CN1715654A - 高压罗茨鼓风机 - Google Patents

Abstract

一种高压罗茨鼓风机，包括有一个具有气流进口、气流出口和其间为气腔的缸体，以及缸体与外罩，其间有空间；在外罩上有一个或多个冷却空气进口，和一个或多个冷却空气出口，供冷却气体通过。在转子轴上安有一个或多个离心冷却风扇，其位置接近外罩的进口和出口。还包括安装于两个三叶转子上的磨合带密封层，以减少内部泄漏和偶然的机械性接触。此外，还包括一安装于内汽缸上的压力减压安全阀，当鼓风机的内部压力超过预先设定的压力临界值时，它自动打开来卸载，并发出可闻预警信号；还包括有凸起密封表面的高压出口法兰。本高压罗茨鼓风机，能够获取更高的压升与压比，同时降低高压引起的高温和内部泄漏，因此增进了鼓风机的效率和可靠性。

Description

高压罗茨鼓风机

技术领域

本发明涉及各种工业应用中使用的机械式鼓风机技术领域，属于双转子叶式鼓风机，通常称为罗茨鼓风机。

背景技术

罗茨鼓风机广泛地适用于各种工业应用。用鼓风机语言，相对于传统意义上的中压(压力为0.35～1.05kg/cm²＝5-15磅/平方英寸)，1.05～1.76kg/cm²(＝15-25磅/平方英寸)的压力通常称为高压。具有高压能力罗茨鼓风机的应用例子有：现代污水处理厂使用的深槽曝气池，稀薄或稠密相散物气力输送，或可作为真空动力源。

但是，1.05～1.76kg/cm²(＝15-25磅/平方英寸)的压力，通常很难在一级压缩中获得，这主要由于对应的压缩比而产生的温升和由于压升引起的由出口到进口的内泄漏而导致的出口高温，泄漏回到进口的高温气体提高了进口的温度，更进一步增加了由于较高压缩比本来就高的出口温度。

此外，从力学的角度讲，升高的出口温度减小了由热膨胀差所决定的气缸和转子间的间隙，它可能导致转子的接触碰撞甚至于转子咬合咬死。同时，出口气体的高温也提高了轴承，同步齿轮和润滑油的温度，缩短它们的寿命，以至最终引起整个机器报废。

由于这些原因，在传统的设计中，罗茨鼓风机的压力原则上限制于5-15磅/平方英寸。然而，罗茨鼓风机被广泛喜爱，因为它具有独特的性能曲线：变压力而流量不变，加上其旋转压缩特性。这种可以变换压力而保持相同流量的能力，使得罗茨鼓风机成为气动传送散状物质的理想工具，因为通过提高压力可以清除散状物质的可能阻塞。此外，使用高压罗茨鼓风机，在输送同等重量的散物时，可以使用较细的管道，这样可以减少输送系统的整体体积，重量以及成本。

针对上述有关较高温度的问题，已经有了各种不同的尝试。比如，在气流中喷洒液体，或在缸体内加冷却套用循环水来冷却，或是使用通过外接散热器循环冷却的压力润滑系统。然而，许多工业应用禁止在气流中使用液体，以防止环境或输送物质的污染。此外，冷却水套方式及压力润滑系统增加了系统的成本和复杂性。而且，当这些常用的方法在试图解决高压罗茨鼓风机的高温问题时，他们忽视了问题的主要起因，也就是，鼓风机的内部泄漏。

另外，高压应用也增加了在鼓风机出口法兰处泄漏的可能。当气体对人有害时，这变得非常关键。传统的低压法兰，不仅其管壁周围，而且螺孔处都是密封面。因此，密封这么大的表面需要很高的扭转力矩来上紧那些螺栓。

目前，罗茨鼓风机有两种安全保护设计方案，这两种方式都采用塞子结构，一种是感温，一种是感压，当温度或者压力达到或者超过预先设定的临界值时，膜片将会破裂或者打开。

就热感塞子而言，膜片是由一种焊接材料制成的。这种材料有一个可预测的熔化温度，设计为与鼓风机的最高允许温度一致。而压感塞子，膜片是一种在压差超过材料应力极限时将断裂的薄片。

