CN103527481B - 一种螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆压缩机，包括气缸体、进气端座、进气端盖、排气端盖以及螺杆转子对。在阴、阳转子位于进气侧的轴段上安装有进气端轴封及进气端轴承，在阴、阳转子位于排气侧的轴段上安装有靠近压缩腔的第一排气端轴封，其特点是，在阴、阳转子位于排气侧的轴段上安装有第二排气端轴封，从而在第一与第二排气端轴封之间形成分别位于螺杆转子对上方及下方的第一密封腔和第二密封腔；第一、第二密封腔中的一者与螺杆压缩机的排气管连通，另一者与进气管连通。本发明利用第一、第二密封腔之间产生的气体压差来平衡转子承受的径向力，使压缩机能胜任更高的工作压力。

Description

一种螺杆压缩机

技术领域

本发明涉及螺杆压缩机。

背景技术

螺杆压缩机具有可靠性高、操作维护方便、适应性强等优点，在空气动力、天然气、石油化工领域得到了广泛的应用。由于螺杆压缩机在存在较大的轴向力和径向力，径向力难以得到有效的平衡，因此限制了其工作压力。同时，由于阴、阳转子在进气端和排气端都需要安装轴承，由于轴承造价昂贵，这也成为螺杆压缩机在高压领域进一步发展的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种螺杆压缩机，其能解决螺杆压缩机存在的径向力过大的问题，使螺杆压缩机胜任更高的工作压力。

本发明所要解决的进一步的技术问题在于提供一种能够有效平衡螺杆转子对所承受的从排气端指向进气端的轴向力的螺杆压缩机。

本发明的螺杆压缩机，包括气缸体、进气端座、进气端盖、排气端盖以及螺杆转子对；螺杆转子对由阳转子和阴转子组成；在阳转子和阴转子位于进气侧的轴段上安装有进气端轴封以及进气端轴承，在阳转子和阴转子位于排气侧的轴段上均安装有第一排气端轴封，第一排气端轴封靠近该螺杆压缩机的压缩腔；其特点是，在阳转子和阴转子位于排气侧的轴段上均安装有第二排气端轴封，从而在阳转子和阴转子的第一排气端轴封与第二排气端轴封之间形成位于螺杆转子对上方的第一密封腔和位于螺杆转子对下方的第二密封腔；该第一密封腔与第二密封腔中的一者与该螺杆压缩机的排气管连通，该第一密封腔与第二密封腔中的另一者与该螺杆压缩机的进气管连通。

上述的螺杆压缩机，其中，排气端盖包括顶壁和由顶壁的周缘向气缸体一侧方向延伸的侧壁；在阳转子位于排气侧的轴段上套设有平衡盘，平衡盘具有面向排气端盖顶壁的外端面以及与该外端面相对的内端面；平衡盘的周面与排气端盖的侧壁内表面密封配合，从而形成位于排气端盖顶壁内表面与平衡盘外端面之间的第三密封腔以及位于阳转子的第二排气端轴封与平衡盘内端面之间的第四密封腔；第三密封腔与无油螺杆压缩机的进气管连通，第四密封腔与无油螺杆压缩机的排气管连通。

上述的螺杆压缩机，其中，平衡盘与排气端盖的配合面加工成迷宫密封。

上述的螺杆压缩机，其中，阳转子和阴转子位于排气侧的轴段均包括轴肩段和主体段；轴肩段靠近气缸体的压缩腔，第一排气端轴封安装在轴肩段上，第二排气端轴封和平衡盘均安装在主体段上。

