专利名称：用于无油旋转式压缩机的轴密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴密封装置，用于防止无油旋转式压缩机的转子室和轴 承侧隙之间发生气体泄漏。
背景技术：
碳密封是一种公知的轴密封。例如，日本公开专利申请11-294599(专利 文献l)就披露了一种旋转轴的密封结构，其中，如其图5所示，固定在壳体 01上的托架04上的环形碳密封05的端面和夹持在壳体Ol上以支承转轴03 的滚柱轴承02的内环06的端面07相接触。在所述滑动面07处进行密封。在曰本公开专利申请2005-54614(专利文献2)中披露了 一种螺旋压缩机， 其中采用一种非接触碳密封来限制压缩机的压缩气体排出侧的压缩气体泄 漏。如图6所示，凸形转子OlO和凹形转子Oll收纳在转子壳体012中。所 述每个转子的转子轴在压缩机的排出侧由轴承013支承，在压缩机的吸气侧 由轴承014支承。油密封016和碳密封017位于压缩室015和排出侧轴承013 之间。从压缩室015到轴承013的压缩气体泄漏被所述碳密封所限制。非接触式碳密封的碳密封件的刚度不足，需要在碳密封件上设置夹持件 如里衬金属或者外环。在压缩机工作期间，转子轴和碳密封的温度升高，两 者不同的热膨胀导致碳密封件的内周和转轴外周之间的径向空隙发生改变。 所以，必须合适地选择制造转轴和外环的材料，必须合适地设计外环的尺寸 和形状，这样才能使所述径向间隙不受运行期间温度升高的影响而一直保持 为几乎是常量。 '发明内容本发明基于前面所述的背景而作出，其目的是提供一种轴密封装置，在 旋转式压缩机的工作期间当所述轴密封装置周围的零件的温度发生改变时， 其能使碳环的内周面和转子轴套的外周面之间的径向间隙保持为最佳，穿过 所述径向间隙的气体泄漏能被降到最低而不受到压缩机运行状态的影响，并能防止润滑油进入转子室，这样无油旋转式压缩机排放的压缩气体就不是被 润滑油污染过的而是清洁的。为实现该目的，本发明提出将一种用于无油旋转式压缩机的轴密封装置 放置在转子室和转子轴轴承之间，保持轴密封装置的内表面和转子轴或者固 定在转子轴上的转子轴套的外表面之间的径向间隙非常小，以限制转子室和 轴承侧隙之间的气体泄漏，其中轴密封装置由外环和以过盈方式装入外环中 的碳环组成，两环之间的过盈即使在压缩机运行期间被力口热到最高温度时也 不会减少到零，制造外环的材料的热膨胀系数与制造转子轴或转子轴套的材 料等同。碳环的热膨胀系数大约是7.0xl(T，C，小于金属材料的热膨胀系数。所 以，在压缩机运行期间温度升高时，会担心由于转子轴和转子轴套的热膨胀大于轴密封装置的热膨胀使得轴密封装置内表面和转子轴或固定在转子轴 上的转子轴套的外表面之间的径向间隙缩小，从而会导致碳环发生破裂。所以，需要调整轴密封装置使得所述径向间隙不受到压缩机运行温度的影响而保持恒定或者近似恒定。材料来制造外环，使得碳环和转子轴套之间的径向间隙在压缩机工作期间的 任何温度下都能维持近似恒定，所述过盈即使在碳环和外环都被加热到 250。C的温度时，该温度纟皮^人为是压缩4几运4亍期间的最高温度，也不会减小到零。但是，当制造外环的材料的热膨胀系数大于制造转子轴和转子轴套的材 料的热膨胀系数时，由于外环的热膨胀大于转子轴或转子轴套的热膨胀导致 所述径向间隙增大，对穿过该微小径向间隙的气体泄漏的限制作用就会降低。根据本发明，由于制造外环的材料的热膨胀系数等同于制造转子轴或转 子轴套的材料的热膨胀系数，所以碳环和转子轴或转子轴套之间的径向间隙 无论在冷热状态下都保持近似恒定。所以，不用担心碳环会发生破裂，以及 径向间隙增大所导致的转子室和轴承侧隙之间的气体泄漏增加。所以，提供 一种无油旋转式压缩机，其中无论压缩机运行时的温度如何变化，碳环和转 子轴或转子轴套之间的径向间隙都能保持为最佳，穿过该径向间隙的气体泄 漏被限制到最小。优选将轴密封装置安装在油润滑转子轴轴承和压缩机转子室之间的转 子轴密封零件上靠近转子室的位置，远离转子轴密封零件上用于密封润滑轴承的润滑油的油密封。根据上述结构，油密封邻近轴承，由碳环和外环组成的轴密封装置邻近 转子室，邻近轴承的油密封能防止润滑油进入转子室，轴密封装置能防止转 子室和轴承侧隙之间的气体泄漏，排出清洁的未受润滑油污染的压缩气体。