CN117948275A - 集成结构的螺杆气体压缩设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成结构的螺杆气体压缩设备，包括由中心腔体和至少两个周边腔体组成的多腔缸体、位于中心腔体和周边腔体内的中心螺杆和周边螺杆以及用于去掉中心螺杆和周边螺杆同步旋转的动力源，中心螺杆啮合齿和周边螺杆啮合齿动密封接触，且他们的齿顶面分别与多腔缸体内侧壁动密封，密封线将中心螺杆、周边螺杆和多腔缸体之间的空间分割为若干个独立的封闭空间，运转过程中各个封闭空间两端分别对应的与进气口和排气口连通，各个封闭空间的容积随中心螺杆和周边螺杆转动而分别发生周期性的变化，进而使得各个封闭空间交替吸气和排气，本发明提高了气体压缩设备的输气流量和设备的利用效率，减少了噪声，设备寿命长，效率高。

Description

集成结构的螺杆气体压缩设备

技术领域

本发明涉一种气体压缩设备，特别是指一种集成结构的螺杆气体压缩设备。

背景技术

目前广泛应用的气体压缩设备有容积式气体压缩设备和速度式气体压缩设备，其中，容积式气体压缩设备效率较高、目前用的较多的是双螺杆气体压缩设备和单螺杆气体压缩设备。

双螺杆气体压缩设备包括双螺杆鼓风机、双螺杆气体压缩机，它们的共同特点是：主机由一个“8”字形的气缸体8、阴螺杆9和阳螺杆10组成。

双螺杆气体压缩设备的一对阴、阳螺杆在气缸中互相啮合，形成封闭压缩腔体。螺杆转动时，这些封闭压缩腔体容积的大小会周期性连续变化，其中的气体就会得到压缩。

双螺杆气体压缩设备是一种容积式气体压缩设备，具有输气流量稳定、输气压力高、输气刚性好，运行效率高，环境适应性强，坚固耐用等一系列优势，双螺杆气体压缩设备在制冷、空调、化工、石油、矿山、冶金、建材、环保等各行各业中都获得了广泛的应用。

但是，双螺杆气体输送设备的一对阴、阳螺杆啮合在一起时，只能在两个螺杆之间形成容积有限的密闭的压缩腔体。在单位时间内，经过排气口的齿槽数有限，导致排气量受到了限制。虽然加宽、加深螺杆沟槽可以增加密闭的压缩腔体的容积，但加宽、加深螺杆沟槽受到了整体结构、螺杆强度的限制，许多产品已经达到了极限，因此提高双螺杆气体压缩设备的输气流量是一道难题。双螺杆气体压缩设备的一对阴、阳螺杆在气缸中运行时，对气缸容积的利用率很低。特别是在进气口一侧，有一部分气缸容积没有被利用。

所以，双螺杆气体压缩设备普遍存在输气流量偏小、体积偏大的问题。

且双螺杆气体压缩设备的一对阴、阳螺杆啮合在一起时，只能在两个螺杆之间形成一个压缩区，工作时，这一个压缩区的能量比较集中，其压力的周期性波动较大，引发的机械振动和噪声都比较大。

单螺杆气体压缩设备包括单螺杆鼓风机和单螺杆气体压缩机，单螺杆气体压缩设备内只有一根螺杆，它和对称布局的一对平面星轮在一个圆形气缸中运行。螺杆的螺槽、气缸、星轮之间构成多个可变的封闭容积，气体在封闭的容积中得到压缩。单螺杆气体压缩设备也是一种容积式气体压缩设备，其与双螺杆气体压缩设备性能相近，单螺杆气体压缩设备气缸利用率高，整机体积较小。

但单螺杆气体压缩设备的工作原理决定了螺杆和星轮必须互相垂直布局，于是螺杆和星轮之间的配合精度很难得到保证，而且螺杆和星轮之间存在机械摩擦，可靠性较差，转速不能太高，最终又丧失了体积优势，单杆气体压缩设备存在制造精度无法保证，装配性差，维修困难，泄漏难以控制，机械磨损快等诸多缺陷，因此，目前单螺杆气体压缩设备的市场份额很小。

