CN1243915C - 注水式螺杆压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种注水式螺杆压缩机，包括一个具有一个机壳(7)的压缩机部件(2)，该机壳(7)围绕着一个气压室(8)，在该气压室(8)内安装有两个转子(9，10)，所述转子借助于一个轴端(13，14；15，16)被水润滑滑动轴承(1)支承在所述机壳(7)内，一个电动机(3)，该电动机(3)包括一个外壳(18)，该外壳(18)将一个定子(19)支承在其内部，该定子(19)环绕着一个具有一根转子轴(22)的转子(21)。其中一个转子(9)的一个轴端(13)被直接连接到电动机(3)的转子轴(22)上或者与该转子轴(22)形成为一个零件，所述转子轴位于所述轴端的延长部分上。电动机(3)的转子轴(22)被支承在至少一个水润滑滑动轴承(23)内。

Description

注水式螺杆压缩机
技术领域
本发明涉及一种注水式螺杆压缩机，包括一个具有一机壳的压缩机部件，该机壳形成一个气压室的边界，该气压室内装有两个转子，以及一个用于驱动该压缩机部件的电动机。
背景技术
人们常常选择注水式螺杆压缩机，更胜于选择注油或者无油式螺杆压缩机。
对于注油式螺杆压缩机，所产生的空气事实上不会没有油。
对于传统的无油式螺杆压缩机，其不注射润滑液，压缩机部分被通过一个采用油润滑的齿轮箱连接到电动机上，转子的旋转速度较高。
与这种传统的无油式螺杆压缩机相比，注水式螺杆压缩机具有许多优点。首先，在一个阶段就能获得高达15巴的出口压力，而不是在两个或者三个阶段。因而，压缩机可以更加降低成本和使结构更紧凑。而且，由于工作温度较低，冷却器可能就足够了，使之比传统的无油式螺杆压缩机更加简单。再者，注水式螺杆压缩机具有产生的噪音更低和效率更高的优点。另外，由于没有用油或者油脂，就无需额外的维护，压缩机也更加环保，因为没有废油或油脂。
采用注水式螺杆压缩机，为了冷却、密封和润滑转子，水被注射到转子上，其中凸形转子直接驱动凹形转子。
显然，在此应用中，“水”不必要意味着100％的纯水。水中可以包括添加剂，比如防锈剂和/或凝固点降低剂。
水也可被注射以用来润滑滑动轴承，凸形转子和凹形转子的轴端被这些滑动轴承支承。
在气压室内，空气被压缩并被与水一起排出到出口。气-水混合物然后被输送到一个容器/脱水器，在这里大部分的水被分离。水被收集在该容器内并位于底部，压缩空气被输送到顶部。
在这些压缩机之间，由于水具有较低的粘性和较高的热容量，则注水式螺杆压缩机的速度范围要比注油式螺杆压缩机的高些。假如一台注水式螺杆压缩机将被一台电动机直接驱动，则该电动机就应该必须比一台注油式螺杆压缩机的电动机运转得快，这就带来电动机的支承问题和电动机的冷却问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种注水式螺杆压缩机，它解决了上述问题并允许直接驱动而无需齿轮箱，结果，所述压缩机就变得结构更加紧凑和成本更低。
为实现此目的，本发明的注水式螺杆压缩机包括一个具有一个机壳的压缩机部件，该机壳形成一个气压室的边界，该气压室内装有一个凸形转子和一个凹形转子，所述转子的轴端被水润滑轴承支承在机壳内，一个用于驱动所述压缩机部件的电动机，该电动机包括一个外壳，其内装有一个定子，该定子围绕着一个具有一根转子轴的转子，一根被连接到该气压室的压力管道，一个容器，其也是压力管道上的一个脱水器，以及一根位于所述容器与气压室之间的回水管道，其特征在于，所述转子之一的一个轴端被直接连接到所述电动机的转子轴上或者与所述电动机的转子轴形成为一个零件，所述转子轴位于所述轴端的延长部分上，而且所述电动机的转子轴被至少一个水润滑滑动轴承支承。
所述压缩机部件的轴被直接连接，换言之，即没有齿轮传动，从而传动比为1/1，或者与位于其延长部分上的电动机轴形成为一个零件，这样，提供的优点是可以节省一个轴承。
