CN101142410A

CN101142410A - 具有非对称轮廓转子的容积转动机器

Info

Publication number: CN101142410A
Application number: CNA2005800481072A
Authority: CN
Inventors: O·戈普弗特
Original assignee: Ateliers Busch SA
Current assignee: Ateliers Busch SA
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: AU2005327862B2; JP4669011B2; KR20080002749A; ES2318456T3; US7625191B2; US20080240967A1; CA2596603A1; EP1875076A1; AU2005327862A1; JP2008530437A; ATE413531T1; CN100538078C; TWI372208B; TW200630541A; DE602005010912D1; EP1875076B1; KR101176980B1; WO2006087038A1; CA2596603C; MY143528A

Abstract

本发明涉及容积的转动机器(1)，它包括外壳(2)和具有不对称轮廓的至少两个成对的转子(3，4)，每个转子在垂直于一个所考虑成对的转子(3，4)的纵轴线(6)的方向上和在这个转子的表面(51)上方具有至少一条螺旋的螺纹(7)，每个转子具有第一预定尺寸(h)，并且，一方面，第一齿侧面(9)具有改进的曲线。这个容积的转动机器(1)包含外壳(2)和具有不对称轮廓的至少两个成对的转子(3，4)，其特征在于：这些成对的转子(3，4)的每一个都含有毂(5)，从毂(5)凸起至少一条螺旋的螺纹(7)，螺旋的螺纹(7)像齿(8)一样在所述毂(5)上方延伸。这个齿(8)在垂直于一个所考虑的成对转子(3，4)的纵轴线(6)的方向上和在这个转子的表面(51)的上方具有第一预定尺寸(h)。这个机器的另外特征在于：它不包含其传统的轮廓(91)及(101)交于第一点(W)而由此沿螺旋的螺纹(7)形成尖锐边沿的第一齿侧面(9)及第二齿侧面(10)；而是一方面，第一齿侧面(9)具有称为改进曲线(92)的曲线(92)，它的位置及弧长度以这种方式预先确定：第一齿侧面(9)的这个改进曲线(92)及第二齿侧面(10)的传统曲线(101)的每一个都与短的连接段(12)的相对的端部(B)及(C)中一个端部相连接，由于连接段(12)的存在，所有沿螺旋的螺纹(7)的螺旋表面(13)得以延续，这消除了尖锐边沿的出现；而另一方面，在垂直于一个所考虑的成对的转子(3，4)的纵轴线(6)的方向上，这个连接段(12)具有第二预定尺寸(“L”)，使得第二尺寸(L)对第一尺寸(h)的比例范围为0.005－0.1。

Description

具有非对称轮廓转子的容积转动机器

本发明涉及容积转动机器的改进。

本发明涉及用于盛纳可压缩流体并能用作泵送机器、基至用作发动机的转动机器。

更准确地说本发明涉及、但不局限于下述机器：包括外壳和至少两个成对的转子，包括第一转子和第二转子，所述转子被安装成在所述外壳中转动并相互在相反的方向上被驱动。

转子通常由螺旋形零件组成，即含有带一条或多条螺纹的芯体的零件，螺纹的螺距沿所述转子的纵向尺寸可以是恒定的或是可变的。

在外壳中，各螺纹形成一系列的“非连接的空腔”，对于这些空腔，由机器的工作间隙以及构造和几何形状造成的泄漏，影响了容积效率、能耗效率以及获得的最终压力。

事实上由于转子是以齿轮的方式啮合，考虑螺纹或多条螺纹分别构成在中央芯体上突出的齿。

转子可被表示在横向平面的剖面中，所述横向平面近似垂直于转子的芯体纵轴线。

在剖面上，可观察到每个齿的形状，精确地说，注意到这个齿的外轮廓是由两个相对的齿侧面限定的，即第一齿侧面及第二齿侧面，每个齿侧面在以下部分之间延伸：

●所考虑的转子的芯体与

●所述齿的一部分；位于距芯体为一预定距离处，而在所述部分处，所述第一齿侧面与第二齿侧面是连接的。

通常根据这些转子的齿的横剖面来区别三种类型的转子，确切地说是：具有称为配对的横剖面的转子；具有称为对称的轮廓的转子；和具有称为非对称的轮廓的转子。

关于“具有配对的轮廓的转子”的表述，其特点是：包括不同齿的轮廓的转子的使用，特别是，一方面，装备有具有第一凸形齿侧面及第二凸形齿侧面的至少一个齿的第一转子的应用；另一方面，装备了至少一个齿的第二转子的应用，所述至少一个齿具有：

