CN111836964A - 螺杆转子、流体机械主体和流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明能够实现防止具有中空部的螺杆转子的强度降低并提高冷却性能。本发明的在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下述各部分的截面：齿部；轴心部；与所述齿部的截面的齿根或齿顶的轴心侧在所述轴心部的外径侧连接的支承部；和由在旋转方向上相邻的所述支承部与所述齿根或齿顶的轴心侧内表面形成的中空部，所述螺杆转子的轴心方向纵向截面包括：所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部作为一体结构物连续地连接的截面。

Description

螺杆转子、流体机械主体和流体机械

技术领域

本发明涉及螺杆转子、流体机械主体和流体机械，涉及在螺杆转子中具有中空部的螺杆转子、流体机械主体和流体机械。

背景技术

已知对吸入气体进行压缩生成压缩气体的螺杆压缩机、对吸入液体进行加压输送的螺杆泵、和使流入的压缩气体膨胀而产生旋转力的螺杆膨胀机等螺杆型流体机械。

例如，如果是压缩机，则作为容积型的螺杆压缩机，已知通过旋转的多个螺杆转子的齿槽的啮合而使压缩工作室的容积减小、喷出压缩气体的单螺杆压缩机、双螺杆压缩机、三(多)螺杆压缩机等(单螺杆压缩机中也存在将阳或阴转子称为闸转子的情况)。另外，螺杆压缩机中，已知对压缩工作室供给水或油等液体、对吸入气体进行压缩的供液式压缩机、和不供给液体地进行压缩的非供液式等各种形式。

作为螺杆转子的结构，以往，公开了在转子的内部具有中空部分的技术。例如，专利文献1公开了以通过从外部切削和抛光对螺杆转子齿槽进行加工的制造方法的复杂度降低和工作量削减为目的，预先对于在内径面上具有螺杆转子的外表面的螺旋形状的筒状的模具，插入由具有比该内径面的直径尺寸直径更小的外径的、是内部中空的筒形状的凸瓣部件、和贯通该凸瓣部件的轴向中央的转子轴构成的加工前的部件，之后，经由在轴向上贯通转子轴的中心的轴孔和以其与凸瓣部件的中空部连通的方式在径向上贯通的贯通孔在中空部中封入高压气体从而将凸瓣部件外周压在模具内径面上，由此获得内部中空且外周是螺旋形状的螺杆转子的方法。

另外，专利文献2公开了为了使专利文献1中公开的中空的螺杆转子的质量进一步减少，而不存在贯通螺杆部分的轴部分的中空的螺杆转子。

另外，专利文献3公开了使多片钢板在轴向上层叠构成的具有中空部的螺杆转子。该文献中，公开了各钢板具有以轴心为中心在同一旋转方向上旋转规定角度得到的形状，通过将其依次层叠而获得外形是螺旋状的螺杆转子。而且，公开了通过对各钢板的与螺杆齿相当的部分的内侧进行冲切而获得具有开口部的钢板，将它们层叠时，该开口部形成螺旋状的中空部。

另外，专利文献4和专利文献5公开了与专利文献1同样地，关于螺杆转子齿的螺旋形状部，通过对内部中空的筒状部件的内部施加流体压力而压在具有螺旋形状的内壁的模具上来获得，之后，将在轴向上贯通中空的螺旋形状部的轴心的中空凸台插入的结构的螺杆转子。而且，通过采用中空凸台的外周与螺杆的中空部的齿(齿根的中空部一侧)接触固定的结构，而确保具有中空部的螺杆转子的强度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭57-70985号公报

专利文献2：日本特开2006-214366号公报

专利文献3：日本特开平5-195701号公报

专利文献4：日本特开平8-261183号公报

专利文献5：日本特开平8-284856号公报

发明内容

发明要解决的课题

螺杆型流体机械是压缩机的情况下，因气体的压缩作用而产生压缩热，从压缩机主体喷出的喷出压缩气体成为高温，是膨胀机的情况下，因气体的膨胀作用而产生膨胀热，从压缩机主体喷出的喷出膨胀气体成为低温。即，需要考虑伴随压缩和膨胀等在工作室中产生的压力变动而产生的热。

