CN106460515A - 一对协同运转的螺杆转子 - Google Patents

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Abstract

一对协同运转的螺杆转子包括凸形转子和凹形转子。所述凸形转子具有螺旋状延伸的凸齿和中间凹槽，所述凹形转子具有被构造成与所述凸形转子的螺旋状延伸的所述凸齿和所述中间凹槽互相啮合的螺旋状延伸的凸齿和中间凹槽。所述凹形转子具有限定节距圆的节距半径。所述凹形转子的各凹槽具有包括至少三个凹形部分的第一侧面。第一部分包括所述凹槽的径向最内点，或者设置成与所述凹槽的所述径向最内点紧邻。第二部分被成形为中心位于所述节距圆外部并且具有半径的圆弧。第三部分被成形为中心位于所述节距圆外部并且具有半径的圆弧。所述第三部分的所述半径大于所述第二部分的所述半径，所述第二部分的所述半径大于所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的径向距离。

Description

一对协同运转的螺杆转子
技术领域
本发明涉及用于容积式机器(诸如，旋转螺杆压缩机)的螺杆转子的领域。
背景技术
在本领域中已知用于旋转螺杆机器的螺杆转子。各转子具有螺旋延伸的凸齿和中间的凹槽，转子通过所述凸齿和所述凹槽互相啮合，一个转子是凸形转子，其中，在垂直于转子轴的剖面中的各凸齿具有均是大体凸形的前凸齿侧面和后凸齿侧面。另一个转子是凹形转子，其中，所述剖面中的各凸齿具有均是大体凹形的前凸齿侧面和后凸齿侧面。凸形转子和凹形转子的各凸齿具有在所述剖面中的不对称轮廓。
在本发明的转子所用于的那类的旋转螺杆机器中，通过两个转子在密封地包围这对转子的工作空间中互相啮合从而使可压缩介质压缩或膨胀，所述工作空间具有两个交叉的圆柱体形状。
决定这种机器的功能和效率是其转子的形状，更精确地，转子凸齿的侧面形状。
一般，在旋转螺杆压缩机中，在工作时，转子中只有一个是主动的并且向另一个(从动转子)传递转矩。常常，将诸如油或水的液体注入机器的工作空间中，所述液体在凸齿的侧面上形成膜，用于润滑、冷却和密封的目的。这些凸齿通过互相啮合进行协同运转并且被成形为在转子之间传递转矩并且密封机器的工作空间中的工作腔室。因此，设计凸齿轮廓时的重要方面是在转子之间实现接触带，接触带在这方面是最佳的。接触带应该针对材料和液体膜所暴露于的接触压力而言具有足够大小。当设计转子轮廓时，必须考虑接触带或密封线的总长度以及其他常见方面，诸如气孔、接触力、装载容积、热膨胀、振动的产生以及与制造相关的要求。对于轮廓而言，也存在一些数学限制。对于一些压缩机，某些方面比其他方面更重要，而对于其他压缩机，可存在为其他方面赋予优先权的原因。最佳轮廓常常代表与这些方面相关的不同需要之间的权衡，该权衡取决于其中哪些在实际情况下是最重要的。
由于旋转螺杆机器中的转子轮廓形状的决定重要性并且由于必须要考虑的各方面之间的复式加权，导致大量授权专利的重点是集中在轮廓，所有这些都是因为Lysholm在三十多年期间提出和获得的针对实际上可使用的这种第一旋转螺杆压缩机的专利。
专利文献中存在以下方式：根据专利所涉及的问题并且由于这些轮廓的复杂形状，限定转子轮廓。因此通过某些重要参数，通过轮廓的某些特征的范围，通过隐含地或以另一种方式限定轮廓的表达式，将这些轮廓定义为一系列特性、其组合。此外，可根据各种标准(诸如，对称或不对称轮廓和诸如，所产生的点或所产生的线)将轮廓划分成不同种类。
要理解，点产生是指转子中的任一个上的单个点在这两个转子中的另一个上产生较长部分，并且线产生是指一个转子上的该单个点只对应于这两个转子中的另一个上的一个单个点。点产生可能是不利的，因为转子中的一个上的产生点处的制造误差或磨损将沿着转子中的另一个上的整个产生部分裂开。线产生没有遭遇到这个问题，但另一方面可能增加拖拽损失和摩擦。
