CN1320278C - 螺杆式压缩机组件及其方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转螺杆式空气压缩机组件。空气压缩机组件包括一个外壳(20)，其具有入口端(22)和排出端(24)。一个内部工作腔(26)，在外壳内延伸，止于外壳排出端上的排出端面(27)。至少一个转子(40)安装在工作腔内，用于旋转和轴向运动。转子具有排出端表面(41)，其上形成一个台阶。一个止推活塞(46)，自转子处延伸，置于止推活塞腔(48)内。气压源与止推活塞腔(48)相联，可在高压状态和减压状态之间受到控制，以控制转子(40)相对于排出端面(27)的位置。还提供一种安装具有期望端隙的方法。

Description

螺杆式压缩机组件及其方法

技术领域

本发明涉及到空气压缩机，更具体地是涉及到一种改进的螺杆式空气压缩机。

背景技术

通常，旋转螺杆式压缩机包括一对互补的转子，安装在压缩机外壳的内部工作腔内。每个转子具有一个轴，由一对相对的径向轴承支撑使其进行旋转运动。空气通过空气端入口进入，当其向腔排出端的排气口流动时由旋转转子压缩。转子端面和外壳排出端面之间的间距称为排出端间隙。该间隙对于压缩机的性能有重大影响。因此，对于给定的压缩机，为达到期望的性能，需要精确设定排出端间隙并维持运行的排出端间隙。

通常，安装具有期望运行端面间隙的转子的方法需要对转子和外壳进行大量非常精确的加工。轴承也必须精确制造，使其不仅提供径向支撑也提供轴向支撑。即使完成精确加工，没有大量的装配步骤也不能获得期望的端面间隙，如：精确测量和计算相对的外壳和转子的装配尺寸，装入包括垫板之类的补偿部件。除了精确加工和装配之外还有其它因素，如对内部的转子气压必须予以计算和补偿。

发明内容

本发明提供一种旋转螺杆式空气压缩机组件，在最小的制造和安装需求下提供准确的排出端间隙。空气压缩机组件包括：具有内部工作腔的外壳，该腔在外壳内延伸，止于外壳排出端上的一个排出端面。工作腔内至少安装一个转子用于在工作腔内进行旋转和轴向运动。转子具有一个排出端表面，其上形成一个台阶。台阶优选地加工成与期望的排出端间隙的高度正好相等。一个止推活塞从转子延伸，置于止推活塞腔内。气压源与止推活塞腔相联，可在高压状态和减压状态之间受到控制。在高压状态下，产生高推力使得止推活塞在轴向朝排出端运动，转子台阶靠紧外壳排出端面，以精确定位具有期望排出端间隙的转子。这种状态通常称为“负载”状态，此时空气端通常将压缩空气输送到预期的应用设备。在减压状态下，止推压力减小，转子台阶离开排出端面，使得转子凭惯性运动。这种状态通常称为“空载”状态，此时，压缩空气不由空气端输送到预期的应用设备。

还提供一种安装按照本发明的具有期望端面间隙的转子的方法。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例的空气压缩机组件的纵向剖面正视图。

图2是图1空气压缩机排出端的局部分解图。

图3是本发明优选的止推活塞腔阀门处于关闭状态下的纵向剖面正视图；

图4是图3止推活塞腔阀门处于打开状态下的纵向剖面正视图。

具体实施方式

参看图1，示意本发明优选实施例的一个空气压缩机组件10。空气压缩机组件10包括具有吸入端22和排出端24的外壳20。内部工作腔26界于端面22和24之间，止于与排出端24相邻的排出端面27。空气端入口28和油入口30，朝外壳20的入口端22延伸到工作腔26中。排出口32是工作腔26的出口，与排出端24相邻。离开排出口32的气/油混合物通常流入分离罐34。从气/油混合物分离出来的油通过油入口30从分离罐34返回空气压缩机组件10。从分离罐34输送的压缩空气通过导管35传送到预期的应用设备，如气动工具。外壳20可用铸造或者机加工之类方法制造，优选地由铝制造而成，但也可用其它材料制造，如铸铁。

