CN106958527A - 一种内冷无油涡旋式气体压缩机 - Google Patents

Abstract

一种内冷无油涡旋式气体压缩机，包括静盘组件、动盘组件、十字环组件、曲轴、机架组件、主平衡块、电机、后端盖组件、副平衡块、冷却风扇、油冷却器、后盖组件、润滑油盘、排气单向阀、偏心轴承、主轴承、副轴承、紧固件、润滑油、密封件及吸气、排气口等。本发明的压缩机工作过程是：在油泵作用下，润滑油流过动盘背侧空腔和静盘背侧的空腔进行冷却,且润滑油直接润滑和冷却各运动轴承和运动部件,通过在动、静盘组件和机架组件之间设置密封件，将压缩机吸气、压缩和排气过程与压缩机润滑油隔离。本压缩机适合于空气压缩、输送、特种气体增压、输送和回收领域，特别适合设备开动率低的空气压缩领域(如机车用用空气压缩机)。

Description

一种内冷无油涡旋式气体压缩机

技术领域

本发明涉及一种内冷无油涡旋式气体压缩机，一种润滑油流过动涡旋盘组件背侧空腔和静涡旋盘背侧空腔进行冷却,并且润滑油直接润滑和冷却各运动轴承和运动部件,并通过在动、静涡旋盘组件和机架组件之间设置密封件，将压缩机吸气、压缩和排气过程与压缩机润滑油隔离的无油涡旋式气体压缩机。本压缩机适合于空气压缩、空气输送、特种气体(如氮气、天然气、石油气等)增压、输送和回收等领域，特别适合设备开动率低的空气压缩领域(如电动大巴用和列车用空气压缩机)。

背景技术

涡旋式气体压缩机以其效率高、噪音低、体积小、有利于节能及保护环境等优点而广泛应用于工业、农业、交通运输等行业需要压缩空气的场合。涡旋式气体压缩机主要运行件涡旋盘之间只有啮合，不产生磨损，因而寿命比活塞式、螺杆式压缩机更长，是风动机械理想动力源。在涡旋式气体压缩机中，主要运行件为动涡旋盘和静涡旋盘，动涡旋盘和静涡旋盘内设涡旋片，通常，由动涡旋盘和静涡旋盘彼此结合形成压缩腔，当动涡旋盘由曲轴带动沿着一定圆周轨迹作平动时，动涡旋盘涡旋片相对静涡旋盘涡旋片移动，即由两者所形成的压缩腔移动并改变其容积，从而进行吸入、压缩、排放，完成压缩气体的过程。(下面，静涡旋盘简称为静盘，动涡旋盘简称为动盘)

传统喷油空气涡旋式压缩机,压缩腔需要喷油进行润滑和冷却,各轴承部需要润滑油的润滑和冷却,润滑油和压缩气体一起排出压缩机排气口。压缩空气中的润滑油需要采用分离和过滤的方法将其从压缩空气中分离出来。这样，系统设计就必须考虑油的分离和冷却，在客户使用压缩空气前必须采用数级处理才能达到压缩空气含油要求。喷油空气涡旋式压缩机系统需要定期更换空气过滤器、油过滤器、油精密分离器和润滑油，更换过程较为复杂，需要耗费物力、人力和时间，造成空压机使用成本很高，一般情况下，使用成本是初始购机成本的数倍。并且，在压缩机的生存周期中，润滑油需要数次到数十次的更换，润滑油的大量更换会造成生态环境的破坏。

传统的无油涡旋式空气压缩机所有的轴承、运动部件、压缩气体等完全靠冷却风带走热量，而冷却气体的比热容和热传导系数相比润滑油均很小，需要的大量的冷却风量，需要特制大风量风扇，造成噪声的大幅度上升；并且纯无油空气压缩机各轴承部位完全靠封闭的润滑脂润滑，冷却效果很差，容易造成润滑油脂温度很高，对润滑脂的要求很高和更换周期要求很短；再则，压缩腔需要采用齿顶密封来减少压缩的泄漏，但由于完全无油，齿顶密封条与齿底面的摩擦系数很大，密封条容易磨损，使用寿命较短。这样的结构，压缩机可靠性难于得到保证，或者要保证压缩机的可靠性，需要付出高昂的成本，不利于压缩机在市场的竞争。

