CN100340769C - 一种用于高压系统的双螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压系统的双螺杆压缩机，包括相互啮合的阳转子和阴转子与壳体共同组成的工作腔；壳体上布置有吸气口和排气口，阳转子的外延伸出轴上布置有轴封，进气和排气道布置在壳体内；阳转子和阴转子上各有用于承受轴向力和承受径向力的轴承，它们分布在阳转子和阴转子的两端和中间；所述的阳转子与阴转子上均带有两段螺旋段，用一转子上的两段螺旋段的齿型及尺寸相同，齿一一对应且螺旋旋向相反；螺旋段的长度与直径比为1∶1～1∶1.2，阳转子的齿数为5齿或6齿，阴转子的齿数为7齿或8齿，阴转子的齿根圆直径等于或大于阳转子齿根圆直径。其排气压力最高可以达到15MPa，能够广泛应用于跨临界CO₂制冷、工艺压缩、油气混输、天然气集输和高压空气压缩等高压系统中。

Description

一种用于高压系统的双螺杆压缩机

                        技术领域

本发明涉及一种压缩机，特别涉及一种可广泛应用于高压系统中的双螺杆压缩机。

                        背景技术

双螺杆压缩机属于一种容积式压缩机，由于其结构简单、可靠性高、操作维护方便、适应性强和可多相混输等优点，得到了非常范围广泛的应用，在中等容积流量的空气动力装置和中等制冷量的制冷装置中，它已经成为主流机型。

在制冷领域，氟利昂制冷剂的替代问题显得越来越突出，在众多的替代制冷剂中，CO₂制冷剂引起了业界的普遍重视。跨临界CO₂机组具有高传热系数和低压缩比等优点，但其工作压力较高，可以达到15MPa，因此对机组的心脏—压缩机的设计和制造提出了挑战。现有形式的双螺杆压缩机在风冷热泵、冰蓄冷等大温差工况，或者使用R410A等高压制冷工质的系统中，由于排压较高，既增加了机器的成本又对其应用场所造成了一定的限制。

在石油、天然气开采输送过程中，由于油气田边远，需要将天然气及其与原油、水的混合物从油田输送到远处的贮存加工场所进行处理，这要求管道输送系统中使用高压力的压缩机对流体进行加压。

在空气动力领域，排气压力超过3MPa的高压空气压缩机目前均为往复活塞式压缩机，这种压缩机可靠性差、自动化程度低，大流量时体积庞大。因此空气动力领域迫切需要一种可以解决这些问题的高压螺杆压缩机。

这些不同领域的需求，使得压缩机的设计必须要有创新。限制传统的双螺杆压缩机排出压力的主要因素是轴承寿命的问题，特别是承受阳转子轴向力的轴承寿命。为了应对阳转子较大的轴向力，通常在其上布置大尺寸的轴向力轴承，而受到两个转子中心距的限制阴转子的径向力轴承就只能使用较小的尺寸。这样就造成了所有承受转子径向力的轴承中，阴转子排出端所受径向力较大，而其所用的径向力轴承却很小，因此它的寿命最短，限制了螺杆压缩机整机的寿命。对于这种情况，通常采用的措施是增加螺杆压缩机的轴承数量，或者增加一套复杂的平衡活塞系统来抵消一部分阳转子轴向力，以使压缩机能够承受更大的压力和延长寿命，再者可以采用多级压缩的办法来达到要求的高压。这些方法大大增加了制造和使用成本。另外，在高压力下转子受力后的刚性也是一个问题。这些情况使得目前双螺杆压缩机最高使用压力通常小于3Mpa，其在高压系统中的应用受到了限制，难以将使用压力大幅提高。

                        发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高压系统的双螺杆压缩机，该双螺杆压缩机能够广泛应用于CO₂制冷、工艺压缩、油气混输、天然气集输和高压空气压缩等高压系统中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于高压系统的双螺杆压缩机，包括相互啮合的阳转子和阴转子，阳转子、阴转子与壳体共同组成对气体进行压缩的工作腔；壳体上布置有吸气口和排气口，阳转子的外延伸出轴布置有轴封，进气和排气道布置在壳体内；

