改进的喷水式螺旋压缩机部件的制作方法

专利名称：改进的喷水式螺旋压缩机部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的喷水式螺旋压缩机部件。
背景技术：
众所周知，喷水式螺旋压缩机部件一方面包括机壳，该机壳限定 转子室，转子室的一远端具有进口，转子室的另一远端具有出口，并 且其内设有两个协同操作的转子，这些转子利用其轴分别通过机壳的 进口侧和出口侧的水润滑轴承而支承安装在机壳中，并且另一方面包 括用于喷水的水路，该水路接在压缩机部件的出口处，并且通向转子 室并到达上述轴承。
在这种喷水式压缩机部件的情况下，可用水代替油作为转子及其 轴承的润滑剂。
这样，可能获得无油压缩空气，并且以简单的方式冷却转子，因 此，可控制压缩温度， 一方面压缩效能大为提高，另一方面避免如用 油润滑轴承出现的密封问题，因为，水不会渗入该轴承，而油在压缩 空气中又不能泄漏。
这些压缩机部件包括用于径向定位的流体动力滑动轴承和用于转 子轴向定位的液体静压和/或流体动力滑动轴承。
对于轴向滑动轴承(axial slide bearing ),要对其供水以便将其润 滑，因此，它必须吸收由压缩气体作用在转子上的轴向力。
由于轴向轴承的直径受到转子之间中心距的限制，所以轴承中可 能产生的反作用力的冲击将由轴承中的水压确定。
如是液体静压轴承，吸收上述轴向力所需的供给压力要大于压缩机部件的出口压力。
因此，这些压缩机部件需要附加泵，以增加液体静压轴承的供水 压力。
如是流体动力轴向轴承，速度必须足够高，以便能够产生足够的 液体动压力， 一方面使逆着压力不可能启动，另一方面又大大降低速 度范围，从而减小压缩机的运行范围。
从BE 1.013.221中已经知道，为了减少压缩气体作用于电动机上 的上述轴向力，在机壳内，相对于每个转子轴进口侧的横切端部设置 压力室，其中，开通上述水路的支管，这样，由于该室内的水压，轴 向力作用于相关的轴端上，该力与上述气体轴向力相反，并完全或几 乎完全抵消这些气体力，因为水压几乎等于压缩机部件出口处的压力。
在BE 1.013.221中描述的压缩机部件非常适合于单级压缩机中的 应用或作为多级压缩机中的低压压缩机部件，但是不太适用于多级压 缩机中的高压压缩机部件，因为在这种情况下，压缩空气作用于转子 上的力大大高于低压压缩机部件情况下的力。
气体作用于转子上的轴向力包括两个分力， 一方面是与出口压力
成比例的单分力，另一方面是与进口压力成比例的单分力。两个分力 自压缩机部件的出口侧指向进口侧。
如是高压压缩机部件，与进口压力成比例的分力是气体轴向力中 不可忽视的分力。
在轴向轴承的直径受限制的情况下，这些气体力太大，以至于不 能被吸收。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有水润滑轴承的水润滑螺旋压缩机 部件，这种部件没有上述缺陷，因此也可用作多级压缩机中的高压压 缩机部件，而无需供给液体静压轴承所需的附加泵，或者在流体动力 轴向轴承的情况下，无需必须限制压缩机的运行范围。为此，本发明涉及一种改进的喷水式螺旋压缩机部件， 一方面该 部件主要包括机壳，该机壳限制转子室，转子室的一远端具有进口， 转子室的另一远端具有出口，并且其内设有两个协同操作的转子，这 些转子利用其轴分别通过机壳的进口侧和出口侧的水润滑轴承而支承 安装在机壳中，并且另一方面包括用于压力喷水的水路，该水路通向 转子室并到达上述轴承，由此每个转子设置两个活塞，分别是第一活 塞和第二活塞，这些活塞每个在导向器中可轴向移动，因此，这些活 塞中的每一个以一侧与相关的转子接触或是它的一部分，并且以相对 侧与压力室接触，由此，为了部分或几乎完全抵消压缩气体作用在转 子上的轴向分力，第一活塞的第一压力室经支管连接到转子室，用于 向该第一压力室供水，也就是从转子室的某一部位分出，在该部位， 压力与压缩机部件的出口处的压力相等、或几乎相等、或与其成比例， 而第二活塞的第二压力室经管子在压力等于或几乎等于螺旋压缩机部 件进口处的压力、或与其成比例的压力下连接，并且经两个压力室之 间的泄漏连接来供给来自第一压力室的水。
