CN103062055A - 一种低中压节能单螺杆压缩机 - Google Patents

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陈其鸣
章根国
周中华
徐洋
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本发明公开了一种低中压节能单螺杆压缩机，采用两级压缩方法，包括主机壳体（1）、螺杆转子（2）和平面星轮（3）。空气压缩机主机壳体（1）内有两个螺杆转子（2），两个螺杆转子（2）串联在一根主轴（4）上，每个螺杆转子（2）匹配一对平面星轮（3）组成啮合副。根据压力比不同，两个螺杆转子（2）的直径相等或者不等。同一啮合副中的两个平面星轮（3）呈中心对称分布，两个螺杆转子（2）之间有冷却喷嘴（5）。本发明气体压力损耗小，比功率得到有效降低，同时具有较高的容积效率和绝热效率，是一种低能耗高效率的单螺杆压缩机。

Description

一种低中压节能单螺杆压缩机
技术领域
本发明涉及一种单螺杆压缩机，尤其涉及一种在标准工况下，单个主机实现额定排气压力0.7Mpa至10Mpa，最大公称容积流量160m3/min的低、中压节能单螺杆压缩机。
背景技术
直线平面包络CP型单螺杆压缩机主要包括单螺杆空气压缩机和单螺杆制冷压缩机，其中前者已有国家标准，即《GB/T 26967-2011一般用喷油单螺杆空气压缩机》。直线平面包络CP型单螺杆压缩机广泛应用于核电站、潜艇、舰船、空调制冷、热泵、水泥、钢铁、矿山、纺织、机械、环保等众多行业。
单螺杆技术在国际上是一项前沿高新能源环保技术，是压缩机技术领域一项重大革新，其产生的压缩机是21世纪压缩机的换代顶尖产品。该技术的核心是螺杆、星轮构成啮合副的理论研究，以及核心零部件制造装备技术、加工工艺技术、测量和装配技术等。目前单螺杆压缩机产品的研究、开发设计、制造、工艺技术已上了一个新的台阶。
然而现有的单螺杆空气压缩机系列各型号产品（额定排气压力区间在0.7MPa～1.25MPa）的比功率值大部分还未能达到《GB19153-2009容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》中规定的二级能效等级标准，半数以上的产品能达到的能效等级值在二级至三级之间，达到一级能效等级的单螺杆空气压缩机产品更少。新研发的少数单螺杆空压机试制样机中，多采用单级压缩的技术方案，其压力比一般高达31左右。这种采用单级压缩达到额定排气压力3MPa的样机，存在压力比过高、容积效率低、耗能大（比功率大）、排气温度高导致更多冷却液处于气相从而增加气液分离的难度和冷却液老化失效快等问题。
当前，大容积流量单螺杆压缩机产品的开发还面临以下问题：大直径螺杆转子在制造上的困难；螺杆转子外圆周速度的限制；啮合摩擦损失增大而导致的容积效率低和绝热效率降低。上述因素限制了大容量单螺杆压缩机在高速条件下的正常运行，因此难以采用电动机与压缩机直联的传动方式。目前已开发的单螺杆空气压缩机单机产品的最大极限公称容积流量为80m3/min。
基于单螺杆压缩机技术的优、缺点，同时结合我国《节能减排十二五规划》中关于淘汰效率低、能耗高产品的要求，仍存在较大的发展空间，开发新型高效节能单螺杆压缩机是此领域的发展方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种低中压节能单螺杆压缩机，其气体压力损耗小，比功率得到有效降低，同时具有较高的容积效率和绝热效率。
本发明采用的技术方案是：一种低中压节能单螺杆压缩机，采用单个压缩机主机壳体内置两个独立压缩阶段的结构设计，在一根主轴上串联两个螺杆转子，每个螺杆转子匹配一对平面星轮组成啮合副，同一啮合副中的两个平面星轮呈中心对称分布，其中心在螺杆转子的轴线上。两个螺杆转子的直径根据两级压力比的需求可以相等或者不等，螺杆转子为圆柱螺杆转子。两级压缩之间，即两个螺杆转子之间设置了冷却喷嘴。   
