CN102242711B - 耐高温、高压力升型罗茨鼓风机 - Google Patents
耐高温、高压力升型罗茨鼓风机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐高温、高压力升罗茨鼓风机，包括旋转接头，转子，主轴，驱端墙板，机壳，叶轮，齿端墙板，齿轮，带轮，主油箱，副油箱；其中所述转子包括一对互相啮合的叶轮和一对平行设置的主轴，转子穿过驱端墙板和齿端墙板设置在机壳中，转子两端分别连接第一旋转接头和第二旋转接头，机壳设置有机壳进口和机壳出口；所述主轴为两端中空结构，中间用轴阻隔隔开，所述叶轮的叶瓣为中空结构，冷却介质从第一旋转接头流入，并流经主轴、叶轮从第二旋转接头流。本发明的结构能够直接降低压力升气体压缩产生的温度，叶轮间隙因温度升高而不发生变化，降低高压引起的高温和内部泄露，故能单机获得大于150kPa的升压，可输送350℃高温气体。
Description
技术领域：
本发明涉及一种罗茨鼓风机，具体的说，涉及一种耐高温、高压力升输送的罗茨鼓风机。
背景技术：
罗茨鼓风机由于具有体积小、重量轻、运转平稳、压力升高而输送量不变的特点，在环保、冶金、石化、造纸、食品等各种领域被广泛应用，但由于其工作原理是叶轮相对啮合而将气体挤压输送而控制叶轮间隙0.1-0.3mm大小，而气体被压缩或输送高温气体等原因致气体温度升高而引起叶轮与叶轮之间、叶轮与壳体之间的膨胀而间隙变化，当变化数值超出限度时，轻则造成气体泄漏效率降低压力升减小，重则叶轮之间或叶轮与壳体间摩擦碰撞损坏机器。因而，一般罗茨鼓风机输送气体温度不超过40℃，压力升不能超过98kPa。
针对这些问题，现有技术多是通过直接对齿轮和轴承进行降温处理。例如，CN200410062226.0的中国专利申请，其公开的是一种高压罗茨鼓风机，包括具有气流进口、气流出口和中间为气缸的杆体，以及外罩，其中在外罩中接近进口和出口的地方，在转子轴上安有一个或多个离心冷却风扇，对轴承和转子进行强制冷却。
CN200910032892.2的中国专利申请，其公开的是一种耐高温的罗茨鼓风机，包括机壳，左右墙板，油箱和一对平行轴，其中在左右墙板与支承轴承直接的两平行轴上设有同步旋转的风扇，对轴及轴承进行冷却。
上述现有技术均是通过在转轴上设置的冷却风扇对轴、齿轮以及轴承进行冷却，其虽然可以降低部分机械受力产生的摩擦热，一般也可以保持轴承和齿轮的运行，但是上述冷却方式无法消除叶轮受热膨胀而引起间隙变化造成风机故障的根本因素，故上述冷却结构仍然无法从根本上解决由于叶轮受热膨胀而引起间隙变化而造成的风机故障，也就无法满足工业生产中输送高温、高压升气体的需要。
发明内容：
本发明的目的在于，提供一种从根本上解决由于叶轮受热膨胀而引起间隙变化而造成的风机故障问题，并能够输送高于350℃的干燥气体或者输送150kPa以上的压力升，且运行成本低、使用寿命长，高效节能环保的罗茨鼓风机。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现：
一种耐高温、高压力升罗茨鼓风机，包括转子，主轴，驱端墙板，机壳，叶轮，齿端墙板，齿轮，带轮，主油箱，副油箱，第一旋转接头，第二旋转接头；其中所述转子包括一对互相啮合的叶轮和一对平行设置的主轴，转子穿过驱端墙板和齿端墙板设置在机壳中，转子两端分别连接第一旋转接头和第二旋转接头，机壳设置有机壳进口和机壳出口；
所述主轴为两端中空结构，中间用轴阻隔隔开，所述叶轮的叶瓣为中空结构，冷却介质从第一旋转接头流入，并流经主轴、叶轮从第二旋转接头流出。
