-
{Technisches Gebiet}
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schnecken- bzw. Spiralfluidmaschine, die beispielsweise für einen Kompressor, eine Pumpe oder einen Entspanner anwendbar ist.
-
{Stand der Technik}
-
Eine Schnecken- bzw. Spiralfluidmaschine umfasst ein Paar aus einer feststehenden Schnecke bzw. Spirale und einer umlaufenden Schnecke bzw. Spirale umfassend Evolventen-Spiralgänge, die auf Endplatten aufgesetzt sind und in einer sich gegenüberliegenden Art und Weise mit Phasen, die um 180° versetzt sind, ineinandergreifen. Bei dieser Konfiguration bildet die Spiralfluidmaschine zwischen beiden Schnecken ein Paar von Verdichtungstaschen zum Liefern und Ausgeben von Fluid. Solch eine Spiralfluidmaschine wie z. B. ein Spiralkompressor, hat typischer Weise eine zweidimensionale Verdichtungsstruktur, in der die Evolventen-Spiralgänge der feststehenden Schnecke und der umlaufenden Schnecke identische Ganghöhen auf dem gesamten Umfang in der Spiralrichtung haben. In solch einer zweidimensionalen Verdichtungsstruktur werden die Verdichtungstaschen von einer äußeren Seite zu einer inneren Seite bewegt, während deren Volumina abnehmen, wobei hierdurch Fluid, welches in den Verdichtungstaschen in Umfangsrichtung der Evolventen-Spiralgänge mitgenommen wird, verdichtet wird.
-
Ein gestufter Schnecken- bzw. Spiralkompressor hat eine dreidimensionale Verdichtungsstruktur, um eine verbesserte Effizienz durch Anheben des Verdichtungsvolumenverhältnisses und eine Reduzierung in der Größe und im Gewicht zu erreichen. Bei dieser Struktur sind in der Spiralrichtung an vorbestimmten Positionen auf einer Zahnspitzenfläche und einer Zahnfußfläche eines Evolventen-Spiralgangs einer jeden der feststehenden und der umlaufenden Schnecke gestufte Teil vorgesehen. Jeder Evolventen-Spiralgang hat eine höhere Ganghöhe auf der äußeren Seite jedes gestuften Teils als auf der inneren Seite und jede Verdichtungstasche hat eine größere Höhe in der Richtung der Achsenlinie auf der äußeren Seite jedes gestuften Teils als auf der inneren Seite. Bei dieser Konfiguration wird Fluid in der Umfangs- und der Höhenrichtung des Evolventen-Spiralgangs verdichtet.
-
Beispiele von solchen gestuften Spiralkompressoren umfassen diejenigen, die in PTL 1, 2, 3 und 4 offenbart sind. PTL 1 und 2 offenbaren jeweils einen Spiralkompressor, der eine beidseitig gestufte Struktur hat, bei der in der Spiralrichtung gestufte Teile an vorbestimmten Stellen auf den Zahnspitzen- und Zahnfußflächen des Evolventen-Spiralgangs einer jeden der feststehenden und der umlaufenden Schnecke vorgesehen sind. PTL 3 und 4 offenbaren jeweils einen Spiralkompressor, der eine einseitig gestufte Struktur hat, bei der ein gestufter Teil in der Spiralrichtung nur an einer vorbestimmten Position auf der Zahnfußfläche des Evolventen-Spiralgangs einer der feststehenden und der umlaufenden Schnecken vorgesehen ist und die andere Schnecke einen gestuften Teil in der Spiralrichtung nur an einer vorbestimmten Position auf der Zahnspitzenfläche des korrespondierenden Evolventen-Spiralgangs umfasst.