上述的螺杆压缩机，其中，主体段呈圆台形，该主体段的外径由靠近轴肩段的一侧向靠近排气端盖的一侧逐渐变小。

上述的螺杆压缩机，其中，第一排气端轴封和第二排气端轴封均为迷宫密封。

上述的螺杆压缩机，其中，螺杆压缩机的进、排气布置形式为上进下出；所述的第一密封腔与该螺杆压缩机的排气管连通，所述的第二密封腔与该螺杆压缩机的进气管连通。

上述的螺杆压缩机，其中，螺杆压缩机的进、排气布置形式为下进上出；所述的第一密封腔与该螺杆压缩机的进气管连通，所述的第二密封腔与该螺杆压缩机的排气管连通。

上述的螺杆压缩机，其中，进气端轴封位于气缸体的压缩腔与所述的进气端轴承之间。

上述的螺杆压缩机，其中，进气端轴封为迷宫密封；进气端轴承由承受径向力的轴承和承受轴向力的轴承组成。

本发明具有以下优点：

1、本发明取消了位于螺杆压缩机排气侧的阴、阳转子轴上的轴承设置，通过在位于螺杆压缩机排气侧的阴、阳转子轴上增设排气端轴封，从而在螺杆压缩机的排气侧的螺杆转子对的上方和下方分别形成一个与排气腔相通的高压密封腔和一个与吸气腔相通的低压密封腔，利用高压密封腔与低压密封腔产生的气体压差来平衡转子承受的径向力，降低了螺杆压缩机的进气端轴承的径向负荷；

2、平衡盘两侧的密封腔所产生的压差作用在平衡盘上，形成一个由进气端指向排气端的气体力，平衡了转子所承受的从排气端指向进气端的轴向力，从而了降低了螺杆压缩机的进气端轴承的轴向载荷；

3、阳转子和阴转子位于排气侧的轴段具有圆台形的形状设计，增大了平衡盘与气体接触的面积，从而使得由平衡盘两侧的密封腔所产生的压差作用于平衡盘上而产生的气体力更大，更有效地平衡了螺杆压缩机的进气端轴承的轴向载荷；

4、本发明突破了传统的轴承设置，使得转子的轴向力、径向力得到了气体压力的平衡，因此整个压缩机能够承受更高的工作压力；另外，由于取消了排气端的轴承设置，使得制造成本有所降低；

5、第一排气端轴封和第二排气端轴封均采用迷宫密封，另外，排气端盖与平衡盘的配合面也加工成迷宫密封，迷宫密封产生的泄露均为内泄漏，不存在介质气向外界泄露的可能性，且密封设计简单，运行安全可靠，可以大大简化压缩机排端的设计。

附图说明

图1是本发明螺杆压缩机一实施例的主视剖面结构示意图。

图2是本发明螺杆压缩机一实施例的俯视剖面结构示意图。

图3是本发明螺杆压缩机一实施例的侧视剖面结构示意图，其中示出了螺杆转子对承受向下的气体径向力的情形。

图4是本发明螺杆压缩机一实施例的阳转子位于排气侧的轴段的局部放大示意图，其中示出了螺杆转子对承受向下的气体径向力的情形。

图5是本发明螺杆压缩机一实施例的阳转子位于排气侧的轴段的局部放大示意图，其中示出了平衡盘承受气体轴向力的情形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步说明。在此，申请人是以无油螺杆压缩机作为本发明的一个具体实施例对发明的发明构思加以阐述，本领域技术人员应理解，本发明的发明构思同样适用于喷油螺杆压缩机。

请参阅图1和图2。图中所示的无油螺杆压缩机包括气缸体1、设置于气缸体进气侧的进气端座2、分别罩设在进气端座2上和气缸体排气侧的进气端盖3和排气端盖4、螺杆转子对以及一对同步齿轮6。在气缸体1上设有进气口18和排气口19。螺杆转子对由阳转子51和阴转子52组成；一对同步齿轮6分别设置于阳转子51和阴转子52上。在阳转子51和阴转子52位于进气侧的轴段上安装有进气端轴封71以及进气端轴承72，其中，进气端轴封71位于螺杆压缩机的压缩腔11与进气端轴承72之间，进气端轴封71可采用迷宫密封；进气端轴承72由承受径向力的轴承和承受轴向力的轴承组成。在阳转子和阴转子位于排气侧的轴段上均安装有第一排气端轴封81和第二排气端轴封82，从而在阳转子和阴转子的第一排气端轴封81与第二排气端轴封82之间形成位于螺杆转子对上方的第一密封腔12和位于螺杆转子对下方的第二密封腔13。该第一密封腔12与第二密封腔13中的一者与该无油螺杆压缩机的排气管连通，该第一密封腔12与第二密封腔13中的另一者与该无油螺杆压缩机的进气管连通。第一排气端轴封81靠近该无油螺杆压缩机的压缩腔11，第一排气端轴封81和第二排气端轴封82可以都采用迷宫密封。

