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CN101978135A - 一种流体喷射螺杆式压缩机元件 - Google Patents

一种流体喷射螺杆式压缩机元件 Download PDF

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CN101978135A CN2009801092652A CN200980109265A CN101978135A CN 101978135 A CN101978135 A CN 101978135A CN 2009801092652 A CN2009801092652 A CN 2009801092652A CN 200980109265 A CN200980109265 A CN 200980109265A CN 101978135 A CN101978135 A CN 101978135A
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R·H·M·鲍维尔斯
P·A·L·埃内恩斯
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Atlas Copco Airpower NV
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Atlas Copco Airpower NV
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Abstract

一种流体喷射螺杆式压缩机元件，其包括两个相配合的转子(2，3)，所述转子沿径向和轴向支撑装配在壳体(1)中，该壳体限制出转子腔室(4)，所述转子(2，3)设于所述腔室中，用于流体喷射的流体回路(11)排入所述腔室中，其特征在于：至少一个转子的径向支撑通过相关转子与壳体的与相关转子的径向周边相对的那部分壁的接触和/或与另一转子的相互配合，和通过最有可能地一个附加径向轴承来实现。

Description

一种流体喷射螺杆式压缩机元件
技术领域
本发明涉及一种流体喷射螺杆式压缩机元件，其包括两个相互配合的转子，所述转子支撑装配在壳体中，因此该壳体限定出转子腔室，所述转子位于所述腔室中，并且喷射流体的流体回路通向所述腔室中。
背景技术
流体喷射螺杆式压缩机元件总体上是已知的，依据已知原理工作，其中在转子转动的同时，形成于相应转子的彼此啮合的齿之间的压缩腔室的体积逐渐变小。
在转子经历一定旋转之后，形成于转子之间的压缩腔室之一连接至螺杆式压缩机元件的出口。
喷油螺杆式压缩机元件在当前是已知的，其中为了润滑、冷却和密封转子，具有相对高的运动粘度(根据ISO46，其为40℃下30-70cSt(＝3×10-6-7×10-6m2/s))的油被喷入压缩腔室。
这种喷油螺杆式压缩机元件的良好工作要求在两个转子的两侧上使用径向的和/或径向的/轴向的滚柱轴承，以便能够以使转子和壳体之间的摩擦受限的方式旋转装配所述转子。
滚柱轴承或所谓防摩擦轴承被理解为设有可以以各种方式(诸如以球形、圆锥滚柱形、圆锥形、圆柱形、针形或类似形状)形成的滚柱元件的轴承。
其中，需要这种径向的或径向的/轴向的滚柱轴承来吸收压缩过程中施加于转子上的径向作用力，以及由驱动器(例如齿轮、皮带或链条)施加于所述转子上的作用力。所述滚柱轴承还确保从转子传送到壳体的振动受到限制，这对于压缩机的使用寿命而言是有利的，也有利于限制噪声危害。
这种已知的螺杆式压缩机元件的缺点在于：这种滚柱轴承通常昂贵，并且在螺杆式压缩机元件的组装过程中相对较难装配。
喷水式压缩机元件也是已知的，其中水替代油被喷入压缩室中以起相同目的，即提供冷却、润滑和密封。
对于这种喷水螺杆式压缩机元件，转子借助由水润滑的滑动轴承通过轴颈在两侧沿径向支撑装配于壳体中，所述滑动轴承包括抗腐蚀的轴衬(其例如由石墨制成)，所述轴衬在(一方面)转子的相应轴颈与(另一方面)压缩机元件的壳体之间延伸。
这种喷水式压缩机元件的缺点在于：这种由水润滑的滑动轴承通常是昂贵的，因为上述轴衬总是由相对昂贵的材料制成，所述轴承要求轴衬具有高的制造公差。
这种喷水螺杆式压缩机元件的另一缺点是：其壳体常常相对较为复杂，因为在压缩室和滑动轴承中存在数个用于喷水的喷射通道。
已知的喷水螺杆式压缩机元件的另一缺点是：壳体中转子的间隙相对较大，由此在转子之间以及转子与转子腔室的壁之间的压缩腔室中存在泄漏损失，这种泄漏损失在一定程度上被喷射流体吸收。