优选地，一对互补的转子40和50支撑于工作腔26中。虽然优选的是一对转子40和50，但也可以预期使用更多或较少的转子。每个转子40、50都有一个转子轴42、52，支撑于外壳20的相对端上的一对径向轴承44、54中。径向轴承44、54优选的是液力轴承，但是其它的轴承，如滚动元件轴承也可使用。径向轴承44、54分别支撑转子轴42、52以进行转动和轴向运动。一个转子轴42从外壳20延伸，与一个驱动机构(未显示)配合，提供转子40、50期望的旋转运动。

每个转子轴42、52的一端止于相应止推活塞腔48、58内所置的止推活塞46、56。如图1所示，活塞腔48、58位于外壳20的相对端。这样布置使得止推活塞46、56具有最大的直径且不相互干涉。然而，其它配置，包括并排的止推活塞也可使用。通过延伸于储油罐70(与外壳20的排出端24相邻)的供油管路72向每个腔48、58供油。储油罐70可与外壳20形成一体，也可分开形成。供油管路72进入腔48、58以向其提供排出压力下的油。导管61、62将止推活塞46、56相对边的推力腔48、58排气减压至入口压力，使得通过每个止推活塞46、56产生净压力差，从而迫使各个转子40、50移向外壳20的排出端24。每个止推活塞46、56具有足够面积的承压表面47、57，使得当空气压缩机10处于负载状态时，每个活塞46、56上排出端方向的推力大于由旋转转子40、50产生的反向转子气压A、B。从而推力沿轴向驱动各个转子40、50，直至每个转子排出端41、51紧靠外壳排出端面27。

参看图2，每个转子40、50均形成一个延伸自其排出端表面41、51的台阶43、53。台阶43、53形成了与期望的排出端间隙60相等的高度，即指每个排出端表面41、51无台阶部分与外壳排出端面27之间的距离。同样，止推活塞46、56迫使转子40、50轴向移动直到台阶43、53接触到外壳排出端面27为止，从而为每个转子40、50准确界出期望的排出端间隙60。除了界定排出端间隙60之外，台阶43、53也形成一个最小面积的推力轴承表面。亦即，每个台阶43、53的直径远小于各自转子排出端表面41、51的直径。止推活塞腔48、58内流动的油流经各自的轴承44、54，以及推力面45、55和排出端面27之间，形成对每个转子40、50具有最小接触面的液力推力轴承。虽然优选的是铝制外壳20，由于其对于面45、55提供了适当接触表面。但是即便当推力表面使用其它材料时，连续的油膜覆盖也可使得轴承免于磨损。

再参看图1，通过施加或者释放止推活塞压力，转子40、50朝外壳20的排出端面27运动或者离开该端面，从而抽吸空气(负载状态)或者凭惯性运动(空载状态)。为便于改变状态，优选的压缩机组件10包括一个排出口检测阀80和止油阀84。当转子40、50处于空载状态时，排出口检测阀80设定为关闭排出口通道32，从而收集分离罐34中的高压空气，并使得转子在大气压下凭惯性运动。如此空载减少了压缩机组件10的动力需要。