US 2423017公开了所谓“A轮廓”的一种不对称轮廓，该不对称轮廓是前侧面上产生的线和后高压侧面上产生的点。由于使用了在高压侧面上的反复额点产生，导致相比于早期轮廓，气孔大幅减小。此外，转矩传递特性是有利的。然而，一个问题是：由于该轮廓相对尖锐的拐角和闭合的形状，导致在制造工具中制造出该轮廓是困难的和/或成本高的。
US 4435139公开了所谓“D轮廓”的另一种不对称轮廓，该不对称轮廓更容易制造，但另一方面，在接触带提供不太有利的转矩传递特性和高表面压力。
US 5947713公开了所谓“G轮廓”的又一种轮廓，该轮廓的目的在于通过为这两个转子设置对应半径的弧形片段来解决高表面压力的问题。然而，该轮廓的特征还在于十分封闭并且因此制造可能是困难的和/或成本高的。
发明内容
本发明的目的是提供用于旋转螺杆机器的一对协同运转的转子，其中，在转子之间的接触带处的表面压力低，同时制造相对成本不高。
通过提供具有独立权利要求中的特征的一对协同运转的转子，根据本发明实现了这个和其他目的。在从属权利要求中限定了优选实施方式。
根据本发明，提供了一对协同运转的螺杆转子，该对协同运转的螺杆转子包括凸形转子和凹形转子。所述凸形转子具有螺旋状延伸的凸齿和中间凹槽，所述凹形转子具有被构造成与所述凸形转子的螺旋状延伸的所述凸齿和所述中间凹槽互相啮合的螺旋状延伸的凸齿和中间凹槽。所述凹形转子具有限定节距圆的节距半径。所述凹形转子的各凹槽具有包括至少三个凹形部分的第一侧面。第一部分包括所述凹槽的径向最内点。第二部分被成形为中心位于所述节距圆外部并且具有半径的圆弧。第三部分被成形为中心位于所述节距圆外部并且具有半径的圆弧。所述第三部分的所述半径大于所述第二部分的所述半径，所述第二部分的所述半径大于所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的径向距离。
换言之，在预定部分中，所述凹形转子的各凹槽具有可大体凹形的第一侧面，其中，所述预定部分垂直于所述凹形转子的旋转轴，所述第一侧壁具有至少三个凹形或大体凹形的部分。所述第一部分包括所述凹槽的径向最内点或者与所述凹槽的径向最内点紧邻设置。所述第二部分可被描述为具有曲率中心和曲率半径的圆形弧片段，其中，曲率中心在凹形转子的节距圆外部；所述第三部分可被描述为具有曲率中心和曲率半径的圆形弧片段，其中，曲率中心在凹形转子的节距圆外部。所述第三部分的曲率半径大于所述第二部分的曲率半径，所述第二部分的曲率半径大于所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的径向距离。
本发明是基于以下的了解：转子之间的凸-凹接触相对于表面压力和转矩传递特性是有利的，此外是基于以下的了解：可在通过给凹形转子的第一侧面设置至少三个凹形部分而制造成本相对不高的一对协同运转的螺杆转子中实现这种凸-凹接触，其中，所述第三部分的半径大于所述第二部分的半径，所述第二部分的半径大于所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的径向距离。具有这种几何性质的所述至少三个凹形部分导致所述凹形转子轮廓更敞开的形状，这使得转子更容易制造，同时实现了凸形转子和凹形转子之间的所期望的凸-凹接触。
要理解，所述凹形转子的各凹槽还包括与所述第一侧面相对的第二侧面。第二侧面不由本发明限定，可具有例如以上背景部分中讨论的A轮廓、D轮廓或G轮廓只能够使用的类型的已知几何形状。因此，根据轮廓选择，所述凹形转子的所述第二侧面可以是通过凸形转子产生的线或产生的点。
要理解，上述的所述凹形转子的所述第一侧面是在凸形传动的情况下的凹形转子的前侧面。在凹形传动的情况下，所述第一侧面是后侧面。
