CN116066366A - 一种轴向力平衡结构及应用该结构的双级螺杆压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轴向力平衡结构及应用该结构的双级螺杆压缩机，涉及压缩机技术领域。其中，一种轴向力平衡结构，包括排气侧轴承座、机体及转子，所述排气侧轴承座上开设有供油孔，所述机体上开设有吸气口；所述转子轴向两侧分别开设有排气侧油孔和吸气侧油孔，所述排气侧油孔和所述吸气侧油孔分别连通所述供油孔和所述吸气口，且所述转子内部还开设有内部油路。以及一种双级螺杆压缩机，应用了上述轴向力平衡结构。基于本发明的技术方案，不仅能扩宽压缩机的高压使用范围，而且能减少轴向轴承数量，有助于压缩机结构的紧凑化，节约压缩机成本，还降低了压缩机油泵功耗，提升了压缩机工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种轴向力平衡结构及应用该结构的双级螺杆压缩机。
背景技术
螺杆压缩机由于其结构简单、可靠性高、可带液混输等多种优势在多领域得到广泛应用。为了提升双螺杆压缩机的适用压力范围，人们提出了单机双级螺杆压缩机以及最新的同轴直驱双级螺杆压缩机(同轴直驱，就是指两级螺杆转子共用一根主轴，通过主轴实现联动，两级之间没有布置承受径向力的圆柱滚子轴承和承受轴向力的角接触球轴承)。但这两者的常规结构均受到从高压级向低压级的轴向力。更大的轴向力需要更大的轴承，而轴承大小又受到转子中心距的限制。
现有授权公告号为CN112746958B的发明专利公开了一种燃料电池用双螺杆压缩膨胀一体机，高压孔口均设置在靠近机体中间的位置，低压孔口均设置在机体两端；压缩机阴转子和膨胀机阳转子同轴连接并固定，压缩机阳转子和膨胀机阴转子也通过转子轴连接，但压缩机阳转子与转子轴固定，而膨胀机阴转子与转子轴间隙配合，存在相互滑动；膨胀机低压侧与电机相连。在其技术方案中，利用了压缩机转子与膨胀机转子受力的平衡作用，有效降低了轴承的载荷，减少了轴承的功耗损失，解决了膨胀机低负荷时回收功少的问题。但是，该技术方案虽然能平衡轴向力，但其仅适用于压缩膨胀一体机。
另有授权公告号为CN110206729B的发明专利公开了一种具有气体止推轴承的自平衡轴向力四螺杆机械装置，该机械装置采用对称设置的螺纹旋向相反的四个螺杆，同一个壳体内的螺杆两两啮合，不同壳体上的在同一轴上的螺杆螺纹旋向相反，使得机械装置在正常运行过程中，两个转子上的轴向力基本抵消，实现轴向力的自平衡；每一个轴上设置有两个对称的止推轴承，使得每个轴上剩余的轴向力能够通过两个对称的止推轴承承受，承担绝对值较小的未能完全自平衡的轴向力。该技术方案采用相同的两对转子来平衡轴向力，也不适用于同轴直驱以及单机双级螺杆压缩机。
此外，授权公告号为CN205937114U的实用新型专利公开了一种阳转子对称布置的螺杆压缩机，包括：两个阳转子和两个阴转子，两个阳转子同轴固定联接设置且两个阳转子各自具有吸气端和排气端，两个阳转子各自的吸气端互相连接或者各自的排气端互相连接，以使得在螺杆压缩机运转时沿轴向方向分别产生在两个阳转子上的作用力相互抵消；两个阴转子，两个阴转子分别与两个阳转子对应啮合设置。该技术方案只能平衡阳转子的轴向力，并不能平衡阴转子轴向力。
根据上述内容可知，如何同时满足同轴直驱以及单机双级螺杆压缩机的轴向力平衡需求，是当下亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种轴向力平衡结构及应用该结构的双级螺杆压缩机，用于解决轴向力平衡的问题，使其同时满足同轴直驱和单机双级螺杆压缩机的使用需求。
本发明一方面提供一种轴向力平衡结构，包括排气侧轴承座、机体及转子，所述排气侧轴承座上开设有供油孔，所述机体上开设有吸气口；所述转子轴向两侧分别开设有排气侧油孔和吸气侧油孔，所述排气侧油孔和所述吸气侧油孔分别连通所述供油孔和所述吸气口，且所述转子内部还开设有用于连通所述排气侧油孔与所述吸气侧油孔的内部油路。
在一个实施方式中，所述转子包括阳转子及阴转子；所述排气侧油孔包括：
阳转子排气侧油孔，设置于所述阳转子上，并与所述供油孔连通；以及
阴转子排气侧油孔，设置于所述阴转子上，并与所述供油孔连通。
在一个实施方式中，所述供油孔包括：
阳侧供油孔，与所述阳转子排气侧油孔连通；以及
阴侧供油孔；与所述阴转子排气侧油孔连通。
