CN116792329B - 整体齿轮式无油变频离心压缩机及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通用机械：非变容式泵，公开了一种整体齿轮式无油变频离心压缩机，包括永磁变频电机，设置于永磁变频电机一侧的整体式齿轮箱；永磁变频电机包括与整体式齿轮箱相连的驱动轴，固定设置在驱动轴上的转子，绕设于转子外的定子；整体式齿轮箱的箱体内设有与驱动轴相连的大齿轮转子以及与大齿轮转子啮合的两个位于大齿轮转子两侧的小齿轮转子；一个小齿轮转子的轮轴的两端均连接有叶轮，另一个小齿轮转子的轮轴仅一端连接有叶轮；整体式齿轮箱的箱体与机壳分体式连接；箱体、机壳均为四剖分式结构。本发明便于维修人员近距离检查，既能保证需维修处可全部维修到，还能避免维修位置仅处于小范围却仍需拆开太多或拆开后露出大范围的内部结构。

Description

整体齿轮式无油变频离心压缩机及其制备工艺

技术领域

本发明涉及通用机械：非变容式泵，具体涉及一种整体齿轮式无油变频离心压缩机及其制备工艺。

背景技术

离心式压缩机的原理是介质气体在高速旋转的叶轮叶片的离心力的作用下，被做功压缩，并将压缩机的机械能转换为气体的压力能和动能，从而产生具有一定压力和流量的气体供使用。由于我国工业生产水平和规模的发展和工业智能化在各行业的开展，特别是集成电路、电子半导体、医疗器械等尖端行业对洁净能源的需求，高压力、大流量、高性能的多轴离心式压缩机开始慢慢代替传统的单轴离心压缩机。所以目前高性能，无油污染，稳定性高的离心压缩机成为了新的需求方向。2019年4月李欢在《内燃机与配件》杂志上发表的论文《整体齿轮式无油离心压缩机的结构设计》一文中提到：整体齿轮式压缩机的独特设计实现了油气分离、高效率，低能耗以及强稳定性。其采用半开式叶轮，强度较高，能实现高速及大功率的运转，高效的三元流后弯叶轮，使得具有最优的参数设计，并且能提高叶轮出口的圆周速度来获得很大的压比。其采用水平剖分式整体齿轮箱，便于维修人员近距离检查齿轮及同样是水平剖分的轴承。但仍然不便于维修工作（比如其全部一个整体水平部分拆下而维修位置仅在比如水平部分的一半）。

公开号为CN112901520A的专利：一种带有进口导叶齿轮组装整体撬装式离心压缩机，包括齿轮上箱盖、齿轮下箱体、齿轮对组、轴承组、密封组、叶轮、蜗壳、进气机壳、进口导叶、进气管、排气管、联轴器、驱动电机、底座、润滑泵组、油冷却器、油过滤器及底座安装螺栓、螺母，(1)齿轮对组由大齿轮轴和小齿轮轴组成，大齿轮轴和小齿轮轴通过轴承的支撑安装在齿轮下箱体中；(2)齿轮上箱盖和下箱体通过中分面螺栓把合到一起；(3)叶轮安装到齿轮对组小齿轮轴一端，并用轴端锁母锁紧；(4)密封分别安装到蜗壳和齿轮箱上；(5)进口导叶安装到进气机壳上，并通过关节轴承和销固定；(6)进口管通过螺栓与进气机壳连接到一起；(7)齿轮箱、驱动电机通过螺栓安装到底座上；(8)润滑油泵组、油冷却器以及油过滤器通过螺栓安装固定到底座上。其采用整体撬装结构，结构紧凑，用户现场安装方便；改变以往压缩机组和润滑油系统两部分分别安装的方式；并且带有进口导叶，可以改变气体进入叶轮的流动角度，提高压缩机工作效率。其也存在不便于维修工作的问题（维修时既要保证需要维修的地方可以全部维修到，还要避免维修位置仅处于小范围时却仍需拆开太多或拆开后面临露出大范围的内部结构，整体撬装结构就会面临维修时将整个壳体或壳体的一半全拆下而露出大范围的内部结构，而实际维修时却仅仅局限于部分空间部分位置处）。公开号为CN202971272U的专利，其避免因传动壳体和齿轮箱体分开所带来的多次装配定位对中问题，有效地提高了传动的精度、系统的稳定性、机构的紧凑性和运行效率的高效性。但也存在不便维修的问题。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种整体齿轮式无油变频离心压缩机，便于维修人员近距离检查，既能保证需维修处可全部维修到，还能避免维修位置仅处于小范围时却仍需拆开太多或拆开后面临露出大范围的内部结构的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种整体齿轮式无油变频离心压缩机，包括永磁变频电机，设置于永磁变频电机一侧的整体式齿轮箱；

