CN1113151C - 装在可压缩介质挤出机中的双螺旋转子 - Google Patents

装在可压缩介质挤出机中的双螺旋转子

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Abstract

在公知的用于可压缩介质的挤出机的实施方案中，单头螺纹的双螺旋转子以连续减小的螺距实现内挤压。在某些情况下该功能通过端视轮廓的变化增强或替代。但对小型泵要求尽可能短的转子及处理过程经常要求壳体快速拆卸以便清洗，就对包容角及端视轮廓的变化带来限制，这又导致过大的螺距比或压缩率不够。本发明通过使用带有优化的非单调螺距变化(ΔW1，ΔW3)及在恒定直径上可选择端视轮廓变化的双螺旋转子。在相同空间占用量的情况下可改善吸入能力及在仅四圈的情况下可容易地实现3.0或更大的压缩比。装有这种双螺旋转子的挤出机可在能量消耗，温度，结构空间，维护方面提供最佳性能，及可使用在化学及半导体技术中。

Description

装在可压缩介质挤出机中的双螺旋转子
本发明涉及用于装在可压缩介质挤出机、尤其是泵中的双螺旋转子，其各转子被作成具有变化螺距的单头螺纹，并确定地形成了轴向平行、反向旋行的具有至少720°包容角的外啮合，及在一个壳体中构成无喷孔连接的轴向腔序列，其中端视轮廓由一个内圆弧、一个摆线状凹缘、一个外圆弧及另一个凸缘组成。
专利文献DE87685给出一种称为螺旋齿轮封装机构的机器，其中螺旋转子设有变化的螺距。该机器不但可作为马达而且可作为泵使用。为了在作为马达工作时工作腔的容积在介质减压方向上进一步地增加，将转子选择地作成锥形。
在专利文献DE609405中描述了一种设有压缩机及减压机的空气冷却机，这两者具有可变螺距及螺深的螺旋对。转子壳表面被构成锥形。
上述两种机器具有其缺点，即它们需要锥形转子，由此转子仅可在一侧上进行装、拆。这就增高了机器组装及拆卸成本，尤其在维修及清洗工作时非常不利。
专利申请EP0697523涉及一种螺旋挤出机，其中相互形成啮合的转子具有不一样的、被称为“阳”及“阴”的螺旋轮廓，即带有连续变化螺距的所谓S.R.M轮廓。该端视轮廓这样变化，即齿顶角及外圆弧长度是包容角的一单调增长函数。这种轮廓具有的缺点是，由于剩余气口使工作腔的轴向序列不能很好地密封。通过气口引起的真空损耗将产生效率损失的后果，以致用这样的机器至少在小及中等转数时不能得到良好的内部压缩。
专利公告文献DE19530662公开了一种具有外啮合的螺旋单元的螺旋吸气泵，其中螺旋单元的螺距从进气端到出气端持续地减小，以便对待排出气体产生压缩。螺旋转子的齿具有长短幅圆外旋轮曲线和/或阿基米德曲线形状。该机器具有的缺点是，在所示几何关系的情况下才可达到大的内压缩率。此外，该缺少变化的端视轮廓使本来就不好的压缩比固定不变并由于向着螺旋端部在螺旋外径与壳体之间的缝深度之减小导致泄漏率增高。
公告文献DE4445958描述了一种具有反向旋转外啮合之螺旋单元的螺旋压缩机。螺旋元件的螺旋线从一个轴端到远离该端的第二轴端连续地变小。作为其截面轮廓建议使用矩形或梯形轮廓。这种几何轮廓的缺点在于，仅当螺深相对直径的比例小时，它们才能损耗足够小地工作，正如所述文献中的做法。因此这种机器具有大的结构体积及重量。这种几何轮廓的另一缺点是，当要达到满意的内压缩率时，需要过大的螺距变化。如在所述DE19530662中那样，这里该缺少变化的端视轮廓也使所述缺陷固定不变，它亦由于向着螺旋端部在螺旋外径与壳体之间的缝深度之减小导致泄漏率增高。
另外的公开文献，如SE85331，DE2434782及DE2434784涉及具有非恒定螺距或变化的端视截面轮廓的内轴式螺旋机。这些机器都具有其缺点，即结构成本高及在所有情况下需要吸入侧动态密封。
此外，具有一些公开文献、例如DE2934065，DE2944714，DE3332707及AU261792，它们描述具有类似螺旋转子的双轴式压缩机。其中转子及在一些情况下壳体也由轴向依次安置的不同厚度的和/或轮廓的成型盘组成并在某些程度上起到内部密封作用，所有具有类似螺旋的转子的机器都具有一个缺点，即与螺旋形转子相比其效率降低，因为通过分级结构产生了空间损失及旋涡区。此外在类似螺旋转子情况下在形状稳定性方面会有问题，因为在工作中它们将变热。
从这些现有技术出发，本发明的任务则在于：提出一种双螺旋转子，它不具有上述的那些缺点。
根据本发明，该任务这样地解决：螺距不是单调地变化，而是确定为与包容角相关地变化；在从吸入侧螺旋端部开始的第一部分区域中螺距增大及在约一圈后达到最大值；在第一部分区域接下来的第二部分区域中螺距减小及约在压出侧螺旋端部前的一圈处达到最小值；及在第二部分区域接下来的第三部分区域中螺距基本上是恒定的。
以下将参照表示在附图中的实施例来详细描述本发明。附图为：
图1：一对彼此形成啮合的螺旋转子，
图2：右旋转子，
图3：左旋转子，
图4：一个具有变化型廓的端视截面，
图5：根据本发明的转子的参考螺旋线的展开，
图6：根据图4展开的螺距曲线，
图7：在带有及不带有轮廓变化的挤出机中工作腔横截面的曲线，
图8a至8c：一个装有根据本发明转子的压缩机壳体，转子及工作腔的横截面，及
图9a至9p：一个转子对的端视截面，它们表示根据图7所示的工作腔横截面的进展。
图1表示一对彼此形成轴向平行的外啮合的螺旋转子1及2的实施例。图2及3分开地表示根据图1的每个转子1及2。在该些图中可清楚地看出，其外周面及内芯是圆柱形的并由此在整个螺旋长度上其螺旋深度是恒定的。图3表示出量ΔW1及ΔW2，即螺旋的螺距在轴向上变化，但在此情况下，螺旋状圆柱形转子外表面的高度h保持不变，由此可避免在转子及壳体内壁之间向压力侧的泄漏损耗，而在开始部分所述的一些现有技术的机器上该泄漏损耗以不希望的方式出现。在该图中用标记7表示参考螺旋线，关于它在下面还要详细说明，及用8表示该圆柱形外转子面的第二参考螺旋线。
图4中表示出与转子轴垂直的一个转子截面。这样形成的端视轮廓具有一个内(芯)圆弧3，该圆弧在整个螺旋长度上具有恒定半径Rb，并在转过(顺时针方向)一个扇角γ后过渡到一个摆线状凹缘(齿面)4。凹缘4的几何形状在整个螺旋长度上不改变。该凹缘4在带尖角的点B上与一个外圆弧5相连接，该外圆弧在整个螺旋长度上具有恒定半径Ra，并在转过一个扇角γ后在点C上过渡到一个另一凸缘(齿面)6。该凸缘最后正切地过渡到内圆弧3。端视轮廓沿螺旋轴的变化是基于扇角γ的变化及另一凸缘6几何形状的变化。扇角γ沿螺旋轴的变化最好通过一个由凹缘的最外点Bα构成的参考螺旋线(图3中7)及圆柱形外转子面的第二限界螺旋线(点C)(图3中8)在空间上至少近似等距离的变化曲线来确定。
图5表示结合图4所述的参考螺旋线的展开线W与包容角α之间关系的曲线图。为了比较还表示出一个直线g及具有恒定螺距的一个螺旋线展开的相应区段P0，2P0等。当我们观察图6中所示的展开线W的一次导数W’[＝δw/δα]时，便可清楚地识别螺距变化的曲线。该值W’为上述参考螺旋线的动态螺距。从该图中我们可看到，在α＝0时螺距开始于值L0/2π。其中L0为相应于平均螺距高度的一个常数。在第一部分区域T1中W’增大及在α＝2π时达到最大值(1+A).L0/2π，其中A是幅值缓冲系数。在从2π延伸至6π的第二部分区域中，螺距下降及在α＝6π时达到最小值(1-A).L0/2π，在直到螺旋结束的第三部分区域T3上螺距保持在该值上。
图7表示作为包容角α函数的腔横截面F，其中用实线表示的曲线F0代表无轮廓变化时的腔横截面，及用虚线表示的曲线Fm代表有轮廓变化时的腔横截面。
在图8a中表示出一个确定来接收根据本发明的双螺旋转子的壳体，图8b表示与图4的示图相对应的转子剖面及在图8c中用划影线表示腔的横截面。
在图9a至9p中用端视剖面表示工作腔横截面随包容角的进展变化。后者在这些图中用角度描述。