例如，非供液式螺杆压缩机的情况下，采用阳转子与阴转子具有狭小的间隙地非接触地啮合而对气体进行压缩的结构，但因为与供液式不同，工作室内不存在与气体进行热交换的介质，所以具有压缩热与供液式相比温度更高(单级机时是约300～350℃，多级机时是约160～250℃程度)的倾向。压缩热会导致转子或存放转子的压缩机主体壳体的热膨胀，因此从维护方面看来，优选避免因该热膨胀而导致各转子的齿接触。例如，存在压缩机壳体主体中具有冷却介质(水、冷却液、油等)的流路，或预先确保考虑了热膨胀的间隙的情况。进而，因为喷出的压缩气体也是高温的，所以一般而言，具有对其进行冷却的冷却器的情况也较多。

另外，即使是供液式螺杆压缩机的情况，虽然与非供液相比具有成为低温的倾向，但是也存在喷出压缩气体的温度是100℃～120℃程度的情况，为了压缩机主体的冷却而在压缩机主体壳体中具有供冷却介质流通的流路、或具有喷出压缩气体的冷却器的情况也并不少见。

上述各专利文献公开的中空转子有助于减少转子质量等，可以期待驱动能量的减少、轻量化、材料成本的降低这样的效果，但另一方面，存在与中空的转子相比热影响相对增大的可能性。例如，中空转子存在强度相对降低、或热膨胀的影响增大、或压缩气体的冷却性降低的可能性。

这样的热影响是在膨胀机的情况下也存在的课题。例如，认为对工作室供给的高压气体是高温的情况下，需要考虑转子对于该热和压强的耐热性。相反，膨胀热是低温的情况下，需要考虑转子的热收缩。

要求享有中空转子的优点并且维持提高螺杆型流体机械的性能的技术。

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内的结构。即，在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下述各部分的截面：齿部；轴心部；与所述齿部的截面的齿根或齿顶的轴心侧在所述轴心部的外径侧连接的支承部；和由在旋转方向上相邻的所述支承部与所述齿根或齿顶的轴心侧内表面形成的中空部，所述螺杆转子的轴心方向纵向截面包括：所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部作为一体结构物连续地连接的截面。

发明的效果

根据本发明，能够实现相对于热或压强的中空转子的性能提高。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是表示应用本发明的实施例1的螺杆转子的结构的轴向侧面图。

图2是示意性地表示实施例1的螺杆转子的径向截面的图。

图3是应用了实施例1的螺杆转子的压缩机主体的轴向纵截面图。

图4是表示应用了实施例1的螺杆转子的空气压缩机的结构的示意图。

图5是示意性地表示应用了本发明的实施例2的螺杆转子的径向截面的图。

具体实施方式

以下，对于用于实施本发明的方式，使用附图进行说明。

实施例1

在图1中示意性地示出作为应用本发明的实施例1的螺杆转子的结构。图1的(a)表示阳螺杆转子27的轴向侧面的外观，图1的(b)表示阳螺杆转子27的轴向纵截面。另外，本实施例中，以阴阳转子成组的双螺杆转子的阳转子为例，但本发明对于阴转子也能够应用。

图1的(a)中，阳螺杆转子27主要包括：径向外周是螺旋形状的齿部100和槽部101以及两个轴向的端部102a和102b构成的螺杆部105，和在该螺杆部105的轴向端部中央配置的轴部106。

齿部100和槽部101与后述的阴螺杆转子28的齿槽部接触或非接触地啮合，由存放该阳螺杆转子27和阴螺杆转子的壳体主体33a的孔内壁形成压缩工作室。通过阳螺杆转子27和阴螺杆转子28旋转，使该压缩工作室的容积收缩，将从吸入侧吸入的气体作为压缩气体喷出。

轴部106配置在螺杆部105的轴向端部中央。轴部106接受来自后述的驱动源即电动机8的旋转动力，使螺杆转子旋转。

图1的(b)中，阳螺杆转子27在其内部具有螺旋状的中空部110、贯通部111和连通部112。

中空部110是沿着齿槽的形状在螺杆部105的大致整体中形成中空部分的空隙。本实施例中，设为中空部110对于每一个齿设置。贯通部111是在轴向上贯通轴部106的中心、将后述的流体输送至螺杆部105用的流路。连通部112是能够在中空部110的轴向的两个末端和贯通部111中使流体流通的连通部分。

在图2中示意性地示出阳螺杆转子27和阴螺杆转子28的径向截面。以阳螺杆转子27为例，中空部110具有沿着齿部100和槽部101的螺旋形状而在轴向上延伸的形状。槽部101的底部轴心一侧与从轴心部115起延伸的支承部113构成连续结构物。