当转子40、50处于空载状态时，止油阀84设为关闭以防止油流入工作腔26。然而，不论压缩机组件10是运行于负载状态还是空载状态，都有必要维持转子径向轴承44、54内的油液流动。虽然对于推力轴承45、55的油液流动是有益的，在空载状态下通常并没有此要求，因为转子40、50离开了外壳排出端面27(下文详述)。期望的油液流动由储油罐70提供。在负载运行期间，高压空气/油混合物流出排出口32，油充装储油罐70，多余的油随着空气/油混合物流入分离罐34。储油罐70的入口宜位于排出口32的底部，以便流经排出口32的油通过重力排入储油罐70。在储油罐70中的油流经供油管路72进入止推活塞腔48、58。进入每个腔48、58的油流向分别与腔48、58相邻的径向轴承44、54。此外，第二油路74从每个腔48，58伸到另一转子轴的相邻轴承44，54。即，一个第二油路74使得油可从止推活塞腔58流到空气端轴承44，另一个第二油路74使得油可从止推活塞腔48流到排出端轴承54。当压缩机组件10空载时，排出口检测阀80和止油阀84关闭，转子40、50在大气压下凭惯性运动。尽管储油罐70也在大气压下，但其位于止推活塞腔48、58以及轴承44、54之上，在重力作用下致使油流到腔48、58和轴承44、54。流经轴承44、54进入工作腔26的油被转子40、50甩向排出口32，以便其流回储油罐70，油能够从该处再度循环。

参看图1，显示一个排出口检测阀80和止油阀80的优选实施例。阀80和84配有一根阀杆和阀顶部件88。阀顶88和阀杆86连在一起，阀杆86在排出口32和油入口30附近延伸。要关闭阀80和84，阀杆86轴向运动，使得阀杆86封闭油入口30而阀顶88移入排出口的排出管路并封闭排出口32。当转子40、50处于空载状态时，排出口32的压力低于分离罐34的压力。由于空气试图从分离罐34通过端口32流回，迫使阀顶88处于闭合位置。可用弹簧之类的零件(未显示)偏压阀杆86至闭合位置。在负载状态下，阀80和84在来自排出口的气流的作用下保持打开，迫使阀顶88处于打开位置。

优选的压缩机组件10的部件已经说明，其运行将参照图1和图2说明。压缩机组件10的负载和空载通过控制止推活塞腔48和58中的压力来控制。要使压缩机组件10空载运行，腔48、58排气至压缩机外壳20的入口端22。腔48、58的压力为大气压力，使得转子气体压力A、B大于止推活塞压力，由此转子40、50离开排出端面27，因而增加了排出端间隙60。即使排出端间隙60相对较大，排出口32处的压力仍大于入口压力。要使压缩机组件10负载运行，腔48和58的排气线路关闭，更高的排气端压力施加到储油罐70上，又依次施加到腔48和58上。推力腔48和58内压力的增加提高了造成转子40、50开始朝排气端面27轴向运动的推力，从而减小了排气端的间隙60。减小的排气端间隙造成更高的排气口压力，提高了储油罐压力，又依次提高了腔48、58的压力。此过程连续进行直到压缩机组件10完全负载，同时台阶43和53靠在排出端面27上，从而精确地界定期望的排出端间隙60。

一个用于为止推活塞腔48、58排气的优选阀部件100如图3和图4所示。单独的阀部件100可使用于每个腔48、58，或者使用共同的阀部件同时控制腔48、58。阀部件100包括具有一个内部腔104的阀外壳102。来自止推活塞腔48、58的入口通道106延伸进入阀腔104，与之在同一直线上的是从腔104到压缩机空气端入口28的出口108。一个包含通道区域111的滑阀构件110置于腔104内，位于入口通道106和出口108之间。滑阀构件110可在腔104内轴向移动，使得通道区域111与入口通道106以及出口108对齐(打开)或者与之偏移(关闭)。弹簧112之类的元件偏压滑阀构件110到偏移关闭的位置。来自分离罐的第二入口114，在弹簧112对面的滑阀构件110的一边连入阀腔104。选择弹簧112以防止滑阀构件110轴向运动，直到分离罐34的压力到达预定值为止。一旦分离罐压力达到预定值，弹力被克服，滑阀构件110移到对齐的打开位置(见图4)，由此止推活塞腔48、58排气到空气端入口28。使用这种构造，压缩机10可被控制于分离罐34内储备期望压力并凭惯性运动，直到由于空气的利用而释放了压力，此时阀100将闭合，压缩机组件10返回负载运行状态。

Claims (20)