Claims (3)

1.用于装在可压缩介质挤出机中的双螺旋转子，其各转子被制成具有变化螺距的单头螺纹，并依此确定了处于轴向平行、反向旋行的具有至少720°包容角的外啮合，及在一个壳体中构成无喷孔连接的轴向腔序列，其中端视轮廓由一个内(芯)圆弧(3)、一个摆线状凹缘(4)、一个外圆弧(5)及另一个凸缘(6)组成，其特征在于：螺距不是单调地变化，而是确定为与包容角相关地变化；在从吸入侧螺旋端部开始的第一部分区域(T1)中螺距增大及在约一圈后达到最大值；在第一部分区域接下来的第二部分区域(T2)中螺距减小及约在压出侧螺旋端部前的一圈处达到最小值；及在第二部分区域接下来的第三部分区域(T3)中螺距基本上是恒定的。
2.根据权利要求1的双螺旋转子，其特征在于：端视截面轮廓沿螺旋轴变化，其方式是内圆弧(3)及外圆弧(5)的扇角(γ)变化及另一凸缘(6)的几何形状变化，其中内圆半径(Rb)、外圆半径(Ra)及凹缘的几何形状均不变，以及其中凹缘的最外点形成确定螺距变化的参考螺旋线(7)。
3.根据权利要求2的双螺旋转子，其特征在于：内圆弧(3)及外圆弧(5)的扇角(γ)沿螺旋轴的变化通过参考螺旋线(7)及圆柱形外转子面的第二限界螺旋线(8)之一个在空间上大致等距离的变化曲线来确定。
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