CN102032177B - 一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机，在保证压缩机密闭性和轴承受力面等润滑的同时，通过压差形成轴承受力面润滑和压缩腔喷油冷却统一的油循环系统。在压差作用下，润滑油由喷油管进入旋转轴中心油孔内，通过油孔、动涡盘内导油通路等机构供给润滑部位，完成润滑后润滑油依靠重力回落到机壳底部油池。部分带有多孔结构的进气导管浸入机壳底部油池内，润滑油由小孔进入进气导管并被带入压缩腔，完成压缩腔冷却后以油气混合物方式排出。经油气分离和冷却后，润滑油通过喷油管喷入旋转轴中心油孔内循环使用。本发明是在全封闭结构前提下实现压缩腔喷油内冷却的，所以特别适合压缩密闭性要求严且因等熵指数高导致压缩热大的气体(如天然气、氦气等)。

Description

一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机

技术领域

本发明属于流体机械领域，涉及一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机，尤其是一种油田伴生气回收装置用的全封闭卧式喷油涡旋压缩机。

背景技术

涡旋压缩机具有体积小、重量轻、结构简单、易损件少、运行可靠性高、余隙容积小、效率高等优点，已被广泛应用在制冷领域。鉴于上述优点和涡旋压缩技术较为成熟，采用涡旋式压缩机技术提高天然气、氦气等气体的压力实现高效压缩被高度关注。

普通涡旋制冷压缩机的制冷工质和润滑油之间有良好的互溶性，制冷工质进入涡旋压缩腔时自身携带的润滑油基本可以满足润滑和密封需要，此外制冷工质的等熵指数较低，在压缩时温升不是很显著；天然气、氦气等气体与润滑油的互溶性较差，等熵指数高，压缩时会产生大量的压缩热，温升显著，因此其相应的涡旋压缩机必须对压缩腔喷油实现润滑、密封和降低压缩腔温度的目的。

目前采用喷油技术的涡旋压缩机多为开启式，在轴封等处经常出现泄漏现象，但是压缩天然气等易燃易爆气体或者氦气等稀有气体时，不允许泄漏现象发生，因此必须采用全封闭式涡旋压缩机，大大增加了喷油技术难度。

为了实现涡旋压缩机压缩过程中的密封和润滑，多种涡旋压缩机喷油技术被开发出来，如CN 1401910A公开的涡旋压缩机的喷油方式是通过在动盘内部加工喷油通路，利用离心力将涡旋压缩机底部储油池内的油引入压缩腔；CN1251639A公开的涡旋压缩机的喷油方式是壳体内采用高背压，利用压差将机壳底部储油池内的油引入压缩腔；外部直接喷油涡旋压缩机的喷油方式是通过在涡盘上加工油孔，利用压差直接将油喷入压缩腔，并采用另外一套油循环系统润滑轴承等受力面。但是这些喷油技术很难满足与润滑油互溶性差且等熵指数高的气体的全封闭式涡旋压缩机。如CN 1401910A和CN1251639A公开的喷油涡旋压缩机有以下几个特点：第一针对的工质为制冷剂，与油有良好的互溶性，进入压缩腔时制冷剂本身能够携带一定量的润滑油；第二制冷剂等熵指数低，压缩过程产生的压缩热少，压缩腔温升不明显；第三制冷剂在制冷系统循环一周后，会携带润滑油回到上述专利所述的涡旋压缩机中；因此CN 1401910A和CN1251639A公开的喷油涡旋压缩机对压缩腔喷油是作为制冷剂携带润滑油的一个补充，喷油的主要目的是压缩机工作腔的润滑和密封，油循环量较小，此外润滑油随制冷剂在制冷系统中循环，不存在不断为上述专利所述的涡旋压缩机补充油的问题。