永磁变频电机包括与整体式齿轮箱相连的驱动轴，固定设置在驱动轴上的转子，绕设于转子外的定子，定子固定设置在机壳内壁上；

整体式齿轮箱的箱体内设有与驱动轴相啮合的大齿轮转子以及与大齿轮转子啮合的两个位于大齿轮转子两侧的小齿轮转子；一个小齿轮转子的轮轴的两端均连接有叶轮，另一个小齿轮转子的轮轴仅一端连接有叶轮；

整体式齿轮箱的箱体与机壳分体式连接；箱体、机壳均为四剖分式结构。四剖分式结构结合了水平剖分整体齿轮式无油离心压缩机和纵向剖分整体齿轮式无油离心压缩机机体的优势，既可以方便维修人员近距离检查，还能保证需维修处可全部维修到，还能避免维修位置仅处于小范围时却仍需拆开太多或拆开后面临露出大范围的内部结构的问题。

进一步的技术方案是，箱体由四部分构成且相邻两部分的连接面为竖直面或水平面；所述机壳由四部分构成且相邻两部分的连接面为竖直面或水平面。由于四剖分结构以箱体或机壳的竖直水平面作为切分面，根据维修需要可以仅拆开箱体或机壳的部分，既便于近距离检查，又避免拆开太多而露出许多无需维修的内部结构，避免维修时杂质等掉落于机体内部。

进一步的技术方案是，箱体与机壳的相邻部分可拆卸式连接；箱体其相邻部分可拆卸式连接；机壳其相邻部分可拆卸式连接。将箱体与机壳的相邻部分也设置为可拆卸式连接，如遇既需要维修齿轮箱，又需要维修永磁电机时可以将两者相邻的部分作为一个整体拆下，能够更好地适应维修的实际工况，提高了本设计的适应性。

进一步的技术方案为，箱体的四个组成部分和/或机壳的四个组成部分上设有观察口；与观察口适配密封设有固定的观察窗；

箱体的相邻部分、机壳的相邻部分、箱体与机壳的相邻部分均采用螺栓连接；箱体的相邻部分、机壳的相邻部分、箱体与机壳的相邻部分之间设有气封和油封。在箱体的四个组成部分和机壳的四个组成部分上设置密封固定的观察窗，也即将箱体或机壳的部分壳体设置成透明高强度玻璃，便于在出现问题时观察到机体内部情况，为到底拆除哪部分或哪些部分给予更好的决定支持。

进一步的技术方案为，大齿轮转子的轮轴一端超出箱体设置，轮轴的另一端一体设有用于增加转子刚性的延伸段，延伸段的长度与大齿轮转子轮面另一侧的轮轴部分的长度一致。由于柔性大的话对转子的稳定性和装配影响很大；所以要尽可能增加转子的刚性，在满足结构设计的前提下，尽可能缩短转子外悬臂端长度，但本发明采用逆向思维，不缩短其外悬臂端长度，在另一侧增设对称长度的延伸段，再配合支撑轴承，可以一样起到增加转子刚性的作用，还不影响转子轴的安装所需的长度要求。

进一步的技术方案为，箱体上设有用于增加转子刚性的支撑轴承，支撑轴承位于大齿轮转子其轮轴超出箱体的部分上；

位于箱体一侧设有驱动轴油泵壳体，驱动轴油泵壳体上设有与延伸段适配的支撑定位轴承；

支撑定位轴承包括固定部分和转动部分；固定部分上设有与驱动轴油泵壳体适配的定位止口。在延伸段上设置与主动轴（即驱动轴）油泵壳体的连接定位结构，在避免主轴悬臂端过长带来问题的同时还能方便安装定位。

进一步的技术方案为，叶轮上设有防止叶轮与箱体形环间隙过大或过小的调整机构。叶轮与形环之间的间隙大小将直接影响机组的性能或稳定性，形环间隙过大，旋转件内的气体内泄漏量就大，将影响机组的排气量及增加机组的功耗；形环间隙过小，有可能引起叶轮与形环间的刮碰，导致转子的动平衡破坏，影响机组的稳定性（因此现有技术在确定形环间隙时，需要充分考虑机组在工作状态下，叶轮旋转引起的叶片变形，转子在高温下的变形，轴承间隙以及安装间隙等多种因素，相当麻烦），通过设置形环间隙的调整机构，可以减少确定形环间隙的工时，节省相当多的人工，形环间隙只需采取预估值，靠形环间隙的调整机构去适应调整以避免旋转件内的气体内泄漏量大或转子动平衡被破坏的问题。

