CN114458600B - 一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法 - Google Patents

一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法 Download PDF

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Abstract

一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法，排气密封结构包括设置在机壳内的外转子套，外转子套为锥形结构且外转子套的锥度与外转子的锥度一致，外转子套的两端通过轴承固定在机壳的内壁上，外转子与外转子套固定形成一个整体并一起转动；机壳的两端连接进气端盖和排气端盖，进气端盖上开设有进气口，排气端盖上沿轴向设置有排气通道，外转子套小端的内部与转子小端之间留有排气腔，排气通道伸入到排气腔当中，排气通道的外壁与外转子套小端的内壁之间设置轴封装置。本发明通过在转动的外转子套与静止的排气通道设置轴密封装置，泄露面积小，也可以减小轴密封装置的尺寸，降低成本。轴封装置紧邻排气腔，使外转子套与排气通道之间的密封性更好。

Description

一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法
技术领域
本发明属于锥螺杆压缩机领域，具体涉及一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法。
背景技术
双螺杆压缩机是一种容积式回转压缩机，用于获取高压力气体，在现代工业中有着广泛的应用。双螺杆压缩机的核心是一对啮合转子，其结构直接决定了压缩机的整体性能，因此转子结构的改进一直是实现节能和提高性能目标的关键手段。在转子结构改进的众多策略中，内啮合锥形转子结构被视为一种具有极大潜力的改进措施。如图1所示，这种转子结构为一对转轴相交的具有空间内啮合关系的锥形内外转子。一方面，内啮合结构表现为内转子嵌套在外转子内部，相比于平行放置的外啮合阴阳转子来说可以使结构更加紧凑，且无需机壳的装配，依靠内外转子就可以完成容积腔的密封，从而节约空间和减少零部件；另一方面，锥形转子结构可以实现气体的内压缩，气体从转子大端吸入，从转子小端排出，中间过程持续被压缩，所以这种转子结构不需要额外设计吸排气孔口，直接沿着轴向吸排气就可以完成气体的压缩运输功能，大大降低了排气带来的噪音和简化了压缩机的结构设计。
总的来说，锥螺杆压缩机相比传统双螺杆压缩机有着小型化，低噪音等优势。然而，锥螺杆压缩机轴向吸排气的特点会带来其整机结构与传统双螺杆压缩机有所差异。从吸气来看，锥螺杆压缩机直接从转子大端面吸气，无需设计吸气角度，所以吸气处的结构设计不是难题。从排气来看，锥螺杆压缩机从转子小端面吸气，也不需要设计吸气角度，但由于高压气体的存在，所以需要考虑排气端的密封。由于排气方式的不同所以导致传统双螺杆压缩机的排气密封结构也不再适用，因此对于锥螺杆压缩机来说，需要设计一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法，用来支持这种具有巨大潜力的新型压缩机的设计开发。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构及方法，可以非常方便地实现锥螺杆压缩机中高压气体的输送与密封。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，包括设置在机壳内的外转子套，外转子套为锥形结构且外转子套的锥度与外转子的锥度相一致，外转子套的两端通过轴承固定在机壳的内壁上，外转子与外转子套固定形成一个整体并一起转动；机壳的两端连接进气端盖和排气端盖，所述进气端盖上开设有进气口，排气端盖上沿轴向设置有排气通道，外转子套小端的内部与转子小端之间留有排气腔，排气通道伸入到排气腔当中，排气通道的外壁与外转子套小端的内壁之间设置轴封装置。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述外转子套的大端与外转子的大端之间通过螺栓连接部固定形成一个整体。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述外转子套的内表面开设有若干个密封槽，通过密封槽形成锥形的迷宫密封部。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述排气通道设置在排气端盖的中心，排气通道与排气端盖之间加工有倒角。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述外转子套小端设置有轴封挡肩，轴封装置设置在轴封挡肩的内侧。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述的轴封装置采用在旋转件与非旋转件之间密封压力气体的唇封或机械密封。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述外转子套小端的外壁加工有轴向力轴承挡肩，大端的外壁加工有径向力轴承挡肩，外转子套小端的轴承通过轴向力轴承挡肩与排气端盖的侧壁延伸部限位，外转子套大端的轴承通过径向力轴承挡肩与机壳内壁上加工的台阶面限位。