轴密封装置优选地被用于齿式无油压缩机，制造外环的材料和制造转子 轴或转子轴套的相同。例如，轴密封装置的外环和转子轴或转子轴套都用热 膨胀系数相同的不锈钢制造。因此，无论压缩机运行期间的温度如何变化， 碳环和转子轴或转子轴套之间的径向间隙可以保持恒定。外环纵向上的宽度是所述碳环的0.7 ~ 1.0倍，所述外环的径向厚度是所 述碳环的0.7 ~ 1.0倍。通过将外环的宽度和径向厚度分别确定为碳环宽度和 径向厚度的0.7 ~ 1.0倍的范围内，可以保证外环具有合适的刚度允许碳环的 内径根据温度增加或减小，以保持碳环和转子轴或转子轴套之间的径向间隙 近似恒定。当外环的宽度小于该范围时，由外环升温膨胀所引起的碳环内径 增大效应就会降低。当外环厚度小于该范围时，外环的刚度就不足以使其起 到里衬金属的作用。使用本发明的轴密封装置，当无油旋转式压缩机运行期间的温度改变 时，碳环内周面和转子轴套外周面之间的径向间隙也被保持在最佳，穿过该 径向间隙的气体泄漏可被限制到最小而不受压缩机运行状态的影响，而且能 防止润滑油进入转子室。因此，可获得一种能排出清洁的未受润滑油污染的 压缩气体的无油錄」转式压缩才几。
图1是使用本发明的轴密封装置的无油旋转式压缩机的剖视图。图2是沿图1中A-A线的剖视图，用于说明齿式旋转压缩机的运行。图3是图1中画圈部分B的放大图。图4A是本发明轴密封装置的平面图；图4B是沿图4A中C-C线的剖视 图5是专利文献1中披露的转轴密封结构。图6是专利文献2中披露的使用非接触碳密封的螺旋式压缩机的剖视图。
具体实施方式
本发明优选的实施例将参考附图进行详述。但是，除非有特别的说明， 实施例中的尺寸、材料、相对位置和组成零件都应被解释为仅仅是示意性的， 而不是对本发明范围的限制。在附图中，图1是使用本发明的轴密封装置的无油旋转式压缩机的剖视图，图2是沿图1中A-A线的剖视图，用于说明齿式旋转压缩机的运行，图 3是图1中画圈部分B的放大图，图4A是本发明轴密封装置的平面图，图 4B是沿图4A中C-C线的剖^L图。釆用了本发明的轴密封装置的无油齿式旋转压缩机的整个结构可以参 见图1。无油齿式压缩机1是一种容积式旋转压缩机，由两个转子组成，凸 形齿式转子3和凹形齿式转子5。两转子在转子壳体7内沿相反的方向旋转。 凸形转子3和凹形转子5分别通过齿槽连接或者螺钉连接固定在凸形转子轴 9和凹形转子轴11上。转子壳体7由轴承壳体13、轴承壳体17和外围壳体 件35构成。两个转子收纳在通过将轴承壳体13， 17以紧固螺栓固定和拧紧 在外围壳体件35两侧所形成的压缩室中。凸形转子轴9的一端由轴承壳体13通过滚柱轴承15可旋转地支承，另 一端由轴承壳体17通过一组径向止推滚珠轴承19可旋转地支承。类似地，凹形转子轴11的一端由轴承壳体13通过滚柱轴承15可旋转 地支承，另 一端由轴承壳体17通过一组径向止推滚珠轴承19可旋转地支承。 附图标记34, 34是轴承外圈挡板。在凸形转子轴9的一端固接输入齿轮21,通过螺栓23固定。输入齿轮 21和驱动齿轮25啮合以从图中未示出的马达传递驱动力。在凸形转子轴9的另一端固接正时齿轮27，通过螺栓29固定。正时齿 轮27和通过螺栓31固定在凹形转子轴11上的正时齿轮33啮合。两转子通 过正时齿轮27， 33同步旋转。轴承壳体13的外周部分形成法兰37,齿轮壳体39通过螺栓40固定在 其上。轴承壳体17的正时齿轮侧固定有端盖36。供油管41, 43设置在齿轮壳体39的内部。润滑油从图中未示出的油泵 经所述供油管41， 43以及图中未示出的转子壳体7内的油路供给轴承15和19。润滑油逆着输入齿轮21和驱动齿轮25的啮合部分喷射，润滑油滴落下 来汇聚在齿轮壳体39的底部。润滑油润滑轴承19后通过轴承外圈挡板34和正时齿轮27， 33的轮毂 之间的空隙45从轴承19流出。流出的油润滑正时齿轮27， 33,下落到端盖 36的底部，向下流经图中未示出的转子壳体7内的排出通道，然后到齿轮壳 体39的底部。润滑油在齿轮壳体39的底部积聚后被送回图中未示出的油箱。现在，参考图2对齿式旋转压缩机的运行作简要地说明。