CN100491732C - 螺旋流体机械 - Google Patents

Abstract

一种螺旋流体机械，其防止转子的相互接触，并且较小地保持转子间的间隙，维持高性能。一种螺旋流体机械，其通过一对凹形转子(2)及凸形转子(1)啮合旋转，使构成工作室(4)的齿槽的容积扩大缩小，从外部向扩大中的工作室(4)吸入气体，且通过使工作室(4)的容积向缩小转变，将封入内部的气体压缩到规定的压力，其中，在凹形转子(2)及凸形转子(1)相互间形成的间隙的大小，从吸入侧端面到规定范围，大于其他范围。

Description

螺旋流体机械

技术领域

本发明涉及一种二轴型螺旋流体机械，特别是适于降低内部泄漏而高性能化的二轴型螺旋流体机械。

背景技术

一直以来，例如专利文献1所述，已知的是，为了使凹形转子及凸形转子间的运转中的间隙适当，而在高温的排出侧端热膨胀大，因此转子形成为排出侧端小于吸入侧，运转时转子间的间隙大致相等。

另外，例如专利文献2所述，已知的是，为了降低由于齿面分离造成齿碰撞而产生的噪音或振动，而在凹形转子和凸形转子上改变转子的导程，在吸入侧端面使凸形转子和凹形转子以前进面侧接触，在排出侧端面使凸形转子和凹形转子以后退面侧接触。

专利文献1：特开昭57—159989号公报

专利文献2：特开平6—159271号公报

所述现有技术中，与热变形一致地形成转子的排出侧端，难以在端面附近的范围确保加工精度，即，由于在转子端部附近，工具(滚刀和砂轮等)开始啮入，因此，由加工反力带来的变形与其他部分不同，从而，加工误差增大，需要更高精度的加工法。同样，改变导程，则在工具切入侧的端部附近导程误差增大，或容易由于啮合而引起接触，为了防止这些情况，必须将转子间的间隙设定得充分大，由此导致泄漏增加，作为流体机械的性能下降。

发明内容

本发明的目的在于解决所述现有技术的问题，防止转子的相互接触，并且较小地保持转子间的间隙，维持高性能。另外，另一目的在于，在不特别使用高精度的加工方法或加工机械的情况下获得高性能且高可靠性。

为了实现所述目的，本发明提供一种螺旋流体机械，其通过一对凹形转子及凸形转子啮合旋转，使构成工作室的齿槽的容积扩大缩小，从外部向扩大中的所述工作室吸入气体，且通过使所述工作室的容积向缩小转变，将封入内部的气体压缩到规定的压力，其中，在所述凹形转子及凸形转子相互间形成的间隙的大小，从吸入侧端面到规定范围，大于其他范围。

(发明效果)

根据本发明，只是吸入侧端附近的齿面减小厚度，因此，在减小厚度的范围导程误差扩大，防止转子相互的直接接触，且能够在大部分范围保持转子间的间隙小。从而，能够减少泄漏，维持高性能。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的凹形转子及凸形转子的局部截面图。

图2是一实施方式的凹形转子的侧视图。

图3是表示一实施方式的转子扭转的示意图。

图4是表示一实施方式的转子扭转的示意图。

图5是一实施方式的免加油螺旋压缩机主体的截面图。

图6是测定一实施方式的转子的导程误差的图形。

图7是表示一实施方式的凹形转子及凸形转子对的密封线的立体图。

图中：1—凸形转子，2—凹形转子，3—壳体，4—工作室，7—凸形转子齿面上的密封线，8—凹形转子上的密封线，11—凸形转子的前进面，12—凸形转子的后退面，13—凹形转子的前进面，14—凹形转子的后退面。

具体实施方式

参照图1～图6，对本发明的一实施方式进行说明。

图1表示凹形转子及凸形转子的截面的一部分，图2是凹形转子的侧视图。图3及图4是表示转子扭转的示意图。图5表示免加油螺旋压缩机主体。图6是测定转子的导程误差的结果。图7是表示1个螺距量长度的凹形转子及凸形转子对和其齿面上的密封线。

螺旋流体机械作为压缩机或膨胀机、真空泵而广泛普及。具有螺旋状齿的凹凸形转子啮合旋转，从而，成为工作室的齿槽的容积扩大缩小。当压缩时，从外部向扩大中的工作室吸入气体，接着以大致最大容积关闭的工作室的容积向缩小转变，从而，将封入内部的气体压缩到规定的压力，其后，使工作室的一部分开口，向下游排出气体。

凹凸形的两个转子在轴直角截面上具有称为齿形的轮廓形状，随着沿轴向移动，使齿形与其移动距离呈比例地旋转，成为包络线的外面形成螺旋状的齿面。在凹凸形转子上螺旋方向相反，转子相互啮合。另外，齿形截面形状有时也不完全均匀，以热变形补偿等为目的而在轴向上具有少量变化。