本发明还提供的技术方案为，制备整体齿轮式无油变频离心压缩机的工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：

S1：永磁变频电机的安装：将转子安装于驱动轴上，定子固定安装于机壳后将驱动轴通过轴承安装于永磁变频电机的机壳上；

S2：在整体式齿轮箱的箱体内安装大齿轮转子、小齿轮转子及叶轮；

S3：永磁变频电机的机壳与整体式齿轮箱的箱体内部结构安装到位后将箱体与机壳的各部分固定安装连接；

S4：在整体式齿轮箱的箱体一侧安装驱动轴油泵，将驱动轴油泵壳体上的支撑定位轴承安装至大齿轮转子的轮轴延伸段上。叶轮使用之前，还需要进行动平衡来减少不平衡量；每个叶轮需要做 115%的超速试验，来保证叶轮不会在使用过程中由于材料或者加工的微缺陷导致破损或者失效。

本发明的优点和有益效果在于：四剖分式结构结合了水平剖分整体齿轮式无油离心压缩机和纵向剖分整体齿轮式无油离心压缩机机体的优势，既可以方便维修人员近距离检查，还能保证需维修处可全部维修到，还能避免维修位置仅处于小范围时却仍需拆开太多或拆开后面临露出大范围的内部结构的问题。

由于四剖分结构以箱体或机壳的竖直水平面作为切分面，根据维修需要可以仅拆开箱体或机壳的部分，既便于近距离检查，又避免拆开太多而露出许多无需维修的内部结构，避免维修时杂质等掉落于机体内部。

将箱体与机壳的相邻部分也设置为可拆卸式连接，如遇既需要维修齿轮箱，又需要维修永磁电机时可以将两者相邻的部分作为一个整体拆下，能够更好地适应维修的实际工况，提高了本设计的适应性。

在箱体的四个组成部分和机壳的四个组成部分上设置密封固定的观察窗，也即将箱体或机壳的部分壳体设置成透明高强度玻璃，便于在出现问题时观察到机体内部情况，为到底拆除哪部分或哪些部分给予更好的决定支持。

由于柔性大的话对转子的稳定性和装配影响很大；所以要尽可能增加转子的刚性，在满足结构设计的前提下，尽可能缩短转子外悬臂端长度，但本发明采用逆向思维，不缩短其外悬臂端长度，在另一侧增设对称长度的延伸段，再配合支撑轴承，可以一样起到增加转子刚性的作用，还不影响转子轴的安装所需的长度要求。

在延伸段上设置与主动轴（即驱动轴）油泵壳体的连接定位结构，在避免主轴悬臂端过长带来问题的同时还能方便安装定位。

叶轮与形环之间的间隙大小将直接影响机组的性能或稳定性，形环间隙过大，旋转件内的气体内泄漏量就大，将影响机组的排气量及增加机组的功耗；形环间隙过小，有可能引起叶轮与形环间的刮碰，导致转子的动平衡破坏，影响机组的稳定性，通过设置形环间隙的调整机构，可以减少确定形环间隙的工时，节省相当多的人工，形环间隙只需采取预估值，靠形环间隙的调整机构去适应调整以避免旋转件内的气体内泄漏量大或转子动平衡被破坏的问题。

附图说明

图1是本发明一种整体齿轮式无油变频离心压缩机实施例一的示意图；

图2是图1中A部分的局部放大示意图；

图3是图1中B部分的局部放大示意图；

图4是图1去除永磁变频电机后的示意图；

图5是图1的右视图顺时针旋转90°后的示意图；

图6是本发明实施例二中叶轮与形环配合的结构示意图；

图7是图6中C部分的局部放大示意图；

图8是图6的俯视图；

图9是图8中D部分的局部放大示意图；

图10是图9中的容置槽去除其内的弹性边缘后的示意图。

图中：1、永磁变频电机；2、箱体；3、驱动轴；4、大齿轮转子；5、小齿轮转子；6、叶轮；7、延伸段；8、支撑轴承；9、驱动轴油泵壳体；10、支撑定位轴承；11、形环；12、导风凹槽；13、弹性片；14、容置槽；15、弹性边缘；16、开槽；17、观察窗。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例

