CN2363088Y

CN2363088Y - 单螺杆空气压缩机

Info

Publication number: CN2363088Y
Application number: CN 99204754
Authority: CN
Inventors: 王强
Original assignee: CHANSHAN AIR COMPRESSOR FACTORY FOSHAN CITY
Current assignee: CHANSHAN AIR COMPRESSOR FACTORY FOSHAN CITY
Priority date: 1999-02-14
Filing date: 1999-02-14
Publication date: 2000-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-14

Abstract

一种单螺杆空气压缩机,属于空气压缩机领域。它包括有电机和压缩机主体,压缩机主体包括有机壳及由螺旋杆和两个平面星轮组成的啮合副;螺旋杆轴与星轮轴相互垂直;机壳内具有型腔,并由螺旋杆、机壳内壁及星轮面隔成上、下两个型腔。该压缩机具有理想的力平衡,单机容量大,且具有操作简便、安全可靠、寿命长等特点。该机应用广泛,可用于铁路机车、轮船等以压缩空气为动力的场合,也可用于风动工具、气动夹具等作业中,还可作为负压或正压的增压压缩机,用于化工、石油等部门。

Description

单螺杆空气压缩机

本实用新型涉及压缩机技术领域，特别为一种单螺杆空气压缩机。

以往传统的空气压缩机通常均采用活塞、连杆、曲杆形式进行传动，将空气从吸气阀吸入气缸内并受活塞的运动又将空气压缩压出排气阀外，如此往复运动，活塞不断地将空气压出得以实现所求的压力和排气量。这种空气压缩机存在以下的缺点：1、当活塞压缩空气时，活塞在气缸顶部都存有一定距离，所以空气被压缩后留有一定余隙容积，影响了其压缩效率；2、传动系统从皮带轮、曲轴连杆到活塞压缩这一过程，各部位均受到不同程度的径向力和轴向力，这部分力是无功且耗能量，所以其容积比能较高；3、活塞式空气压缩机每压缩往返一次，负荷从最大正值速减至负值，整个传动机构件受到冲击，所以噪声和振动成为不可避免的缺陷；4、机件磨耗和排吸气阀的损耗较大，相对维修成本高；5、活塞式空气压缩机，由其较大的容量(为3M³/min)所带来的相应的冲击力和振动等也较大，所以整机运行时都需设置基础设施。

本实用新型的发明目的是针对现有活塞式空气压缩机所存在的缺陷，并通过采用螺旋杆和星轮组成的啮合副，以提供一种结构紧凑，单机容量大效率高且具有理想的力平衡的单螺杆空气压缩机。

本实用新型的单螺杆空气压缩机包括有电机和与电机相连的压缩机主体，压缩机主体具有空气进口和空气出口；所述的压缩机主体包括有机壳、及装在机壳内且由螺旋杆和两个相对布置的平面星轮组成的啮合副；螺旋杆的轴与星轮的轴相互垂直。机壳内具有型腔，并由螺旋杆、机壳内壁及星轮面隔成上、下两个型腔，即进气腔和排气腔。

本实用新型的单螺杆压缩机具有以下显著的优点：1、由于采用由电机带动螺旋杆旋转，从而使星轮压缩空气，其结构基本对称，因而具有理想的力平衡；该机能平衡地无振动地在高工作转速下运转，在空气被压缩过程中，机体各机件不受任何冲击力，由于星轮布置对称合理，所产生的径向力和轴向力均已互相抵消，主轴所承受扭矩完全付予空气压缩做功状态，所以容积比能较低，压缩效率高。2、单机容量大，无余隙容积；该机运行时每转一周，每个螺旋杆的螺旋槽均工作两次，螺旋槽空间得到充分利用，每分钟压缩次数可达2940×12＝35280次，因此其排气量较大，增压速度较快，很适合铁路机车要求以及工矿企业大容量使用要求。3、高速匀载，安全可靠且寿命长；主机寿命取决于轴承运转的耐久性，由于两侧星轮在螺旋槽中运行，受压情况比活塞受压情况好得多，所以磨耗甚微，寿命可达3万小时以上。4、该机操作简便，易损件少且控制系统完善；该压缩机根据情况可设有过流、超温、超压自动控制，并还可在各油路中设有阻塞警示系统、电路中设故障警示系统，可保证其安全运行。5、本实用新型应用广泛；可用于铁路机车、轮船、建筑、水利、工厂、矿工等部门和行业中以压缩空气为动力的场合，也可用于风动工具、气动夹具、自动控制、喷砂、喷漆、充气、吹洗、输送等工作中，还可作为负压或正压的增压压缩机，用于化工、石油等部门。

