楚龍飛 歐陽洪

摘要：傳統(tǒng)無油壓縮機主要用于壓縮普通工藝氣體，按照通用工況設(shè)計的，無法應(yīng)對水蒸氣壓縮過程中防腐、耐高溫、密封性的需求，轉(zhuǎn)子的嚙合間隙調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜。本文對水蒸氣壓縮機中的重要結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行改進(jìn)，有效地滿足水蒸氣壓縮的需要，保障壓縮機的穩(wěn)定、高效運行。

關(guān)鍵詞：水蒸氣壓縮機;同步齒輪;改進(jìn)

引言：

隨著國內(nèi)能源成本的上升和環(huán)保要求的提高，高效能量回收設(shè)備成為這些年發(fā)展的新趨勢。機械蒸汽再壓縮技術(shù)，是指將蒸發(fā)（蒸餾等）過程的二次蒸汽（低溫、低壓）用壓縮機進(jìn)行壓縮，提高其溫度、壓力、重新將流程中的廢氣二次利用，用于達(dá)到循環(huán)利用蒸汽的目的，廣泛應(yīng)用于食品加工，化工，紙業(yè)，鹽廠，制藥等領(lǐng)域的蒸汽壓縮再循環(huán)系統(tǒng)中。將以往直接排放的蒸汽充分回收利用，效率可以大幅提高50%以上，具有明顯的經(jīng)濟效率。本文所涉及的水蒸汽壓縮機就是化工領(lǐng)域水蒸氣回收系統(tǒng)的核心設(shè)備。

1工作原理

水蒸氣壓縮機作為一種無油螺桿壓縮機，按照嚙合原理，是靠陰陽轉(zhuǎn)子齒相互嚙合作回轉(zhuǎn)運動而形成周期性變化的容積腔來完成吸入、壓縮和排出工質(zhì)氣體的功能

水蒸氣壓縮機作為一種無油螺桿壓縮機，按照嚙合原理，是靠陰陽轉(zhuǎn)子齒相互嚙合作回轉(zhuǎn)運動而形成周期性變化的容積腔來完成吸入、壓縮和排出工質(zhì)氣體的功能。螺桿壓縮機按運行方式的不同，大體可分為噴油螺桿壓縮機和無油螺桿壓縮機兩類;噴油螺桿壓縮機中，大量的潤滑油被噴入所壓縮的氣體介質(zhì)中，起著潤滑、密封、冷卻的作用，陰陽轉(zhuǎn)子可以直接接觸，由陽轉(zhuǎn)子直接帶動陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn);無油螺桿壓縮機中，氣體在壓縮過程中完全不與油接觸，轉(zhuǎn)子不直接接觸，相互之間保持一定的間隙，必須由同步齒輪傳遞運動、傳輸動力并確保轉(zhuǎn)子間的間隙。具體來說，電機帶動主動軸及主動軸上的陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，主動軸上的主動齒輪帶動從動齒輪及從動軸和從動軸上的陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)陰、陽轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，并保持嚙合間隙不變。螺桿壓縮機工作中，陰陽轉(zhuǎn)子嚙合間隙是非常重要的數(shù)值，對壓縮機性能的好壞有決定性影響。壓縮機裝配時，通過調(diào)節(jié)一對同步齒輪的嚙合來決定陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合情況。一方面，要考慮工作轉(zhuǎn)向時陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合間隙，即主動嚙合面間隙;另一方面，考慮到壓縮機停機時，存在陰陽轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的風(fēng)險，也需要保證陰陽轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時的嚙合間隙，即從動嚙合面間隙。

2水蒸氣壓縮機結(jié)構(gòu)改進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)無油壓縮機主要用于壓縮普通工藝氣體，按照通用工況設(shè)計的，無法應(yīng)對水蒸氣壓縮過程中防腐、耐高溫、密封性的需求，轉(zhuǎn)子的嚙合間隙調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜。傳統(tǒng)設(shè)計中，同步齒輪通過齒輪套與轉(zhuǎn)子軸相連;同步齒輪內(nèi)徑與齒輪套小外徑配合，通過螺栓壓緊;齒輪套內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子軸配合，通過壓緊蓋壓緊。若壓緊蓋壓緊力不夠，可能造成齒輪套與轉(zhuǎn)子軸不能同步轉(zhuǎn)動，從而使調(diào)整好的轉(zhuǎn)子間隙發(fā)生改變，甚至造成轉(zhuǎn)子卡死。另外，為了保證從動嚙合面間隙，必須要求同步齒輪側(cè)隙小于陰陽轉(zhuǎn)子嚙合間隙，而水蒸氣壓縮機的轉(zhuǎn)子嚙合間隙往往很小，這對同步齒輪的加工和裝配提出了很高的要求。

本文討論一種設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定可靠的水蒸氣壓縮機的機體。該機體能有效地滿足水蒸氣壓縮的需要，保障壓縮機的穩(wěn)定、高效運行。