发明内容
本发明旨在克服上述和其它缺陷中的一项或数项。
为此，本发明涉及一种流体喷射螺杆式压缩机元件，其包括两个相配合的转子，所述转子沿径向和轴向的方向支撑装配于壳体中，其中该壳体限定出转子腔室，所述转子设于所述腔室中，用于流体喷射的流体回路排入所述腔室中，因此该螺杆式压缩机元件具有以下特性：至少一个转子的径向支撑通过相关转子与壳体的与相关转子的径向周边相对的那部分壁的直接接触和/或通过与另一转子的相互配合，以及最有可能一个附加径向轴承来实现。
上述最有可能一个附加轴承可以由滚柱轴承或滑动轴承构成。
根据本发明的这种流体喷射螺杆式压缩机元件的优点在于：由于至少一个转子的径向支撑通过壳体和/或与另一转子的相互配合来实现，因此所述至少一个转子在至少一个轴向转子端上没有径向轴承，使得能够比其中两个转子在两侧上均设有径向的或径向的/轴向的滚柱轴承的常规喷油螺杆式压缩机元件更便宜、简单和紧凑地制造这种流体喷射螺杆式压缩机元件。
根据本发明的这种流体喷射螺杆式压缩机元件还能够以比其转子在两侧上均设有径向滑动轴承的已知的喷水螺杆式压缩机元件更简单和便宜的方式实现，因为与这种喷水螺杆式压缩机元件相比，只需在壳体中设置非常少的润滑通道。
根据本发明的流体喷射螺杆式压缩机元件的另一优点在于：避免在装配过程中转子对准不好，因为至少一个转子通过壳体和/或通过与另一转子的相互配合沿径向支撑装配。
优选地，上述转子中的至少一个完全没有任何附加的径向轴承，该至少一个转子的径向支撑仅通过壳体和/或与另一转子的相互配合实现。
其好处在于该螺杆式压缩机元件进一步得到简化，因而生产和材料费用进一步降低。
根据本发明的优选特性，该流体喷射螺杆式压缩机元件还包括用于限制转子之间和/或转子与壳体之间的摩擦的装置。
其优点在于：该螺杆式压缩机元件的效率好于常规的螺杆式压缩机元件，而且从转子到壳体的振动传递得到限制，其降低了振动-噪音散发，提高了螺杆压缩机单元的使用寿命。
附图说明
为更好地解释本发明的特性，参考附图仅以举例而非限制的方式描述根据本发明的流体喷射螺杆式压缩机元件的下列优选实施例，其中附图示意性地描绘了根据本发明的流体喷射螺杆式压缩机元件的剖面。
具体实施方式
在附图中给出的流体喷射螺杆式压缩机元件主要包括壳体1和两个相配合的转子，即设在所述壳体1中的凹型转子2和凸型转子3。
壳体1围绕转子腔室4，其在一侧(称作入口侧)上设有入口5，入口5具有用于待压缩气体的进口，在另一侧(称作出口侧)上设有用于压缩气体和喷射流体的出口6。
在出口6上连有输出管路7，其终止于流体分离器8中，在分离器8的顶部上通有用于压缩气体的排放管路9，在分离器8的底部上连有流体管路10，以将分离的流体带回转子的腔室4，所述流体管路10经由开口10A和10B通向腔室4。
流体分离器8和流体管路10为流体回路11的一部分。由于在螺杆式压缩机元件的正常操作过程中输出管路7中存在相对较高的压力，即出口压力，因此该出口压力也将或多或少地存在于流体分离器8中，流体管路10将形成流体回路11的一部分，其中，流体管路10中的压力实际上与螺杆式压缩机元件的输出压力相同。
凹型转子2包括螺旋体12，在所给出的实例中，螺旋体12在无任何轴颈和附加轴承的情况下以能够被直接转动的方式设于转子腔室4中，而凸型转子3具有螺旋体13和(在这种情况下)两个轴颈14和15，所述轴颈借助分别围绕轴颈14、15延伸的两个轴承16和17将所述凸型转子支撑装配于壳体1中。
根据本发明，至少一个转子的径向支撑通过接触实现，所述接触更具体地是相关转子与壳体1的与相关转子的径向周边相对的那部分壁的直接接触和/或与另一转子的相互配合，以及最有可能通过一个附加径向轴承(其中，该径向轴承可以由滚柱轴承或滑动轴承构成)来实现。
在该附图的实例中，凹型转子2的支撑只通过壳体1以及与凸型转子3的相互配合来实现，而未给该凹型转子设置附加径向轴承。
具体地，所述凹型转子2没有支撑装配的轴颈，径向支撑仅由相关转子2与壳体1的与相关转子2的径向周边相对的那部分壁的直接接触和与凸型转子3的相互配合来保证，因此无需附加径向轴承，而凹型转子2的轴向支撑仅由相关转子2的端面与相对的壳体1的那部分壁的接触来保证，无需任何附加轴向轴承。
根据本发明的流体喷射螺杆式压缩机元件优选设有用于限制位于转子2和3与壳体1之间的出口侧上的轴向间隙的装置。
为此，在这种情况下，与压缩机元件的入口侧上的轴颈14的横切远端相对地，在壳体1的端部18上形成封闭腔室19，其通过支路20连接流体管路10，由此连接到流体回路11中的压力低于出口压力的那部分，使得当压缩机元件运行时，压力将被施加在所述轴颈14的横切远端上。