本发明的进一步改进在于，所述叶轮的叶瓣设置两端封闭的叶轮去重孔，叶轮还设有叶轮冷却介质流入口和叶轮冷却介质流出口；所述主轴在叶轮冷却介质流入口和叶轮冷却介质流出口的位置相对应设置主轴冷却介质流出孔和主轴冷却介质回流孔；所述冷却介质从第一旋转接头流入后经过主轴冷却介质流出孔进入叶轮冷却介质流入口，然后进入叶轮叶瓣内的叶轮去重孔，并从叶轮冷却介质流出口流出，经主轴冷却介质回流孔回流至主轴，从第二旋转接头流出。
本发明的进一步改进在于，冷却介质从第二旋转接头流出后，进入主油箱冷却介质入口，并依次进入齿端墙板冷却夹层、机壳冷却夹层，驱动墙板冷却夹层，并从副油箱冷却出口流出。所述齿端墙板与机壳接触面以及所述驱端墙板与机壳接触面分别设置有隔热层，所述机壳内部型线部分喷涂有隔热镀层。
本发明的进一步改进在于，所述的冷却介质，可以为水、油或皂化介质等介质体，也可以是低温氮气、空气等气体。
本发明的进一步改进在于，所述旋转接头包括旋转接头出口、静环、旋转接头内环、旋转接头壳体，其中旋转接头出口为螺纹端头并与主轴的空心端头螺纹连接，静环与旋转接头内环之间通过弹簧压紧，静环为石墨密封环，旋转接头内环的摩擦端面镶嵌高分子碳化硅和石墨密封环摩擦密封，旋转接头内环与旋转接头壳体的摩擦端面采用氟橡胶密封进行密封。
本发明的进一步改进在于，所述一对互相啮合的叶轮包括叶轮顶部和叶轮啮合部，叶轮顶部和叶轮啮合部涂覆磨合密封层，磨合密封层为凸楞型，由石墨、碳化硅制成。叶轮与驱端墙板、齿端墙板的端面之间为镶入式结构。
本发明的进一步改进在于，所述机壳中的气体流道是采用20°以上的固定螺旋形状，机壳进口与叶轮的母线前倾角为机壳进口切入角，并定义为α＝18～20°，机壳出口与叶轮的母线滞后角为机壳出口滞后角，并定义为β＝16～18°，机壳的进出口屏蔽线切入螺旋，以叶轮顶端圆面线构成菱形的进、出风口，通过叶轮的旋转而顺序打开。
本发明与现有技术相比，具有以下特征和优势：
它提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机的结构设计，从影响罗茨鼓风机正常工作的间隙变化上入手，直接给工作叶轮内部降温，从根本上遏制因气体压力升而引起的气体温升造成的机器零件工作间隙发生的变化，能够保证叶轮及其各个零件间运转间隙的合理数值内工作，运行效率大大提高。
结构简单，方便实现；
运行平稳，噪声更低；
能够输送大于350℃的高温气体；
能够实现单机压力升大于150kPa的高压力气体输送，节约投资；
真正实现环保和高效节能。
附图说明：
图1为本发明的实施例中的罗茨鼓风机的结构示意图；
图2是图1中的局部A放大图，表示本发明的罗茨鼓风机中的两端中空的主轴以及主轴和叶轮中的冷却介质进、出口的结构；
图3是图1中的K-K剖面图，表示本发明的罗茨鼓风机中的叶轮内部结构以及叶轮之间的啮合关系；
图4是图3中的B向视图，表示本发明的罗茨鼓风机的机壳进、出口结构；
图5是图1中的冷却介质进口处的局部放大图，表示本发明的罗茨鼓风机的主轴端面与第一旋转接头的密封结构。
图中的附图标记：1-冷却介质入口2-旋转接头2’-旋转接头3-静环密封4-转子5-副油箱6-主轴7-轴承8-驱端墙板9-隔热板10-机壳11-机壳进12-叶轮13-叶轮去重孔14-叶轮冷却介质流出口15-齿轮16-主油箱17-静环压紧18-冷却介质出口19-主油箱冷却介质入口20-墙板冷却夹层21-机壳出口22-机壳冷却夹层23-叶轮冷却介质流入口24-副油箱冷却介质出口25-带轮26-主轴冷却通道27-主轴冷却介质流出孔28-轴阻隔29-主轴冷却介质回流孔30-齿端墙板31-螺纹封闭板32-冷却接管33-弹簧34-接头轴承35-旋转接头内环36-旋转接头出口37-静环38-氟橡胶密封39-旋转接头壳体40-高分子碳化硅41-叶轮啮合部42叶轮顶部43-叶轮啮合部44-叶轮啮合间隙45-机壳进口切入角46-机壳出口滞后角