在一个具体的实施例中，如图3和图4所示，无油螺杆压缩机的进、排气布置形式为上进下出，此时，由于螺杆转子对承受着向上的径向力，为了平衡该向上的径向力，使第一密封腔12与无油螺杆压缩机的排气管连通，第二密封腔13与该无油螺杆压缩机的进气管连通。为实现连通，可在相对于第一密封腔12的气缸体侧壁上以及相对于第二密封腔13的气缸体侧壁上开设进气通孔。气缸体1的第一密封腔12和第二密封腔13作用在螺杆转子上的压差形成的气体径向力可以表示为：

F_r=(P_d-P_s)A₁

其中：P_d为第一密封腔12内的气体压力；P_s为第二密封腔13内的气体压力，A₁为第一密封腔内的气体及第二密封腔内的气体作用在螺杆转子对上的面积。

在该实施例中，与无油螺杆压缩机的排气管连通的第一密封腔12成为高压密封腔，而与无油螺杆压缩机的进气管连通的第二密封腔13成为低压密封腔，第一密封腔12和第二密封腔13依靠作用在螺杆转子对的压差形成一个向下的气体力，平衡了转子所承受的向上径向力，从而降低了进气端轴承的径向载荷。

在图3中所示出的阳转子51上方的空腔和阴转子52上方的空腔是相互连通的，二者都是第一密封腔的一部分。类似地，图3中示出的阳转子51下方的空腔和阴转子52下方的空腔也是相互连通的，二者都是第二密封腔的一部分。

在另一个具体的实施例中，无油螺杆压缩机的进、排气布置形式为下进上出，此时，由于螺杆转子对承受向下的径向力，为了平衡该向下的径向力，使第一密封腔12与该无油螺杆压缩机的进气管连通，第二密封腔13与无油螺杆压缩机的排气管连通。这样，第一密封腔12成为低压密封腔，而第二密封腔13成为高压密封腔，第一密封腔12和第二密封腔13依靠作用在螺杆转子对的压差形成一个向上的气体力，平衡了转子所承受的向下径向力，从而降低了进气端轴承的径向载荷。

请参阅图5。排气端盖4包括顶壁41和由顶壁41的周缘向气缸体一侧方向延伸的侧壁42。由于阴转子52的转速低，所承受的轴向力比阳转子51要小很多，因此，在本发明的优选实施方式中，在阳转子51位于排气侧的轴段上套设有平衡盘10，平衡盘10具有面向排气端盖顶壁的外端面101以及与该外端面相对的内端面102。平衡盘10的周面与排气端盖的侧壁42的内表面密封配合，从而形成位于排气端盖顶壁41的内表面与平衡盘外端面101之间的第三密封腔15以及位于阳转子的第二排气端轴封82与平衡盘内端面102之间的第四密封腔16。第三密封腔15与无油螺杆压缩机的进气管连通，第四密封腔16与无油螺杆压缩机的排气管连通。为实现连通，可在相对于第三密封腔15的排气端盖顶壁41上以及与第四密封腔16相对的气缸体侧壁42上开设进气通孔。这样，第三密封腔15成为平衡盘低压密封腔，而第四密封腔16成为平衡盘高压密封腔，第四密封腔16和第三密封腔15产生的压差作用在平衡盘10上的气体力可以表示为：

F_a=P_dA₂-P_sA₃

其中：P_d为第四密封腔16内的气体压力；P_s为第三密封腔15内的气体压力；A₂为第四密封腔16内气体作用在平衡盘上的面积；A₃为第三密封腔15内气体作用在平衡盘上的面积。