在第一实施方式中，所述第一部分被成形为中心位于所述节距圆上并且具有半径的圆弧。此外，所述第一部分的半径可对应于所述节距圆和所述凹槽的径向最内点之间的径向距离。此外，所述第一部分的中心可通过节距圆和贯穿所述凹形转子的中心和所述凹槽的径向最内点的直线来限定。在一实施方式中，所述凸形转子的各凸齿具有包括一个或至少一个大体凸形部分的第一凸齿侧面，所述一个或至少一个大体凸形部分至少部分通过所述凹形转子的所述至少三个凹形部分中的一个或更多个来产生的。所述一个或至少一个大体凸形部分可以是通过所述凹形转子来产生的线。
在第二实施方式中，所示凸形转子的各凸齿具有包括凸形部分的第一凸齿侧面，所述凸形部分被成形为中心位于所述凸形转子的所述节距圆上或内部并且具有半径的圆弧。换言之，在预定部分中，所述凸形转子的各凸齿可具有可大体凸形的第一凸齿侧面，其中，所述预定部分垂直于所述凸形转子的旋转轴，其中，所述第一凸齿侧面包括凸形部分，所述凸形部分是具有曲率中心和曲率半径的圆弧部分，其中，所述曲率中心在所述凸形转子的所述节距圆上或内部。所述凹形转子的所述第一部分是通过所述凸形转子的所述凸形部分来产生的。换句话讲，所述凹形转子的所述第一部分是所述凸形转子的所述凸形部分的包络。所述凹形转子的所述第一部分可以是产生的线。所述凸形转子的各第一凸齿侧面可包括一个或更多个附加凸形部分，所述附加凸形部分可通过所述凹形转子的所述第一侧面的所述第二和/或第三部分来产生的。所述一个或更多个附加凸形部分可以是通过所述凹形转子的所述第一侧面的所述第二和/或第三部分来产生的线。
在另一个实施方式中，所述第二部分被成形为中心位于沿着所述第一部分的法向方向从所述第一部分的端点径向延伸的直线上并且具有半径的圆弧。换句话讲，所述半径的中心位于沿着所述第一部分的限制线延伸的直线上。在所述第一部分被成形为中心位于所述节距圆上并且具有半径的圆弧的实施方式中，所述直线从所述第一部分的端点延伸通过所述节距圆与从所述转子的中心延伸通过所述凹槽的径向最内点的直线的交点。
在另一个实施方式中，所述第三部分被成形为中心位于沿着所述第二部分的法向方向从所述第二部分的端点径向延伸的直线上并且具有半径的圆弧。换句话讲，所述圆弧的中心位于沿着所述第二部分的限制线延伸的直线上。
在另一个实施方式中，所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分彼此紧邻地形成。换句话讲，所述第一部分和所述第二部分的端部或极限点重合，并且所述第二部分和所述第三部分的端点或极限点重合。
在另一个实施方式中，所述部分可连续地设置。换句话讲，所述第一部分包括所述凹槽的径向最内点，或者与所述凹槽的径向最内点紧邻设置，所述第二部分与所述第一部分相邻设置，所述第三部分与所述第二部分相邻设置，使得所述第二部分设置在所述第一部分和所述第二部分之间。
在另一个实施方式中，所述第二部分的所述半径是所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的所述径向距离的1.25至1.75倍，所述第三部分的所述半径是所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的所述径向距离的2至3倍。在所述第一部分被成形为中心位于所述节距圆上并且具有半径的圆弧的实施方式中，所述第二部分的所述半径是所述第一部分的所述半径的1.25至1.75倍，所述第三部分的所述半径是所述第一部分的所述半径的2至3倍。
在另一个实施方式中，所述凹形转子的各凹槽具有包括凹形或大体凹形部分的第二侧面，所述凸形转子的各凸齿具有第二凸齿侧面，所述第二凸齿侧面包括至少部分通过所述凹形转子的所述凹形或大体凹形部分产生的凸形或大体凸形部分。在另一个实施方式中，所述凸形转子的各凹槽具有包括凸形或大体凸形部分的第二侧面，所述凹形转子的各凸齿具有第二凸齿侧面，所述第二凸齿侧面包括至少部分通过所述凸形转子的所述凸形或大体凸形部分产生的凹形或大体凹形部分。要理解，可组合这两个实施方式，即，所述凸形转子的所述第二凸齿侧面的第一凸形或大体凸形部分是通过所述凹形转子的所述第二侧面的第一凹形或大体凹形部分来产生的，并且所述凹形转子的所述第二侧面的第二凹形或大体凹形部分是通过所述凸形转子的所述第二凸齿侧面的第一凸形或大体凸形部分来产生的。要理解，术语“第二侧面”或“第二凸齿侧面”是指与第一侧面或凸齿侧面具有相对关系的侧面或凸齿侧面，如在转子的旋转方向上看到的。
