CN1070105C - 螺旋式压缩机所用转子的生产方法和由此生产的转子 - Google Patents

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Abstract

一种利用标准模型技术制造螺旋式压缩机所用转子的方法，包括以下各步：a)通过从标准转子坯中去除材料，从而制成一个具有螺旋式转子齿和齿根区形状的标准转子；b)通过填满标准转子的形状，从而制成一个阴模坯；c)通过修正由齿根区在步骤b)形成的凸起部分而从阴模坯中去除材料，从而制成一个阴模；d)在阴模的轮廓内填满松散的转子材料，并使它们固化；和e)从模中分离出转子。本发明还涉及由前述方法制成的转子。

Description

螺旋式压缩机所用转子的生产方法和由此生产的转子
本发明涉及一种螺旋式压缩机所用转子的生产方法，和用这种方法生产的转子。
为了生产螺旋式压缩机的转子，除机械加工技术之外，还利用了标准模技术，其中，转子是通过将阳模填满一种合适的转子材料而制成。利用“标准模技术”或“标准模压塑”两个概念来定义一种方法，其中，第一模是由松散的材料通过产生材料(初始形状)所需的附力而制成的。标准模技术的例子是一个铸造工艺，其中，标准模中填满了材料。DE 4035534A1中介绍了一种具体用于制造转子的标准模技术。根据这种方法，用于螺旋式压缩机的转子是用增强纤维合成材料通过将这种增强纤维合成材料的盘堆积在一个阴模的空穴中，用热和压力将它们连接到一起的方法来制成的。
这种阴模还可以用一种标准模技术来制成，一个标准模技术的轮廓就是其中一个代表。标准模的形状和要制造的转子形状相一致。
由于对一种标准模技术的双重使用，插入螺旋式压缩机内的转子的形状取决于标准转子。通常标准模是用机械加工法制成。然而，制造转子的工具，例如，刨床或磨床，它们将生成齿的三维曲面，在使用时需要有开口部分。为了形成齿根区，目前圆滑的深陷部分需要用一种进入沿与转子轴同轴方法延伸的圆柱形外表面的工具而形成，这种圆滑的深陷部分对允许使用用于形成齿侧的工具是非常必要的。
当一个包含有这种圆滑深陷部分的转子和一个第二级转子一起插入一个螺旋式压缩机中，二级转子的齿的尖端上有边缘，它在啮合过程中与圆滑的深陷部分相啮合。另一方面，不可能影响转子之间的充分密封。然而，二级转子的边缘扩大了转子直径以及包含二级转子的气缸部分的直径。上述气缸部分和边缘的圆滑部分直径的扩大损坏了在两个转子之间的啮合区的密封特性。在转动过程中，在转子的齿在各自在截面上进入相互接触之前，一个称为漏气孔(blow-hole)位于它们之间，它使压缩气体回流到低压侧。
所以，由制造条件所决定的转子形状将导致回流损失，它又会使螺旋式压缩机的效率降低。
本发明的一个目的是通过使用一种直接的加工方法生产复杂几何形状的转子。
提供一种利用标准模型技术制造螺旋式压缩机所用转子的方法，包括以下各步：
a)通过从标准转子坯中去除材料，从而制成一个具有螺旋式转子齿和齿根区形状的标准转子；
b)通过填满标准转子的形状，从而制成一个阴模坯；
c)通过修正由齿根区在步骤b)形成的凸起部分而从阴模坯中去除材料，从而制成一个阴模；
d)在阴模的轮廓内填满松散的转子材料，并使它们固化；和
e)从模中分离出转子。
另外，提供一种为插在螺旋式压缩机内并在其上有多个螺旋式齿的转子制造阴模的方法，包括以下各步：
a)通过从标准转子坯中去除材料，从而制成一个具有螺旋式转子齿和齿根区形状的标准转子；
b)通过填满标准转子的形状，从而制成一个阴模坯；
c)通过修正由齿根区在步骤b)形成的凸起部分而从阴模坯中去除材料。
还有一个螺旋式压缩机所用的转子，其包含一个通过标准模技术制成的螺旋体和多个形成于其上的螺旋式齿，其特征在于，在齿之间的齿根区内有连续圆柱外表面，它们分别和至少一个齿侧一起形成至少一个螺旋线。
为了提供一种高效率的螺旋式压缩机，需要根据流动和密封方式来优化设计转子。然而，这只有在几何形状优化的转子能通过工业生产工艺来生产时才能实现。本发明目的的实现，一方面基于转子的改进的几何形状的概念，另一方面基于制造方法，它允许大批量地生产这种转子。在这方面，制造方法和相应转子是形成本发明成型概念的两个不同方面。
