CN107989790A - 一种新结构的无油涡旋式空气压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种新结构的无油涡旋式空气压缩机：包括静盘组件、动盘组件、小曲轴、曲轴、机架组件、主平衡块、电机组件(或皮带轮)、后端盖组件、副平衡块、冷却风机、风道组件、动盘轴承、主轴承、副轴承、小曲轴支撑轴承、紧固件、密封件、润滑脂及一个吸气、数个排气口。本发明的核心在于动盘和静盘均分布有两个或两个以上的涡旋体，涡旋体互相啮合形成涡旋压缩单元，且涡旋压缩单元按中心对称分布，动盘轴承设计安装于动盘中心部，动盘轴承和小曲轴支撑轴承均位于涡旋压缩单元的外侧。本压缩机特别适合于设备开动率低和对安装空间有严格控制的空气压缩领域(如电动大巴用、列车用、汽车保养维护用空气压缩机等)。

Description

一种新结构的无油涡旋式空气压缩机
技术领域
本发明涉及一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，一种通过设置两个或两个以上独立的涡旋压缩单元，且这些压缩单元在空间上为对称分布，支撑轴承和动盘轴承均设置于压缩单元的外侧，通过空气的流动强制冷却动静盘组件和轴承的无油涡旋式空气压缩机。本压缩机适合于空气动力、空气输送等领域，特别适合设备开动率低和对安装空间有严格控制的的空气压缩领域(如电动大巴用、列车用、汽车保养维护用空气压缩机等)。
背景技术
涡旋式空气压缩机以其效率高、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。涡旋式空气压缩机主要运行件涡旋盘之间只有啮合，较难产生磨损，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。在涡旋式空气压缩机中，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，动涡旋盘的涡旋片相对于静涡旋盘的涡旋片移动，即由两者所形成的压缩腔移动并改变其容积，从而进行空气吸入、压缩、排放，完成压缩空气的过程。
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手段将其从压缩空气中分离出来，润滑油在系统内循环,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，并且系统相对必须得加大空间，使压缩机整体尺寸加大。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。
传统的无油空气涡旋式压缩机，在动盘中心部设计安装轴承，而动盘中心部是排气最高温所在处，而中心部由于尺寸限制，热量很难导出，导致动盘轴承部温度很高，对轴承在高温下的精度、稳定性和润滑脂的要求很高，要保证较高的寿命的话，必须在较短的时间内进行维护保养，大大提高了使用的成本和降低了使用的广泛适用性。在动盘中心部设计安装轴承，动盘轮毂只能设计于涡旋片的背侧,动盘轴承孔与涡旋的加工不是一个工序完成的，造成了加工误差的堆积，降低了轴承孔和涡旋之间的形位精度，使压缩机的可靠性和性能降低,且动盘在运行时会产生较大的倾覆力矩，造成小曲轴支撑轴承的受力变化很大，提高了对小曲轴支撑轴承的要求
图1和图4分别为本发明采用一体化曲轴和皮带传动的涡旋式空气压缩机实施例：环境空气在离心风机的作用下，分别对电机、动盘组件背侧和静盘组件背侧进行强制冷却，动盘组件和静盘组件上均分别有两个涡旋体，动盘组件与静盘组件的涡旋体之间进行啮合，形成两个涡旋压缩单元，曲轴偏心部轴承(即动盘轴承)、小曲轴支撑轴承组件均分别设计安装于涡旋单元的外侧。压缩机吸气经过静盘组件和动盘组件的中心部，先对曲轴偏心部轴承进行冷却，然后分别进入两个涡旋压缩单元的吸气口，进行压缩机的吸气、压缩和排气。
发明内容