如上所述，天然气、氦气等高等熵指数气体与润滑油的互溶性较差，进入压缩腔时本身携带的润滑油很少，压缩时会产生大量的压缩热，压缩腔温升显著。因此压缩这类气体的涡旋压缩机的喷油量较常规的涡旋制冷压缩机的喷油量大很多，其喷油的目的也不仅仅是压缩机工作腔的密封和润滑，还有一个重要作用是将压缩时产生的大量热量带走，降低压缩腔的温度。此外本专利所述的涡旋喷油压缩机涉及的气体多为工业用气体，提高其压力后即存储起来，不能像涡旋制冷压缩机的工质那样形成一个封闭的循环系统，必须不断补充润滑油，因此CN 1401910A和CN1251639A公开的涡旋压缩机的喷油技术无法应用到本专利所述的涡旋压缩机中。

外部直接喷油涡旋压缩机的喷油技术可以根据需要改变喷油量满足本专利所述的涡旋压缩机的需要，但是还需要另外一套油循环系统将润滑油从机壳内油池的润滑油输送到轴承等受力面润滑，压缩机的整个油循环系统结构复杂，又因两套油循环系统相互独立，喷入压缩腔的润滑油会泄漏到机壳油池内，当压缩腔喷油量较大时，两套油循环系统匹配不当，会导致油池油面逐渐上升，引起压缩机效率或可靠性降低，此外压缩过程和电机产生的热量会使油池内的温度不断上升，降低润滑油的粘度，导致润滑油失效，引起压缩机效率降低甚至烧毁。

鉴于涡旋压缩机的现有喷油技术应用到压缩天然气、氦气等高等熵指数且与润滑油互溶性差的气体的涡旋压缩机存在上述诸多问题，本发明提出了一种具有新型供油结构的全封闭卧式喷油涡旋压缩机，将压缩腔喷油循环系统和润滑轴承等受力面的油循环系统合二为一，将机壳内油池的润滑油参与到润滑油的循环系统中，经过外部油冷却器冷却后回到压缩机，本发明提出的新型供油结构可以有效解决现有喷油技术所遇到的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有新型供油结构的全封闭卧式喷油涡旋压缩机，解决上述喷油涡旋压缩机不适合压缩密闭性要求严且等熵指数高的气体的问题，利用涡旋压缩机实现这些气体的高效压缩。

本发明为一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机，包括：水平方向上设有轴的圆筒状密闭壳体；在该密闭壳体内形成的低压空间；配置在该低压空间内的驱动机构和压缩机构；连接上述驱动机构及压缩机构的水平延伸的内部开有油孔的旋转轴；支撑该旋转轴的主轴承和止推轴承；上述油孔在上述主轴承和止推轴承处分别形成的第一分支油孔和第二分支油孔；上述旋转轴在上述主轴承处形成的环状导油通路；具有安装该主轴承贯通孔的主支架；在上述主轴承处开有连通上述密闭壳体形成的低压空间的排油孔；具有安装上述止推轴承的支架；与上述旋转轴的中心轴偏心并从上述旋转轴的端部延伸的偏心轴；构成上述压缩机构，安装在上述偏心轴上的动涡盘；上述动涡盘在上述偏心轴一侧具有的配合孔；摆动自如地保持上述动涡盘并安装在上述配合孔内，与上述偏心轴配合的动涡盘密封轴承；上述动涡盘、上述偏心轴、上述动涡盘密封轴承在上述配合孔内形成的油压空间；上述动涡盘在上述偏心轴一侧安装的防止其自转的机构十字滑环；上述动涡盘内一端连接上述油压空间，一端连接上述十字滑环的导油通路；上述十字滑环两侧表面形成的环状导油通路；上述十字滑环内连通十字滑环两侧表面环状导油通路的导油孔；在上述圆筒状的密闭壳体下方形成的储油池；通过壳体上的贯通孔，一端延伸至上述壳体外，一端通过密封轴承安装在上述旋转轴内的水平方向延伸的喷油管；缠绕在上述驱动机构外侧，一端连接进气管，一端连接压缩腔进气口的进气导管；上述进气导管在上述储油池油位设置线以下部分开有的一个或多个小孔径进油孔。