在本发明的这种螺旋压缩机部件中， 一个活塞将轴向力施加在相 关的转子上，该力与螺旋压缩机部件出口处的压力成比例，并且与转 子上的气体力方向相反，而另一活塞将轴向力沿相同方向施加在同一 转子上，该力与螺旋压缩机部件的进口处的压力成比例。
由于合理设定活塞的尺寸和/或通过预期将压力分到活塞的压力 室，因而以这种方式由高压压缩机部件中的压缩气体施加在转子上的 轴向分力可被完全或几乎完全抵消，这样使得轴承仅须吸收运行过程 中或过渡状态期间产生的微小的力。
通过经与上述压力室供水无关的单独水路对流体动力轴承进行润 滑，使有可能分出用于控制上述活塞的水流，以便抵消转子上在压力 值适于直接用作控制压力的部位处直接从转子室来的气体压力。
这样，就不再需要另外的分力来调整控制压力。
另外，由于经过压力室的水流流向，避免了流体动力轴承的水润 滑与较高压力下送到第一压力室的水之间的直接接触。从而也就避免了从转子室分出的水中可能产生的气泡流过流体动 力轴承，否则会损害轴承的使用寿命。
在压力室中优选施加压力，该压力直接在转子室中分出，分别在 螺旋压缩机部件的进口和出口附近直接分出，并且转子室与压力室之
间的管子尺寸设定成使在这些导向器中几乎不会产生压力损失，因此， 这些压力室中的压力分别与螺旋压缩机部件的进口 、出口中的压力相 等或几乎相等。
在这种情况下，由于合理选择活塞的尺寸，因而可使转子上的气 体压力得到平衡。
由于在向压力室分压的管子中没有或几乎没有出现压降，所以压
力室中的压力将始终与进口和出口中的压力相等，在过渡状态下也是 如此，因而在过渡状态下，在没有任何另外措施条件下，气体压力始 终完全或几乎完全被抵消。
另一方面，为了抵消压缩机部件的转子上的气体压力，也可以预 测上述压力室中的压力，因此，必须确保压力室中的压力分别与螺旋 压缩机部件进口、出口处的压力成比例。
第一替换方案是直接从进口和出口对压力室进行分压，并且在压 力室与进口或出口之间的管子中设置一个或数个限流器。
通过使用这种限流器，除了恒定值之外，两个室内的压力可被调 整成，分别与出口压力、进口压力成比例。
第二替换方案是在转子室中压力分别与进口中的压力、出口中的 压力成比例的压力占主流的部位处向压力室分压，这时不再需要使用 限流器。


为了更好地说明本发明的特征，下面参照附图给出本发明的改进 的喷水式螺旋压缩机部件的两个优选实施例，它们仅作为示例，并无
任何方面的限制性。其中图l概略示出本发明的螺旋压缩机部件的一部分；
图2示出图1中的一部分，其中，示有螺旋压缩机部件中的水流；
图3示出图1的变型；
图4示出图3中变型的水流。
具体实施例方式
如图所示，喷水式螺旋压缩机部件1为本发明的高压压缩机部件， 该部件主要包括一个机壳2和两个协同操作的转子，即支承安装在该 机壳2中的凹形转子3和凸形转子4。
机壳2包围转子室5，该转子室在所谓进口侧的一远端设有进口 6， 用于将要压缩的气体，而在所谓出口侧的另一远端设有出口 7，用于 压缩气体和喷射水。
螺旋压缩机部件1具有压力水路8，压力水路8具有从压缩气体 中分离水10的脱水器9，因此，该脱水器9通过出口管ll连接到出 口 7上，并且由此，该脱水器9在顶部包括用于压缩气体的排放管12， 而在底部包括水管13,用于将水经喷口 14送回并喷入转子室5。
凹形转子3具有设于轴16上的螺旋形本体15，该轴在转子的两 侧支承安装在机壳2中，分别是在进口侧通过水润滑径向滑动轴承 (radial slide bearing) 17和在出口侧通过水润滑组合的径向和轴向 滑动轴承18。
当然，代替组合的滑动轴承18，也可用两个独立的滑动轴承，一 个是径向滑动轴承形成，另一个为轴向滑动轴承形式。
