[發明專利]適用于高壓場景的轉動裝置及應用其的機械裝置

有效

• 申請號: 201410776253.8
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104612963B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 姚其槐;姚鎮
• 申請（專利權）人: 姚鎮
• 主分類號: F04C2/10
• 分類號: F04C2/10;F04C15/00;F04C18/10;F04C29/00;F01C1/10;F01C21/10;F03C2/22;F02B53/00;F02B55/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明是關于機械領域，尤其涉及一種適用于高壓場景的轉動裝置及應用其的機械裝置，如泵、壓縮機、流體馬達和發動機。

背景技術

為了提高油田的采收率，早期注水被證明是非常有效的辦法。通過早期注水可以提高地層壓力，使油層具有強有力的驅油條件，可以保持較高的油層壓力，從而達到油田高產穩產的目的。

近些年來，頁巖油和頁巖氣的開發飛速繁榮。開采頁巖油和頁巖氣最常用的方法為水力壓裂法，即將高壓水(經常混有化學物質)注入油井中，把被圈閉的油和天然氣釋放出來。目前，約有半數以上的頁巖油和頁巖氣開采采用水力壓裂法。

無論是上述提及的油田早期注水、頁巖油/頁巖氣的開發，還是海水淡化、工程機械等其他領域，高壓泵技術均起著重要的作用，其已經成為制約生產效率進一步提高的關鍵因素。現有技術中已經存在各種各樣的高壓泵，例如：柱塞泵、往復泵、螺桿泵、偏心轉子泵等等。

本申請的申請人在2013年1月15日提交了一份專利申請(申請號：201310030773.X)。在該份專利申請中，申請人提供了一種星旋式轉動裝置及應用其的轉子式壓縮機和流體馬達。圖1A為現有技術轉子式壓縮機的縱切面示意圖。圖1B為圖1A所示轉子式壓縮機沿A-A面的剖視圖。如圖1A和圖1B所示，該轉子式壓縮機包括：缸體110、前/后端蓋(120、130)、主軸200、偏心轉子組件300和隔離機構400。其中，缸體110與位于其兩側的前/后端蓋(120、130)限定一圓筒形內腔。主軸200由前/后端蓋(120、130)可轉動地支撐，部分地位于圓筒形內腔內，其中心軸線與缸體110的中心軸線重合。偏心轉子組件300套設于主軸200位于圓筒形內腔的部分，包括：偏心軸310、滾動活塞輪330及兩個滾動軸承320。其中，偏心軸310套設于主軸200位于圓筒狀內腔的部分，其中心軸線與主軸200的中心軸線平行且錯開預設距離。滾動活塞輪330套設于偏心軸310上，其中心軸線與偏心軸310的中心軸線重合。兩個滾動軸承320，對稱地套設于偏心軸310上，其內套圈固定于偏心軸310，其外套圈固定于滾動活塞輪330，以隔絕兩者的轉動，兩個滾動軸承320與滾動活塞輪330之間的預緊彈性力將滾動活塞輪330壓緊于圓筒形內腔的內圓筒面，使圓筒形內腔的內圓筒面和滾動活塞輪330的外圓柱面形成軸向延伸的密封腔室。隔離機構400將密封腔室分隔為相互獨立的第一腔室和第二腔室，該第一腔室和第二腔室分別與設置在缸體110的第一組通孔和第二組通孔相連通。

對于圖1A、圖1B所示的星旋式壓縮機而言，其在偏心軸和滾動活塞輪之間采用滾動軸承。使用滾動軸承后，轉子壓縮機就有望實現無油化或者說少油化，就有望克服因大量使用潤滑油而帶來的諸多缺點，從而使該結構可以在大型的壓縮機、空壓機、泵領域應用。

然而，對于例如油田使用的高壓注水泵，由于高壓因素的存在，上述結構會出現問題而不能使用。以市場上一種型號的雙面滾柱軸承為例。如圖2所示，該雙面滾柱軸承的高度為50mm，外徑為180mm，內徑為130mm。假設活塞的長度L為6.6cm，半徑R為28cm，工作氣壓P為20MPa(200kgf/cm²)，偏心轉子的偏心距l為5mm(即0.005m)，泵的轉速n為740rev/min，由于腔體空間軸向距離的限制，只能設置1個滾動軸承，則：

活塞面積S＝28×6.6＝184.8cm²

活塞推力F＝P×S＝100kgf/cm²×184.8cm²＝18480kgf

轉子扭矩M＝l×F＝0.005m×18480kgf＝906.444N-m

該1個滾動軸承所承受的負荷f＝18480kgf

軸承的基本動負荷C＝27900kgf

速度系數fn＝(33.3/n)3/10＝0.394

壽命系數fh＝(33.3/n)3/10×C/f＝0.394×27900/18480＝0.5948

壽命時間h＝500×fh10/3＝500×(0.5948)10/3＝500×0＝88.5h

可見，由于缸體內腔的活塞空間非常狹小，只能容納1個NNU4926軸承。對于偏心轉子轉動裝置而言，由于滾動軸承所承載的壓力過大，導致其壽命時間僅為88.5h，遠遠達不到實用化的要求。

目前，業內亟待出現一種具有較大空間以容納更多軸承以承受較高壓力，從而具有合理使用壽命的高壓泵。

發明內容

(一)要解決的技術問題