图1和图2分别为采用一体化机架和分体机架的喷油涡旋式气体压缩机实施例：润滑油通过注油口直接进入压缩腔、压缩机轴承等运动部件处。润滑油一部分对压缩腔内空气进行冷却和对压缩腔进行润滑；另一部分通过曲轴分别达到压缩机前端处的主轴承、压缩机止推轴承、十字环运动部分及压缩机后端处的副轴承、轴封等部位，这部分完成润滑和冷却后的润滑油进入到压缩机的吸气腔、压缩腔，和第一部分进入压缩腔的润滑油一起，和压缩空气一起排出压缩机排气口。润滑油和压缩后的空气一起进入油粗分离桶初步分离后，剩余的润滑油和空气经过油精分的分离后，少部分随着压缩空气排出压缩系统，经过油精密分离器分离的润滑油节流返回到压缩机低压腔。喷油涡旋式压缩机的系统流程图参照图15。

发明内容

本发明提出的内冷无油涡旋式气体压缩机的技术方案是：一种内冷无油涡旋式气体压缩机，包括静盘组件1、动盘组件2、十字环组件3、曲轴4、机架组件5、主平衡块6、电机组件7、后端盖组件8、副平衡块9、冷却风扇10(或冷却风扇100)、油冷却器11、后盖组件12、润滑油盘13、排气单向阀14、偏心轴承15、主轴承16、副轴承17、紧固件、润滑油、密封件及吸气、排气口，静盘组件以紧固件固定在机架组件上，由动盘与静盘结合形成空气的压缩腔；曲轴的偏心部插入动盘组件的轮毂内，曲轴以主轴承和副轴承分别安装在机架组件和后端盖组件内，在曲轴的偏心部与动盘组件的轮毂之间设偏心轴承；所述动盘组件角向定位在机架上，采用十字环结构保持动盘组件与静盘组件之间的相位差，机架与动盘外侧配合部分作为轴向支持轴承，所述动盘组件的轮毂在曲轴偏心部的驱动下在机架组件内部作绕圆周平动，在动盘组件外侧安装有密封件，密封件将动静盘组件的涡卷部分与动盘背侧轴承、十字环、轴封、轴向支撑轴承等部分隔离，动静盘组件的涡卷齿顶安装有密封条。静盘背侧密封构成空腔，此空腔分别接有润滑油入口和润滑油出口。

本发明中，动盘组件在作圆周运动时，动盘组件在压缩腔的轴向气体力作用下靠向机架，机架中间靠外围部分轴向支撑动盘的背侧的外沿部分，动盘组件的外侧安装的密封件将动盘组件背侧空腔与压缩腔隔离开来，经油冷却器冷却的润滑油一部分进入动盘组件的背侧空腔，另一部分进入静盘背侧的空腔，压缩气体经过动、静盘组件背侧的润滑油间接冷却，使压缩气体温度得到控制。由于密封跟随动盘运动过程中，有极少量的润滑油进入到压缩腔内，可以起到降低齿顶密封条与涡旋底面摩擦系数的作用，大幅度提高了密封条的使用寿命。

本发明的供油泵可以内置于压缩机内部，使压缩结构设计紧凑并可靠运转，或者可在供油管道上串入一外部油泵，采用外部油泵进行供油，外部油泵使成本上升，为防止外部油泵出现故障时出现压缩机冷却和润滑不良，需要对外部油泵的运行状况进行检测，也会增加设备成本，因此，一般情况下，可将油泵内置于压缩机内部。

本发明的有益效果在于：润滑油对各轴承、十字环、轴封、动盘支撑轴承等部件进行直接冷却和润滑，降低了对润滑和冷却条件的要求，保证了运动部件的运行可靠性，润滑油通过动、静盘涡旋组件的背侧空腔实现冷却而不接触压缩气体，气体几乎在不含油的条件下进行压缩，就可以去掉由于必须分离油不得不存在的部件，如油分离器、最小压力阀、放空阀、油精密分离器、泄放阀等，并减少了对控制器的要求，本发明的涡旋气体压缩机可以直接开停而不需要微电脑单元，因此无油涡旋式气体压缩机的成本得到较大下降，成本可以实现低于活塞式气体压缩机。

本发明的气体压缩机由于绝大部分润滑油不参与压缩过程，可以避免喷油气体压缩机开动率不足，造成排气温度不能提高到气体压力露点以上，造成润滑油析水问题，以此造成的压缩机运行的可靠性问题。