下面结合附图对本实用新型的技术内容及其结构特征作进一步的说明：

图1为本实用新型的单螺杆空气压缩机的原理示意图；

图2为本实用新型的压缩机主体的结构示意图(沿螺旋杆中心轴垂直方向的正剖面结构图)；

图3为沿螺旋杆中心轴的纵向半剖面结构图；

图4为本压缩机中螺旋杆的结构示图；

图5为本压缩机中星轮的正视示意图；

图6为图5的A-A剖面图；

图7为图5的B-B剖面图；

图8为本实用新型中螺旋杆与星轮配合组成的啮合副的工作原理情况示意图。

参见图1，本实用新型的单螺杆空气压缩机包括有电机1和与电机功率输出轴相连的联轴节2及与联轴节相连的压缩机主体4，压缩机主体4具有可与空气过滤器3相连的空气进口和可与油气分离器5相连的的空气出口；空气从过滤器3、空气进口吸入再经压缩机压缩后由空气出口压出进入油气分离器5分离，并沿箭头方向进入储气罐等中。并且还可设有由热交换器6等构成的油路冷却系统。

参见图2，所述的压缩机主体4包括有机壳、及装在机壳内且由螺旋杆407和两个相对布置的平面星轮408组成的啮合副；螺旋杆407的轴406与星轮408的轴410相互垂直。所述的机壳可由上盖体401和下盖体402及上盖体401与下盖体402相连的紧固螺栓403组成，机壳内具有型腔，并由螺旋杆407、机壳内壁及星轮面隔成上下两个型腔，即进气腔和排气腔。上盖体401上具有空气进口404且与机壳内的进气腔相通，下盖体402上具有空气出口405，其出口与排气腔相通。

参见图2和图3，所述的螺旋杆407的轴406通过轴承414和419及相应的轴承座413和418安在机壳上。另外再参阅图1，其螺旋杆轴406通过联轴节2与电机1的功率输出轴相连，由电机1带动螺旋杆407旋转。图3中的箭头表示空气进出方向。

再参见图2，所述的螺旋杆407与其左右两片星轮408相啮合配合，星轮中心有轴孔(见图6)，星轮408通过其托架409固定安在星轮轴410，星轮轴410通过轴承组411装在机壳中，星轮轴410连同其上的星轮408可在轴承组内旋转。在星轮轴410的下部具有盖412，便于安装和维修。

由上述结构所构成的压缩机，螺旋杆等处于机壳内的型腔内，螺旋杆外表(即螺旋杆上螺旋槽壁外表)与机壳内壁之间只具有较少的间隙，以保证螺旋杆正常旋转时达到充分有效地压缩空气的目的。在使用时可喷入油液以封闭各部间隙，有关这点将在以下再加以说明。

再参见图1和图2，上述的空气进口404可通过弯管7连接有空气过滤器3，空气沿弯管7的箭头方向进入；在空气进口处设有单向阀(图中没有示出)以防空气倒流；空气过滤器3采用由滤芯等构成的现有一般的空气过滤装置。为了便于使用及防止滤芯被灰尘等堵塞而造成风量不足、空压下降，在过滤器中设有过滤器阻塞警示系统，当滤芯被堵塞，造成过滤器内外压差增高(内负压)时，警示系统发出警示，用户可及时更换滤芯；有关警示系统可采用现有一般电路，在此不作详细说明。