阳转子和阴转子上各有用于承受轴向力的轴承以及承受径向力的轴承，它们分布在阳转子和阴转子的两端和中间，或者仅分布在两端；

阳转子与阴转子上均带有两段螺旋段，同转子上的两段螺旋段的齿型及尺寸相同，齿一一对应且螺旋旋向相反；

气体经吸气口进入壳体后分为两路，分别由阳转子和阴转子上的两个螺旋段吸入并进行压缩，经压缩后的高压气体由阳转子和阴转子上的两个螺旋段排出后，在壳体中汇流成一路，经排气口排出；

其特征在于，所述的螺旋段的长度与直径比为1∶1～1∶1.2，阳转子的齿数为5齿或6齿，阴转子的齿数为7齿或8齿，阴转子的齿根圆直径等于或大于阳转子齿根圆直径。

本发明的用于高压系统的双螺杆压缩机，采用了在转子上对称布置两个形状、尺寸相同、旋向相反的螺旋段，气体分为两路在两段对称地进行吸入、压缩和排出，因此转子所受气体轴向力对称、方向相反、脉动频率一致，使得轴向力完全相互抵消、振动减小。转子径向力可以由三个支点的三组径向力轴承分担，使得每个轴承的负荷大大降低。同时，阳、阴转子采用多齿数的设计，螺旋段采用1∶1～1∶1.2的长径比，使得阴转子直径增加、转子中心距加大，因而阴转子径向力轴承可以等于或大于阳转子，更合理的承担径向力的分布，同时也增加了转子的刚度。

由于本发明独特的结构设计，使得转子轴向力相互抵消、径向力分担，轴承布置突破传统结构的限制，能够按照力的大小进行合理配置，因此整个压缩机能够承受更大的压力和压比，排气压力最高可达到15MPa，同时振动会进一步减小，制造、使用成本降低，可以很好的满足高压系统对双螺杆压缩机的要求。

                        附图说明

图1是本发明的整体结构原理图；

图2是本发明气体通道示意图；

图3是本发明阳、阴转子的布置示意图；

图4是本发明阳、阴转子螺旋段齿型示意图。

下面结合附图对本发明的结构特点和工作原理做进一步的详细说明，并给出实施例，以便更清楚的理解本发明的实现方式和特点。

                        具体实施方式

按照本发明的技术方案，一对相互啮合的阳转子和阴转子与壳体共同组成工作腔，吸、排气通道在壳体上，阳转子、阴转子上分别安装有三组轴承，布置在两端和中间，在阳转子的外伸轴上有轴封密封。

上述阳转子、阴转子阳转子与阴转子上均带有两段螺旋段，同一转子上的两个螺旋段型线一致、尺寸相同，每个螺旋段的长度与直径比为1∶1～1∶1.2，每只转子上的两个螺旋段的旋向相反，并且两段螺旋段的齿一一对应，呈镜像布置。这种结构形式使转子轴向力能够完全相互抵消。

上述双螺杆压缩机阳转子、阴转子螺旋段的型线采用多齿数的方案，如阳转子为5齿或6齿，阴转子7齿或8齿，从而阴转子直径增加，齿根圆直径可以等于或大于阳转子齿根圆直径，中心距增加便于布置较大尺寸的轴承。

上述双螺杆压缩机每只转子上有三组轴承，它们分别承受径向力和轴向力。径向力轴承布置在转子的两端和中间，轴向力轴承布置在其中一处；当压力不高时，中间的一组轴承可以不使用，而只在两端布置轴承。

