一种带平衡活塞的双螺杆主机结构的制作方法

1.本实用新型属于双级螺杆主机技术领域，更具体地说，涉及一种带平衡活塞的双螺杆主机结构。


背景技术：

2.目前市场上的双级螺杆主机结构大多数为上下布置结构，前端齿轮是一拖二传动，分别由主动齿轮驱动一级螺杆和二级螺杆的从动齿轮。还有一种是一段螺杆和二段螺杆直接通过联轴器驱动结构。第一种上下布置结构的齿轮按照品字形分布，存在着前面的齿轮箱比较宽或者比较高，中心距相对固定，主动齿轮和从动齿轮模数必须一致，齿轮比的变化受到限制。整个机器尺寸相对比较宽或者比较高，在比较狭窄的整机或者钻机平台内部，使用受到限制。第二种直联驱动结构，整个主机尺寸比较长，使得整机尺寸偏大；此外，一级主机和二级主机的转速匹配不能调整，主机效率无法保证。因此，急需设计一款能够解决上述问题的双级螺杆齿轮驱动结构。
3.经检索，有关双级螺杆主机结构已有专利公开，如中国专利申请号：2018218648258，实用新型创造名称：一种水平串联的双驱双级压缩螺杆主机，公开了一种水平串联的双驱双级压缩螺杆主机，包括第一级压缩主机、第二级压缩主机，第一级压缩主机与第二级压缩主机之间呈水平串联布置并连通，第一级压缩主机内的阴阳转子的其中一个转子，通过轴伸与安装在第一级压缩主机进气侧的一级永磁电机的转子相套并同轴固定连接；第二级压缩主机内的阴阳转子的其中一个转子，通过轴伸与安装在第二级压缩主机排气侧的二级永磁电机的转子相套并同轴固定连接。
4.又如中国专利申请号：201810210609x，实用新型创造名称：一种双级螺杆压缩机及压缩方法，公开了一种双级螺杆压缩机及压缩方法，一种双级螺杆压缩机及压缩方法，包括主机，还包括低压级驱动和高压级驱动，主机包括低压级壳体，高压级壳体，低压级螺杆，级间通道，高压级螺杆；低压级壳体设置有进气腔和低压级排气口，低压级螺杆安装在低压级壳体内，低压级驱动与低压级螺杆直接连接；高压级壳体设置有高压级进气口和高压排气口，高压级螺杆安装在高压级壳体内，高压级驱动与高压级螺杆直接连接；级间通道的两端分别固定在低压级壳体和高压级壳体上，且级间通道的两端分别与低压级排气口和高压级进气口联通，级间通道设置有喷射孔。
5.上述方案均不失为对双螺杆主机结构的良好探索，但行业内对双螺杆主机结构的探索从未停止。


技术实现要素：

6.1、实用新型要解决的技术问题
7.本实用新型的目的是为解决现有技术中双螺杆主机结构的主机效率较低，且高压时二级螺杆的轴向受力过大的问题，提供了一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，不仅能够通过一、二级齿轮转速可调，有效提高主机效率和缩小主机尺寸，还能够使得二级螺杆轴向
受力降低。
8.2、技术方案
9.为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
10.本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，包括主腔体，主腔体的长度方向两侧分别设置有前齿轮箱和后齿轮箱，前齿轮箱和后齿轮箱内分别安装有前齿轮组和后齿轮组，前齿轮组由传动轴驱动转动；所述主腔体包括上下平行设置的一级压缩腔和二级压缩腔，一级压缩腔和二级压缩腔之间相连通，所述一级压缩腔的顶部设置有进气口，所述二级压缩腔的底部设置有出气口，且二级压缩腔上远离排气腔体的端部设置有平衡活塞，其中一级压缩腔和二级压缩腔内分别设置有水平延伸的一级螺杆和二级螺杆，所述一级螺杆的两端分别与前齿轮组和后齿轮组相连，且后齿轮组驱动二级螺杆动作。
11.作为本实用新型更进一步的改进，一级螺杆包括水平平行设置的相互配合的内侧一级螺杆和外侧一级螺杆，二级螺杆也包括水平平行设置的相互配合的内侧二级螺杆和外侧二级螺杆。
12.作为本实用新型更进一步的改进，平衡活塞的纵截面与二级压缩腔上远离后齿轮箱的端部纵截面形状相匹配，且平衡活塞中心与内侧二级螺杆和外侧二级螺杆相对应的位置分别开设有通孔一和通孔二，内侧二级螺杆和外侧二级螺杆靠近平衡活塞的端部分别固定在通孔一和通孔二内。
13.作为本实用新型更进一步的改进，平衡活塞外周与二级压缩腔端部侧壁相对应位置均开设有螺栓孔，紧固螺栓依次穿过平衡活塞和二级压缩腔端部侧壁上的螺栓孔并将平衡活塞固定在二级压缩腔端部。
