CN102454605A

CN102454605A - 螺旋压缩机

Info

Publication number: CN102454605A
Application number: CN2011102879359A
Authority: CN
Inventors: 池田由纪子; 椎木和明; 冈谷真克; 川端夏树; 川邑正广; 青木岩夫
Original assignee: KAWAMURA RESEARCH INSTITUTE Co Ltd; Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: KAWAMURA RESEARCH INSTITUTE Co Ltd; Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: US8801412B2; US20120100029A1; US20140322058A1; CN102454605B; JP5416072B2; JP2012092714A; US9944880B2

Abstract

提供一种螺旋压缩机，为了防止无油式螺旋压缩机的性能下降、锈引起的相咬等，在雄雌两转子表面涂敷含有固体润滑剂的耐热性被膜。被膜在聚酰亚胺树脂中含有固体润滑剂即二硫化钼、作为添加剂而含有氧化铝和氧化钛，由此与现有被膜相比耐热性高，可以实现长寿命化。

Description

螺旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种对转子的表面实施了表面处理的螺旋压缩机。

背景技术

螺旋压缩机是这样一种结构：在壳体内一对雄转子和雌转子互相啮合同时旋转，使由壳体和两转子形成的空间沿轴向移动同时缩小，从而使空间内的流体压缩。

在这样的螺旋压缩机中，有向壳体内供应油来作为流体的油冷式螺旋压缩机和不向壳体内供应油的无油式螺旋压缩机。

在油冷式螺旋压缩机中，雄转子和雌转子经油膜接触同时旋转。该油冷式螺旋压缩机用油来冷却因转子的旋转而产生的摩擦热从而可以防止转子间的烧粘。

由于这样的油冷式螺旋压缩机在压缩空气中混入油雾(oil mist)，所以在食品工业或半导体相关等需要洁净空气的领域中不适合。

另一方面，由于无油式螺旋压缩机完全不供应油，可以提供洁净的空气，但是由于不存在油的密封，所以两转子在非接触状态下旋转，使得在转子间不产生烧粘。因此，为了在无油式螺旋压缩机中对转子施加旋转力，在转子的轴端部安装同步齿轮，从而与油冷式螺旋压缩机相比的话，构造复杂。

此外，由于无油式螺旋压缩机的转子为非接触，所以存在着被压缩的空气从两转子间或从转子和转子壳体之间等的空隙向吸入侧逆流从而对螺旋压缩机的性能产生不良影响的可能性。因此，在无油式的螺旋压缩机中为了提高体积效率等的性能，需要使两转子间或转子和转子壳体之间等的空隙为极小的非接触。但是，实际上存在热膨胀或机械加工误差等，不可能完全地非接触，所以必须使转子表面具有固体润滑功能。

因此，一般在无油式的螺旋压缩机的转子表面施加被膜。设置于转子表面的被膜，即使因运转中的复杂的热膨胀或机械加工误差从而转子表面接触，也可以防止相咬(かじり)或烧粘，以及可以令两转子间或转子和转子壳体之间等的空隙小。因此，该被膜具有润滑性，进而具有耐热性、防锈性等。(参照专利文献1～2)

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本专利第3267814号公报

专利文献2：日本专利第3740178号公报

由于无油式的螺旋压缩机不存在如油冷式那样对摩擦热进行冷却的介质，所以在转子的吸入侧和喷出侧的温度差、压力差都变大。

在大致室温下被吸入的空气通过螺杆的旋转被压缩至800kPa，由于当利用绝热压缩而喷出时即使是低温也有260℃，高温的话达到360℃的高温，所以对于在与该高温的空气接触的转子表面涂敷的被膜，要求高的耐热性。被膜因热而劣化，其通过转子间的接触滑动等剥离。或者被膜因处于长时间高温下而逐渐劣化并剥离脱落。

若像这样产生被膜的剥离，则在两转子间或转子和转子壳体间等空隙扩大，由此产生空气泄露并且性能下降。泄露的空气再次通过螺杆的旋转被压缩，进而空气温度上升。像这样产生当空气泄露产生时性能下降、并且喷出温度进一步上升的恶性循环。

