CN107313987A - 扩压器调节机构和压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种扩压器调节机构和压缩机。扩压器调节机构包括：主动件、从动件、扩压器和扩压器支座，所述从动件的一端与所述扩压器通过螺纹结构连接，所述扩压器沿所述扩压器支座的轴向活动地设置在所述扩压器支座的导向通孔内，所述主动件驱动所述从动件转动，所述从动件通过所述螺纹结构驱动所述扩压器沿所述扩压器支座的轴向移动。本发明将主动件与从动件之间的传动与螺纹传动集成一体，减少了零件个数和相应零件组合，提高了加工和装配精度，减少了累积偏差，改善了调节性能。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种扩压器调节机构和压缩机。
背景技术
小冷量离心式压缩机由于机型较小，受结构限制无法在压缩机进口设置活动导叶进行能量调节，导致压缩机运行范围较窄，最小负荷达40％以上，机组运行过程中往往存在“大马拉小车”的情况。而能力过大带来的温差、压差拉开需要更高频率防喘振，从而使机组运行在“高频率、大功率”的不节能状态。同时，在小负荷运行时，还会因流动的不稳定性，造成失速、喘振等不良现象发生。因此，如何扩展压缩机的运行范围，以最大程度贴近实际负荷需求，同时保证小负荷时运行时流动稳定性，密切关系到机组的节能性与可靠性。
现有技术中，主要是在叶轮出口增加可调扩压器，通过改变叶轮后的流道宽度，改善小负荷下叶轮出口气流的不稳定性，同时降低最低运行负荷，达到扩展压缩机运行范围的目的。
为实现该种可变截面的扩压器结构形式，现有技术通过凸轮与导杆机构，结合弹簧的反作用力，实现导杆的前进与后退；或者通过斜槽与导杆机构，利用斜槽的周向旋转，带动导杆的轴向移动，来实现可调扩压器的轴向移动，达到流道宽度可调的目的。
然而，上述两种导杆机构，需在周向均匀布置多个导杆，由于在运转过程中无法保证各导杆完全同步，很容易导致导杆一部分在移动，另一部分尚未开始移动，如此不同步很可能导致可调扩压器倾斜、卡死不动，造成调节失效，严重威胁离心式压缩机的运行可靠性。
此外，现有技术还采用圆锥齿轮传动结合螺纹定向移动机构来达到上述目的。虽然这样可基本避免导杆机构的调节失效问题，但是由于齿轮传动与螺纹传动分别独立运行，零件组合多，结构复杂，受加工和装配的影响，调节精度难以准确控制。
发明内容
本发明实施例中提供一种扩压器调节机构和压缩机，以解决现有技术中加工和装配精度低，累积偏差大，调节性能不好的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种扩压器调节机构，包括：主动件、从动件、扩压器和扩压器支座，所述从动件的一端与所述扩压器通过螺纹结构连接，所述扩压器沿所述扩压器支座的轴向活动地设置在所述扩压器支座的导向通孔内，所述主动件驱动所述从动件转动，所述从动件通过所述螺纹结构驱动所述扩压器沿所述扩压器支座的轴向移动。
作为优选，所述主动件为主动锥齿轮，所述从动件为从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合。
作为优选，所述扩压器调节机构还包括壳体，所述主动锥齿轮通过垂直于所述扩压器轴线设置的驱动轴与所述壳体连接。
作为优选，所述壳体包括相互连接的内壳和外壳，所述内壳与所述外壳之间形成间隙，所述驱动轴的一端穿过所述外壳上的通孔后支撑在所述内壳上的盲孔中，所述主动锥齿轮安装在所述驱动轴上且位于所述间隙中。
作为优选，所述驱动轴通过轴承安装在所述外壳的通孔中。
作为优选，所述主动锥齿轮通过所述轴承的端面或通过所述驱动轴的轴肩定位。
作为优选，所述驱动轴的所述一端通过轴套安装在所述内壳的盲孔中。
作为优选，所述主动锥齿轮通过所述轴套的端面定位。
作为优选，所述从动件的所述一端的内部形成有内螺纹，所述扩压器上形成有与所述内螺纹配合的外螺纹。
作为优选，所述内螺纹的远离所述扩压器的一端构成所述扩压器的限位面A。
