一种喷水单螺杆无油压缩机的压力和温度平衡法 |
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| 申请号 | CN201610119350.9 | 申请日 | 2016-03-02 | 公开(公告)号 | CN105604945A | 公开(公告)日 | 2016-05-25 |
| 申请人 | 邵用葆; 陈峻; 邵凯; | 发明人 | 邵凯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种喷 水 单螺杆无油 压缩机 压 力 和 温度 平衡法，包括 轴承 的防水密封、冷却所采用的压力和温度平衡原理及方法，并包括了独有的 机体 、螺杆、螺杆前后轴承座、轴承的密封冷却系统，即在机体和螺杆前后轴承座上设置了多个分流区和分流孔、回流孔，利用高压端从机体与螺杆配合间隙中 泄漏 的高压水气 流体 ，控制其流量、压力、方向，并吸入到 负压 的进气腔，同时并在螺杆前后轴承座上设置了冷却区，使分流区的流体流经轴承的冷却区，而达到了二端轴承的受力平衡和轴承运行温度与系统流体的温度的平衡。本发明提供了喷水单螺杆无油压缩机解决高速旋转 密封件 泄漏、使用寿命短和轴承油脂润滑在运行中易产生高温二大难题的解决方案，按其原理及方法并可制造出大功率的喷水单螺杆无油空气压缩机。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种喷水单螺杆无油压缩机压力和温度平衡法，其特征在于,包括轴承防水密封、冷却所采用的压力和温度平衡原理及流体的流程和方法，并包括轴承的密封冷却系统； |
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| 说明书全文 | 一种喷水单螺杆无油压缩机的压力和温度平衡法技术领域[0001] 本发明涉及通用机械压缩机领域，具体涉及喷水单螺杆无油压缩机流体运动的压力和温度平衡法及轴承密封冷却系统，并延伸涉及到单螺杆工艺压缩机（如压缩多种化工气体、蒸汽等）及单螺杆膨胀机，以及喷水双螺杆无油压缩机。 背景技术[0002] 喷水单螺杆无油压缩机是一种节能环保产品，广泛应用于化工、制药、食品、纺织、电子、喷漆、航天技术、军工、科研等要求纯净压缩空气的行业；其可靠性、噪音、能耗等性能方面比活塞式及双螺杆式无油机有着明显的优势。 [0004] 现喷水单螺杆无油压缩机密封使用的是机械密封，如图2，件2B、3B，属易损件，使用寿命只能在1万小时之内，不能满足长期24小时连续使用的工况，如化工、纺织行业的连续供气。 [0005] 机械密封动静环之间高速旋转的面摩擦产生的热量需系统提供大量的冷却水，降低了压缩机的效率。 [0006] 现喷水单螺杆无油压缩机采用的轴承是靠少量固态油脂润滑的全密封滚动轴承，如图2，件1B、4B,其散热条件差，它不如喷油机用液态油直接润滑可带走轴承产生的热量，所以大功率的喷水无油机易产生高温，而且润滑脂易熔化、焦化及流失，而减少了轴承的使用寿命，并由于轴承损坏而造成的机器故障。 [0007] 机械密封和轴承的更换、检测需将主机运输至专业工厂进行，则增加了机器的运行和维修成本。 发明内容[0008] 为了解决上述技术问题，我们经过长期试验，提出一种喷水单螺杆无油压缩机流体运动的压力和温度平衡法，即利用流体运动压力平衡的原理，在压缩机工作时将高压端螺杆与机体配合间隙处泄漏的高压水气流体部分转移分流到吸气端的负压区，避免流体流向轴承，省去了承受高压的机械密封，从根本上消除了水气流体泄漏到轴承的根源。使阻流型的被动密封变为导流型的主动密封。 [0009] 同时利用分流的水气流体通过二端轴承的外圈，达到冷却轴承的目的，使轴承的运行温度和系统流体的温度基本平衡相同。 [0010] 为了达到上述目的，本发明技术方案如下：喷水单螺杆无油压缩机流体运动的压力和温度平衡法及轴承的密封冷却系统主要包括机体组件，螺杆前轴承座组件、螺杆后轴承座组件、螺杆传动机构。 [0011] 所述的机体组件为安装基础件，中间机体圆柱孔与螺杆体精密配合，螺杆前轴承座组件安装在机体的左侧，螺杆后轴承座组件安装在机体的右侧。机体的右侧孔壁上开有一分流孔，机体的左侧孔壁上开有一回流孔；机体的上方设置了空气、润滑水的进口和排气口。机体的左端并与电机连接座连接，使电机的动力传至螺杆旋转。 [0013] 所述的轴承支承套用6个螺钉固定在前轴承座上；双唇包胶油封安装在前轴承座孔中，并用孔用挡圈轴向限位；轴承内外圈可分离，其内圈固定在螺杆轴上，用轴用挡圈限位；轴承外圈安装在轴承支承套孔中；前轴承压盖用螺钉固定在轴承支撑套上；为了保证轴承支承套和前轴承座接合面水气流体不泄漏，中间装有O型密封圈。 [0015] 所述的螺杆后轴承座组件用8只螺钉固定在机体的右端面，右双唇包胶油封安装在后轴承座孔中，并用孔用挡圈轴向限位。角接触轴承内圈安装在螺杆轴右端，通过轴承套用轴承压板及3只螺钉压紧在螺杆轴上。轴承外圈通过在右轴承压盖压紧在后轴承座上。 [0016] 所述的后轴承座左边内腔通过2块隔板分成主分流区和付分流区，并分别开有分流孔；右边角接触轴承安装部位设置成夹层，设有一环形水槽，下部开有进水孔，上部开有出水口。 [0017] 所述的后轴承座前隔板圆周阵列了4只螺孔及螺塞。 [0019] 通过上述技术方案，本发明的有效效果是（；1）运用流体运动压力温度平衡原理，采用分流卸压的方法，避免流体流向轴承而解决了轴承的防水问题。（2）去掉了易损件机械密封的短期更换，机器能适应长期连续工作的工况，如纺织、化工行业。（3）通过水气流体冷却轴承，轴承永远不会产生高温，确保了轴承的长期使用寿命。（4）密封系统比采用机械密封结构简单，零件数量相对减少，特别是省去了价格较贵的机械密封，大幅度降低了生产成本。附图说明 [0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案。下面将实施例或现有技术描述中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0021] 图1为本发明实施例所公开的一种喷水单螺杆无油压缩机流体运动压力和温度平衡法其压力和温度平衡原理图；图2为本发明实施例现有喷水单螺杆无油压缩机轴承和密封系统结构图； 图3为本发明实施例所公开的一种喷水单螺杆无油压缩机流体运动压力和温度平衡法其螺杆传动机构受力平衡简图； 图4为本发明实施例所公开的一种喷水单螺杆无油压缩机流体运动压力和温度平衡法其机械结构图； 图中数字和字母表示的相应部件名称。 [0022] 附图1中所示：1A、圆柱滚子轴承 2A、左包胶油封 3A、圆周阵列冷却孔 4A、吸气区 5A、螺杆 6A、螺杆轴 7A、流体压缩区 8A、高压区 9A、流量调节螺钉 10A、前隔板 11A、主分流区 12A、球阀 13A、机体 14A、中间隔板 15A、右包胶油封 16A、成对角接触轴承 17A、环形冷却区 18A、付分流区 附图4所示 1.电机连接座 2.爪型联轴器 3.前轴承压盖 4.轴承支承套 5.圆柱滚子轴承 6.O型密封圈（1） 7.前轴承座 8.前双唇包胶油封 9.机体 10锁紧螺母 11.O型密封圈(2）12.孔用挡圈（1） 13.轴承隔套 14.成对角接触轴承 15.右轴承压盖 16.轴承压板 17.轴承垫圈 18.后双唇包胶油封 19.流量调节螺钉 20.后轴承座 21.平键 22.螺杆 23.螺杆轴 24.孔用挡圈（2） 25.O型密封圈（3） 26.O型密封圈（4） 27.