此外存在这样一种情况，当压缩机停止运行时，这样的高温的压缩空气变冷，空气中的水分凝结而产生结露，水分附着在压缩机内部。在此情况下，当被膜剥离而使得母材的金属部露出时，由于结露，在该部分生锈的概率变高。像这样在运行停止时产生的锈，成为在接下来起动压缩机时相咬的原因，从而成为压缩机故障的原因。因此，对于被膜也要求防锈的效果。

进而近年，由于对无油式螺旋压缩机，高自由维护化的要求变高，所以要求在更高性能下开发被膜的长寿命。因此，需要通过使与被膜的劣化、剥离关联很深的被膜的耐热性提高，从而防止无油式螺旋压缩机的性能下降或生锈引起的相咬等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有螺旋转子的螺旋压缩机，在所述螺旋转子上施加有具有高固体润滑性和高耐热性的被膜。

上述目的通过以下方案来实现：一种螺旋压缩机，其是无油式的螺旋压缩机，其组合在轴向的外表面形成有螺旋状的齿形而成的雄转子和雌转子而进行流体的吸入和喷出，其特征在于，在所述雄转子和雌转子的表面形成有固体润滑耐热性被膜，在该固体润滑耐热性被膜中，以具有酰亚胺键的树脂为基本树脂，且在所述树脂中分散有作为固体润滑剂的二硫化钼、氧化铝和氧化钛，所述螺旋压缩机具有涂布了该固体润滑耐热性被膜的所述雄转子和雌转子。

此外，上述目的通过以下方案来实现：所述树脂具有酰亚胺键，形成所述树脂为聚酰胺-酰亚胺树脂、含有固体润滑剂和添加剂的固体润滑耐热性被膜。

此外，上述目的通过以下方案来实现：所述树脂具有酰亚胺键，形成所述树脂为聚酰亚胺树脂、含有固体润滑剂和添加剂的固体润滑耐热性被膜。

此外，上述目的通过以下方案来实现：在所述螺旋压缩机所具备的所述雄转子和雌转子上涂布的固体润滑耐热性被膜含有作为所述固定润滑剂的二硫化钼为15～35wt％、含有作为添加剂的氧化铝和氧化钛两者合计在4～14wt％的范围内，其比率为氧化铝：氧化钛在3∶7至7∶3的范围，且为了结合它们而以使具有亚氨基的树脂至少为50wt％以上的方式配合形成所述固体润滑耐热性被膜。

此外，上述目的通过以下方案来实现：所述固体润滑耐热性被膜进一步追加地添加1.5～3.5wt％的防锈颜料。

此外，上述目的通过以下方案来实现：所述固体润滑耐热性被膜进一步追加地添加0.5wt％～2.5wt％的滑石。

此外，上述目的通过以下方案来实现：一种螺旋压缩机，其是无油式的螺旋压缩机，其组合在轴向的外表面形成有螺旋状的齿形而成的雄转子和雌转子而进行流体的吸入和喷出，其特征在于，在所述螺旋压缩机所具备的所述雄转子和雌转子的表面涂布有固体润滑耐热性被膜，在该固体润滑耐热性被膜中，以具有酰亚胺键的树脂为基本树脂，且在所述树脂中分散有作为固体润滑剂的二硫化钼、氧化钛和氮化硅而形成所述固体润滑耐热性被膜。

此外，上述目的通过以下方案来实现：在所述螺旋压缩机所具备的所述雄转子和雌转子上涂布的固体润滑耐热性被膜含有所述二硫化钼为15～35wt％、含有氧化钛和氮化硅两者合计为8～15wt％，其比率为氧化钛：氮化硅在4∶6至7∶3的范围，且为了结合它们而以使具有亚氨基的树脂至少为50wt％以上的方式配合形成所述固体润滑耐热性被膜。

(发明效果)