-
{Dokumentenliste}
-
{Patentliteratur}
-
- {PTL 1}
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2002-5053
- {PTL 2}
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2009-74461
- {PTL 3}
Japanische geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer Sho60-17956 (siehe 8)
- {PTL 4}
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer Hei4-121483
-
{Zusammenfassung der Erfindung}
-
{Technische Aufgabe}
-
Bei einem Spiralkompressor, der die dreidimensionale Verdichtungsstruktur hat, bei der, wie offenbart in PTL1 und PTL 2, gestufte Teile an einer feststehenden und umlaufenden Schnecke vorgesehen sind, sind ein Paar von Verdichtungstaschen symmetrisch und haben einen ausgeglichenen Innendruck. Deswegen tritt kein Mischverlust auf, wenn ein Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben wird, so dass die Verdichtungstaschen miteinander kommunizierend verbunden sind, um Gas zu mischen. Diese Struktur erfordert jedoch zusätzlichen Herstellungsaufwand, um gestufte Teile an beiden Schnecken vorzusehen. Zudem kann eine größere Gasmenge eher entweichen, weil Stufenteileingriffslücken, welche zu einer Gasleckage führen können, an zwei Orten vorgesehen sind. Dies sind Beispiele von Problemen der dreidimensionalen Verdichtungsstruktur.
-
In der einseitig gestuften Struktur, wie offenbart in PTL3 und 4, tritt ein Eingriff zwischen gestuften Teilen an einem (Zahl) Ort auf, was zu einer Verminderung der Gasleckage führt und den Herstellungsaufwand halbiert. Ein Paar von Verdichtungstaschen sind jedoch aufgrund des Vorhandenseins und des Nichtvorhandenseins von gestuften Teilen asymmetrisch und haben unausgeglichene Volumina. Bei dieser Konfiguration tritt eine Druckdifferenz zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen auf, wenn die Verdichtungstaschen einem Einlassschluss unterworfen sind, um die Verdichtung zu starten und anschließend der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben wird, so dass die Verdichtungstaschen miteinander kommunizierend verbunden sind. Dieser Druckunterschied führt zu einem Mischverlust, der beispielsweise einen entsprechenden Abfall der Effizienz verursacht.
-
Die vorliegende Erfindung ist dafür vorgesehen, die oben beschriebenen Probleme durch das Vorsehen einer Spiralfluidmaschine zu lösen, welche eine verbesserte Effizienz durch Erhöhung eines Kompressionsvolumenverhältnisses mittels einer gestuften Struktur, eine Reduktion in Größe und Gewicht und weiterhin eine verbesserte Effizienz durch Verhinderung des Auftretens eines Mischverlusts erreicht.
-
{Lösung der Aufgabe}
-
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, sieht eine Spiralfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Lösungen vor.
-
Eine Spiralfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar aus einer feststehenden Schnecke und einer umlaufenden Schnecke, welche entsprechende Evolventen-Spiralgänge umfassen, die auf Endplatten aufgesetzt sind und in einer sich gegenüberliegenden Art und Weise ineinander eingreifen. Diese Spiralfluidmaschine hat eine einseitig gestufte Schneckenstruktur, bei der ein gestufter Teil in einer Spiralrichtung nur an einer vorbestimmten Position auf einer Zahnfußfläche des Evolventen-Spiralgangs der feststehenden Schnecke und der umlaufenden Schnecke vorgesehen ist und ein gestufter Teil korrespondierend zu dem gestuften Teil auf der Zahnfußfläche in einer Spiralrichtung nur an einer vorbestimmten Position auf einer Zahnspitzenfläche des Evolventen-Spiralgangs der anderen Schnecke vorgesehen ist. Der gestufte Teil auf jeder Zahnfußfläche ist an einer Position auf einer inneren Seite einer Spiralendposition des korrespondierenden Evolventen-Spiralgangs bei Einlassschluss über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß in einer Spiralrichtung oder an einer Position auf einer Außenseite der Innenseitenposition vorgesehen.