然而，现有使用的这些热感或压感塞子都是一次性使用的。一旦他们被触发后破裂，在新塞子安装前的相当一段时间内，鼓风机将不能正常工作。另外，对故障预警也缺乏可听到的信号。

所以，我们期望提供一种新的高压罗茨鼓风机的设计和结构，以取得更高的压力和压力比，更加安全，效率和可靠性更高，同时解决那些传统罗茨鼓风机中存在的问题。

发明内容

本发明技术指一种高压罗茨鼓风机，它包含在转子轴上的连体冷却风扇，出口高压法兰，转子表面上“摩擦好”的磨合带密封层，以及缸体上带有可闻预警和释放装置。

本发明的一个目标是提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机设计与结构，使之在不使用液体冷却方法的情况下，能够获取比传统的鼓风机更高的压升与压比。

本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机的设计与结构，利用在转子轴上的连体冷却风扇来有效降低由高压引起的高温。

本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机的设计与结构，具有更小间隙并且接触好，以提高鼓风机效率和可靠性。

本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机的设计与结构，具有凸起法兰表面，不用较大的力矩就可上紧，同时更有效地密封更高的内部压力。

本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机的设计与结构，具有一个可再利用型的压感塞子，当鼓风机的内部压力超过预先设定的压力临界值时，它可自动打开卸载。

本发明的另一个目标是提供一种崭新和独特的高压罗茨鼓风机的设计与结构，它在减压塞被触发后，发出可闻预警信号。

本发明的高压罗茨鼓风机，包括有一个具有气流进口、气流出口和其间为气腔的缸体，以及缸体与外罩，其间有空间，供冷却气体通过，在外罩上有一个或多个冷却空气进口，和一个或多个冷却空气出口，供冷却气体通过。本发明高压罗茨鼓风机，还包括安装在汽缸内的两平行三叶式转子，两转子上有同步齿轮定位，反向旋转来推动气流从进口到出口。转子轴上安有一个或多个离心冷却风扇，其位置接近外罩的进口和出口，以在外罩和缸体之间循环冷却空气。本发明高压罗茨鼓风机，更进一步包括安装于两个多叶转子上的磨合带密封层，以减少内部泄漏和偶然的机械性接触。此外，本发明还包括一安装于缸体上的减压安全阀，当鼓风机的内部压力超过预先设定的压力临界值时，它自动打开来卸载，并发出可闻预警信号，本发明高压罗茨鼓风机，还有凸起密封表面的高压出口法兰。本发明高压罗茨鼓风机，能够获取更高的压升与压比，同时降低高压引起的高温和内部泄漏，因此增进了鼓风机的效率和可靠性。

本发明有很多新颖和独有的特征和优势。它提供了一种崭新而独特的高压罗茨鼓风机设计与制造，能够在不使用常规液体冷却方法时，获取比传统的鼓风机更高的压升与压比。它还具有更小间隙并且接触好，以提高鼓风机效率及可靠性。本发明高压罗茨鼓风机，通过连体冷却风扇，有效的降低了轴承，齿轮与润滑油的温度。另外，它通过使用凸起密封表面，不用较大的力矩就可上紧，同时更有效地密封更高的内部压力。它更进一步提供了可再利用型的减压安全阀，当它被压力触发后，发出可闻预警信号。