根据本发明，可以提供一种具有螺旋转子的螺旋压缩机，所述螺旋转子涂布了具有高固体润滑性和高耐热性的被膜。

附图说明

图1是表示雄转子和雌转子啮合的状态的立体图；

图2是表示雄转子和雌转子的形状的剖面图；

图3是无油式螺旋压缩机主体的剖面图；

图4是用于说明被膜组成的比例的图；

图5是表示对应于氧化钛添加量的耐热性的效果的图表；

图6是表示对应于氧化铝添加量的耐热性的效果的图表；

图7是表示对应于氧化铝和氧化钛配合比的耐热性的效果的图表；

图8是表示对应于氧化钛和氧化铝合计的添加量的耐热性的效果的图表；

图9是表示对应于氮化硅添加量的耐热性的效果的图表；

图10是表示对应于氧化钛和氮化硅合计的添加量的耐热性的效果的图表；

图11是表示对应于钼酸钙(防锈剂)添加量的耐热性的效果的图表；

图12是表示对应于滑石添加量的耐热性的效果的图表；

图13是表示研究被膜的耐热性评价结果的图表。

图中

1-雄转子；

2-雌转子；

3-驱动小齿轮；

4-轴承；

5-同步齿轮；

6-壳体；

7-密封件；

8-吸入端口；

9-S壳体；

A-压缩室。

具体实施方式

但是，螺旋压缩机存在二级机和单级机2种。这是与压缩机的喷出温度相关。二级机是螺旋压缩机经配管、冷却器被两台串联连结的结构，且是将从第一台压缩机喷出的高温的喷出气体在以外部空气或水为制冷剂的冷却器中冷却后由第二台压缩机再次压缩的结构。由此，由于喷出气体的温度被暂时冷却，所以可以很低地抑制第二台的喷出气体温度。

与此相对，由于单级机仅是1台压缩机，所以在性价比的方面极其有利，但是喷出温度为高温，是360℃。因此，尤其对于自由维护的要求高的单级机来说，由于最紧要的是可以耐高温的雄雌转子用被膜的开发，所以本发明的发明者们进行了各种研究，其结果为得到了以下的实施例。

以下，基于附图说明本发明的实施例，但是在说明实施例之前，使用图1、图2、图3说明一般的无油式螺旋压缩机的构造。

图1是表示雄转子和雌转子啮合的状态的立体图。

图2是表示雄转子和雌转子的形状的剖面图。

图3是表示无油式螺旋压缩机主体的剖面图。

本发明是在图1～图3所示的无油式螺旋压缩机的雄雌两转子的表面进行了被膜处理的结构，尤其适于单级机的螺旋压缩机。

在图1、图2中，螺旋压缩机是一种通过雄转子1和雌转子2这两个转子啮合并旋转来压缩空气的构成。压缩机主体有收纳该雄雌转子1、2的壳体6及S壳体9。为了维持两转子1、2间的旋转传递及旋转相位，在转子端部具有后述的同步齿轮5。并且，设置在转子轴上设置的密封件(由图3后述)的目的在于：为了抑制来自压缩室的空气泄露，此外为了防止对设置于转子轴上的轴承给油的润滑油侵入压缩室。雄转子1如箭头所示那样从吸入侧看时向顺时针方向旋转，雌转子2如箭头所示那样从吸入侧看时向逆时针方向旋转。在无油式螺旋压缩机的情况下，雄转子1的凸部和雌转子2的凹部以非接触方式啮合，通过同步齿轮5，雄转子1和雌转子2旋转。

在图3中，互相啮合的雄转子1以及雌转子2的两端部分别由轴承4支承且旋转自如，并且通过密封件7抑制来自压缩室A的空气泄露。此外，密封件7防止润滑轴承4的油侵入到壳体6以及由雄雌转子1、2形成的压缩室A内。在压缩室A内，例如不进行喷射油并冷却上述一对雄雌转子1、2等。支承雄雌转子1、2旋转的转子轴和壳体6、以及由雄雌转子1、2形成的压缩室A内之间被密封件7密封。

进而，雄转子1在其一个前端部固定驱动小齿轮(pinion)3，在雄转子1的另一个前端部以及雌转子2的另一个前端部固定有一对同步齿轮5。因此，当对驱动小齿轮3进行驱动时，通过一对同步齿轮5，一对雄雌转子1、2同步旋转并且对从吸入端口8吸入的空气进行压缩并喷出。此时，在一对雄雌转子1、2间，由于不供应冷却用的油，所以这一对雄雌转子1、2的表面暴露于高温空气中，从而温度上升。