齿部100和槽部101在轴向上具有规定的厚度，该厚度是在轴向上相等的厚度。由此，中空部的截面在轴向上直径相同(面积相同)。更具体而言，从齿部100齿顶的轴心一侧内部到轴心部115的径向距离与其他齿槽的中空部相同。

从减少转子质量和提高冷却效率的方面看来优选使厚度变薄。但是，从对于相对于压力的应力和与其他转子或壳体孔的内壁的接触(包括啮合)的持久性的方面看来，确保强度是重要的。

在这一点上，作为本实施例的特征之一，可以列举通过支承部113使槽部101(齿根)的轴心一侧与轴心部115成为连接状态。支承部113在槽部101从轴心侧向外周发挥应力，由此能够提高齿部100和槽部101的结构上的强度。

另外，本实施例将齿部100、槽部101、支承部113和轴心部115构成在径向和轴向上连续的一体结构物这一点作为特征之一。

此处为了构成连续的一体结构物，使用使用三维成形机的层叠成形。作为层叠成形，能够应用光成形方式、粉末烧结层叠成形方式、喷墨方式、原料熔解层叠方式、石膏粉方式、片成形方式、膜转印成像层叠方式和金属光成形复合加工方式等。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，可以使轴向成为水平方向、铅垂方向或倾斜方向。

上述层叠成形用的电子数据通过对用CAD或CG软件或者三维扫描仪生成的三维数据用CAM加工为NC数据而生成。通过对三维成形机或切削RP装置输入该数据而进行三维成形。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，作为三维数据等的获取方法，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，用户对于该数据下载至三维成形机或对其进行控制的计算机等或者用云服务进行访问，用三维成形机成形输出而制造。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。

特征之一在于通过上述方法，对于阳螺杆转子27(阴螺杆转子28也同样地)，使原材料通过上述各种三维成形法，使齿部100、槽部101、支承部113、端部102a、102b、轴心部115和轴部106通过化学结合形成连续一体的结构物。在铸造成型中，例如外周能够通过模具成型，但模芯的配置非常复杂，进而明显难以或不能除去模芯，可以认为使该各部连续一体地成形非常困难。

另外，例如，如开头的专利文献所公开的，通过铸造或切削使阳螺杆转子27(阴螺杆转子27也同样地)成为分割结构、之后进行焊接或粘合的情况下，工作量因焊接和粘合部分的抛光等而增加。另外，难以使该部分的结合状态变得均一，也留有强度上的课题。

本实施例对于螺旋形状这样难以进行立体成型的螺杆转子，实现可以提供能够实现确保强度和提高冷却性并且能够通过减少质量而高效率地利用动能的中空体这样显著的效果。

在图3中示意性地示出应用了阳螺杆转子27和阴螺杆转子的压缩机主体1的轴向纵截面图。另外，在图4中示意性地示出具有压缩机主体1的压缩机50的结构。

压缩机主体1具有阳转子27、阴转子28、收纳该转子27、28并形成多个压缩工作室的壳体主体33a、存放轴部106的喷出侧壳体33b和吸入侧壳体33c。

壳体主体33a具有将空气吸入至压缩工作室用的吸入口和将压缩工作室中生成的压缩空气喷出用的喷出口。是在阳螺杆转子27的吸入侧的轴端部连接小齿轮3，用作为驱动源的电动机8对其进行驱动，由此阳螺杆转子27、阴螺杆28旋转。在各转子27、28的喷出侧的轴端部连接正时齿轮31、32，由此阳螺杆转子27的旋转传递至阴螺杆转子28，同步地旋转的结构。压缩工作室因旋转而在向喷出侧移动的同时减少容积对空气进行压缩。

图4中，与阳螺杆转子27的轴端部连接的小齿轮3与在齿轮箱2内的中间轴的一方安装的大齿轮4啮合。在中间轴的另一方安装了滑轮5，在滑轮5上架设了传动带7作为驱动力的传递体。传动带7也在安装于电动机8的轴端的滑轮6上架设，电动机8的动力被传递至压缩机主体1。另外，作为驱动机构的其他结构，除了滑轮6和传动带7的组合以外也可以是齿轮和链，也可以是将转子轴与电机8的输出轴直接连接的结构。