上述双螺杆压缩机由于轴向力相互抵消，阴转子直径增加、中心距加大，因此阴转子的径向力轴承可以等于或大于阳转子的径向力轴承。

上述双螺杆压缩机由吸气口吸入的气体在壳体内分为两路，分别由转子的两个相互啮合的螺旋段吸入并进行压缩。

上述螺杆压缩机压缩后的高压气体由转子的两个螺旋部分排出后在壳体内汇流成一路，经排气口排出。

以下是发明人给出的具体实施例：

参见图1、图3，本发明包括一对相互啮合的阳转子1和阴转子5，阳转子1上有两个旋向相反的螺旋部分a和b，阴转子2上也对应有两个旋向相反的螺旋部分c和d。阳转子1和阴转子5上各布置了三组轴承，阳转子1上两端和中间的径向力轴承3、径向力轴承12、径向力轴承11，阴转子5两端和中间的径向力轴承4、径向力轴承7、径向力轴承8、以及轴向力轴承9、轴向力轴承10；

轴向力轴承9、轴向力轴承10可以布置在转子的端部，也可以布置在转子的中间段。

具有若干个组成部分的壳体6与阳转子1和阴转子5共同组成了气体吸入、压缩和排出的工作腔。在阳转子1伸出壳体6的动力输入端有轴封2将内部流体与外界分隔开。

参见图2，本发明的进气和排气道布置在壳体6内，并且可以有两种布置方式，如图2(a)：气体由吸气口13进入分为两路，在转子中间段分别由两个螺旋段吸入，经过压缩后在两端排出，并汇流成一路由排气口14排出；如图2(b)：气体由吸气口13进入分为两路，在转子两端分别由两个螺旋段吸入，经过压缩后在中间段排出，并汇流成一路由排气口14排出。

参见图3，本发明包括一对相互啮合的阳转子1和阴转子5。阳转子1上有两个旋向相反的螺旋部分a和b，阴转子5上也对应有两个旋向相反的螺旋部分c和d。转子上的螺旋部分旋向可以有两种方式组合，如图3(a)和(b)。另外，阳转子1和阴转子5上的两个螺旋部分可以部分或完全地在转子上拆卸，如a、c部分是可以拆卸的，b、d跟轴制成一体；或者b、d可以拆卸，a、c与轴制成一体；亦或四个螺旋段都可以拆卸，这样有利于零件的标准化。

参见图4，本发明的阳转子和阴转子螺旋部分的型线采用多齿结构，使得转子直径与中心距增大。本发明给出的具体实施例是：如图4(a)，阳转子1齿型结构是由5个相同的齿构成，阴转子5齿型由7个相同的齿构成；如图4(b)，阳转子1齿型结构是由6个相同的齿构成，阴转子5齿型由8个相同的齿构成。这种方法使得阴转子的齿底圆直径等于或大于阳转子的齿底圆直径，从而增大两转子中心距，并提高了转子的刚度。阳齿和阴齿相互啮合，与壳体构成吸、排气腔。

Claims (2)

1.一种用于高压系统的双螺杆压缩机，包括相互啮合的阳转子和阴转子，阳转子、阴转子与壳体共同组成对气体进行压缩的工作腔；壳体上布置有吸气口和排气口，阳转子的外延伸出轴布置有轴封，进气和排气道布置在壳体内；

阳转子和阴转子上各有用于承受轴向力的轴承以及承受径向力的轴承，它们分布在阳转子和阴转子的两端和中间，或者仅分布在两端；

阳转子与阴转子上均带有两段螺旋段，同转子上的两段螺旋段的齿型及尺寸相同，齿一一对应且螺旋旋向相反；

气体经吸气口进入壳体后分为两路，分别由阳转子和阴转子上的两个螺旋段吸入并进行压缩，经压缩后的高压气体由阳转子和阴转子上的两个螺旋段排出后，在壳体中汇流成一路，经排气口排出；

其特征在于，所述的螺旋段的长度与直径比为1∶1～1∶1.2，阳转子的齿数为5齿或6齿，阴转子的齿数为7齿或8齿，阴转子的齿根圆直径等于或大于阳转子齿根圆直径。

2.如权利要求1所述的用于高压系统的双螺杆压缩机，其特征在于，所述的阳转子与阴转子上的螺旋段能够拆卸。

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