具体地说，由以下的顺序进行空气的压缩。

1.雄转子1和雌转子2两者的齿沟一个一个地连通而形成V字形的动作室。

2.当在该状态下令两者旋转时，动作室从吸入端朝向喷出端平行移动。

3.由于动作室为在转子两端被堵塞的形状，所以与一个侧面面对的动作室使内部容积逐渐增加而成为跨两侧面的最大容积室。

4.之后，动作室面对喷出侧面而内部容积逐渐减少。

5.由于面对容积扩大中的动作室而在S壳体9上打开吸入端口8，所以从此处将气体吸入到动作室内。

6.在容积缩小的过程中前半程不设置开口部而进行内部压缩，从应达到规定压力的位置至动作室减小为止打开开口的喷出端口，喷出压缩的气体。

根据这样的一系列的吸入和压缩的动作，大致在室温下被吸入的空气通过螺杆的旋转被压缩至800kPa。当压缩的空气被喷出时即使低的话也会达到260℃，如果高的话则达到360℃的高温。并且，作为装置的锁止机构，当喷出空气温度达到398℃时压缩机紧急停车。

如上述那样在无油式螺旋压缩机中有单级机和二级机，所述单级机由1台压缩机主体压缩到规定的压力，所述二级机由配管连接2台压缩机主体，在将由第一台压缩机压缩后的空气暂时取出并冷却后，由第二台压缩机压缩至规定的压力。作为由二级机冷却的方法，与机种或容量相对应地通过水冷或者空冷方式来冷却压缩空气。由此，更高耐热性被膜在成为高温的单级机中更加有效。像这样无油式压缩机的单级机的喷出空气与油冷式压缩机不同，为260℃以上的高温。

在无油式螺旋压缩机中以转子互相不接触为原则来设计。因此，由于在转子间存在空隙，所以作为本发明对象的固体润滑被膜缩小该转子间的空隙并提高性能，并且防止万一接触时的相咬，进而为了防锈而以约20μm的膜厚来涂敷。

接着，关于被膜的构成要素，对比较研究了的结果进行说明。

首先，选定作为基础的树脂(以下，称为基本树脂)，但是由于它涂敷在最低260℃、若假设单级机的话会上升至最高温360℃的转子表面上，所以选择耐热性高的树脂。但是，作为能够均匀涂敷在像拧为螺旋状的螺旋转子那样的复杂形状上的、能够以溶液状的清漆(varnish)类型供应的耐热性树脂，选择了具有亚氨基的树脂。

作为具有亚氨基的树脂，有聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺树脂等。聚酰胺-酰亚胺是热可塑性的树脂，可以以清漆类型来供应。此外，即使是聚酰亚胺，只要使用聚酰亚胺的前体即聚酰胺酸溶液就可以以清漆类型来供应。不管如何，在作为涂敷液调整时都为用适当的溶剂稀释后的状态。在这些树脂溶液中添加固体润滑剂和用于提高耐热性的添加剂从而构成被膜。

在这样的复合材料中，首先需要作为材料成立。

图4是表示在由涂敷液涂敷后，溶剂挥发后所残留的被膜的组成比例的图。

在图4中，基本树脂需要50wt％以上。这是因为在50wt％以下的情况下，不能保持复合的固体润滑剂或添加剂，从而被膜坏得破烂不堪，从而无法作为被膜发挥作用。此外，当树脂的比例超过70wt％时，树脂的性质为主而不能充分发挥固体润滑剂的功能。

此外，优选固体润滑剂加入15～35wt％。其因配合的树脂的比例而变化。即，这是因为固体润滑剂的配合量在树脂的重量的30～50％时，固体润滑剂的功能会最有效地发挥。除此之外，添加多种提高耐热性的添加剂来作为除基本树脂、固体润滑剂以外的残量部分，从而使得总计为100wt％。

(实施例1)