如图1至图5所示，本发明是一种整体齿轮式无油变频离心压缩机，包括永磁变频电机1，设置于永磁变频电机1一侧的整体式齿轮箱；永磁变频电机1包括与整体式齿轮箱相连的驱动轴3，固定设置在驱动轴3上的转子，绕设于转子外的定子，定子固定设置在机壳内壁上；整体式齿轮箱的箱体2内设有与驱动轴3相啮合的大齿轮转子4以及与大齿轮转子4啮合的两个位于大齿轮转子4两侧的小齿轮转子5；一个小齿轮转子5的轮轴的两端均连接有叶轮6，另一个小齿轮转子5的轮轴仅一端连接有叶轮6；整体式齿轮箱的箱体2与机壳分体式连接；箱体2、机壳均为四剖分式结构。箱体2由四部分构成且相邻两部分的连接面为竖直面或水平面；所述机壳由四部分构成且相邻两部分的连接面为竖直面或水平面。箱体2与机壳的相邻部分可拆卸式连接；箱体2其相邻部分可拆卸式连接；机壳其相邻部分可拆卸式连接。箱体2的四个组成部分和机壳的四个组成部分上设有观察口；与观察口适配密封设有固定的观察窗17；箱体2的相邻部分、机壳的相邻部分、箱体2与机壳的相邻部分均采用螺栓连接；箱体2的相邻部分、机壳的相邻部分、箱体2与机壳的相邻部分之间设有气封和油封。大齿轮转子4的轮轴一端超出箱体2设置，轮轴的另一端一体设有用于增加转子刚性的延伸段7，延伸段7的长度与大齿轮转子4轮面另一侧的轮轴部分的长度一致。箱体2上设有用于增加转子刚性的支撑轴承8，支撑轴承8位于大齿轮转子4其轮轴超出箱体2的部分上；位于箱体2一侧设有驱动轴油泵壳体9，驱动轴油泵壳体9上设有与延伸段7适配的支撑定位轴承10；支撑定位轴承10包括固定部分和转动部分；固定部分上设有与驱动轴油泵壳体9适配的定位止口。叶轮6上设有防止叶轮6与箱体2形环11间隙过大或过小的调整机构。

制备整体齿轮式无油变频离心压缩机的工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：

S1：永磁变频电机1的安装：将转子安装于驱动轴3上，定子固定安装于机壳后将驱动轴3通过轴承安装于永磁变频电机1的机壳上；

S2：在整体式齿轮箱的箱体2内安装大齿轮转子4、小齿轮转子5及叶轮6；

S3：永磁变频电机1的机壳与整体式齿轮箱的箱体2内部结构安装到位后将箱体2与机壳的各部分固定安装连接；

S4：在整体式齿轮箱的箱体2一侧安装驱动轴3油泵，将驱动轴油泵壳体9上的支撑定位轴承10安装至大齿轮转子4的轮轴延伸段7上。

一般设计为避免主轴悬臂端过长（本方案反其道而行之），在另一侧设置对称长度延伸段，两悬臂段设置支撑轴承。另外，在延伸段上设置与主动轴油泵壳体的连接定位结构（凸起及适配的凹槽），在避免主轴悬臂端过长带来问题的同时还能方便安装定位。

实施例

与实施例一的不同在于，如图6至图10所示（为便于图示，图8至图10仅示出一个导风凹槽、一个容置槽及两根弹性边缘），调整机构由形环11的内壁上设置的导风凹槽12、叶轮6轮面上设置的弹性片13、与叶轮6轮面固定连接的弹性边缘15构成；导风凹槽12的一个槽口面向叶轮6（另一个槽口一般设置为面向旋转件内的气体内泄漏方向），叶轮6轮面上的弹性片13设有若干个，若干个弹性片13以叶轮6中心为中心环形阵列设置，弹性片13依靠其自身的弹性弯曲收缩在叶轮6轮面边缘一圈设置的容置槽14内。叶轮6轮面的边缘采用与叶轮6轮面固定连接的弹性边缘体，弹性边缘15其面向叶轮6轮面的一面与叶轮6轮面固定相连，弹性边缘15其两侧边与叶轮6轮面设有一定间距（也即在叶轮6轮面的周圈设置若干个开槽16，弹性边缘15固定连接在开槽16的槽底壁上，这样当形环11间隙过小时，触碰到弹性边缘15，弹性边缘15有一定的收缩空间）。