14.作为本实用新型更进一步的改进，还包括设置在主腔体外侧壁上的分油块，分油块上设置有进油管，进油管包括与平衡活塞相连的平衡活塞进油管。
15.作为本实用新型更进一步的改进，前齿轮组包括与传动轴相连的一级主动齿轮和一级从动齿轮，一级主动齿轮和一级从动齿轮相啮合，内侧一级螺杆的一端与一级从动齿轮相连，且内侧一级螺杆的另一端与二级主动齿轮相连，二级主动齿轮与下方的二级从动齿轮相啮合，且二级从动齿轮与内侧二级螺杆的端部相连。
16.作为本实用新型更进一步的改进，后齿轮箱的形状呈半球形。
17.作为本实用新型更进一步的改进，二级螺杆的长度小于一级螺杆的长度。
18.作为本实用新型更进一步的改进，主腔体的外侧壁上还设置有安全阀。
19.3、有益效果
20.相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
21.(1)本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，一级压缩腔和二级压缩腔的整体化设计，在后齿轮箱的包裹下，不仅缩小了主机尺寸，还有效实现了噪音和振动的降低。其中一级压缩腔的排气和二级压缩腔的吸气相连通，实现一级排气和二级吸气直通，级间压力损失更小，有效提高了主机效率。
22.(2)本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，传动轴驱动前齿轮组转动，前齿轮组带动一级螺杆和与一级螺杆远离前齿轮组的端部相连的后齿轮组转动，后齿轮组进而带动二级螺杆进行转动，只需要对前齿轮组的配速进行调节，即可同步调节后齿轮组的配速，实现一级压缩腔和二级压缩腔内压力和气量的匹配，达到螺杆主机的最佳功率。避
免像传统品字形结构布置的主机，三个齿轮的配比难以调节一致，很难实现螺杆主机的最佳功率，且本实施例的双级螺杆主机结构的布置方式，能够有效缩小主机结构尺寸，使整体结构更加紧凑，使用范围更加广泛。
23.(3)本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，平衡活塞中心与内侧二级螺杆和外侧二级螺杆相对应的位置分别开设有通孔一和通孔二，内侧二级螺杆和外侧二级螺杆靠近平衡活塞的端部分别固定在通孔一和通孔二内，用于对内、外侧二级螺杆进行端部限位，进一步有效防止内、外侧二级螺杆发生轴向偏移，保证了内、外侧二级螺杆始终处于轴向平衡状态，进一步提高了二级螺杆的使用寿命。
24.(4)本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，平衡活塞外周与二级压缩腔端部侧壁相对应位置均开设有螺栓孔，紧固螺栓依次穿过平衡活塞和二级压缩腔端部侧壁上的螺栓孔并将平衡活塞固定在二级压缩腔端部，用于抵消二级压缩腔内的一部分排气压力，使得二级螺杆轴向受力较为均匀，保证了二级螺杆轴向平衡，避免高压时二级压缩腔和二级螺杆由于轴向受力过大造成轴承损坏，提高了二级螺杆的使用寿命，进而保障了主机效率。
附图说明
25.图1为本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构的结构示意图；
26.图2为本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构的另一角度下的结构示意图；
27.图3为本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构的剖视结构示意图；
28.图4为本实用新型的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构的内部结构示意图；
29.图5为本实用新型中主腔体的结构示意图；
30.图6为本实用新型中进气腔的结构示意图；
31.图7为本实用新型中出气腔的结构示意图；
32.图8为本实用新型中平衡活塞的结构示意图。
33.图中的标号为：