使用图5～图12说明本发明的一实施例。

关于认为在耐热性上具有效果的添加剂，使用质量工学的方法(例如，“质量工学讲座1开发·设计阶段的质量工学”田口玄一/吉泽正孝编，日本企划协会(1988))来进行详细的研究。此次使用的质量工学，是一种为了使因为在材料制造阶段的诸多问题而产生的品质的差异降低，并且提高功能而使用的方法。此次，以配合于被膜的添加剂的种类或含量等作为参数来分配，由热分析装置来评价被膜的热特性。在质量工学中，结果是在每个参数中，由于此次在每个添加剂中可以得到其要因效果，所以可以从中选出最佳组合来设计。

使用图5～图12说明从研究结果中判明了在耐热性上具有效果的添加剂。

图5是表示对应于氧化钛添加量的耐热性的效果的图表。

图6是表示对应于氧化铝添加量的耐热性的效果的图表。

图7是表示对应于氧化铝和氧化钛配合比的耐热性的效果的图表。

图8是表示对应于氧化钛和氧化铝合计的添加量的耐热性的效果的图表。

图9是表示对应于氮化硅添加量的耐热性的效果的图表。

图10是表示对应于氧化钛和氮化硅合计的添加量的耐热性的效果的图表。

图11是表示对应于钼酸钙(防锈剂)添加量的耐热性的效果的图表。

图12是表示对应于滑石添加量的耐热性的效果的图表。

如图5至图8所示，利用质量工学的方法判明在耐热性上尤其具有效果的添加剂为氧化钛和氧化铝，并且可知分别优选添加2～7wt％。此外，可知在组合它们并添加时因协同效果使得耐热性进一步提高。可知当它们两者的合计在4～14wt％，并且其比率在氧化铝：氧化钛为3∶7至7∶3的范围内时，耐热性的效果更加表现出来。

此外，如图9、10所示，可知当氮化硅过多地加入时耐热性下降，但是通过和氧化钛的组合而存在具有效果的区域。可知氮化硅以0～4wt％的添加量为优选，在与氧化钛的合计为8～15wt％时表现出耐热性的效果。

此外，可知存在如图11所示的用于抑制锈的防锈颜料(钼酸钙)，但是确认了不会对耐热性产生恶性影响，并且如果在1.5～3.5wt％的范围内反而存在提高耐热性的效果。

除此之外，也确认了如图12所示的作为微量成分的滑石(talc)等在滑动性上具有效果并且也不会对耐热性产生恶性影响。可知由于当滑石超过2.5wt％时其效果不变，所以优选在所需最小限的量0.5wt％～2.5wt％的范围内添加。

在这样的复合材料中需要进行调整，使得确立作为坯料成立的即基本树脂结合并保持除其之外配合的材料，并且成为能够有效发挥它们的功能的状态。因此，添加添加剂的原则为添加所需最小限的添加剂。

因此，在图5至图12中只要具有相同的耐热性的效果，在添加量少的一侧，优选使添加剂的合计含量为15wt％以内。

并且，此次选择的添加剂，为一般在各种地方使用的氧化物或天然物，由于不含与环境关联规则相关的对环境产生负荷那样的化学物质，所以可以说是考虑了环境的被膜。

(表1)

研究被膜组成比(wt％)

PI：聚酰亚胺树脂PAI：聚酰胺-酰亚胺树脂

基于上述的要素研究制作了如表1所示的配合比的被膜。现有使用的被膜是以聚酰胺-酰亚胺树脂为基本树脂，且在二硫化钼中添加了三氧化锑和石墨的被膜，比较它和研究被膜。耐热性由热分析装置比较，润滑性由销盘式(pin on disc)的滑动试验比较，防锈性由在高温多湿环境试验下的锈的产生量比较。

可知当将基本树脂变更为聚酰亚胺树脂时，耐热性提高。但是，即使是聚酰胺-酰亚胺树脂，也可以确认具有与现有技术相同的耐热性并且润滑性提高。此外，通过添加防锈剂从而确认防锈性的提高，进而，确认了这些添加剂对耐热性不产生影响，反而具有使其提高的效果。

从表1的被膜中选择多种并由热分析装置来评价被膜寿命的结果如图13所示。

图13是表示研究被膜的耐热性评价结果的图表。

在图13中，表示将被膜暴露在某一定温度环境下(320℃、360℃、390℃)时的达到被膜劣化的时间。此情况下的被膜劣化以被膜树脂部的一定量达到热分解为指标。在实际的压缩机的转子、尤其温度上升的喷出侧，运转至与此次作为指标的状态相比被膜更加劣化的状态。当在扫描型电子显微镜下观察有与此相同的热经历的被膜时，固体润滑剂或添加剂变为呈粉状附着的状态。