-第一凹形齿侧面和第二凹形齿侧面，或是

-第一齿侧面，可在它上面区分出两个连贯部分，包括第一凹形部分和第二凸形部分；和第二齿侧面，在它上面也可区分出两个连贯的部分，包括第三凸形部分和第四凹形部分。

通过机加工来制造具有配合轮廓的这种形式的转子相对地容易，而主要的困难在于轮廓的计算。

关于“具有称为对称的断面的转子”的表述，其特点是下述转子的使用：一方面，每个齿的第一齿侧面及第二齿侧面相对于穿过齿中心的径向轴线对称的；另一方面，对于所述两个转子而言，断面几何形状是对称的并且是类似的。

轮廓的计算和通过机加工来制造具有对称轮廓的这种形式的转子是容易的，但来自在转子的齿顶区域(齿的上部区域)的转子配合的密封性是有缺陷的，因为所述密封性对包含转子的机器的容积效率有负面影响。

关于“具有非对称轮廓的转子”的表述，它的特点是具有相似轮廓的第一转子和第二转子的使用，所述第一和第二转子的至少一个齿具有第一凸形齿侧面和第二凹形齿侧面(DE-A-686298，GB-A-112104)，凹形度和凸形度被增强使得齿呈弯曲的形状。

含有这种形式转子的机器的特点是：在容积效率和获得的最终压力方面具有优异的性能。

这种形式的转子的缺陷是：由于在凹形齿侧面的齿顶位置处存在锐角形式的特征导致它们的利用机加工的制造是困难的。

一方面，实现了具有非对称轮廓的转子的机器的性能，与所加工的上述几何特征的精度有紧密联系，而另一方面，与转子的组装及调节的方式有紧密联系，所述组装及调节是为了获得预定的工作间隙。

