CN111727323A - 螺杆转子和流体机械主体 - Google Patents

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Abstract

本发明能够减少螺杆转子的质量并且减少压力和热的影响。本发明的外周具有在轴向上延伸规定长度的螺旋状的齿的螺杆转子，所述螺杆转子的径向截面包括：在轴心方向上具有规定厚度的构成所述螺旋状的齿的凸起部；和从所述凸起部的轴心方向内表面起向轴心一侧延伸的中空部，所述凸起部在所述螺杆转子的外周承受较高负荷的一侧与外周承受较低负荷的一侧的所述规定厚度不同。

Description

螺杆转子和流体机械主体
技术领域
本发明涉及螺杆转子和流体机械主体，涉及在螺杆的内部具有中空部分的螺杆转子和流体机械主体。
背景技术
作为气体压缩机、泵和膨胀机等流体机械，已知使用螺杆转子的流体机械。
螺杆转子例如如果是双螺杆转子，则阴阳转子的齿槽咬合，由覆盖这些转子的壳体孔壁面形成压力工作空间，随着阴阳转子的旋转作为压缩机、泵生成压缩气体或高压液体。另外，如果是膨胀机，则与压缩机和泵相反，使高压气体或液体流入膨胀工作室，通过它们的膨胀在阴阳转子中生成旋转力。
一般而言，螺杆转子是实心的，所以质量大。对于压缩和膨胀用的旋转动力，惯性会导致动力损失。
因此专利文献1具有以轻量化、减少惯性矩为目的而采用了中空结构的螺杆转子。中空转子具有质量减小、相应地能够削减动力损失等优点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-214366号公报
发明内容
发明要解决的课题
此处，关于螺杆转子，如果是压缩机等的情况下，则具有在吸入侧和排出侧在轴向上产生压力的高低的特性。如果是膨胀机，则具有与此相反的特性。中空螺杆转子的情况下，越是增大中空部分，越是发挥轻量化的优点，对驱动损失产生作用。为了增大中空部分，能够通过使齿槽的厚度尽可能薄而实现，但在轴向上均匀地使厚度减小时，也存在因为在压缩工作室的高压侧对螺杆转子表面施加的气体负重等负荷而发生螺杆转子的变形或破损的可能性。即，在吸入侧与排出侧对螺杆转子的表面施加的压力不同，需要相应地考虑其强度。
要求减少螺杆转子的质量并且减少压力和热的影响的技术。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，例如应用要求的权利范围所记载的结构。即，一种外周具有在轴向上延伸规定长度的螺旋状的齿的螺杆转子，所述螺杆转子的径向截面包括：在轴心方向上具有规定厚度的构成所述螺旋状的齿的凸起部；和从所述凸起部的轴心方向内表面起向轴心一侧延伸的中空部，所述凸起部在所述螺杆转子的外周承受较高负荷的一侧与外周承受较低负荷的一侧的所述规定厚度不同。
发明的效果
根据本发明，能够减少螺杆转子的质量并且减少压力和热的影响。本发明的其他课题、结构、效果，将通过以下记载说明。
附图说明
图1是示意表示应用本发明的实施例1的螺杆转子(阳转子)的轴向侧面外观和轴向纵截面的图。
图2是示意表示实施例1的螺杆转子(阳转子)的径向截面的图。
图3是示意表示实施例1的螺杆转子(阴转子)的轴向外观和轴向纵截面的图。
图4是示意表示实施例1的螺杆转子(阴转子)的径向截面的图。
图5是示意表示实施例1的压缩机主体的轴向截面的图。
图6是示意表示应用本发明的实施例2的螺杆转子(阳转子)的轴向纵截面的图。
图7是示意表示实施例2的螺杆转子(阳转子)的径向截面的图。
图8是示意表示实施例2的螺杆转子(阴转子)的轴向纵截面的图。
图9是示意表示实施例2的螺杆转子(阳转子)的径向截面的图。
具体实施方式
以下，使用附图对于用于实施发明的方式进行说明。
实施例1
对于应用本发明的实施例1的螺杆转子和使用它的压缩机主体和压缩机，使用图1～图10进行说明。
在图1的(a)中示意地示出中空螺杆转子的阳转子1的轴向侧面的外观，在图1的(b)中示意地示出轴向纵截面。阳转子1在外周具有螺旋状的凸起部3(以下有时也称为“齿”)，在该凸起部2的轴向两端具有转子轴部。
凸起部2的轴心一侧是沿着凸起部2的螺旋形状的内空间即中空部4。即，中空部4从凸起部2的轴心一侧内表面起向整个轴心方向延伸。另外，转子轴部3具有在轴向上贯通的中空孔5，中空孔5与中空部4连通。能够使例如冷却等用的液体介质(油、水、冷却液等)或气化介质从外部经由中空孔5向中空部4流通。
