2025-06-30
引文
在传统的压缩机设计中，喷入排气端轴承的油，其回油通道一般设计在排气端轴承座的底部，靠重力作用通过排气端轴承座、机壳等零件的内部通道回到进气端。一方面零件设计的比较复杂，提高了零件的铸造和加工难度，另一方面，原结构中所有的油在机组运行时全部回到机壳内，轴承腔内没有存油，在下次起动之初，轴承处于无润滑状态。
本文将针对我公司的发明专利《一种喷油螺杆压缩机排气端回油结构》（专利号：201520846095.9）进行描述，详细阐述新旧结构的优劣。
01 使用背景
随着螺杆压缩机的发展，市场对螺杆压缩机的性能、可靠性、采购成本、采购周期有了更高的要求，而螺杆压缩机主机作为喷油螺杆压缩机机组的核心零部件，各螺杆压缩机生产制造企业在主机的可靠性和成本上投入了大量的精力和财力，在投入大比拼的同时，各项改进优化也日见成效，推动了整个喷油螺杆压缩机行业的进步和发展。
在喷油螺杆压缩机中，除了转子工作腔外，轴承等主要运动部件也需要供油，且这些油在完成自身的功能后都处于较低压力，但压缩机油箱中的压力是排气压力（一般螺杆压缩机系统中的油气分离器兼做油箱使用），所以它们并不能简单地依靠重力作用流入油箱，所以必须使其回到吸气口，随工作气体一起被压缩和排出。然而由于这些回油的温度比吸气温度高，且其中带有少量的高压气体，若直接回到吸气孔口，将会降低压缩机的实际吸气容积和质量流量，故回油孔口通常都设置在吸气结束的位置。
02 传统回油结构
2.1回油结构
传统的回油结构通常需要在排气端轴承座上轴承的最下方设计一个回油腔，回油腔里加工回油通道，同时需要在对应的机壳上设计回油通道。因此排气端轴承座上需要铸造一个相对比较复杂的回油腔，同时由于转子一般都比较长，因此也需要在机壳上加工一个比较长的回油通道，通常需要使用定制加长的刀杆。
2.2回油原理
当喷油螺杆压缩机正常工作时，在压缩机组系统压力的作用下，润滑油由油气分离器经过滤后喷入到主机中，大部分油喷入到转子腔，小部分油喷入到进排气端的轴承中，喷入到排气端轴承的润滑油在重力作用下沉积在排气端轴承座底部，靠排气端轴承座与进气端的压力差通过排气端轴承座和机壳上的回油通道回到机壳进气端，与吸入到机壳内的气体一起被压缩，然后排出到油气分离器，进入下一个循环。
2.3缺点
为确保喷入到排气端轴承里的油能够顺利回到进气口，排气端轴承座和机壳上都需要铸造能够加工回油通道的结构，同时还需确保回油通道上排气端轴承座与机壳结合面处的密封。其增加了零件模具的复杂性，增加了毛坯铸造的难度，同时也增加了深孔加工的难度和密封的难度，不仅影响了主机结构的紧凑性和美观性，同时还增加了主机的重量，增加了铸件的不良率使得配套周期和成本也有所增加。
由于回油腔位置比较低，主机在工作过程中，轴承腔里的润滑油会从左侧回油通道全部回到机壳进气端，当主机停机时，排气端轴承座里几乎没有存油。当主机在下一次开机时，机组建立起油循环所需的压力需要一定的时间，排气端轴承座里的轴承会短时间缺油干磨，影响轴承的使用寿命，对于长时间停机的机组，轴承腔里没有油甚至可能会引起锈蚀。
此外，传统回油结构中的回油一般都回到机壳吸气端，由于回到此处的油一般也有50℃以上，而压缩机吸入的空气是室温，高温的润滑油会对空气产生加热影响，相当于压缩机长期工作在环境温度为50℃左右的工况中，同样的转速下，压缩机的产气量要低8%左右，对主机的性能造成了比较大的影响，同时高温情况对油的使用寿命也产生了一定的影响。
03 新型回油结构
3.1回油结构
新的排气端回油结构中，在排气端轴承座两个轴承之间加工一个沟槽，沟槽上方开一个回油腔，沟槽下方通到轴承底部某一高度（一般1-2个滚珠的高度）， 排气端盖与排气端平面以及所开的沟槽和空腔之间会形成一个封闭的空间，在沟槽上方的回油腔上加工一个回油通道，通向机壳内部吸气结束的位置。
3.2回油原理
当喷油螺杆压缩机正常工作时，在压缩机组系统压力的作用下，润滑油由油气分离器经过滤后喷入到主机中，大部分油喷入到转子腔，小部分油喷入到进排气端的轴承中，喷入到排气端轴承的润滑油在排气端轴承座内慢慢积蓄，直至润滑油位到达沟槽底部，此时润滑油的 压力大约为0.1-0.2MPa（表压），而机壳内部吸气结束位置的压力基本为吸气压力。随着润滑油液位的上升，在润滑油压力与吸气压力的压力差作用下，润滑油沿着竖向的沟槽向上流动，经过回油通道进入转子工作腔，与吸入到机壳内的气体一起被压缩，然后排出到油气分离器，进入下一个循环。
当压缩机组停机时，随着机组的卸载，排气端轴承座的供油压力慢慢降低，当压力势能之差不足以补偿位势能之差时，润滑油将在重力的作用下沿沟槽回到轴承座内，机组停机时，轴承腔内仍存有少量的润滑油（上图中阴影部分）。因此在机组下一次启动时，留存于轴承腔内的润滑油能及时起到润滑轴承的作用，避免在机组启动之初出现轴承缺油的现象。
3.3优势
新的喷油螺杆压缩机排气端回油结构，只需要在排气端轴承座上加工一条沟槽和回油通道，就能达到回油的目的，不需要铸造额外的回油通道，也不需要在机壳上进行深孔加工，无需考虑油道的密封，模具和零件结构简单、毛坯铸造方便，不仅有效地减轻了螺杆压缩机主机的重量，而且缩短了主机零件的配套周期，降低了主机的生产成本。
机组在停机时轴承座内积蓄少量的润滑油，无论是短时间停机还是长期停机，轴承的滚子仍有部分浸润在润滑油内，因此在机组下一次启动时，留存于轴承腔内的润滑油能及时起到润滑轴承的作用，避免在机组启动之初出现轴承缺油的现象，可以达到保护轴承的目的，提高轴承和压缩机的使用寿命。
排气端回油通道通向机壳排气端上方，此处处于吸气结束的位置，避免了吸气加热影响，使主机始终处于最佳的吸气状态，因此相对传统的回油结构，同样的转速下，主机的气量要更大，主机性能更好，运行也更稳定。
来源：《压缩机》
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