露出去，大幅度提升密封阻抗，降低泄漏速率。本实施例中，第一凸起结构2282和第二凸起结构2283中的至少一者设有上述第一环形凸齿2281，有利于在有限的结构腔体内布设更多密封级数，提升整体密封等级。

在一些实施例中，如图4所示，第一密封结构228包括多个第三凸起结构2284和多个第四凸起结构2285，多个第三凸起结构2284呈环状并形成于第二叶轮227的背部，且与第二叶轮227同轴设置，多个第三凸起结构2284沿第二叶轮227的径向依次间隔分布。多个第四凸起结构2285呈环状并形成于密封分隔部2212朝向第二叶轮227的一端，且与第二叶轮227同轴设置，多个第四凸起结构2285沿第二叶轮227的径向依次间隔分布。其中，多个第三凸起结构2284与多个第四凸起结构2285沿第二叶轮227的径向依次交错设置，即每一个第三凸起结构2284在径向上位于相邻两个第四凸起结构2285之间，从而在第二叶轮227的背部与密封分隔部2212之间限定出一条沿第二叶轮227的径向方向呈折线式蜿蜒延伸的第二密封间隙22802，第二密封间隙22802包括沿径向延伸的多个第二径向段和沿第一叶轮的轴向延伸的多个第二轴向段，多个第二径向段和多个第二轴向段依次交替连通。。

通过多个径向环状凸起结构交错布置，在密封区域内部形成复杂的折返路径，使得气体必须经过多次方向变化和节流阻力，才能泄露出去，大幅度提升密封阻抗，降低泄漏速率。本实施例中，第三凸起结构2284和第四凸起结构2285中的至少一者设有上述第一环形凸齿2281，有利于在有限的结构腔体内布设更多密封级数，提升整体密封等级。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一叶轮226的背部设有第一限位凸台2261，第一限位凸台2261为沿第一叶轮226旋转轴方向延伸的凸起结构，第一限位凸台2261的形状呈，并与第一叶轮226一体成型。第二叶轮227的背部设有第二限位凸台2271，第二限位凸台2271为沿第二叶轮227旋转轴方向延伸的凸起结构，第二限位凸台2271的形状呈，并与第二叶轮227一体成型。

密封分隔部2212设有过孔22121，第一限位凸台2261和第二限位凸台2271分别穿设于过孔22121内，并且第一限位凸台2261与第二限位凸台2271沿第一方向相抵接触，直接限制了第一叶轮226与第二叶轮227在轴向上的相对位移，确保两者之间保持预设的间隙，密封分隔部2212位于第一叶轮226的背部与第二叶轮227的背部的间隙内。当密封分隔部2212与主体部2211位为一体式结构时，第一限位凸台2261和第二限位凸台2271直接相抵，可在不破坏密封分隔部2212整体性的前提下，实现了两级叶轮的精准定位与约束，既提升了装配效率，又保证了运行稳定性，无需额外设置定位支架或连接件，使蜗壳组件220的结构更紧凑。

在一些实施例中，如图1和图2所示，过孔22121的内壁设有多个第二环形凸齿22122，第二环形凸齿22122是设置在密封分隔部2212过孔22121内壁的凸起结构，第二环形凸齿22122呈环形，多个第二环形凸齿22122沿第一方向依次间隔分布。第二环形凸齿22122截面形状可设置为三角形、梯形或圆弧形，第二环形凸齿22122与密封分隔部2212一体成型或通过焊接、镶嵌固定。第二环形凸齿22122围绕过孔22121的中心轴同心设置，而第一限位凸台2261和第二限位凸台2271共同穿设于过孔22121内，且第一限位凸台2261和第二限位凸台2271的外周面与过孔22121内壁形成间隙配合。

在一些示例中，第二环形凸齿22122仅围绕第一限位凸台2261的周向延伸：即第二环形凸齿22122位于过孔22121靠近第一叶轮226的一侧，与第一限位凸台2261的外周面相对。

在另一些示例中，第二环形凸齿22122仅围绕第二限位凸台2271的周向延伸：即第二环形凸齿22122位于过孔22121靠近第二叶轮227的一侧，与第二限位凸台2271的外周面相对。