作为本发明排气密封结构的一种优选方案，所述进气端盖的中心向外凸出，凸出部位的内壁设置有用于支撑固定内转子的转轴的轴承。
一种所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构的排气方法，包括以下步骤：
通过电机带动内转子旋转，由内转子再带动外转子旋转，外转子套与外转子固定形成一个整体一起转动，旋转过程中内转子与外转子之间由于啮合关系形成容积周期性变化的容积腔，容积腔会沿着转子轴向从大端往小端移动，移动过程中容积腔的体积逐渐减小，当气体排入排气腔时形成高压气体；
当高压气体持续进入排气腔，直到排气腔内的压力大于排气端盖外的背压时，排气腔内的高压气体进入排气端盖上的排气通道；排气通道相对于外转子套保持静止，通过轴封装置防止排气腔内的气体从外转子套与排气通道之间泄露出去，最后高压气体通过排气通道输送到用气场所。
作为本发明排气方法的一种优选方案，所述外转子套与外转子固定形成一个整体一起转动时，通过外转子套内表面上由多道密封槽形成锥形的迷宫密封部，防止排气腔的高压气体从外转子套与外转子之间的接触面逸出。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
在排气通道的外壁与外转子套小端的内壁之间设置轴封装置，本发明通过在转动的外转子套与静止的排气通道设置轴密封装置，相比于在外转子套外部与机壳之间设置轴密封装置具有泄露面积小的好处，同时也可以减小轴密封装置的尺寸，降低成本。本发明轴封装置的设置位置紧邻排气腔，该设计可以使外转子套与排气通道之间的密封性更好。本发明排气密封结构的方案合理，结构简单，容易实现，能够充分发挥锥螺杆压缩机的优势。
进一步的，本发明外转子套小端设置有轴封挡肩，轴封装置设置在轴封挡肩的内侧，通过设置轴封挡肩可以保证轴封装置工作时不会被高压气体往外侧推移。
进一步的，本发明外转子套的内表面设置有多个密封槽，通过密封槽可以形成一种锥形的迷宫密封部，迷宫密封部可以有效地保证外转子套与外转子之间的密封。
进一步的，本发明排气端盖上沿轴向设置有排气通道，排气通道与排气端盖设计成一体结构，可减少零部件，且排气端盖内部加工大的倒角来保证排气通道在机器运行时不易损坏。
附图说明
图1内啮合锥形转子结构示意图；
图2(a)本发明外转子套的正视图；
图2(b)本发明外转子套的侧视图；
图2(c)本发明外转子套的剖视图；
图3(a)本发明带排气通道的排气端盖剖视图；
图3(b)本发明带排气通道的排气端盖立体结构示意图；
图4本发明用于锥螺杆压缩机的排气密封结构装配示意图；
附图中：1-内转子；2-外转子；3-外转子套；4-轴向力轴承挡肩；5-径向力轴承挡肩；6-螺栓连接部；7-排气腔；8-轴封挡肩；9-密封槽；10-排气通道；11-排气端盖；12-机壳；13-进气端盖；14-进气口；15-转子大端；16-转子小端；17-轴封装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
请参阅图4，本发明用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，包括设置在机壳12内的外转子套3，外转子套3为锥形结构且外转子套3的锥度与外转子2的锥度相一致，外转子套3的两端通过轴承固定在机壳12的内壁上，外转子套3的大端与外转子2的大端之间通过螺栓连接部6固定形成一个整体，外转子套3随着外转子2一起转动。机壳12的两端分别连接进气端盖13和排气端盖11，进气端盖13上开设有进气口14，排气端盖11上沿轴向设置有排气通道10，外转子套3小端的内部与转子小端16之间留有排气腔7，所述排气通道10伸入到排气腔7当中，排气通道10的外壁与外转子套3小端的内壁之间设置轴封装置17，轴封装置17可以是唇封、机械密封等可以承受一定气体压力而不发生泄露的密封装置。所述进气端盖13的中心向外凸出，凸出部位的内壁设置有用于支撑固定内转子1的转轴的轴承。另一方面，外转子套3小端的外壁加工有轴向力轴承挡肩4，大端的外壁加工有径向力轴承挡肩5，外转子套3小端的轴承通过轴向力轴承挡肩4与排气端盖11的侧壁延伸部实现限位，外转子套3大端的轴承通过径向力轴承挡肩5与机壳12内壁上加工的台阶面实现限位。
参见图2(a)，图2(b)以及图2(c)，在一种可能的实施方式中，外转子套3的内表面开设有若干个密封槽9，通过密封槽9形成锥形的迷宫密封部，防止排气腔7内的气体从外转子2与外转子套3之间的接触面逸出。外转子套3小端设置有轴封挡肩8，轴封装置17设置在轴封挡肩8的内侧，轴封挡肩8可以保证轴封装置17不会被高压气体往外侧推移。
参见图3(a)与图3(b)，排气通道10设置在排气端盖11的中心，排气通道10与排气端盖11设计成一体结构，排气通道10与排气端盖11之间加工有倒角，通过设置在排气端盖11内部大的倒角可以保证排气通道10在锥螺杆压缩机运行时不易损坏。
一种所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构的排气方法，包括以下步骤：