本发明的气体压缩机如果要针对使用于超低温场合(低于-10℃)，可以通过采用低倾点润滑油(即低温流动性好)或者采用内置加热装置进行预热的设计，可以最大程度满足压缩机的使用范围。

本发明的气体压缩机具有噪声低、性能高、可靠性好、结构简单和成本低的显著特点，完全具备取代活塞式气体压缩机的条件。

附图说明

图1是采用一体机架的传统喷油涡旋式空气压缩机内部结构示意图；

图2是采用分体机架的传统喷油涡旋式空气压缩机内部结构示意图；

图3是采用内部油泵的本发明实施例的内部结构示意图；

图4是采用内部油泵的本发明实施例的三维外形示意图；

图5是采用内部油泵的本发明实施例的内部润滑油流向示意图；

图6是采用内部油泵的本发明实施例的动静盘内部润滑油流向示意图；

图7是采用内部油泵的本发明实施例的压缩机内部爆炸结构示意图；

图8是本发明内部油泵结构实施例一的示意图；

图9是本发明内部油泵实施例一的滑片限位示意图；

图10是本发明内部油泵结构实施例二的示意图；

图11是本发明内部油泵结构实施例二的弹簧滑片结构示意图；

图12是本发明采用实施例的油冷却器风扇风向朝前示意图；

图13是采用外部油泵的本发明的实施例的供油的三维外形示意图；

图14是采用外部油泵的本发明的实施例的内部润滑油流向示意图；

图15是传统喷油涡旋式风冷空气压缩机系统流程图；

图16是本发明的内冷无油涡旋式气体压缩机系统流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，之前方案附图1和图2中喷油涡旋式空气压缩机各部件用标号表示如下：

静盘1′动盘2′十字环3′曲轴4′机架5′主平衡块6′副轴承压环7′(图1)后机架7″(图2)后盖组件8′轴封8′-1皮带轮9′(图1)副平衡块9″(图2)偏心部轴承15′主轴承16′副轴承17′

本发明实施例的附图3-图14中喷油涡旋式空气压缩机各部件用标号表示如下：

静盘组件1 密封盘1-1 静盘冷却腔1-10 静盘冷却腔油入口接头1-2静盘冷却腔出油接头1-3 静盘冷却腔入油管1-4 静盘冷却腔出油管1-5静盘齿顶密封条1-8

动盘组件2 动盘组件外侧密封件2-1 动盘滑动限位槽2-2 动盘轮毂滑动限位槽2-3 动盘出油通道2-4 动盘齿顶密封条2-8 动盘背侧空腔2-10 一次平衡冷却空腔2-11 动盘端板2-12

十字环组件3 十字环轴承3-1 曲轴4

机架组件5 机架润滑油入口接头5-1 机架润滑出油接头5-2 静盘接润滑油盘出油接头5-3 防润滑油泄漏接头5-4 内部油泵供油通道5-6 滑片滑道5-7 内部油泵出油通道5-8 机架支撑动盘轴承面5-10 内部油泵密封突起面5-11 机架回润滑油盘口5-12 内部油泵底面密封板5-13 机架内腔5-14

主平衡块6 电机组件7 电机外壳定子组件7-1 电机转子组件7-2 后端盖组件8 轴封8-1 副平衡块9 (风向朝后)冷却风扇10 油冷却器11 冷却器出油管11-1 冷却器进油管11-2 冷却器出油接头11-3 冷却器入油接头11-4

后盖组件12 轴封12-1 润滑油盘13 减震垫13-1 放油接头13-2 油视镜13-3 润滑油盘油出口接头13-4 防润滑油泄漏管13-5

排气单向阀14 偏心部轴承15 主轴承16 副轴承17 吸气过滤器安装接头20 吸气过滤21

(油泵实施例一)滑片30 (油泵实施例二)滑片300 滑片弹簧301固定限位螺钉302 (风向朝前)冷却风扇100 内部油泵501 内部油泵502 外部油泵示意503