在再一些示例中，如图1和图2所示，部分第二环形凸齿22122凸齿对应第一限位凸台2261，部分第二环形凸齿22122对应第二限位凸台2271，沿过孔22121的轴向交替或分段设置。

本实施例中，第一限位凸台2261、第二限位凸台2271与过孔22121内壁之间的间隙是潜在的泄漏通道。多个间隔设置的第二环形凸齿22122可将第一限位凸台2261、第二限位凸台2271与过孔22121内壁之间的间隙分割为迷宫式曲折通道，气流需绕过第二环形凸齿22122的齿顶与齿谷，路径长度增加且多次改变方向，流动阻力显著提升，从而大幅减少泄漏量。尤其在两级压缩系统中，第二内腔2202和第一内腔2201的压差较大，通过设置第二环形凸齿22122能有效阻止高压侧的第二内腔2202气体向低压侧的第一内腔2201泄漏，提升整机效率。

在一些实施例中，如图1和图2所示，蜗壳组件220设有轴安装孔2203，轴安装孔2203沿第一方向贯通蜗壳组件220，并与第一内腔2201和第二内腔2202相通，轴安装孔2203用于容纳转子轴213，使转子轴213穿设于轴安装孔2203内，并使部分转子轴213伸入至第一内腔2201和第二内腔2202中，使第一叶轮226和第二叶轮227共同安装到转子轴213上。

具体地，转子轴213是连接第一叶轮226、第二叶轮227与驱动装置的核心部件，转子轴213分别与第一叶轮226、第二叶轮227固定连接，并延伸至蜗壳组件220外部与驱动装置对接，从而将动力传递至叶轮，驱动其旋转实现气体压缩。

具体地，轴安装孔2203包括沿第一方向贯通轴端密封件225的通孔，轴安装孔2203还包括密封分隔部2212的过孔22121。具体地，在轴端密封件225的通孔的内壁设有多个第三环形凸齿22031，第三环形凸齿22031是设置在轴端密封件225的通孔内壁的凸起结构，第三环形凸齿22031呈环形，多个第三环形凸齿22031沿第一方向依次间隔分布。第三环形凸齿22031截面形状可设置为三角形、梯形或圆弧形，第三环形凸齿22031与轴端密封件225一体成型或通过焊接、镶嵌固定。

当转子轴213穿设于轴安装孔2203时，且转子轴213的外周面与轴端密封件225的通孔内壁形成间隙配合。转子轴213与通孔内壁之间的间隙是第二内腔2202的潜在的泄漏通道。多个间隔设置的第三环形凸齿22031可将转子轴213与通孔内壁之间的间隙分割为迷宫式曲折通道，气流需绕过第三环形凸齿22031的齿顶与齿谷，路径长度增加且多次改变方向，流动阻力显著提升，从而大幅减少泄漏量。尤其在两级压缩系统中，第二内腔2202具有较高的压力，通过设置第三环形凸齿22031能有效阻止高压侧的第二内腔2202气体向低压侧的压缩机1机壳121内腔泄露，提升整机效率。

进一步地，第三环形凸齿22031朝向靠近所述第二叶轮227的方向倾斜延伸。由于第二内腔2202的气体易沿转子轴213与通孔的间隙向低压侧的压缩机1的机壳121内腔泄漏，倾斜的环形凸齿会改变间隙内气流的流动路径：泄漏气流在绕过倾斜齿面时，会因齿面的倾斜角度产生轴向的分力，导致气流在齿谷与齿顶之间形成局部涡流。涡流会消耗气流的压力能，将高压转化为乱流的动能损耗，使泄漏气流的压力在通过迷宫通道的过程中快速衰减，从而降低泄漏气流向低压侧持续泄漏的动力，强化密封效果。

根据本发明的实施例，如图5所示，还提出一种压缩机1，压缩机1包括机壳121、转子轴213和至少一个两级压缩结构22。机壳121与蜗壳组件220中的进气导向壳体224相连，转子轴213可转动地设于机壳121，并穿设于轴安装孔2203内，部分转子轴213位于第一内腔2201和第二内腔2202，并分别与第一叶轮226和第二叶轮227相连。