实现了具有非对称轮廓和可变螺距(WO-A-02108609)的转子的机器，还能够获得非常好的性能，但制造及组装方面的公差是强制的。

将容易地构思：不能保证位于凹形齿侧面的顶部处的尖锐边沿被沿边沿均匀地加工，尽管事实上位于凹形齿侧面的顶部处的尖锐边沿显现出均匀性缺陷。

当两个凹形齿侧面沿螺纹配合时，加工方面的这些缺陷就转变为存在于两个凹形齿侧面之间的工作间隙的不均匀性，而泄漏仅管在局部存在将损害机器的性能。

此外，凹形齿侧面的顶部处的边沿对磨损非常敏感，而传输通过机器的流体可导致磨损，它们使机器的性能快速地变坏。

精确地说，本发明涉及容积转动机器，其转子被称为是非对称轮廓类型的，而本发明希望获得的一个结果是一种机器，它在较少严格地加工同时不相应地具有降低的性能。

本发明目的的另一个结果是获得经一段时间后仍保持其性能的一种机器。

为此目的，作为其要点，本发明具有根据权利要求1的上述形式的一种机器。

通过阅读以非限定性例子的方法给出的下列说明，参考简略地表示的附图，本发明将被更好地理解：

-图1是两个成对的转子的俯视图，每个转子具有恒定螺距的螺纹；

-图2是沿相对于两个转子的径向平面的、图1的成对的转子组的剖视图；

-图3是沿径向平面的剖面所见的、图1的成对的转子中任何一个的放大比例视图；

-图4是放大比例的图3的详图；

-图5是所述图1所示的平面V-V中的、图1的转子啮合的剖视图；

-图6是所述图1所示的平面VI-VI中的、图1的转子啮合的剖视图；

-图7是所述图1所示的平面VII-VII中的、图1的转子啮合的剖视图；

-图8是相对于所述图1所示的平面V-V略为偏置的平面中的、图1的转子啮合的剖视图；

-图9是所述图1所示的平面IX-IX中的、图1的一个转子的放大比例详图；

-图10是两个成对的转子的俯视图，每个转子具有可变螺距；

-图11是沿相对于两个转子的径向平面的、图10的成对的转子组的剖视图；

-图12是两个成对的转子的俯视图，每个转子具有可变螺距的两条螺纹；以及

-图13是沿相对于两个转子径向平面的、图12的成对的转子组的剖视图。

参考附图，看到容积转动机器1，包括：外壳2和至少两个成对的称为非对称轮廓的转子3、4，包括第一转子3和第二转子4，所述成对的转子3、4被安装成在外壳2中转动，并且被驱动绕它们的纵轴线6转动。

在优先的但非限定性的方案中，成对的转子3、4的纵轴线6是平行的。

成对的转子3、4分别由芯体5构成，至少一条螺旋的螺纹在芯体5上凸出，从所考虑的成对的转子3、4的横断面视图中观察，所述螺旋的螺纹以齿8的形式在所述芯体5上方延伸，该齿8：

●沿相对于所考虑的成对转子3、4的轴线的纵轴线6径向的方向和在这个转子的表面51的上方，具有第一预定尺寸“h”；

●含有凹形的第一齿侧面9和凸形的第二齿侧面10，它们在齿8的上部分11处连接，所述第一齿侧面9具有外摆线弧的形状。

成对的转子3、4可以是恒定螺距式的或是可变螺距式的。

值得注意地，取代具有的第一齿侧面9及第二齿侧面10，而第一齿侧面9及第二齿侧面10的传统轮廓91及101以形成沿螺旋螺纹7的尖锐边沿的方式连接于第一点“W”，所述改进为：

-一方面，所述第一齿侧面9具有改进的轮廓92，轮廓92的弧形的位置及长度预先确定成使得这个第一齿侧面9的所述改进的轮廓92和第二齿侧面10的传统轮廓101都连接称为连接段的短区域12的相对端部“B”及“C”之一，由于连接段12完全沿螺旋的螺纹，连接段12出现构成称为扁平的螺旋表面13，从而消除了尖锐边沿的出现。

-另一方面，在相对于所考虑的成对的转子3、4的轴线的纵轴线6径向的方向上，所述连接段12具有第二预定尺寸“L”，使得第二预定尺寸“L”对第一尺寸“h”的比例范围为0.005-0.1。

当成对的转子3、4的每个齿是由连接于外半径“Ra”的基本圆柱形轮廓的外表面14上的第一齿侧面9及第二齿侧面10所限定时，取代这个外表面14以沿螺旋的螺纹7形成尖锐边沿的方法在第一点“W”连接于第一齿侧面9的轮廓，使外表面14通过连接段12连接于所述第一齿侧面9的轮廓。

较好的是：当成对的转子3、4的直径范围为50mm-350mm时，第二尺寸“L”对第一尺寸“h”的比例范围为0.005-0.1。

同样值得注意的：

-第一齿侧面9的传统轮廓91及称为外接所考虑的成对的转子3、4的包络圆“F”的圆周具有称为第一点“W”的相交点“W”，第一点“W”位于穿过第二点“0”的第一直线“D1”上，第二点“0”位于所考虑的成对的转子3、4的轴线的纵向轴线6上。

-第一齿侧面9的改进的轮廓92及圆周“F”具有称为第三点“Z”的相交点“Z”，第三点“Z”位于第二直线“D2”上，第二直线“D2”穿过第二点“0”并与第一直线D1”形成第一角α，第一角α的值可根据第一方程式计算而得出近似值：