作为优选，所述扩压器的外周设置有导向块，所述扩压器支座的内壁上形成有与所述导向块配合的导向槽，所述扩压器的外周壁上形成有安装槽，所述导向块固定地安装在所述安装槽内。
作为优选，所述导向块为平键、或圆柱销、或螺柱。
作为优选，所述导向槽的远离所述从动件的一端构成所述扩压器的限位面B。
作为优选，所述扩压器支座的靠近所述从动件的端面构成所述扩压器的限位面C。
作为优选，所述限位面C所限定的所述扩压器的伸缩量为主伸缩量h1，所述限位面B所限定的所述扩压器的伸缩量为辅伸缩量h2，且所述辅伸缩量大于所述主伸缩量0.3-0.5mm。
作为优选，所述限位面C所限定的所述扩压器的伸缩量为主伸缩量h1，所述扩压器所限定的流道宽度h3与所述主伸缩量h1满足以下关系：
h1＝(1—α)*h3
其中，α是最小负荷比。
作为优选，所述扩压器支座的导向通孔内安装有用于与所述扩压器配合的带式支撑部。
作为优选，所述扩压器的外壁与所述导向通孔的内壁之间的间隙大于或等于0.2mm。
作为优选，所述从动件可枢转地安装在所述扩压器支座的端部。
作为优选，所述扩压器调节机构还包括轴向衬套以及与所述轴向衬套连接的压盖，所述轴向衬套固定在所述扩压器支座上，所述压盖与所述轴向衬套之间形成限位空间，所述从动件的一端可枢转地设置在所述限位空间内。
作为优选，所述压盖采用整体式的、或由多个扇形块组装而成的环形结构。
作为优选，所述轴向衬套采用环形结构。
作为优选，所述扩压器支座的端面与所述从动件的端面之间的间隙为0.5-1mm。
作为优选，所述扩压器调节机构还包括安装在所述壳体的出口侧的叶轮、以及用于密封叶轮的叶轮梳齿密封，所述叶轮梳齿密封安装在所述壳体朝向所述叶轮一侧的端部。
作为优选，所述轴承包括用于与所述外壳连接的法兰，所述法兰与所述外壳之间设置有密封垫。
作为优选，所述轴承与所述驱动轴之间设置有至少一个密封件。
作为优选，所述扩压器调节机构还包括用于驱动所述主动件的电动执行器。
作为优选，所述电动执行器通过执行器支座安装到所述外壳上。
本发明还提供了一种压缩机，包括上述的扩压器调节机构。
本发明将主动件与从动件之间的传动与螺纹传动集成一体，减少了零件个数和相应零件组合，提高了加工和装配精度，减少了累积偏差，改善了调节性能。
附图说明
图1是本发明实施例的扩压器调节机构的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的从动件的立体图；
图3是本发明实施例的从动件的剖视图；
图4是本发明实施例的扩压器的主视图；
图5是本发明实施例的扩压器调节机构处于全开状态时的示意图；
图6是本发明实施例的扩压器调节机构处于全闭状态时的示意图；
图7是本发明实施例的扩压器调节机构处于半开状态时的示意图；
图8是本发明实施例的局部放图。
附图标记说明：1、主动件；2、从动件；3、扩压器；4、扩压器支座；5、壳体；6、驱动轴；7、内壳；8、外壳；9、轴承；10、轴套；11、导向块；12、导向槽；13、带式支撑部；14、轴向衬套；15、压盖；16、叶轮；17、叶轮梳齿密封；18、法兰；19、密封垫；20、电动执行器；21、执行器支座；22、箱体；23、键；24、密封件；25、内螺纹；26、外螺纹；27、安装槽；28、限位面C；29、限位面B；30、密封腔；31、限位面A。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种扩压器调节机构，其适用于小冷量离心压缩机，包括单级与多级压缩，对于大冷量离心机可利用该机构结合进口导叶进行能量调节。
该扩压器调节机构包括：主动件1、从动件2、扩压器3和扩压器支座4，所述从动件2的一端与所述扩压器3通过螺纹结构连接，所述扩压器3沿所述扩压器支座4的轴向活动地设置在所述扩压器支座4的导向通孔内，所述主动件1驱动所述从动件2转动，所述从动件2通过所述螺纹结构驱动所述扩压器3沿所述扩压器支座4的轴向移动。例如，主动件1相对从动件2垂直地设置。
优选地，所述扩压器调节机构还包括用于驱动所述主动件1的电动执行器20。优选地，所述电动执行器20通过执行器支座21安装到所述外壳8上。