在一个实施方式中，所述内部油路包括：
阳转子内部油路，设置于所述阳转子内部，并与所述阳转子排气侧油孔连通；以及
阴转子内部油路，设置于所述阴转子内部，并与所述阴转子排气侧油孔连通。
在一个实施方式中，所述吸气侧油孔包括：
阳转子吸气侧油孔，设置于阳转子上，并连通所述阳转子内部油路；以及
阴转子吸气侧油孔，设置于阴转子上，并连通所述阴转子内部油路。
在一个实施方式中，所述阳转子吸气侧油孔和所述阴转子吸气侧油孔均与所述吸气口连通。
在一个实施方式中，所述转子上套设有平衡活塞，所述平衡活塞靠近机体的一侧与径向排气口的阴阳转子齿间容积连通。
在一个实施方式中，所述平衡活塞包括：
阳转子平衡活塞，套设于阳转子上，并位于阳转子排气侧轴承靠近所述机体的一侧；以及
阴转子平衡活塞，套设于阴转子上，并位于阴转子排气侧轴承靠近所述机体的一侧。
在一个实施方式中，所述阳转子平衡活塞和所述阴转子平衡活塞上均设有用于密封其与所述排气侧轴承座之间间隙的密封部。
本发明另一方面提供一种双级螺杆压缩机，包括上述轴向力平衡结构。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：通过该轴向力平衡结构，减小转子所受轴向力，不仅能扩宽压缩机的高压使用范围，使其同时满足同轴直驱和单机双级螺杆压缩机的使用需求，而且能减少轴向轴承数量，有助于压缩机结构的紧凑化，节约压缩机成本，此外还降低了压缩机油泵功耗，提升了压缩机工作效率。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明一个实施例中轴向力平衡结构的整体示意图；
图2是本发明一个实施例中阳转子平衡活塞的结构示意图；
图3是本发明一个实施例中转子的受力分析示意图。
附图标记：1、排气侧轴承座；2、机体；3、阳转子；4、阴转子；5、阳转子排气侧轴承；6、阴转子排气侧轴承；7、阳转子吸气侧轴承；8、阴转子吸气侧轴承；9、阳侧供油孔；10、阴侧供油孔；11、阳转子排气侧油孔；12、阴转子排气侧油孔；13、阳转子内部油路；14、阴转子内部油路；15、阳转子平衡活塞；16、阴转子平衡活塞；17、密封部；18、阳转子吸气侧油孔；19、阴转子吸气侧油孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行清楚、完整地描述。
参见附图1，一种轴向力平衡结构，主要用于压缩机内部转子的轴向力平衡，其包括排气侧轴承座1、机体2以及设置于排气侧轴承座1与机体2之间的转子。其中，转子两端通过轴承分别与排气侧轴承座1及机体2形成转动配合。
上述排气侧轴承座1上开设有供油孔，机体2上开设有吸气口(图中未示出，可与常规压缩机上吸气口保持一致)；转子轴向两侧分别开设有排气侧油孔和吸气侧油孔，排气侧油孔和吸气侧油孔分别连通上述供油孔和吸气口，且转子内部还开设有用于连通排气侧油孔与吸气侧油孔的内部油路。
实际工作中，润滑油从供油孔注入，其中一部分用于润滑排气侧轴承，并通过回油油路流出，另一部分进入排气侧油孔，然后通过上述内部油路流通至吸气侧轴承，然后随吸气气流进入转子一起被压缩，最终从压缩机排气侧随气体排出。应注意的是，压缩机内部回油油路属于本领域的现有技术，也并非本发明阐述的重点，在此不多赘述。
参见附图1，本实施例中，上述转子包括阳转子3和阴转子4。阳转子3一端通过阳转子排气侧轴承5与排气侧轴承座1形成转动配合，另一端通过阴转子4阴转子吸气侧轴承8与机体2形成转动配合。类似的，阴转子4两端则分别设有阴转子排气侧轴承6和阴转子4阴转子吸气侧轴承8，用于安装阴转子4并实现其灵活转动。
上述供油孔可设置两个，分别为阳侧供油孔9和阴侧供油孔10。对应的，上述排气侧油孔也设置两个，其包括设置于阳转子3上的阳转子排气侧油孔11以及设置于阴转子4上的阴转子排气侧油孔12，阳转子排气侧油孔11与阳侧供油孔9连通，阴转子排气侧油孔12则与阴侧供油孔10连通；如此，润滑油一部分通过阳侧供油孔9注入，并进入阳转子排气侧油孔11；另一部分则通过阴侧供油孔10注入，并进入阴转子排气侧油孔12。
另一实施例中，供油孔也可以只设置一个，使得润滑油在供油孔处分流，然后分别流入阳转子排气侧油孔11和阴转子排气侧油孔12。
同时，上述内部油路包括设置于阳转子3内部的阳转子内部油路13以及设置于因转子内部的阴转子内部油路14。对应的，上述吸气侧油孔包括设置于阳转子3上的阳转子吸气侧油孔18以及设置于阴转子4上的阴转子吸气侧油孔19。