各参数的值是：

●“Ra”代表成对的转子3、4中所考虑的转子的外半径；

●“L”代表相对于成对的转子3、4的所考虑的转子径向的方向的连接段12的幅度值，所述幅度值对应于外半径“Ra”与半径“Rp”值之间的差值，半径“Rp”将芯体5的纵轴线6与连接段12的距这个纵轴线6最近的一点分隔。

●“H”代表成对的转子3、4之间的轴线中心距。

第一齿侧面9的改进的轮廓92与芯体5的外表面51连接于点“A”。

也值得注意的，连接段12相对于第一直线“D1”倾斜了第二角β，第二角β的值可能根据第二方程式计算被接近：

Arc Cos(H/(2Ra))

其中：

-“H”代表成对的转子3、4之间的轴线中心距；和

-“Ra”代表成对的转子3、4的所考虑的转子的外半径。

事实上，第一齿侧面9的改进轮廓92的位置可这样被调节：操作所述第一齿侧面9的传统轮廓91的支架绕点“0”摆动第一角α度。

连接段12相对于第一直线“D1”倾斜了第二角β，这个第二角β可被调节成使得连接于成对的转子3、4之一的第一齿侧面9的每个螺旋表面13能够完全沿螺旋的螺纹7延伸，所述延伸至少基本平行于成对的转子3、4中的另一个的第一齿侧面9的一个区域，这个区域邻接于所述另一个转子的连接段12。

符合本发明的机器取代了及代替了传统尖锐边沿的螺旋表面13，而具有由扁平部分构成的螺旋表面13。

这样一种扁平部分可容易地及精密地加工，特别是可利用传统的工具来加工，从而保证比尖锐的边沿更少泄漏。

相对加工及组装的公差的性能的离散差将因此明显地较少，同时造成成对的转子加工的简化，并可能增大机器的工作间隙而不降低性能。

有利的是，通过存在扁平部分而获得的螺旋表面13仍然有处理了的表面，而不论转子的螺距是恒定的或是可变的。

关于扁平部分，还希望其长度相对于齿的高度保持是小的，以避免出现局部的泄漏(通过德国术语“Blasloch”可更好地知道该词语)，该局部的泄漏具有降低系统性能的特性(图7及8)。

例示地：

-对于半径“Ra”为65mm和齿高度“h”为30mm，扁平部分12的宽度“L”为1mm。

-对于半径“Ra”为105mm和齿高度“h”为60mm，扁平部分12的宽度“L”为1.5mm。

-对于半径“Ra”为130mm和齿高度“h”为75mm，扁平部分12的宽度“L”为2mm。

在附图的图7及8中，局部的泄漏用简单的箭头表示，但未标号。

必须指出：上述的尺寸，角度及轮廓被限定在工作间隙范围内。

同样必须指出：所指出的特征适用于包括两个以上转子的机器。

沿它们的纵向尺寸具有相同直径、不同直径、甚至分别有不同直径的转子可适应于本发明。

Claims

1.包含外壳(2)及至少两个成对的转子(3、4)的容积转动机器(1)，所述成对的转子(3、4)具有非对称轮廓的第一转子(3)及第二转子(4)，所述成对的转子(3，4)被安装成在外壳(2)中转动并被驱动绕它们的纵轴线(6)转动，

●这些成对的转子(3，4)都由芯体(5)构成，至少一条螺旋的螺纹(7)凸出在芯体(5)上，从所考虑的成对的转子(3，4)的横截面视图观察，所述至少一条螺旋的螺纹(7)以齿(8)的方式在所述芯体(5)上方延伸，该齿(8)：

●在相对于成对的转子(3，4)的所考虑的转子的纵轴线(6)径向的方向上和在这个转子的表面(51)的上方，具有第一预定尺寸(“h”)；

●含有凹形的第一齿侧面(9)和凸形的第二齿侧面(10)，它们在齿(8)的上部分(11)处连接，所述第一齿侧面(9)具有外摆线弧的形状；

这个机器的特征在于：取代了含有的第一齿侧面(9)及第二齿侧面(10)，第一齿侧面(9)及第二齿侧面(10)的传统轮廓(91)及(101)以沿螺旋的螺纹(7)形成尖锐边沿的方式在第一点(“W”)处连接，而改进为：