在图2的(a)中示出图1的(a)的A-A线上的阳转子1的径向截面，在图2的(b)中示出图1的(a)的B-B线上的阳转子1的径向截面。作为本实施例的特征之一，从凸起部2的外表面直到在轴心方向上相对的中空部4的内表面的厚度即凸起部厚度7，在相当于高负荷侧的一端较厚，随着朝向在轴向上成对的相当于低负荷侧的一端而变薄。即，凸起部厚度7的厚度在轴向上不同。本实施例中，是凸起部厚度7随着从低负荷侧向高负荷侧而逐渐变厚的(螺旋)锥形状，但也可以按朝向高压侧的(1以上的自然数)级的阶梯状使凸起部厚度7变厚。
在图3的(a)中示意地示出中空螺杆转子的阴转子6的轴向侧面的外观，在图3的(b)中示意地示出轴向纵截面。阴转子6与阳转子1同样地，在外周具有螺旋状的凸起部2，在该凸起部2的轴向两端具有转子轴部3。
凸起部2的轴心一侧是沿着凸起部2的螺旋形状的内空间即中空部4。另外，转子轴部3具有在轴向上贯通的中空孔5，中空孔5与中空部4连通。能够使例如冷却等用的液体介质(油、水、冷却液等)或气化介质从外部经由中空孔5向中空部4流通。
在图4的(a)中示出图3的(a)的C-C线上的阴转子6的径向截面，在图4的(b)中示出图3的(a)的D-D线上的阴转子6的径向截面。作为本实施例的特征之一，从阴转子6的凸起2的外表面直到在轴心方向上相对的中空部4的内表面的厚度即凸起部厚度7，与阳转子1同样地，在相当于高负荷侧的一端较厚，随着朝向在轴向上成对的相当于低负荷侧的一端而变薄。即，凸起部厚度7的厚度在轴向上不同。本实施例中，是凸起部厚度7随着从低负荷侧向高负荷侧而逐渐变厚的(螺旋)锥形状，但也可以朝向高压侧按N(1以上的自然数)级的阶梯状使凸起部厚度7变厚。
由此，能够确保对于因中空螺杆转子的质量减轻而产生的热和高负荷的应力。特别是，本实施例中无需对凸起部2的外周表面的形状进行修改，这一点也是优点。即，凸起部2的外周表面是不分单螺杆、双螺杆、多螺杆地，对压缩作用造成较大影响(压缩泄漏等)的部分，因此表面一侧可采用的形状存在限制。本实施例中，因为在轴心一侧具备形状上的特征，所以具有确保压缩性能并且成为热和负荷的抵抗方案的效果。
此处，上述阳转子1和阴转子6例如能够在轴向或径向上采用分割结构，将铸造得到的分割部件通过焊接、压接或螺栓等固定而制造，但在结构更复杂的情况下，或者为了对于分割结构导致的强度不足进行弥补，也优选使用利用3D打印机的层叠造型等。即，对凸起部2或者凸起部2和转子轴部3进行3D打印成为连续的一体结构物。由此能够使凸起部厚度7的厚度和形状更复杂且精度良好地造型，并且转子通过化学连接成为连续的一体结构物，所以也能够确保强度。
关于层叠造型，能够应用光造型方式、粉末烧结层叠造型方式、喷墨方式、原料熔解层叠方式、石膏粉方式、片成形方式、膜转印成像方式和金属光造型复合加工方式等。另外，螺杆转子的材料可以是树脂或金属。进而，关于层叠方向，可以将轴向设为水平方向、铅垂方向或斜方向。
上述层叠造型用的电子数据通过对用CAD或CG软件或者3D扫描仪生成的三维数据用CAM加工为NC数据而生成。通过对3D打印机或切削RP装置输入该数据而进行3D打印。另外，也可以用CAD/CAM软件根据三维数据直接生成NC数据。
另外，作为三维数据等的取得方法，也能够由制作三维数据或NC数据的数据提供者或者服务商经由互联网等通信线路用规定的文件格式发布，用户将该数据下载至3D打印机或对其进行控制的计算机等或者用云服务进行访问，用3D打印机成形输出而制造。另外，也能够使用由数据提供者在非易失性的记录介质中记录三维数据或NC数据、并对使用者提供的方法。
接着说明具有上述阳转子1和阴转子6的压缩机主体8。
在图5中示意地示出压缩机主体1的结构。图5的(a)是从顶面观察的情况下的截面透视图，图5的(b)是从侧面观察的轴向截面图。
螺杆压缩机主体8在压缩机主体壳体9内收纳转子的转子室10中收纳彼此平行地咬合的阳转子1和阴转子6。在阳转子1的转子轴部3的吸入侧轴端安装的小齿轮11传递电动机的旋转，由此阳转子1旋转。是通过在阳转子1和阴转子6的排出侧轴端安装的正时齿轮12A、12B，阳转子1的旋转向阴转子6传递，阴转子6旋转的结构。
被吸入螺杆压缩机中的气体是从吸入流路13吸入的气体(例如空气)，从吸入口14进入转子室。阳转子1与阴转子6咬合，通过该转子的旋转，由转子室10的孔壁面形成的压缩工作空间使其容积减少，同时从吸入侧向排出侧移动而生成压缩气体。压缩气体通过排出口15从排出流路16被排出。
