CN104395609B - 螺杆压缩机 - Google Patents

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Abstract

螺杆压缩机的螺杆转子对具有相互非接触啮合的双齿螺杆转子(2)和三齿螺杆转子(3)。与双齿螺杆转子相关的包角至少为800度。转子头部的平均圆周速度达到至少30米/秒的范围。在横截面中，两个螺杆转子都设有圆弧部(36.K和36.F，以及37.K和37.F)和摆线齿廓面(38和39)，在双齿螺杆转子(2)中摆线齿廓面基本高于其轮齿节圆(6)并具有凸状设计，在三齿螺杆转子(3)中摆线齿廓面低于其轮齿节圆(7)并具有凹状设计，即凹陷的。优选地，每个螺杆转子的横截面为对称的，使得在每个横截面中，轮廓面的重心位于各自转子的枢轴点(M.2或M.3)。

Description

螺杆压缩机
背景技术
在工业压缩机技术中无油润滑压缩机变得越来越重要。由于基于环境保护法规的承诺日益增加，还有操作和处理成本的增加，以及对输送介质的纯度的更高要求，现有的有油润滑压缩机，如液环式压缩机、回转式滑片泵以及油或水喷射螺杆压缩机正越来越多地被无油润滑机器所取代。这些机器包括无油螺杆式空压机、爪泵、隔膜泵、柱塞泵、涡旋机和真空罗茨泵。然而，这些机器的共同之处在于，仍然无法在低廉的价格水平和令人满意的压缩效率的基础上，满足人们对可靠性和耐用性以及尺寸和重量方面的期望。
为了改善这种情况，现有的无油润滑螺杆压缩机是一种替代，因为作为典型的双轴位移机，它们仅需以一种非常简单的方式，即所谓的“泵螺杆”，实现所要求的阶段数便可提供高压缩能力，每个位移转子有几个串联连接的封闭的具有一些包裹物的工作腔室，但是工作腔室中无需工作流体介质。此外，两个反向旋转的螺杆转子的非接触式啮合允许更高的转子速度，使得(与尺寸有关)额定吸入能力和输送速率有所增加。无油润滑螺杆压缩机可用于真空以及正压力的应用场合；其在正压力的应用中的功耗自然显著较高，因为在正压力范围内，最终的压力肯定高于2巴(绝压)，最高达15巴甚至更高，必须克服更大的压力差。
在PCT的专利文献WO 00/12899中描述了一种用于无油润滑螺杆位移机的简单的转子冷却系统，其中每个转子上设有圆锥形转子钻孔，冷却剂(优选为油)被引入到钻孔中，从而持续带走在压缩过程中产生的部分压缩热。在专利文献PCT/EP2008/068364中，这种方法得以发展，冷却剂通过内部的冷却剂(油)泵输送以冷却泵壳体，通过单独的热交换器形成优选的共同的冷却剂循环，以带走在输送介质的压缩过程中所吸收的那部分热量，并且带走散热损失，以在所有工作条件下保持转子对和周围泵壳体之间的间隙值。这些专利文献中有利地在压缩过程中通过相关的工作腔室/核心组件的热平衡影响散热效果，从而大大提高效率和可靠性。然而，压缩性能以及容量仍然可以被改进，并且这种改进不仅针对于无油润滑的位移机的更复杂的应用，因为目前由输送气体的入口和排放出口之间的各个串联连接的工作腔室的内部泄漏引起的损失仍然过高。这种情况亟待改进。
本发明的目的在于，显著改善无油润滑的双轴旋转位移机的效率和压缩效率，该位移机用于在真空压力和正压力的应用中运输和压缩气体输送介质。