齿式压缩机1是容积式旋转压缩机，由于转子旋转，压缩腔的容积就缩 小，被吸入环绕着转子相互啮合的叶片的压缩腔中的气体被压缩。如图2所述，当凸形和凹形转子3和5按图中箭头所示的相反方向旋转 时，从吸入口 47吸入的空气被封闭在转子壳体7的内表面与凸形和凹形转 子3和5的叶片之间的空间中，分别输送到压力侧55， 57。当转子3和5 旋转时，空间55， 57的容积缩小，气体被压缩直到凹形转子5露出排出口 59，然后压缩气体通过排出口 59从压缩室中排出。接下来，压缩机的轴密封零件参考图3示出的图1画圈部分B的放大细 节进行说明。如图3所示，轴密封零件设置在位于转子室侧端和轴承15之 间的轴承壳体13内。在轴密封零件中，转子轴套75固定在转子轴9上。气 封71(本发明的轴密封装置)邻接转子壳体7内的转子室，油密封衬套73位 于气封71和滚柱轴承15之间。气封71装配在轴承壳体13的环形槽77内，油密封衬套73插入轴承壳 体13的镗孔79中。O形环87和88用于镗孔79和油密封衬套73外周表面 之间的密封，也用于防止摩擦所造成的油密封73的旋转。金属材质的油密封衬套73的内表面和转子轴套75的外表面构成粘性密 封。在转子轴套75的表面上形成螺旋槽，即，螺紋，这样当转子轴9旋转 时，充满所述槽的润滑油通过螺紋的螺旋泵效应加压并被驱向滚柱轴承15。 螺旋槽可以形成在油密封衬套73的内表面上。油密封衬套73具有位于其粘性密封区域侧和气封71侧之间的内部槽， 该气封71侧和轴承壳体13中的环形槽连通。一个或多个连通孔设置在轴承壳体13内，用于连接环形槽和轴承壳体 13的外侧。所述内部槽和环形槽作为緩冲空间81。上述设置在轴承壳体13内的轴密封零件也围绕凹形转子轴11，凸形转子侧的缓沖空间81通过连通通道89与凹形转子侧的緩沖空间连通。在轴承壳体17内也围绕凸形和凹形转子轴9, 11在转子室侧端和轴承 19之间设置轴密封零件。转子室的吸气侧变成负压，转子室通过气封71的内表面和转子轴套75 的外表面之间的微小径向间隙从緩冲空间81中吸入少量的空气。当緩沖空 间81和外部空气连通时，负压扩散到粘性密封区域。如果润滑油从轴承侧 泄漏到緩冲室81，润滑油就会通过一个或多个连通孔流到轴承壳体的外侧。气封71由内环83和外环85组成。内环83用碳制造，外环85优选使 用线性热膨胀系数和转子轴套75近似相同的材料制造。例如，转子轴套75 用SUS(不锈钢)制造，外环85用相似的SUS材料制造。当转子轴套75和气封71的外环85用不同材料制造时，优选表1中的 材料组合。表1转子轴或转子轴套的材料气封外环的材料机械结构用的碳钢(S45C等等)，球墨 铸铁(FCD600等等)。线膨胀率约 10xlO-6/°C。PPS(聚苯^6克醚)玻璃纤维增强树脂或 者PEEK(聚醚醚酮)玻璃纤维增强树脂， 线膨胀率约llxl(T6/°C。铝合金(A6000, A7000类硬铝)，线 膨胀率约23xl(T6/°C。PPS(聚苯硫醚)玻璃纤维增强树脂或 者PEEK(聚醚醚S同)玻璃纤维增强树脂， 线膨胀率约20-23x10—6/°C奥氏体类不锈钢(SUS304等等)，线膨 胀率约17xlO-6厂C。磷青铜(C5212等等)，线膨胀率约 17xlO-6厂C。快削黄铜(C3710等等)，线膨胀率约 20xlO-6〃C。铝合金铸件(AC4C等等)，线膨胀率 约23xlO-6厂C,铝合金二铸件(ADC12等 等)，线膨胀率约21xl(T6/°C碳环83的热膨胀系数大约是7.0xl(T，C。小于金属的(钢的热膨胀系数 大约是11.7xl(T6〃C)。因此，如果内环(碳环)83不用外环85围绕的话，那么 转子轴套75外周面和碳环83内周面之间的径向间隙会随着环境温度的上升 而缩小。所以，会担心在压缩机运行期间温度升高时，由于转子轴套75的 热膨胀大于碳环的热膨胀，使得轴密封装置内表面和转子轴套75的外表面之间的径向间隙缩小，从而导致碳环83发生破裂。如果外环85的热膨胀系 数大于转子轴或转子轴套75的，即使用外环85围绕碳环83,所述径向间隙 会随温度升高而增大，导致穿过该径向间隙的气体泄漏增加。碳环83以过盈方式装配到外环85上，所述过盈即使在两环被加热到压 缩机运行期间的最高温度，即250。