电机带动内转子1旋转，由内转子1再带动外转子2旋转，外转子套3与外转子2固定形成一个整体一起转动，旋转过程中内转子1与外转子2之间由于啮合关系形成容积周期性变化的容积腔，在转子大端15处的容积腔为吸气腔，其容积大小从0到最大再到0周期性变化。当吸气腔容积从0到最大的时候，外界的气体从吸气口14吸入到吸气腔内；当吸气腔容积从最大到0的时候，吸入的气体沿着轴向从转子大端15向转子小端16移动。由于转子的锥形结构，气体沿转子轴向移动的同时被逐步压缩，当气体排入排气腔7时形成高压气体；
当高压气体持续进入排气腔7，直到排气腔7内的压力大于排气端盖11外的背压时，排气腔7内的高压气体进入排气端盖11上的排气通道10；排气通道10相对于外转子套3保持静止，通过轴封装置17防止排气腔7内的气体从外转子套3与排气通道10之间泄露出去，最后高压气体通过排气通道10输送到用气场所；轴封装置17的位置靠近排气腔7且布置在外转子套3的内部，这样可以获得更好的密封效果，并且节约安装空间。
作为本发明排气密封结构的排气方法一种优选实施例，当外转子套3与外转子2固定形成一个整体一起转动时，通过外转子套3内表面上由多道密封槽9形成锥形的迷宫密封部，防止排气腔7的高压气体从外转子套3与外转子2之间的接触面逸出。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，其特征在于：包括设置在机壳(12)内的外转子套(3)，外转子套(3)为锥形结构且外转子套(3)的锥度与外转子(2)的锥度相一致，外转子套(3)的两端通过轴承固定在机壳(12)的内壁上，外转子(2)与外转子套(3)固定形成一个整体并一起转动；机壳(12)的两端连接进气端盖(13)和排气端盖(11)，所述进气端盖(13)上开设有进气口(14)，排气端盖(11)上沿轴向设置有排气通道(10)，外转子套(3)小端的内部与转子小端(16)之间留有排气腔(7)，排气通道(10)伸入到排气腔(7)当中，排气通道(10)的外壁与外转子套(3)小端的内壁之间设置轴封装置(17)；
所述外转子套(3)小端设置有轴封挡肩(8)，轴封装置(17)设置在轴封挡肩(8)的内侧；
所述进气端盖(13)的中心向外凸出，凸出部位的内壁设置有用于支撑固定内转子(1)的转轴的轴承。
2.根据权利要求1所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，其特征在于：所述外转子套(3)的大端与外转子(2)的大端之间通过螺栓连接部(6)固定形成一个整体。
3.根据权利要求1所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，其特征在于：所述外转子套(3)的内表面开设有若干个密封槽(9)，通过密封槽(9)形成锥形的迷宫密封部。
4.根据权利要求1所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，其特征在于：所述排气通道(10)设置在排气端盖(11)的中心，排气通道(10)与排气端盖(11)之间加工有倒角。
5.根据权利要求1所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，其特征在于：所述的轴封装置(17)采用在旋转件与非旋转件之间密封压力气体的唇封或机械密封。
6.根据权利要求1所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构，其特征在于：所述外转子套(3)小端的外壁加工有轴向力轴承挡肩(4)，大端的外壁加工有径向力轴承挡肩(5)，外转子套(3)小端的轴承通过轴向力轴承挡肩(4)与排气端盖(11)的侧壁延伸部限位，外转子套(3)大端的轴承通过径向力轴承挡肩(5)与机壳(12)内壁上加工的台阶面限位。
7.一种如权利要求1至6中任意一项所述用于锥螺杆压缩机的排气密封结构的排气方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过电机带动内转子(1)旋转，由内转子(1)再带动外转子(2)旋转，外转子套(3)与外转子(2)固定形成一个整体一起转动，旋转过程中内转子(1)与外转子(2)之间由于啮合关系形成容积周期性变化的容积腔，容积腔会沿着转子轴向从大端往小端移动，移动过程中容积腔的体积逐渐减小，当气体排入排气腔(7)时形成高压气体；
当高压气体持续进入排气腔(7)，直到排气腔(7)内的压力大于排气端盖(11)外的背压时，排气腔(7)内的高压气体进入排气端盖(11)上的排气通道(10)；排气通道(10)相对于外转子套(3)保持静止，通过轴封装置(17)防止排气腔(7)内的气体从外转子套(3)与排气通道(10)之间泄露出去，最后高压气体通过排气通道(10)输送到用气场所。
8.根据权利要求7所述的排气方法，其特征在于，所述外转子套(3)与外转子(2)固定形成一个整体一起转动时，通过外转子套(3)内表面上由多道密封槽(9)形成锥形的迷宫密封部，防止排气腔(7)的高压气体从外转子套(3)与外转子(2)之间的接触面逸出。
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