根据本发明，该目的是这样实现的，无油润滑螺杆压缩机作为双轴位移机，用于真空压力和正压力，转子对在位于压缩机的工作腔室外部的同步装置的驱动下获得反向旋转并具有一定的旋转角度，该转子对由双齿螺杆转子和相啮合的三齿螺杆转子组成，其包角至少800度，但优选大于1160度，最有利地大于2600度，对于特别高的压力差的情况，包角甚至大于3500度，因为压缩能力越高包角应该越大，由此，螺杆转子高速运行，以获得至少30米/秒，更好地为45米/秒，但是最有利的是高于60米/秒或者甚至更好地大于80米/秒的转子头部的平均圆周速度，因为圆周速度越大，螺杆压缩机的效率等级就越高，由此两个螺杆转子都具有摆线齿廓面，在双齿转子中摆线齿廓面被设计为基本高于其轮齿节圆，并且摆线齿廓面是凸状的，即以球根状突出，在三齿转子中摆线齿廓面被设计通常低于其轮齿节圆，并且摆线齿廓面是凹状的，即凹陷的，因此每个螺杆转子的横截面优选为对称的，使得每个横截面的重心位于转子的枢轴点，由此，由于所谓的内部压缩比，入口侧工作腔室的容积比在出口侧大，是这样实现的，螺杆转子对任一入口侧的横截面具有比出口侧的横截面大的工作腔室的横截面，这至少要在一个螺杆转子中实施，但优选为在两个螺杆转子中，在转子的纵向轴线方向，通过预设的齿根圆半径缩短，使得与其啮合的转子的齿根圆半径增大，或者转子对的主轴螺距减小使得入口处比排放出口处增大的多，由此，在更高的内压条件下，即超过约3倍，横截面面积的减小伴随着螺距的减小，从而优选地形成在转子纵向轴线方向上的横截面的变化，以使得转子的外直径呈现圆锥形，每个螺杆转子具有至少一个恒定的直角齿锥值，由此，优选地，必须在每个螺杆转子的入口区设置具有恒定的直径值的圆柱形区域，由此，在入口区，优选设计齿廓面使得三齿螺杆转子上的齿廓面长度上延伸，优选摆线，也高于其轮齿节圆，这意味着，在轮齿系统中，双齿转子上的齿廓面也必须低于其轮齿节圆而长度上延伸，并且同样优选地，螺杆转子设有用于散热的内部转子流体冷却装置，压缩机壳体也设有用于散热的流体冷却系统，从而用于转子对以及压缩机壳体的冷却剂优选在一个共同的冷却回路中使用，从而使螺杆转子的设计参数(如头部轮廓的齿距角和每个转子的齿顶圆半径)被设计成使得双齿螺杆转子的转子平均温度相对于三齿螺杆转子的转子平均温度偏离小于25％，更好的是小于10％，这是通过转子参数的设计实现的，从热力学角度，每个转子都通过气体侧的热吸收表面、材料中的热传递和散热的冷却剂接触内部转子冷却圆锥形的表面建立起热平衡，从而导致各转子的转子平均温度也相对于周围的压缩机壳体的温度的偏离小于25％，更好的是相对于螺杆转子的最高平均温度的偏离小于10％，由此，该壳体的平均温度取决于压缩机壳体的冷却剂接触表面的尺寸和冷却剂流动参数，尤其是涉及到冷却剂质量流量和冷却剂的温度水平，并通过对螺杆转子的平均温度的适应以实现温度差的更好的最小化要求，除了每个冷却圆锥直径的路径和调节质量流量规则，每个螺杆转子有的特别影响热传导的其他可能，可选地在内部转子冷却圆锥的每个钻孔对称地设置细长的凹部，使得这些凹部都低于各自的螺杆转子齿，其可以通过钻削加工在工业上可靠地生产。根据本发明，还建议当齿顶圆半径被选择时，通过头部轮廓的齿距角，双齿螺杆转子上的转子齿距角肘角优选地设计为使得该齿距角肘角大于每个转子的双面压缩机壳体的孔径角。此外，根据本发明，每个螺杆转子刚性安装在其自身的托架轴上，由此，每个托架轴的功能包括提供冷却剂、外部同步以及安装。如果通过正齿轮进行同步，本发明还建议将安装在双齿螺杆转子上的齿轮侧转子的外径设计为大于双齿螺杆转子的同步齿轮的外径，使得双齿螺杆转子作为旋转单元可以被完整地安装并最终达到平衡。多个齿廓面特别是在转子的纵向轴线方向上有所不同，它们在工业上的生产通过在车床上沿转子纵向轴线方向旋转单个的点序列螺旋线相继完成，这在结合后最终形成齿廓面。根据经验，为了减少重量和压缩过程中更好的散热，建议螺杆转子对在钢托架轴上由具有高导热性的材料制成，优选为铝合金，由此，压缩机壳体同样优选为铝合金。
一些技术术语的简要解释