工作时，电动执行器20通过主动件1驱动从动件2转动，由于从动件2与扩压器3之间通过螺纹连接，而扩压器3则被限位于仅能沿着导向通孔的轴向运动，因此，通过螺纹连接可以使扩压器3在导向通孔的轴向运动，以实现对流道宽度的调节。通过控制主动件1的转动方向，可以控制扩压器3的运动方向和轴向伸缩，从而增大或减小流道宽度，保证各个工况下压缩机均能安全高效地运行。
例如，根据不同工况，通过电动执行器20可自动实现0～N圈的连续正反转调节，其中，N由扩压器调节机构的实际结构尺寸和传动参数确定，为保证传动效果，一般N在5～20圈内。
由于采用了上述技术方案，本发明将主动件1与从动件2之间的传动与螺纹传动集成一体，减少了零件个数和相应零件组合，提高了加工和装配精度，减少了累积偏差，改善了调节性能。
优选地，所述主动件1为主动锥齿轮，所述从动件2为从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合。这样，本发明中的从动锥齿轮集成了齿轮传动与螺纹传动于一体，可减少零件个数和相应零件组合，提高加工和装配精度，改善调节性能。
优选地，所述扩压器调节机构还包括壳体5，所述主动锥齿轮通过垂直于所述扩压器3轴线设置的驱动轴6与所述壳体5连接。例如，所述壳体5包括相互连接的内壳7和外壳8，所述内壳7与所述外壳8之间形成间隙，所述驱动轴6的一端穿过所述外壳8上的通孔后支撑在所述内壳7上的盲孔中，所述主动锥齿轮安装在所述驱动轴6上且位于所述间隙中。扩压器支座4固定到壳体5上，壳体5与箱体22连接。
优选地，所述驱动轴6通过轴承9安装在所述外壳8的通孔中。优选地，所述驱动轴6的所述一端通过轴套10安装在所述内壳7的盲孔中。这样，所述主动锥齿轮的上端通过所述轴承9的端面或通过所述驱动轴6的轴肩定位，从而对主动锥齿轮进行上定位，这两种支撑方式均由紧固螺钉承受轴向载荷，故要求螺钉数量不少于6个，偶数优先，且公称直径不小于M8。所述主动锥齿轮的下端可通过所述轴套10的端面定位，从而，对主动锥齿轮进行下定位。优选地，轴承9与轴套10首选用质地较软的铜材料做成，以避免使用定位销进行轴向固定，因此，结构紧凑可靠，节省空间。
本发明中的与驱动轴6与主动锥齿轮之间可采用键23连接来传递转矩，便于安装拆卸，如果内部空间尺寸足够大，可以与驱动轴6做成一体。
优选地，所述从动件2的所述一端的内部形成有内螺纹25，所述扩压器3上形成有与所述内螺纹配合的外螺纹26。所述内螺纹25的远离所述扩压器3的一端构成所述扩压器3的限位面A31。
优选地，所述扩压器3的外周设置有导向块11，所述扩压器支座4的内壁上形成有与所述导向块11配合的导向槽12，所述扩压器3的外周壁上形成有安装槽27，所述导向块11固定地安装在所述安装槽27内。
优选地，所述导向块11为平键、或圆柱销、或螺柱。为保证传动效果，销或螺柱的直径不应小于Φ15，个数不小于3。
优选地，所述导向槽12的远离所述从动件2的一端构成所述扩压器3的限位面B29(即右侧的辅助限位面)。同时，所述扩压器支座4的靠近所述从动件2的端面构成所述扩压器3的限位面C28(即右侧的主限位面)。本发明中，扩压器3的轴向限位可通过限位面A31(即内螺纹孔的左端面)、限位面B29和限位面C28实现，限位面A31对扩压器3进行左限位。
其中，采用主、辅双重限位面，可以更有效地提高调节精度，防止过限位。例如，当扩压器3伸长量最大时，主要是利用扩压器支座的左端面进行限位。当长期运行使主限位面失效时，则可利用辅助限位面进行第二道限位，双重限位可保证可调扩压器长期安全可靠运行。
本发明中，从动锥齿轮同时起着齿轮传动与螺纹传动的双重作用，如图2和图3所示，从动锥齿轮的左半段是齿轮传动段，右半段是内螺纹段，内螺纹25的长度L2，螺距P，优选采用细牙螺纹。相对于传统的分体式传动(即齿轮传动与螺纹传动分别由两个零件独立完成)来说，本发明中的从动锥齿轮零件个数和零件组合减少，有利于提高加工和装配精度，减少累积偏差，改善整个传动机构的调节性能。