本发明中，如图3所示，动盘组件2在曲轴4的偏心部的驱动下作绕圆周平动，动盘组件的轮毂在机架组件5的中心部空腔内运动，动盘组件2在压缩腔气体轴向压力作用下靠向机架组件5，轴向支撑动盘组件2以保持轴向位置始终不变。本发明中采用十字环组件3保证动盘组件2与静盘组件1的相位差始终不变，考虑到热传导率的问题，本发明中的动静盘会采用铝合金材料制成，为保证铝合金动盘加工的槽与十字环键之间的运动寿命，可以在十字环键上安装轴承3-1。

本发明中，如图3-图7所示，动盘组件2的外部密封件2-1将动盘背侧空腔2-10与压缩腔隔绝开来，由于密封件2-1跟随动盘运动，会有极少量的润滑油泄漏到压缩腔，可以起到改善润滑条件的作用；在油泵的作用下，润滑油分别连续地进入动盘背侧空腔2-10和静盘冷却腔1-10，压缩腔的压缩空气通过背侧空腔2-10和1-10得到间接的冷却。由于润滑油的比热容、密度和热传导率比空气大很多，因此通过设定润滑油循环的速度，可以将排气温度控制在理想范围。润滑油盘组件13内的润滑油在油泵的作用下，随着冷却器进油管11-2进入油冷却器11内，经过油冷却器11的冷却后，随着冷却器出油管11-1进入内部油泵，然后通过油泵泵出后主要分成三部分，第一部分进入动盘组件2的中心部冷却动盘中心、润滑冷却偏部轴承15、主轴承16后，进入机架组件5的中上部，在十字环组件3的搅动下充分冷却动盘组件2的背侧后，流到机架组件5的下侧，经过机架回润滑油盘口5-12回到润滑油盘13内；第二部分在油泵的作用下，润滑油通过静盘冷却腔入油管1-4进入静盘冷却腔1-10，在静盘背侧冷却腔1-10循环冷却后，随着静盘冷却腔出油管1-5并经由静盘接润滑油盘出油接头5-3回到润滑油盘13内。润滑油流向可参考图5和图6中箭头方向所示意。本发明中，如图2和图11所示意，当动盘组件2运行时，一次平衡冷却空腔2-11靠近轮毂部分可以间断地将内部油泵501或502内的润滑油泄漏出，可以直接对动盘背侧进行冷却，通过调整其靠近轮毂的范围大小，控制油泵直接泄漏到动盘背侧空腔2-10的润滑油量的多少，这是油泵第三部分泵出的润滑油。

本发明中，如图8和9所示意，内部油泵501由动盘滑动限位槽2-2和动盘轮毂滑动限位槽2-3限位滑片30跟随动盘组件2一起运动，滑片30在机架组件5的滑片滑道5-7的限制下，只能沿滑片滑道5-7运动，随着曲轴偏心部的旋转带动动盘组件2作平动，动盘组件的平动速度大大低于曲轴偏心外径的旋转速度，即动盘组件的轮毂外部与机架组件5的内腔配合的相对运动速度很小，滑片30的运动速度很小，因此这样的油泵结构不容易产生磨损，可靠性高。本发明中，如图10和11所示意，内部油泵502的构成基本与501同，但是滑片300的限位不是靠动盘的槽，而是靠滑片弹簧301将滑片300压靠向动盘组件2的轮毂外径部分，由于动盘组件2的运动速度低，滑片301相对动盘组件的轮毂外径部分的速度也很低，滑片不容易磨损，内部油泵502的可靠性也得到了保证。润滑油在内部油泵501或502的泵吸作用下，通过内部油泵供油通道5-6进入油泵吸入空腔，随后在油泵的泵出作用下，第一部分通过内部油泵出油通道5-8进入静盘冷却腔入油管1-4，然后再进入静盘冷却腔1-10，第二部分通过动盘出油通道2-4(图6所示)进入动盘中心部，冷却动盘中心、润滑冷却偏部轴承15、主轴承16后，进入机架组件5的中上部，第三部分通过动盘组件背侧的一次平衡冷却空腔2-11间断地将润滑油从油泵内泄漏动盘背侧空腔2-10，直接对动盘组件的背侧进行冷却。

本发明中，如图3和12所示意，(风向朝后)冷却风扇10和(风向朝前)冷却风扇100均为轴流风扇。考虑到电机的散热要求，一般设计时采用冷却风扇10的设计，这样的结构，可以防止油冷却器吹出的热风对电机的负作用，可以降低电机的要求；但在小功率和断续开动率不高的压缩机设计中，为降低产品的成本，可以直接采用电机的冷却风扇作为冷却风扇100。