螺杆转子上的“包角”被定义为沿单个齿廓横截面之间的螺杆转子轴的所有扭转角的总和，单个齿廓横截面是当转子的纵向轴线方向上的z轴值增加时形成的。因此，z轴位置zi的齿廓横截面与在相邻位置zi+1的齿廓横截面相比，两个横截面相对于彼此扭转了角度phii，根据所选函数z(phi)可以准确地得到这个从zi到zi+1的步骤中的phii。沿螺杆转子轴横截面的所有的扭转角的总和等于包角，其在这里与双齿转子有关并缩写为PHI.2。对于三齿转子，为满足轮齿系统的要求，该扭转角必须适合于传动比，因此扭转角为相同长度的螺杆转子的给定因数。包角为阶段数的决定量度。
“阶段数”是指在转子入口侧和转子出口侧之间的螺杆转子对中的封闭的工作腔室的数目。优选地，阶段数由转子长度的整数和所选的包角PHI.2构成。优选地，PHI.2值集拢至至少下一个整十，即例如，从2411°到2420°。
“工作腔室”是指转子对的齿之间的封闭的空间的容积，其由周围的压缩机壳体和齿轮传动定律中定义的齿廓接合之间的螺杆转子齿廓面间隙所限定，，由此这些啮合转子对齿廓面被视为接触的，即接近于零间隙。然而，在实践中，啮合转子对齿廓面确实有一定的间隙，尽管尽可能小，也会导致内部泄漏回流。“入口侧的工作腔室容积”是在泵侧的第一个封闭的工作腔室的容积，相应地，“出口侧的工作腔室容积”是用于输送气体出口前的最后一个工作腔室的容积。这两个容积的商为“内部压缩比”。出于实用的目的，大于3的值可以被确定为“高内部压缩比”。工作腔室的容积由相应的工作腔室的横截面面积乘以由主轴螺距定义的在转子轴的纵向轴线方向上工作腔室的每段长度来计算。
特别对于螺杆转子对，“横截面”定义为每个垂直于螺杆转子轴而穿过螺杆转子对的切面，优选地，将螺杆转子轴定义为z轴，这样横截面便位于笛卡尔直角坐标系的x-y平面上。螺杆转子对的轴线以固定的间距保持平行，这一间距表示螺杆压缩机的一个重要参数，也就是所谓的“轴距”。
两个螺杆转子的“外部同步”是必须的，因为转子对在没有工作流体介质的压缩机的工作腔室中工作，即“无油润滑”，并且它的高速度造成其非接触运转，转子以最小可能的面间隙相对于彼此反转运行。为了确保转子对始终非接触运转，两个螺杆转子必须始终以很高精度的转动角驱动，转动角在几角分的范围内，其通过外部同步来完成是公知的。迄今为止最常用的实现外部同步的方法是通过直接啮合的正齿轮，其节圆与相应的螺杆转子泵螺杆的轮齿节圆正好一样大。然而，也存在这样的可能，例如，电子的转子对同步，其中每个转子都由其自身电机电子地驱动而符合该转动角。
“入口区”可由包角区域的方式来描述，在入口侧，第一封闭工作腔室由连续的扭转角形成。根据本发明的螺杆转子对中，入口区开始于720度加上在双齿螺杆转子的入口侧的齿顶圆弧中心角ga.KB2处的入口横截面侧。
在空气吸力中，“正压力”是指在运行中的最终压力，即大于25巴的绝对压力值；通常8巴至15巴是常见的，但在较高的阶段数中，可以达到大于25巴的压力。在非空气吸力中，这些值相应地改变。最终压力是小于50毫巴的绝对压力，更好的是小于1毫巴，被认为是真空或负压力，在相应的阶段数，相对在空气压力范围内的出口压力，甚至小于0.01毫巴绝对压力。
以上称为“所需的最小化的温度差”是基于这样的情况，在压缩机的工作腔室中工作的核心组件，即在周围的压缩机壳体中的转子对，应当相对于彼此以尽可能小的间隙工作，以保持相当低的内部回流。而无油润滑位移机经历不同的工作过程，例如，从启动时的温度通常较低的状态到运行中某一点的较热状态，所述核心组件的热膨胀的差异应保持尽可能低，以便通过间隙的回流保持在控制范围内。但是，由于对于这里的结构，热膨胀基本上是由组件的温度决定的，核心组件之间的温度差必须保持尽可能低。
本发明的部分特征的优点在于，开始压缩后，气孔迅速变小。这会产生高吸力容积。本发明的部分特征产生更好的散热效果。这在启用车床进行生产和加工转子时是有利的。本发明的部分特征形成了对于内部泄漏的改进；气密性得到了改善。本发明的部分在加工完的转子单元的安装上得到了改善。这对于两个转子的紧固尤为重要。