如图3所示，扩压器3的左端是外螺纹段，与从动齿轮的内螺纹25进行配合，外螺纹26的长度L2、螺距P，首选细牙螺纹。右半段周向均匀布置个数为n1的导向块11，利用导向块11对扩压器3进行周向固定，保证其仅沿轴向运动。为提高传动可靠性，n1宜在2～5之间，可用螺钉将导向块11固定在安装槽27内。
优选地，所述扩压器支座4的导向通孔内安装有用于与所述扩压器3配合的带式支撑部13。优选地，所述扩压器3的外壁与所述导向通孔的内壁之间的间隙d1大于或等于0.2mm。此时，可利用带式支撑部13进行周向支撑，防止两者发生干摩擦。带式支撑部13用于扩压器和扩压器支座间的密封，将密封腔30与扩压流道隔开。
优选地，所述从动件2可枢转地安装在所述扩压器支座4的端部。更具体地，所述扩压器调节机构还包括轴向衬套14以及与所述轴向衬套14连接的压盖15，所述轴向衬套14固定在所述扩压器支座4上，所述压盖15与所述轴向衬套14之间形成限位空间，所述从动件2的一端可枢转地设置在所述限位空间内。
这样，可将从动件2压盖固定至轴向衬套14上，对从动件2进行左限位，防止前后窜动。从动件2的径向主要通过螺纹配合进行定位，并通过带式支撑部13支撑到扩压器支座上，而其轴向由通过轴向衬套14和压盖15进行限位。
为防止从动件2右端面与扩压器支座左端面接触摩擦，优选地，所述扩压器支座4的端面与所述从动件2的端面之间的间隙d2为0.5-1mm。
轴向衬套14作为主要承载者，宜采用环形结构。压盖15作为辅助承载者，可采用整体式的、或由多个扇形块组装而成的环形结构，扇形块沿周向均布，数量n2控制在3～6，亦可做成完整的环形结构。轴向衬套14与压盖15首选用质地较软的铜材料做成。
请参考图5，L1是扩压器的外螺纹长度，L2是从动件2的内螺纹长度。优选地，所述限位面C28所限定的所述扩压器3的伸缩量为主伸缩量h1，所述限位面B29所限定的所述扩压器的伸缩量为辅伸缩量h2，且所述辅伸缩量大于所述主伸缩量0.3-0.5mm。这样，可保证扩压器右侧的主限位面贴合时，辅限位面留有0.3～0.5mm的间隙，保证限位效果(如图6和图7所示)。
更优选地，所述扩压器所限定的流道宽度h3与所述主伸缩量h1满足以下关系：
h1＝(1—α)*h3
其中，α是最小负荷比，表示可实现α～100％的能量调节。
例如，当要求最小负荷比α为0时，在扩压器全关的情况下，可保证整个流道处于完全堵死状态，如图5所示，该结构可防止冷媒气体倒流，减少叶轮反转受损，避免了止回阀的使用。当要求最小负荷比α大于0时，在扩压器全关的情况下，整个流道未完全堵死，保留了α*h3的通流宽度，如图7所示，该结构在部分负荷运行时可有效防止失速或喘振现象的发生，保证流动稳定性。其他传动参数如主动件齿数、从动件齿数、L1、L2、螺距等，均可由传动机构的整体结构尺寸决定。
请参考图8，为使扩压器能够正常伸缩，需保证壳体内部为压力均匀地密封腔30，避免气流压差对传动的影响，本发明采用了多种密封措施。例如，可采用以下几种的任意一种或多种组合，以使压力与叶轮出口压力基本一致：
(1)所述扩压器调节机构还包括安装在所述壳体5的出口侧的叶轮16、以及用于密封叶轮16的叶轮梳齿密封17，所述叶轮梳齿密封17安装在所述壳体5朝向所述叶轮16一侧的端部。这样，可将密封腔30与叶轮进口隔开。
(2)所述轴承9包括用于与所述外壳8连接的法兰18，所述法兰18与所述外壳8之间设置有密封垫19。这样，可实现轴承9与壳体之间的密封。
(3)所述轴承9与所述驱动轴6之间设置有至少一个密封件24。例如，密封件24可以为O形圈等。这样，可实现驱动轴6与轴承9之间的密封，将密封腔30与环境大气隔开。
(4)扩压器支座与壳体之间也可采用O形圈进行密封，从而将密封腔与级间补气流道隔开。
本发明还提供了一种压缩机，包括上述的扩压器调节机构。
