CN1081756C - 变排量的螺杆式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变排量的螺杆式压缩机，它包括：布置在一个共同的壳体内的主转子和辅助转子，这两个转子互相啮合，并且把一种要压缩的介质从一条进气通道输送到一条排气通道中去，进气通道由能在壳体内滑动的壳体块所确定，其朝向转子的密封侧随着转子壳层的转动过程而移动。壳体块能在垂直于转子轴线的方向上移动。本发明的螺杆式压缩机耐磨，效率高，制造方便。

Description

变排量的螺杆式压缩机

本发明涉及一种变排量的螺杆式压缩机。

在使用可压缩介质，例如可压缩气体的设备中，常常需要调整整个设备中的压力。这可以用从该设备中放掉一定量的压缩气体，或者，通过支管使压缩气体回流来达到，或者，也可以通过改变压缩气体的进气量来达到。

如果在这种设备中所使用的压缩机是螺杆式压缩机，那么就可以用改变螺杆式压缩机的转速来调节进气量。但是，这种调节是有限度的，如果螺杆式压缩机的转速太低了，就会使它的效率降低到不能接受的程度。

由于放气和通过支管使压缩气体回流会造成大量的能量损失，而且，另一方面，调节的范围又必须很宽，所以，已经开发出了这样的螺杆式压缩机，这种压缩机的供气量可以由改变螺杆式压缩机的压缩比来调节。

在专利文献DE-OS2527175中公开了一种具有变容积的螺杆式压缩机，其中，两个互相啮合的转子布置在一个壳体内。在这种螺杆式压缩机中，有一条与螺杆式压缩机的转子轴线平行的回流通道，这条通道通过可关闭的孔口与上述壳体的内部连通。在沿转子的轴线方向隔开距离的孔口打开的状态下，这些孔口能让要压缩的介质通过回流通道回流到螺杆式压缩机的吸气侧。这样，流入螺杆与壳体内壁之间的介质，根据孔口打开的状态，或迟或早地开始压缩，于是便能改变这种螺杆式压缩机的进气量。但是，虽然上述孔口在溢流通道一侧的端头可以借助于控制活塞来关闭，但是，在这种封闭状态下的孔口朝向壳体的内部却仍是打开的，因而，即使在排气容积为100％时，也会造成要压缩的介质回流的溢流气阱。因此，这种螺杆式压缩机的效率是很低的。

在专利文献DE-PS 3516636中，在它的权利要求1的前序部分中公开了另一种变排量的螺杆式压缩机。在这种压缩机的壳体中，设置了一个主转子和一个辅助转子。在这种压缩机中，要压缩的介质从一条进气通道输送到一条排气通道，该进气通道有两个能沿着转子轴线移动的壳体块。这两个壳体块都沿着壳体延伸，覆盖整个转子的长度，并且其一端是浮动支承的。然而，垂直于纵向延伸的壳体部分，通过导向通路作用在壳体块上的压力，对壳体块形成了弯曲载荷。工作时，壳体块向着出口通道的移位使得形成进口通道的通道壁移位了，以致进口通道被拉长了，于是，压缩过程就开始得晚了。由于压缩过程开始得晚，所以压缩比，也就是螺杆式压缩机的进气量改变了。

即使排量容积变化很小，也必须使全部转子长度上的相应的整个壳体块移位。但是，为此所需要的壳体块的单向浮动支承却具有生产率不高的缺点。此外，遍及螺杆式压缩机加压侧的全长的控制块会由于在螺杆式压缩机的加压侧的高的脉冲压力而产生振动，这种振动会使导向通路变得不稳定。最后，另一个缺点是这种壳体块使得螺杆式压缩机的结构长度变得很长，并且螺杆式压缩机加压侧的结构设计的自由度也受到了很大的限制。