类似地，凸形转子4具有螺旋形本体19和轴20,该轴20通过水 润滑滑动轴承支承安装在机壳中，分别是径向滑动轴承21和组合或分 开的径向和轴向滑动轴承22。
凸形转子19的轴20延伸至机壳2外面，在此，可与图中未示出 的驱动装置连接。
轴承17、 18、 21、 22为环形轴承，这些轴承围绕轴16、 20同心设置，并轴向紧固在转子3和4上，在这种情况下，是利用螺栓23 和固定环或螺母24紧固的，从而可以说使这些轴承形成有关转子3、 4的一部分，并由此随着一起旋转。
出口侧的轴承18和22各设置在机壳2中所设的孔25和26内， 并分别盖上盖27和28，由此轴20从盖28上的开口伸出，并在轴20 与盖28之间设有密封件29。
在进口侧，轴承17和21设置于支承板30上，该支承板30为机 壳的一部分并将转子室5密封，因此，在该支承板30上，在每个转子 3、 4的延伸部设有通道，其具有两个直径不同的圆柱形同心部分，分 别为直径较小的第一部分31、 32，和直径较大的第二部分33、 34，这 些部分通过凸肩35和36彼此相连。
通道中直径较大的部分33和34形成滑动轴承17和21的轴向导 向器。
通道中直径较小的部分31和32分别为一对圆柱形活塞37和38 形成轴向导向器，活塞各自设在轴16和20的横切端部，并且利用上 述螺钉23同轴地固定在相关的轴16、 20上，同样地，滑动轴承17 和21也利用上述螺钉固定到转子3和4上。
围绕每个活塞37和38,在支承板30上的凹座内设有密封件39。
相对于支承板30设置盖40，以便密封该支承板30上的通道，从 而分别形成两个压力室41和42，在这种情况下，该压力室由设在与 活塞37和38相对的盖40中的凹座、支承板30以及相关活塞37和 38的横切端部限定。
附加的压力室43和44由支承板30上的通道壁、滑动轴承17和 21的横切端部以及活塞37和38所限定的空间形成。
上述压力室41和42经支管45、 46连接到上述水路8上，该室的 压力与压缩机部件1出口处的压力相等或几乎相等，而压力室43和 44经管子47、 48连接到螺旋压缩机部件1的进口 6。
可选地，限流器49和50可以支管的收缩形式或其它同类形式设 置于支管45和46中，管子47和48中的限流器51和52也是一样。当压缩机部件1作为高压压缩机部件在多级压缩机中使用运行
时，在前一压力阶段中已经压缩过的气体将经过进口 6吸入，并在进 一步压缩后，这些气体将以较高的压力经过出口 7从压缩机部件1排 出。
在这种情况下，进口侧以及出口侧均存在高压的压缩气体。
如图2所示，这些气体分别将轴向力F2、 Fl施加在转子本体15
和19上，这些力从出口侧指向进口侧。凹形转子3和凸形转子4上的 气体轴向力不必一定相等。
所述力F2和F1为两个分力之和，其中一个分力按照螺旋压缩机 部件1出口 7处的压力线性增加，而另一分力按照进口 6处的压力几 乎线性增加。
由于本发明，所述力按如下方式抵消。
经由水路8，水被喷入转子室5内，用于冷却和润滑，该水再与 压缩气体一起经出口 7从转子室5中排出，然后在脱水器9中与压缩 气体分离。
图2清楚示出，由于进口 6与水路8之间的压差而形成水流，其 压力几乎与出口 7处的压力相等，该水流经支管45和46在第一压力 室41和42中流动，再经第一压力室41和42的密封件39上的漏隙流 到第二压力室43和44,从而经管子47和48流回到压缩机部件1的 进口。
压力室41、 42、 43、 44中的水压取决于限流器49、 50、 51、 52
上的压降，而该压降又取决于这些限流器的尺寸和流过的水流动速率。 根据已经选择的限流器，除了系数之外，压力室41和42中的压
力将始终与压缩机部件l出口 7处的压力成比例，而除了系数之外，
压力室43和44中的压力将与进口 6处的压力成比例。
压力室41、 42中的压力分别将轴向力F5和F3施加在活塞37和
38上，并由此也施加在转子3和4上，该力与气体力F2和Fl的方向