理论上，凹形转子及凸形转子的齿面，以与图7所示的密封线7和8一致的方式进行几何性地线接触，该线形成划分工作室间的部分轮廓。但是，为了使旋转顺畅，而采用的设计是在实际的密封线上对相当的区域赋予微小间隙，使转子相互不直接接触。间隙的设定通过使齿相对理论上的齿形变窄等方法实现。从而，实际的工作室没有成为完全封闭的空间，而是在密封线上存在微小间隙。

理想的间隙由于与应划分的高压工作室和低压工作室连通，造成内部泄漏，从而在改善流体机械的性能方面上存在的问题是导致泄漏，因而不是优选的。从而，转子的齿面要尽可能高精度地加工，使该间隙为必要最小限。

另一方面，就螺旋转子的加工精度而言，具有以下所述的倾向。将螺旋转子的齿用切削或磨削等进行机械加工时，工具沿着转子的螺旋齿槽移动，同时削掉原材料的表面，而获得目的形状。从而，通常是从转子一端面向另一端面依次加工。在加工中，伴随由于对工具和原材料施加加工反力而产生的弹性变形和由于加工发热而产生的热变形，因而原材料和工具这二者与静止时比较稍微变形。该变形成为加工误差的原因，不过，若预先修正变形进行加工则能够减小对齿面精度的影响。

但是，在开始加工的转子的端部附近，加工反力不稳定，热变形也与加工连续的部分不同，极难进行变形修正。从而，转子的端面附近的加工精度提高比其他部分难。

参照图5，以免加油螺旋流体机械为代表说明空气压缩机的结构。螺旋式真空泵或螺旋式膨胀机的基本结构也大致同样。

具有螺旋齿的凸形转子1和凹形转子2收纳于壳体3中，相互啮合旋转。转子的齿槽被壳体3内面和对方转子闭塞，形成多个工作室。其中一个工作室4为图2中影线所示部分的空间。

通过转子对1、2的旋转，工作室沿轴向移动的同时扩大缩小内部容积。容积扩大中的工作室，与吸入口(图5中由于在转子的里侧，因而未图示)连通，从外部吸入大气。在容积大致最大时关闭与吸入口的连通，随着其后的容积缩小而将封入的空气压缩到规定压力。工作室与排出口(图5中由于在转子的面前侧，因而未图示)连通，送出被压缩的空气。

凸形转子1的轴一端露出到壳体3外部，从此处输入旋转动力。在凹形转子2及凸形转子1的轴上，固定有同步齿轮5、6，它们啮合而从凸形转子1向凹形转子2传递旋转动力。转子对1、2的齿隙相对同步齿轮5、6的齿隙设定得较大以围住它们，因而，凹形转子2及凸形转子1的齿面相互不直接接触。

免加油螺旋压缩机中，不像油冷式螺旋压缩机那样对转子表面供油，因而，通常若金属制的转子表面相对速度大且相互接触，则显著损伤转子齿面。为了防止其损伤，另外为了维持无接触摩擦的顺畅旋转，而在转子间的密封线上设置有微小间隙。

凹形转子2及凸形转子1不直接接触，不过如图7所示，具有啮合时隔着10～100μm左右的微小间隙而接近的称为密封线的区域。该密封线为划分其两侧的工作室的边界。从而，工作室不是被完全隔开的空间，在与邻接的工作室等之间存在微小间隙。该间隙成为压缩中的空气向更低压力的工作室内泄漏的内部泄漏流路，因而若过大则使压缩机性能降低。反之，为了尽力避免转子齿面间的接触，需要将转子间的间隙维持为在无接触可能性的程度下可称为最小的适当值。

密封线上的间隙的影响越靠近转子的排出侧的端部附近越大。原因是，在吸入侧端附近，隔着该间隙对峙的工作室的内压差小，内部泄漏量比较少。与其相对，在排出侧端附近，由于对峙的工作室内压分别为吸入压力和排出压力，因而差压大，即使是相同间隙的大小，内部泄漏也增多，对性能下降的影响增大。

为了使密封线上的间隙适当，需要高精度加工齿面。通常，由于用切削和磨削等加工齿面，从而，加工所产生的反力作用于工具和转子原材料(工件)而产生弹性变形。另外，也存在加工所产生的发热，从而工具或转子原材料引起热变形。这些弹性变形和热变形成为齿面精度下降的主要原因，而现状是除了端部附近，刚性也比较高，大体上能够修正到充分的精度。即，转子的齿槽通常从一端向另一端依次进行切削或磨削加工，在开始加工的一端，所述加工反力或热变形不稳定，修正非常困难。从而，在转子一端部附近，与其他部分相比，难以提高精度，特别是多作为导程误差而体现。

本例中，转子的加工是使工具从吸入侧向排出侧前进。从而，导程精度往往在吸入侧端附近下降。为此，如图2所示，在转子全长的靠近吸入侧端的范围，减小凹形转子及凸形转子中任一个的齿面的厚度。减小厚度的范围优选相对转子全长为1/10～1/4左右。另外，从工具和转子原材料(工件)的接触关系考虑，减小厚度的范围不是严密地以轴直角截面进行划分，也可以如图2所示在齿面位置的轴向的前后位置。