由图13可知，本发明的实施例即研究被膜在越高温条件下越发挥其耐热性的效果。使用了聚酰亚胺树脂作为基本树脂的研究被膜，在360℃的高温下具有现有被膜的约2倍的寿命，此外在390℃下具有现有被膜的约6倍的寿命。在螺旋压缩机中，在喷出侧的温度变高的部分的压缩空气的内部泄露与压缩机的性能下降或喷出温度异常直接相关。由此，在高温下的被膜寿命延长的本发明的被膜在压缩机的性能提高上有效。

如以上那样，本发明的处理了固体润滑耐热性被膜的螺旋转子通过使添加剂的组合和其配合量为最佳而可以确保被膜的润滑性并同时提高耐热性。由此，由于被膜的劣化引起的剥离很难产生，所以通常可以维持最适合的螺旋转子间的空隙，性能不会下降，此外，可以抑制锈的产生并且防止相咬。

Claims

1.一种螺旋压缩机，其是无油式的螺旋压缩机，其组合在轴向的外表面形成有螺旋状的齿形而成的雄转子和雌转子而进行流体的吸入和喷出，

其特征在于，

在所述雄转子和雌转子的表面形成有固体润滑耐热性被膜，在该固体润滑耐热性被膜中，以具有酰亚胺键的树脂为基本树脂，且在所述树脂中分散有作为固体润滑剂的二硫化钼、氧化铝和氧化钛，

所述螺旋压缩机具有涂布了该固体润滑耐热性被膜的所述雄转子和雌转子。

2.如权利要求1所述的螺旋压缩机，其特征在于，

所述树脂具有酰亚胺键，

形成所述树脂为聚酰胺-酰亚胺树脂的含有二硫化钼的固体润滑耐热性被膜。

3.如权利要求1所述的螺旋压缩机，其特征在于，

所述树脂具有酰亚胺键，

形成所述树脂为聚酰亚胺树脂的含有二硫化钼的固体润滑耐热性被膜。

4.如权利要求1所述的螺旋压缩机，其特征在于，

在所述螺旋压缩机所具备的所述雄转子和雌转子上涂布的固体润滑耐热性被膜含有所述二硫化钼为15～35wt％、含有氧化铝和氧化钛两者合计在4～14wt％的范围内，其比率为氧化铝：氧化钛在3∶7至7∶3的范围，且为了结合它们而以使具有亚氨基的树脂至少为50wt％以上的方式配合形成所述固体润滑耐热性被膜。

5.如权利要求4所述的螺旋压缩机，其特征在于，

在所述固体润滑耐热性被膜中添加有1.5～3.5wt％的防锈颜料。

6.如权利要求4所述的螺旋压缩机，其特征在于，

在所述固体润滑耐热性被膜中添加有0.5wt％～2.5wt％的滑石。

7.一种螺旋压缩机，其是无油式的螺旋压缩机，其组合在轴向的外表面形成有螺旋状的齿形而成的雄转子和雌转子而进行流体的吸入和喷出，

其特征在于，

在所述螺旋压缩机所具备的所述雄转子和雌转子的表面涂布有固体润滑耐热性被膜，在该固体润滑耐热性被膜中，以具有酰亚胺键的树脂为基本树脂，且在所述树脂中分散有作为固体润滑剂的二硫化钼、氧化钛和氮化硅而形成所述固体润滑耐热性被膜。

8.在权利要求7所述的螺旋压缩机中，其特征在于，

在所述螺旋压缩机所具备的所述雄转子和雌转子上涂布的固体润滑耐热性被膜含有所述二硫化钼为15～35wt％、含有氧化钛和氮化硅两者合计为8～15wt％，其比率为氧化钛：氮化硅在4∶6至7∶3的范围，且为了结合它们而以使具有亚氨基的树脂至少为50wt％以上的方式配合形成所述固体润滑耐热性被膜。