离心式气体压缩设备效率高、体积小，但对工况的稳定性要求较高，当工况变化时，会导致效率明显下降甚至发生喘振等不稳定现象。因此离心式气体压缩设备在很多场合无法替代双螺杆气体输送设备。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种集成结构的螺杆气体压缩设备，该集成结构的螺杆气体压缩设备的气缸容积利用率高，有利于大流量的鼓风机和空气压缩机设计和制造。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，包括多腔缸体、中心螺杆、周边螺杆、进气口、排气口、同步齿轮组和动力源，中心螺杆圆周外沿形成有中心螺杆啮合齿，周边螺杆圆周外沿形成有周边螺杆啮合齿，多腔缸体两端设置有封闭端板，其特征在于：所述多腔缸体包括中心腔体和位于中心腔体外围的至少两个周边腔体，至少两个周边腔体与中心腔体连通而形成封闭花柱形桶体结构，中心螺杆能够转动的设置在中心腔体中，至少两根周边螺杆能够转动的设置在对应的周边腔体中，所述中心螺杆啮合齿的齿顶面与中心腔体内侧壁构成动态密封，周边螺杆啮合齿的齿顶面与周边腔体内侧壁构成动态密封，中心螺杆啮合齿与每一根周边螺杆的周边螺杆啮合齿相互啮合并构成动态密封，中心螺杆和所有周边螺杆的两端端面与设置在多腔缸体两端的端板之间构成动态密封，中心螺杆啮合齿与每一根周边螺杆的周边螺杆啮合齿之间的密封线将中心螺杆、周边螺杆和多腔缸体之间的空间分割为若干个独立的封闭空间，运转过程中各个封闭空间两端分别对应的与进气口和排气口连通，中心螺杆和所有的周边螺杆在动力源驱动下同步转动，各个封闭空间的容积随中心螺杆和周边螺杆转动而分别发生周期性的变化，进而使得各个封闭空间交替形成通过进气口吸气的吸气区和通过排气口排气的压缩区，所述多腔缸体内所有封闭空间都随着中心螺杆和周边螺杆连续转动而重复吸气、压缩、排气的循环过程。

容积由小变大的密封空间称作吸气区，容积由大变小的密封空间称作压缩区，吸气区和压缩区的数量与周边螺杆的数量相同，封闭空间作为吸气区时，其与自己对应的进气口连通，封闭空间作为压缩区时，其与自己对应的排气口连通。

动力源的动力可以由任一螺杆引入，然后可以通过同步齿轮组带动其它螺杆一同转动，也可以利用螺杆本身的啮合齿啮合进行动力传递。

由于中心螺杆和所有的周边螺杆形成的多个压缩区同时工作，同时压缩输送气体，相当于多台双螺杆气体输送设备在共同工作，输气量和气缸效率都能够得到大幅度的提升。

本发明的中心螺杆和两个以上的周边螺杆相配合，合力向外排气，同时又有完善的内压缩机制，在大幅度提升排气流量的同时，整机效率也有充分保证。

本发明的一种集成结构的螺杆气体压缩设备，由一个多腔缸体、一根中心螺杆和多根周边螺杆紧密集合而成，提高了气缸的利用率，体积小，成本低。

作为本发明的进一步改进，多个所述的进气口位于多腔缸体轴向的一端的边沿，且分布在中心腔体和周边腔体的交界处，多个所述的排气口位于多腔缸体轴向的另一端的边沿，且分布在中心腔体和周边腔体的交界处。

