CN101321954B - 多级螺旋压缩机单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级螺旋压缩机单元，其包括传动箱(90)，其中，在传动箱(90)上相互平行悬伸地固定有第一、第二和第三螺旋压缩机(60，70，80)，并且这三个压缩机共同由传动箱中的一个主动齿轮驱动。气态的流体由第一螺旋压缩机(60)压缩到大约3.5bar的第一中间压强，由第二螺旋压缩机(70)压缩到大约12bar的第二中间压强，由第三螺旋压缩机(80)压缩到大约40bar的最终压强。第一和第二螺旋压缩机的从动齿轮(65，75)与主动齿轮(95)在主动齿轮轴的上方接合，第三螺旋压缩机的从动齿轮(85)与主动齿轮(95)在其最低点(T)附近相接合。为了能够安装具有不同直径比的齿轮组，可以在水平方向上调整主动齿轮(95)的轴线的位置，在垂直方向上调整第三级螺旋压缩机(80)的从动齿轮(85)的位置。

Description

多级螺旋压缩机单元
本发明涉及一种多级螺旋压缩机单元(mehrstufigesSchraubenkompressoraggregat)。尤其涉及用于产生高压(典型的为40bar或者更高)的干式运行的螺旋压缩机单元。其优先的应用领域是为塑料瓶的吹气成型产生压缩气体。
根据US-A-3,407,996(对应于DE-A-1628201)已知两级螺旋压缩机单元，其具有带有垂直安装壁的传动箱，在其上相互平行地自由悬伸地(auskragend)固定了两个相邻的压缩机级。每个压缩机级都包括带有两个相互接合的螺旋转子的螺旋压缩机。带有主动齿轮的传动装置位于传动箱中，其中主动齿轮与两个用于旋转两个螺旋压缩机的转子的从动齿轮相接合。在该文件中也指出，其所描述的发明也可以应用在超过两级的多级压缩机单元中。然而，通过何种方式设置更多的压缩机级却没有给出说明，并且在详细描述的设计中，已经不存在用于更多压缩机级的位置。
类似的两级螺旋压缩机单元也可以从DE29922878.9U1中获知。
本发明的目的在于设计一种三级螺杆压缩单元，其可以提供压缩的气态流体，特别是高压压缩空气，典型的大约是40bar或更高，该单元的特点在于其结构设计节省空间、简易和坚固耐用。在本发明的其它实施例中，根据本发明的三级螺旋压缩机单元，可以通过简单的方式实现动力传递和三个压缩机级的转速比的改变。
为了实现该目的，设有具有根据本发明权利要求1所述特征的三级螺旋压缩机。从属权利要求涉及本发明的其它有利特征。
通过根据本发明的螺旋压缩机单元，可以在仅使用三个压缩级的情况下将气态流体，特别是空气压缩到非常高的压缩比(比如40∶1)。从而可以提供在工业制造过程(例如塑料瓶吹气成型)中需要的高压压缩空气。
在根据本发明的螺旋压缩机单元中，优选地将第一和第二级螺旋压缩机设置在通过主动齿轮的旋转轴线的水平面的上方，将第三级螺旋压缩机设置在第一和第二级以及通过主动齿轮的旋转轴线的水平面的下方，并且其从动齿轮与主动齿轮在主动齿轮的最低点附近相接合。由此尤其有利地利用现有位置关系，从而形成了节省空间并且结构紧凑的压缩机单元。通过使用不同的可替换的轴承和法兰部件，可以在水平方向上调整驱动轴的位置，并且可以在垂直方向上调整第三级压缩机的位置，以使传动装置的设置适应不同的齿轮直径并从而适应压缩机等级的不同转速比。
参考附图详细说明本发明的实施例。其中：
图1是根据本发明的实施例的三级压缩机单元的透视图；
图2是螺旋压缩机的局部截面透视图，其中该螺旋压缩机构成根据图1的压缩单元的三级；
图3是根据图1压缩机单元的传动箱和传动装置的局部截面透视图，其中移除了压缩机级；
图4是对构成压缩机单元的传动装置的齿轮的简化描述；
图5是传动箱的安装壁的视图，为了使传动装置可见，一部分被移除。
图1是带有三个螺旋压缩机60，70，80的三级螺杆压缩单元的透视图，其中三个螺旋压缩机60，70，80通过法兰相互平行并且自由悬伸地附连到传动箱90(基本上具有垂直盘状的形式)上。为此，每个螺旋压缩机60，70，80的外壳在其面向传动箱90的末端都具有法兰64，74以及84，这些法兰通过螺钉与传动箱90的对应法兰相连接。这三个螺旋压缩机60，70，80如还将更详细说明的那样共同由位于传动箱90中的、由电机驱动的主动齿轮驱动。在描述的压缩机单元中，螺旋压缩机60是输入级(低压级)，其带有进气口61和出气口63，螺旋压缩机70是第二级或中间压强级，其带有进气口71和出气口73，螺旋压缩机80是末端级或高压级，其带有进气口81和在与进气口81相对的一侧上的、在图1中不可见的出气口。图1还显示了在传动箱90底部用法兰连接的油池外壳76，其通过油管77与螺旋压缩机60，70，80的同步传动装置以及设置在传动箱90中的传动机构相连接。