轴用挡圈。 具体实施方式[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的它实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其实施例，都属于本发明保护的范围。 [0024] 下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0025] 实施例。 [0026] 如图1所示，喷水单螺杆无油压缩机压力和温度平衡法流体流程：从G口进入的空气、水混合流体被吸入吸气区的螺杆腔，随着螺杆星轮付的啮合旋转，在压缩区7A进行压缩，其大部分高压水气流体，从机体13A的三角形排气口进入水气桶；从螺杆5A外园与机体13A内孔配合间隙在K处泄漏的少量高压水气流体在螺杆5A的右端面和机体前隔板10A的左侧形成高压区8A；将有一部分高压水气流体从螺杆轴6A与机体前隔板10A孔形成的缝隙m处流进主分流区11A，再从机体A口经球阀12Ａ进入B口，再从B口流经环形冷却区17A而冷却成对角接触轴承16A，并通过出口C至D口，使水气流体流到机体左端吸气区4A，并吸入螺杆5A吸气腔。 [0027] 在主分流区11A，大部分流体从A口流出进入B口，同时还有一部分水气流体经螺杆轴外园6A与机体中间隔板14A孔形成的缝隙n处流入付分流区18A，这部分水气流体经E口流至F1和F2进入圆周阵列冷却孔3A冷却圆柱滚子轴承，并流到低压区4A吸入螺杆5A的吸气腔。 [0028] 如图1所示， 喷水单螺杆无油压缩机压力和温度平衡法平衡机理：当压缩机在加载运行时，左边吸气区4A是负压，当从进气阀进来的大量空气和水被吸入螺杆吸气腔时，同时从机体右端主分流区11A和付分流区17A的水气流体也同时被吸入螺杆体吸气腔，因吸气口的压力小于大气压，所以水气流体不会流向轴承和泄漏到机体外。 [0029] 当压缩机在卸载运行和停车时，由于进气阀关闭，吸气区不再是负压，为了防止机体的少量残余水气流体溢出，两端在轴承的前面各安装了一件双唇包胶油封，由于油封不需承受如加载时的高压，所以受力很小，而且直接受到水的润滑，磨损很小，使用寿命很长。 [0030] 由于主分流区11Ａ的水气流体从A、B口流入环形冷却区17A，使成对角接触轴承16A得到充分的冷却；又付分流区18A的水气流体从E口流入F1、F2口至圆周阵列冷却孔3A，使左侧圆柱滚子轴承1A也得到冷却。流体运动带走了轴承运行的温度，使轴承的运行温度基本与系统的排气温度平衡相同，一般在50℃左右，因轴承在常温下运行，可保持轴承的使用寿命至少5年以上。 [0031] 实示例如图3所示，喷水单螺杆无油压缩机螺杆传动机构力平衡分析：在螺杆星轮付啮合运动中，由于二星轮对称螺杆的上下方，所以螺杆所受的径向力Pr1和Pr2可相互平衡，而在压缩过程中，螺杆左边吸气端受到空气的压力Px1，而左侧高压端则主要受到螺杆机体配合间隙泄漏的高压流体产生的轴向力Px2。由于空气的压强很小，只有0.103Mpa，而Px2压强是它的几倍，显然二轴向力不能平衡，当我们把泄漏的部分Fx2流体压力引入反馈到左端，可使Px1和Px2力达到相对平衡，大大减少了右侧角接触轴承所受的轴向附加力，延长了轴承的使用寿命。 [0032] 在前隔板圆周阵列了4个螺钉孔及流量调节螺钉9A，可根据螺杆体二端所受的轴向力及流体压力平衡状况，采取拆下或旋上流量调节螺钉9A的方法，调节流体的泄漏量，以达到机体及螺杆二端流体产生的压力平衡。 [0033] 在A12和B1设置了1只球阀12A，可调整主分流区11A和付分流区18A流体的流量比例大小，可微调二端轴承的运行温度。 [0034] 实示例 如图4所示，喷水单螺杆无油压缩机压力和温度平衡法的轴承密封冷却系统机械结构。 [0035] 喷水单螺杆无油压缩机压力和温度平衡法及轴承的密封冷却系统主要包括机体组件、螺杆前轴承座组件、螺杆后轴承座组件、螺杆传动机构。 [0036] 所述的机体组件主要包括机体9和电机连接座1，所述的机体9到外形是长方形，中心开有螺杆孔，与螺杆体精密配合，垂直方向开有一孔，用于安装二星轮轴；它的左侧用螺钉安装前轴承座7和电机连接座1；右侧用螺钉安装后轴承座20，机体右侧孔壁开有分流孔A，机体左侧的孔壁上开有回流孔D。 [0037] 所述的螺杆前轴承座组件包括前轴承座7、前轴承支承套4、前双唇包胶油封8、孔用挡圈（2）24、圆柱滚子轴承5、轴用挡圈27、前轴承压盖3、O型密封圈（1）6。 [0038] 所述的前轴承支承套4用6只螺钉安装在前轴承座7上，并要保持其相对于螺杆轴23轴线的同轴度。前双唇包胶油封8安装在前轴承座7的左侧孔中，并用孔用挡圈（2）轴向限位；圆柱滚子轴承5外圈安装在前轴承4孔中，右端用孔内端面定位，左端用前轴承压盖3其端面压紧；前轴承压盖3是用4螺钉固定在前轴承支撑套上，圆柱滚子轴承5的内圈固定在螺杆轴23上，并用轴用挡圈27轴向定位。 [0039] 所述前轴承座7用6只螺钉安装在机体9的左端面，并用O型密封圈（1）加以密封。 [0040] 所述的前轴承座7和前轴承支承套4圆周阵列4-8只冷却孔，在压缩机运行时，使水气流体通过轴承的外圈达到了系统温度的平衡。 [0041] 所述的螺杆后轴承座组件包括后轴承座20、后双唇包胶油封 18、孔用挡圈（1）12、成对角接触轴承14、轴承垫圈17、轴承隔套13、轴承压板16、流量调节螺钉19、O型密封圈（2）。 [0042] 所述的后轴承座20用8只螺钉固定在机体9的左端面上，并要保持其相对于螺杆轴23轴线的同轴度。后双唇包胶油封18安装在后轴承座20右侧的孔中，并用孔用挡圈（1）12轴向定位；成对角接触轴承12安装在后轴承座20的孔中，其内圈安装在螺杆轴23上，左边用轴承隔套13定位，右边用轴承压板16压紧限位。轴承外圈左边用轴承垫圈17定位，右边用右轴承压盖15的端面压紧，右轴承压盖15是用4只螺钉固定在后轴承座上，轴承压板16是用3只螺钉固定在螺杆轴23的右端面上。 [0043] 所述的后轴承座20设置成空心的水流夹层，在压缩机运行时使轴承外圈有一环形水流层包围着，保证了轴承运行温度与压缩机系统运行温度的平衡。后轴承座20下方设置了一轴承冷却区流体进口B，上方设置了一轴承冷却区流体出口C和付分流区出口E 。 [0044] 所述的后轴承座20的左端面圆周阵列了4个螺孔和其相配的流量调节9A，通过旋上或拆下部分螺钉可调节流体的泄漏量而达到螺杆体二端及轴承轴向力的受力平衡。 [0045] 所述的螺杆传动机构主要包括螺杆22、螺杆轴23、平键21、锁紧螺母10、联轴器2。 [0046] 所述的螺杆22通过平键21与螺杆轴23连接在一起，螺杆其左边通过螺杆轴台阶定位，右边用锁紧螺母10旋入压紧。 [0047] 所述的螺杆轴23及螺杆22通过左端的圆柱滚子轴承5和右边的成对角接触轴承14支撑在前轴承座17和后轴承座20上，螺杆22、螺杆轴23、前轴承座17、后轴承座20必须保持在同一轴线上，才能确保螺杆22的旋转精度。 [0048] 所述的螺杆轴23左边外伸部分与联轴器2连接，使固定在电机连接座1上的电机动力通过联轴器传递到螺杆轴。 [0049] 以上所述具体实施例的仅是本发明一种喷水单螺杆无油压缩机压力和温度平衡法及轴承的密封冷却系统优选的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 |
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