作为本发明的进一步改进，中心螺杆的啮合齿齿数大于各个周边螺杆的啮合齿齿数，每个周边螺杆与中心螺杆形成的各个压缩区的排气时点相互错开。

作为本发明的进一步改进，所述中心螺杆的啮合齿齿数比周边螺杆的啮合齿齿数的整数倍多一个。

合理设置中心螺杆的啮合齿齿数，或者精确安排每一个所述的周边腔体(包含其中的周边螺杆)，与中心腔体的相对位置，可以使得每个周边螺杆与中心螺杆形成的各个压缩区的排气时点等时差错开，使它们工作时的产生的排气压力峰值被依序均匀错开，可有效分散机械振动的能量，可最大限度地减少噪声。

作为本发明的进一步改进，所述周边腔体(包含其中的周边螺杆)为2个、3个、4个或更多个，各个周边腔体围绕于中心腔体(包含其中的中心螺杆)外围。

作为本发明的进一步改进，所述中心螺杆为阴螺杆，周边螺杆为阳螺杆；或者，所述中心螺杆为阳螺杆，周边螺杆为阴螺杆。

作为本发明的进一步改进，所述中心螺杆啮合齿的齿顶面与中心腔体内壁之间、周边螺杆啮合齿的齿顶面与周边腔体内壁之间、中心螺杆啮合齿与周边螺杆啮合齿之间以及中心螺杆和周边螺杆的两端端面与设置在多腔缸体两端的端板之间均通过0.002～0.1mm之间的间隙进行动密封。

作为本发明的进一步改进，各个压缩区都分别设有单独的进气口和排气口，各个压缩区能够通过并联连接实现大流量供气，或通过串联连接实现高气压供气，或通过混联连接形成满足不同流量和气压需求的特殊供气方式。

作为本发明的进一步改进，各个压缩区通过串联或混联工作时，它们之间的串联管道中还设有冷却器，冷却器能够对串联管道内的气体进行冷却，加入冷却器对气体进行冷却，可大幅度提升整机的运行效率，大幅节约动力能源。

本发明的有益效果是：本发明通过一根中心螺杆与多根周边螺杆同时都形成互相啮合的关系，中心螺杆啮合齿与每个周边螺杆上的啮合齿分别对应形成各自的压缩腔体，运转时，多个压缩区同时工作，相当于多台气体压缩设备同时向外输气，气体流量与双螺杆系统相比，获得大幅提升；大大提高了气体压缩设备的输气流量和设备的利用效率，将多个压缩区串联连接运行还可以实现高压输气，且本发明与多台双螺杆系统相比总体体积小，成本低；本发明通过合理设置中心螺杆的啮合齿齿数，或者精确安排每一个所述的周边腔体(包含其中的周边螺杆)与中心腔体的相对位置，可以使得每根周边螺杆与中心螺杆形成的各个压缩区的排气时点等时差错开，使它们工作时的产生的排气压力峰值被依序均匀错开，可有效分散机械振动的能量，可最大限度地减少噪声；且本发明要求的转速较低，运行时振动量小，有利于延长设备寿命，同时又进一步有利于大幅度减少运行噪音，本发明的压缩行程较短，气体泄漏量小，效率高。

附图说明

图1为现有技术中双螺杆气体压缩设备立体图；

图2为本发明的五螺杆气体压缩设备立体图；

图3为本发明的四螺杆气体压缩设备立体图；

图4为本发明的三螺杆气体压缩设备立体图；

图5为本发明各压缩区并联运行的连接图；

图6为本发明各压缩区串联运行的连接图；

图7为本发明各压缩区混联运行的连接图。

多腔缸体---1中心螺杆---2 周边螺杆---3

进气口---4 排气口---5 吸气区---6

压缩区---7 气缸体---8 阴螺杆---9

阳螺杆---10 中心腔体---11周边腔体---12

螺杆轴---13 中心螺杆啮合齿---14

周边螺杆啮合齿---15同步齿轮组---16

动力源---17冷却器---18

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的多个较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。