本发明提出的一种新结构的无油涡旋式空气压缩机的技术方案是：包括静盘组件1、动盘组件2(或30)、小曲轴3、曲轴4(或40)、机架组件5(或50)、主平衡块6(或60)、电机组件7(皮带机的电机外置)、后端盖组件8(或80)、副平衡块9(或副平衡块内置于皮带轮90)、冷却风机10、风道组件11(或21)、动盘轴承15、主轴承16、副轴承17、紧固件、密封件、润滑油脂及一个吸气、数个排气口(本实施例中为2个排气口)，静盘组件2以紧固件固定在机架组件5(或50)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动盘轴承；所述动盘组件角向定位在机架组件上，采用数个小曲轴结构(本实施例中为6个)保持动盘组件与静盘组件之间的相位差，并作为轴向支持轴承，所述动盘组件的轮毂在曲轴偏心部的驱动下，在静盘组件内部的避让腔105内作绕圆周平动。在动盘组件和机架组件上安装有密封，密封件将小曲轴内的支撑轴承和动盘轴承与外部隔绝，动静盘组件的涡卷齿顶安装有密封条。
本发明中，动盘组件2和静盘组件1上均分布有两个或两个以上的涡旋体，互相啮合形成两个或两个以上的涡旋压缩单元(本实施例中为两个对称的涡旋压缩单元)，动盘组件2上的运转轴承位于动盘组件的中心，避开了涡旋压缩单位的中心高温区，并且在吸气过程中，吸气对动盘轮毂始终起到冷却的作用，牺牲了部分排气量，但降低了动盘轴承的温度，保证了动盘轴承的可靠性。动盘组件和机架组件的外侧分布有数个支撑小曲轴3(本实施例中为6个)，按中心对称分布，保证了动盘组件2在运行过程中的稳定性。
本发明中，动盘2-1的轮毂205(或305)的大部分高度与涡旋片高度一致，这样，动盘组件2在压缩运行过程中产生的切向气体力的作用线通过动盘轮毂，压缩过程不产生倾覆力矩或倾覆力矩很小，这样的机构有利于保证动盘组件2运行的平稳性和降低对小曲轴3的支撑轴承2-2和5-2的要求(如存在倾覆力矩较大，则当压缩运行时，数个小曲轴的受力始终是变化的，而且是相差较大)。
本发明的有益效果在于：离心风机10随着曲轴的旋转产生的空气流，通过流道11(或21)对电机7、轴承15、16和17，小曲轴支撑轴承2-2和5-2、各处轴封和密封、动盘组件2和静盘组件1等部件进行强制冷却，可以把轴承、轴封和密封的温度控制在较低的水平，降低了对润滑脂和材料的要求，保证了运动部件的运行可靠性。一方面，压缩腔与油脂完全不接触，气体在不含油的条件下运行，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、油过滤器、油精密分离器、泄放阀等，并减少了对控制器的要求，本发明的涡旋式空气压缩机可以直接开停而不需要微电脑单元且系统结构尺寸较小，因此无油涡旋式空气压缩机的成本得到较大下降。另一方面，传统的无油涡旋式空气压缩机由于只有一个涡旋压缩单元，动盘轴承必须得设计放置于动盘组件的中心高温区，对动盘轴承高温状态时的精度、稳定性和润滑油脂的要求非常之高，导致需要定制特殊的轴承和特殊的润滑油脂和极大缩短维护保养的周期，使传统无油涡旋式压缩机的投资成本和维护成本大幅度提升。传统的无油涡旋式压缩机的动盘轮毂只能设计于涡旋片的背侧，不仅降低了加工精度，而且动盘在运行时会产生较大的倾覆力矩，造成小曲轴支撑轴承的受力变化较大，提高了对小曲轴支撑轴承的要求。本发明的无油涡旋式空气压缩机的轴承部件均分布设计于涡旋压缩单元的外侧，动盘轮毂与涡旋片位于同一侧，完全克服了传统压缩机的结构缺点。
本发明的空气压缩机具有可靠性好、噪声低、性能高、结构简单和成本低的显著特点，具有取代活塞式空气压缩机和应用于特殊场合的实现条件。
本发明实施例中，仅有两个涡旋压缩单元，但只要动盘轴承设计安装于动盘中心部，且把两个或两个以上的涡旋压缩单元按中心对称分布设置的设计，均为本发明的保护范围之内。
附图说明
图1是本发明采用一体曲轴的无油涡旋式空气压缩机内部结构示意图；
图2是图1的正侧向三维外形示意图和内部爆炸结构示意图；
图3是图1的后侧向三维外形示意图和内部爆炸结构示意图；
图4是本发明采用皮带传动的无油涡旋式空气压缩机内部结构示意图；
图5是图4的正侧向三维外形示意图和内部爆炸结构示意图；