相反，并与压缩才几部件1出口 7处的压力成比例。
同样地，分别经滑动轴承17和21，由压力室43、 44中的压力在转子3和4上施加压力F6和F4，使得这些滑动轴承起到第二组活塞 的作用，可以说，在转子3和4上施加与气体力F2和F1方向相反的 力F6和F4。
通过选择合适的限流器49、 50、 51、 52和合适尺寸的活塞37和 38以及滑动轴承17和21,可确保气体力F2和Fl与力F3、 F4、 F5 和F6完全抵消或基本上抵消，结果，将使滑动轴承21和22的轴向 载荷最小。
最终，这有利于增加压缩机部件1的寿命并降低成本，因为在这 种情况下，即便是较小的滑动轴承也将发挥作用，并且为了充分润滑 轴向滑动轴承，不必一定设置附加的泵来提高水压。
根据优选的替换方案，不使用限流器49、 50、 51和52，并且管 子ll、 13、 47、 48以及支管45和46的直径尺寸设定得足够大，以使 这些管子和支管中的压力损失最小，从而使压力室41、 42中的压力与 出口 7中的压力相等或几乎相等，并使压力室43、 44中的压力与进口 6中的压力相等或几乎相等。
还要使用优质的密封件39，这种密封件仅允许有限的水流渗漏流 过，从而使该密封件39上的压力损失也最小。
所反映的事实是第一压力室41、42中的压力与出口 7中的压力之 间，以及第二压力室43、 44中的压力与进口 6中的压力之间的压力比 分别等于或几乎等于一。
该优选替换方案的优点在于，不管螺旋压缩机部件的负荷状态如 何，上述压力比始终不变地等于或几乎等于一。
这样，通过合理选择活塞17、 21、 37、 38的尺寸，可确保不管螺 旋压缩机部件的运行状态和负荷状态如何，力Fl和F2完全或几乎完 全与施加在活塞上的力F3、 F4、 F5和F6相抵消。
然而，如果使用限流器49、 50、 51、 52，则上述压力比不必始终 不变，这些压力比可随着负荷状态的变化而改变，因此，在这种情况 下，可能必须采取例如调压器形式的补偿措施，以确保在所有的情况 下，气体力Fl和F2分别-故与进口 6和出口 7中的压力成正比的力F2、 F3、 F5和F6抵消。
显然，活塞37和38以及由滑动轴承17和21形成的活塞可按其 他的实施例制造，而且它们甚至可以形成转子3和4的整体部分，或 者结合到这些转子的轴16和20中，由此，活塞37和38例如由轴3 和4的远端形成。
通过合理地选择密封件39，甚至可以预测泄漏流从第一压力室41 和42流到第二压力室43和44中。这样可在第一与第二压力室之间实 现合适的泄漏连接。
在给定的实例中，该泄漏流还用来润滑流体动力滑动轴承17和 21,因此在这种情况下，这些轴承不必单独连接到水路8上。
于是，该泄漏流的一部分将经过滑动轴承17和21从压力室43 和44流回转子室5。
然而，并不排除使用单独的水路连接来润滑轴承。
水路3的管子，换言之，管子13、支管45和46以及管子47和 48可设于外部，如图所示，但是也可通过机壳2中的内部通道、通路 和孑L形成。
甚至可以直接在出口中或其附近、而不是在脱水器处分出支管45 和46。这样形成完全内部控制的双平衡活塞。这样使有可能，例如不 是在进口和出口处对压力室分压，而是在转子室5中的某些部位分压， 在这些部位，压力无论如何已与进口和出口中的压力成比例。
例如在图2中，这些部位用附图标记X和Y表示，而且它们例如 可以在转子室5的壁上局部开洞的形式实现。在该实施例中，可避免 使用限流器。
图3示出本发明最优选实施例的压缩机部件1，因此，第一压力 室41和42经由完全位于内部的管子45、 46供水，这些管子自转子室 5的部位X直接分出，在该部位，压力与出口 7中的压力相同、几乎 相同或与其成比例，而第二压力室43和44经由完全位于内部的管子 47、 48也直接连接到转子室5上，因此，这些管子47、 48通向转子 室5中部位Y,在该部位，压力与进口 6中的压力相等、几乎相等或与其成比例。