实施例1：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，包括横截面呈梅花形的多腔缸体1、一根具有阴性啮合齿(或阳性啮合齿)的中心螺杆2和四根具有阳性啮合齿(或阴性啮合齿)的周边螺杆3，如图2所示。一根中心螺杆2设置在中心腔体11中，能在中心腔体11中自由转动，四根周边螺杆3设置在对应的周边腔体12中，周边螺杆3能在各自的周边腔体12中自由转动。

动力由中心螺杆2的螺杆轴引入，通过同步齿轮组16带动其它螺杆一同转动。

一根中心螺杆2上的阴性啮合齿(或阳性啮合齿)与四根周边螺杆3上的阳性啮合齿(或阴性啮合齿)之间都形成互相啮合的关系，都在气缸中形成各自的压缩区7，相当于把四套双螺杆气体压缩设备集合成了一套设备。原本的四套双螺杆气体输送设备需要四套缸体、四根阳螺杆10、四根阴螺杆9，有四个排气口5和四个进气口4，形成四个压缩区7。而本发明只有一套缸体、一根中心螺杆2、四根周边螺杆3，同样有四个排气口5和四个进气口4，同样能形成四个压缩区7。五根螺杆运转时，相当于四套双螺杆气体压缩设备同时向外输气，气体流量与双螺杆系统相比，大幅提升。实现了流量大幅提升的效果。总体上体积小，成本低，效率高。

实施例2：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，包括由中心腔体11和三个周边腔体12组成的多腔缸体1、一根具有阴性啮合齿(或阳性啮合齿)的中心螺杆2和三根具有阳性啮合齿(或阴性啮合齿)的周边螺杆3，如图3所示。

一根中心螺杆2上的阴性啮合齿(或阳性啮合齿)与三根周边螺杆3上的阳性啮合齿(或阴性啮合齿)之间都形成互相啮合的关系，都形成各自的压缩区7，相当于把三套双螺杆气体压缩设备集合成了一套设备。

其工作原理、所具备的优势与实施例1相同。

实施例3：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，包括由中心腔体11和两个周边腔体12组成的多腔缸体1、一根具有阴性啮合齿(或阳性啮合齿)的中心螺杆2和两根具有阳性啮合齿(或阴性啮合齿)的周边螺杆3，如图4所示。

一根中心螺杆2上的阴性啮合齿(或阳性啮合齿)与两根周边螺杆3上的阳性啮合齿(或阴性啮合齿)之间都形成互相啮合的关系，都形成各自的压缩区7，相当于把两套双螺杆气体压缩设备集合成了一套设备。

其工作原理、所具备的优势与实施例1相同。

实施例4：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，其压缩区7的多个排气口5可以在结构上汇合成一个排气口5，也可以分别单独向外排气；该集成结构的螺杆气体压缩设备的多个进气口4，可以在结构上汇合成一个总的进气口4，也可以由多通道单独进气。

实施例5：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，其多个压缩区7并联运行，如图5所示。这时压缩输送气体的流量最大。

实施例6：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，其多个压缩区7串联运行，如图6所示。这时压缩输送气体的排气压力最大。

实施例7：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，其多个压缩区7串联运行时，串联的压缩区7之间设有冷却器18，冷却器18能够对压缩的气体进行冷却，大幅度提升整机的运行效率。

实施例8：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，其多个压缩区7混联运行，如图7所示。这时可满足一些特殊需求。

实施例9：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，其多个压缩区7混联运行时，串联的压缩区7之间设有冷却器18，冷却器18能够对压缩的气体进行冷却，大幅度提升整机的运行效率。

实施例10：一种种集成结构的螺杆气体压缩设备，“按照中心螺杆2的啮合齿齿数＝周边螺杆3整倍数+1”原则进行设置，每个周边螺杆3与中心螺杆2形成的各个压缩区7的排气时点相互错开。这样设置，可使每一根周边螺杆3与中心螺杆2形成的各个压缩区7的排气时点均匀错开，达到降低气流冲击强度和运行噪音的目的。