通过使用标准模生产的转子的几何形状取决于标准模的几何形状。通过使用标准模使得标准模的形状在转子生产过程中得到并直接复制。所以，通过改变阴模的几何形状，可以确定所得到的转子的几何形状。例如，如果测得转子产生一个不利的流动现象或者为了改进流动现象来改变转子形状，可以改变阴模的几何形状来优化转子的几何形状。所以，通过对阴模进行正确处理，可以生产出与以前产品序列相比更为准确的转子。
流动和密封行为具体地取决于一级转子螺旋式齿的齿根区的形状。和一级转子相啮合的二级转子在其齿的尖端必须有相应的圆柱形外表面。由于一级转子的新颖的几何形状，所以可使用一个直径小且在齿尖端没有圆滑部分的二级转子。这样做可实现首先使围绕二级转子的气缸部分能更密封地包含着两个转子的啮合区，其次使在两个转子的啮合过程中当齿相互啮接时漏气孔关闭得更快。所以，通过使用这种新颖形状的一级转子和二级转子，由气缸和转子确定的漏气孔在时间和空间上都减小了，这都降低了回流损失。通过用标准模技术生产转子，使得复杂几何形状转子的高精度、高可靠性和低成本的再生产成为可能。
另一个优点在于二级转子的齿尖和包含二级转子的气缸部分之间的密封得到改进。齿尖的圆柱形外表面比现有技术所用的圆滑边缘提供了更好的密封效果。
根据本发明，提供了一种方法，其中，在形成阴模时考虑到了要改进插入压缩机中的转子的几何形状。首先，在这方面，通过从一个标准模坯中取出材料从而制成复制螺旋齿形状的标准转子的。然而，这种标准转子还包括做成的转子所需要的几何形状，它仍需要修正。在标准转子本身上也能进行相应的修正处理。然而，根据本发明的方法，这种修正处理是通过从阴模坯中取出材料来实现的，从而使阴模上具有用于生成互补修正区的深陷部分。当这种修正过的阴模中填满了合适的转子材料时，将形成带有凸起部分的转子，该凸起部分与阴模的上述深陷部分相对应。通过的几何形，这种带凸起部分的转子改进了转子特性。
最好，阴模坯要进行内部转动处理，通过这种转动处理，可以生成模型区，它在阳转子的制造过程中将形成沿转子整个长度连续延伸的圆柱形外表面。这种连续性保证了一级转子和二级转子之间的可靠密封。
下面将参考附图详细介绍本发明的优选实施例，这些附图包括：
图1是一发明制成的转子的截面图，同时还示出了一个附属第二转子，它们形成一个转子对，放入压缩机气缸内；
图2和图1相似，示了现有技术的一对转子；
图3是个平面图，它是图2所示的一对转子沿图中Ⅲ-Ⅲ线的局部剖视图；
图4a到图4c是图2所示一对转子，在不同转动位置的放大图；
图5a到5c是图4a到图4c所示状态的截面简图；
图6a到6c图1所示是一对转子在不同转动位置的放大图；
图7示出了由图1所示的转子和气缸确定的漏气孔；
图8示出了由图2所示的转子和气缸确定的漏气孔；
图9是图1所示的一对转子在一个进一步啮合位置的截面图；
图10是图9的放大图；
图11示出了用于形成图1所示的两个转子中的一个转子的标准转子；
图12示出了一个阴模的毛坯，该阴模几何形状取自参考图11所示的标准转子；
图13示出了对图12所示的阴模进行内部转动处理而成的一个阴模；和
图14示出了用图12所示的阴模而制成的一个转子。
图1示出了一个螺旋式压缩机16，它包括一个根据本发明制成的转子10，它起着一级转子的作用，它和另一个起二级转子作用的转子12一起支撑在同一个气缸14中。这两个转子10和12在气缸14内相互啮合，所以气体沿轴向传送并被压缩。一级转子上有五个齿18，它们沿其周向等距布置，并且沿一级转子10的长度成240°的角度绕。与一级转子10啮合的二级转子12上有6个齿20，它们沿二级转子12的长度成180°的角度绕制。
在气缸14内，两个转子10、12分别由一个第一和第二气缸部分22和24围拢，这样就使一级转子10的齿18的齿侧34、36和二级转子12的齿20的齿侧分别和上述第一和第二气缸部分22、24一起形成气缸工作容量室26a到26h。在螺旋式压缩机16的卸压口前面的区域内，一级转子10的各个齿18的齿侧34、36和二级转子12的各个齿20的齿侧在它们之间形成了一个排气室28。另外，在入口前面形成了一个吸气室30。