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
参考图1，图1是本发明的实施例中的耐高温、高压力升型罗茨鼓风机的结构示意图，其主要包括机壳10，转子4，第一旋转接头2，第二旋转接头2’，主轴6，叶轮12，带轮25，齿轮15，墙板，其中在驱动端侧为驱端墙板8，在齿轮侧为齿端墙板30，主油箱16，副油箱5等。其中转子4包括一对互相啮合的叶轮12以及一对平行设置的主轴6，叶轮的啮合型线是三叶型(在其他的实施例中也可以为二叶型)，啮合型线间隙小且均匀，无润滑；转子4穿过齿端墙板30和驱端墙板8装入机壳10中，机壳10上设有机壳进口11和机壳出口21，转子4的一端穿过驱端墙板8后，轴端装有带轮25并伸出，以第一安装旋转接头2，并用于循环冷却介质的流入，带轮25用于和外接动力连接；转子4的另一端，穿过齿端墙板30后在齿轮端装有一对高精度啮合齿轮15来定位转子的周向方位，齿轮15外部套有主油箱16并露出轴端，轴端用于安装第二旋转接头2’，用于循环冷却介质的流出。转子与墙板的结合处由轴承7支承，所述的旋转接头2内轴端动件和静止件之间的静环密封3为石墨密封环，旋转接头内环35的摩擦端面镶嵌高分子碳化硅40和石墨密封环摩擦密封，确保高速旋转时没有颗粒物损伤和破坏密封。所述的机壳10内部型线部分喷涂隔热镀层；所述的齿端墙板30和驱端墙板8与机壳10之间加隔热板9；墙板内与转子主轴6之间配合面设置可以自润滑的石墨碳环密封和梳齿密封；鼓风机工作时，气体从机壳进口11进入，经过叶轮12反向挤压后，由机壳出口21排出进入使用系统，此时高温气体热量或者风机的高压升导致气体产生的热量在外部首先由隔热板9及机壳隔热镀层首次阻隔，然后由齿端墙板30和驱端墙板8及机壳10内部的墙板冷却夹层20和机壳冷却夹层22通过流动冷却介质带走其他热量；叶轮内部热量由通过转子4内部的高压流动冷却介质带走。
参考图2-3，图中表示本发明的罗茨鼓风机的转子内部的冷却系统。本发明的高压罗茨鼓风机的转子4，是由一对相互啮合的叶轮12和主轴6组成，主轴6内部是空心的且中间用相同材料的轴阻隔28隔开，主轴6的径向钻有与叶轮冷却介质流入口23和叶轮冷却介质流出口14位置相对应的主轴冷却介质流出孔27和主轴冷却介质回流孔29，按照叶瓣数量圆周均布，叶轮的去重孔13尺寸大小一致且两端封闭，既可以直接铸造封闭，也可以用螺纹封闭板31螺纹固持胶封闭；叶轮内部的叶轮冷却介质流入口23和叶轮冷却介质流出口14直接精密铸造制成；所述的主轴冷却介质流出孔27的直径略大于主轴冷却介质回流孔29，以方便保压。
参考图1-3，图中表示出了本发明的整体冷却系统，整体冷却系统是由转子内部、油箱冷却夹层、墙板冷却夹层以及机壳冷却夹层形成的一个循环系统。经过冷却池(图中未示)冷却过的冷却介质被水泵加压，经过第一旋转接头2的冷却介质入口1进入高速旋转的主轴6，由主轴冷却介质流出口27、叶轮冷却介质流入口23进入叶轮叶瓣内的叶轮去重孔13，然后经叶轮冷却介质流出口14、主轴冷却介质回流孔29流回主轴并进入第二旋转接头2’，并由冷却介质出口18流出，流出的冷却介质再次进入到主油箱冷却介质入口19，依次进入主油箱、齿端墙板、机壳、驱端墙板、副油箱的冷却夹层并最终流回冷却池。整个冷却循环系统的流道封闭，因此既减少了污染，又保证了冷却介质的重复循环利用，结构紧凑，节能效果明显。
上述冷却系统中的冷却介质，可以为水、油或皂化液等液体，也可以是低温氮气、空气等气体。
在本实施例中，是通过控制进出叶轮去重孔通道的流通直径来控制叶轮内冷却介质的压力，即连接叶轮冷却介质流入口23的主轴冷却介质流出孔27的直径要略大于连接叶轮冷却介质流出口14的主轴冷却介质回流孔29的直径，因此能够保持压力平衡，保证叶轮内部冷却介质的质量分布均匀，并能避免叶轮运转的不平衡。