-一方面，所述第一齿侧面(9)具有称为改进轮廓(92)的轮廓(92)，它的位置及弧的长度预先确定成使得这个第一齿侧面(9)的所述改进轮廓(92)和第二齿侧面(10)的传统轮廓(101)分别连接于称为连接段的短区域(12)的相对的端部(“B”)及(“C”)之一，由于连接段(12)完全沿螺旋的螺纹(7)存在，使得连接段构成了称为扁平的螺旋表面(13)，从而消除了尖锐边沿的出现；

-另一方面，所述连接段(12)在相对于成对的转子(3，4)的所考虑的转子纵轴线(6)径向的方向上具有第二预定尺寸(“L”)，使得第二尺寸(“L”)对第一尺寸(“h”)的比例范围为0.005-0.1。

2.根据权利要求1的机器，其特征在于：当成对的转子(3，4)的每个齿(8)由连接于外半径(“Ra”)的基本圆柱形轮廓的外表面(14)的第一齿侧面(9)及第二齿侧面(10)限定时，取代这个外表面(14)在第一点(“W”)以沿螺旋的螺纹(7)形成尖锐边沿的方式连接于第一齿侧面(9)的轮廓，而使外表面(14)通过连接段(12)被连接于所述第一齿侧面(9)的轮廓。

3.根据权利要求1或2的机器，其特征在于：当成对的转子(3，4)的直径范围为50mm-350mm时，第二尺寸(“L”)对第一尺寸(“h”)的比例的范围为0.005-0.1。

4.根据权利要求1-3中的一项的机器，其特征在于：连接段(12)相对于第一直线(“D1”)倾斜了第二角β，这个第二角β可被调整为使得完全沿成对的转子(3，4)的整个螺旋的螺纹(7)，连接于成对的转子(3，4)之一的第一齿侧面(9)的每个螺旋表面(13)能够至少基本平行于成对的转子(3，4)中的另一个的第一齿侧面(9)的区域地延伸，所述区域邻接于这另一个转子的连接段(12)。

5.根据权利要求1-4中的一项的机器，其特征在于：连接段(12)相对于第一直线(D1)倾斜了第二角β，第二角β的值可根据第二方程式而被接近：

Arc Cosinus(H/(2Ra))

其中：

-(“H”)代表成对的转子(3，4)之间的轴线中心距；和

-(“Ra”)代表成对的转子(3，4)的所考虑的转子的外半径。

6.根据权利要求1-5中任一项的机器，其特征在于：

-第一齿侧面(9)的传统轮廓(91)及称为包络圆(“F”)外接成对的转子(3、4)中所考虑的转子的圆周具有称为第一点(“W”)的相交点(“W”)，第一点(“W”)位于穿过第二点(“O”)的直线(“D1”)上，第二点(“W”)位于成对的转子(3，4)的所考虑的转子的纵轴线(6)上；

一第一齿侧面(9)的改进轮廓(92)与圆周(“F”)具有称为第三点(“Z”)的相交点(“Z”)，第三点(“Z”)位于穿过第二点(“O”)的第二直线(D2)上并与第一直线(“D1”)形成第一角α，第一角α的值可根据第一方程式被接近：

Arc [\frac{{- L}^{2} {(L - 2 Ra)}^{2} + H^{2} (L^{2} - 2 LRa + {2 Ra}^{2})}{{2 H}^{2} Ra (- L + Ra)}]

其中：

●(“Ra”)代表成对的转子(3，4)的所考虑的转子的外半径；

●(“L”)代表在相对于成对的转子(3，4)的所考虑的转子径向的方向上的连接段(12)的幅度值，幅度值对应于外半径(“Ra”)与半径(“Rp”)值的差值，半径(“Rp”)将芯体(5)与连接段(12)的一个离这个纵轴线(6)最近的点相隔；

●(“H”)代表成对的转子(3，4)之间的轴线中心距。