本发明的部分特征提供了一种适于转子的制造工艺。人们发现，用成形刀具生产转子是不可行的。本发明的部分特征产生了良好的散热性。本发明的部分特征通过阻碍泄漏流动的通道阻止了泄漏。本发明的部分特征，散热得到了改善。本发明的部分特征形成了这样一种肘弯，使得更好的接近节圆线下。本发明的部分特征使制造更容易。本发明的部分特征形成不同的旁路。本发明的部分特征，有效地帮助防止过压缩或欠压缩。本发明的一个特征，旁路钻孔的直径不大于头部的宽度，从而避免了工作腔室之间的短路。
本发明将参考以下附图进一步描述：
图1示出了根据本发明的螺杆转子对的示例性剖视图，以及总共4个沿转子纵向轴线方向的不同的z轴位置上的横截面视图。在此，入口(18)和出口(19)之间工作腔室横截面面积(40)的减小变得与转子纵向轴线方向上主轴螺距m(z)的缩小一样明显，两个尺寸的设计目的都是实现更高的内部压缩比，在此情况下为三倍以上。术语SE.z＝0标明纵向轴线位置为z＝0的相应的横截面平面。在圆柱形的入口区(41)之后，螺杆转子的外径有所变化，使得在本实施例中的每个螺杆转子形成恒定的锥角ga.2Ke或ga.3Ke。还示出了未冷却的圆柱形入口区(41)，其轮廓超出各自的节圆，以及螺杆转子和各自的托架轴之间的刚性连接部(17a)，由此，可以看到位于SE.z＝L.ges的出口侧横截面处的螺杆转子和托架轴之间的第二刚性连接部(17b)，以及冷却流体通道。其他横截面图中示出了用于内部转子的冷却装置(8和9)和用于壳体的冷却装置(12)。这里，外部同步通过正齿轮(14和15)提供的，由此，在双齿转子中，齿轮侧安装部(13)的外直径大于同步齿轮(14)的外直径，以允许双齿螺杆转子(2)的旋转单元完整地安装，并允许螺杆压缩机的平衡以及只有在平衡后才进行的后续安装。
图2示出本发明的具有压缩机壳体(1)的单个横截面的放大视图的实例，转子对由双齿螺杆转子(2)和三齿螺杆转子(3)构成，其具有用于转子对和用于压缩机壳体(1)的完整的流体冷却系统，并且在该横截面中，工作腔室的横截面面积(40)的尺寸变化使得下一个横截面通过减小工作腔室的容积的容量而出现内部压缩。
图3中的横截面图示出了用于齿廓设计的参考编号。因此，双齿螺杆转子(2)的节圆半径(6)始终为轴距a的40％，三齿螺杆转子(3)的节圆半径(7)对于所有横截面始终为该a值的60％。作为优选的对称的齿廓设计(为了更好的平衡性能)，在双齿螺杆转子中摆线齿廓(38)共出现了四次，而在三齿螺杆转子中齿廓(39)共出现了六次。通过改变齿顶圆半径R.2(z)和R.3(z)以及头部轮廓ga.K2(z)的齿距角，这些齿廓发生变化。工作腔室的形成是通过管理双齿螺杆转子(2)的四个齿距角端点E.2a、E.2.b、E.2.c和E.2.d通过M.2-M.3中心到中心的连接线来控制的。
图4示出本发明的一个实施例的整个螺杆压缩机的截面图，双齿转子(2)具有两个不相等的锥角ga.G2.ke1和ga.G.2.ke2，双齿转子(2)具有转子长度段L.zyl以及L.2.ke1和L.2.ke2，入口(18)和出口(19)之间的总长度为L.ges。图中示出了通过正齿轮对(14和15)同步的转子对，以及内部转子的冷却装置(8和9)，冷却装置包括冷却流体源(22)和用于壳体的流体冷却装置(12)。