本发明的目的是提供一种变排量的螺杆式压缩机，这种压缩机运转时的磨损很小，具有很高的效率，并且便于制造。

按照本发明，上述目的是由下述螺杆式压缩机来达到的，它包括：布置在一个共同的壳体内的至少一个主转子和至少一个辅助转子，这两个转子互相啮合，并且把一种要压缩的介质从一条进气通道输送到一条排气通道中去，上述进气通道由至少一个能在壳体内滑动的壳体块所确定，上述壳体块朝向转子的密封侧跟踪上述转子包络线的走向，上述至少一个壳体块由一个与转子轴线垂直的凹坑导向，并且能在其中滑动，其特征在于，设置了用于使上述至少一个壳体块位移的控制凸轮。

按照本发明，上述至少一个壳体块由壳体的一个凹坑导向，并且能沿着垂直于转子轴线的方向滑动。由于作用在各壳体块上的压力使得有效的合成压力几乎总是与上述壳体块的位移方向平行，所以上述壳体块的轴承只承受很小的载荷。这样，不但减少了螺杆式压缩机的磨损，也方便了它的制造，因为可以省掉壳体块的复杂的支承。而且，由于各壳体块的朝向转子的密封侧都跟踪上述转子包络线的走向，又由于这些密封侧的位置能够精确地定位，所以，这种螺杆式压缩机的效率很高。

壳体块的这种能在垂直于转子轴线方向滑动的性能还能使结构的长度缩短，并且增加螺杆式压缩机前端结构的自由度。因此，在垂直方向能够滑动的壳体块将在双螺杆压缩机中得到广泛应用。

为了能使进气量获得多级数的调节，沿着转子的轴线方向顺序设置了多个壳体块。最好，各壳体块沿转子轴线方向的长度与两对啮合齿的接触点的轴向距离相当。由于只有在由齿腹和壳体内壁所形成的压缩腔封闭时才开始压缩，所以不需要把壳体块分得更细小，以便有较高的生产率。尽管如此，不管壳体块的有效长度如何，只要使一块壳体块或多或少地移动，就能使进气通道呈现出喉管的效果，就能够用这种结构的壳体块获得排量的细微调节。

如果这样来确定各壳体块的垂直于转子轴线方向的宽度尺寸，即，由于各壳体块的位移而造成的进气通道容积的改变，与转子的两个齿腹所形成的压缩腔的容积相对应，那么，借助于调节与转子的不连续的分级相适应的进气量，就能够避免不利于效率的喉管效应。然而，上面已经说过，为了获得进气量的连续的带状宽度，有时候需要这种喉管效应，但，只有在故意如此设定时，才会发生这种情况。

在各壳体块上设置两个限制壳体块向着转子方向移动的止档表面，通常是使它靠压在平行于上述凹坑延伸的靠压表面上，就能够精确地保持各壳体块与各转子之间的距离。精确保持各壳体块与各转子之间的距离，保证了高效率。

最好，用弹簧对壳体块施加压力，这样，单作用致动器(向一个方向作用)就足够用来使壳体块移位了。一般，这种致动器是布置在一根共同凸轮轴上的使壳体块移位的控制凸轮。由控制凸轮造成位移不但很经济，还能够保证所有决定进气通道的几何形状的壳体块的位置能够精密地调节。此外，控制凸轮还能使至少一个壳体块移动到在进气通道中起喉管作用的位置。当弹簧的压力是迫使壳体块进入其界定进气通道的升起位置时，精密地保持上述壳体块的封闭位置就与控制凸轮的磨损无关了。另外，在这种结构中，弹簧的压力抵消了被压缩气体的压力，所以控制凸轮为了使壳体块移动所必需施加的压力是很小的。