图6是本发明的台阶式涡旋动盘组件的侧向三维外形示意图；
图7是本发明的台阶式涡旋动盘组件的内部爆炸结构示意图；
图8是本发明的等高涡旋动盘组件的侧向三维外形示意图；
图9是本发明的静盘组件的侧向三维外形示意图；
图10是本发明的静盘组件的内部爆炸结构示意图。
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，本发明实施例的附图1-图10中喷油涡旋式空气压缩机各部件用标号表示如下：(下面的静涡旋盘简称为静盘，动涡旋盘简称为动盘)
静盘组件1 静盘1-1 静盘盖板1-2 动盘组件(台阶式涡旋)2
动盘(台阶式涡旋)2-1 支撑轴承2-2 限位盖板2-3 轴封2-4
卡簧2-5 限位盖板2-6 密封2-7 轴封2-8 卡簧2-9
动盘组件(等高涡旋)30 动盘(等高涡旋)30-1 支撑小曲轴3
预紧板3-1 预紧螺钉3-2 曲轴4 卡簧4-1 卡簧4-2 机架组件5
机架5-1 支撑轴承5-2 盖板5-3 轴封5-4 密封螺钉5-5 主平衡块6
键6-1 紧固螺钉6-2 电机组件7定子组件7-1 转子组件7-2 后端盖
组件8 卡簧8-1 副平衡块9 键9-1 紧固螺钉9-2 离心风机10
风道组件11 机头侧风道11-1 风机侧风道内侧11-2
风机侧风道外侧11-3 动盘轴承15 主轴承16 副轴承17
静盘齿顶密封条100 避让腔105 吸气孔106 排气孔107
静盘涡旋片外侧108 静盘涡旋片内侧109 吸气避让孔110
排气避让孔111 动盘外侧齿顶密封条200 动盘内侧齿顶密封条201
动盘冷却肋片202 动盘轴承轮毂205 动盘涡旋片外侧208
动盘涡旋片内侧209 动盘齿顶密封条300 动盘冷却肋片302
动盘轴承轮毂305 动盘涡旋片308 定位销400(至少2个)
风道入口500 风机侧风道内侧出口501 机头侧风道入口502
机头侧风道出口503 静盘组件风出口504 动盘组件风出口505
图4-图5皮带压缩机与一体曲轴压缩机不同的零件，各部件用标号如下：
曲轴40 机架组件50 机架50-1 后盖组件80 后盖80-1
皮带轮(带副平衡块)90 风道组件21 机头侧风道21-1
风机侧风道内侧21-2 风机侧风道外侧21-3
本发明中，如图1和图4所示，支撑小曲轴3安装于机架组件5(或50)和动盘组件2(或30)之间，支撑小曲轴的偏心量与曲轴4(或40)的偏心量相当，支撑小曲轴3一方面被限位于动盘支撑轴承2-2和机架支撑轴承5-2之间，起到平衡动盘组件2(或30)在压缩过程产生的轴向气体力，另一方面支撑小曲轴3保持了动盘组件2(或30)相对于静盘组件1的相位差。
动盘组件2(或30)和静盘组件2上均分布有两个或两个以上的涡旋体，互相啮合形成两个或两个以上的涡旋压缩单元(本实施例中为两个对称的涡旋单元)，动盘2-1的涡旋片为台阶式，即中间的涡旋片209的高度比涡旋片208高度低，动盘30-1的涡旋片为内外一样高的传统涡旋片设计，即只有一个同样高度的涡旋片308。动盘组件2(或30)在曲轴4(或40)的偏心部的驱动下作绕圆周平动，动盘轮毂205(或305)在静盘避让腔105内作圆周平动，动盘组件2(或30)在压缩腔气体轴向压力作用下靠向机架组件5(或50)，小曲轴3轴向支撑动盘组件2(或30)以保持轴向位置始终不变。动盘组件2(或30)作圆周平动时，需要保证其与机架组件5(或50)相位差始终不变。数个小曲轴(本实施例中为6个)和驱动曲轴保持动盘组件2(或30)与机架组件5(或50)的相位差，而静盘组件1通过螺钉固接和定位销400角向定位于机架组件5(或50)上，这样就保证了动盘组件2(或30)与静盘组件1之间的相位差始终不变。
本发明中，动盘组件2(或30)上的运转轴承位于动盘组件的中心，避开了涡旋压缩单位的中心高温区，并且在吸气过程中，吸气对动盘轴承始终起到冷却的作用，这样牺牲了一点排气量，但降低了动盘轴承的温度，保证了轴承的可靠性。动盘组件的外侧分布有数个支撑小曲轴3(本实施例中为6个)，按中心对称分布，保证了动盘组件2(或30)在运行过程中的稳定性。
