本发明涉及一种耐磨自润滑转子及喷水双螺杆压缩机，尤其涉及一种喷水润滑和冷却的双螺杆空气压缩机，属于机械设备技术领域。
背景技术
螺杆压缩机可以分为单螺杆压缩机和双螺杆压缩机，最早由德国人h.krigar于1878年提出，直到1934年瑞典皇家理工学院a.lysholm才奠定该项技术，并开始在工业上应用，取得迅速的发展。
根据压缩腔内介质与润滑油的接触情况，双螺杆压缩机包括无油双螺杆压缩机和有油双螺杆压缩机。
干式无油双螺杆压缩机压缩腔不喷入润滑油或水等冷却剂，阴阳转子间隙由同步齿轮控制，确保阴阳转子在运动过程中不接触，动力由阳转子通过同步此轮传给阴转子。此时，阴、阳转子吸、排气端均使用稀油润滑轴承对转子进行径向和轴向定位，使用油润滑对轴承进行润滑和冷却，以确保转子的高转速；阴、阳转子吸、排气端均使用迷宫密封或机械密封或（迷宫+机械）组合密封（迷宫密封靠压缩腔端）隔离压缩腔和轴承腔，以保证润滑油不进入压缩腔内，确保压缩气体的纯无油；同步齿轮和增速齿轮（进气端，输入轴）使用油润滑进行润滑和冷却。这种压缩机结构简单，产生的压缩气体基本纯无油。但也存在如下缺点：a）阴、阳转子吸、排气端的密封结构，无法确保润滑油不进入压缩腔，如果发生机械密封故障、迷宫密封加工误差或运行磨损大时；同时，机械密封的安装对安装技工的技能要求很高，机械密封故障大部分是由安装引起的；b)因没有任何介质对压缩空气进行直接冷却，干式无油压缩机一级压缩比不能太高，额定排气压力0.7mpa就必须使用两级压缩，造成主机机构变成复杂；c)压缩腔壳体必须使用水进行冷却，阴、阳转子最好在中心通入润滑油进行冷却，使得压缩机壳体和主机结构均趋于复杂化。
喷水式无油双螺杆压缩机压缩腔喷入纯净水作为阴、阳转子和水润滑轴承等的润滑剂，同时，纯净水也作为压缩气体冷却剂吸收气体压缩过程中产生的压缩热，并且，吸收气体压缩过程中产生的噪音。因该类无油双螺杆压缩机喷入的纯净水可做为润滑剂使用，因此，阴、阳转子之间可不设同步齿轮，这时，压缩机主机结构最为简单。缺点是阴、阳转子吸、排气端均使用水润滑轴承对转子进行径向和轴向定位，使用纯净水对轴承进行润滑和冷却，因水润滑轴承的局限性，转子无法达到性能最优的高转速。此外，因使用轴向水润滑轴承以平衡轴向力，轴向定位精度不高，压缩机效率有所下降。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种耐磨自润滑转子及喷水双螺杆压缩机，通过在转子表面压铸改性材料层提高转子的耐磨和自润滑性能，提高了压缩机的效率及使用寿命。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种耐磨自润滑转子，所述转子包括转子芯和改性材料层，所述转子芯上设置有啮合段，所述啮合段为螺旋结构；所述改性材料层设置在所述啮合段外表面，且与所述啮合段压铸成一体。
上述技术方案中，所述改性材料层选用改性聚醚醚酮peek材料，所述改性聚醚醚酮peek材料均匀包覆在所述啮合段外表面。
上述技术方案中，所述改性材料层厚2~4mm。
一种喷水双螺杆压缩机，所述压缩机包括机体和平行设置在机体内部的阳转子和阴转子。
所述阳转子和阴转子均采用耐磨自润滑转子，所述耐磨自润滑转子包括转子芯和改性材料层，所述转子芯上设置有啮合段，所述啮合段为螺旋结构；所述改性材料层设置在所述啮合段外表面，且与所述啮合段压铸成一体。
所述啮合段包括分别设置在所述阳转子和阴转子上的阳转子啮合段和阴转子啮合段；所述阳转子与所述阴转子通过阳转子啮合段和阴转子啮合段的啮合进行传动，所述机体包括吸气端和排气端，所述排气端设置有压缩腔，且所述压缩腔靠近吸气端一侧设置；所述阳转子和所述阴转子的啮合段设置在所述排气端，且所述啮合段位于所述压缩腔内；所述压缩腔内之间设有喷水口，从所述喷水口喷入水在所述阳转子啮合段和阴转子啮合段表面形成润滑水膜。