图5示出本发明的螺杆转子对的横截面的一个实施例，以解释所建立的热平衡，因为必须实现在转子纵向轴线方向上的设计参数，如转子头部轮廓(34)的齿距角和每个转子(2和3)的齿顶圆半径(30和31)，以使得双齿转子(2)的转子平均温度相对于三齿转子的转子平均温度偏离小于25％，更好的是小于10％。为了这个目的，根据热力学热平衡计算中的指示热流箭头，通过在输送气体侧(24，25和28)的热吸收、材料中的热传导，以及经由冷却流体的散热(26，27和29)，确定并比较每个组件的温度，以及确定并相互比较每个组件的工作腔室区域AK.ij，AK.ji，AK.ii和AK.jj。通过迭代参数的适应，特别是对于冷却流体的参数，如冷却剂的质量流量和冷却剂的温度水平，核心组件的组件温度差可以最小化，核心组件即转子2和转子3以及外壳，这样螺杆压缩机的可靠性得到提高，因为以最小的温度差，间隙的热缩减的风险得以避免。
图6具体示出了图4内容的一部分，即螺杆转子的齿顶圆弧的凹槽(35)的具体设计，优选地，在制造转子时，这些凹槽通过车床车削而成，作为齿顶圆的螺旋循环凹槽，以增加壳体到转子头部的泄漏流体的流动阻力，从而减少内部泄漏。
在图3和图5的横截面中，示出了形成工作腔室的轮廓线，即(36.F)和(38)以及(37.F)和(39)，工作腔室用于运输输送介质，对于螺杆转子对涉及冷却剂接触散热线(26)和(27)，作为直管段。在每个螺杆转子中，这种关系沿转子的纵向轴线方向变化，这样当压缩开始时，在工作腔室侧的轮廓线比在冷却剂侧的轮廓线长，并且每个工作腔室越接近出口，冷却剂侧的轮廓线就越长，而工作腔室侧的轮廓线就越短。根据本发明，螺杆转子(至少正压力的应用)必须设计为使得在出口侧，从而在压缩端，冷却剂侧轮廓线比工作腔室侧的轮廓线长。
根据本发明，由螺杆转子对形成的工作腔室容积在入口和出口之间减小。工作腔室的最大容积与最小容积之商被称为内部压缩比П，其最初只是一个纯几何意义产生的数字。正如众所周知的，任何压缩机运行于其理想的工作点，“最后的”工作腔室恰好朝向出口打开之前，其通过内部压缩精确达到出口处的压力。
然而，在大多数的真空压力应用中，吸气压力的变化是由于抽空过程，这意味着必须找到内部压缩比П的折衷值。因为这个值对于多数真空压力应用是相对较低的(该值往往小于3)，如果根据本发明，对于大多数真空螺杆压缩机该值是足够的，内部压缩比仅通过增加具有恒定半径值的节距来实施，因此，对于许多的真空压力应用，至少一个螺杆转子被设计为具有简单的圆柱直径。
与双齿螺杆转子相关的包角优选为大于1160度，有利地大于1700度，甚至更有利地大于2600度，对于特别高的压缩要求，包角甚至大于3500度。优选地，转子头部的平均圆周速度在至少45米/秒的范围，然而有利地为高于60米/秒，为了更好的效果则要大于80米/秒。在横截面中，两个螺杆转子具有圆弧部(36.K和36.F，以及37.K和37.F)和摆线齿廓面(38和39)。在双齿螺杆转子(2)中，摆线齿廓面基本高于其轮齿节圆(6)并且是凸状的，即球根状突出。在三齿螺杆转子(3)中，摆线齿廓面基本低于其轮齿节圆(7)并且是凹状的，即凹陷的。在这两种情况下，基本是指至少80％的轮廓深度，其中，轮廓深度是双齿螺杆转子(2)或三齿螺杆转子(3)的齿顶圆和齿根圆之间的距离。
在入口区，只有轻微的输送气体的压力差，并且每转输送最大可能容积。这意味着，入口区允许更高的值，因为更高的值以及由此而来的高吸入能力对于大的横截面是有利的。
在出口区，由于所谓的“内部压缩比”工作腔室容积变小，并且存在较大的压力差，使得转子以尽可能紧密的方式配对，即以最小的值(理想状态为零)，使内部泄漏回流最小化。
在壳体交点边缘与转子对啮合线之间引入气孔距离尺寸。该气孔距离尺寸的值优选约为轴距值的5％至10％，由此，在纵向轴线方向的情况如下：在入口区，气孔距离尺寸优选为大于轴距的5％。因此，仅当压力差适当时，吸入容积增大。在出口区域，气孔距离尺寸优选为小于轴距值的5％。因此，实现了必要的压缩能力，内部泄漏也相应地最小化。优于5％为3％，甚至更有利的是2％。