1.空气压缩机组件，包括：

外壳，具有入口端和排出端；

内部工作腔，在外壳内，止于外壳排出端上的外壳排出端面；

第一转子，安装在工作腔内用于旋转和轴向运动，第一转子具有排出端，其上形成台阶；

第一止推活塞，自第一转子延伸，第一止推活塞的一部分置于第一止推活塞腔内；以及

气压源，与第一止推活塞腔相联，能够被控制在高压状态和减压状态之间，在高压状态下产生高的推力使得第一止推活塞朝外壳排出端面轴向移动第一转子，第一转子台阶紧靠外壳排出端面，在减压状态下推力减少，第一转子离开外壳排出端面。

2.如权利要求1所述的空气压缩机组件，其特征在于，还包括第二转子，安装在工作腔内，具有排出端，排出端上形成台阶。

3.如权利要求2所述的空气压缩机组件，其特征在于，第二转子具有与之相联的第二止推活塞。

4.如权利要求3所述的空气压缩机组件，其特征在于，一部分第二止推活塞位于第二止推活塞腔内，第二止推活塞腔内的压力能够被控制在高压状态和低压状态之间。

5.如权利要求4所述的空气压缩机组件，其特征在于，第一和第二止推活塞腔位于外壳的相对端。

6.如权利要求1所述的空气压缩机组件，其特征在于，第一转子安装在一对相对的轴承中。

7.如权利要求6所述的空气压缩机组件，其特征在于，轴承是液力轴承。

8.如权利要求7所述的空气压缩机组件，其特征在于，其中一个轴承与第一止推活塞腔相联合，以提供从第一止推活塞到轴承的供油。

9.如权利要求8所述的空气压缩机组件，其特征在于，供油流经轴承，进而润滑外壳排出端面。

10.如权利要求1所述的空气压缩机组件，其特征在于，还包括与外壳排出端相邻的储油罐，使得储油罐内的供油的压力与相邻于外壳排出端的工作腔内的压力相同。

11.如权利要求10所述的空气压缩机组件，其特征在于，第一供油导管从储油罐延伸至第一止推活塞腔。

12.如权利要求11所述的空气压缩机组件，其特征在于，第一排出导管从第一止推活塞腔延伸至与外壳的入口端相邻的工作腔。

13.如权利要求12所述的空气压缩机组件，其特征在于，控制阀沿排出导管布置以调节第一止推活塞腔内的压力。

14.如权利要求1所述的空气压缩机组件，其特征在于，外壳包括压缩空气排出口和油入口。

15.如权利要求14所述的空气压缩机组件，其特征在于，还包括排出口检测阀和油入口阀，当压力源处于减压状态时两个阀关闭。

16.如权利要求1所述的空气压缩机组件，其特征在于，至少外壳排出端面的一部分由铝制成。

17.一种在空气压缩机腔内安装具有期望的排出端间隙的转子的方法，该方法包括的步骤是：

提供外壳，外壳具有入口端和排出端，在二者之间具有内部工作腔，在工作腔排出端上的内部外壳排出端面和止推活塞腔；

提供转子，转子具有排出端表面，表面延伸出来的台阶具有与期望的排出端间隙相等的深度；

将转子安装到外壳内，使得排出端表面和台阶指向外壳排出端面；

提供止推活塞，与转子相联并具有能够置于止推活塞腔内的部分；以及

将止推活塞腔内的压力控制在高压状态和减压状态之间，在高压状态下产生高的推力使得止推活塞朝外壳排出端面轴向移动转子，且转子台阶紧靠外壳排出端面，在减压状态下推力减少，转子离开外壳排出端面。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在止推活塞腔和储油罐之间提供供油导管的步骤，以及在止推活塞腔和相邻于外壳入口端的工作腔之间提供排出导管的步骤。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括沿排出导管提供控制阀门的步骤，以控制止推活塞腔内的压力。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括提供第二转子的步骤，转子具有其上具有台阶的排气端表面。

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