由于采用了上述技术方案，本发明中的压缩机扩展了小冷量离心压缩机运行范围，可实现0～100％连续调节，基本解决了“大马拉小车”现象，提高机组节能性，此外，还改善小负荷时离心压缩机调节能力，减少失速、喘振等现象发生，保证流动稳定性，提高机组可靠性。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (29)
1.一种扩压器调节机构，其特征在于，包括：主动件(1)、从动件(2)、扩压器(3)和扩压器支座(4)，所述从动件(2)的一端与所述扩压器(3)通过螺纹结构连接，所述扩压器(3)沿所述扩压器支座(4)的轴向活动地设置在所述扩压器支座(4)的导向通孔内，所述主动件(1)驱动所述从动件(2)转动，所述从动件(2)通过所述螺纹结构驱动所述扩压器(3)沿所述扩压器支座(4)的轴向移动。
2.根据权利要求1所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述主动件(1)为主动锥齿轮，所述从动件(2)为从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器调节机构还包括壳体(5)，所述主动锥齿轮通过垂直于所述扩压器(3)轴线设置的驱动轴(6)与所述壳体(5)连接。
4.根据权利要求3所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述壳体(5)包括相互连接的内壳(7)和外壳(8)，所述内壳(7)与所述外壳(8)之间形成间隙，所述驱动轴(6)的一端穿过所述外壳(8)上的通孔后支撑在所述内壳(7)上的盲孔中，所述主动锥齿轮安装在所述驱动轴(6)上且位于所述间隙中。
5.根据权利要求4所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述驱动轴(6)通过轴承(9)安装在所述外壳(8)的通孔中。
6.根据权利要求5所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述主动锥齿轮通过所述轴承(9)的端面或通过所述驱动轴(6)的轴肩定位。
7.根据权利要求5所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述驱动轴(6)的所述一端通过轴套(10)安装在所述内壳(7)的盲孔中。
8.根据权利要求7所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述主动锥齿轮通过所述轴套(10)的端面定位。
9.根据权利要求1所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述从动件(2)的所述一端的内部形成有内螺纹，所述扩压器(3)上形成有与所述内螺纹配合的外螺纹。
10.根据权利要求9所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述内螺纹的远离所述扩压器(3)的一端构成所述扩压器(3)的限位面A。
11.根据权利要求1所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器(3)的外周设置有导向块(11)，所述扩压器支座(4)的内壁上形成有与所述导向块(11)配合的导向槽(12)，所述扩压器(3)的外周壁上形成有安装槽，所述导向块(11)固定地安装在所述安装槽内。
12.根据权利要求11所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述导向块(11)为平键、或圆柱销、或螺柱。
13.根据权利要求11所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述导向槽(12)的远离所述从动件(2)的一端构成所述扩压器(3)的限位面B。
14.根据权利要求13所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器支座(4)的靠近所述从动件(2)的端面构成所述扩压器(3)的限位面C。
