CN114658653B - 单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造及设计方法 - Google Patents

单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造及设计方法 Download PDF

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Abstract

一种单螺杆压缩机星轮‑螺杆啮合副喷液润滑构造及设计方法，喷液润滑构造包括内部开设有多个槽道的星轮本体，每个槽道对应的出口开设在星轮齿的侧面不同位置，将冷却液从每个槽道对应的入口通入槽道，再通过槽道进行引流，最后从每个槽道对应的出口喷入星轮‑螺杆啮合副，实现星轮‑螺杆啮合副的精准润滑。设计方法包括计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围，使供液口的大小按照与星轮转角范围相对应进行开设。当入口与供液口连通时，冷却液从每个槽道对应的入口通入槽道，当入口离开供液口区域时，相应的槽道供液结束。本发明能够实现啮合副星轮齿侧与螺杆齿槽之间的精准润滑，避免对不处于啮合范围内的星轮齿进行多余喷液。

Description

单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造及设计方法
技术领域
本发明属于压缩机结构设计技术领域，具体涉及一种单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造及设计方法。
背景技术
单螺杆压缩机是一种容积式压缩机，市场现有的单螺杆压缩机的核心部件都是一个圆柱形螺杆和两个对称分布的星轮。工作过程中，啮合在螺槽中的星轮齿、螺槽和机壳内腔共同构成工作容积，通过螺杆带动星轮旋转，实现单螺杆压缩机的吸气、压缩和排气。
单螺杆压缩机的结构简单、易损件少、体积小、重量轻，且由于其结构对称性好，螺杆上所受气体力可以自平衡，因此它还具有振动小、噪声低的优点。
单螺杆压缩机的星轮-螺杆啮合副之间必须具有良好的润滑，否则因高速滑动容易遭到磨损，因此单螺杆压缩机通常采用喷液润滑。在高转速单螺杆压缩机中，螺杆转子与机壳之间的密封无需喷液，其间隙内的气体已经能产生足够的密封压力。而在一些特殊领域，如水蒸气压缩机中，喷入液体(如水)可能会造成排气参数降低，不满足工艺要求。因此，如何在不增加或降低喷液量的条件下，保证星轮-螺杆啮合副的润滑，实现星轮-螺杆啮合副的精准润滑是单螺杆压缩机往高转速、水蒸气压缩机领域发展的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造及设计方法，能够实现啮合副星轮齿侧与螺杆齿槽之间的精准润滑。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造，包括内部开设有多个槽道的星轮本体，每个槽道对应的出口开设在星轮齿的侧面不同位置，将冷却液从每个槽道对应的入口通入槽道，再通过槽道进行引流，最后从每个槽道对应的出口喷入星轮-螺杆啮合副，实现星轮-螺杆啮合副的精准润滑。
作为优选，所述的槽道对应每个星轮齿设置有若干组，且每一组槽道均包括延伸至星轮齿两侧不同高度的若干个槽道，每个槽道对应的出口开设在星轮齿的两侧不同高度处。
作为优选，所述每个槽道对应的入口与静止的供液端面接触，供液端面上设置有弧形条状的供液口，当入口与供液口连通时，冷却液从每个槽道对应的入口通入槽道，当入口离开供液口区域时，相应的槽道供液结束。
作为优选，所述的每一组槽道均由星轮中心区域延伸至星轮齿两侧不同高度，且每一组中的每个槽道对应的入口均开设在星轮本体的表面或星轮轴上。
作为优选，所述的入口设置在星轮本体的表面，设置静止的供液机构与机壳相连接，供液机构的端面作为供液端面并在供液机构的端面上开设所述供液口，供液机构的端面与星轮本体的表面滑动接触，当星轮转动时，所述入口能够转入、转出供液口区域。
作为优选，所述的入口设置在星轮轴上，所述的槽道与星轮轴上的供液通道连接，星轮轴上的供液通道与机壳上的供液口连接；星轮轴上的供液通道与机壳上的供液口滑动接触。
作为优选，所述的星轮本体沿垂直于轴向的平面分割为上、下两片，在上片或下片表面加工所述的槽道，再将上、下两片星轮本体连接为整体。
一种单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造的设计方法，计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围，供液口的大小按照与星轮转角范围相对应进行开设，其中，所述计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围包括如下步骤：
根据中心距A、螺杆直径d1、星轮直径d2、星轮齿宽b，按下式计算星轮齿宽半角δ：
