一种水润滑无油中压两级压缩单螺杆空气压缩机 |
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| 申请号 | CN201610152773.0 | 申请日 | 2016-03-17 | 公开(公告)号 | CN105626530A | 公开(公告)日 | 2016-06-01 |
| 申请人 | 上海佳力士机械有限公司; | 发明人 | 朱孟君; 凌永骧; 张华忠; 朱微燕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 水 润滑无油中压两级压缩单螺杆空气 压缩机 ，包括 电动机 、分别与电动机传动连接的一级单螺杆压缩主机及二级单螺杆压缩主机、与一级单螺杆压缩主机的进气口相连接的空气滤清器、一级 水气分离器 、二级水气分离器、与一级水气分离器相连接的一级气冷却器、与二级水气分离器相连接的二级气冷却器以及与电动机电连接的电气控制箱。与 现有技术 相比，本发明整体结构简单、紧凑，无需额外设置错综繁杂的管路及 阀 门 ，采用水润滑，阻 力 损失小，运行可靠性好，容积效率高，无油零排放，无环境污染，常温下运行，环保节能，维护成本低，具有很好的应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水润滑无油中压两级压缩单螺杆空气压缩机，其特征在于，包括电动机(1)、分别与电动机(1)传动连接的一级单螺杆压缩主机(2)及二级单螺杆压缩主机(3)、与一级单螺杆压缩主机(2)的进气口相连接的空气滤清器、一级水气分离器(5)、二级水气分离器(6)、与一级水气分离器(5)相连接的一级气冷却器(7)、与二级水气分离器(6)相连接的二级气冷却器(8)以及与电动机(1)电连接的电气控制箱(9)； |
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| 说明书全文 | 一种水润滑无油中压两级压缩单螺杆空气压缩机技术领域[0001] 本发明属于机械技术领域，涉及一种空气压缩机，尤其是涉及一种水润滑无油中压两级压缩单螺杆空气压缩机。 背景技术[0002] 现今，为满足吹瓶、医疗行业等及军事工业中压(3-5MPa)气源之需，均采用往复压缩机或螺杆与活塞压缩机串联机组。其中，往复压缩机主要有对称平衡型中压压缩机，四级压缩，其排气压力达(3-5MPa)以及V型中压压缩机，四级压缩，其排气压力达(3-5MPa)。然而，上述两种机型级间设有缓冲器、冷却器、分离器(油、气、水分离)，即Ⅰ-Ⅱ级、Ⅱ-Ⅲ级、Ⅲ-Ⅳ级及Ⅳ级后均设有三种容器，管路复杂、机型庞大，维修难度大。 [0003] 针对往复压缩机存在的问题，采用螺杆与活塞压缩机串联机组，螺杆压缩机一级压缩，其排气压力达(0.7-1.2MPa)；活塞压缩机再进行一级或二级压缩，其排气压力达(3-5MPa)。从上述结构可知：为达到工作压力(3-5MPa)，上述结构均采用了二级以上压缩方案，而为满足气源质量要求，气缸、气阀、活塞杆及管路等材料选用防腐材质，活塞环、填料均采用聚四氟乙烯材料。但上述结构依然存在以下问题：1)上述结构气缸均为无水润滑，但曲轴箱体内及十字头滑道均有油润滑，故活塞杆上会有油，机器在做往复运动时，油会从活塞杆上爬行进入气缸，为控制气源质量(油)指标必须在压缩机排气口设置多重(一组或多组)油过滤器；2)结构繁重，管路错综繁杂，系统中各类阀门多，控制系统繁锁(控制点多)；3)整机易损件多、运转率低，噪声大、振动烈度高，相同排气量下功耗多，设备维修难，周期长，占地面积大。 [0004] 目前，随着压缩机技术领域的不断发展，螺杆压缩机作为往复式活塞压缩机的换代产品，用螺杆取代活塞式压缩机是动力用压缩机发展趋势。螺杆压缩机有双螺杆压缩机和单螺杆压缩机两种。其中，单螺杆压缩机起初主要用作喷油压缩机，待技术真正成熟后，其应用范围才日益扩大。