15.根据权利要求14所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述限位面C所限定的所述扩压器(3)的伸缩量为主伸缩量h1，所述限位面B所限定的所述扩压器的伸缩量为辅伸缩量h2，且所述辅伸缩量大于所述主伸缩量0.3-0.5mm。
16.根据权利要求14所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述限位面C所限定的所述扩压器(3)的伸缩量为主伸缩量h1，所述扩压器所限定的流道宽度h3与所述主伸缩量h1满足以下关系：
h1＝(1—α)*h3
其中，α是最小负荷比。
17.根据权利要求1所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器支座(4)的导向通孔内安装有用于与所述扩压器(3)配合的带式支撑部(13)。
18.根据权利要求17所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器(3)的外壁与所述导向通孔的内壁之间的间隙(d1)大于或等于0.2mm。
19.根据权利要求1所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述从动件(2)可枢转地安装在所述扩压器支座(4)的端部。
20.根据权利要求19所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器调节机构还包括轴向衬套(14)以及与所述轴向衬套(14)连接的压盖(15)，所述轴向衬套(14)固定在所述扩压器支座(4)上，所述压盖(15)与所述轴向衬套(14)之间形成限位空间，所述从动件(2)的一端可枢转地设置在所述限位空间内。
21.根据权利要求20所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述压盖(15)采用整体式的、或由多个扇形块组装而成的环形结构。
22.根据权利要求20所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述轴向衬套(14)采用环形结构。
23.根据权利要求1所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器支座(4)的端面与所述从动件(2)的端面之间的间隙(d2)为0.5-1mm。
24.根据权利要求3所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器调节机构还包括安装在所述壳体(5)的出口侧的叶轮(16)、以及用于密封叶轮(16)的叶轮梳齿密封(17)，所述叶轮梳齿密封(17)安装在所述壳体(5)朝向所述叶轮(16)一侧的端部。
25.根据权利要求5所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述轴承(9)包括用于与所述外壳(8)连接的法兰(18)，所述法兰(18)与所述外壳(8)之间设置有密封垫(19)。
26.根据权利要求5所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述轴承(9)与所述驱动轴(6)之间设置有至少一个密封件。
27.根据权利要求5所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述扩压器调节机构还包括用于驱动所述主动件(1)的电动执行器(20)。
28.根据权利要求27所述的扩压器调节机构，其特征在于，所述电动执行器(20)通过执行器支座(21)安装到所述外壳(8)上。
29.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至28中任一项所述的扩压器调节机构。
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