附图说明
现在，将参照示出本发明的当前优选实施方式的附图，更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中，
图1至图3示出根据公知技术的旋转螺杆压缩机，并且根据这些图说明功能原理，
图4示出已知G轮廓类型的一对螺杆转子，以及
图5示出根据本发明的一对螺杆转子的实施方式的凹形转子的一部分，以及
图6示出根据本发明的一对螺杆转子的另一个实施方式的凹形和凸形转子的一部分。
具体实施方式
在下面的描述中，描述了根据现有技术的已知螺杆转子还有本发明的实施方式。
图1至图3示出根据公知技术的旋转螺杆压缩机。该压缩机包括一对啮合的螺杆转子1、2，这对螺杆转子1、2在由两个端壁3、4和在所述端壁之间延伸的筒壁5限制的工作空间中操作，筒壁5具有与两个交叉圆柱的形状大体对应的内部形状，如可在图2中看到的。
各转子1、2具有沿着整个转子螺旋状延伸的多个凸齿和中间凹槽。一个转子1属于各凸齿的主要部分位于节距圆外部的凸形转子类型，另一个转子属于各凸齿的主要部分位于节距圆内部的凹形转子类型。凹形转子一般具有比凸形转子1多的凸齿，常见凸齿组合是4+6。通过入口端口8允许低压空气或气体进入压缩机的工作空间中，然后将其在形成在转子和工作空间的壁之间的V形工作腔室中进行压缩。随着转子旋转，各腔室前进到图1中的右边，并且在已经切断了与入口端口8连通之后，在其周期的后一阶段期间，工作腔室的容积将持续减小。由此，空气或气体将被压缩，压缩后的空气或气体通过出口端口9离开压缩机。内部压力比率将通过内部容积比率(即，就在已经切断了其与入口端口8的连通之后工作腔室的容积和当它开始与出口端口9连通时工作腔室的容积之间的关系)来确定。
在图3中示意性示出压缩周期，图3示出在平面上形成的筒壁，竖直线代表两个尖端，即，形成工作空间的筒相交所遵循的线。倾斜线代表在凸齿顶部和筒壁之间创建的密封线，随着转子旋转，这些线在箭头C的方向上前进。带阴影区域A代表就在工作腔室已经被与入口端口8切断之后的工作腔室，带阴影区域B代表已经开始朝向出口端口9敞开的工作腔室。如可看到的，各腔室的容积在腔室与入口端口8连通时的填充阶段期间增大，此后减小。
在图4中，示出已知G轮廓型的一对螺杆转子。转子如箭头所指示地旋转，凸形转子是主动转子。凸形转子凸齿的前侧面具有是圆弧的轮廓片段11。在凹形转子凸齿的后侧面上，即，在凹形转子凹槽的前侧面上，对应的圆弧侧壁片段10与凸形转子凸齿7的圆弧侧面片段11协同运转，使得形成接触带，转矩通过接触带从凸形转子1传递到凹形转子2。在图4中，对于凸形传动，示出当圆弧片段10、11彼此接触时的啮合位置。如可在图中看到的，节距圆处的凹形转子凹槽的前侧面的切线与通过转子中心绘制的径向线形成非常小的角度α1。凹槽的后侧面的对应角度α2也非常小。因此，轮廓具有闭合特征，使得难以在制造工具中进行制造，从而需要切割工具在其外部部分处具有大体平行边缘。切割机的这种形状引起其高磨损，并且必须在每次重新磨尖期间被磨掉。由于可能的重新磨尖的数量有限，因此工具成本将是转子最终成本中的绝大部分。