為實現(xiàn)上述目的，本文討論的壓縮機機體，其特殊之處在于：一，所述壓縮機使用的同步齒輪采用分體可調(diào)式設(shè)計，將同步齒輪的從動齒輪分為可相對調(diào)節(jié)的主齒圈和副齒圈，兩同步齒輪與兩轉(zhuǎn)子軸分別通過脹緊連接套連接;二，所述壓縮機在陰陽轉(zhuǎn)子軸頸處配置集裝式多級碳環(huán)密封，將壓縮腔與軸承腔隔離，確保高溫工況下的密封性，并且軸承腔與碳環(huán)密封之間設(shè)有乏汽泄放孔，避免泄漏的水蒸氣累積在軸承腔;三，所述壓縮機的機體內(nèi)壁，陰陽轉(zhuǎn)子表面噴涂防腐涂層進(jìn)行防腐處理。

上訴改進(jìn)的優(yōu)點在于：一，壓縮機所用的同步齒輪設(shè)計為分體可調(diào)式，其中從動齒輪分拆分為主齒圈和副齒圈，主齒圈負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)陰陽轉(zhuǎn)子主動嚙合面間隙，副齒圈負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)陰陽轉(zhuǎn)子從動嚙合面間隙，由于同步齒輪側(cè)隙可以大于轉(zhuǎn)子嚙合間隙，大大降低齒輪加工難度，還可以簡化裝配調(diào)試過程，并且當(dāng)同步齒輪側(cè)隙因齒面磨損而增大時，通過調(diào)節(jié)主齒圈和副齒圈相對位置，仍可恢復(fù)初始陰陽轉(zhuǎn)子嚙合間隙，不需更換齒圈;其次，同步齒輪與轉(zhuǎn)子軸通過脹緊連接套連接，定心性好，承載能力高，便于調(diào)節(jié)同步齒輪與轉(zhuǎn)子軸的相對位置。二，壓縮機高壓側(cè)、低壓側(cè)轉(zhuǎn)子軸頸處分別配置的集裝式多級碳環(huán)密封采用多道密封碳環(huán)串聯(lián)組成，可以保證高溫條件下密封的可靠性，解決了傳統(tǒng)橡膠密封結(jié)構(gòu)高溫條件下易老化失效的缺點。軸承腔與碳環(huán)密封之間設(shè)置乏汽泄放孔，用于排出少量壓縮腔泄漏過來的水蒸氣，一方面避免水蒸氣凝結(jié)造成壓差，另一方面避免凝結(jié)的水蒸氣污染潤滑油。三，壓縮機的機體內(nèi)壁，陰陽轉(zhuǎn)子表面噴涂防腐涂層進(jìn)行防腐，避免水蒸氣腐蝕鑄鐵材質(zhì)的機體和轉(zhuǎn)子;在某些工況下，也直接采用不銹鋼材質(zhì)轉(zhuǎn)子和機體。

以下重點描述分體式同步齒輪工作原理：在分體式同步齒輪中，主動齒輪通過脹套與主動軸（陽轉(zhuǎn)子）相連，從動齒輪通過脹套與從動軸（陰轉(zhuǎn)子）相連，其中，從動齒輪由主齒圈、副齒圈通過壓緊螺栓和圓錐銷固定相對位置。脹套（組件）松開軸端的緊固螺釘后，內(nèi)外圈可以相互轉(zhuǎn)動，因此主動齒輪與主動軸（陽轉(zhuǎn)子），從動齒輪主齒圈與從動軸（陰轉(zhuǎn)子）安裝后都具備可調(diào)性;從動齒輪主齒圈、副齒圈松開壓緊螺栓，取下圓錐銷后，也具備可調(diào)性。壓縮機裝配時，先通過盤車將陰陽轉(zhuǎn)子主動嚙合面間隙調(diào)至規(guī)定值，擰緊脹套的緊固螺釘，將主動齒輪與主動軸（陽轉(zhuǎn)子）相對位置固定;將從動齒輪主齒圈轉(zhuǎn)到與主動齒輪剛好嚙合的位置，擰緊脹套的緊固螺釘，此時轉(zhuǎn)子主動嚙合面間隙調(diào)好。反向轉(zhuǎn)動陰陽轉(zhuǎn)子，通過盤車將陰陽轉(zhuǎn)子從動嚙合面間隙調(diào)至規(guī)定值;轉(zhuǎn)動副齒圈，使其相對主齒圈產(chǎn)生滑動，到達(dá)與主動齒輪剛好嚙合的位置停止;擰緊壓緊螺栓，配鉆鉸定位銷孔，裝入圓錐銷，此時轉(zhuǎn)子從動嚙合面間隙調(diào)好。壓縮機維修時，若因齒輪磨損導(dǎo)致轉(zhuǎn)子嚙合間隙偏差過大，可按上述步驟重新調(diào)整同步齒輪。

另外，上述提到的集裝式多級碳環(huán)密封，設(shè)置在壓縮機高壓側(cè)、低壓側(cè)轉(zhuǎn)子軸頸處（共4處）。集裝式多級碳環(huán)密封由多道密封碳環(huán)串聯(lián)組成，可以滿足高溫條件下的密封要求。壓縮腔內(nèi)的水蒸氣由3集裝式多級碳環(huán)密封進(jìn)行一次密封，并由密封座進(jìn)行二次密封，保證水蒸氣與軸承腔隔離，少量經(jīng)過集裝式多級碳環(huán)密封泄漏過來的水蒸氣由乏汽泄放孔排出，避免水蒸氣富集、凝結(jié)。

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