本发明中，如图13和14所示意，采用外部油泵503代替内部油泵501或502，可以降低内部加工的难度，提高加工的效率，减少内部零件数量，但采用这样的结构，外部油泵使成本上升，为防止外部油泵出现故障时出现压缩机冷却和润滑不良，需要对外部油泵的运行状况进行检测，也会增加设备成本，因此，一般情况下，可将油泵内置于压缩机内部。

本发明中，如图16所示意的内冷无油涡旋式气体压缩机系统流程图，对比之前的方案，如图15所示意的传统喷油涡旋式风冷空气压缩机系统流程图，可以知道：去掉了由于必须分离油不得不存在的部件，如油分离器、最小压力阀、放空阀、油精密分离器、泄放阀等，并减少了对控制器的要求，本发明的涡旋气体压缩机可以直接开停而不需要微电脑单元，因此无油涡旋式气体压缩机的成本得到较大下降，成本可以实现低于活塞式气体压缩机。

本发明的气体压缩机具有噪声低、性能高、可靠性好、结构简单和成本低的显著特点，完全具备取代活塞式气体压缩机的条件。

Claims (6)

1.一种内冷无油涡旋式气体压缩机，包括静盘组件(1)、动盘组件(2)、十字环组件(3)、曲轴(4)、机架组件(5)、主平衡块(6)、电机(7)、后端盖组件(8)、副平衡块(9)、冷却风扇(10)(或冷却风扇100)、油冷却器(11)、后盖组件(12)、润滑油盘(13)、排气单向阀(14)、偏心轴承(15)、主轴承(16)、副轴承(17)、紧固件、润滑油、密封件及吸气、排气口等。由动盘组件(2)与静盘组件(1)啮合形成月牙形的压缩腔，曲轴(4)的偏心部插入动盘组件(2)的轮毂内，在曲轴与动盘组件的轮毂之间设轴承(15)，曲轴(4)以主轴承(16)和副轴承(17)分别安装在机架组件(5)内和后端盖组件(8)内，电机(7)安装于主轴承(16)和副轴承(17)之间，转子固定于曲轴(4)上，其特征在于在静盘组件(1)的背侧构造有静盘冷却腔(1-10)和动盘组件(2)背侧有动盘背侧空腔(2-10)，在油泵作用下，润滑油分别流过动盘背侧空腔(2-10)和静盘冷却腔(1-10)对压缩过程间接冷却，并控制压缩气体的温度,且润滑油进入动盘背侧空腔(2-10)直接润滑和冷却各轴承、十字环(3)、轴封等部件,在动、静盘组件和机架(5)之间设置有密封件(2-1)，压缩机吸气、压缩和排气过程与压缩机润滑油隔离。

2.根据权利要求1所述一种内冷无油涡旋式气体压缩机，其特征在于内置油泵(501)由滑片(30)、动盘组件(2)的轮毂、动盘端板(2-12)、机架内腔(5-14)和内部油泵底面密封板(5-13)构成，且滑片(30)限位于动盘滑动限位槽(2-2)和动盘轮毂滑动限位槽(2-3)之间，且只能在滑片滑道(5-7)内移动。

3.根据权利要求1所述一种内冷无油涡旋式气体压缩机，其特征在于内置油泵(502)由滑片(300)、动盘组件(2)的轮毂、动盘端板(2-12)、机架内腔(5-14)和内部油泵底面密封板(5-13)构成，且滑片(300)在弹簧(301)的作用下压靠向动盘组件(2)的轮毂，且只能在滑片滑道(5-7)内移动。

4.根据权利要求1所述一种内冷无油涡旋式气体压缩机，其特征在于可以在润滑油路上串联一个外部油泵代替内部油泵，并设置相应的油泵故障监控仪器。

5.根据权利要求1所述一种内冷无油涡旋式气体压缩机，其特征在于压缩机系统没有油分离相关部件，如油分离器、最小压力阀、放空阀、油精密分离器等油分离核心部件。

6.根据权利要求1所述一种内冷无油涡旋式气体压缩机，其特征在于一般选择风向朝后的轴流冷却风扇(10)作为油冷却器(11)的冷却风扇；在小功率和断续开动率不高的压缩机设计中，可以直接采用电机的冷却风扇(100)作为油冷却器(11)的冷却风扇。