图5示出根据本发明的一对螺杆转子的实施方式的凹形转子的一部分。凹形转子如箭头所指示地旋转，由凸形转子(未示出)驱动。在该图中，示出两个螺旋状延伸凸齿和中间的凹槽。凹形转子具有相对于凹形转子的中心OF限定节距圆CFP的节距半径RFP。图示的凹槽具有包括至少三个凹形部分12、13、14的第一或前侧面。部分12、13、14彼此连续地紧邻形成。第一部分12包括凹槽的径向最内点16。第一部分被成形为半径为R1的圆弧，其中心O1位于节距圆上。R1等于节距圆和凹槽的径向最内点之间的径向距离R。通过节距圆和贯穿转子中心和凹槽的径向最内点16的直线的交叉来限定中心O1。第二部分13被成形为半径为R2的圆弧，该圆弧的中心O2位于节距圆外部。中心O2位于从第一部分的端点17延伸通过O1的直线上，与凹槽相距距离R2。在端点17和O1之间延伸的直线还可被描述为第一部分的限制线。第三部分14被成形为半径为R3的圆弧，该圆弧的中心O3位于节距圆外部。中心O3位于从第二部分的端点18延伸通过O2的直线上，与凹槽相距距离R3。在端点18和O2之间延伸的直线还可被描述为第二部分的限制线。如可在图中看到的，第三部分的半径大于第二部分的半径，第二部分的半径大于第一部分的半径。有利地，第二部分的半径是第一部分的半径的1.25至1.75倍，第三部分的半径是第一部分的半径的2至3倍。图示的凹槽还具有与包括凸形部分15的第一侧面相对的第二侧面。可通过凸形转子的对应部分来产生部分15。
图6示出根据本发明的一对螺杆转子的另一个实施方式的凸形转子和凹形转子的一部分。在该图中，示出凹形转子的具有两个螺旋状延伸凸齿和中间凹槽的一部分和凸形转子的具有两个螺旋状延伸凸齿和中间凹槽的一部分。凸形和凹形转子被图示为彼此相距一距离，然而，要理解，在使用时，这两个转子基本上在至少一个点彼此接触，即，具有非常紧密的间隙以避免泄漏。转子如箭头所指示地旋转，凸形转子是主动转子。
凹形转子具有限定节距圆CFP的节距半径RFP。图示的凹槽具有包括至少三个凹形部分112、113、114的第一或前侧面。部分112、113、114彼此连续地紧邻形成。第一部分112包括凹槽的径向最内点116。第二部分113被成形为半径为R2的圆弧，该圆弧中心O2位于节距圆外部。中心O2位于沿着第一部分的法向方向从第一部分的端点117延伸的直线上，与凹槽相距距离R2。第三部分114被成形为半径为R3的圆弧，该圆弧的中心O3位于节距圆外部。中心O3位于从第二部分的端点18延伸通过O2的直线上，与凹槽相距距离R3。如可在图中看到的，第三部分的半径大于第二部分的半径，第二部分的半径大于节距圆和所述凹槽的径向最内点116之间的径向距离R。有利地，R2是R的1.25至1.75倍，并且R3是R的2至3倍。
图6还示出凸形转子的凸齿的第一或前侧面，第一或前侧面包括至少三个基本上凸形部分119、120、121。部分119、120、121彼此连续地紧邻形成。第一部分119被成形为半径为R1的圆弧，该圆弧的中心与凸形转子的中心OM重合，因而在凸形转子的节距圆CMP的内部。凹形转子的第一部分112是通过凸形转子的第一部分119产生的，即，是凸形转子的第一部分的包络，而凸形转子的第二和第三部分120、121分别是通过凹形转子的第二和第三部分113、144产生的。
虽然已经示出和描述了本发明的示例性实施方式，但本领域的技术人员应该清楚，可进行多种改变和修改。要理解，以上对附图的描述和附图将被视为其非限制性实施例并且本发明的范围由专利权利要求书限定。

Claims (13)

1.一对协同运转的螺杆转子，该对协同运转的螺杆转子包括：
-凸形转子，该凸形转子具有螺旋状延伸的凸齿和中间凹槽；以及
-凹形转子，该凹形转子具有被构造成与所述凸形转子的螺旋状延伸的所述凸齿和所述中间凹槽互相啮合的螺旋状延伸的凸齿和中间凹槽；
其中，所述凹形转子具有限定节距圆(CFP)的节距半径(RFP)，并且其中，所述凹形转子的各凹槽具有包括至少三个凹形部分的第一侧面，并且其中第一部分包括所述凹槽的径向最内点，并且其中第二部分被成形为中心位于所述节距圆外部并且具有半径(R2)的圆弧，其中第三部分被成形为中心位于所述节距圆外部并且具有半径(R3)的圆弧，所述第三部分的所述半径(R3)大于所述第二部分的所述半径(R2)，所述第二部分的所述半径(R2)大于所述节距圆与所述凹槽的所述径向最内点之间的径向距离(R)。