本发明旨在解决涡旋压缩机在压缩密闭性要求严且等熵指数高的气体时，压缩腔喷油内冷却问题。本发明所述涡旋压缩机在保证压缩机密闭性和轴承受力面等润滑的同时，通过压差形成轴承受力面润滑和压缩腔喷油冷却统一的油循环系统。润滑油在压差作用下通过喷油管进入旋转轴内的油孔，旋转轴上的环形通路、动涡盘内的导油通路和十字滑环两侧表面形成的环状通路将油孔内的润换油送到轴承、十字滑环和动涡盘推力面等处，完成润滑后掉落到压缩机壳体底部储油池内，油孔内多余的润滑油通过主轴承处的排油孔也排入储油池。储油池内润滑油通过进气导管在储油池油位设置线以下部分设置的一个或多个小孔径进油孔进入进气导管，进气导管内的进气将润滑油带入压缩腔，完成压缩腔冷却、润滑作用后由排气带出，在油气分离后重新导入喷油管。

本发明解决了全封闭条件下喷油涡旋压缩机压缩腔喷油内冷却问题，为涡旋压缩机压缩密闭性要求严且等熵指数高的气体，拓展涡旋压缩机的应用范围奠定了基础。

附图说明

图1为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的剖面图。

图2为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的上视图。

图3为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的A-A剖视图。

图4为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的B-B剖视图。

图5为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的局部放大剖视图。

图6为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的局部放大剖视图。

图7为本发明第1实施例的全封闭卧式喷油涡旋压缩机的C-C剖视图。

图8为本发明第1实施例的十字滑环正视图。

其中，1为涡旋压缩机，2为壳体，3为驱动机构，4为压缩机构，5为进气管，6为圆筒状密闭壳体，7为前端盖、8为后端盖，9为电源端子，10为励磁线圈，11为定子，12为转子，13为旋转轴，14为偏心轴，15为主轴承，16为主支架，17为止推轴承，18为支架，19为油孔，20为第一分支油孔、21为第二分支油孔，22为动涡盘，23为压缩腔，24为静涡盘，25为十字滑环，26为排气管，27为压缩腔进气口，28为进气导管，29为进油孔，30为储油池，31为喷油管，32为驱动机构支架，33为主平衡重，34为副平衡重，35为密封轴承，36为环形通路，37为导油通路，38为排油孔，39为环状导油通路，40为导油孔，41为动涡盘密封轴承，42为配合孔，43为油压空间。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例加以说明：

图1、图2所示的全封闭卧式喷油涡旋压缩机1由具有沿水平方向延伸的中心轴的壳体2，配置在该壳体2内的驱动机构3和由该驱动机构3驱动的压缩机构4构成。

上述壳体2由侧部安装有进气管5的圆筒状壳体6和封闭该圆筒状壳体6两端的前盖部7、后端盖8构成，在一侧的前盖部7上设置有排气管26。在圆筒状壳体6上设置有向上述驱动机构3输送电力的电源端子9。密闭壳体2内形成低压空间。

在本实施例中，驱动机构3为三相交流电动机，安装在驱动机构支架32上，包括：固定在上述圆筒状壳体6的内周面上、卷绕有励磁线圈10以产生旋转磁场的定子11，配置在与该定子11对峙的位置上、具有使磁极交错不同地配置的永久磁铁的转子12，固定转子12的旋转轴13。

旋转轴13沿水平方向延伸地设置，该旋转轴13在靠近上述压缩机构4的一端端部上形成有与旋转轴13的中心轴偏心、突出的偏心轴14。而且，旋转轴13转动自如地保持在主轴承15中，该主轴承15安装在固定于上述圆筒状壳体6的内面上的主支架16的贯通孔中。