本实施例中，阳转子内部油路13可沿阳转子3轴向延伸，其两端分别连通上述阳转子排气侧油孔11及阳转子吸气侧油孔18；如此，润滑油在经阳侧供油孔9进入阳转子排气侧油孔11后，将沿阳转子内部油路13流动至阳转子吸气侧油孔18。类似的，阴转子内部油路14可沿阴转子4轴向延伸，其两端分别连通阴转子排气侧油孔12及阴转子吸气侧油孔19，使得润滑油在经阴侧供油孔10注入后，将通过阴转子排气侧油孔12及阴转子内部油路14流动至阴转子吸气侧油孔19。
另一实施例中，上述阳转子内部油路13和阴转子内部油路14也可以设置在压缩机机体上，只需确保润滑油能够流动至阳转子吸气侧油孔18和阴转子吸气侧油孔19即可，即只需满足润滑油能够流动至吸气口位置即可。
本实施例中，不同于常规的压缩机，上述阳转子吸气侧油孔18及阴转子吸气侧油孔19处均无密封结构，使得阳转子吸气侧油孔18及阴转子吸气侧油孔19均连通机体2上的吸气口。如此，流动至阳转子吸气侧油孔18和阴转子吸气侧油孔19处的润滑油将直接漏到吸气口；随着压缩机工作并吸气，润滑油将随吸气气流一起进入转子内部并被压缩，最终随吸气气流从压缩机排气侧排出。
参见附图1-2，为进一步实现轴向力平衡，转子上还设置有平衡活塞。具体的，平衡活塞包括阳转子平衡活塞15以及阴转子平衡活塞16。其中，阳转子平衡活塞15套设于阳转子3上，并位于阳转子排气侧轴承5靠近机体2的一侧，且阳转子平衡活塞15靠近机体2的一侧与径向排气口的阴阳转子齿间容积(图中未示出)连通。类似的，阴转子平衡活塞16套设于阴转子4上，并位于阴转子排气侧轴承6靠近机体2的一侧，且阴转子平衡活塞16靠近机体2的一侧同样与上述阴阳转子齿间容积连通。
本实施例中，以阳转子平衡活塞15为例，由于阳转子平衡活塞15左侧连通阳转子排气侧轴承5所在腔室，而其右侧连通阴阳转子齿间容积，故阳转子平衡活塞15左侧所受压力等同于阳转子排气侧轴承5处的油压，而其右侧所受压力等同于上述阴阳转子齿间容积内的气压，即排气压力。类似的，阴转子平衡活塞16左右两侧所受压力同样分别为油压和排气压力。
同时，为确保阳转子平衡活塞15和阴转子平衡活塞16两侧所受压力分别为油压和排气压力，阳转子平衡活塞15和阴转子平衡活塞16上均设置有密封部17。
本实施例中，阳转子平衡活塞15和阴转子平衡活塞16上的密封部17可以采用相同结构。以阳转子平衡活塞15为例，上述密封部17可以采用直接成型于阳转子平衡活塞15周侧的梳齿密封结构，且梳齿的数量至少为3个，以保证密封效果。
另一实施例中，上述密封部17也可以采用与阳转子平衡活塞15和阴转子平衡活塞16分离设置的O型圈，即通过在阳转子平衡活塞15、阴转子平衡活塞16与排气侧轴承座1内壁的间隙处设置O型圈，来实现密封。
如此，密封部17能够有效密封排气侧轴承座1内壁与阳转子平衡活塞15及阴转子平衡活塞16之间的间隙，防止阳转子平衡活塞15及阴转子平衡活塞16右侧的气体泄漏到对应的轴承位置。
为验证本实施例中转子所受轴向力的平衡效果，本实施例对转子工作中所承受的轴向力进行了受力分析。
如图3所示，本实施例中，转子(包括阳转子3及阴转子4)一共受到6个轴向方向的力；F1为平衡活塞(阳转子平衡活塞15及阴转子平衡活塞16)右侧高压气体(排气压力)对转子向左的推力；F2为排气侧轴承(包括阳转子排气侧轴承5及阴转子排气侧轴承6)处低压油对转子向右的推力；F3为排气过程中高压气体对转子向右的推力；F4为阴阳转子齿间容积中的气体对阳转子3的向左的推力，F5为阴阳转子齿间容积中的气体对阴转子4向右的推力，F4与F5大小相似，方向相反，可以认为二者相互抵消；F6为吸气气体对转子向左的推力；因此，该模型中转子所受轴向力为F2+F3-F1-F6。
类似的，在未设置平衡活塞的常规压缩机中，转子轴向受力为F2+F3-F6，即相较于无平衡活塞的常规压缩机，本实施例中转子所承受的轴向力减小了F1。
而在设置有平衡活塞的常规压缩机中，转子所承受的轴向力为F2+F3-F1-F6。但常规压缩机即使设置有平衡活塞，由于其常规油路结构中排气侧轴承的润滑油会回到阳转子3刚开始压缩段，即油压至少大于阳转子3刚开始压缩时的压力，这会导致F2较大，故相较于设置有平衡活塞的常规压缩机，本实施例所提供的轴向力平衡结构也能降低转子所受轴向力。
