水蒸氣壓縮機結構改進的研究

楚龍飛 歐陽洪

摘要：傳統無油壓縮機主要用于壓縮普通工藝氣體，按照通用工況設計的，無法應對水蒸氣壓縮過程中防腐、耐高溫、密封性的需求，轉子的嚙合間隙調節也比較復雜。本文對水蒸氣壓縮機中的重要結構零件進行改進，有效地滿足水蒸氣壓縮的需要，保障壓縮機的穩定、高效運行。

關鍵詞：水蒸氣壓縮機;同步齒輪;改進

引言：

隨著國內能源成本的上升和環保要求的提高，高效能量回收設備成為這些年發展的新趨勢。機械蒸汽再壓縮技術，是指將蒸發（蒸餾等）過程的二次蒸汽（低溫、低壓）用壓縮機進行壓縮，提高其溫度、壓力、重新將流程中的廢氣二次利用，用于達到循環利用蒸汽的目的，廣泛應用于食品加工，化工，紙業，鹽廠，制藥等領域的蒸汽壓縮再循環系統中。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，具有明顯的經濟效率。本文所涉及的水蒸汽壓縮機就是化工領域水蒸氣回收系統的核心設備。

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，是靠陰陽轉子齒相互嚙合作回轉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，是靠陰陽轉子齒相互嚙合作回轉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中，起著潤滑、密封、冷卻的作用，陰陽轉子可以直接接觸，由陽轉子直接帶動陰轉子旋轉;無油螺桿壓縮機中，氣體在壓縮過程中完全不與油接觸，轉子不直接接觸，相互之間保持一定的間隙，必須由同步齒輪傳遞運動、傳輸動力并確保轉子間的間隙。具體來說，電機帶動主動軸及主動軸上的陽轉子旋轉，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子旋轉，從而實現陰、陽轉子同步旋轉，并保持嚙合間隙不變。螺桿壓縮機工作中，陰陽轉子嚙合間隙是非常重要的數值，對壓縮機性能的好壞有決定性影響。壓縮機裝配時，通過調節一對同步齒輪的嚙合來決定陰陽轉子的嚙合情況。一方面，要考慮工作轉向時陰陽轉子的嚙合間隙，即主動嚙合面間隙;另一方面，考慮到壓縮機停機時，存在陰陽轉子反轉的風險，也需要保證陰陽轉子反轉時的嚙合間隙，即從動嚙合面間隙。

2水蒸氣壓縮機結構改進的關鍵技術

傳統無油壓縮機主要用于壓縮普通工藝氣體，按照通用工況設計的，無法應對水蒸氣壓縮過程中防腐、耐高溫、密封性的需求，轉子的嚙合間隙調節也比較復雜。傳統設計中，同步齒輪通過齒輪套與轉子軸相連;同步齒輪內徑與齒輪套小外徑配合，通過螺栓壓緊;齒輪套內徑與轉子軸配合，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子軸不能同步轉動，從而使調整好的轉子間隙發生改變，甚至造成轉子卡死。另外，為了保證從動嚙合面間隙，必須要求同步齒輪側隙小于陰陽轉子嚙合間隙，而水蒸氣壓縮機的轉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。

本文討論一種設計合理、結構新穎、穩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，保障壓縮機的穩定、高效運行。

為實現上述目的，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式設計，將同步齒輪的從動齒輪分為可相對調節的主齒圈和副齒圈，兩同步齒輪與兩轉子軸分別通過脹緊連接套連接;二，所述壓縮機在陰陽轉子軸頸處配置集裝式多級碳環密封，將壓縮腔與軸承腔隔離，確保高溫工況下的密封性，并且軸承腔與碳環密封之間設有乏汽泄放孔，避免泄漏的水蒸氣累積在軸承腔;三，所述壓縮機的機體內壁，陰陽轉子表面噴涂防腐涂層進行防腐處理。

上訴改進的優點在于：一，壓縮機所用的同步齒輪設計為分體可調式，其中從動齒輪分拆分為主齒圈和副齒圈，主齒圈負責調節陰陽轉子主動嚙合面間隙，副齒圈負責調節陰陽轉子從動嚙合面間隙，由于同步齒輪側隙可以大于轉子嚙合間隙，大大降低齒輪加工難度，還可以簡化裝配調試過程，并且當同步齒輪側隙因齒面磨損而增大時，通過調節主齒圈和副齒圈相對位置，仍可恢復初始陰陽轉子嚙合間隙，不需更換齒圈;其次，同步齒輪與轉子軸通過脹緊連接套連接，定心性好，承載能力高，便于調節同步齒輪與轉子軸的相對位置。二，壓縮機高壓側、低壓側轉子軸頸處分別配置的集裝式多級碳環密封采用多道密封碳環串聯組成，可以保證高溫條件下密封的可靠性，解決了傳統橡膠密封結構高溫條件下易老化失效的缺點。軸承腔與碳環密封之間設置乏汽泄放孔，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造成壓差，另一方面避免凝結的水蒸氣污染潤滑油。三，壓縮機的機體內壁，陰陽轉子表面噴涂防腐涂層進行防腐，避免水蒸氣腐蝕鑄鐵材質的機體和轉子;在某些工況下，也直接采用不銹鋼材質轉子和機體。

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（陽轉子）相連，從動齒輪通過脹套與從動軸（陰轉子）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，內外圈可以相互轉動，因此主動齒輪與主動軸（陽轉子），從動齒輪主齒圈與從動軸（陰轉子）安裝后都具備可調性;從動齒輪主齒圈、副齒圈松開壓緊螺栓，取下圓錐銷后，也具備可調性。壓縮機裝配時，先通過盤車將陰陽轉子主動嚙合面間隙調至規定值，擰緊脹套的緊固螺釘，將主動齒輪與主動軸（陽轉子）相對位置固定;將從動齒輪主齒圈轉到與主動齒輪剛好嚙合的位置，擰緊脹套的緊固螺釘，此時轉子主動嚙合面間隙調好。反向轉動陰陽轉子，通過盤車將陰陽轉子從動嚙合面間隙調至規定值;轉動副齒圈，使其相對主齒圈產生滑動，到達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，此時轉子從動嚙合面間隙調好。壓縮機維修時，若因齒輪磨損導致轉子嚙合間隙偏差過大，可按上述步驟重新調整同步齒輪。

另外，上述提到的集裝式多級碳環密封，設置在壓縮機高壓側、低壓側轉子軸頸處（共4處）。集裝式多級碳環密封由多道密封碳環串聯組成，可以滿足高溫條件下的密封要求。壓縮腔內的水蒸氣由3集裝式多級碳環密封進行一次密封，并由密封座進行二次密封，保證水蒸氣與軸承腔隔離，少量經過集裝式多級碳環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。

參考文獻：

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