旋转轴13的另一侧转动自如地保持在止推轴承17上，该止推轴承17安装在固定于上述圆筒状壳体6内面上的支架18上。

另外，旋转轴13内部形成贯通的导油孔19，该导油孔19在主轴承15和止推轴承17处分别连接用于润滑上述主轴承15和上述止推轴承17的第一分支油孔20和第二分支油孔21。

上述旋转轴13在上述主轴承位置具有环状的导油通路36。在上述主轴承15处开有连通上述低压空间的小孔径排油孔38。

上述压缩机构4由上述支架16，安装在上述偏心轴14上的动涡盘22，与该动涡盘22啮合而确定压缩腔23的静涡盘24构成。

上述动涡盘22背向上述静涡盘24一侧具有配合孔42并且通过动涡盘密封轴承41配合在上述偏心轴14上。

上述动涡盘22、上述偏心轴、上述动涡盘密封轴承41在上述配合孔42内形成油压空间43。

上述动涡盘22背向上述静涡盘24一侧安装有十字滑环25，十字滑环25安装在上述支架16上。在上述十字滑环25两侧表面形成环状导油通路39并且在上述环状通路39最顶端位置具贯通导油孔40。

上述压缩室23进气口27方向为垂直向下。

上述壳体2底部形成储油池30。

进气导管28缠绕在驱动机构3外侧，一端联接上述进气管5，一端联接上述压缩腔23的进气口27，并且在上述进气导管28在上述储油池30油位线以下部分开有一个或多个小孔径进油孔29。

水平方向的喷油管31焊接在上述壳体2上的贯通孔内，一端延伸至壳体外，一端通过密封轴承35安装在旋转轴13内。

根据以上结构，压缩机运行时，润滑油在压差作用下通过喷油管31进入旋转轴13内的油孔19，主轴承15处设置的小孔径排油孔38保证油孔19内具有一定的压力，旋转轴13内的分支油孔20和21、旋转轴上的环形通路36、油压空间43、动涡盘内的导油通路37和十字滑环两侧表面形成的环状通路39将油孔19内的润换油送到轴承、十字滑环和动涡盘推力面等处，完成润滑后掉落到压缩机壳体底部储油池30内，油孔19内多余的润滑油通过排油孔38也排入储油池30内。一个或多个小孔径进油孔29保证储油池30在达到一定油位后，储油池30内的润滑油进入导气管28，导气管28内的进气将润滑油带入压缩腔23内，完成压缩腔冷却、润滑作用后从排气管26带出，在油气分离后重新导入喷油管31。

而且，以上结构可以使喷油量根据压缩机排气压力、转速变化相应做出适应压缩高等熵指数气体的调节。当压缩机排气压力变大的时候，放出的压缩热相应增加，需要的喷油量增加。由于压差增大，从喷油管31进入壳体2的油量增大，油孔19内的油压相应增大，进入各润滑面的油压增加，有助于压缩机克服因排气压力增大而导致的受力面压力增大，同时，储油池30的油位升高，通过若干小孔径进油孔29的油量增加，导气管28内的油位相应升高，被进气带入压缩腔23的油量增加，有助于因排气压力增大而需油量增加的压缩腔冷却。当压缩机转速增加的时候，放出的压缩热相应增加，需要的喷油量增加，由于转速增加，环状通道36内润滑油的离心力增大，通过排油孔38排出的油量增加，导致壳体2整体进油量增加，储油池30内的油位升高，通过若干小孔径进油孔29进入导气管28的油量增加，同时又由于进气量增大，从进气导管28中被带入压缩腔23的油量增加，有助于压缩腔因转速增大而需油量增加的压缩腔冷却。当压缩机排气压力减小或者转速降低的时候，和压缩机排气压力增大或者转速增加时候的情况相反，可以取得对喷油量调节的效果。