-
Bei der Spiralfluidmaschine, die die einseitig gestufte Struktur hat, bei der gestufte Teile nur in einer eines Paars von Verdichtungstaschen vorgesehen sind, sind Innendrücke innerhalb der Verdichtungstaschen unausgeglichen. Dementsprechend tritt ein Mischverlust auf, wenn der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben wird, so dass die inneren Drücke gemischt werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der gestufte Teil auf der Zahnfußfläche in der Spiralrichtung an einer Position auf der inneren Seite der Spiralendposition des korrespondierenden Evolventen-Spiralgangs bei Einlassschluss über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß oder an einer Position auf einer äußeren Seite der Innenseitenposition vorgesehen. Bei dieser Konfiguration kann der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben werden, so dass die Verdichtungstaschen miteinander in Verbindung gebracht werden, wenn die Innendrücke in dem Paar der Verdichtungstaschen vor der Änderung tatsächlich noch identisch zueinander sind.
-
Deswegen kann ein Auftreten von Mischverlust verhindert werden, wegen der gestuften Teile, die nur in einer (Zahl) des Paares der Verdichtungstaschen vorgesehen sind, wodurch entsprechend eine verbesserte Effizienz erreicht wird.
-
Darüber hinaus kann die Effizienz weiter verbessert werden durch eine Reduzierung der Anzahl der Orte der Eingriffslücken der gestuften Teile in der Spiralfluidmaschine, indem die einseitig gestufte Struktur von zwei auf eins geändert wird, um die Leckage eines Arbeitsmediums zu halbieren. Außerdem kann durch eine Halbierung des Aufwandes zur Herstellung der gestuften Teile eine Kostenreduzierung erreicht werden.
-
Eine andere Spiralfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar aus einer feststehenden Schnecke und einer umlaufenden Schnecke, welche entsprechende Evolventen-Spiralgänge umfassen, die auf Endplatten aufgesetzt sind und sich gegenüberliegend ineinander eingreifen. Diese Spiralfluidmaschine hat eine beidseitig gestufte Schneckenstruktur, in der in einer Spiralrichtung gestufte Teile an vorbestimmten Positionen auf einer Zahnspitzenfläche und einer Zahnfußfläche des Evolventen-Spiralgangs einer jeden der feststehenden Schnecke und der umlaufenden Schnecke vorgesehen sind. Die gestuften Teile haben Höhen, die unterschiedlich zwischen der feststehenden Schnecke und der umlaufenden Schnecke sind. Der gestufte Teil auf jeder Zahnfußfläche ist in einer Spiralrichtung an einer Position auf einer inneren Seite einer Spiralendposition des korrespondierenden Evolventen-Spiralgangs bei Einlassschluss über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß oder an einer Position auf einer äußeren Seite der Innenseitenposition vorgesehen.
-
In der Spiralfluidmaschine, die die beidseitig gestufte Struktur hat, bei der gestufte Teile an jeder des Paares der Verdichtungstaschen vorgesehen sind und Höhen haben, die zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen unterschiedlich sind, sind die Innendrücke innerhalb der Verdichtungstaschen unausgeglichen. Dementsprechend tritt ein Mischverlust auf, wenn der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben wird, so dass die internen Drücke gemischt werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der gestufte Teil auf jeder Zahnfußfläche in der Spiralrichtung an einer Position auf der inneren Seite der Spiralendposition des korrespondierenden Evolventen-Spiralganges bei Einlassschluss über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß oder an einer Position auf einer äußeren Seite der Innenseitenposition vorgesehen. Mit dieser Konfiguration kann der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben werden, so dass die Verdichtungstaschen miteinander in Verbindung gebracht werden, wenn die Innendrücke in dem Paar der Verdichtungstaschen vor der Änderung tatsächlich noch gleich sind.
-
Deswegen kann das Auftreten eines Mischverlustes aufgrund von verschiedenen Höhen der gestuften Teile in der Spiralfluidmaschine, die die beidseitig gestufte Struktur hat, in der gestufte Teile unterschiedliche Höhen zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen haben, verhindert werden, wodurch entsprechend eine verbesserte Effizienz erreicht wird.