2.根据权利要求1所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第一部分被成形为中心位于所述节距圆上并且具有半径(R1)的圆弧。
3.根据权利要求1所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述凸形转子的各凸齿具有包括凸形部分的第一凸齿侧面，所述凸形部分被成形为中心位于所述凸形转子的所述节距圆上或内部并且具有半径的圆弧，并且其中，所述凹形转子的所述第一部分是通过所述凸形转子的所述凸形部分来产生的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第二部分被成形为中心位于从所述第一部分的端点沿着所述第一部分的法向方向径向延伸的直线上并且具有半径(R2)的圆弧。
5.根据前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第三部分被成形为中心位于从所述第二部分的端点沿着所述第二部分的法向方向径向延伸的直线上并且具有半径(R3)的圆弧。
6.根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求4或5所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第一部分的所述中心是由所述节距圆与贯穿所述凹形转子的中心和所述凹槽的所述径向最内点的直线的交叉来限定的。
7.根据权利要求6所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第一部分的所述半径对应于所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的径向距离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分彼此紧邻地形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分是连续设置的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述第二部分的所述半径(R2)是所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的所述径向距离(R)的1.25至1.75倍，并且其中，所述第三部分的所述半径(R3)是所述节距圆和所述凹槽的所述径向最内点之间的所述径向距离(R)的2至3倍。
11.根据从属于权利要求2的前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述凸形转子的各凸齿具有包括大体凸形部分的第一凸齿侧面，所述凸形部分至少部分是通过所述凹形转子的所述至少三个凹形部分来产生的。
12.根据从属于权利要求3的前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述凸形转子的各凸齿具有包括大体凸形部分的第一凸齿侧面，所述凸形部分至少部分是通过所述凹形转子的所述第二部分和所述第三部分来产生的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的一对协同运转的螺杆转子，其中，所述凹形转子的各凹槽具有包括大体凹形部分的第二侧面，所述凸形转子的各凸齿具有第二凸齿侧面，所述第二凸齿侧面具有通过所述凹形转子的所述大体凹形部分产生的大体凸形部分。
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