US-A-5,222,874描述了一种油润滑螺杆式压缩机，其中一个转子的轴端与电动机的转子轴端形成为一个整体。所述被连接到该转子轴上的转子在它的轴端处被支承在压缩机部件的机壳内的两个端部上，然而，电动机的转子轴自身不被支承。因而，与其它压缩机相比，该压缩机必须被垂直安装。轴承也不是滑动轴承，而是滚柱轴承，这使得不可能采用水润滑。油从电动机的顶部借助于重力向下流动到压缩机部件的进口端，这里存在一个小的负压力。
DE-A-19745616描述了一种真空泵。与其它压缩机相比，它没有注射的压缩机部件、容器或者回流管。该泵部件独有地包括一个两部分的转子，该转子的一端与电动机的转子轴形成为一个整体。该转子轴的两端被支承，而不是泵部件的转子。而且，在此真空泵中，轴承不是滑动轴承，而是滚珠轴承。尽管使得利用水作为润滑剂成为可能，但是油显然是最佳的，并且仅仅给出用油冷却的一个实施例。该冷却剂变成与电动机接触，这样水是不适合的。
根据本发明，电动机的外壳和压缩机部件的机壳最好也是集成的以形成一个整体。
当然，这里存在一种危险，即，用于润滑滑动轴承的水进入电动机外壳的内部空间并导致短路。
为了避免该危险，在一种形式的实施例中，在位于转子的相对端的每一滑动轴承的内部、围绕由电动机的转子轴和连接到其上的轴端所形成的整体的所述外壳的内部空间被一个唇形密封件密封，该密封件以其自由端指向滑动轴承，然而，电动机外壳的内部空间通过至少一根导管与一个加压的阻塞气体(blocking gas)源相连接。
在US-A-5,222,874所描述的压缩机中，在压缩机部件的机壳与电动机外壳之间，轴的周围没有密封件。冷却剂与电动机转子接触，因此，水不能被用作一种冷却剂。
在DE-A-197 45 616所描述的真空泵中，在泵部件的机壳与电动机外壳之间，轴的周围设有两个轴封件，然而，电动机外壳的内部空间不能被连接到一个加压的阻塞气体源上。而且在轴的旋转期间，该密封件总是被压靠在轴上。
根据本发明，仅仅是在停止期间形成密封，然而，在轴旋转期间，阻塞气体被加入到该空间，其结果是，该唇形密封件被提升，而且摩擦力最小化。
根据本发明，该阻塞气体源最好是加压管道或者容器，然后，在位于该加压管道或容器与电动机的内部空间之间的管道上，安装一个脱水器而且最好也是一个限流器。
当压缩机工作时，唇形密封件被提升，结果就避免了这些唇形密封件的磨损和撕破。当压缩机保持静止时，唇形密封件夹持在电动机轴的周围，这样，密封就得到了保证。
在另一形式的实施例中，所述定子和转子的绕组被用电绝缘材料处理，比如硅树脂，并且代替密封件，在被指向该转子的每一注水滑动轴承的端部设有一根或者多根排水管道，所述滑动轴承被设置在该转子的相对端。
在此情况下，在电动机腔室内有限量的湿度是允许的。渗入电动机的内部空间或者被吹入其内部空间的湿空气改善了电动机的冷却和效率。
这种形式的实施例具有的优点是，只需要较少的部件，因而设计变得更加简单。唇形密封件是多余的，因而也省去了对它的维护，而且电动机的外壳上不再必须设置用于冷却的流道。
电动机的转子轴的水润滑滑动轴承最好是通过一根管道与一个水源相连接，该水源特别地由所述回水管道形成，尤其是由所述管道上的所述容器和/或脱水器形成。
由于电动机的转子轴的滑动轴承的水润滑，不仅实现了很好的支承，而且实现了一定程度上的冷却，然而，最好是该压缩机设有外部冷却装置用以冷却定子。
在一个形式的实施例中，与其它压缩机相比，这些冷却装置包括至少一个流道，其穿过缸体并被连接到一个水源上，特别是所述回水管道，包括所述容器和/或脱水器。
因而，无需另外的水源。
缸体上的流道也可以被连接到一个可以得到的外部冷却水源上。此时，所需的缸体材料就不太严格了。由于没有水进入气压室或者轴承，因而水不必是完全没有小颗粒的。
上述冷却装置可以包括冷却翼片，它们被设置在电动机的外壳上。
附图说明
为了更好地说明本发明的特征，下面结合附图，对根据本发明的一种注水式螺杆压缩机的一个优选实施例进行详细描述，其仅仅是作为一个实例而没有任何限制性的特征，其中：
图1示意性地显示根据本发明的一种注水式螺杆压缩机；