本实施例中，凸起部厚度7在轴向上不同，在对螺杆转子外表面施加的气体负重导致的负荷较小的吸入侧，使凸起部厚度7与排出侧相比减小，能够成为能对于气体负重导致的负荷确保必要最低限度的强度的厚度。从而，能够尽可能地保持螺杆转子的强度，并且使凸起部2的中空部分增大。另外，因轻量化而减少了驱动损失，所以能够增大动力降低的效果。
实施例2
接着使用附图说明本发明的实施例2。另外，与实施例1共通的部件有时使用同一附图标记，省略详细说明。
在图6中示意地示出实施例2的阳转子1的轴向纵截面。另外，图7示意地示出了阳转子1的径向截面，图7的(a)是图6的A-A线上的径向截面图，图7的(b)是图6的B-B线上的径向截面图。
实施例2中，中空螺杆转子的凸起部2的外周形状与实施例1是同样的，但具有沿着螺旋状的齿部的外形的形状的中空部17、和从凸起部2的径向中心部起连接至齿部的齿根部的实心部18这一点与实施例1不同。即，实施例2的阳转子1的特征之一是在中空部分的中央具有实心部18，其与凸起部2的轴心一侧的齿根成一体结构体这一点。即，中空部4构成为从凸起部2的轴心一侧的内表面起向轴心延伸、被齿根轴心侧与实心部18的外周包围的空间。通过该结构具有凸起部2的加固的效果。
如图7所示，(a)的高负荷侧的凸起部2处的凸起部厚度7，与(b)低负荷侧的凸起2处的凸起部厚度7不一样厚。实施例2也与实施例1同样地通过使受到热和高负荷的影响的高压侧的凸起厚度变厚，能够确保对于它们的应力。
图8示意表示实施例2的阴转子6的轴向纵截面。另外，图9示意地示出了阴转子1的径向截面，图9的(a)是图8的C-C线上的径向截面图，图9的(b)是图8的D-D线上的径向截面图。
实施例2的阴转子6，在具有沿着螺旋状的齿部的外形的形状的中空部17、和从凸起部2的径向中心部起连接至齿部的齿根部的实心部18这一点上与实施例1不同。即，实施例2的阳转子1的特征之一是在中空部分的中央具有实心部18、其与凸起部2的轴心一侧的齿根成一体结构体这一点。通过该结构，进行凸起部2的加固。
而且，如图9所示，(a)的高负荷侧的凸起部2处的凸起部厚度7与(b)低负荷侧的凸起部2处的凸起部厚度7不一样厚。实施例2也与实施例1同样地通过使受到热和高负荷的影响的高压侧的凸起厚度变厚，能够确保对于它们的应力。
以上，对于用于实施本发明的方式进行了说明。但本发明不限定于上述各种例子，能够在不脱离其主旨的范围中进行各种变更和置换。例如，上述例子中，使构成压缩机主体1的全部螺杆转子成为中空状，但也可以仅使某一个螺杆转子成为中空状(另一方是实心的)。另外，也能够将实施例1的阴阳转子与实施例2的阴阳转子的组合分别组合。
另外，上述实施例以阴阳螺杆转子为例，但也能够应用于单螺杆压缩机主体的转子和多螺杆压缩机主体的转子。多螺杆的情况下，可以将上述各实施例的转子应用于全部或至少1个转子。
另外，上述实施例中，阳转子1的齿设为5片，阴转子6的齿设为6片，但能够与设计相应地任意地变更齿的数量。
另外，压缩机不限定于对空气进行压缩的压缩机，也可以是对其他气体进行压缩的压缩机。另外，各实施例中，以无油式螺杆压缩机主体用的转子为例，但对压缩工作室供给的液体不仅可以是油，也可以是水或其他液体。另外，本发明也能够应用于供油式螺杆压缩机主体。进而，也可以是由2个以上压缩机主体构成的多级结构(由高压级压缩机主体和低压级压缩机主体构成的多级结构等)。
另外，上述各实施例中作为流体机械以空气压缩机为例，但例如也能够应用于膨胀机或泵装置。应用于膨胀机的情况下，压缩气体流入的一侧是高负荷，排出膨胀的气体的一侧是低压。气体的流动方向、和转子部厚度7的关系是相反的。
另外，上述实施例中，作为驱动源用电动机进行了说明，但例如也可以是内燃机或其他生成旋转力的装置。特别是，将本发明用于膨胀机的情况下，也可以采用代替电动机地具有发电机或者将电动机用作电动发电机的结构。
附图标记说明
1…阳转子，2…凸起部，3…转子轴部，4…中空部，5…中空孔，6…阴转子，7…凸起部厚度，8…螺杆压缩机主体，9…压缩机主体壳体，10……转子室，11……小齿轮，12A……正时齿轮，12B……正时齿轮，13……吸入流路，14……吸入口，15……排出口，16……排出流路，17……中空部，18……实心部。

Claims (20)

1.一种外周具有在轴向上延伸规定长度的螺旋状的齿的螺杆转子，其特征在于：
所述螺杆转子的径向截面包括：
在轴心方向上具有规定厚度的构成所述螺旋状的齿的凸起部；和
从所述凸起部的轴心方向内表面起向轴心一侧延伸的中空部，
所述凸起部在所述螺杆转子的外周承受较高负荷的一侧与外周承受较低负荷的一侧的所述规定厚度不同。
2.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