也可以设置不同于控制凸轮的其他致动器来移动壳体块，例如流体驱动的调节缸，这种缸也可以是双作用缸，此时，就可以不用加压弹簧了。

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。附图中：

图1是本发明的螺杆式压缩机的第一实施例的壳体的断面图，该断面图由主转子和辅助转子的转子轴线所形成；

图2是沿图1中的II-II线的断面图；

图3是沿图1中的III-III线的断面图；

图4是沿图1中的IV-IV线的断面图；

图5是沿图1中的V-V线的断面图；

图6是与图2中的断面图相当的本发明的螺杆式压缩机的第二实施例的壳体的断面图；

图7是说明当凸轮轴转动时，图6中的壳体块位移后的断面图。

图1是本发明的螺杆式压缩机14的第一实施例的壳体12的外壳10。该外壳10有一道基本上呈圆筒形的围壁16，该围壁在其横断面上包围了两个平行而且重叠的圆筒，它在螺杆式压缩机14的进气端有一个与围壁16模制成一体的壳体盖18。外壳10有一道内壳体壁20，其形状与安装在该壳体12内的两个转子的包络面相适应。上述两个转子(图1-图7中未示出)各自借助于装在壳体盖18的轴承凹槽22、24中的平面轴承，支承在壳体内的吸气侧。在安装时，这两个转子处在配合位置，该位置在图中由主转子和辅助转子的纵轴线26、28的位置来代表。

外壳在与壳体盖18相反的加压侧的一端有一个法兰30，法兰上有螺孔32，用于使外壳10能固定在加压侧的连接块(图中未示出)上。这个连接块也可以是一台一共有四个转子的双连螺杆式压缩机的连接块。

上述呈筒状的，用于容纳主转子和辅助转子的外壳10的底部有一个基座34，这个基座与主转子的纵轴线26和辅助转子的纵轴线28平行。

为了在螺杆式压缩机14中产生压缩气体，图中未示出的转子的许多齿侧面和上述内壳体壁20一起，分别形成了许多压缩腔室。由于壳体内壁20沿断面线与两个转子的圆筒形的包络面相符，所以在两个沿着纵向延伸的转子(图2)之间形成了两条密封边缘36。

在外壳10朝向底座34的底部，在邻近底座34的凹坑46内设置了壳体块38、40、42、44在图1中以顶部平面图表示的，壳体块38、40、42、44的转子侧的顶面48、50、52、54都具有与转子的包络面相似的形状，所以上述壳体内壁20与壳体块38、40、42、44的顶面48、50、52、54一起，以密封的方式在两个转子接触区域的外部周围包围了两个啮合的转子。只在外壳10的进气端设置了环绕着壳体内部的环形槽56(图4)，该环形槽的内部横断面大于转子包络面的直径。上述环形槽56的长度只有转子长度的大约四分之一，并且在转子的下方有一条控制边缘58，这条控制边缘以与环形槽56密封的方式限定了壳体内壁包围着转子的区域。在转子的齿的端头通过该控制边缘58时，便在内壳体壁20与相应的齿侧面之间形成了密封，从而防止了压缩气体的回流。

在图示的螺杆式压缩机14中，上述壳体块38、40、42、44能在凹坑46内沿着双向箭头B(图2)的方向移动。当所有的壳体块38、40、42、44都处在它们的上端位置(图5)时，一条具有进气管60的供气通道和与进气通道62(图2)相通的环形槽56可将空气供应给转子。当所有的壳体块38、40、42、44都处在它们的上端位置(图5)时，只要有一个转子的一个齿通过上述控制边缘58时，便立刻开始压缩。但是，如果有一个壳体块，例如壳体块38是处在下降的位置(图2)，那么，只有当一个齿通过该壳体块38的边缘64时，才开始压缩，因为在下降的状态下，虽然在环形槽56下游形成了进气通道62，但同时也在转子与壳体块38的顶面48之间形成了一条回流通道66。

当所有的壳体块38、40、42、44都处在它们的上端位置时，螺杆式压缩机便以它的结构所确定的最大的内部压缩比(内压力比)进行工作。但是，如果第一壳体块38完全降下来了，则内部压缩比就会减少15％。如果壳体块40、42、44也相继下降，使得进气通道62延伸，则上述内部压缩比和它的排量，也相应地减小。