图2示意性地显示本发明的与图1所示实施例类似的另一实施例的一种注水式螺杆压缩机。
具体实施方式
如图1所示，注水式螺杆压缩机1包括一个注水压缩机部件2，一台电动机3，一根连接到该压缩机部件2上的压力管道4，一个设在该压力管道4上的同时也形成一个脱水器的容器5，以及一根设在所述容器5与压缩机部件2之间的回水管道6。
所述压缩机部件2实际上包括一个机壳7，该机壳7内设有一个气压室8，而且两个相互啮合的螺杆形转子装于其内，即，一个凸形转子9和一个凹形转子10。
所述机壳7设有一个进气口11，一根未被示出的进气管道连接到该进气口11上，还设有一个出气口12，所述压力管道4连接到该出气口12上。
所述两个转子9和10都分别具有轴端13和14、15和16，它们借助于水润滑滑动轴承17被支承在所述机壳7内。
所述电动机3大体上由一个外壳18组成，其内侧安装有一个定子19，该定子19包围成一个封闭的内部空间20，该空间20内安装有一个具有一根转子轴22的转子21。
所述电动机3被直接连接到压缩机部件2上。这意味着，电动机3的转子轴22被直接连接在凸形转子9的轴端13上，比如，通过一个圆锥形的端部，该端部装配在一个圆锥形的凹槽内并用一个销子将其固定在凹槽内。从理论上讲，该转子轴22和该轴端13可以形成为一个零件；然而，这对于压缩机的结构来说较少实用。
当所述轴端13和转子轴22被相互连接或者形成为一个零件时，转子轴22的一个轴承就可以被省去。
在所示的实例中，转子轴22在其最远离压缩机部件2的端部被支承在外壳18内，即通过一个水润滑滑动轴承23支承。这就增加了整个旋转体的稳定性，而且当电动机3相对较重时，而且它允许利用具有一个由增强纤维合成材料即所谓的合成物制成的本体的转子9和10围绕一根金属轴。采用这样的转子，带有轴端13的转子9上的轴的抗挠度就较低。
这就允许将所述压缩机部件2水平放置。然而，借助于合适的水润滑滑动轴承，压缩机部件2也可以被垂直放置，而不是如图所示的水平放置。
所述水润滑滑动轴承17和23设有注水点24，注水点24借助于支管25连接到所述回水管道6上，该回水管道6将容器5的底部连接到许多的注射点26上，这些注射点26通向气压室8内并用于将水注射到气压室8内。
该回水管道6延伸穿过外壳18，为此，外壳18设有许多被相互连接的流道27。
通过一个入口28，这些流道27与容器5连接，而且它们通过一个出口29连接到注射点26，并通过支管25连接到注射点24。在容器5与入口28之间的回水管道6上，连续地设有一个冷却器30和一个滤水器31。
支管25可以按不同的方式连接到一个外部水源上。
采取特殊的措施以防止水渗透到电动机3内。
因而，为了防止水渗透到所述内部空间20，由轴端13和转子轴22所形成的公共轴在外壳18的两端被一个唇形密封件32包围，比如为PTFE(聚四氟乙烯)，公共轴被安装在外壳18内并且其自由端远离该内部空间20。
所述内部空间20通过两个入口33和连接于其上的管道34被连接到容器5的最上端，所述管道成为一根公共管道35。在管道35上，安装有一个脱水器36和一个限流器37。
一根用于滑动轴承17的空气和水的泄漏的排水管道39被连接到在每一唇形密封件32和与之相对的滑动轴承17之间的空间38，该管道连接到气压室8的入口侧。
当正常操作时，电动机3直接驱动压缩机部件2的凸形转子9。然后，与该凸形转子9啮合的凹形转子10随之沿相反方向旋转。从而，空气通过进气口11被吸入到气压室8并被压缩。连同通过注水点26注射的、用于润滑和冷却转子9和10的水以及通过管道39来自滑动轴承17的水一起，被压缩的空气通过出气口12排出气压室8。
压缩空气和润滑水的混合物经过压力管道4被加压流向容器5，在这里大部分水被分离，借助于回水管道6又被送回气压室8。
该水流经流道27，从而冷却了外壳18，也冷却了定子19。
该水的一部分或者来自外部水源的水通过支管25流向滑动轴承17和滑动轴承23，从而所述轴承被润滑和冷却。
通过管道34和35，加压的阻塞空气被送入内部空间20。