有利的是，在压缩长度的至少50％(见于朝向出口的输送方向)，气孔距离尺寸小于轴距值的5％。
有利的是，双齿螺杆转子的齿廓面完全高于其节圆，三齿转子的齿廓面完全低于其节圆。
压缩长度定义为转子纵向轴线(通常为笛卡尔坐标中的z轴)方向上的长度，在该长度方向上，工作腔室容积的尺寸减小，这意味着产生了所谓的“内部压缩”，以及通过转子圆锥形的内部冷却的压缩热损耗。压缩长度等于整个转子长度的主要部分：只在吸入侧，具有形成工作腔室并产生吸入容积的输入长度。
啮合线是两个螺杆转子的所有啮合点所确定的位置。
壳体交点边缘是压缩机壳体中两个转子齿顶圆的所有交点组成的线。始终存在彼此相对的两个壳体交点边缘。
参考标号列表
1.具有外部冷却散热片(优选以螺旋方式包裹压缩机壳体)的压缩机壳体
2.双齿螺杆转子，简称为“转子2”，其总包角为PHI.2
3.三齿螺杆转子，简称为“转子3”
4.转子2的托架轴
5.转子3的托架轴
6.转子2的轮齿节圆，其半径为r.2
7.转子3的轮齿节圆，其半径为r.3
8.根据WO 00/12899用于转子2的内部转子流体冷却
9.根据WO 00/12899用于转子3的内部转子流体冷却
10.转子2中可选的用于内部转子流体冷却的细长凹部
11.转子3中可选的用于内部转子流体冷却的细长凹部
12.根据PCT/EP2008/068364用于压缩机壳体的流体冷却
13.用于任一螺杆转子的安装部
14.用于转子2的同步齿轮
15.用于转子3的同步齿轮
16.在每个托架轴上的冷却剂进入钻孔
17.所有螺杆转子托架轴上的连接部，优选为：
17.a入口侧的连续连接部
17.b出口侧连接部，其具有冷却剂通道开口，优选为纵向凹槽
18.输送介质的入口腔室
19.输送介质的出口腔室
20.具有螺杆转子轴承支架的入口轴承托架
21.具有螺杆转子轴承支架的出口轴承托架
22.向每个托架轴的每个冷却剂进入钻孔的冷却剂源
23.作为冷却剂的冷却流体
24.转子2输送气体侧的热吸收表面
25.转子3输送气体侧的热吸收表面
26.转子2的冷却剂接触散热表面
27.转子3的冷却剂接触散热表面
28.间隙流中的热平衡
29.通过压缩机壳体的散热
30.双齿螺杆转子中转子纵向轴线方向上位置z的横截面处的转子齿顶圆半径，简称为R.2(z)
31.三齿螺杆转子中转子纵向轴线方向上位置z的横截面处的转子齿顶圆半径，简称为R.3(z)
32.双齿螺杆转子中转子纵向轴线方向上位置z的横截面处的转子的齿顶圆圆弧的圆心角，简称为ga.KB2(z)
33.转子纵向轴线方向上位置z的横截面处压缩机壳体交点边缘的转子2的开度角，简称为ga.G2(z)
34.在双齿螺杆转子中转子纵向轴线方向上位置z的横截面上，转子头部轮廓的齿距角，简称为ga.K2(z)
35.双齿和/或三齿螺杆转子的齿顶圆圆弧上的凹槽
36.横截面侧转子齿廓的圆弧部：
36.K齿顶圆圆弧部，双齿螺杆转子上出现两次
36.F齿根圆圆弧部，双齿螺杆转子上出现两次
37.横截面侧转子齿廓的圆弧部：
37.K齿顶圆圆弧部，三齿螺杆转子上出现三次
37.F齿根圆圆弧部，三齿螺杆转子上出现三次
38.摆线齿廓面，双齿螺杆转子上出现四次
39.摆线齿廓面，三齿螺杆转子上出现六次
40.对于转子纵向轴线方向上位置z的横截面上工作腔室的横截面面积
41.入口区，螺杆转子对的圆柱形的外直径值
30.在双齿螺杆转子中转子纵向轴线方向上位置z的横截面处的转子齿顶圆半径，简称为R.2(z)，特别地：
R.2K(z＝0)＝R.2K.in＝0.5·D.2K.in(即，始于气体入口的z)
R.2K(z＝Lges)＝R.2K.out＝0.5·D.2K.out(即，终于气体出口的z)