在图1中没有描述的是用于待压缩的介质特别是空气的连接管道，其将三个螺旋压缩机60，70，80的进气和出气相互连接。其设计成本领域技术人员熟知的方式，并装备有例如过滤器、中间冷却器和/或消音器。
第一和第二级螺旋压缩机60，70水平并排设置，第三级螺旋压缩机80设置在第一和第二级螺旋压缩机下方。油池外壳76在其上侧具有凹处79，其为容纳第三级螺旋压缩机而提供额外位置。
图1中的三个螺旋压缩机60，70，80中的每一个通常都具有两个转子，其轴线平行地可旋转地安装在转子外壳中，并与螺旋形的肋条和凹槽相互接合。图2显示了构成图1中三级压缩机单元的第三级的螺旋压缩机80的示例，该螺旋压缩机尤其设计成用于高压，尤其是大约40bar或者更高。
图2中所示的螺旋压缩机具有(显示在纵剖面上)转子壳体1，其中安装了两个轴线平行可旋转的转子3和5。转子3、5的旋转轴线位于共同的垂直平面上。转子3、5每个都具有轮廓部分(Profilabschnitt)7和9，其具有带有螺旋形延伸的肋条和凹槽的轮廓，轮廓部分7和9的肋条和凹槽相互接合密封。在轮廓部分7和9的两侧分别连接着轴销(Wellenzapfen)7a，7b，9a，9b，其表面与密封装置11，12共同作用，以将转子密封在转子壳体1内部。此外，轴销7a，7b，9a，9b通过轴承13，15可旋转地安装在转子壳体1内。
图2中上部的转子3是主转子，在该主转子在图2中的左端上具有加长的轴销7c，其延伸到传动箱90(图1)中并支撑齿轮85，该齿轮与设置在传动箱中的主动齿轮相接合，以驱动转子3旋转。在图2中的右端上，转子3和5具有两个相互接合的齿轮17和19，这形成同步传动装置(同步运行传动装置)，其将上部转子3的旋转以希望的转速比传递到下部转子5(次级转子)，同时保证转子3，5的轮廓部分7和9相互无接触地接合。
转子壳体1由冷却外罩或冷却壳体21围绕，其大多数情况下与转子壳体一体地构造并且以一定的间隔同样围绕。冷却壳体21在上部和下部具有大面积的开口，其通过由螺钉紧固的盖板23和底板25锁紧。在转子壳体1和冷却壳体21，23，25之间形成了对转子壳体1环形围绕的冷却空间27，流体冷却介质，例如水，在其中循环流通。
图2中所示的第三级螺旋压缩机与第一、第二级螺旋压缩机一样都是所谓的干式传动，也就是说，其压缩空间中保持无油。来自油池76的油，其通过油泵(未示出)循环流通，只用来对主动齿轮(齿轮65，75，85，95)和轴承13，15以及每个螺旋压缩机60，70，80的同步传动装置(17，19)(参见图2中17，19)进行润滑，而不进入螺旋压缩机的压缩空间。
法兰盘84通过螺钉可拆卸地固定在转子壳体1在图2中的左端上，其中该法兰盘用于将螺旋压缩机固定到传动箱的安装壁上并为此具有用于紧固螺钉的孔。通过更换具有其它孔分布结构的法兰盘84，可以改变螺旋压缩机固定到传动箱90的位置。
在运行图1中所示的压缩机单元时，在第一压缩机级60的进口处吸入的空气被压缩到3至6bar的范围内，优选地大约为3.5bar，接着在第二压缩机级70处压缩到中间压强10至15bar的范围内，优选地大约为12bar。该预压缩空气通过连接管道(未示出)从第二级70的出气口73进入第三压缩机级80的进气口81，并在此压缩到最终压强30至50bar范围内，优选地为大约40bar。在上述优选的压缩操作中，在每个螺旋压缩机60，70，80中的压缩比都大致相同。
图3是带有在其中的用于驱动三个螺旋压缩机60，70，80的传动装置的传动箱90的透视图(局部截面)。传动箱90在其一侧具有垂直的安装壁91，三个压缩机60，70，80(在图3中未示出)的压缩机螺杆的壳体通过法兰螺纹紧固在安装壁上。在另一侧，传动箱90通过轴承盖92闭合，驱动轴94通过轴承环93安装在轴承盖92中，驱动轴同时支撑主动齿轮95。通过主动齿轮95而悬伸的驱动轴94的末端安装在置于安装壁91内的轴承座(Lagertopf)中(见图5)。主动齿轮95与三个从动齿轮65，75，85相接合，从动齿轮围绕主动齿轮95分布设置，并且分配给三个螺旋压缩机60，70，以驱动它们。每个从动齿轮65，75，85都位于螺旋压缩机60，70，80的转子轴销中的一个上，这些转子轴销通过安装壁91上的相应的开口而延伸到传动箱90中。
图4中描述了三个从动齿轮65，75，85相对于主动齿轮95的分布。第一和第二级螺旋压缩机60或70的从动齿轮65，75位于通过主动齿轮95的回转轴线A的水平面B-B的上方。相反，第三级螺旋压缩机80的从动齿轮85显然位于通过轴线A的水平面B-B的下方，而且优选地在主动齿轮95的最低点T附近。优选地，用于第一压缩机级的从动齿轮65将如此设置，将其轴65′与主动齿轮95的轴线A相连的直线C与通过主动齿轮95的轴线A的水平直线B-B形成不超过30°的角度α。对于第二压缩机级70的从动齿轮75，其相应的角度β优选地不超过20°。另一方面，第三压缩机级80的从动齿轮设置在非常接近主动齿轮95最低点T的位置，从而使将从动齿轮85的轴与主动齿轮95的旋转轴线A相连的直线D，与通过主动齿轮95的轴线A的垂直平面形成不超过20°的角度γ。
