CN1079501C - 单螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

单螺杆压缩机由主轴、机体、一根螺杆和装于螺杆两侧并与螺杆齿啮合的两个星轮组成，主轴架支于机体内的轴承上，星轮齿两侧的母线至星轮运转中心的距离不相等，即星轮为非等宽齿，螺杆齿为非等宽齿。增大排量、提高能效比。在提高能效比的同时还减小压缩机的体积和重量。为单螺杆压缩机向小排量方向发展创造了良好的条件。提高星轮托架的刚度，以延长星轮的寿命。

Description

单螺杆压缩机

本发明涉及一种单螺杆压缩机，属于压缩机类，主要供动力(如空气压缩机)、制冷和工艺(如压缩多种化工气体的压缩机)用。

螺杆压缩机有单螺杆和双螺杆两种。单螺杆压缩机也称蜗杆压缩机，发明于1960年，八十年代采用“浮动星轮”而延长了星轮寿命后才趋于成熟。单螺杆压缩机的结构见图4，由一个6头的螺杆11和装于螺杆两侧并与螺杆啮合的两个11齿的星轮6构成，螺杆的主轴7架支于机体10内的轴承上，件号8表示吸气腔，件号9表示排气口。运转时，主轴旋转，带动螺杆齿和星轮齿的啮合来完成吸气、密封、压缩和排出，以完成压缩空气的作业。

螺杆压缩机具有体积小、噪声低、振动小、可靠性好、寿命长和能在高压下工作等优点，用螺杆压缩机来取代活塞式压缩机是动力用压缩机的发展趋势。如：日本1976年螺杆压缩机仅占27％，1985年则上升到85％。双螺杆压缩机的全套技术我国已引进了多套，但都不是一流技术，较难与抢占中国市场的外商竞争。因此有的厂家与外商合资，有的厂家再次引进更新的技术。单螺杆压缩机，则由于国外的封锁，是我国惟一未能引进的高档压缩机。

由于单螺杆压缩机的螺杆同时与两个星轮啮合，既使螺杆受力完全平衡，又使排量增加一倍，压缩机的体积小，9m3/min单螺杆压缩机的重量仅为活塞式压缩机的1/6。螺杆受力平衡使单螺杆压缩机具有一系列优点：(1)运转平稳、振动小、噪声比双螺杆低10dB(A)以上，(2)螺杆没有弯曲变形，可以在高压下工作，例如：美国德莱赛。兰德公司生产的单螺杆工艺压缩机，即使在一级压缩的条件下也能达到6.16MPa，而双螺杆最高只能达到2.18MPa。(3)啮合副可以在很小的间隙下工作以减少泄漏，因而容积效率高。此外，单螺杆压缩机由于轴承受力小，且星轮轴与螺杆垂直交错，轴承尺寸不像双螺杆那样受限制，采用标准轴承时，轴承寿命为5万小时(球轴承)至10万小时(圆锥滚子轴承)。整机的“免维修”时间相应地在5-10万小时之间。潜水艇对压缩机的各项性能均有严格的要求，然而美国海军为了淘汰活塞式压缩机，对现有的各种压缩机进行了大量的试验与论证后认为：单螺杆压缩机是潜水艇用最佳压缩机，对于高压无油压缩机来说是惟一的选择。美国海军从80年代开始积极研究并设法建立国内的技术来源。

单螺杆式虽比双螺杆式问世晚，但因性能优异而上升势头强劲，目前国际市场上单、双螺杆式大体上平分秋色。主要用作空气压缩机、冷冻(空调)机、热泵和在化工生产的工艺流程中压缩各种气体或输送天然气、煤气等。目前只有美、日等四国在引进技术的基础上生产，以日本水平最高。

从1975年开始国内先后有几个单位研制单螺杆压缩机：1986年国家科委曾将单螺杆压缩机的研制工作列为重点攻关项目；此后国防科工委也将研制舰船用单螺杆压缩机的课题列为重点攻关项目。这些研制工作均因未能解决一系列的关键技术而未获成功，主要表现为压缩机在运转过程中排量迅速下降。

近来我国打破了国外的技术封锁，在基础理论研究、高精度专用机床、工艺和刀具等方面取得了全面突破，高水平地解决了螺杆、星轮的加工技术。但是单螺杆压缩机惟一的缺点是：小排量时，其能耗大于双螺杆压缩机，大排量时能耗指标也不占优势，因此，如果不能在节能技术上有所突破，中国的单螺杆压缩机行业就很难发展。以空调机为例：目前我国半封闭螺杆空调机的进口量远多于国产机，由于能耗较大，单螺杆的进口量少于双螺杆。为了开拓中国市场各国均努力探求单螺杆压缩机的节能技术，甚至专门为中国市场设计节能产品，但无明显成效。如果我国率先在节能技术上取的突破，我国就能占领螺杆压缩机和空调行业的制高点，在世界上处于领先地位。变压缩机大量进口为大量出口，因此，我国也注重节能技术的研究。本专利是我国单螺杆压缩机节能技术方面的成果之一，它保持了单螺杆压缩机的一切优点并且节能。

众所周知，单螺杆压缩机的其它参数不变时，增大星轮直径既增大排量又能提高能效比。例如某进口空调其螺杆与星轮的直径均为φ147mm时，排量为169m3/h；星轮的直径增大至φ154mm后，排量增至198m/h，能效比由4.21w/w提高至4.39w/w。因此增大星轮直径是提高单螺杆压缩机效率的一个重要手段，但目前增大星轮直径有时受结构的限制，螺杆直径越小这种限制所造成的影响越大。