Figure GDA0004048809050000021
当星轮齿后侧进入啮合区域时，按下式计算排气角α1：
Figure GDA0004048809050000031
按下式计算进气侧啮合角α'：
α'＝0.7α1；
按下式计算星轮转角α”：
α”＝α'-δ；
当星轮齿后侧任意一点离开啮合区域时，根据该点所处的与星轮同心的圆的直径d，按下式计算得到此时的星轮转角α：
Figure GDA0004048809050000032
通过几何关系推导得出星轮齿前侧进入啮合区域时对应的星轮转角α”'：
α”'＝α'+δ；
按下式计算星轮齿前侧任意一点离开啮合区域时的星轮转角α：
Figure GDA0004048809050000033
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
冷却液从每个槽道对应的入口通入槽道，通过槽道进行引流，最后从每个槽道对应的出口喷入星轮-螺杆啮合副，通过此构造，能够实现在不增加或降低喷液量的条件下，对星轮-螺杆啮合副进行具有针对性的精准喷液润滑，有效减缓星轮-螺杆啮合副的磨损，能够实现对处于啮合范围内的星轮齿侧和星轮齿顶各位置全面润滑，同时避免对不处于啮合范围内的星轮齿进行多余喷液，为单螺杆压缩机向高转速、水蒸气压缩机领域发展提供了新的解决方案。
附图说明
图1开始啮合时刻星轮-螺杆啮合副几何关系示意图；
图2结束啮合时刻星轮-螺杆啮合副几何关系示意图；
图3本发明槽道和槽道出口结构示意图；
图4本发明槽道入口的结构示意图；
图5本发明供液口的结构示意图；
图6本发明上、下两片星轮连接及槽道出口局部放大示意图；
附图中：1-星轮下片；2-出口；3-槽道；4-定位销孔；5-星轮上片；6-入口；7-供液口；8-供液端面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
请参阅图3，图4，本发明提出的一种单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造，结构上包括内部开设有多个槽道3的星轮本体，每个槽道3对应的出口2开设在星轮齿的侧面不同位置，将冷却液从每个槽道3对应的入口6通入槽道3，再通过槽道3进行引流，最后从每个槽道3对应的出口2喷入星轮-螺杆啮合副。更进一步的，槽道3对应每个星轮齿设置有若干组，且每一组槽道3均包括延伸至星轮齿两侧不同高度的若干个槽道3，每个槽道3对应的出口2开设在星轮齿的两侧不同高度处。本发明实施例中，槽道3的入口6的角度位置与出口2的高度位置一一对应，从而槽道3的出口2在星轮-螺杆啮合区域内对应的星轮转角决定了相应的入口6的先后顺序和角度关系。星轮同一星轮齿内的各槽道3、相邻星轮齿的槽道3均不能互相干涉。通过以上设置使得星轮-螺杆啮合副得到全面且精准的润滑。
参见图5，本发明在供液端面8上设置供液口7，供液口7为弧形条状，且供液口7对应槽道3的入口6设置半径不同的两组，将每一组槽道3对应的出口2分为两组，其中一组出口2开设在星轮齿的一侧，另一组出口2开设在星轮齿的另一侧，相应的，两组出口2对应槽道3的入口6设置在两组不同的半径上，与半径不同的两组供液口7适配。静止的供液端面8与槽道入口6相接触，供液口7的大小和位置与槽道的出口2对应，即当槽道出口2刚好或即将进入星轮-螺杆啮合区域时，槽道入口6进入供液口7区域，槽道开始供液；当槽道出口2刚好或已经离开星轮-螺杆啮合区域时，槽道入口6离开供液口区域，槽道供液结束。
本发明槽道3的入口6和供液口7的一种设置方案是入口6在星轮表面，设置与机壳连接的静止不动的供液机构，供液机构的端面与星轮本体的表面滑动接触，接触面为供液机构的供液端面8，其上设有供液口7。星轮转动时，入口6能转入、转出供液口7的区域。
本发明槽道3的入口和供液口7的另一种设置方案是入口6设置在星轮轴上，星轮轴上设置与入口6的径向位置、周向位置一致的供液通道，供液端面8设置在机壳上。星轮轴上的供液通道一端连接入口6，另一端与供液端面8滑动接触。星轮转动时，入口6随星轮轴上的供液通道一起转入、转出供液口7区域，为星轮-螺杆啮合区域内的星轮齿供液润滑。
参见图6，星轮沿着星轮平面方向分割为星轮上片5和星轮下片1，上、下两片分别加工完入口6、出口2、槽道3、定位销孔4和轴孔等部位后，两片通过焊接或其他机械方式连接为整体。进行上述连接时的定位方式为同一星轮平面重合、轴孔同轴、定位销孔4同轴。
以下说明喷液润滑单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副的设计方法。
参见图1，2，以星轮齿后侧为例说明单螺杆压缩机的星轮-螺杆啮合副几何关系。
计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围，供液口7的大小按照与星轮转角范围相对应进行开设，其中，计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围包括如下步骤：