因此，利用本实施例所提供的轴向力平衡结构，不仅能使得供油压力下降，还能平衡大部分轴向力，而且能降低油泵功耗。并且，由于本实施例中润滑油会随吸气气流进入阴阳转子齿间容积，低压油经过转子内部时还对转子有一定的冷却作用。
本发明还提供了一种双级螺杆压缩机，其包括上述轴向力平衡结构。具体的，该双级螺杆压缩机可以为单机双级螺杆压缩机，也可以为同轴直驱双级螺杆压缩机。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种轴向力平衡结构，包括排气侧轴承座、机体及转子，其特征在于，所述排气侧轴承座上开设有供油孔，所述机体上开设有吸气口；所述转子轴向两侧分别开设有排气侧油孔和吸气侧油孔，所述排气侧油孔和所述吸气侧油孔分别连通所述供油孔和所述吸气口，且所述转子内部还开设有用于连通所述排气侧油孔与所述吸气侧油孔的内部油路。
2.根据权利要求1所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述转子包括阳转子及阴转子；所述排气侧油孔包括：
阳转子排气侧油孔，设置于所述阳转子上，并与所述供油孔连通；以及
阴转子排气侧油孔，设置于所述阴转子上，并与所述供油孔连通。
3.根据权利要求2所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述供油孔包括：
阳侧供油孔，与所述阳转子排气侧油孔连通；以及
阴侧供油孔；与所述阴转子排气侧油孔连通。
4.根据权利要求2或3所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述内部油路包括：
阳转子内部油路，设置于所述阳转子内部，并与所述阳转子排气侧油孔连通；以及
阴转子内部油路，设置于所述阴转子内部，并与所述阴转子排气侧油孔连通。
5.根据权利要求4所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述吸气侧油孔包括：
阳转子吸气侧油孔，设置于阳转子上，并连通所述阳转子内部油路；以及
阴转子吸气侧油孔，设置于阴转子上，并连通所述阴转子内部油路。
6.根据权利要求5所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述阳转子吸气侧油孔和所述阴转子吸气侧油孔均与所述吸气口连通。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述转子上套设有平衡活塞，所述平衡活塞靠近机体的一侧与径向排气口的阴阳转子齿间容积连通。
8.根据权利要求7所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述平衡活塞包括：
阳转子平衡活塞，套设于阳转子上，并位于阳转子排气侧轴承靠近所述机体的一侧；以及
阴转子平衡活塞，套设于阴转子上，并位于阴转子排气侧轴承靠近所述机体的一侧。
9.根据权利要求8所述的轴向力平衡结构，其特征在于，所述阳转子平衡活塞和所述阴转子平衡活塞上均设有用于密封其与所述排气侧轴承座之间间隙的密封部。
10.一种双级螺杆压缩机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述轴向力平衡结构。
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| CN117249089A (zh) * | 2023-11-17 | 2023-12-19 | 山东天瑞重工有限公司 | 一种螺杆压缩机轴向力调节装置 |
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2022
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| CN117249089B (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-23 | 山东天瑞重工有限公司 | 一种螺杆压缩机轴向力调节装置 |
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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