当来自容器5的加压空气被送入内部空间20时，后者就处于一种稍微过压的状态，结果所述唇形密封件32被略微提升，当轴22启动和旋转时，也当水被用来润滑时，这些唇形密封件32在与转子轴22的接触环协同动作的过程中不会被磨损和撕破。
当压缩机处于静止状态，并且容器5中的、也即内部空间20中的压力已经下降到差不多为大气压时，唇形密封件32不再被提升，但是贴靠在轴端13和转子轴22的组合件上。
这些唇形密封件32被称为反式唇形密封件，其原因在于，它们相对于传统的唇形密封件以一种相反方式起作用。这些传统的唇形密封件也在轴旋转期间贴靠在轴上，并且经常要比在静止期间更加强有力地贴靠在其上，假如没有油只有水被用作润滑剂的话，将会造成过度的磨损。
通过唇形密封件32向滑动轴承17泄漏的空气和来自滑动轴承17的水一起被通过排水管道39输送到气压室8。
设置所述限流器37是用于使阻塞空气在管道35中膨胀，这就降低了它的相对湿度。由于电动机3内的温度总是相对较高，其相对湿度将会降低很多，这样，空气中剩余的水蒸汽就不会冷凝。
尽管这里对实施例进行了描述，用于润滑各个滑动轴承17和23以及转子9和10的水流过定子19，但是定子19可以被一个单独的水路冷却。
在本发明的范围内，也可能是，被送入内部空间20的阻塞空气来源于一个外部气源，以便将该实施例中的来源于压缩机部件2本身所取代。
根据图2所示的实施例与上述实施例的不同之处基本上在于，用于冷却定子19的所述部件的流道27被通过管道40连接到一个外部的冷却水源，在图2中示意性地标记为41，而且底部的外壳18设有一个或多个排水孔42。
来自一个外部水源41的水被用于冷却外壳18并从而冷却定子19，以代替内部水源，而这内部水源就是用来润滑压缩机部件2的水路，这样设置具有的优点在于，外部水源的水比所述水路的水含有较少的氧气，且更冷，并且对水的纯度要求更低。
由于电动机3位于带压的且被注水的压缩机部件2的附近，尽管已经采取措施来防止水进入电动机3，但是，根据图2所示的实施例包括另外的措施以便使电动机3更加防水。
因而，定子19和转子21的绕组被用一种电绝缘材料处理，比如，硅树脂，以抵抗湿度。
排水孔42排向一个所谓的“浮阀”43。该阀包括一个容器，水被收集在该容器内，当该容器中的流体达到一个预定的水平时，该容器的一个浮标将出口打开。
来自所述外部水源41的冷却水被用作冷却器30中的冷却介质。
由于采用绝缘材料，比如硅树脂，所述内部空间20中的有限的湿度可以被接受。
偶然进入内部空间20的水被通过一个或者多个所述排出口42排出。
在上述两个实施例中，在电动机3与压缩机部件2之间没有齿轮传动，而且机壳7和外壳18整体成形以形成一个整体。总的来讲，仅仅需要3个轴承用来支承转子轴22和转子9的轴端13和14。因而，整体结构相对紧凑而且成本低廉。
电动机3的高速运转所产生的热可以通过上述冷却装置被传送出去。
本发明不仅仅局限于上述仅作为实例的图示的实施例的形式；相反，这样的注水式螺杆压缩机可以按不同的形式和尺寸来实现，而没有脱离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.注水式螺杆压缩机，包括一具有一机壳(7)的压缩机部件(2)，该机壳(7)围绕着一气压室(8)，在该气压室(8)内安装有一凸形转子(9)和一凹形转子(10)，所述转子借助于轴端(13，14；15，16)被水润滑的滑动轴承(17)支承在所述机壳(7)内，一用于驱动所述压缩机部件(2)的电动机(3)，该电动机(3)包括一外壳(18)，该外壳(18)将一定子(19)支承在其内部，该定子(19)环绕着一具有一转子轴(22)的转子(21)，一连接到所述压缩机部件(8)上的压力管道(4)，一设在该压力管道(4)上的也是一脱水器的容器(5)，以及一位于所述容器(5)与所述气压室(8)之间的回水管道(6)，其特征在于：其中一所述转子(9)的一轴端(13)被直接连接到所述电动机(3)的转子轴(22)上或者与该转子轴(22)形成为一零件，所述转子轴位于所述轴端的延长部分上，而且所述电动机(3)的转子轴(22)被支承在至少一水润滑滑动轴承(23)内。