实施例11：一种集成结构的螺杆气体压缩设备，周边腔体12(周边螺杆3)呈非对称布局的方式分布于中心腔体11外围。能将每一根周边螺杆3与中心螺杆2形成的各个压缩腔的排气时点均匀错开，达到降低气流冲击强度和运行噪音的目的。

Claims (9)

1.一种集成结构的螺杆气体压缩设备，包括多腔缸体(1)、中心螺杆(2)、周边螺杆(3)、进气口(4)、排气口(5)、同步齿轮组(16)和动力源(17)，中心螺杆圆周外沿形成有中心螺杆啮合齿(14)，周边螺杆圆周外沿形成有周边螺杆啮合齿(15)，多腔缸体两端设置有封闭端板，其特征在于：所述多腔缸体包括中心腔体(11)和位于中心腔体外围的至少两个周边腔体(12)，至少两个周边腔体与中心腔体连通而形成封闭花柱形桶体结构，中心螺杆能够转动的设置在中心腔体中，至少两根周边螺杆能够转动的设置在对应的周边腔体中，所述中心螺杆啮合齿的齿顶面与中心腔体内侧壁构成动态密封，周边螺杆啮合齿的齿顶面与周边腔体内侧壁构成动态密封，中心螺杆啮合齿与每一根周边螺杆的周边螺杆啮合齿相互啮合并构成动态密封，中心螺杆和所有周边螺杆的两端端面与设置在多腔缸体两端的端板之间构成动态密封，中心螺杆啮合齿与每一根周边螺杆的周边螺杆啮合齿之间的密封线将中心螺杆、周边螺杆和多腔缸体之间的空间分割为若干个独立的封闭空间，运转过程中各个封闭空间两端分别对应的与进气口和排气口连通，中心螺杆和所有的周边螺杆在动力源驱动下同步转动，各个封闭空间的容积随中心螺杆和周边螺杆转动而分别发生周期性的变化，进而使得各个封闭空间交替形成通过进气口吸气的吸气区(6)和通过排气口排气的压缩区(7)，所述多腔缸体内所有封闭空间都随着中心螺杆和周边螺杆连续转动而重复吸气、压缩、排气的循环过程。

2.根据权利要求1所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：多个所述的进气口位于多腔缸体轴向的一端的边沿，且分布在中心腔体和周边腔体的交界处，多个所述的排气口位于多腔缸体轴向的另一端的边沿，且分布在中心腔体和周边腔体的交界处。

3.根据权利要求1或2所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：中心螺杆的啮合齿齿数大于各个周边螺杆的啮合齿齿数，每个周边螺杆与中心螺杆形成的各个压缩区的排气时点相互错开。

4.根据权利要求3所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：所述中心螺杆的啮合齿齿数比周边螺杆的啮合齿齿数的整数倍多一个。

5.根据权利要求1所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：所述周边腔体(包含其中的周边螺杆)为2个、3个、4个或更多个，各个周边腔体围绕于中心腔体(包含其中的中心螺杆)外围。

6.根据权利要求1所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：所述中心螺杆为阴螺杆，周边螺杆为阳螺杆；或者，所述中心螺杆为阳螺杆，周边螺杆为阴螺杆。

7.根据权利要求1所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：所述中心螺杆啮合齿的齿顶面与中心腔体内壁之间、周边螺杆啮合齿的齿顶面与周边腔体内壁之间、中心螺杆啮合齿与周边螺杆啮合齿之间以及中心螺杆和周边螺杆的两端端面与设置在多腔缸体两端的端板之间均通过0.002～0.1mm之间的间隙进行动密封。

8.根据权利要求1所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：各个压缩区都分别设有单独的进气口和排气口，各个压缩区能够通过并联连接实现大流量供气，或通过串联连接实现高气压供气，或通过混联连接形成满足不同流量和气压需求的特殊供气方式。

9.根据权利要求8所述的集成结构的螺杆气体压缩设备，其特征在于：各个压缩区通过串联或混联工作时，它们之间的串联管道中还设有冷却器(18)，冷却器能够对串联管道内的气体进行冷却。