图5显示的是传动箱90的安装壁91的视图。为了显示后面设置的主动齿轮95，在显示中对上部区域进行了局部切开，其中，该主动齿轮与三个螺旋压缩机60，70，80(在图5中被移除)的从动齿轮65，75，85相接合。安装壁具有开口68，78，88，通过这些开口，支撑齿轮65，75，85的螺旋压缩机60，70，80的轴销(图2中7b)可以进入传动箱90。安装壁91具有肋条式上升的对应法兰69，79，89，其围绕开口68，78，88，压缩机60，70，80(参见图1)的法兰64，74，84通过螺钉和合适的密封件与这些法兰紧固。
在传动箱90的安装壁91上设置了轴承座97，其中安装了支撑主动齿轮95的末端的驱动轴94(见图3)。轴承座97和在图3中显示的用于承载驱动轴94的轴承环93都是非常规构造。通过更换具有不同偏心率的轴承环93和轴承座97，可以如图5中双向箭头98表示的那样在水平方向上改变主动齿轮95的位置。
进一步地，构造了第三级的螺旋压缩机80的法兰盘84(也可见图2)，其螺纹紧固到传动箱的对应法兰89上，，其与转子壳体21通过螺纹可拆卸地相连接，并且对应于改变了孔的结构分布的对应法兰盘可以替换该法兰盘，从而可以如图5中的垂直双向箭头86表示的那样，在垂直方向上改变螺旋压缩机80和其从动齿轮85的位置。
主动齿轮95在水平方向98上的调整和第三级从动齿轮在垂直方向86的调整使得可以使用构成传动装置的齿轮95，65，75，85的不同齿轮组合，其中可以通过不同的相互适应的直径改变整个驱动传递，也可以改变三个压缩机级60，70，80的相对旋转速度。此外，形成传动装置的四个齿轮65，75，85，95都可以更换成其他的直径，然而为了保证齿轮在改变直径比之后仍正常接合，只需要在相互垂直的方向上调整其中的两个元件就足够了，即在水平方向98上调整主动齿轮95，在垂直方向86上调整第三级的齿轮85。
参考标号列表
1转子壳体
3转子
5转子
7轮廓部分
7a轴销
7b轴销
7c轴销
9轮廓部分
9a轴销
9b轴销
11密封装置
12密封装置
13轴承
15轴承
17齿轮
19齿轮
21冷却外罩
23盖板
25底板
27冷却空间
60螺旋压缩机
61进气口
63出气口
64法兰
70螺旋压缩机
71进气口
73出气口
74法兰
76油池外壳
77油管
79凹处
80螺旋压缩机
81进气口
A轴线
B直线
C直线
D直线
84法兰盘
85齿轮
86双向箭头
89对应法兰
90传动箱
91安装壁
92轴承盖
93轴承环
94驱动轴
95主动齿轮
97轴承座
98双向箭头

Claims (15)

1.一种多级螺旋压缩机单元，带有
传动箱(90)、
设置在所述传动箱中并且连接到驱动电机的主动齿轮(95)、
以及第一、第二和第三螺旋压缩机(60，70，80)，所述螺旋压缩机(60，70，80)相互平行地固定在所述传动箱上，每个螺旋压缩机包括位于所述传动箱(90)中的驱动齿轮(65，75，85)
所述第一、第二和第三螺旋压缩机(60，70，80)的驱动齿轮(65，75，85)沿着所述主动齿轮(95)的外围在相互间隔的位置上与主动齿轮(95)联接，使得它们由所述主动齿轮共同驱动，
并且其中所述第一、第二和第三螺旋压缩机(60，70，80)通过连接管相互连接，使得它们形成三级的螺旋压缩机单元，
其中，在运行时所述第一螺旋压缩机(60)将气态流体流从进入压强压缩到第一中间压强，所述第二螺旋压缩机(70)将所述流体流从第一中间压强压缩到第二中间压强，所述第三螺旋压缩机将所述流体流从第二中间压强压缩到最终压强，其中，最终压强至少是进入压强的三十倍。
2.根据权利要求1所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，所述进入压强大约为1bar，所述第一中间压强为2bar至6bar，所述第二中间压强为10bar至15bar，所述最终压强为30bar至50bar。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，所述第一、第二和第三螺旋压缩机(60，70，80)都是干式运行的螺旋压缩机。
4.根据权利要求1或2所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，所述传动箱(90)具有垂直的安装壁(91)，