2.按照权利要求1所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的转子轴(22)的端部被支承在一单一的滑动轴承(23)上，该滑动轴承远离所述压缩机部件(2)。
3.按照权利要求1或2所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的外壳(18)和所述压缩机部件(2)的机壳(7)被集成从而形成为一整体。
4.按照前权利要求1所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的外壳(18)的内部空间(20)在每一所述滑动轴承(17，23)内侧由一唇形密封件(32)密封，所述滑动轴承(17，23)位于所述转子(21)的相对侧，而所述电动机(3)的外壳(18)的内部空间(20)通过至少一管道(34，35)与一带压力的阻塞空气源(4，5)相连接。
5.按照权利要求4所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述阻塞空气源(4，5)是所述压力管道(4)或者所述容器(5)，而且，在位于该压力管道(4)或容器(5)与所述电动机(3)的外壳(18)的内部空间(20)之间的所述管道(34，35)上，装有一脱水器(36)。
6.按照权利要求1所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的所述定子(19)和转子(21)的绕组用一电绝缘材料处理。
7.按照权利要求1所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的外壳(18)设有至少一用于排水的排水孔(41)。
8.按照权利要求1所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的转子轴(22)的水润滑滑动轴承(23)通过一管道(25)与一水源连接。
9.按照权利要求8所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述电动机(3)的转子轴(22)的水润滑滑动轴承(23)通过一根管道(25)与所述回水管道(6)连接。
10.按照前述任一项权利要求所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述压缩机还设有附加冷却装置，用于冷却所述定子(19)。
11.按照权利要求10所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，用于冷却所述定子(19)的所述冷却装置设有至少一流道(27)，所述流道(27)穿过所述电动机(3)的外壳(18)设置并被连接到一个水源上。
12.按照权利要求11所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述流道(27)被连接到所述回水管道(6)或者所述容器(5)上。
13.按照权利要求11所述的注水式螺杆压缩机，其特征在于，所述流道(27)被连接到一外部的冷却水源(41)上。
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Contract record no.: 2008990000490

Denomination of invention: Water-injected screw compressor

Granted publication date: 20060301

License type: Exclusive license

Record date: 2008.9.25

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