34.110、前齿轮箱；111、前齿轮组；11、一级主动齿轮；12、一级从动齿轮；120、进气腔体；121、连通腔一；122、一级进气腔；123、安装孔一；124、安装孔二；125、安装孔三；130、主腔体；131、进气口；132、出气口；133、一级压缩腔；134、二级压缩腔；101、一级螺杆；102、二级螺杆；140、排气腔体；141、轴承孔一；142、轴承孔二；143、轴承孔三；144、轴承孔四；145、一段排气口；146、二段排气口；150、后齿轮箱；151、后齿轮组；13、二级主动齿轮；14、二级从动齿轮；160、平衡活塞；170、传动轴；180、安全阀；
35.200、分油块；210、前齿轮箱进油管；220、前齿轮箱回油管；230、排气腔体进油管一；240、主腔体回油管；250、后齿轮箱进油管；260、二级压缩腔进油管；270、平衡活塞进油管；280、排气腔体进油管二。
具体实施方式
36.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
39.实施例1
40.结合图1
‑
图8，本实施例的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，包括主腔体130，主腔体130的长度方向两侧分别设置有前齿轮箱110和后齿轮箱150，前齿轮箱110和后齿轮箱150内分别安装有前齿轮组111和后齿轮组151，前齿轮组111由传动轴170驱动转动；所述主腔体130包括上下平行设置的一级压缩腔133和二级压缩腔134，一级压缩腔133和二级压缩腔134之间相连通，且一级压缩腔133的顶部设置有进气口131，二级压缩腔134的底部设置有出气口132，其中一级压缩腔133和二级压缩腔134内分别设置有水平延伸的一级螺杆101和二级螺杆102。本实施例中一级压缩腔133和二级压缩腔134的整体化设计，在后齿轮箱150的包裹下，不仅缩小了主机尺寸，还有效实现了噪音和振动的降低。其中一级压缩腔133的排气和二级压缩腔134的吸气相连通，实现一级排气和二级吸气直通，级间压力损失更小，有效提高了主机效率。
41.本实施例中一级螺杆101的两端分别与前齿轮组111和后齿轮组151相连，且后齿轮组151驱动二级螺杆102动作，一级螺杆101包括水平平行设置的相互配合的内侧一级螺杆101和外侧一级螺杆101，二级螺杆102也包括水平平行设置的相互配合的内侧二级螺杆102和外侧二级螺杆102，其中外侧一级螺杆101和内侧一级螺杆101配合形成阴阳一级螺杆101，外侧二级螺杆102和内侧二级螺杆102形成阴阳二级螺杆102，且二级螺杆102的长度小于一级螺杆101的长度。具体地，本实施例中传动轴170驱动前齿轮组111转动，前齿轮组111带动一级螺杆101和与一级螺杆101远离前齿轮组111的端部相连的后齿轮组151转动，后齿轮组151进而带动二级螺杆102进行转动，只需要对前齿轮组111的配速进行调节，即可同步调节后齿轮组151的配速，实现一级压缩腔133和二级压缩腔134内压力和气量的匹配，达到螺杆主机的最佳功率。避免像传统品字形结构布置的主机，三个齿轮的配比难以调节一致，很难实现螺杆主机的最佳功率，且本实施例的双级螺杆主机结构的布置方式，能够有效缩小主机结构尺寸，使整体结构更加紧凑，使用范围更加广泛。
42.如图4所示，本实施例中前齿轮组111包括与传动轴170相连的一级主动齿轮11和一级从动齿轮12，一级主动齿轮11和一级从动齿轮12相啮合，内侧一级螺杆101的一端与一级从动齿轮12相连，且内侧一级螺杆101的另一端与二级主动齿轮13相连，二级主动齿轮13与下方的二级从动齿轮14相啮合，且二级从动齿轮14与内侧二级螺杆102的端部相连。内侧一级螺杆101在前齿轮组111的驱动下进行转动，并带动外侧一级螺杆101同步进行挤压转动，从而完成对空气的一级压缩增压处理，经一级压缩增压后，气体的压力可达到7kgf/cm2‑
8kgf/cm2；内侧一级螺杆101在自转的同时带动二级主动齿轮13转动，并同步带动相啮合的二级从动齿轮14转动，内侧二级螺杆102在二级从动齿轮14的驱动下进行转动，并带动外侧二级螺杆102同步进行挤压转动，从而完成对空气的二级压缩增压处理，经二级压缩增压后，气体的压力可达到20kgf/cm2‑
40kgf/cm2，有效提高了对空气的压缩效率。
43.如图1所示，本实施例中二级压缩腔134上远离排气腔体140的端部设置有平衡活