在所述传动箱(90)中围绕水平轴线可旋转地安装的驱动轴(94)承载所述主动齿轮(95)， 
而所述螺旋压缩机(60，70，80)在所述安装壁(91)上相互平行悬伸地固定，每个所述螺旋压缩机(60，70，80)都具有轴线平行的、通过螺旋形肋条和凹槽相互接合的两个螺旋转子(3，5)，并且在其中一个所述转子上还具有轴销(7c)，其通过所述安装壁(91)上的开口伸入所述传动箱(90)，并支撑与所述主动齿轮(95)相接合的从动齿轮(65，75，85)，
其中，构成压缩机单元的第一、第二级的两个螺旋压缩机的从动齿轮(65，75)与所述主动齿轮(95)相接合，其结合位置位于通过所述主动齿轮的旋转轴线(A)的水平面的上方。
且其中，所述第三螺旋压缩机(80)设置在所述第一、第二螺旋压缩机(60，70)的下面，其从动齿轮(85)与所述主动齿轮(95)在所述主动齿轮(95)的外周的最低点附近相接合。
5.根据权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线和所述第一螺旋压缩机的从动齿轮(65)的旋转轴线的平面(C)，与通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线(A)的水平面(B-B)形成不超过30°的夹角(α)。
6.根据权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线和所述第二螺旋压缩机的从动齿轮(75)的旋转轴线的平面(C)，与通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线(A)的所述水平面(B-B)形成不超过20°的夹角(B)。
7.根据权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线和所述第三螺旋压缩机的从动齿轮(85)的旋转轴线的平面，与通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线(A)的垂直平面形成小于30°的夹角(γ)。
8.根据权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，支撑所述主动齿轮(95)的所述驱动轴(94)通过在水平方向具有不同偏心率的可更换的轴承部件以这种方式安装，即，通过更换所述轴承部件，基本上能够在水平方向(98)上调整在所述传动箱(90)内的所述驱动轴(94)的旋转轴线的位置。 
9.根据权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，所述第三螺旋压缩机(80)在所述安装壁(91)上通过可更换的法兰部件(84)以这种方式固定，即，通过更换所述法兰部件(84)，可基本上在竖直方向(86)上改变所述第三螺旋压缩机(80)相对于所述传动箱(91)的位置。
10.根据权利要求8所述的压缩机单元，其特征在于，为了改变所述压缩机单元的所述螺旋压缩机(60，70，80)的转速比而使用可更换的齿轮组，每个所述齿轮组都由主动齿轮(95)和不同直径的从动齿轮(65，75，85)以及相关的轴承部件(93，97)、法兰部件(84)共同组成，其用于与齿轮的不同直径相适应地在水平方向(98)上调整所述主动齿轮(95)的位置，在竖直方向(86)上调整所述第三螺旋压缩机的所述从动齿轮(85)的位置。
11.根据权利要求1所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，最终压强至少大约是进入压强的四十倍。
12.根据权利要求2所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，所述第一中间压强为大约3.5bar。
13.根据权利要求2所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，所述第二中间压强为大约12bar。
14.根据权利要求2所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，所述最终压强为大约40bar。
15.根据权利要求7所述的螺旋压缩机单元，其特征在于，通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线和所述第三螺旋压缩机的从动齿轮(85)的旋转轴线的平面，与通过所述主动齿轮(95)的旋转轴线(A)的垂直平面形成小于20°的夹角(γ)。 
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