工业上的应用

综上所述，本发明所述全封闭卧式喷油涡旋压缩机有效解决了全封闭条件下涡旋压缩机压缩腔喷油内冷却问题，为涡旋压缩机压缩密闭性要求严且等熵指数高的气体，拓展涡旋压缩机的应用范围奠定了基础。本发明已经在一种油田伴生气回收装置中得到应用并取得良好效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (4)

1.一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机，其特征在于：包括水平方向上设有轴的圆筒状密闭壳体(6)；在该密闭壳体内形成的低压空间；配置在该低压空间内的驱动机构(3)和压缩机构(4)；连接所述驱动机构(3)及压缩机构(4)的水平延伸的内部开有油孔(19)的旋转轴(13)；支撑该旋转轴(13)的主轴承(15)和止推轴承(17)；所述油孔(19)在所述主轴承(15)和止推轴承(17)处分别形成的第一分支油孔(20)和第二分支油孔(21)；所述旋转轴(13)在所述主轴承(15)处形成的环状导油通路(36)；具有安装该主轴承(15)的主支架(16)；在所述主轴承(15)处开有连通所述密闭壳体(6)形成的低压空间的排油孔(38)；具有安装所述止推轴承(17)的支架(18)；与所述旋转轴(13)的中心轴偏心并从所述旋转轴的端部延伸的偏心轴(14)；构成所述压缩机构(4)，安装在所述偏心轴(14)上的动涡盘(22)；所述动涡盘(22)在所述偏心轴(14)一侧具有的配合孔(42)；摆动自如地保持所述动涡盘(22)并安装在所述配合孔(42)内，与所述偏心轴(14)配合的动涡盘密封轴承(41)；所述动涡盘(22)、所述偏心轴(14)、所述动涡盘密封轴承(41)在所述配合孔(42)内形成的油压空间(43)；所述动涡盘(22)在所述偏心轴(14)一侧安装的防止其自转的机构十字滑环(25)；所述动涡盘(22)内一端连接所述油压空间(43)，一端连接所述十字滑环(25)的导油通路(37)；所述十字滑环(25)两侧表面形成的环状导油通路(39)；所述十字滑环(25)内连通十字滑环(25)两侧表面环状导油通路(39)的导油孔(40)；在所述圆筒状的密闭壳体(6)下方形成的储油池(30)；通过壳体(2)上的贯通孔，一端延伸至所述壳体(2)外，一端通过密封轴承(35)安装在所述旋转轴(13)内的水平方向延伸的喷油管(31)；缠绕在所述驱动机构(3)外侧，一端连接进气管(5)，一端连接压缩腔(23)进气口(27)的进气导管(28)；所述进气导管(28)在所述储油池(30)油位设置线以下部分开有的一个或多个小孔径进油孔(29)。

2.根据权利要求1所述的全封闭卧式喷油涡旋压缩机，其特征在于：所述全封闭卧式喷油涡旋压缩机内部油路由喷油管(31)、旋转轴(13)内的油孔(19)及第一分支油孔(20)和第二分支油孔(21)、旋转轴(13)上形成的环状导油通路(36)、主轴承(15)处的排油孔(38)、所述油压空间(43)、动涡盘(22)内的导油通路(37)、十字滑环(25)两侧表面形成的环状导油通路(39)、储油池(30)、进气导管(28)构成。

3.根据权利要求1所述的全封闭卧式喷油涡旋压缩机，其特征在于：所述喷油管(31)穿过壳体(2)通过密封轴承(35)安装在旋转轴(13)内并与油孔(19)连通，喷油管(31)与壳体(2)之间采用焊接密封措施，防止壳体(6)内低压空间内的气体泄漏。

4.根据权利要求1所述的全封闭卧式喷油涡旋压缩机，其特征在于：所述主轴承(15)处开有连通环状导油通路(36)和壳体(6)围成的低压空间的排油孔(38)。

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