在图3中后一种情况下，用于润滑轴承17、 18、 21和22的水路 8完全独立，并与压力室41至44的供给回路分开。
图4清楚示出，水如何在内部循环通过压力室41至44。
由于润滑流体动力轴承17和21的水路8中的水的压力大于第二 压力室43、 44中的压力，因此可防止从转子室5中分支部位X分出 的水中可能产生的气泡经由流体动力轴承17和21流回转子室5，否 则可能损害所述轴承。
当然，也可直接从转子室5经内部管子45、 46仅对第一压力室 41、 42供给，而第二压力室43、 44则经支管41、 48连接到进口6， 如图1中所示的实施例。
本发明决不限于上面所述的以及附图所示的实施例；相反，这种 改进的喷水压缩机部件可以各种变型方式制造，同时仍然保持在本发 明的范围内。
权利要求
1. 一种改进的喷水式螺旋压缩机部件，其一方面主要包括机壳(2)，该机壳限定转子室(5)，转子室的一远端具有进口(6)，转子室的另一远端具有出口(7)，并且其内设有两个协同操作的转子(3、4)，这些转子利用其轴(16、20)通过水润滑轴承(17、18、21、22)支承安装在机壳(2)中，并且另一方面包括用于在压力下喷水的水路(8)，该水路通向转子室(5)并到达上述轴承，其特征在于，每个转子设置两个活塞，分别是第一活塞(37、38)和第二活塞(17、21)，这些活塞每个在导向器中可轴向移动，因此，这些活塞(17、21、37、38)中的每一个以一侧与相关的转子(3、4)接触或是它的一部分，并且以相对侧与压力室(41、42、43、44)接触，由此，为了部分或几乎完全抵消由压缩气体作用在转子上的轴向分力，第一活塞(37、38)的第一压力室(41、42)经支管(45、46)连接到转子室(5)，用于向该第一压力室(41、42)供水，也就是从转子室(5)的部位(X)分出，在该部位，压力与压缩机部件(1)的出口(7)处的压力相等、或几乎相等、或与其成比例，而第二活塞(17、22)的第二压力室(43、44)经管子(47、48)在压力等于或几乎等于螺旋压缩机部件(1)的进口(6)处的压力、或与其成比例的压力下被连接，并且经两个压力室(41、42-43、44)之间的泄漏连接来供给来自第一压力室(41、42)的水。
2. 根据权利要求1所述的改进的螺旋压缩机部件，其特征在于， 围绕第一活塞(37、 38)设有密封件(39),以密封第一压力室(41、 42)，由此，该密封件(39)允许水的泄漏流从两个压力室(41、 42-43、 44)之间通过。
3. 根据权利要求1或2所述的改进的螺旋压缩机部件，其特征在 于，在压力等于或几乎等于进口 (6)处的压力、或与其成比例的压力 下连接第二压力室(43、 44)的管子(47、 48)在部位(Y)处通向 螺旋压缩机部件(1)的转子室(5)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，支管(45、 46)和/或管子(47、 48)由机壳(2)中和/或 支承板(30)上的内部通道、通路和/或孔形成。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，用于第一压力室(41、 42)的压力的上述支管(45、 46) 从出口 (7)或在出口 (7)附近直接分出。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件， 其特征在于，支管(45、 46)的直径足够大，并且这样选择围绕第一 活塞(37、 38)的密封件(39)，使得第一压力室(41、 42)中的压力 等于或几乎等于部位(X)处的压力，在转子室(5)或出口 (7)中 用于相关压力室(41、 42)的压力在该部位(X)分出。