31.在三齿螺杆转子中转子纵向轴线方向上位置z的横截面处的转子齿顶圆半径，简称为R.3(z)，特别地：
R.3K(z＝0)＝R.3K.in＝0.5·D.3K.in(即，始于气体入口的z)
R.3K(z＝Lges)＝R.3K.out＝0.5·D.3K.out(即，终于气体出口的z)。

Claims (23)

1.螺杆压缩机，其运行于工作腔室中，没有工作流体介质，作为双轴旋转位移机，在真空压力和正压力应用中输送并压缩气体介质，该螺杆压缩机具有螺杆转子对，其在位于压缩机工作腔室外部、周围压缩机壳体(1)内的外部同步装置的驱动下具有一定的旋转角度并反向旋转，周围压缩机壳体(1)设有用于输送介质的入口(18)和出口侧的出口腔室(19)，其特征在于，两个螺杆转子设有不同数目的齿，由此，该螺杆转子对由相互非接触啮合的双齿螺杆转子(2)和三齿螺杆转子(3)，其中与双齿螺杆转子相关的包角至少为800度，由此，螺杆转子以高速旋转，从而使转子头部平均圆周速度达到至少30米/秒的范围，两个螺杆转子的横截面都设有圆弧部(36.K和36.F，以及37.K和37.F)和摆线齿廓面(38和39)，在双齿螺杆转子(2)中摆线齿廓面高于轮齿节圆(6)并具有凸状设计，在三齿螺杆转子(3)中摆线齿廓面低于其轮齿的节圆(7)并具有凹状设计，即凹陷的。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，入口侧的所述工作腔室的容积大于排放出口侧的所述工作腔室的容积。
3.根据权利要求2所述的螺杆压缩机，其特征在于，入口侧的所述横截面的横截面面积(40)大于出口侧的横截面，这通过在至少一个螺杆转子中，所述转子的纵向轴线方向上，齿顶圆半径(30或31)的单调减小3％至20％，以及各自啮合的齿根圆半径的相应增加来实现的。
4.根据权利要求2或3所述的螺杆压缩机，其特征在于，在所述转子纵向轴线方向上所述转子对的主轴螺距(m(z))减小，使得在入口(18)处的主轴螺距比出口腔室(19)处的主轴螺距大1.5倍至4倍。
5.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，随着所述转子的外直径(30和31)的变化，每个螺杆转子(2和3)形成了圆锥形外形，其中每个螺杆转子具有至少一个直角齿锥值。
6.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，在入口区，齿廓面(38和39)被设计为使得在三齿螺杆转子(3)中，齿廓面(39)在长度方向上延伸并高于其节圆(7)，这意味着根据轮齿系统，双齿螺杆转子(2)中的齿廓面(38)也必须在长度方向上延伸并低于其节圆(6)。
7.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，螺杆转子(2和3)都设有锥形内部转子流体冷却系统(8和9)并且利用其通过冷却剂流体(23)运行。
8.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，压缩机壳体(1)也设有用于散热的流体冷却系统(12)，其利用用于螺杆转子(2和3)的内部转子流体冷却系统(8和9)运行，形成共同的循环。
9.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，在所述转子的纵向轴线方向上，转子头部轮廓(34)的齿距角和每个螺杆转子(2和3)的齿顶圆半径(30和31)，被设计成使得双齿螺杆转子(2)的转子平均温度相对于三齿螺杆转子(3)的转子平均温度的偏离小于25％。