以图1所示的齿形说明齿面上减小厚度的部分。凸形转子的前进面11、凸形转子的后退面12、凹形转子的前进面13、凹形转子的后退面14中的至少一个部位被减小厚度。就减小厚度的部分和减小厚度量而言，对应于因转子加工方法而不同的精度或导程误差的倾向来进行选择。例如，减小凹形转子的前进面13和后退面14的厚度50～100μm左右。

减小厚度的方法，可以采用在与齿面正交的方向上一律减小厚度的方法、或加深加工工具的切入深度的方法，不过，如果在旋转方向上减小厚度，则在导程误差比齿形的形状误差大的情况下为好。即，在凹形转子及凸形转子中至少任一个中，前进面及后退面中的至少之一，在规定范围，向与其他范围比较齿面变窄的方向修正齿面的分度角度。例如，当加工凹形转子的各齿槽时，位于图2所示的靠近吸入侧端的范围的前进面以在旋转方向上超前一些的旋转角度进行加工，后退面以滞后一些的旋转角度进行加工。

若沿螺旋线对其进行表示，则如图3所示在靠近吸入侧端的范围，前进面13a在旋转方向上使角度相位超前，后退面14a在旋转方向上使角度相位滞后。靠近吸入侧端的范围的减小厚度量不是一律相同，优选如图4所示那样分布减小厚度量，以使吸入侧端部最大，随着靠近排出端而逐渐减小。

以上，由于工具开始切入转子原材料而造成的弹性变形和热变形的不稳定性，致使导程误差下降，不过，由于将其作为吸入侧，在吸入侧端和其附近的范围，在旋转方向上减小凹形转子的齿面的厚度，因此，即使由于导程误差而使凹凸形转子中任一个或者二者的齿面有一些偏差，也不会存在造成接触而损伤转子齿面或者由于摩擦而阻碍旋转之类的不良情况。另外，由于减小转子齿面的厚度的范围只是靠近吸入侧端的范围，因此，能够将由于转子间的间隙增加而造成的性能下降抑制为最小限。从而，能够实现性能提高和维持高可靠性的螺旋压缩机。

根据本例，不用改变凸形转子的齿形，另外，凹形转子的齿形改变也只是在旋转方向上偏离稍许相位，因此，不需要制作新的工具，实施容易且能够降低成本。

还有，关于在常温下测定本例的凹形转子的导程时的一例，用图6进行说明。

选取横轴为转子的轴向位置，纵轴为导程误差，导程误差以齿面宽的方向为上、以窄的方向为下，成为如图6所示的图形2那样的倾向。与导程误差相对设计值的误差相比，凹形转子及凸形转子的差异更重要，因而不一定是误差小就好。另外，当转子在相对吸入侧成为高温的排出侧实施了预先微小地减小齿形厚度的热变形补偿时，导程误差成为越向吸入侧齿面越宽的向右升高的图形。吸入侧端附近的减小厚度，从转子全长的导程误差整体的倾向而言处于变窄的方向，因而在图形上显示出向下偏移。

Claims (8)

1.一种螺旋流体机械，其通过一对凹形转子及凸形转子啮合旋转，使构成工作室的齿槽的容积扩大缩小，从外部向扩大中的所述工作室吸入气体，且通过使所述工作室的容积向缩小转变，将封入内部的气体压缩到规定的压力，所述螺旋流体机械的特征在于，在所述凹形转子及凸形转子相互间形成的间隙的大小，从吸入侧端面到规定范围，大于其他范围。

2.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，在所述规定范围减小所述凹形转子及凸形转子中至少任一个的齿面的厚度。

3.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，所述凹形转子及凸形转子中至少任一个的齿面在所述规定范围被减小厚度，该减小厚度的范围是所述凹形转子及凸形转子的全长的1/10～1/4。

4.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，在所述凹形转子及凸形转子中至少任一个中，前进面及后退面中的至少之一，在所述规定范围，向比其他范围窄的方向减小齿面。

5.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，在所述凹形转子及凸形转子中至少任一个中，前进面及后退面中的至少之一，在所述规定范围，向与其他范围比较齿面变窄的方向修正齿面的分度角度。

6.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，所述凹形转子的各齿槽，在所述规定范围，前进面以在旋转方向上超前的旋转角度进行加工，后退面以滞后的旋转角度进行加工。

7.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，所述凹形转子及凸形转子中至少任一个的齿面，在所述规定范围，以使吸入侧端部最大，且随着靠近排出端而逐渐减小的方式分布减小厚度量。

8.根据权利要求1所述的螺旋流体机械，其特征在于，所述凹形转子及凸形转子中至少任一个的齿面通过使工具从吸入侧向排出侧前进而进行加工。

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