所示螺旋式压缩机16的效率基本上取决于气缸工作容量室26a到26h、排气室28和吸气室30的密封度，相互啮合的啮18、20的密封方式对螺旋式压缩机16的效率有很大影响。
为了解释密封和流动状况，图2到图5以及图8示了现有技术的螺旋式压缩机116。这种现有的螺旋式压缩机116和带有改进的转子10的螺旋式压缩机16在转子的详细设计方面上不同。为了介绍起来更加简单，螺旋式压缩机116中与螺旋式压缩机16中相同的部分用图1中数字加上100的方式来表示。
图3示出了气缸工作容量室26a到26h的立体结构。气缸工作容量室126a到126h是由一级转子110和二级转子112的齿118、120的齿侧134、136与各自气缸部分122、124一起形成的。气缸工作容量室126a到126h沿着螺旋路径，并且部分延伸过转子110、112的整个长度。因为在操作过程中，转子110，112沿相反方向转动，各个室的容积不断地变化，同时，齿侧134,136周期性地变化将连续地确定气缸工作容量室126a到126h、排气室128和吸气室130。在每一个连续时间里，两个气缸工作容量室分别接合在一起形成一个排气室，在压缩气体排出以后，两个排气室又将打开从而形成一个吸气室。接着，齿侧将形成两个独立的气缸工作容量室。
例如，如果图2所示的两个转子110和112沿箭头A和箭头B指示的方向转动几度，气缸工作容量室126a到126h结合在一起形成了一个排气室。同时，现有排气室128的容积减少，致使包含在排气室128中的气体在增压下排出。同时，延伸到螺旋式压缩机116吸气侧的吸气室130的容积增大，所以，吸入了要压缩的气体。
图2所示的一级转子100已通过机械方法加工出来，它在每个齿根区有一个圆滑的深陷部分132。在用合适工具处理齿侧134,136时需要上述圆滑的深陷部分132。为了使一级转子110和二级转子112彼此相对滚动且具有密封效果，同时两个转子也相互啮合，二级转子112的每个齿120上有一圆滑边缘138，在两个转子110,112相互啮合时，它和一级转子110相应的圆滑的深陷部分132啮合。
一级转子110的圆滑深陷部分132位于一级转子110的转动圆140之内。因此，二级转子112的边缘138位于二级转子112的转动圆142之外。
图4a到图4c示出的转子110,112在啮合过程中在啮合区(图2中的细节部Ⅳ所示)所产生的流动状况，及图5a-5c示出了其导致的密封和流动状况。
在两个转子110,112的转动过程中，一级转子110的齿118和它们的峰线144，也就是限制齿侧134,136的线，将沿第一气缸部分122的一个圆柱表面移动。相应地，二级转子112的齿120的边缘138将沿第二气缸部分124的一个第二圆柱表面移动。边缘138和峰线144通过它们各自的圆柱表面146,148形成密封元件。所以，气缸工作容量室126d,126h和排气室128被彼此分开(见图4a,5a)。然而，当转子再向前转动时，将达到图4b所示的状态，此时，一级转子110的齿118的峰线144不再和圆柱表面146形成密封。在该转动位置，压缩气体可以从排气室128流回到气缸工作容量室126中。这种回流在图5b中用箭头表示。只有当转子110,112进入图4c所示的位置和二级转子112的齿120达到与一级转子110的齿118顶接时，由气缸工作容量室形成的新的排气室128就密封起来了。
和现有技术相比较而言，根据本发明(图1所示)制成的一级转子10包括第一圆柱外表面50，它位于一级转子10的转动圆40上，它取代了圆滑部分。相应地，二级转子包括第二圆柱外表面52，它位于二级转子12的滚动圆42上。
图6a到6c示出了采用改进的转子所产生的流动和密封状况。为了在转子10,12和气缸14之间产生密封效果，一级转子10的齿18和气缸14的一个圆柱表面46形成第一密封，二级转子12的齿20的第二圆柱外表面52和气缸14的一个圆柱表面54形成第二密封。因为，只需转动状况不变，二级转子12的直径比现有技术的二级转子12的直径小，由上述圆柱表面46和54形成的气缸边缘56比现有技术的相应的边缘158(见图6b)距离两个转子10,12的齿18,20的相互啮合点近。所以，所以漏气孔也减小了。