参见图4，图中点划线所示为星轮408与螺旋杆407的配合示意情况，相邻的三个星轮齿分处于螺旋杆同一纵剖面的三个螺旋槽415、416、417中。所述的螺旋杆407上具有螺旋槽，根据具体的空气容量及压出压强可确定其螺旋杆的有效半径R、螺旋槽数N、螺旋槽宽度B和最深部位螺旋槽的深度H。再参见图5，星轮408具有星轮齿420，星轮半径r和其星轮齿数n根据其技术要求来确定。所述的星轮齿与螺旋杆的螺旋槽相吻合，星轮408由螺旋杆407带动，使其星轮齿沿螺旋槽运动压缩空气，以实现空气由其空气进口进入经压缩从空气出口压出的目的。由于螺旋杆带动星轮转动，因此螺旋杆与星轮之间的转速由螺旋槽与星轮齿数而定，即为

现以星轮旋转角α作参数，当星轮转α时，螺旋杆则转，由于星轮齿与螺旋杆螺旋槽始终吻合，当螺旋杆转动时螺旋槽至其轴中心线之间的距离为(R-H)+r(1-cosα)；为了保证星轮齿在螺旋槽内运动的整个过程中始终与螺旋槽面接触以高效率地压出空气，其螺旋槽由下列公式确定：参阅图4，以螺旋杆的轴406的中心线为Y轴，螺旋杆轴中心线(轴Y)至星轮旋转轴中心线(轴Z′)的垂直线为X轴，垂直于星轮面且过螺旋杆轴中心点作Z轴，从而有螺旋杆螺旋槽方程：(其中：α为星轮在XOY平面内所旋转的角度参数，；R为螺旋杆的半径，H为最深部位螺旋槽的深度，r为星轮半径，N为螺旋杆的螺旋槽数，n为星轮的星轮齿数)。

本实用新型最佳实施例可选用以下参数：

N＝6，n＝11，

R＝80.9，r＝82.5，

H＝33.5，B＝47.12

根据上述参数可得出螺旋槽的旋导角β＝67°。螺旋杆的螺旋方程如下：

(其中：α为星轮旋转角度参数，|α|≤32.73°)

再参见图4，为了保证螺旋槽的螺旋面与星轮齿的端面相吻合，其螺旋槽的螺旋面为园柱母面。参见图5、图6和图7，所述的星轮上的星轮齿均匀公布星轮的边缘，其端面为与螺旋杆螺旋槽相吻合的园弧面(图5)。所述星轮齿的断面形状为四边形(图7)，由于星轮具有一定的厚度，为了保证星轮齿与螺旋杆槽面配合运转，其星轮齿侧的两工作面为四边形的两斜边，且其后角b比前角c较大；这样，星轮齿与螺旋槽在啮合时有较理想的间隙，保证了本实用新型在工作时其压力和风量达到要求。

回头参见图2和图1，上述的空气出口405通过弯管8与油气分离器5相连，高压缩气体从出口经弯管8进入油气分离器5分离。分离后的空气由其顶部进入储气罐等中，为了防止油气分离器中空气压力过高而损环构件，在油气分离器的顶部安有容调阀。再参见图2，在弯管7与过滤器3之间通过卸荷阀法兰906安有卸荷阀9。所述的卸荷阀9由卸荷阀阀座901、卸荷阀活塞阀板902、活塞顶锁帽903、卸荷阀弹簧芯子904和卸荷阀芯子弹旦905组成。卸荷阀9通过管路与上述的容调阀相连。当油气分离器5顶部空气压力过高时，可通过其顶部的与容调阀相连的气管连通卸荷阀9(沿卸荷阀下部箭头方向进入)，空气由卸荷阀中排出。

参见图8，图8中示出了压缩机中的螺旋杆和星轮所构成的啮合副的整个工作过程，即吸气过程、压缩过程和排气过程。图8(A)为螺旋杆与星轮相配合的结构示意图；图8(B)为吸气过程；图8(C)为压缩过程；图8(D)为排气过程。当电机带动螺旋杆旋转时，空气从图8(A)中的底部吸入，按图8(A)所示的箭头方向进入螺旋槽中，随着螺旋杆不断旋转，星轮齿按图8(C)的箭头方向沿螺旋槽压缩空气，当到达图8(D)所示位置时，所压缩的空气按箭头方向排出空气进入机壳下部型腔中。