在本实施例中，叶轮12与驱端墙板8、齿端墙板30的端面采用镶入式结构，即使叶轮12轴向膨胀或者轴向小位移也不会引起摩擦碰撞，上述结构能够减少泄露，并降低了事故发生率，因此，效率更高，运转更可靠。
参考图3，在图3中还表示出实现鼓风机叶轮啮合间隙的示意图，叶轮顶部42和叶轮啮合部41、43涂覆磨合密封层，磨合密封层为凸楞型，用石墨、碳化硅物质制成，保证叶轮啮合间隙44在较小摩擦时不破坏叶轮的正常工作。
参考图4，图4表示本发明的气体流道的特征，其中气体流道是采用20°以上的固定螺旋形状，机壳进口11与叶轮12的母线前倾角为机壳进口切入角45，并定义为α＝18～20°，机壳出口21与叶轮12的母线滞后角为机壳出口滞后角46，并定义为β＝16～18°，机壳的进出口屏蔽线切入螺旋，以叶轮顶端圆面线构成菱形的进、出风口，通过叶轮的旋转而顺序打开，这样消除了以往常规罗茨鼓风机叶轮与机壳进排气口瞬间打开和关闭引起的脉动噪声，而且运转更加平稳。
参考图5，图5表示本发明的罗茨鼓风机的转子内部直接冷却的第一旋转接头2，该旋转接头2的旋转接头出口36为螺纹端头并与主轴的空心端头螺纹连接，用弹簧33将静环37与旋转接头内环35压紧，静环密封3为石墨密封环，旋转接头内环35的摩擦端面镶嵌高分子碳化硅40和石墨密封环摩擦密封，摩擦系数低，密封效果好；旋转接头内环35与旋转接头壳体39的摩擦端面采用氟橡胶密封38进行密封，使得动静件之间的高速摩擦仍然保持润滑密封良好。
本发明的旋转接头2是采用静压反馈控制系统控制的高密封接头，旋转接头内环的摩擦端面镶嵌高分子碳化硅和石墨密封环摩擦密封，避免空心轴端面磨损。因此，上述密封结构有效的解决了轴头高温磨损的问题。碳化硅由于自身的原因，在摩擦时不会产生颗粒，也就防止了旋转接头高速运转时出现磨损泄露导致密封失效的问题。
本发明的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，能够获得更高的压力升和压比，能够输送更高的高温气体，同时较好的降低高温高压引起的内部泄露，因此，增强了罗茨鼓风机的运转可靠性，并提高了效率。
Claims (7)
1.一种耐高温、高压力升罗茨鼓风机，包括转子(4)，主轴(6)，驱端墙板(8)，机壳(10)，叶轮(12)，齿端墙板(30)，齿轮(15)，带轮(25)，主油箱(16)，副油箱(5)，第一旋转接头(2)，第二旋转接头(2’)；
其中所述转子(4)包括一对互相啮合的叶轮(12)和一对平行设置的主轴(6)，转子(4)穿过驱端墙板(8)和齿端墙板(30)设置在机壳(10)中，转子两端分别连接第一旋转接头(2)和第二旋转接头(2’)，机壳(10)设置有机壳进口(11)和机壳出口(21)；
其特征在于，所述主轴为两端中空结构，中间用轴阻隔(28)隔开，所述叶轮的叶瓣为中空结构，冷却介质从冷却池中经第一旋转接头(2)流入，并流经主轴、叶轮从第二旋转接头(2’)流出，所述冷却介质从第二旋转接头(2’)流出后，进入主油箱冷却介质入口(19)，并依次进入齿端墙板冷却夹层、机壳冷却夹层(22)，驱动墙板冷却夹层，并从副油箱冷却介质出口(24)流出，最终流回冷却池；
所述叶轮(12)的叶瓣设置两端封闭的叶轮去重孔(13)，所述叶轮(12)还设有叶轮冷却介质流入口(23)和叶轮冷却介质流出口(14)；所述主轴(6)在叶轮冷却介质流入口(23)和叶轮冷却介质流出口(14)的位置相对应设置主轴冷却介质流出孔(27)和主轴冷却介质回流孔(29)；所述冷却介质从第一旋转接头流入后经过主轴冷却介质流出孔(27)进入叶轮冷却介质流入口(23)，然后进入叶轮(12)的叶瓣内的叶轮去重孔(13)，并从叶轮冷却介质流出口(14)流出，经主轴冷却介质回流孔(29)回流至主轴，从第二旋转接头(2’)流出；