C时，也不会减小到零，同时采用热膨胀 系数和制造转子轴套75的材料相同的材料来制造外环85。所以，碳环83 和转子轴套75之间的径向间隙可以在压缩机运行期间的任何温度下保持近 似恒定。接下来，参考图4A和4B来说明碳环83和外环85的尺寸之间的关系。 优选碳环83的宽度W2是外环85的宽度Wl的0.7 ~ 1.0倍，也就是W2 = (0.7~ l.O)xWl，这样外环85能起到里衬金属的作用。如果外环的宽度W2 小于上述范围，当外环随着温度升高而膨胀时，外环85所起到的能引起碳 环83的内径扩大的作用就会下降。关于径向厚度，外环85的厚度t2是碳环83径向厚度tl的0.7 ~ 1.0倍， 其中t2 = (d3 - d2)/2, tl = (d2 - d1)/2,也就是t2 = (0.7 ~ l.O)xtl。当外环85 的厚度t2小于上述范围时，外环85的刚度就不足以使其起到里衬金属的作 用。由上述内容组成的气封71以及由粘性密封和转子轴套75组合而成的油 密封衬套73设置在所有的轴密封零件中，即，在轴承壳体13中围绕凸形和 凹形转子轴9, 11的轴密封零件，以及在轴承壳体17中围绕凸形和凹形转 子轴9， 11的轴密封零件。根据所述实施例，可以提供气封(轴密封装置)71,它能在无油齿式压缩 机运行期间当转子轴9， 11、转子轴套75、碳环83和夹持碳环83的外环85 的温度发生改变时， 一直保持碳环83的内周面和转子轴套75的外周面之间 的最佳径向间隙，同时穿过该径向间隙的气体泄漏可被限制到最少而不会受 到压缩机运行状态的影响，而且还能防止润滑油进入转子室。所以，无油旋 转式压缩机能排出清洁的未受到润滑油污染的压缩气体。
权利要求
1.一种用于无油旋转式压缩机的轴密封装置，其设置在转子室和转子轴轴承之间，在该轴密封装置的内表面和转子轴或者固定在转子轴上的转子轴套的外表面之间留有非常小的径向间隙，以限制转子室和轴承侧隙之间的气体泄漏，其中所述轴密封装置由外环和以过盈方式装配在外环上的碳环构成，所述过盈即使在两环被加热到压缩机工作期间的最高温度时也不会减为零，制造外环的材料的热膨胀系数和制造转子轴或者转子轴套的材料等同。
2. 根据权利要求1所述的用于无油旋转式压缩机的轴密封装置，其中 轴密封装置位于油润滑转子轴轴承和压缩机转子室之间的转子轴密封零件 上靠近转子室的位置，远离转子轴密封零件上用于密封润滑轴承的润滑油的 油密封。
3. 根据权利要求1或2所述的用于无油旋转式压缩机的轴密封装置， 其中所述压缩机是一种齿式无油压缩机。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的用于无油旋转式压缩机的轴密封 装置，其中所述外环用和制造转子轴或者转子轴套相同的材料制成。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的用于无油旋转式压缩机的轴密封 装置，其中所述外环的纵向宽度是所述碳环的0.7 ~ 1.0倍。
6. 根据权利要求1-4中任一项所述的用于无油旋转式压缩机的轴密封 装置，其中所述外环的径向厚度是所述碳环的0.7 ~ 1.0倍。
全文摘要
本发明提供用于无油旋转式压缩机的轴密封装置。在无油旋转式压缩机运行期间当零件温度改变时能一直保持碳环内周面和转子轴套外周面间的最佳径向间隙，穿过径向间隙的气体泄漏可限制到最少而不受压缩机运行状态影响，能防止润滑油进入转子室。无油旋转式压缩机能排出清洁的未受润滑油污染的压缩气体。轴密封装置在转子室和转子轴轴承间，在轴密封装置内表面和固定在转子轴上的转子轴套(75)外表面间留有非常小的径向间隙以限制转子室和轴承侧隙间的气体泄漏，轴密封装置由外环(85)和以过盈方式装配在外环上的碳环(83)构成，所述过盈即使在两环加热到压缩机工作期间的最高温度时也不会减为零，外环材料的热膨胀系数和转子轴套材料等同。
文档编号F16J15/54GK101275675SQ20081009208
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月30日
发明者佐藤繁实, 木村英幸, 竹本淳一 申请人:阿耐思特岩田株式会社