噴油螺桿壓縮機排氣端回油結構設計
2025-06-30
引文
在傳統的壓縮機設計中，噴入排氣端軸承的油，其回油通道一般設計在排氣端軸承座的底部，靠重力作用通過排氣端軸承座、機殼等零件的內部通道回到進氣端。一方面零件設計的比較復雜，提高了零件的鑄造和加工難度，另一方面，原結構中所有的油在機組運行時全部回到機殼內，軸承腔內沒有存油，在下次起動之初，軸承處于無潤滑狀態。
本文將針對我公司的發明專利《一種噴油螺桿壓縮機排氣端回油結構》（專利號：201520846095.9）進行描述，詳細闡述新舊結構的優劣。
01 使用背景
隨著螺桿壓縮機的發展，市場對螺桿壓縮機的性能、可靠性、采購成本、采購周期有了更高的要求，而螺桿壓縮機主機作為噴油螺桿壓縮機機組的核心零部件，各螺桿壓縮機生產制造企業在主機的可靠性和成本上投入了大量的精力和財力，在投入大比拼的同時，各項改進優化也日見成效，推動了整個噴油螺桿壓縮機行業的進步和發展。
在噴油螺桿壓縮機中，除了轉子工作腔外，軸承等主要運動部件也需要供油，且這些油在完成自身的功能后都處于較低壓力，但壓縮機油箱中的壓力是排氣壓力（一般螺桿壓縮機系統中的油氣分離器兼做油箱使用），所以它們并不能簡單地依靠重力作用流入油箱，所以必須使其回到吸氣口，隨工作氣體一起被壓縮和排出。然而由于這些回油的溫度比吸氣溫度高，且其中帶有少量的高壓氣體，若直接回到吸氣孔口，將會降低壓縮機的實際吸氣容積和質量流量，故回油孔口通常都設置在吸氣結束的位置。
02 傳統回油結構
2.1回油結構
傳統的回油結構通常需要在排氣端軸承座上軸承的最下方設計一個回油腔，回油腔里加工回油通道，同時需要在對應的機殼上設計回油通道。因此排氣端軸承座上需要鑄造一個相對比較復雜的回油腔，同時由于轉子一般都比較長，因此也需要在機殼上加工一個比較長的回油通道，通常需要使用定制加長的刀桿。
2.2回油原理
當噴油螺桿壓縮機正常工作時，在壓縮機組系統壓力的作用下，潤滑油由油氣分離器經過濾后噴入到主機中，大部分油噴入到轉子腔，小部分油噴入到進排氣端的軸承中，噴入到排氣端軸承的潤滑油在重力作用下沉積在排氣端軸承座底部，靠排氣端軸承座與進氣端的壓力差通過排氣端軸承座和機殼上的回油通道回到機殼進氣端，與吸入到機殼內的氣體一起被壓縮，然后排出到油氣分離器，進入下一個循環。
2.3缺點
為確保噴入到排氣端軸承里的油能夠順利回到進氣口，排氣端軸承座和機殼上都需要鑄造能夠加工回油通道的結構，同時還需確保回油通道上排氣端軸承座與機殼結合面處的密封。其增加了零件模具的復雜性，增加了毛坯鑄造的難度，同時也增加了深孔加工的難度和密封的難度，不僅影響了主機結構的緊湊性和美觀性，同時還增加了主機的重量，增加了鑄件的不良率使得配套周期和成本也有所增加。
由于回油腔位置比較低，主機在工作過程中，軸承腔里的潤滑油會從左側回油通道全部回到機殼進氣端，當主機停機時，排氣端軸承座里幾乎沒有存油。當主機在下一次開機時，機組建立起油循環所需的壓力需要一定的時間，排氣端軸承座里的軸承會短時間缺油干磨，影響軸承的使用壽命，對于長時間停機的機組，軸承腔里沒有油甚至可能會引起銹蝕。
此外，傳統回油結構中的回油一般都回到機殼吸氣端，由于回到此處的油一般也有50℃以上，而壓縮機吸入的空氣是室溫，高溫的潤滑油會對空氣產生加熱影響，相當于壓縮機長期工作在環境溫度為50℃左右的工況中，同樣的轉速下，壓縮機的產氣量要低8%左右，對主機的性能造成了比較大的影響，同時高溫情況對油的使用壽命也產生了一定的影響。
03 新型回油結構
3.1回油結構
新的排氣端回油結構中，在排氣端軸承座兩個軸承之間加工一個溝槽，溝槽上方開一個回油腔，溝槽下方通到軸承底部某一高度（一般1-2個滾珠的高度）， 排氣端蓋與排氣端平面以及所開的溝槽和空腔之間會形成一個封閉的空間，在溝槽上方的回油腔上加工一個回油通道，通向機殼內部吸氣結束的位置。
3.2回油原理
當噴油螺桿壓縮機正常工作時，在壓縮機組系統壓力的作用下，潤滑油由油氣分離器經過濾后噴入到主機中，大部分油噴入到轉子腔，小部分油噴入到進排氣端的軸承中，噴入到排氣端軸承的潤滑油在排氣端軸承座內慢慢積蓄，直至潤滑油位到達溝槽底部，此時潤滑油的 壓力大約為0.1-0.2MPa（表壓），而機殼內部吸氣結束位置的壓力基本為吸氣壓力。隨著潤滑油液位的上升，在潤滑油壓力與吸氣壓力的壓力差作用下，潤滑油沿著豎向的溝槽向上流動，經過回油通道進入轉子工作腔，與吸入到機殼內的氣體一起被壓縮，然后排出到油氣分離器，進入下一個循環。
當壓縮機組停機時，隨著機組的卸載，排氣端軸承座的供油壓力慢慢降低，當壓力勢能之差不足以補償位勢能之差時，潤滑油將在重力的作用下沿溝槽回到軸承座內，機組停機時，軸承腔內仍存有少量的潤滑油（上圖中陰影部分）。因此在機組下一次啟動時，留存于軸承腔內的潤滑油能及時起到潤滑軸承的作用，避免在機組啟動之初出現軸承缺油的現象。
3.3優勢
新的噴油螺桿壓縮機排氣端回油結構，只需要在排氣端軸承座上加工一條溝槽和回油通道，就能達到回油的目的，不需要鑄造額外的回油通道，也不需要在機殼上進行深孔加工，無需考慮油道的密封，模具和零件結構簡單、毛坯鑄造方便，不僅有效地減輕了螺桿壓縮機主機的重量，而且縮短了主機零件的配套周期，降低了主機的生產成本。
機組在停機時軸承座內積蓄少量的潤滑油，無論是短時間停機還是長期停機，軸承的滾子仍有部分浸潤在潤滑油內，因此在機組下一次啟動時，留存于軸承腔內的潤滑油能及時起到潤滑軸承的作用，避免在機組啟動之初出現軸承缺油的現象，可以達到保護軸承的目的，提高軸承和壓縮機的使用壽命。
排氣端回油通道通向機殼排氣端上方，此處處于吸氣結束的位置，避免了吸氣加熱影響，使主機始終處于最佳的吸氣狀態，因此相對傳統的回油結構，同樣的轉速下，主機的氣量要更大，主機性能更好，運行也更穩定。
來源：《壓縮機》
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