7. 根据权利要求2至6中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件， 其特征在于，管子(47、 48)的直径足够大，并且这样选择围绕第一 活塞(37、 38)的密封件(39),使得第二压力室(43、 44)中的压力 等于或几乎等于部位(Y)处的压力，在该部位，用于相关压力室(43、 44)的压力在进口 (6)或转子室(5)中分出。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，第一活塞(37、 38)为圆柱形，并且位于相关的转子(3、 4)的轴(16、 20)的延伸部中，并以此同轴固定到轴上。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，第一活塞(37、 38)由转子(3、 4)的轴(16、 20)的远 端形成。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，第二活塞由转子(3、 4)的轴(16、 20)的流体动力径向 滑动轴承(17、 21)形成。
11. 根据权利要求10所述的改进的螺旋压缩机部件，其特征在于， 形成第二活塞的滑动轴承(17、 21)为环形滑动轴承，该环形滑动轴 承固定到转子(3、 4)上，使得不能旋转，并且该环形滑动轴承围绕 轴(16、 20)同心设置。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，用于每个转子(3、 4)的第一和第二活塞的导向器由支承 板(30)中的通道形成，该支承板在进口侧将转子室(5)密封，因此， 该通道具有不同直径的两个同心部分，分别是形成第一活塞(37、 38) 的轴向导向器的第一部分(31、 32)和形成第二活塞(17、 21)的导 向器的第二部分(33、 34)。
13. 根据权利要求12所述的改进的螺旋压缩机部件，其特征在于， 用于每个转子(3、 4)的上述通道由限定第一压力室(41、 42)的盖(40)密封。
14. 根据权利要求13所述的改进的螺旋压缩机部件，其特征在于， 第一压力室(41、 42)由设置在上述盖(40)中的凹座形成，该盖与 支承板(30)中相关的通道相对。
15. 根据权利要求12至14中任一项所述的改进的螺旋压缩机部 件，其特征在于，第二压力室(43、 44)由支承板(30)中的上述通 道和第一活塞(37、 38)限定。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，在将第一压力室(41、 42)连接到转子室(5)或到出口 (7) 的支管(45、 46)中设有限流器U9、 50)。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的改进的螺旋压缩机部件，其 特征在于，在将第二压力室(43、 44)连接到螺旋压缩机部件(1)的 进口 (6)或到转子室(5)的管子(47、 48)中设有限流器(51、 52)。
全文摘要
一种改进的喷水式螺旋压缩机部件，其一方面主要包括机壳(2)，该机壳限定转子室(5)，转子室的一远端具有进口(6)，转子室的另一远端具有出口(7)，并且其内设有两个协同操作的转子(3、4)，这些转子利用其轴(16、20)通过水润滑轴承(17、18、21、22)支承安装在机壳(2)中，其特征在于，每个转子设置两个活塞，分别是第一活塞(37、38)和第二活塞(17、21)，这些活塞每个在导向器中可轴向移动，因此这些活塞(17、21、37、38)中的每一个以一侧与相关的转子(3、4)接触或是它的一部分，并且以相对侧与压力室(41、42、43、44)接触，以便部分或几乎完全抵消压缩气体作用在转子上的轴向分力。
文档编号F04C18/16GK101454575SQ200680005754
公开日2009年6月10日 申请日期2006年2月22日 优先权日2005年2月22日
发明者A·V·范德黑根 申请人:艾拉斯科普库空气动力股份有限公司