单螺杆压缩机虽比双螺杆压缩机问世晚数十年，但因性能优异而上升势头强劲。由于单螺杆的受力平衡，一级压缩的最高压力可比双螺杆大；单螺杆比双螺杆节能，轴承尺寸不像双螺杆式那样受限制而寿命更长。在实际使用时，压缩机高速运转过程中被压缩气体会产生大量热能，须喷油或喷其它液体(水、液态制冷剂等)来进行冷却。而现阶段单螺杆压缩机大部分还是采用油润滑技术。例如，申请号为201310312217.1的中国专利公布了一种两级压缩单螺杆空气压缩机及其工作方法，该两级压缩单螺杆空气压缩机，包括电动机、空气过滤器、一级油气分离桶、二级油气分离桶、以及无轴封串接在一起的一级压缩主机和二级压缩主机，所述一级油气分离桶和二级压缩主机的进气口之间还设置有一个二级主机补油管，所述二级主机补油管上设置有补油阀。上述专利公布的技术方案主要是通过设置在一级油气分离桶和二级压缩主机的补油管和补油阀，可将一级压缩主机中过多的压缩机油回输至二级压缩主机，保证本空气压缩机的正常工作。然而，上述专利公开的是油润滑单螺杆压缩机，供气含油量5ppm，达不到医疗、医药、食品等领域的应用要求，而控制气源油份，必须采用完全无油空压机，水润滑单螺丝杆压缩机能满足要求。一般而言，医疗器械及医药行业要求压缩空气供气含油量不得超过0.03ppm，另外必须设置AA级超高效除油过滤器，达到最低残留油份含量为0.001ppm，以确保医用仪器不受污染，同时避免对病人身体健康的影响；而油润滑空压机不能保证供气量中不含油，其含油量达5ppm，使用3至4月后会高达10ppm，这样会严重影响病人的身体健康，甚至造成医疗事故。 发明内容[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： [0007] 一种水润滑无油中压两级压缩单螺杆空气压缩机，包括电动机、分别与电动机传动连接的一级单螺杆压缩主机及二级单螺杆压缩主机、与一级单螺杆压缩主机的进气口相连接的空气滤清器、一级水气分离器、二级水气分离器、与一级水气分离器相连接的一级气冷却器、与二级水气分离器相连接的二级气冷却器以及与电动机电连接的电气控制箱； [0008] 其中，所述的一级水气分离器与一级单螺杆压缩主机的排气口相连接，所述的一级水气分离器的出水口通过一级水过滤器与一级单螺杆压缩主机的喷液口连接，所述的一级水气分离器的出气口与一级气冷却器的进气口相连接； [0009] 所述的二级单螺杆压缩主机的进气口与一级气冷却器的出气口相连接，所述的二级水气分离器与二级单螺杆压缩主机的排气口相连接，所述的二级水气分离器的出水口通过二级水过滤器与二级单螺杆压缩主机的喷液口连接，所述的二级水气分离器的出气口连接有用于将空气冷却并输出的二级气冷却器。 [0010] 所述的空气压缩机还包括与一级单螺杆压缩主机的喷液口相连接的软水器。 [0011] 所述的一级单螺杆压缩主机的喷液口及二级单螺杆压缩主机的喷液口分别设有雾化喷水器。 [0012] 所述的一级单螺杆压缩主机的螺杆轴通过一级连接筒与电动机的前轴传动连接，所述的二级单螺杆压缩主机的螺杆轴通过二级联轴器与电动机的后轴传动连接。 [0013] 所述的一级单螺杆压缩主机的进气口与空气滤清器之间设有蝶阀，该蝶阀通过一级水过滤器与一级水气分离器的出水口相连接。 [0015] 所述的一级最小压力阀主要用于建立两级单螺杆压缩主机内压、促使二级单螺杆压缩主机润滑水的循环，二级最小压力阀主要起到单向排气，防止二级水气分离器中分离出的润滑水倒流至二级水气分离器及二级单螺杆压缩主机中。 [0016] 所述的一级单螺杆压缩主机的排气口通过一级单向阀与一级水气分离器相连接，所述的二级单螺杆压缩主机的排气口通过二级单向阀与二级水气分离器相连接。 [0017] 所述的一级水气分离器及二级水气分离器上分别设有一级安全阀、二级安全阀。当水气分离器内的空气压力超过设定值时，相应的安全阀自动打开，放掉部分空气，从而降低水气分离器内的气压，保证水气分离器使用的安全性。 [0018] 在工作状态下，所述的一级单螺杆压缩主机由空气过滤器输入空气，空气经一级单螺杆压缩主机压缩后与通过一级单螺杆压缩主机喷液口喷射入的润滑水混合一起，形成水气混合物，该水气混合物经一级单螺杆压缩主机的排气口、一级单向阀进入一级水气分离器中进行一次水气分离，一次分离后的润滑水经一级水过滤器返回至一级单螺杆压缩主机内，一次分离后的压缩空气经过一级气冷却器冷却后，再进入二级单螺杆压缩主机中，并与二级单螺杆压缩主机内的润滑水混合在一起，再次形成水气混合物，该水气混合物经二级单螺杆压缩主机的排气口、二级单向阀进入二级水气分离器中进行二次水气分离，二次分离后的润滑水经二级水过滤器返回至二级单螺杆压缩主机内，二次分离后的压缩空气经过二级气冷却器冷却后向外界输出。 [0019] 本发明两级压缩单螺杆空气压缩机中还设有润滑水自动补偿控制系统，包括软水器、将软水器与一级水气分离器、二级水气分离器相连通的第一供水管及第二供水管以及设置在一级水气分离器及二级水气分离器中的浮控开关。 [0020] 所述的第一供水管及第二供水管上均分别设有电磁补水阀，该电磁补水阀通过电路与电气控制箱电连接。 [0021] 所述的一级水气分离器及二级水气分离器的底部均分别设有电磁泄水阀，该电磁泄水阀通过电路与电气控制箱电连接。 [0022] 所述的润滑水自动补偿控制系统的工作过程为(以一级水气分离器为例)：一级水气分离器中的润滑水的水位通过浮控开关进行控制，当润滑水的水位超过一级水气分离器的最高水位值时，浮控开关将水位信号传递至电气控制箱，电气控制箱根据接收的水位信号控制电磁泄水阀开启，及时将一级水气分离器中多余的润滑水排出，直至润滑水的水位低于既定最高值；而当润滑水的水位低于一级水气分离器的最低水位值时，浮控开关将水位信号传递至电气控制箱，电气控制箱根据接收的水位信号控制电磁泄水阀关闭，同时，自动开启电磁补水阀，通过软水器向一级水气分离器中补给润滑水，使得一级水气分离器中的润滑水的水位控制在设定值以内，保证一级水气分离器的正常运转。 [0023] 本发明中，所述的一级单螺杆压缩主机及二级单螺杆压缩主机均是由一个圆柱形的螺杆与两个对称配置的平面星轮组成的啮合副装在主机壳内。螺杆的螺槽、主机壳的内壁、星轮的齿面三者围成的空间构成了空气压缩机的工作容积。电动机的前轴、后轴分别直接带动一级单螺杆压缩主机、二级单螺杆压缩主机的螺杆转动，进而实现一级压缩、二级压缩全过程。 [0024] 本发明一级单螺杆压缩主机、二级单螺杆压缩主机及电动机为整机结构，外部设置可拆卸的外箱体，内附有环保隔音的海绵，即消音又便利清洗；同时，采用全包容陶瓷滑动轴承结构，并使轴承处于压缩机低压侧，保证运行的安全性和可靠性。 [0025] 本发明压力提高采用二级压缩(即一级单螺杆压缩主机和二级单螺杆压缩主机)，采用大小不同的螺杆和星轮体，实现合理的压力分配，降低每级的压力比，低压比能降低内泄漏，提高容积效率，使轴承受力小，并均匀提高了轴承寿命，进而延长一级单螺杆压缩主机和二级单螺杆压缩主机的使用寿命。 [0026] 本发明两级压缩单螺杆空气压缩机一级常压吸气，压缩至(0.7-1.2)MPa；随之进入二级压缩，压缩至(3-5)MPa，每级进气口处均强化喷冷却液降低进气温度，利于功率降低，每级排气口外设水气分离器，因两级压缩趋于最省功的等温压缩，从理论上讲两级压缩比单级压缩省功6-10％。 [0028] 本发明在进行一级单螺杆压缩主机及二级单螺杆压缩主机的结构设计时，采用一种理论型线，即在三维坐标系统中，建立螺杆和星轮的模型，用将啮合过程中螺杆的三维模型投射到星轮的三维模型中，找出星轮齿面的所有边界接触点，用这些接触点构成星轮齿面。采用这种方法形成的星轮齿面称为理论型面(即曲面包络型面)，因为该型面不存在理论上的不接触点。星轮齿面的所有点均有机会参与螺杆的啮合。采用理论型面后，星轮齿侧面不存在棱边，其水膜承载能力将大大提高。 [0029] 采用曲面包络型面后，可以通过控制曲面参数，实现包络区域的狭长、扁平化，从而增加润滑面积，确保星轮齿与齿槽面之间形成圆滑的水膜，并保证径向泄漏通道维持在很低水平，实现单螺杆压缩机效率、可靠性的双保证。 [0030] 与现有技术相比，本发明具有以下特点： [0031] 1)采用二级压缩，采用大小不同的螺杆和星轮体，实现合理的压力分配，降低每级的压力比，低压比能降低内泄漏，提高容积效率，使轴承受力小，并均匀提高了轴承寿命，进而延长主机使用寿命； [0032] 2)润滑采用水润滑，减少了环境污染，达到了环保要求，适用于医用、食品及气动仪表使用； [0033] 3)采用二级压缩，终压达到3-5MPa(中压级)，两级压缩比单级压缩省功6-10％，适用于吹瓶、艇船等行业； [0034] 4)空气循环畅通，冷热室分离，整机散热效果好，延长了整机使用寿命； [0035] 5)由于采用雾化喷水器，润滑均匀，冷却效率高，降低机组消耗功率； [0036] 6)在水气分离器顶部设置最小压力阀，能有效防止压力泄漏，建立机组内压，能够有效防止压缩空气的倒流，并保证水润滑循环系统的正常运行，延长使用寿命； [0037] 7)整体结构简单、紧凑，无需额外设置错综繁杂的管路及阀门，采用水润滑，阻力损失小，运行可靠性好，容积效率高，无油零排放，无环境污染，常温下运行，环保节能，维护成本低，具有很好的应用前景。附图说明 [0038] 图1为本发明立体结构示意图； [0039] 图2为本发明电动机与一级单螺杆压缩主机及二级单螺杆压缩主机的装配连接结构示意图； [0040] 图中标记说明： [0041] 1—电动机、2—一级单螺杆压缩主机、3—二级单螺杆压缩主机、4—空气滤清器、5—一级水气分离器、6—二级水气分离器、7—一级气冷却器、8—二级气冷却器、9—电气控制箱、10—软水器、11—一级连接筒、12—二级联轴器、13—蝶阀、14—一级单向阀、15—二级单向阀、16—二级安全阀、17—一级最小压力阀、18—一级压力传感器、19—二级最小压力阀、20—二级压力传感器、21—一级水过滤器、22—二级水过滤器。 具体实施方式[0042] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 [0043] 实施例： [0044] 如图1-2所示，一种水润滑无油中压两级压缩单螺杆空气压缩机，包括电动机1、分别与电动机1传动连接的一级单螺杆压缩主机2及二级单螺杆压缩主机3、与一级单螺杆压缩主机2的进气口相连接的空气滤清器、一级水气分离器5、二级水气分离器6、与一级水气分离器5相连接的一级气冷却器7、与二级水气分离器6相连接的二级气冷却器8以及与电动机1电连接的电气控制箱9；其中，一级水气分离器5与一级单螺杆压缩主机2的排气口相连接，一级水气分离器5的出水口通过一级水过滤器21与一级单螺杆压缩主机2的喷液口连接，一级水气分离器5的出气口与一级气冷却器7的进气口相连接；二级单螺杆压缩主机3的进气口与一级气冷却器7的出气口相连接，二级水气分离器6与二级单螺杆压缩主机3的排气口相连接，二级水气分离器6的出水口通过二级水过滤器22与二级单螺杆压缩主机3的喷液口连接，二级水气分离器6的出气口连接有用于将空气冷却并输出的二级气冷却器8。 [0045] 空气压缩机还包括与一级单螺杆压缩主机2的喷液口相连接的软水器10。 [0046] 一级单螺杆压缩主机2的喷液口及二级单螺杆压缩主机3的喷液口分别设有雾化喷水器。 [0047] 一级单螺杆压缩主机2的螺杆轴通过一级连接筒11与电动机1的前轴传动连接，二级单螺杆压缩主机3的螺杆轴通过二级联轴器12与电动机1的后轴传动连接。 [0048] 一级单螺杆压缩主机2的进气口与空气滤清器之间设有蝶阀13，该蝶阀13通过一级水过滤器21与一级水气分离器5的出水口相连接。 [0049] 一级单螺杆压缩主机2的排气口通过一级单向阀14与一级水气分离器5相连接，二级单螺杆压缩主机3的排气口通过二级单向阀15与二级水气分离器6相连接。 [0050] 一级水气分离器5上还设有一级最小压力阀17及一级压力传感器18，二级水气分离器6上还设有二级最小压力阀19及二级压力传感器20。其中，一级最小压力阀17主要用于建立两级单螺杆压缩主机内压、促使二级单螺杆压缩主机润滑水的循环，二级最小压力阀19主要起到单向排气，防止二级水气分离器6中分离出的润滑水倒流至二级水气分离器6及二级单螺杆压缩主机3中。 [0051] 一级水气分离器5及二级水气分离器6上分别设有一级安全阀、二级安全阀16。当水气分离器内的空气压力超过设定值时，相应的安全阀自动打开，放掉部分空气，从而降低水气分离器内的气压，保证水气分离器使用的安全性。 [0052] 在工作状态下，一级单螺杆压缩主机2由空气过滤器4输入空气，空气经一级单螺杆压缩主机2压缩后与通过一级单螺杆压缩主机2喷液口喷射入的润滑水混合一起，形成水气混合物，该水气混合物经一级单螺杆压缩主机2的排气口、一级单向阀14进入一级水气分离器5中进行一次水气分离，一次分离后的润滑水经一级水过滤器21返回至一级单螺杆压缩主机2内，一次分离后的压缩空气经过一级气冷却器7冷却后，再进入二级单螺杆压缩主机3中，并与二级单螺杆压缩主机3内的润滑水混合在一起，再次形成水气混合物，该水气混合物经二级单螺杆压缩主机3的排气口、二级单向阀15进入二级水气分离器6中进行二次水气分离，二次分离后的润滑水经二级水过滤器22返回至二级单螺杆压缩主机3内，二次分离后的压缩空气经过二级气冷却器8冷却后向外界输出。 [0053] 本实施例两级压缩单螺杆空气压缩机中还设有润滑水自动补偿控制系统，包括软水器10、将软水器10与一级水气分离器5、二级水气分离器6相连通的第一供水管及第二供水管以及设置在一级水气分离器5及二级水气分离器6中的浮控开关。第一供水管及第二供水管上均分别设有电磁补水阀，该电磁补水阀通过电路与电气控制箱电连接。 [0054] 一级水气分离器5及二级水气分离器6的底部均分别设有电磁泄水阀，该电磁泄水阀通过电路与电气控制箱9电连接。 [0055] 润滑水自动补偿控制系统的工作过程为(以一级水气分离器5为例)：一级水气分离器5中的润滑水的水位通过浮控开关进行控制，当润滑水的水位超过一级水气分离器5的最高水位值时，浮控开关将水位信号传递至电气控制箱9，电气控制箱9根据接收的水位信号控制电磁泄水阀开启，及时将一级水气分离器5中多余的润滑水排出，直至润滑水的水位低于既定最高值；而当润滑水的水位低于一级水气分离器5的最低水位值时，浮控开关将水位信号传递至电气控制箱9，电气控制箱9根据接收的水位信号控制电磁泄水阀关闭，同时，自动开启电磁补水阀，通过软水器10向一级水气分离器9中补给润滑水，使得一级水气分离器9中的润滑水的水位控制在设定值以内，保证一级水气分离器9的正常运转。 [0056] 本发明中，一级单螺杆压缩主机及二级单螺杆压缩主机均是由一个圆柱形的螺杆与两个对称配置的平面星轮组成的啮合副装在主机壳内。螺杆的螺槽、主机壳的内壁、星轮的齿面三者围成的空间构成了空气压缩机的工作容积。电动机的前轴、后轴分别直接带动一级单螺杆压缩主机、二级单螺杆压缩主机的螺杆转动，进而实现一级压缩、二级压缩全过程。 [0057] 本实施例中一级单螺杆压缩主机2、二级单螺杆压缩主机3及电动机1为整机结构，外部设置可拆卸的外箱体，内附有环保隔音的海绵，即消音又便利清洗；同时，采用全包容陶瓷滑动轴承结构，并使轴承处于压缩机低压侧，保证运行的安全性和可靠性。本实施例两级压缩单螺杆空气压缩机一级常压吸气，压缩至(0.7-1.2)MPa；随之进入二级压缩，压缩至(3-5)MPa，每级进气口处均强化喷冷却液降低进气温度，利于功率降低，每级排气口外设水气分离器，因两级压缩趋于最省功的等温压缩，从理论上讲两级压缩比单级压缩省功6-10％。 [0058] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 |
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