通过类似的方式，与压缩机元件的入口侧上的凹型转子2的主体12的横切端相对地，在壳体1的端部18上形成封闭腔室21，所述腔室21通过支路22连接至流体管路10，因此连接至流体回路11中的压力实际等于出口压力的那部分，使得当压缩机元件运行时，压力也将被施加在转子2的该横切端上。
在给出的实例中，凸型转子3的轴颈15延伸至壳体1的外部，在那里它能够与诸如马达或类似物的驱动器(未在附图1中示出)相连。
在这种情况下，凹型转子2不连接至所述驱动器，而是直接由凸型转子3驱动。
然而，根据本发明，还可以只给凹型转子2提供延伸至壳体1的外部且与驱动器相连的轴颈，使得凸型转子3由凹型转子2驱动。
根据本发明的优选特性，该流体喷射螺杆式压缩机元件包括用于限制转子2与3之间以及转子2和3与壳体1之间的摩擦的装置，根据本发明的优选方面，所述装置包括设于一个或两个转子2、3的表面的至少一部分上和/或壳体1的壁的至少一部分上的几乎无摩擦的硬质涂层。
具体地，上述涂层能够被设于以下表面中的一个或数个的至少一部分上：
转子2和3中的至少一个的端面；
转子2和3中的至少一个的接触表面，“接触表面”意指在转子表面上的点的集合，该点在螺杆式压缩机元件运行时接触转子，并且与所述转子相互配合；
壳体1的与转子2或3的上述端面相对的那部分壁；
壳体1的与上述转子2或3的径向周边相对的那部分壁。
上述涂层可以例如包括所谓“类金刚石碳”涂层(DLC涂层)，但是它也能够制成另一涂层形式，诸如“几乎无摩擦碳”涂层(NFC涂层)、陶瓷涂层、金属涂层、聚合物涂层或类似物。
所述涂层可以掺杂或不掺杂硬质的填料和/或润滑型填料的微米颗粒和/或纳米颗粒。
根据本发明的特定方面，经由开口10A和10B喷入转子腔室4的流体包括粘度非常低的冷却液体(例如矿油)，或者换句话说，冷却液体在40℃下的运动粘度远低于当前喷油式压缩机的冷却液体的运动粘度(6×10-6m2/s)，所述液体与上述涂层相互配合在转子2与3之间和/或转子2和3与壳体1之间形成摩擦学效应，因此尽管粘度非常低，仍然可以在螺杆式压缩机元件的每个运行状态期间产生润滑和密封效果。
因此，喷射流体必须仅包括冷却液体，不必具有任何密封或润滑性等。
由于恰当地采用了用于限制转子2与3之间以及转子2和3与壳体1之间的任何摩擦的装置(在这种情况下意指恰当地确定涂层部分尺寸和采用涂层与冷却液体的恰当组合)，转子2和/或3中的至少一个在至少一个轴向转子端上将没有径向轴承，具体地，在至少一个轴向转子端上将不具有轴颈14-15。
用于减小转子2与3之间以及转子2和3与壳体1之间的摩擦的另一优选附加装置具有以下特性，一个或两个转子和/或壳体1的壁在其表面的至少一部分上设有凸凹部，以提供具有几乎无摩擦性的性能。
为此，可以借助激光器在相关表面上烧出纹理；相关表面可以借助喷砂清理、珩磨、精磨或磨光或任何其它表面处理技术来加工。
这种凸凹部优选至少设在不含任何涂层的表面上，但根据本发明，这并非是严格必须的，因此，这种涂层也可以设在后来涂覆有上述几乎无摩擦涂层的表面上。
具体地，上述凸凹部可以设在以下表面中的一个或数个的至少一部分上：
转子2和3的至少一个的端面；
转子2和3的至少一个的接触表面；
壳体1的与转子2或3的上述端面相对的那部分壁；
壳体1的与上述转子2或3的径向周边相对的那部分壁。
上述摩擦表面之间的几乎无摩擦的接触和支撑负载在比例如滚柱轴承情况下大得多的表面上的分布将使壳体1上的峰值负载的传递大大减小。此外，因而也使螺杆式压缩机元件的振动-噪音散发大大减小。
由于腔室19和21的存在，轴向压力分别在入口侧形成于轴颈14的横切远端和凹型转子2的端面上，所述压力抵消由压缩气体施加于转子2和3上的轴向作用力。
本发明在任何情况下均不受限于在附图中以举例方式描述的实施例；相反地，这种流体喷射螺杆式压缩机元件能够制成各种形状和尺寸，同时仍然落在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种流体喷射螺杆式压缩机元件，其包括两个相配合的转子(2，3)，所述转子在径向和轴向方向上支撑装配在壳体(1)中，所述壳体限定出所述转子的腔室(4)，其中所述转子(2，3)位于所述腔室中，并且用于喷射流体的流体回路(11)从所述腔室出来，其特征在于：
至少一个转子的径向支撑通过相关转子与壳体的与相关转子的径向周边相对的那部分壁的接触和/或通过与另一转子的相互配合以及最有可能通过一个附加的径向轴承来实现。