本发明中，动盘2-1(或30-1)的轮毂205(或305)的大部分高度与涡旋片高度方向一致，这样，动盘组件2(或30)在压缩运行过程中产生的切向气体力就不会产生倾覆力矩或产生的倾覆力矩较小，这样的机构有利于保证动盘组件2(或30)运行的平稳性和降低对小曲轴3的支撑轴承2-2和5-2的要求(如存在倾覆力矩较大，当压缩机运行时，数个小曲轴的受力始终是变化的，而且变化较大)。
本发明中，动盘轴承15和小曲轴3的的支撑轴承2-2和5-2的润滑是靠注入换润滑油脂保证的，轴承16和17采用密封脂润滑轴承，轴承的冷却通过风机10进行冷却。风机10固定于曲轴4(或40)上，曲轴4(或40)作回转运转时，风机10就运转，环境空气进入风道入口500，通过风机侧风道内侧出口501进入机头侧风道入口502，再通过机头侧风道出口503分别进入静盘组件1的背侧和动盘组件2(或30)的背侧，最后通过静盘组件1的风出口504和动盘组件2(或30)的风出口505排出压缩机。本发明的具有可靠性好、噪声低、性能高、结构简单和成本低的特点。

Claims (7)

1.一种新结构的无油涡旋式空气压缩机：包括静盘组件(1)、动盘组件(2)或(30)、小曲轴(3)、曲轴(4)或(40)、机架组件(5)或(50)、主平衡块(6)或(60)、电机组件7(皮带机的电机外置)、后端盖组件(8)或(80)、副平衡块(9)或(副平衡块内置于皮带轮90)、冷却风机10、风道组件(11)或(21)、动盘轴承(15)、主轴承(16)、副轴承(17)、小曲轴支撑轴承(2-2)和(5-2)、紧固件、密封件、润滑油脂及一个吸气、数个排气口。静盘组件2以紧固件固定在机架组件5(或50)上，由动盘组件(2)或(30)与静盘组件(1)啮合形成月牙形的压缩腔，曲轴(4)或(40)的偏心部插入动盘组件(2)或(30)的轮毂内，在曲轴与动盘组件的轮毂之间设轴承(15)，曲轴以主轴承(16)和副轴承(17)分别安装在机架组件内和后端盖组件内，电机(7)安装于主轴承(16)和副轴承(17)之间(皮带机的电机外置)，转子固定于曲轴上，其特征在于动盘组件(2)或(30)和静盘组件(1)上均分布有两个或两个以上的涡旋体，动静盘涡旋体互相啮合形成两个或两个以上的涡旋压缩单元，且涡旋压缩单元按中心对称分布，动盘轴承(15)设计安装于动盘中心部。
2.根据权利要求1所述一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，其特征在于动盘轴承(15)、小曲轴支撑轴承(2-2)和(5-2)均设计安装于涡旋压缩单元的外侧。
3.根据权利要求1所述一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，其特征在于动盘(2-1)或(30-1)的轮毂(205)或(305)的大部分高度与涡旋片高度方向一致，且动盘轴承腔室可与涡旋片同方向加工。
4.根据权利要求1所述一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，其特征在于吸气口(106)位于压缩机的中心部，排气口(107)位于吸气口的外周，且排气口的数量与涡旋压缩单元的数量一致。
5.根据权利要求1所述一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，其特征在于压缩机可使用台阶式涡旋动盘组件(2)或等高涡旋动盘组件(30),相应地，静盘组件与其配合分别为台阶式涡旋或等高涡旋。
6.根据权利要求1所述一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，其特征在于动静盘的齿顶均设计安装有齿顶密封条。
7.根据权利要求1所述一种新结构的无油涡旋式空气压缩机，其特征在于采用离心风机固定于曲轴上，空气通过流道组件对压缩机各部分进行冷却。
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