这些和其它新颖性以及本发明的目标，将通过以下有关示图和文字详细描述而更为清晰。

附图说明

参考有关图示的目的仅仅是为了说明，但不限于图示，现说明如下：

图1(已有技术)是一个横截面图，表示一个传统罗茨鼓风机的典型安排；

图2(已有技术)是一个左视图，表示一个传统罗茨鼓风机的典型安排；

图3是一个横截面图，表示本发明高压罗茨鼓风机的一个最佳实现方案；

图4是一个左视图，表示本发明高压罗茨鼓风机的一个最佳实现方案；

图5(已有技术)是一个立体图，表示一个传统罗茨鼓风机的转子；

图6(已有技术)是一个局部放大图，表示一个传统罗茨鼓风机转子的一部分；

图7是一个立体图，表示本发明高压罗茨鼓风机的一个最佳实现方案：位于转子端部的磨合带密封层；

图8是一个左视放大图，表示本发明高压罗茨鼓风机的一个最佳实现方案：位于转子叶型曲面上和顶部的磨合带密封层；

图9是一个左视放大图，表示本发明高压罗茨鼓风机的一个最佳实现方案：另一种位于转子端部的磨合带密封层；

图10(已有技术)是一个局部图，表示一个传统罗茨鼓风机上的连结法兰；

图11(已有技术)是一个左视图，表示一个传统罗茨鼓风机上的连结法兰；

图12是一个局部图，表示本发明最佳实现方案的高压罗茨鼓风机上的高压连接法兰；

图13是一个局部左视图，表示本发明最佳实现方案的高压罗茨鼓风机上的高压连接法兰；

图14是一个横截面图，表示本发明最佳实现方案的高压罗茨鼓风机上使用的可闻减压安全阀：阀门处于开启位置；

图15是一个横截面图，表示本发明最佳实现方案的高压罗茨鼓风机上使用的可闻减压安全阀：阀门处于关闭位置；

具体实施方式

尽管下面将参照有关图示来描述本发明的具体实现方案，但应该理解，这里的实现方案仅仅是作为例子和说明，而根据本发明的原理可以实现的其它方案则有很多种。很明显，对于熟悉这些工艺的人，在本发明范畴内的各种各样的变化和修改，将被认为属于本发明的精神，范围和考虑之列，这将在附加的权利要求中进一步明确。

作一个简短介绍，本发明高压罗茨鼓风机，包括有一个具有气流进口、气流出口和其间为气腔的缸体，以及缸体与外罩，其间有空间，供冷却气体通过，在外罩上有一个或多个冷却空气进口，和一个或多个冷却空气出口，供冷却气体通过。

本发明高压罗茨鼓风机，还包括安装在缸体内的两平行多叶式转子，两转轴由缸体内的轴承支持，靠同步齿轮定位，两转子反向旋转来推动气流从进口流到出口。转子轴上安装有一个或多个离心冷却风扇，其位置接近外罩的进口和出口，以在外罩和缸体之间循环冷却空气。

本发明高压罗茨鼓风机，更进一步包括安装于两个多叶转子上的磨合带密封层，以减少内部泄漏和偶然的机械性接触。

此外，本发明还包括一安装于缸体上的减压安全阀，当鼓风机的内部压力超过预先设定的压力临界值时，它可自动打开卸载，并发出可闻预警信号，本发明还包括有凸起密封表面的高压出口法兰。

本发明高压罗茨鼓风机，能够获取更高的压升与压比，同时降低高压引起的高温和内部泄漏，因此增进了鼓风机的效率和可靠性。

参考图1和2，这里显示的是一个典型的已有技术的罗茨鼓风机10。  一般而言，罗茨鼓风机10有两个平行转子12，分别安装于轴14和16上，转轴14由外部驱动装置(没显示)驱动，并通过一对同步齿轮18在没有相互接触的情况下驱动转轴12。罗茨鼓风机10的转子12为汽缸20所包裹，两转轴14和16由汽缸内的轴承24所支持，轴承24为轴承箱体22支撑，旁边为密封26。

转子12两端面和缸体20之间的距离称为“端部间隙”30，在两个转子12之间的啮合处的间隙被称为“叶间间隙”32，而在转子12顶部和缸体20之间的间隙称为“顶部间隙”34。

由于转子12的推动，图上箭头显示从鼓风机10进口36到出口38气流的流动方向。

参考图3和4，这里表明一个为实现本发明高压罗茨鼓风机100的最佳方案。本发明高压罗茨鼓风机100有两个分别安装于旋转轴114和116上的平行多叶式转子112，这里旋转轴114被一外部设备(没显示)驱动，并通过一对同步齿轮118在没有相互接触的情况下驱动转轴112，以推动气流从鼓风机100的进口136到出口138的流动。

本发明高压罗茨鼓风机100的转子112为缸体120所包裹，两转轴114和116由缸体内的轴承124所支持，轴承124为轴承箱体122支撑，旁边为密封126。在缸体120和外罩128的中间有空间供冷却气体通过，气流方向如图3中箭头所示。