所述吸气端和所述排气端最外侧分别设有吸气盖和排气盖；所述吸气盖和所述吸气端之间设置有轴承座，所述轴承座内设置有推力轴承腔。
所述阳转子、阴转子与所述吸气端和所述排气端之间分别设置有滑动轴承组。
上述技术方案中，所述阳转子、阴转子与所述轴承座之间分别设置有用于轴向定位和径向定位设置的定位轴承组，且所述定位轴承组设置在所述推力轴承腔内。
上述技术方案中，所述定位轴承组选用油润滑轴承组；所述压缩机设置有外置油泵与所述定位轴承组连通。
上述技术方案中，所述滑动轴承组包括阳吸滑动轴承、阳排滑动轴承、阴吸滑动轴承和阴排滑动轴承，其端部密封均选用唇型密封。
上述技术方案中，所述轴承座与所述吸气端之间设置有吸气端盖，所述吸气端盖上部设置呼吸器，使得所述吸气端盖内的压力与环境压力一致；所述吸气端盖底部有孔与轴承座相通，使得泄漏到吸气端盖的少量润滑油能够返回轴承座；所述吸气端盖上部有孔与轴承座相通，使得所述推力轴承腔内的压力与环境压力一致。
上述技术方案中，所述改性材料层选用改性聚醚醚酮peek材料，所述改性聚醚醚酮peek材料均匀包覆在所述啮合段外表面。
上述技术方案中，所述改性材料层厚2~4mm。
本发明具有以下突出优点及效果：改性材料层在转子啮合段的应用，提高了转子的耐磨和自润滑性能，延长了转子的使用寿命；轴承座及内部定位轴承组的应用保证了阴阳转子轴向和径向的精准定位；轴承座上吸气端盖及其呼吸器能够使得压力平衡并防止润滑油泄漏到压缩腔中，保证了压缩空气无油。
附图说明
图1是本发明所涉及的耐磨自润滑转子结构示意图。
图2是本发明所涉及的喷水双螺杆压缩机结构示意图。
图中：1―阳转子；2―阴转子；3―阳转子齿合段：4―阴转子齿合段；5―吸气盖；6―轴承座；7―吸气端盖；8―阳吸球轴承；9―阳吸圆柱轴承；10―阴吸球轴承；11―阴吸圆柱轴承；12―机体；13―排气盖；14―油封轴套；15―阳吸滑动轴承；16―阴吸滑动轴承；17―阳排滑动轴承；18―阴排滑动轴承；19―吸气端；20―排气端；21―阳吸轴封；22―转子芯；23―啮合段；24―改性材料层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种耐磨自润滑转子，包括转子芯22和改性材料层24。转子芯22上设置有啮合段23，啮合段23为螺旋结构。改性材料层24设置在啮合段23外表面，且与啮合段23压铸成一体。改性材料层24厚2~4mm。
改性材料层24选用改性聚醚醚酮peek材料。聚醚醚酮（polyetheretherketone）peek材料是一种性能优异的特种工程塑料，是半结晶性、热塑性塑料。与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势，如耐高温260℃、自润滑性好、耐化学品腐蚀以及超强的机械性能、优异的耐剥离性（与金属有着优异的结合性能）、良好的加工性能等优点。特别是加入一定比例的碳纤、石墨等对peek进行改性后，改性聚醚醚酮peek材料的自润滑性能更佳。
聚醚醚酮peek材料可以通过注塑成型及铣床再精加工等方式，使其均匀包覆在啮合段23外表面。
如图2所示，一种喷水双螺杆压缩机，包括机体12和平行设置在机体12内部的阳转子1和阴转子。机体12包括吸气端19和排气端20，阳转子1和阴转子2贯穿吸气端19和排气端20。排气端20内设置有压缩腔，且压缩腔靠近吸气端19一侧设置。
阳转子1和阴转子2均采用上述耐磨自润滑转子。其加工过程包括：a）半精加工阴阳转子芯轴，材料为不锈钢；螺旋部分的加工精度要求不高，加工成型或铸造成型均可；b)在阴阳转子螺旋部分合适位置钻一定数量的沉孔，然后对转子进行动平衡；c)使用注塑成型模具对阴阳转子注塑成型，不锈钢芯轴作为金属嵌件；d)对阴阳转子进行最后的紧密加工，达到设计要求；e)对加工好的阴阳转子进行动平衡。