-
In irgendeiner der oben beschriebenen Spiralfluidmaschinen gemäß der vorliegenden Erfindung ist der gestufte Teil auf der Zahnfußfläche in der Spiralrichtung in einem örtlichen Bereich auf der Innenseite der Spiralendposition des korrespondierenden Evolventen-Spiralgangs über einen Evolventenwinkel von π/2 im Bogenmaß bis π im Bogenmaß vorgesehen.
-
Die vorliegende Erfindung kann einen Effekt erreichen, der durch ein erhöhtes Verdichtungsvolumenverhältnis aufgrund der gestuften Teile, die deswegen vorgesehen sind, zur Verfügung gestellt wird, und gleichzeitig einen Mischverlust, der auftritt, wenn der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben wird, so dass die Innendrücke die im Paar der Verdichtungstaschen gemischt werden, verhindern.
-
Deswegen können die Spiralfluidmaschinen durch eine gestufte Struktur jeweils eine erhöhte Effizienz, eine Verminderung in der Größe und im Gewicht und außerdem eine erhöhte Effizienz durch das Verhindern eines Mischverlusts erreichen.
-
{Vorteilhafte Effekte der Erfindung}
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einer Spiralfluidmaschine, die eine einseitig gestufte Struktur hat, bei der gestufte Teile in nur einer eines Paares von Verdichtungstaschen vorgesehen sind, der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben werden, so dass die Verdichtungstaschen miteinander in Verbindung gelangen, wenn die Innendrücke in dem Paar der Verdichtungstaschen vor der Änderung effektiv gleich sind. Deswegen kann das Auftreten eines Mischverlustes aufgrund der gestuften Teile, die nur in einem des Paars der Verdichtungstaschen vorgesehen sind, verhindert werden, wodurch eine verbesserte Effizienz entsprechend erreicht wird.
-
Die Effizienz kann weiterhin verbessert werden durch die Reduzierung der Anzahl der Orte der Eingriffslücken der gestuften Teile in der Spiralfluidmaschine, die die einseitig gestufte Struktur hat, von zwei auf eins, um die Leckage eines Arbeitsmediums zu halbieren. Zusätzlich kann eine Kostenreduzierung erreicht werden durch die Halbierung des Aufwands zur Herstellung der gestuften Teile.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einer Spiralfluidmaschine, die eine beidseitig gestufte Struktur hat, bei der gestufte Teile in jeder der Verdichtungstaschen eines Paars vorgesehen sind und Höhen haben, die zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen unterschiedlich sind, der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben werden, so dass beide Verdichtungstaschen miteinander in Verbindung gebracht werden, wenn das Paar der Verdichtungstaschen Innendrücke hat, die vor der Änderung tatsächlich gleich sind. Deswegen kann bei der Spiralfluidmaschine, die die zweiseitig gestufte Struktur hat, bei der gestufte Teile in einem Paar von Verdichtungstaschen unterschiedliche Höhen zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen haben, das Auftreten eines Mischverlustes aufgrund der unterschiedlichen Höhen der gestuften Teile verhindert werden, wodurch entsprechend eine verbesserte Effizienz erreicht wird.
-
{Kurze Beschreibung der Zeichnungen}
-
1 ist eine Längsschnittansicht einer Spiralfluidmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
2 umfasst beispielhafte Diagramme (A) bis (D) des Eingriffszustandes zwischen einer feststehenden Schnecke und einer umlaufenden Schnecke der Spiralfluidmaschine an unterschiedlichen Schneckenpositionswinkelpositionen.
-
3 umfasst beispielhafte Diagramme (A) bis (D) des Eingriffszustandes gemäß einem Vergleichsbeispiel korrespondierend zu 2.
-
4 ist ein Graph, der eine Änderung des Zylinderinnendrucks bei einem Schneckenpositionswinkel in der Spiralfluidmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
-
5 ist ein Graph, der eine Änderung des Innendrucks des Zylinders bei dem Schneckenpositionswinkel in einem Vergleichsbeispiel zeigt.