所述齿端墙板(30)与机壳接触面以及所述驱端墙板(8)与机壳接触面分别设置有隔热层，所述机壳内部型线部分喷涂有隔热镀层。
2.如权利要求1所述的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，其特征在于，所述冷却介质为水、油或皂化液。
3.如权利要求1所述的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，其特征在于，所述冷却介质为低温氮气、空气。
4.如权利要求1所述的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，其特征在于，所述旋转接头包括旋转接头出口(36)、静环(37)、旋转接头内环(35)、旋转接头壳体(39)，其中旋转接头出口(36)为螺纹端头并与主轴的空心端头螺纹连接，静环(37)与旋转接头内环(35)之间通过弹簧(33)压紧，静环(37)为石墨密封环，旋转接头内环(35)的摩擦端面镶嵌高分子碳化硅(40)和石墨密封环摩擦密封，旋转接头内环(35)与旋转接头壳体(39)的摩擦端面采用氟橡胶密封(38)进行密封。
5.如权利要求1所述的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，其特征在于，所述一对互相啮合的叶轮(12)包括叶轮顶部(42)和叶轮啮合部(41，43)，所述叶轮顶部(42)和叶轮啮合部(41，43)涂覆磨合密封层，磨合密封层为凸楞型，由石墨、碳化硅制成。
6.如权利要求1所述的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，其特征在于，所述叶轮(12)与驱端墙板(8)、齿端墙板(30)的端面之间为镶入式结构。
7.如权利要求1所述的耐高温、高压力升罗茨鼓风机，其特征在于，所述机壳(10)中的气体流道是采用20°以上的固定螺旋形状，机壳进口(11)与叶轮(12)的母线前倾角为机壳进口切入角(45)，并定义为α＝18～20°，机壳出口(21)与叶轮(12)的母线滞后角为机壳出口滞后角(46)，并定义为β＝16～18°，机壳的进出口屏蔽线切入螺旋，以叶轮顶端圆面线构成菱形的进、出风口，通过叶轮的旋转而顺序打开。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SHANDONG LINFENG TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHANDONG LINFENG BLOWER CO., LTD. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 276023 No. 27, Beijing Road, Linyi economic and Technological Development Zone, Shandong, China Patentee after: Shandong facing the wind Science and Technology Co., Ltd. Address before: 276023 Beijing Road, Shandong city of Linyi Province Economic and Technological Development Zone No. 27 Shandong province wind blower Co Ltd Patentee before: Shandong Linfeng Blower Co.,Ltd. |