现有技术的单螺杆压缩机的结构见图5，其星轮6为等宽齿5，即星轮齿左、右两侧的母线至星轮运转中心的距离是相等的，见图5所示的b＝b/2＋b/2。其不足之处在于：能耗较大；难以用于小排量机型；或者为了降低能耗而降低星轮托架的刚度，从而缩短星轮寿命。

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种可降低能耗和能向小排量机型发展的单螺杆压缩机。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：本发明由主轴、机体、一根螺杆和装于螺杆两侧并与螺杆啮合的两个星轮构成，星轮齿左、右两侧的母线至星轮运转中心的距离不相等，即星轮齿为非等宽齿，螺杆齿为非等宽齿。

螺杆齿槽较深。

附图的图面说明如下：

图1为本发明非等宽齿星轮和螺杆的啮合局部图；

图2为图1的A向缩小视图；

图3为等宽齿(虚线表示)和非等宽齿(实线)的比较图；

图4为螺杆压缩机的结构图；

图5为现有技术等宽齿星轮和螺杆的啮合局部图。

附图件号表示：

1、螺杆      2、非等宽齿    3、星轮    4、母线

5、等宽齿    6、星轮        7、主轴    8、吸气腔

9、排气腔    10、机体      11、螺杆

12、托架

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述：

图1表示本发明的局部啮合结构，本发明由一根螺杆1和装于螺杆两侧并与螺杆齿啮合的带非等宽齿2的两个星轮3构成，星轮的齿为非等宽齿2，该齿左、右两侧的母线4至星轮运转中心的距离是不相等的，即图1的B2＞B1，齿的宽度以B表示。星轮齿的长度较现有技术长，见图3所示，齿长度加长Δd2/2。螺杆齿也是非等宽齿，螺杆齿的深度比现有技术深，以容纳加大直径的星轮(即加长的星轮齿)，如图3所示，螺杆齿槽的加深值为Δd2/2。

由于螺杆同时与两个星轮啮合，所以在图2中螺杆1的一个齿槽和星轮3(含星轮托架13)所占的位置不能超过半圈，即≤180°。为保证星轮托架的刚度，螺杆的一个齿槽在螺杆横截面内所占的角φ1是确定的。φ1确定后，角φ2由下式确定：

  φ2＝φ1×Z1/Z2

式中：Z1螺杆头数，通常为6；Z2星轮齿数，通常为11。在图3中：φ2为星轮的最大工作转角，从星轮齿封闭螺杆齿槽起，至星轮右齿角正好脱开止。φ3为星轮齿封闭螺杆齿槽起至星轮和螺杆垂直正交中心线为止的转角。现有单螺杆压缩机其星轮齿两侧的母线至星轮运转中心的距离相等，即右半齿和左半齿的宽度相等。这种齿形是目前实际使用的唯一齿形，称之为等宽齿，以便与半齿宽度不相等的非等宽齿区别。

为便于比较，在其它参数完全相同的条件下将等宽齿与非等宽齿分别用虚线和实线同在图3中表示。从图3中可以看出：(1)当两种齿形的星轮直径相等时，两者的右齿角相比，非等宽齿能较快地脱离螺杆而退出啮合，因此可以减小φ1和φ2角而增大星轮托架厚度，以提高托架刚度和延长星轮寿命。(2)当非等宽齿星轮的直径比等宽齿星轮直径d2增大Δd2时，它们的右齿角仍然可以同时脱离螺杆而不滞后。即：在相同的条件下采用非等宽齿允许增大星轮直径。当螺杆的外形为圆柱面时星轮直径的增量Δd2可按

当螺杆的外形有所改变时，例如，由圆柱面变成圆锥面，采用非等宽齿也可以增大星轮直径，此时星轮直径增量的计算公式要相应改变或用作图法求出。无论用哪一种方法都可得出Δd2值。

非等宽齿与等宽齿的区别仅仅只是因母线位置的改变而改变了左、右半齿的宽度，星轮的啮合面(侧面)仍然是螺杆齿面的共轭曲面，它的加工和螺杆齿槽的加工只需将刀具作相应位移即可。

本发明对比现有技术具有下述优点：

1、增大排量、提高能效比。由于采用非等宽齿可以增大星轮直径，如前所述：增大星轮直径既增大排量又提高能效比。现有的理论排量为2.2m³/min的单螺杆压缩机采用非等宽齿其排量可增大20％以上，能效比可提高5％以上；当螺杆头数为4，星轮齿数为7时，能效比的提高可超过10％。

2、在提高能效比的同时还减小压缩机的体积和重量。星轮直径的增大使压缩机的排量增加，当需要保持排量不变时，应减小螺杆的直径，从而使压缩机在提高能效比的同时其体积和重量也稍有减小。

3、为单螺杆压缩机向小排量方向发展创造了良好的条件。单螺杆压缩机的排量愈小，其能耗指标愈差，很难与其它机种竞争。目前单螺杆空调机的最小电机功率为30kw，用非等宽齿提高能效比后，可以生产电机功率为15kw的单螺杆空调机。小型、节能的高压单螺杆压缩机也更符合潜水艇等国防工程的需要。

4、提高星轮托架的刚度，以延长星轮的寿命。

Claims (2)

1、一种单螺杆压缩机，包括主轴和机体，主轴架支于机体内的轴承上，其特征在于，还包括一根螺杆和装于螺杆两侧并与螺杆齿啮合的两个星轮，星轮齿左、右两侧的母线至星轮运转中心的距离不相等，即星轮为非等宽齿，螺杆齿为非等宽齿。

2、根据权利要求1所述的单螺杆压缩机，其特征在于：螺杆齿槽较深。

Images