平衡盘两侧的密封腔所产生的压差作用在平衡盘10上，形成一个由进气端指向排气端的气体力，平衡了转子所承受的从排气端指向进气端的轴向力，从而了降低了螺杆压缩机的进气端轴承的轴向载荷。

在一种优选的实施方式中，平衡盘10与排气端盖4的配合面加工成迷宫密封。阳转子51和阴转子52位于排气侧的轴段均包括轴肩段501和主体段502。轴肩段501靠近气缸体的压缩腔，第一排气端轴封81安装在轴肩段501上，第二排气端轴封82安装在主体段502上。主体段502呈圆台形，该主体段502的外径由靠近轴肩段的一侧向靠近排气端盖的一侧逐渐变小。平衡盘10与主体段502采用螺旋联接，并且采用螺母在平衡盘10的外端面紧固。平衡盘10与主体段502的螺纹旋转方向相反，使得平衡盘与阳转子的连接随着阳转子的旋转越来越紧。

Claims (10)

1.一种螺杆压缩机，包括气缸体、进气端座、进气端盖、排气端盖以及螺杆转子对；所述的螺杆转子对由阳转子和阴转子组成；在阳转子和阴转子位于进气侧的轴段上安装有进气端轴封以及进气端轴承，在阳转子和阴转子位于排气侧的轴段上均安装有第一排气端轴封，所述的第一排气端轴封靠近该螺杆压缩机的压缩腔；

其特征在于，在阳转子和阴转子位于排气侧的轴段上均安装有第二排气端轴封，从而在阳转子和阴转子的第一排气端轴封与第二排气端轴封之间形成位于螺杆转子对上方的第一密封腔和位于螺杆转子对下方的第二密封腔；

该第一密封腔与第二密封腔中的一者与该螺杆压缩机的排气管连通，该第一密封腔与第二密封腔中的另一者与该螺杆压缩机的进气管连通。

2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述的排气端盖包括顶壁和由所述顶壁的周缘向气缸体一侧方向延伸的侧壁；

在阳转子位于排气侧的轴段上套设有平衡盘，所述平衡盘具有面向排气端盖顶壁的外端面以及与该外端面相对的内端面；所述平衡盘的周面与排气端盖的侧壁内表面密封配合，从而形成位于排气端盖顶壁内表面与平衡盘外端面之间的第三密封腔以及位于阳转子的第二排气端轴封与平衡盘内端面之间的第四密封腔；

所述的第三密封腔与螺杆压缩机的进气管连通，所述的第四密封腔与螺杆压缩机的排气管连通。

3.根据权利要求2所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述平衡盘与排气端盖的配合面加工成迷宫密封。

4.根据权利要求3所述的螺杆压缩机，其特征在于，阳转子和阴转子位于排气侧的轴段均包括轴肩段和主体段；所述的轴肩段靠近气缸体的压缩腔，所述的第一排气端轴封安装在所述的轴肩段上，所述的第二排气端轴封和所述的平衡盘均安装在所述的主体段上。

5.根据权利要求4所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述的主体段呈圆台形，该主体段的外径由靠近轴肩段的一侧向靠近排气端盖的一侧逐渐变小。

6.根据权利要求1或5所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述的第一排气端轴封和第二排气端轴封均为迷宫密封。

7.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述螺杆压缩机的进、排气布置形式为上进下出；所述的第一密封腔与该螺杆压缩机的排气管连通，所述的第二密封腔与该螺杆压缩机的进气管连通。

8.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述螺杆压缩机的进、排气布置形式为下进上出；所述的第一密封腔与该螺杆压缩机的进气管连通，所述的第二密封腔与该螺杆压缩机的排气管连通。

9.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述的进气端轴封位于该螺杆压缩机的压缩腔与所述的进气端轴承之间。

10.根据权利要求9所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述的进气端轴封为迷宫密封；所述的进气端轴承由承受径向力的轴承和承受轴向力的轴承组成。