若形环间隙过大，旋转件内的气体内泄漏量就大，则将叶轮上的结构（弹性片13）吹出来弥补形环间隙；若形环间隙过小，触碰到弹性边缘15，则收缩一部分。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.整体齿轮式无油变频离心压缩机，其特征在于，包括永磁变频电机，设置于永磁变频电机一侧的整体式齿轮箱；

永磁变频电机包括与整体式齿轮箱相连的驱动轴，固定设置在驱动轴上的转子，绕设于转子外的定子，定子固定设置在机壳内壁上；

整体式齿轮箱的箱体内设有与驱动轴相啮合的大齿轮转子以及与大齿轮转子啮合的两个位于大齿轮转子两侧的小齿轮转子；一个小齿轮转子的轮轴的两端均连接有叶轮，另一个小齿轮转子的轮轴仅一端连接有叶轮；

整体式齿轮箱的箱体与机壳分体式连接；箱体、机壳均为四剖分式结构；

还包括防止叶轮与箱体形环间隙过大或过小的调整机构；

调整机构由形环的内壁上设置的导风凹槽、叶轮轮面上设置的弹性片、与叶轮轮面固定连接的弹性边缘构成；导风凹槽的一个槽口面向叶轮，另一个槽口设置为面向旋转件内的气体内泄漏方向，叶轮轮面上的弹性片设有若干个，若干个弹性片以叶轮中心为中心环形阵列设置，弹性片依靠其自身的弹性弯曲收缩在叶轮轮面边缘一圈设置的容置槽内；叶轮轮面的边缘采用与叶轮轮面固定连接的弹性边缘体，弹性边缘其面向叶轮轮面的一面与叶轮轮面固定相连，弹性边缘其两侧边与叶轮轮面设有一定间距，这样当形环间隙过小时，触碰到弹性边缘，弹性边缘有一定的收缩空间；若形环间隙过大，旋转件内的气体内泄漏量就大，则将叶轮上的弹性片吹出来弥补形环间隙；若形环间隙过小，触碰到弹性边缘，则收缩一部分。

2.根据权利要求1所述的整体齿轮式无油变频离心压缩机，其特征在于，所述箱体由四部分构成且相邻两部分的连接面为竖直面或水平面；所述机壳由四部分构成且相邻两部分的连接面为竖直面或水平面。

3.根据权利要求2所述的整体齿轮式无油变频离心压缩机，其特征在于，箱体与机壳的相邻部分可拆卸式连接；箱体其相邻部分可拆卸式连接；机壳其相邻部分可拆卸式连接。

4.根据权利要求3所述的整体齿轮式无油变频离心压缩机，其特征在于，所述箱体的四个组成部分和/或机壳的四个组成部分上设有观察口；与观察口适配密封设有固定的观察窗；

箱体的相邻部分、机壳的相邻部分、箱体与机壳的相邻部分均采用螺栓连接；箱体的相邻部分、机壳的相邻部分、箱体与机壳的相邻部分之间设有气封和油封。

5.根据权利要求4所述的整体齿轮式无油变频离心压缩机，其特征在于，所述大齿轮转子的轮轴一端超出箱体设置，轮轴的另一端一体设有对称长度的延伸段以用于增加转子刚性。

6.根据权利要求5所述的整体齿轮式无油变频离心压缩机，其特征在于，所述箱体上设有用于增加转子刚性的支撑轴承，支撑轴承位于大齿轮转子其轮轴超出箱体的部分上；

位于箱体一侧设有驱动轴油泵壳体，驱动轴油泵壳体上设有与延伸段适配的支撑定位轴承；

支撑定位轴承包括固定部分和转动部分；固定部分上设有与驱动轴油泵壳体适配的定位止口。

7.制备如权利要求6所述整体齿轮式无油变频离心压缩机的工艺，其特征在于，包括如下依次进行的工艺步骤：

S1：永磁变频电机的安装：将转子安装于驱动轴上，定子固定安装于机壳后将驱动轴通过轴承安装于永磁变频电机的机壳上；

S2：在整体式齿轮箱的箱体内安装大齿轮转子、小齿轮转子；

S3：永磁变频电机的机壳与整体式齿轮箱的箱体内部结构安装到位后将箱体与机壳的各部分固定安装连接；

S4：在整体式齿轮箱的箱体一侧安装驱动轴油泵，将驱动轴油泵壳体上的支撑定位轴承安装至大齿轮转子的轮轴延伸段上。