阳转子1和阴转子2的啮合段23设置在排气端20，且位于压缩腔内。啮合段23包括分别设置在所述阳转子和阴转子上的阳转子啮合段3和阴转子啮合段4。阳转子1在吸气端19延伸到外部，与电机连接，作为主传动轴。阳转子1与阴转子2通过阳转子啮合段3和阴转子啮合段4的啮合进行传动。
压缩腔内设有喷水口，从喷水口喷入水在阳转子啮合段3和阴转子啮合段4表面形成润滑水膜，同时，在阴阳转子表面、阴阳转子与压缩腔之间以及压缩腔端面形成密封水膜，并与空气充分混合成空气水雾混合物。喷入的水也对阴转子2和阳转子1起到冷却作用。
阳转子1和阴转子2与吸气端19和排气端20之间分别设置有滑动轴承组，滑动轴承组包括阳吸滑动轴承15、阳排滑动轴承17、阴吸滑动轴承16和阴排滑动轴承18，均为水润滑滑动轴承，用于平衡阴阳转子的径向力。其中阳吸滑动轴承15和阳排滑动轴承17分别设置在阳转子1与吸气端19和排气端20之间。阴吸滑动轴承16和阴排滑动轴承18分别设置阴转子2与吸气端19和排气端20之间。滑动轴承组端部密封均选用唇型密封，确保了润滑油不会进入到机体压缩腔，保证了无油压缩气体的质量。
吸气端19和排气端20最外侧分别设有吸气盖5和排气盖13。吸气盖5和吸气端19之间设置有轴承座6，轴承座6内设置有推力轴承腔。
阳转子1、阴转子2与轴承座6之间分别设置有用于轴向定位和径向定位设置的定位轴承组，均设置在推力轴承腔内。定位轴承组包括阳吸球轴承8、阳吸圆柱轴承9、阴吸球轴承10和阴吸圆柱轴承11，其中阳吸球轴承8和阳吸圆柱轴承9对阳转子1进行轴向和径向定位，阴吸球轴承10和阴吸圆柱轴承11对阴转子2进行轴向和径向定位。定位轴承组均为油润滑轴承组，压缩机可以设置外置油泵与定位轴承组连通。油润滑轴承组能够平衡轴向力和一部分径向力，同时解决喷水式无油双螺杆压缩机阴阳转子的轴向和径向精准定位问题，特别是轴向精准定位。轴向精准定位问题由油润滑轴承组保证，径向精准定位问题也是由油润滑轴承组保证，水润滑径向滑动轴承主要提供径向平衡力。水润滑径向和轴向轴承的间隙都比较大，无法精准定位。
阳转子1和吸气盖5之间设置有阳吸轴封21，阳吸轴封21与阳转子1之间设有油封轴套14。
轴承座6与吸气端19之间设置有吸气端盖7，吸气端盖7上部设置有呼吸器与环境连通，使得吸气端盖7内的压力与环境压力一致，确保泄漏到吸气端盖内的少量润滑油不会进入机体12的压缩腔吸入端。吸气端盖7底部有孔与轴承座6相通，使得泄漏到吸气端盖7的少量润滑油能够返回轴承座6。同时吸气端盖7上部有孔与轴承座6相通，使得推力轴承腔内的压力与环境压力一致。
轴承座6及其推力轴承腔的设置，以及在轴承座6和机体12的吸气端19之间设置了吸气端盖7，解决了轴承座6内的润滑油可能进入机体吸气端19的问题，确保压缩气体为纯净无油压缩气体。吸气端盖7和呼吸器的设置，隔离了油润滑轴承组和机体压缩腔，加上轴上的唇型密封，确保了润滑油不会进入到机体压缩腔，保证了无油压缩气体的质量。
使用油润滑轴承组和水润滑滑动轴承的方案，解决喷水式无油双螺杆压缩机能够高速运转在最有效率范围之内，确保压缩机为高效节能产品。油润滑轴承组是技术成熟的轴承，可以运行在比较高的转速范围之内，而水润滑轴承的可靠运行转速比油润滑轴承低很多。在本发明中，阴阳转子的定位由油润滑轴承组保证，吸排气端的水润滑滑动轴承主要是提供径向平衡力，因此，该结构的压缩机运行转速可以与喷油双螺杆机一样，使压缩机可以运行在最优效率范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。