另外，二级转子12的齿20会及时和一级转子的齿18进入啮合，因为，二级转子20在其齿板的边缘(见图6c)没有圆滑部分。所以，在啮合过程中每个截面上瞬时打开的漏气孔比出有技术中关闭得早得多。
可以参考图7和图8来比较漏气孔的大小。图7示出了根据发明制成的转子上所产生的漏气孔92。图8示出了根据现有技术制成的转子上的漏气孔92。因为漏气孔大小对产生的回流损失是决定性因素，所以，通过这种比较，可以清楚地看出本转子结构使螺旋式压缩机的效率得到了相当改进。
图9和图10示出了处于进一步转动位置的图1所示的转子。很明显，即使在两个转子的相互啮合过程中，第一和第二圆柱外表面50，52也形成一个可靠的密封。两个圆柱外表面50,52不断地延伸，所以滚动过程中连续截面中其间形成的间隙的宽度保持不变。连续的圆柱外表面50和齿侧36一起形成一个螺旋线56，它形成一个尖锐边缘，从而导致气流损失的减小。
图11到图14示出了为图1所示的转子制造阴模的方法，以及用这种阴模制成转子的方法。
图11示出了一个标准转子200，它和将要生产的一级转子相对应，包括五个螺旋式齿218。齿侧234,236有一个轮廓，它在齿侧234,236形成的峰线244与标准转子200的转动圆240之间区域与改进的一级转子10和由现有技术制成的一级转子110的齿10的轮廓相同。正如由现有技术制成的一级转子110，标准转子200是由机械方法通过一个标准转子坯制成，它在转动圆240下面有圆滑深陷部分232。
由此制成的标准转子首先被放入一个模盒内，在模盒和转子之间的空隙内填满合适的模塑材料，然后，该材料就会被固化。在其固化状态下，模塑材料形成一个阴模坯260。
模型材料固化以后，从阴模坯280中取出标准转子，剩下一个空腔262。空腔266的轮廓264包括螺旋状深陷部分266，它的几何形状和一级转子的齿的几何形状互补。在深陷部分266之间设置螺旋式凸起部分268。
为进行进一步处理，阴模坯260被夹在一个转动车床上，通过一个内部转动处理，来除凸起部分268的凸起模边270。通过这种处理，所得到的阴模280包含中空形状的、螺旋式、连续的圆柱表面282。
通过在图13所示的阴模中填满一种合适的转子材料，并使这些材料固化，就可以制造出图14所示的一级转子，它的几何形状和图1所示的转子10的几何形状相吻合。

Claims (7)

1．一种利用标准模型技术制造螺旋式压缩机所用转子的方法，包括以下各步：
a)通过从标准转子坯中去除材料，从而制成一个具有螺旋式转子齿和齿根区形状的标准转子；
b)通过填满标准转子的形状，从而制成一个阴模坯；
c)通过修正由齿根区在步骤b)形成的凸起部分而从阴模坯中去除材料，从而制成一个阴模；
d)在阴模的轮廓内填满松散的转子材料，并使它们固化；和
e)从模中分离出转子。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在标准转子制造过程中在齿根区形成的圆滑深陷部分，通过去除由上述圆滑深陷部分形成的阴模坯的凸起部分而得到修正。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，阴模坯的轮廓的修正是通过在阴模坯上进行内部旋转加工而实现的。
4．一种为插在螺旋式压缩机内并在其上有多个螺旋式齿的转子制造阴模的方法，包括以下各步：
a)通过从标准转子坯中去除材料，从而制成一个具有螺旋式转子齿和齿根区形状的标准转子；
b)通过填满标准转子的形状，从而制成一个阴模坯；
c)通过修正由齿根区在步骤b)形成的凸起部分而从阴模坯中去除材料。
5．一个螺旋式压缩机(16)所用的转子，其包含一个通过标准模技术制成的螺旋体和多个形成于其上的螺旋式齿(18)，其特征在于，在齿(18)之间的齿根区内有连续圆柱外表面(50)，它们分别和至少一个齿侧(34,36)一起形成至少一个螺旋线(56)。
6．如权利要求5所述的转子，其特征在于，连续圆柱外表面(50)布置在转子(10)的转动圆(40)上。
7．如权利要求5或6所述的转子，其特征在于，从截视方向看，齿(18)包括两个沿一个螺旋式峰线(44)相互接触的凸齿侧(34,36)。
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