根据中心距A、螺杆直径d1、星轮直径d2、星轮齿宽b，按下式计算星轮齿宽半角δ：
Figure GDA0004048809050000051
当星轮齿后侧进入啮合区域时，按下式计算排气角α1：
Figure GDA0004048809050000052
按下式计算进气侧啮合角α'：
α'＝0.7α1；
按下式计算星轮转角α”：
α”＝α'-δ；
当星轮齿后侧任意一点离开啮合区域时，根据该点所处的与星轮同心的圆的直径d，按下式计算得到此时的星轮转角α：
Figure GDA0004048809050000061
通过几何关系推导得出星轮齿前侧进入啮合区域时对应的星轮转角α”'：
α”'＝α'+δ；
按下式计算星轮齿前侧任意一点离开啮合区域时的星轮转角α：
Figure GDA0004048809050000062
通过本发明的结构设计，能够实现在不增加或降低喷量的条件下，对星轮-螺杆啮合副进行具有针对性的精准喷液润滑，有效减缓星轮-螺杆啮合副的磨损，能够实现对处于啮合范围内的星轮齿侧和星轮齿顶各位置全面润滑，同时避免对不处于啮合范围内的星轮齿进行多余喷液，为单螺杆压缩机向高转速、水蒸气压缩机领域发展提供了新的思路。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神与原则的前提下，本技术方案还可以进行若干的简单修改和替换，这些修改和替换也属于权利要求书所涵盖的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造，其特征在于：包括内部开设有多个槽道(3)的星轮本体，每个槽道(3)具有对应的出口(2)，多个出口(2)开设在星轮齿的侧面不同位置，所述每个槽道(3)对应的入口(6)与静止的供液端面(8)接触，供液端面(8)上设置有弧形条状的供液口(7)，所述的槽道(3)对应每个星轮齿设置有若干组，每一组槽道(3)均由星轮中心区域延伸至星轮齿两侧不同高度，且每一组中的每个槽道(3)对应的入口(6)均开设在星轮本体的表面或星轮轴上；当所述的入口(6)设置在星轮本体的表面时，设置静止的供液机构与机壳相连接，供液机构的端面作为供液端面(8)并在供液机构的端面上开设所述供液口(7)，供液机构的端面与星轮本体的表面滑动接触，当星轮转动时，所述入口(6)能够转入、转出供液口(7)区域；当所述的入口(6)设置在星轮轴上时，所述的槽道(3)与星轮轴上的供液通道连接，星轮轴上的供液通道与机壳上的供液口(7)连接；星轮轴上的供液通道与机壳上的供液口(7)滑动接触；当入口(6)与供液口(7)连通时，冷却液从每个槽道(3)对应的入口(6)通入槽道(3)，再通过槽道(3)进行引流，最后从每个槽道(3)对应的出口(2)喷入星轮-螺杆啮合副，当入口(6)离开供液口(7)区域时，相应的槽道(3)供液结束，实现星轮-螺杆啮合副的精准润滑。
2.根据权利要求1所述的单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造，其特征在于：每一组槽道(3)均包括延伸至星轮齿两侧不同高度的若干个槽道(3)，每个槽道(3)具有对应的出口(2)，多个出口(2)开设在星轮齿的两侧不同高度处。
3.根据权利要求1或2所述的单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造，其特征在于：所述的星轮本体沿垂直于轴向的平面分割为上、下两片，在上片或下片表面加工所述的槽道(3)，再将上、下两片星轮本体连接为整体。
4.一种如权利要求1所述的单螺杆压缩机星轮-螺杆啮合副喷液润滑构造的设计方法，其特征在于，计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围，供液口(7)的大小与星轮转角范围相对应进行开设，其中，所述计算星轮和螺杆啮合时的星轮转角范围包括如下步骤：
根据中心距A、螺杆直径d1、星轮直径d2、星轮齿宽b，按下式计算星轮齿宽半角δ：
Figure FDA0004048809040000021
当星轮齿后侧进入啮合区域时，按下式计算排气角α1：
Figure FDA0004048809040000022
式中，
Figure FDA0004048809040000023
按下式计算进气侧啮合角α'：
α'＝0.7α1；
按下式计算星轮转角α”：
α”＝α'-δ；
当星轮齿后侧任意一点离开啮合区域时，根据该点所处的与星轮同心的圆的直径d，按下式计算得到此时的星轮转角α：
Figure FDA0004048809040000024
通过几何关系推导得出星轮齿前侧进入啮合区域时对应的星轮转角α”'：
α”'＝α'+δ；
按下式计算星轮齿前侧任意一点离开啮合区域时的星轮转角α，d为该点所处的与星轮同心的圆的直径：
Figure FDA0004048809040000025
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