作为本发明一个重要的新颖性和独特性，在鼓风机的两端，安装了离心冷却风扇140，用来提供强性冷却。冷却风扇安装在轴114的延伸端上，接近外罩128空气进口142的位置，用于吸入冷却空气。如图3的箭头所示，这些气体流过外罩128和内缸120之间的空间，由外罩128上的出气口144排出。

通常，鼓风机的出口温度不仅受泄漏回流的影响(对高压尤其如此)，而且也正比于压力比。此外部热量更将增加齿轮和轴承内摩擦所产生的内部热量。因此，本发明的连接于旋转轴114上的冷却风扇140，结构简单，能够强制从鼓风机100上除去热量，而不象传统设计中使用的更昂贵的压力油润滑法或者喷液冷却。

本发明的另一个新颖和独特的特性是使用多个位于转子112上的磨合带密封层。

如图1，2，5和6所示，在已有技术的罗茨鼓风机10上，泄漏流动发生在转子12的两端面50和缸体20之间的端部间隙30，和在两个转子12之间的啮合处52的叶间间隙32，以及在转子12顶部54和缸体20之间的顶部间隙34。

本发明高压罗茨鼓风机100，使用新型和独特的磨合带密封来减小泄漏问题。如图7～图9所示，在最佳实现方案中，为位于转子112曲面152上的磨合带密封层162，其为齿状面。

另外，或者作为最佳实现方案中的另一选择，转子顶部磨合带密封层164用在转子112的顶部154，所述的磨合带密封层164为凸棱状。更进一步补充，或者当作另一个最佳实现方案中的选择，转子端部磨合带密封层160用在转子112的两端面150上，所述的磨合带密封层160为平面状。

更进一步参照图8，需要指出的是，每个带有齿状面的转子必须与另一个光滑或者不带齿状面转子相匹配或者啮合。这是因为如果两个转子都带有齿状外形，那么由于在啮合表面有相对滑动，将会彼此锁死并且引起转子的损坏。

由于磨合带密封层160、162和164的使用，在滑动方向产生了表面间断性，减小了潜在的接触面积。因此，一个大的密封面变成了一个窄的密封线。新的交接面更为接触好，并且一次偶然的接触只会导致一些磨损，而不致转子咬死。

另外，通过磨合带密封层160、162和164的使用，与常规的罗茨鼓风机相比较，本发明高压罗茨鼓风机100能够使用更小的间隔。因此，内泄漏减小，出口压力提高，并且鼓风机的机械可靠性也大为改进。

本发明的另一新颖和独特的特征，是使用一个高压法兰与高压罗茨鼓风机100连接。

参见图10、图11，传统罗茨鼓风机的出口法兰70的表面密封面72是平的。当鼓风机出口法兰70同出口管道(没显示)连接在一起时，需用插入四周的螺孔76的紧固螺栓(没显示)来紧固它。但是，因为那些法兰的密封表面是平的，为紧固那些螺栓需要很大的力矩。

参见图12、图13，本发明使用了一个高压出口法兰170，它的密封表面172上的中部174有凸起。在这种新的设计中，端部密封表面172集中在中部。因此，这种法兰可以更有效密封鼓风机出口的高压，仅要求较少的力矩来紧固螺栓(没显示)。这些螺栓插入四周的螺孔176中，通过紧固来连结罗茨鼓风机出口法兰170与出口管道(没显示)。

本发明另一个新颖和独特的特征，是在本发明高压罗茨鼓风机100上使用了一个可再用并可听觉的减压安全阀。

参见图14、图15，作为最佳实现方案，显示本发明高压罗茨鼓风机100使用的可听觉的减压安全阀180。这种可听觉的减压安全阀180是靠压力触发的并能够反复使用。它的壳体182外部有螺纹184，以便安装在罗茨鼓风机的出口端缸体上。

当来自减压安全阀180的进口186的压力超过预先设定的压力极限时，这个压力将作用于减压安全阀180内的阀门球190上，克服内部弹簧192的作用力，来移动阀球190从而打开减压口188以减轻内部的压力。减压口188做成窄状以产生哨音，在高压流体(如图14、图15的箭头所示)穿过减压口188时，产生一个可听觉的报警信号。

本发明高压罗茨鼓风机100上的可听觉减压安全阀180顶端，设有一螺帽194，用来调整不同应用的触发压力。在螺帽194的最末端可安有一个刻度尺，上面有经校准标定后的压力值。