塞160，所述平衡活塞160的纵截面与二级压缩腔134上远离后齿轮箱150的端部纵截面形状相匹配，能够更好地与二级压缩腔134的端部进行贴合固定。如图8所示，本实施例中平衡活塞160中心与内侧二级螺杆102和外侧二级螺杆102相对应的位置分别开设有通孔一和通孔二，内侧二级螺杆102和外侧二级螺杆102靠近平衡活塞160的端部分别固定在通孔一和通孔二内，用于对内、外侧二级螺杆102进行端部限位，进一步有效防止内、外侧二级螺杆102发生轴向偏移，保证了内、外侧二级螺杆102始终处于轴向平衡状态，进一步提高了二级螺杆102的使用寿命。
44.如图1所示，本实施例中主腔体130的长度方向两侧分别设置有进气腔体120和排气腔体140，进气腔体120和排气腔体140的相对外侧分别设置有前齿轮箱110和后齿轮箱150。如图6所示，本实施例中进气腔体120包括沿宽度方向平行设置的连通腔一121和一级进气腔122，所述连通腔一121与进气口131相连通，一级进气腔122与一级压缩腔133的进气端相连通，即气体先通过进气口131进入连通腔一121后，再通过一级进气腔122进入一级压缩腔133内开始被一级螺杆101压缩做功，气体的做功路径从一级进气腔122的头部至尾部，有效增加了做功路径的长度，提升了一级压缩的效率。
45.如图4和图6所示，本实施例中进气腔体120上与内、外两侧的一级螺杆101相对应的位置分别开设有安装孔一123和安装孔二124，内侧一级螺杆101的端部穿过安装孔一123并与一级从动齿轮12相连，外侧一级螺杆101的端部固定在安装孔二124内。进气腔体120上与一级主动齿轮11相对应的位置开设有安装孔三125，一级主动齿轮11套设在传动轴170的外周，且传动轴170靠近进气腔体120的端部转动固定在安装孔三125内。进气腔体120与一级螺杆101之间的紧密配合连接，能够有效缩小主机尺寸，且集成度高，便于拆装和使用。
46.如图7所示，本实施例中排气腔体140包括沿高度方向上下设置的一段排气口145和二段排气口146，所述一段排气口145与一级压缩腔133的出气端相连通，且一段排气口145的出气端与二级压缩腔134的进气端相连通，二级压缩腔134的出气端与二段排气口146的进气端相连通，且二段排气口146的出气端与出气口132相连。气体经过一级螺杆101压缩后排入一段排气口145内，再由一段排气口145排入下方的二段排气口146内，并通过二段排气口146进入二级压缩腔134内进行二级压缩处理，通过排气腔体140实现一级压缩腔133和二级压缩腔134之间的直通，减小了压力损失，进一步提高了主机效率，降低的产品成本，提升了产品竞争力。
47.本实施例中排气腔体140上与内、外两侧的一级螺杆101相对应的位置分别开设有轴承孔二142和轴承孔一141，内侧一级螺杆101上靠近排气腔体140的端部穿过轴承孔二142与二级主动齿轮13相连，外侧一级螺杆101上靠近排气腔体140的端部固定在轴承孔一141内。排气腔体140上与内、外两侧的二级螺杆102相对应的位置分别开设有轴承孔四144和轴承孔三143，且内侧的二级螺杆102上靠近排气腔体140的端部穿过轴承孔四144与二级从动齿轮14相连，外侧的二级螺杆102上靠近排气腔体140的端部固定在轴承孔三143内。排气腔体140与一级螺杆101和二级螺杆102端部紧密配合，能够进一步缩小主机尺寸。本实施例的主机结构在钻机配套平台上得到良好应用，由于原来的主机结构尺寸大，钻机空间不足，无法装配，而采用本实施例的主机结构可以直接装配在平台上，可以实现钻机和空压机一体化。
48.实施例2
49.本实施例的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，基本结构与实施例1相同，更进一步，如图1所示，本实施例中还包括设置在主腔体130外侧壁上的分油块200，分油块200用于对双螺杆主机结构内部的各个零部件分配、输送润滑冷却油，不仅能够对双螺杆主机结构内部的各个零部件进行冷却降温处理，还能够对转动的零部件起到润滑的作用。本实施例中分油块200上设置有多根进油管，其中进油管包括与前齿轮箱110顶部相连的前齿轮箱进油管210，具体地，如图3所示，本实施例中润滑油经前齿轮箱进油管210进入前齿轮箱110后分为三路，第一路用于对传动轴170及设置在传动轴170上的机械密封和轴承进行冷却降温及润滑处理，且在传动轴170外周形成一层致密的油封，进一步加强了传动轴170的密封效果；第二路用于对前齿轮组111进行冷却降温及润滑处理，保证前齿轮组111的正常运行，避免发生卡顿或高温损坏的情况；第三路用于对一级螺杆101在进气腔体120内的转动端部进行冷却降温及润滑处理，降低一级螺杆101的转动端部的磨损情况，提高了一级螺杆101的使用寿命。