制造时，根据需要的压缩机公称容积流量和额定排气压力，确定前后两级压力比采用相等或不等的方案，然后计算出前后两级螺杆转子的直径D、平面星轮半径r、螺杆转子的槽宽b，以及螺杆转子和平面星轮间的中心距A。而后通过计算适当的内压力比，获得两对排气三角口的形状、尺寸和位置。
在标准工况下，单个压缩机主机壳体内置了两级独立压缩阶段，每级压缩压力比低，轴承负载小，因此压缩机更加节能，寿命更长。低压和部分中压系列压缩机第一级压缩后不设独立的中间冷却器，而是在第二级压缩机低压腔（吸气腔）螺杆槽吸气口部位设计两组具有充分雾化冷却液的冷却喷嘴，使第一级压缩气体经过直接喷液冷却后再进入第二级压缩阶段进行增压压缩。由于压力比低，气体压力损耗低、提高了压缩机的容积效率、绝热效率，降低了压缩机的比功率。
本发明的有益效果体现在：首先在标准工况下，经两级压缩实现了单螺杆压缩机额定排气压力在0.7MPa～10Mpa间，从而降低了设计和制造成本；可实现额定排气压力在1.25Mpa及以下的全谱系单螺杆空气压缩机产品的能效等级，达到《GB19153-2009容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》中规定的一级能效规定值的标准，可降低压缩机的能量消耗成本10%至15%，节能效果显著。
其次在标准工况下，单个压缩机主机壳体内置串联两个相同公称容积流量和相同额定排气压力的螺杆转子和平面星轮啮合副，采用排气方式并联的结构方案，在不增大螺杆转子直径的条件下，使压缩机容积流量增加一倍，可获得最大公称容积流量160m3/min的低压单螺杆空气压缩机。解决了大容量单螺杆压缩机因螺杆转子直径受到制造困难、转子外圆周速度受限制和啮合副摩擦损失增大而导致压缩机的绝热效率降低等一系列难题。
附图说明
图1为螺杆转子和平面星轮的主要参数示意图；
图2为单螺杆压缩机单个主机壳体内置两级独立压缩结构示意图；
图3为第一级压缩气体经直接冷却进入第二压缩阶段结构示意主视图；
图4为第一级压缩气体经直接冷却进入第二压缩阶段结构示意右视（剖面）图；
图5为低中压节能单螺杆压缩机等轴测图结构示意图；
图6为低压大排量节能空气压缩机结构示意图。
具体实施方式
如图1，螺杆转子2的直径为D，平面星轮3半径为r，螺杆转子2的槽宽为b，螺杆转子2和平面星轮3间的中心距为A，通过螺杆展开曲线和适当的内压力比，获得两对排气三角口6的形状、尺寸和位置。
实施例1
如图2、图3、图4和图5所示，为一种两级压缩低中压节能单螺杆压缩机。在一根主轴4上串联了两个直径（分别为D1和D2）不等的螺杆转子2，二者皆为圆柱螺杆，其中第一级螺杆转子的直径大于第二级螺杆转子2的直径。每个螺杆转子2匹配了一对平面星轮3组成啮合副，平面星轮3的半径分别为r1和r2，平面星轮3与螺杆转子2的中心距分别为A1和A2。同一啮合副中的两个平面星轮3呈中心对称分布，其中心在螺杆转子2的轴线上。两级压缩之间，图2为有中间冷却器，图3、图4和图5为无中间冷却器，压缩气体经排气三角口6，经冷却喷嘴5冷却后，由气道7直接进入二级压缩腔。
实施例2
图6所示，为一种大排量低压节能单螺杆压缩机。螺杆转子2的直径为D，平面星轮3半径为r，螺杆转子2和平面星轮3间的中心距为A。在一根主轴4上串联了两个直径相等的螺杆转子2，二者皆为圆柱螺杆，每个螺杆转子2匹配了一对平面星轮3组成啮合副，同一啮合副中的两个平面星轮3呈中心对称分布，其中心在螺杆转子2的轴线上。

Claims (3)

1.一种低中压节能单螺杆压缩机，包括主机壳体（1）、螺杆转子（2）和平面星轮（3），其特征在于：所述压缩机采用两级压缩，主机壳体（1）内有两个螺杆转子（2），两个螺杆转子（2）串联在一根主轴（4）上，每个螺杆转子（2）匹配一对平面星轮（3）组成啮合副。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：螺杆转子（2）为圆柱螺杆转子，两个螺杆转子（2）的直径相等。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：螺杆转子（2）为圆柱螺杆转子，两个螺杆转子（2）的直径不相等。
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