本发明高压罗茨鼓风机100的转速可达5000转/分，出口压力可达1.76kg/cm²(＝25磅/平方英寸)，出口温度经常可达400F。

本发明高压罗茨鼓风机有很多优势。它能够不使用喷液冷却或者油润滑方法，而取得比传统鼓风机更高的压升和压比。它连在齿轮轴上的冷却风扇有效降低了高压引起的高温。它更在转子的顶部，端部和叶型曲面上使用磨合带密封层，使得间隙可以更小并且接触好。此外，它还使用了一个有凸起密封表面的高压出口法兰，不需很大的力矩，而能有效的密封更高的内部压力。这些改进了的密封措施和对更高的出口温度的额外保护，更增加了鼓风机的效率和可靠性。而且，本发明高压罗茨鼓风机，在减压安全阀触发后，可以发出可听觉预警信号。在释放高压气体之后，减压安全阀仍可以再使用。

广而言之，本发明是一种高压罗茨鼓风机，包括：(a)有一个具有气流进口，气流出口和其间为气腔的缸体，以及缸体与外罩，其间有空间，供冷却气体通过，外罩上至少有一个冷却气体进口和出口；(b)安装在汽缸内的两平行多叶转子，两转轴靠同步齿轮定位，反向旋转来推动气流从进口到出口的流动；(c)至少两个转子轴上有一个离心冷却风扇，其位置接近外罩的至少一个进口，以在外罩和内汽缸之间循环冷却空气；并且(d)两个多叶转子上的磨合带密封，以减少内部泄漏和偶然的机械性接触；(e)此高压罗茨鼓风机能够获取更高的压升与压比，同时降低高压引起的高温和内部泄漏，因此增加了鼓风机的效率和可靠性。

当然，本发明并没有特意拘限于任何特别的形式或配置，或者任何具体的实现方式及任何特指的使用，此中所透露的，在没有离开本发明申请的如上文所示并描述的精神或范围情况下，同样的实质在各种各样的细节或者关系上可能被改变。这里展示的装置或方法仅仅是为了说明和披露一种实现的最佳形式，而非展示所有本发明可能被实现或操作的不同形式或改动。

充分依照专利法律法规，本发明已经有相当多的细节描述，以提供至少有关它体现形式之一的公开技术信息披露。但是，这样的详细描述并无意图从任何方面去限制本发明的那些广泛的特征或者原理。

Claims (8)

1、一种高压罗茨鼓风机，其特征在于：它包括：

a.有一个具有气流进口、气流出口和其间为气腔的缸体，以及缸体与外罩，其间有空间，供冷却气体通过，外罩上至少有一个冷却气体进口和出口；

b.安装在缸体内的两平行多叶转子，两转子轴靠同步齿轮定位，反向旋转来推动气流从进口到出口的流动；

c.至少两个转子轴上有一个离心冷却风扇，其位置接近外罩的至少一个进口，以在外罩和缸体之间循环冷却空气；

d.两个多叶转子上有磨合带密封层，以减少内部泄漏和偶然的机械性接触。

2、根据权利要求1所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：其更进一步包括两个转子轴上至少另有一个离心冷却风扇，其位置接近外罩的至少一个出口，以强化在外罩和缸体之间循环冷却空气。

3、根据权利要求1所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：所述的磨合带密封层包括至少一个磨合带密封层，用在每个多叶转子上的一个端面上。

4、根据权利要求1所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：所说的磨合带密封层包括至少一个磨合带密封层，用在两个多叶转子上的每个叶型曲面上。

5、根据权利要求1所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：所说的磨合带密封层包括至少一个磨合带密封层，用在两个多叶转子上的顶部。

6、根据权利要求1所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：更进一步包括一个安装于缸体上的减压安全阀，当鼓风机的内部压力超过预先设定的压力临界值时，它自动打开来卸载，并发出可闻预警信号。

7、根据权利要求6所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：所述的减压安全阀上设有一螺帽，用来确定在所说的减压安全阀被启动的临界值。

8、根据权利要求1所述的高压罗茨鼓风机，其特征在于：更进一步包括在鼓风机出口上有高压出口法兰，其密封表面中部凸起。

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