在压缩机主体1的吸入侧配置调整被吸入该压缩机主体1的空气量的吸入节流阀10。空气被吸入过滤器9除去异物，通过吸入节流阀10被吸入压缩机主体1中，被压缩至规定压力并被从压缩机主体出口喷出。从压缩机主体1喷出的压缩空气通过在其下游设置的水冷式的前冷却器11进行冷却之后，经由止回阀12，被导向水冷式的后冷却器13。用后冷却器13进行冷却之后的压缩空气被从压缩空气出口喷出。此处，后冷却器13内的空气通路由U字管构成，其出入口由一体型的冷却器集流管14构成。

压缩机50中，为了对滑动体等进行润滑而使用润滑油作为冷却介质。该润滑油的通路如以下所述。在齿轮箱2的下部设置的蓄油部中贮存的润滑油被油泵16导向油冷却器11进行冷却，用油过滤器17除去废物等之后，对压缩机主体1的轴承部、正时齿轮31、32、小齿轮3、以及齿轮箱2内的中间轴的轴承部和在中间轴上安装的大齿轮4供给，之后向齿轮箱2的蓄油部返回循环。使该润滑油从压缩机主体1中安装的阳螺杆转子喷嘴29(阴螺杆转子喷嘴30)经由各转子27、28的贯通部111和连通部112流入中空部110中，用于冷却。对转子27、28进行了冷却之后，通过小齿轮3，与其他润滑油同样地贮存在齿轮箱2内的蓄油部中，进行循环的结构。另外，通过使该润滑油从温度高的喷出侧向吸入侧流入，能够获得更高的冷却性能，但也可以使其从吸入侧向喷出侧流入。

这样，根据实施例1，阳螺杆转子27和阴螺杆转子28能够使转子质量减少并且实现确保强度，能够确保旋转能量的削减效果和持久性。进而，通过在中空部11中使冷却介质流通，能够使螺杆转子的温度上升减少。因为该冷却性能的提高抑制阳螺杆转子27、阴螺杆转子28的热变形，所以能够使螺杆转子之间和螺杆转子与壳体主体33a的孔内壁的间隙缩小，因此能够使压缩性能提高。

另外，通过抑制螺杆转子的热变形，也能够减小齿部的加工精度的偏差和在压缩机低负载运转时产生的压缩性能的不均。进而，喷出空气温度也能够降低，所以能够通过压缩机内的冷却设备的缩小或移除，而实现成本降低和压缩机整体的紧凑化。

另外，通过用三维成形机使各螺杆转子27、28成形，能够实现螺旋状的中空部110、连通部112、端部102a、102b等复杂的结构，并且通过使它们构成连续的一体结构物能够确保强度。

实施例2

接着说明本发明的实施例2。其中，存在对于与实施例1共通的部分使用相同附图标记，省略详细的说明的情况。

在图2中示意性地示出实施例2中的阳螺杆转子27和阴螺杆转子28的径向截面。实施例2的螺杆转子以支承部113构成使齿部100的轴心一侧与轴心部115连续的一体结构物作为特征之一。

本实施例中，具有齿顶的强度特别高的优点。因为齿顶在径向上凸出，所以具有在与另一方的转子或壳体孔内壁接触的情况下，与齿根相比碰撞力更高或碰撞变形的程度也更高的倾向。

根据本实施例，对于这些课题具有强度方面的优点。特别如果是齿的宽度与阳螺杆转子27相比更窄的阴螺杆转子28的情况，则能够进一步期待强度上的优点。

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或置换。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1个螺杆转子成为中空状。另外，也能够将实施例1的阴阳螺杆转子和实施例2的阴阳螺杆转子的组合分别组合。

另外，上述实施例中，将阳螺杆转子27的齿设为5个，将阴螺杆转子28的齿设为6个，但齿的数量能够与使用相应地任意变更。

另外，上述实施例中作为流体机械以空气压缩机为例，但也能够应用于膨胀机和泵装置。另外，压缩机不限定于对空气进行压缩的，也可以是对其他气体进行压缩的压缩机。另外，以非供油式螺杆压缩机为例，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。

另外，上述实施例中，作为驱动源使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将电动机用作该发电机的结构。