本实施例中前齿轮箱110的底部设置有前齿轮箱回油管220，前齿轮箱回油管220远离前齿轮箱110的端部与一级压缩腔133相连通，前齿轮箱回油管220对经前齿轮箱进油管210进入前齿轮箱110内部的润滑油进行回收处理，将回收的润滑油集中打入一级压缩腔133内部，对一级压缩腔133内部的一级螺杆101和压缩空气进行冷却降温处理，降低一级压缩腔133的吸气温度，提高一级压缩过程的绝热效率，从而降低一级压缩能耗，提高了主机效率。
50.本实施例中进油管还包括与排气腔体140顶部相连的排气腔体进油管一230，排气腔体进油管一230用于对一级螺杆101进行喷淋冷却，能够进一步对一级螺杆101和压缩空气进行冷却降温处理，能够进一步降低一级压缩能耗。本实施例中进油管还包括与后齿轮箱150顶部相连的后齿轮箱进油管250，用于对后齿轮组251进行冷却降温及润滑处理，保证后齿轮组251的正常运行，避免发生卡顿或高温损坏的情况，提高了后齿轮组251的使用寿命。其中后齿轮箱150的底部设置有主腔体回油管240，主腔体回油管240远离后齿轮箱150的端部与主腔体130中部相连，主腔体回油管240用于将后齿轮箱150内的润滑油收集并打入二级压缩腔134的顶部，用于对二级压缩腔134内部的二级螺杆102和空气进行冷却降温处理，降低二级压缩腔134的吸气温度，提高二级压缩过程的绝热效率，从而降低二级压缩能耗，进一步提高了主机效率。
51.本实施例中进油管还包括与二级压缩腔134相连的二级压缩腔进油管260，二级压缩腔进油管260用于对二级螺杆102进行喷淋冷却及润滑处理，进一步降低二级压缩腔134内的压缩空气温度，提高了二级螺杆102的使用寿命和主机效率。本实施例中进油管还包括与排气腔体140下部相连的排气腔体进油管二280，排气腔体进油管二280用于对二级螺杆102进行喷淋冷却，进一步对二级螺杆102在排气腔体140内的转动端部进行降温润滑处理，降低二级螺杆102的转动端部的磨损情况，提高了二级螺杆102的使用寿命。本实施例中对二级螺杆102的端部以及顶部和正面有三路润滑油同时对二级压缩腔134内的二级螺杆102及空气进行全方位的冷却降温处理，能够有效保证二级螺杆102的正常使用以及降低二级压缩腔134内的压缩能耗，提高了主机效率。
52.实施例3
53.本实施例的一种带平衡活塞的双螺杆主机结构，基本结构与实施例1相同，更进一步地，如图8所示，本实施例中本实施例中平衡活塞160外周与二级压缩腔134端部侧壁相对
应位置均开设有螺栓孔，紧固螺栓依次穿过平衡活塞160和二级压缩腔134端部侧壁上的螺栓孔并将平衡活塞160固定在二级压缩腔134端部，用于抵消二级压缩腔134内的一部分排气压力，使得二级螺杆102轴向受力较为均匀，保证了二级螺杆102轴向平衡，避免高压时二级压缩腔134和二级螺杆102由于轴向受力过大造成轴承损坏，提高了二级螺杆102的使用寿命，进而保障了主机效率。
54.本实施例中进油管还包括与平衡活塞160相连的平衡活塞进油管270，平衡活塞进油管270的进油端与分油块200相连，平衡活塞进油管270靠近平衡活塞进油管270的端部设有三通阀，将平衡活塞进油管270内的润滑油分为两路，一路直接进入平衡活塞进油管270内部对平衡活塞160和二级螺杆102的端部进行冷却降温和润滑处理，另一路与排气腔体进油管二280相连，进一步对二级螺杆102在排气腔体140内的转动端部进行降温润滑处理，降低二级螺杆102的两侧转动端部的磨损情况，提高了二级螺杆102的使用寿命。
55.如图2所示，本实施例中主腔体130的外侧壁上还设置有安全阀180，能够对主腔体130内的压缩空气进行泄压处理，避免因主腔体130内的压缩空气压力过大而造成安全事故，进一步提高了产品的使用安全。本实施例中后齿轮箱150的形状呈半球形，能够承受较大的压力，进一步保证主机结构的强度和使用安全。
56.本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。