所述承受较高负荷的一侧的所述规定厚度大于所述承受较低负荷的一侧的所述规定厚度。
3.如权利要求2所述的螺杆转子，其特征在于：
所述规定厚度随着从所述承受较低负荷的一侧去往所述承受较高负荷的一侧而变厚。
4.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
所述中空部在整个轴心方向上延伸。
5.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
在所述中空部的轴心还具有与该中空部的轴向长度大致一致的实心部，
所述实心部的外周与所述凸起部的齿根连接成一体结构体，
所述中空部是被凸起部的轴心侧内表面和所述实心部包围所成的空间。
6.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
在所述螺旋状的齿的轴向两端部还具有将所述中空部与外部连通的中空孔，
液体或气体的介质能够经由所述中空孔流通到所述中空部。
7.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
至少所述螺旋状的齿的轴向两端部和在所述轴向上延伸规定长度的所述凸起部是通过铸造而成型的。
8.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
至少所述螺旋状的齿的轴向两端部和在所述轴向上延伸规定长度的所述凸起部构成为一体结构物。
9.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：
所述一体结构物是用3D打印机制作的。
10.一种流体机械主体，包括外周具有在轴向上延伸规定长度的螺旋状的齿的螺杆转子和具有用于收纳所述螺杆转子的缸内壁的壳体，所述流体机械主体的特征在于：
所述螺杆转子的径向截面包括：
在轴心方向上具有规定厚度的构成所述螺旋状的齿的凸起部；和
从所述凸起部的轴心方向内表面起向轴心一侧延伸的中空部，
所述凸起部在所述螺杆转子的外周承受较高负荷的一侧与外周承受较低负荷的一侧的所述规定厚度不同。
11.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
所述凸起部的所述承受较高负荷的一侧的所述规定厚度大于所述承受较低负荷的一侧的所述规定厚度。
12.如权利要求11所述的流体机械主体，其特征在于：
所述规定厚度随着从所述凸起部的所述承受较低负荷的一侧去往所述承受较高负荷的一侧而变厚。
13.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
所述中空部在整个轴心方向上延伸。
14.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
在所述中空部的轴心还具有与该中空部的轴向长度大致一致的实心部，
所述实心部的外周与所述凸起部的齿根连接成一体结构体，
所述中空部是被凸起部的轴心侧内表面和所述实心部包围所成的空间。
15.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
在所述螺旋状的齿的轴向两端部还具有将所述中空部与外部连通的中空孔，
液体或气体的介质能够经由所述中空孔流通到所述中空部。
16.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
至少所述螺旋状的齿的轴向两端部和在所述轴向上延伸规定长度的所述凸起部是通过铸造而成型的。
17.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
至少所述螺旋状的齿的轴向两端部和在所述轴向上延伸规定长度的所述凸起部构成为一体结构物。
18.如权利要求17所述的流体机械主体，其特征在于：
所述一体结构物是用3D打印机制作的。
19.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
具有1个或多个所述螺杆转子，其中至少1个所述螺杆转子具有所述中空部。
20.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：
所述流体机械主体是压缩机主体、泵装置主体或膨胀机主体。
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