附图标记说明

1…压缩机主体，2…齿轮箱，3…小齿轮，4…大齿轮，6…滑轮，7…传动带，8…电动机，9…吸入过滤器，10…吸入节流阀，11…前冷却器，12…止回阀，13…后冷却器，14…后冷却器集流管，15…油冷却器，16…油泵，17…油过滤器，27…阳螺杆转子，28…阴螺杆转子，29…阳螺杆转子喷嘴，30…阴螺杆转子喷嘴，31…阳螺杆转子正时齿轮，32…阴螺杆转子正时齿轮，33a…壳体主体，33b…喷出侧壳体，33c…吸入侧壳体，50…螺杆压缩机，100…齿部，101…槽部，102a、102b…端部，105…螺杆部，106…轴部，110…中空部，111…贯通部，112…连通部，113…支承部，115…轴心部。

Claims (19)

1.一种在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下述各部分的截面：

齿部；

轴心部；

与所述齿部的截面的齿根或齿顶的轴心侧在所述轴心部的外径侧连接的支承部；和

由在旋转方向上相邻的所述支承部与所述齿根或齿顶的轴心侧内表面形成的中空部，

所述螺杆转子的轴心方向纵向截面包括：

所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部作为一体结构物连续地连接的截面。

2.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：

所述齿部的轴向厚度相等。

3.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：

从所述中空部的轴心侧内部到轴心的径向距离，与从其他中空部的轴心侧底部到轴心的径向距离相同。

4.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：

所述螺杆转子是相互啮合的至少1个阳转子和阴转子。

5.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：

所述螺杆转子包括相互啮合的至少1个阳转子或阴转子的组。

6.如权利要求5所述的螺杆转子，其特征在于：

所述至少1个阳转子和阴转子的所述支承部中，一方的转子的支承部与所述齿顶的轴心侧内表面连接，另一方的转子的支承部与所述齿根的轴心侧内表面连接。

7.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：

所述轴向端部具有与外部连通的贯通部，

所述中空部具有与该贯通部连通的连通部。

8.如权利要求7所述的螺杆转子，其特征在于：

所述贯通部在轴向上贯通从所述轴向端部起在轴向上延伸的轴部。

9.如权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：

所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部通过三维成形法成为一体结构物。

10.一种包括具有螺旋状的齿的中空的螺杆转子和该螺杆转子的壳体的流体机械主体，其特征在于：

所述螺杆转子的径向截面包括下述各部分的截面：

齿部；

轴心部；

与所述齿部的截面的齿根或齿顶的轴心侧在所述轴心部的外径侧连接的支承部；和

由在旋转方向上相邻的所述支承部与所述齿根或齿顶的轴心侧内表面形成的中空部，

所述螺杆转子的轴心方向纵向截面包括：

所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部作为一体结构物连续地连接的截面。

11.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：

所述螺杆转子是相互啮合的至少1个阳转子和阴转子。

12.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：

所述螺杆转子包括相互啮合的至少1个阳转子或阴转子的组。

13.如权利要求12所述的流体机械主体，其特征在于：

所述至少1个阳转子和阴转子的所述支承部中，一方的转子的支承部与所述齿顶的轴心侧内表面连接，另一方的转子的支承部与所述齿根的轴心侧内表面连接。

14.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：

所述轴向端部具有与外部连通的贯通部，

所述中空部具有与该贯通部连通的连通部。

15.如权利要求14所述的流体机械主体，其特征在于：

所述贯通部在轴向上贯通从所述轴向端部起在轴向上延伸的轴部。

16.如权利要求10所述的流体机械主体，其特征在于：

所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部通过三维成形法成为一体结构物。

17.一种包括流体机械主体、驱动源、管路和泵的流体机械，其中所述流体机械主体包括具有螺旋状的齿的中空的螺杆转子和该螺杆转子的壳体，所述管路用于对所述螺杆转子提供冷却介质，所述泵用于对所述管路压送所述介质，所述流体机械的特征在于：

所述螺杆转子的径向截面包括下述各部分的截面：

齿部；

轴心部；

与所述齿部的截面的齿根或齿顶的轴心侧在所述轴心部的外径侧连接的支承部；和

由在旋转方向上相邻的所述支承部与所述齿根或齿顶的轴心侧内表面形成的中空部，

所述螺杆转子的轴心方向纵向截面包括：

所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部作为一体结构物连续地连接的截面，

所述轴向端部具有与外部连通的贯通部，

所述中空部具有与该贯通部连通的连通部，

所述管路中流动的液体介质在所述螺杆转子的内部流通。

18.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：

所述贯通部在轴向上贯通从所述轴向端部起在轴向上延伸的轴部。

19.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：

所述轴心部、所述支承部、所述齿根或齿顶的轴心侧、以及所述螺杆转子的轴向端部通过三维成形法成为一体结构物。

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