CN102695879B - 轴式螺旋机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有管状机壳10的轴式螺旋机，所述管状机壳由铸造金属制成且衬有耐磨层16，所述轴式螺旋机的特征在于，所述耐磨层16密封在与所述层16的外围形状相配的钢壳20中。

Description

轴式螺旋机及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种轴式螺旋机，例如轴式螺旋泵(screw spindle pump)或轴式螺旋压缩机(screw spindle compressor)，所述轴式螺旋机具有由铸造金属制成且内部衬有耐磨层的管状机壳；以及一种制造此类轴式螺旋机的方法。

背景技术

WO 2009/012837 A1公开了一种轴式螺旋泵(screw spindle pump)，其内截面的形状为三个重叠的圆。因此，该机壳的内部形成了三个并排排列的圆柱形室。中心室的直径比两个外室的稍大并容纳主轴，而每一个外室中分别容纳与主轴相啮合且密封接合的侧轴。室的内表面衬有由导电的SiC制成的耐磨层，这样就减少了主轴和侧轴造成的磨损。在制造过程中，SiC层的内表面通过电腐蚀而成形，然后通过后续机械精加工进行抛光(如果需要的话)。

发明内容

本发明的一个目标在于，提供一种简单易造且成本低廉的轴式螺旋机，此类螺旋机的机壳可在机壳尺寸给定的情况下承受较大的内部压力。

根据本发明，上述目标可通过以下特征来实现，即与耐磨层外围形状相配的一体成型的钢壳。

由于所述壳的钢材的抗拉强度要远高于耐磨层的材料，因此耐磨层由钢壳进行稳固，以便所述耐磨层可承受较大的内部压力，而不会裂开。

随附的权利要求书中指出了本发明的优选实施例。

可以通过镶铸或使用粘合剂，从而将被钢壳包裹的耐磨层安装到机壳中。尽管粘合剂层必然会具有一定的弹性，但钢壳可防止耐磨材料在较高的内部压力下膨胀和裂开。

本发明还涉及一种制造轴式螺旋机的方法。

在本发明的制造方法中，首先形成空心体，而空心体的壁可形成耐磨层，然后将内部轮廓与该空心体的外部轮廓相对应的单个钢壳冷缩配合(shrink fit)或压入配合到该空心体上。

在冷缩配合过程中，加热钢壳以通过使钢热膨胀来加大内截面，从而便于将所述壳推到该空心体上。然后，将钢冷却以使壳缩小到空心体的外直径上，从而将空心体牢固地密封在所述壳中。对于圆柱形主体，采用热缩配合(thermal shrink fitting)安装钢管的过程是众所周知的。然而出乎意料的是，经过证明，此方法同样适用于具有非圆形外截面的空心体，而不会损坏耐磨材料。虽然壳的热胀冷缩预计也会更改壳的截面比例，进而在收缩时对空心体造成不均匀的应力，但钢的延性确保了耐磨层仍可牢固地密封在钢壳中，而不会损坏。

在压入配合过程中，所制造的钢壳要有特定尺寸的余量，并被推到空心体上，然后通过施加外部压力进行压缩使所述钢壳在空心体周围紧密接合。由于耐磨层的抗压强度较高，因此即使其抗拉强度较低，压入配合过程仍可以施加高压。

附图说明

现在将结合附图说明实施例实例，其中：

图1为本发明的轴式螺旋机机壳的截面；以及

图2为在将钢壳冷缩配合在机壳上时，机壳插入物的截面。

具体实施方式

图1所示为所述轴式螺旋机的管状机壳10，其由铸造金属制成。机壳10的内腔横截面的形状是三个重叠的圆，这三个圆的圆心在一条直线上对齐。因此，所述腔形成了圆柱形中心室12，其用于容纳螺旋机的主轴(未图示)；以及两个圆柱形侧室14，其直径比中心室12略小，并且各自用于容纳螺旋机的侧轴(未图示)。侧轴与主轴密封啮合，这样，这些轴便与室12、14的壁共同形成了数个密闭的体积(volumina)，这些体积会在所述轴分别绕各自的中心轴旋转时沿机壳10的轴向移动。这样，三条轴的外围表面便与室12、14的内围表面摩擦接合。为了减少由此摩擦造成的磨损，机壳10的内表面衬有陶瓷材料层16。在本例中，所述陶瓷材料为利用了适当的添加剂而可导电的碳化硅(SiC)。将层16成形为空心体，该空心体首先被制成单件插入物，然后利用粘合剂18固定在所述外壳中。

当室12、14内部的流体被压缩到高压时，层16的内表面承受的力会使层16径向膨胀。由于层16的相对脆性材料具有的抗拉强度较小，且粘合剂18必然会具有一定的弹性，因此，层16可能会在机壳10中膨胀并破裂。因此，如果不采取防范措施，那么整个轴式螺旋机所能承受的最大流体压力会受限制。