本实用新型中还具有封闭压强自润滑的油路系统。再参见图1，随同空气一起从主机空气出口压出的油气经油气分离器5分离后，空气从顶部流出进入储气罐中，油液从其底部经由热交换器6构成的冷却系统冷却后，再经处理进入主机中，图1和图2及图3可见其简单地流程；图2中设有油液注入口，以起着密封各部间隙、冷却压缩机体、吸振、消声及润滑螺旋杆与星轮啮合摩擦散热作用。所述的油路系统和冷却系统为现有一般技术，在此不作详细说明；根据使用要求，可设有电机控制系统等，以保护电机安全作业。

本实用新型在使用时，空气经空气过滤器过滤后，再经机壳上的进气口(单向阀)进入进气腔，同时由油路系统喷入油液；进气腔内的空气进入螺旋杆的螺旋槽中，经星轮齿压缩进入排气腔，此过程中油液起着封闭各部件间隙和冷却等作用。进入排气腔中的气油混合体由出口进入油气分离器分离，分离后的气体可进入储气罐中，油液经热交换器冷却再经油路系统循环使用。

Claims

1、一种单螺杆空气压缩机，包括有电机(1)和与电机(1)相连的压缩机主体(4)，压缩机主体(4)具有空气进口和空气出口；其特征在于：所述的压缩机主体(4)包括有机壳、及装在机壳内且由螺旋杆(407)和两个相对布置的平面星轮(408)组成的啮合副；螺旋杆(407)的轴(406)与星轮(408)的轴(410)相互垂直；机壳内具有型腔，并由螺旋杆、机壳内壁及星轮面分隔成上、下两个型腔，即进气腔和排气腔。

2、根据权利要求1所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：所述的螺旋杆(407)的轴(406)通过轴承(414)和(419)及相应的轴承座(413)和(418)安在机壳上；所述的螺旋杆(407)与其左右两片星轮(408)相啮合配合；星轮中心有轴孔，星轮(408)通过其托架(409)固定安在星轮轴(410)，星轮轴(410)通过轴承组(411)装在机壳中。

3、根据权利要求2所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：上述的空气进口(404)可通过弯管(7)连接有空气过滤器(3)；在空气进口处设有单向阀。

4、根据权利要求1或2所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：所述的螺旋杆(407)上具有螺旋槽；所述的星轮(408)具有星轮齿(420)；所述的星轮齿与螺旋杆的螺旋槽相吻合，星轮408由螺旋杆407带动。

5、根据权利要求4所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：上述的螺旋槽由下列公式确定：以螺旋杆的轴(406)的中心线为Y轴，螺旋杆轴中心线(轴Y)至星轮旋转轴中心线(轴Z′)的垂直线为X轴，垂直于星轮面且过螺旋杆轴中心点作Z轴，从而有螺旋杆螺旋槽方程：

(其中：α为星轮在XOY平面内所旋转的角度参数，；R为螺旋杆的半径，H为最深部位螺旋槽的深度，r为星轮半径，N为螺旋杆的螺旋槽数，n为星轮的星轮齿数)。

6、根据权利要求5所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：上述螺旋槽的各种参数可选用以下值：

N＝6，n＝11，

R＝80.9，r＝82.5，

H＝33.5，B＝47.12螺旋槽的旋导角β＝67°；螺旋杆的螺旋槽方程如下：

(其中：α为星轮旋转角度参数，|α|≤32.73°)

7、根据权利要求5或6所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：上述螺旋槽的螺旋面为园柱母面；所述的星轮上的星轮齿均匀公布星轮的边缘，其端面为与螺旋杆螺旋槽相吻合的园弧面。

8、根据权利要求7所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：所述星轮齿的断面形状为四边形；其星轮齿侧的两工作面为四边形的两斜边，且其后角b比前角c较大。

9、根据权利要求1所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：上述的空气出口405通过弯管8与油气分离器5相连。

10、根据权利要求1或3或9所述的单螺杆空气压缩机，其特征在于：在上述的弯管(7)与过滤器(3)之间通过卸荷阀法兰(906)安有卸荷阀(9)；所述的卸荷阀(9)由卸荷阀阀座(901)、卸荷阀活塞阀板(902)、活塞顶锁帽(903)、卸荷阀弹簧芯子(904)和卸荷阀芯子弹旦(905)组成；在油气分离器(5)的顶部安有容调阀；卸荷阀(9)通过管路与上述的容调阀相连。