上述壳体块38、40、42、44都是在它们的小面上带有导向块68、70的板状体，各导向块都套在固定安装在壳体内的导向圆柱72、74上，可滑动地支承在导向圆柱上。上述导向块68、70各有一个顶部止挡表面76、78，当导向块处在上端位置时，壳体块上的顶部止档表面便靠住壳体12的靠压表面80、82。上述靠压表面80、82都沿着转子的轴线方向延伸覆盖全部四个壳体块38、40、42、44的宽度。第一实施例中的各壳体块38、40、42、44，分别用套在导向圆柱72、74上的第一和第二螺旋弹簧84、86推压到其顶端位置。

为了使壳体块38、40、42、44移动，设置了一根带有控制凸轮88、90、92、94的凸轮轴96，这根凸轮轴与主转子和辅助转子26、28的纵轴线平行，并且能由一台步进电动机驱动旋转，将壳体块38、40、42、44到它们的敞开位置，如图5中的箭头D所示。为了使得控制凸轮88、90、93、94能够对壳体块38、40、42、44施加力量，在各壳体块38、40、42、44上各有一个凹穴98，一根与相应的控制凸轮88、90、92、94接触的控制销100突入该凹穴内。上述控制销100布置在各壳体块38、40、42、44中远离转子的那一侧，在一根控制销与一个控制凸轮88、90、92、94接触的情况下，凸轮轴96每转一转，就使相应的壳体块38、40、42、44克服相应的第一和第二螺旋弹簧72、74的压力，作一次位移。

图6和7中所示的实施例与图1-5中的实施例的区别只在于壳体块的驱动装置。为了简化起见，图6、7的说明中所使用的标号都比第一个实施例中所使用的标号大了100。为了避免重复，请参阅第一实施例中的相应部分的说明。

在第一实施例中，第一和第二螺旋弹簧84、86是将壳体块推向封闭位置，而在第二实施例中，相应的第一和第二螺旋弹簧184′、186′则是将相应的壳体块138′推向打开位置。因此，与第一实施例相反，第二实施例中的凸轮188是关闭凸轮，当图6中的凸轮轴196转动时，其凸轮松开相应的壳体块138′的突入凹穴198′中的控制销200′，使该壳体块移动到其打开位置。

Claims (10)

1.一种变排量的螺杆式压缩机，它包括：

布置在一个共同的壳体(12)内的至少一个主转子和至少一个辅助转子，这两个转子互相啮合，并且把一种要压缩的介质从一条进气通道(62)输送到一条排气通道中去，上述进气通道(62)由至少一个能在壳体(12)内滑动的壳体块(38、40、42、44)所确定，上述壳体块朝向转子的密封侧跟踪上述转子包络线的走向，其特征在于，上述至少一个壳体块(38、40、42、44)由一个与上述转子轴线(26、28)垂直的凹坑(46)导向，并且能在其中滑动。

2.如权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，各壳体块(38、40、42、44)的沿转子轴线方向的长度与两对啮合齿的两个接触点之间的距离相当。

3.如权利要求1或2所述的螺杆式压缩机，其特征在于，至少设置两个顺序排列，并且在转子的轴线方向邻接的壳体块(38、40、42、44)。

4.如权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，各壳体块都有两个限制上述壳体块(38、40、42、44)向转子移动的距离的止档表面(76、78)。

5.如权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，上述壳体上有两个与容纳上述壳体块(38、40、42、44)的凹坑(76)平行的靠压表面(80、82)。

6.如权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，上述壳体块(38、40、42、44)由弹簧(84、86)加压)。

7.如权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，上述壳体块(38、40、42、44)能由控制凸轮(88、90、92、94)使其移位。

8.如权利要求3所述的螺杆式压缩机，其特征在于，在一根共同的凸轮轴(96)上设置了许多为许多壳体块用的控制凸轮(88、90、92、94)。

9.如权利要求7或8所述的螺杆式压缩机，其特征在于，各控制凸轮(88、90、92、94)分别对相应的壳体块(38、40、42、44)加压，使它克服弹簧(84、86)的压力，移动到打开位置。

10.如权利要求1-6中任何一项权利要求所述的螺杆式压缩机，其特征在于，上述壳体块是由流体致动的调节缸使它移动的。

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