10.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，在各自的内部转子冷却锥形钻孔上，轮廓对称地设置细长的凹部(10和11)，使得这些凹部低于各自的螺杆转子齿。
11.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，在双齿螺杆转子的每个横截面上转子的齿顶圆圆心角(32)大于转子(2)中各自压缩机壳体的开度角(33)。
12.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，在双齿螺杆转子(2)中，齿轮侧的转子安装部(13)的外直径大于双齿螺杆转子的同步齿轮(14)的外直径。
13.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，不同齿廓(36、37、38和39)的制造工艺，通过在车床上沿转子纵向轴线方向旋转单个的点序列螺旋线相继完成，这些不同轮廓在结合后最终形成外部齿廓面。
14.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，每个螺杆转子(2和3)通过连接部(17，17.a和17.b)刚性地安装在各自的托架轴(4和5)上，并且螺杆转子齿廓(36、37、38和39)的生产或加工只需随后实施。
15.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，螺杆转子对(2和3)由铝合金，并且所述压缩机壳体(1)也由铝合金制成。
16.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，两个螺杆转子(2和3)的所有齿顶圆圆弧(36.K和37.K)都设有至少一个凹槽(35)。
17.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，在正压力应用中，所述螺杆转子对的出口侧横截面上的冷却剂接触线(26和27)比输送介质侧的工作腔室线(36.F和38和37.F和39)大5％至100％。
18.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，三齿螺杆转子的正压力的应用中，存在齿顶圆半径值(31)加快减小的中间区域，其值大于三齿螺杆转子的节圆(7)的半径，在入口(18)处具有圆柱形开端，并在螺杆转子泵螺杆的总长度的前半段沿出口腔室(19)的方向上连续单调减小。
19.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，实际的转子头部轮廓具有平坦且曲率恒定的外形。
20.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，每个螺杆转子的横截面具有对称的设计，使得在每个横截面中轮廓面的重心位于各自转子的枢轴点(M.2或M.3)。
21.根据权利要求2所述的螺杆压缩机，其特征在于，入口侧的所述横截面的横截面面积(40)大于出口侧的横截面，这通过在两个螺杆转子中，所述转子的纵向轴线方向上，齿顶圆半径(30或31)的单调减小3％至20％，以及各自啮合的齿根圆半径的相应增加来实现的。
22.根据权利要求5所述的螺杆压缩机，其特征在于，每个螺杆转子在所述入口区设有圆柱形区(41)，其转子头部具有恒定的外直径。
23.根据权利要求8所述的螺杆压缩机，其特征在于，用于散热的流体冷却系统(12)通过冷却剂流体(23)运行，形成共同的循环。
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