在一些实施例中，如图5所示，压缩机1包括一个两级压缩结构22，压缩机1还包括第二蜗壳122、第三叶轮210、电机30、第一径向磁轴承2220、第二径向磁轴承2230、轴向磁轴承2200、保护轴承2160等。蜗壳组件220和第二蜗壳122分别安装于机壳121沿轴向方向的两端，第一径向磁轴承2220、第二径向磁轴承2230、轴向磁轴承2200、保护轴承2160安装于机壳121的内部，转子轴213依次穿设于第一径向磁轴承2220、第二径向磁轴承2230、轴向磁轴承2200、保护轴承2160，转子轴213的一端位于第一内腔2201和第二内腔2202并分别与第一叶轮226和第二叶轮227相连，转子轴213的另一端位于第二蜗壳122内并与第三叶轮210相连。第二蜗壳122的内部具有第三内腔，第三内腔中的第三叶轮210对内部的气体进行再次压缩，第一内腔2201、第二内腔2202和第三内腔通过外部管路依次串接连通，使压缩机1能够实现三级压缩输出高压气体。其中，第一内腔2201可以为第一级压缩，第二内腔2202为第二级压缩，第三内腔为第三级压缩。或者，第三内腔可以为第一级压缩，第二内腔2202为第二级压缩，第一内腔2201为第三级压缩。

其中，第一径向磁轴承2220和第二径向磁轴承2230为磁悬浮轴承，用于实现驱动转子轴213在径向上呈悬浮状态，轴向磁轴承2200为轴向磁悬浮轴承，用于实现驱动转子轴213在轴向上呈悬浮状态。

在另一些实施例中，如图6所示，压缩机1包括两个两级压缩结构22，在机壳(图中未示出)沿轴向的两端分别设有两个两级压缩结构22，转子轴213的两端分别与四个叶轮相连，使压缩机1能够实现四级压缩输出高压空气。

本发明提出的压缩机1为离心式空压机，可以是两级离心式空压机，也可以是多级离心式空压机，或者磁悬浮离心式空压机。其中，压缩机1还可以是制冷系统中使用的离心机，也即离心式压缩机。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种两级压缩结构，其特征在于，所述两级压缩结构包括：

蜗壳组件，所述蜗壳组件的内部设有密封分隔部，沿第一方向，所述密封分隔部将所述蜗壳组件的内腔分隔为第一内腔和第二内腔；

第一叶轮，设于所述第一内腔，所述第一叶轮的轴向与所述第一方向平行；

第二叶轮，与所述第一叶轮同轴设置，并设于所述第二内腔，沿所述第一方向，所述第一叶轮的背部和所述第二叶轮的背部分别与所述密封分隔部相对设置，并分别与所述密封分隔部之间设有第一密封结构，所述第一叶轮和所述第二叶轮分别通过所述第一密封结构与所述密封分隔部转动密封配合。

2.根据权利要求1所述的两级压缩结构，其特征在于，所述蜗壳组件包括蜗壳，所述蜗壳包括主体部、第一扩压部、第二扩压部和所述密封分隔部，所述第一扩压部和所述第二扩压部分别连接于所述主体部沿所述第一方向的两侧，所述第一内腔包括形成于所述第一扩压部的第一扩压通道，所述第二内腔包括形成于所述第二扩压部的第二扩压通道；

其中，所述密封分隔部可拆卸地与所述主体部相连，或者，所述密封分隔部与所述主体部为一体式结构。

3.根据权利要求2所述的两级压缩结构，其特征在于，所述蜗壳组件还包括第一进气壳体，所述第一进气壳体可拆卸地与所述第一扩压部相连，所述第一内腔还包括形成于所述第一进气壳体的第一吸气室，所述第一吸气室与所述第一扩压通道相通。

4.根据权利要求2所述的两级压缩结构，其特征在于，所述蜗壳组件还包括第二进气壳体，所述第二进气壳体可拆卸地与所述第二扩压部相连，所述第二内腔还包括形成于所述第二进气壳体的第二吸气室，所述第二吸气室与所述第二扩压通道相通。