2.如权利要求1所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述转子(2，3)中的至少一个转子没有附加的径向轴承。
3.如权利要求1或2所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：至少一个转子的径向支撑仅仅通过相关转子的端面与所述壳体(1)中的相对的那部分壁之间的接触来实现，而无需任何附加的轴向轴承。
4.如前述权利要求中任何一项所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：至少一个转子在至少一个或者两个轴向转子端部上没有支撑装配的轴颈(14，15)。
5.如前述权利要求中任何一项所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述螺杆式压缩机元件包括用于限制所述转子(2，3)之间和/或所述转子(2，3)与所述壳体(1)之间的任何摩擦的装置。
6.如权利要求5所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述用于限制任何摩擦的装置包括设于所述转子(2，3)中之一或全部两个的至少一部分表面上和/或所述壳体(1)的至少一部分壁上的几乎无摩擦的硬质涂层。
7.如权利要求6所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述硬质涂层由DLC涂层、NFC涂层、陶瓷涂层、金属涂层或聚合物涂层构成。
8.如权利要求6或7所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述硬质涂层被设置在以下表面中的一个或几个的至少一部分上：
所述转子(2，3)中的至少一个的端面；
所述转子(2，3)中的至少一个的接触表面；
所述壳体(1)的与所述转子(2，3)的所述端面相对的那部分壁；
所述壳体(1)的与所述转子(2，3)的径向周边相对的那部分壁。
9.如前述权利要求中任何一项所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述流体在40℃下的运动粘度低于目前喷油式压缩机的流体的为6×10-6m2/s的运动粘度。
10.如权利要求6所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述流体被选择成：在与所述硬质涂层相互作用时，所述流体产生摩擦学效应，使得在所述转子(2，3)之间和/或在所述转子(2，3)与所述壳体(1)之间形成几乎无摩擦的接触。
11.如权利要求5所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述转子(2，3)中之一或全部两个上和/或所述转子的腔室(4)的壁在其表面的至少一部分上设有凸凹部，以提供具有几乎无摩擦性能的形态。
12.如权利要求11所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述凸凹部由纹理构成，所述纹理被激光烧制于相关表面上，或者借助喷砂处理、研磨、精磨或磨光或者类似方式或者借助化学方法形成于相关表面上。
13.如权利要求11或12所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述凸凹部设在以下表面中的一个或数个的至少一部分上：
所述转子(2，3)的至少一个的端面；
所述转子(2，3)的至少一个的接触表面；
所述壳体(1)的与所述转子(2，3)的所述端面相对的那部分壁；
所述壳体(1)的与所述转子(2，3)的径向周边相对的那部分壁。
14.如权利要求1所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述螺杆式压缩机元件设有用于限制位于所述转子(2，3)与所述壳体(1)之间的间隙的装置，所述用于限制间隙的装置包括与所述转子的主体(12)的端面相对地和/或与所述转子(3)的轴颈(14)的横切远端相对地设置在所述螺杆式压缩机元件的入口侧上的腔室(19，21)。
15.如权利要求14所述的流体喷射螺杆式压缩机元件，其特征在于：所述腔室(19，21)经由支路(20、22)连接至流体管路(10)，所述流体管路(10)连接至所述螺杆式压缩机元件的出口管路(7)中的流体分离器(8)。
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