因此，在本文提议的轴式螺旋机中，将耐磨层16密封在被冷缩配合于所述耐磨层周围的钢壳20中。所述钢壳20由钢管制成，钢管的尺寸和截面形状与层16的外截面相对应。较佳地，确定所述壳的尺寸，使其整个外围与层16牢固地接合；并且较佳地，所述壳至少可在室温下承受轻微的抗拉应变，这样，如果材料在轴式螺旋机操作中受热膨胀，那么层16仍然可以牢固地密封在钢壳20中。

图2描述了制造轴式螺旋机过程中的一个决定性步骤。

此处，仍然将层16成形为单个空心体，其中室12、14尚未形成各自的最终内部轮廓。实际上，室14与室12仍然由岸区(land)22隔开，且室12被岸区24分成了两个组成室。

正如WO 2009/012837 A1所述，一开始，层16的厚度过厚，且内表面相对不平坦。在稍后的步骤中，内表面会通过电腐蚀而被腐蚀，这样便可准确地获得室12、14以及岸区22、24所需的轮廓。在此过程中，可能会形成破裂线26，从而有助于在稍后的步骤中去除岸区22、24。

所述钢壳20最初为单个管件，而且在此处列举的方法中进行了加热，因此所述壳会受热膨胀。然后，所述壳在轴向上被推到由SiC制成的空心体上。此情况如图2所示。可以看出，由于钢壳20具有细长的截面形状，因此所述壳在其截面的较长轴方向(即图2中的水平方向)上的膨胀比在正交于所述较长轴的方向上的膨胀大。随后，当钢壳20冷却时，它会再次收缩至略小于层16的外部尺寸，以便牢固地接合层16的外围表面并在该层上施加向内的力。一般来说，这些力会不均匀地分布在机壳的周围，但钢的拉伸延性确保这些差异在可容许的范围内。在所示实例中，对于在钢壳20被冷缩配合到层16上时壳所施加的压力，岸区22、24也有助于就此情况对层16进行加固。

然后，较佳地，采用依次嵌入各室14并在其中旋转的外圆研磨或抛光工具，对层16进行精加工。随后，去除岸区22、24，而且如果需要的话，也可对中心室12和破裂线26处的破裂面进行精加工。

根据需要，在室12、14完成定形和表面精加工后，可以将所述钢壳20冷缩配合或压入配合到层16上。然而，上述步骤顺序的优势在于，钢壳20可以防止相对易碎的层16在机械精加工步骤中破裂。

最后一步是将钢壳20以及密封在其中的层16粘到机壳10中。

Claims (9)

1.一种具有管状机壳(10)的轴式螺旋机，所述管状机壳由铸造金属(cast metal)制成且衬有耐磨层(16)，所述耐磨层(16)密封在一钢壳(20)中，所述轴式螺旋机的特征在于，所述钢壳(20)为一与所述耐磨层(16)的外围形状相配的一体成型的钢管。

2.根据权利要求1所述的轴式螺旋机，其中密封在所述钢壳(20)中的所述耐磨层(16)通过粘合剂固定在所述机壳(10)中。

3.根据权利要求1或2所述的轴式螺旋机，其中所述耐磨层(16)主要由SiC组成。

4.根据权利要求1所述的轴式螺旋机，其中所述耐磨层(16)包括用于增加所述层的导电性的添加剂。

5.一种用于制造根据权利要求1所述的轴式螺旋机的方法，所述方法包括以下步骤：

形成空心体，所述空心体的壁可形成耐磨层(16)，

形成钢壳(20)，其截面形状与所述耐磨层(16)的外围形状相对应，

加热所述钢壳(20)，

将所述钢壳(20)推到所述耐磨层(16)上，

让所述钢壳(20)冷却，以便冷缩配合到所述耐磨层(16)上，以及

将被所述钢壳(20)包裹的所述耐磨层(16)插入由铸造金属制成的管状机壳(10)中。

6.一种用于制造根据权利要求1所述的轴式螺旋机的方法，所述方法包括以下步骤：

形成空心体，所述空心体的壁可形成耐磨层(16)，

形成钢壳(20)，其截面形状与所述耐磨层(16)的外围形状相对应，

将所述钢壳(20)推到所述耐磨层(16)上，

将所述钢壳(20)压入配合到所述耐磨层(16)上，以及

将被所述钢壳(20)包裹的所述耐磨层(16)插入由铸造金属制成的管状机壳(10)中。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述钢壳(20)通过粘合剂固定在所述机壳(10)中。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述耐磨层(16)的内表面在装配到所述钢壳(20)之后被腐蚀。

9.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述耐磨层(16)的内表面在装配到所述钢壳(20)之后进行机械精加工。