5.根据权利要求4所述的两级压缩结构，其特征在于，所述蜗壳组件还包括：

进气导向壳体，与所述第二进气壳体沿所述第一方向背离所述蜗壳的一端相连，所述进气导向壳体形成有环绕所述第二叶轮的轴线设置的内周面；

轴端密封件，与所述内周面相连，沿所述第一方向，所述轴端密封件与所述第二叶轮相对设置；

其中，所述进气导向壳体和所述轴端密封件的外周壁共同限定出径向进气道，并在所述进气导向壳体的外周壁形成径向进气口，所述径向进气道与所述第二吸气室相通。

6.根据权利要求5所述的两级压缩结构，其特征在于，沿所述径向进气道的进气方向，所述轴端密封件的至少部分外径尺寸逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的两级压缩结构，其特征在于，所述第一密封结构包括多个同轴设置的第一环形凸齿，所述第一叶轮的背部、所述第二叶轮的背部和所述密封分隔部中的至少一者设有所述第一环形凸齿，全部所述第一环形凸齿沿所述第一叶轮的径向依次间隔设置，所述第一环形凸齿的根部至所述第一环形凸起远离所述根部的一端沿所述第一叶轮的径向向外倾斜。

8.根据权利要求7所述的两级压缩结构，其特征在于，所述第一密封结构还包括：

多个第一凸起结构，呈环状并形成于所述第一叶轮的背部，且与所述第一叶轮同轴设置，多个所述第一凸起结构沿所述第一叶轮的径向依次间隔设置；

多个第二凸起结构，呈环状并形成于所述密封分隔部朝向所述第一叶轮的一端，且与所述第一叶轮同轴设置，多个所述第二凸起结构沿所述第一叶轮的径向依次间隔设置；

其中，多个所述第一凸起结构与多个所述第二凸起结构沿所述径向依次交替设置，并在所述第一叶轮的背部与所述密封分隔部之间限定出第一密封间隙，所述第一密封间隙包括沿所述径向延伸的第一径向段和沿所述第一叶轮的轴向延伸的第一轴向段，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构中的至少一者设有所述第一环形凸齿。

9.根据权利要求7所述的两级压缩结构，其特征在于，所述第一密封结构还包括：

多个第三凸起结构，呈环状并形成于所述第二叶轮的背部，且与所述第二叶轮同轴设置，多个所述第三凸起结构沿所述第二叶轮的径向依次间隔设置；

多个第四凸起结构，呈环状并形成于所述密封分隔部朝向所述第二叶轮的一端，且与所第二叶轮同轴设置，多个所述第四凸起结构沿所述第二叶轮的径向依次间隔设置；

其中，多个所述第三凸起结构与多个所述第四凸起结构沿所述径向依次交错设置，并在所述第二叶轮的背部与所述密封分隔部之间限定出第二密封间隙，所述第二密封间隙包括沿所述径向延伸的第二径向段和沿所述第一叶轮的轴向延伸的第二轴向段，所述第三凸起结构和所述第四凸起结构中的至少一者设有所述第一环形凸齿。

10.根据权利要求1所述的两级压缩结构，其特征在于，

所述第一叶轮的背部设有第一限位凸台，所述第二叶轮的背部设有第二限位凸台，所述密封分隔部设有过孔，所述第一限位凸台和所述第二限位凸台相抵，至少部分所述第一限位凸台和至少部分所述第二限位凸台分别穿设于所述过孔内。

11.根据权利要求10所述的两级压缩结构，其特征在于，

所述过孔的内壁设有多个第二环形凸齿，所述多个第二环形凸齿沿所述第一方向依次间隔设置；

所述第二环形凸齿围绕所述第一限位凸台的周向延伸，和/或，所述第二环形凸齿围绕所述第二限位凸台的周向延伸。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的两级压缩结构，其特征在于，所述蜗壳组件设有轴安装孔，所述轴安装孔沿所述第一方向贯通所述蜗壳组件，并与所述第一内腔和所述第二内腔相通，所述轴安装孔用于与转子轴转动配合。

13.根据权利要求12所述的两级压缩结构，其特征在于，所述轴安装孔的内壁设有多个第三环形凸齿，所述第三环形凸齿围绕所述转子轴的周向延伸，并沿所述第一方向依次间隔设置，所述第三环形凸齿用于与所述转子轴的外周面密封配合。

14.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括：

至少一个如权利要求1至13中任一项所述的两级压缩结构；

机壳，所述机壳与所述蜗壳组件相连；

转子轴，可转动地设于所述机壳，部分所述转子轴位于所述第一内腔和所述第二内腔，并分别与所述第一叶轮和所述第二叶轮相连。