-
{Beschreibung der Ausführungsformen}
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
-
{Erste Ausführungsform}
-
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
-
1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Spiralfluidmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 2(A) bis 2(D) in 2 zeigen beispielhafte Diagramme des Eingriffszustandes zwischen einer feststehenden Schnecke und einer umlaufenden Schnecke der Spiralfluidmaschine an unterschiedlichen Schneckenpositionswinkelpositionen.
-
Dieses Beispiel beschreibt als eine beispielhafte Spiralfluidmaschine einen offenen Spiralkompressor (Spiralfluidmaschine) 1, der dazu eingerichtet ist, von einer von außen gelieferten Antriebskraft angetrieben zu werden.
-
Wie in 1 gezeigt, umfasst der offene Spiralkompressor (Spiralfluidmaschine) 1 ein Gehäuse 2, welches als Hülle dient. Das Gehäuse 2 hat eine zylindrische Form mit einem geöffneten vorderen Ende und einem geschlossenen hinteren Ende. Ein Vordergehäuse 3 ist an der Öffnung an dem vorderen Ende des Gehäuses 2 durch einen Bolzen 4 befestigt, um einen abgedichteten Raum innerhalb des Gehäuses 2 zu bilden. Ein Schnecken- bzw. Spiralverdichtungsmechanismus 5 und eine Antriebswelle 6 sind in dem abgedichteten Raum eingebunden.
-
Die Antriebswelle 6 ist durch das Vordergehäuse 3 drehbar durch ein Hauptlager 7 und ein Hilfslager 8 unterstützt. Eine Antriebsscheibe 10, die auf einer äußeren Umgebung des Vordergehäuses 3 drehbar durch das Lager 10 unterstützt ist, ist mit einer elektromagnetischen Kupplung 12 mit einem Vorderendteil, welches außerhalb von dem Vordergehäuse 3 über eine Lippendichtung (oder eine mechanische Dichtung) 9 abgedichtet ist, verbunden, wodurch sie eine Antriebskraft, welche von außen übertragen wird, erfährt. Ein hinteres Ende der Antriebswelle 6 ist mit einem Kurbelzapfen 13 integral verbunden, welcher um ein vorbestimmtes Maß exzentrisch angeordnet ist und, was später beschrieben wird, mit einer umlaufenden Schnecke 16 des Schneckenverdichtungsmechanismusses 5 über einen bekannten angetriebenen Kurbelmechanismus 14 verbunden ist, der einen variablen kreisförmigen Radius hat und eine Antriebslaufbuchse und ein Antriebslager umfasst.
-
Der Schneckenverdichtungsmechanismus 5 bildet ein Paar von Verdichtungstaschen (Verdichtungstaschen) 17 zwischen einem Paar aus einer feststehenden Schnecke 15 und der umlaufenden Schnecke 16, die miteinander in Phasen im Eingriff stehen, die zueinander um 180° versetzt sind. Fluid (Kühlgas) wird verdichtet, wenn die Verdichtungstaschen 17 von umfänglichen Positionen zu zentralen Positionen bewegt werden, während deren Volumen verringert wird. Die feststehende Schnecke 15 umfasst einen Austrittskanal 18, durch den das Gas, welches an einem zentralen Ort der feststehenden Schnecke 15 verdichtet wurde, austritt und welcher an einer Bodenwandungsfläche des Gehäuses 2 mit einem Bolzen 19 befestigt ist. Die umlaufende Schnecke 16 ist mit dem Kurbelzapfen 13 der Antriebswelle 6 durch den angetriebenen Kurbelmechanismus 14 verbunden und auf einer Schublagerfläche des vorderen Gehäuses 3 mit einem bekannten Drehverhinderungsmechanismus 20 unterstützt, um in Kreisrotation frei angetrieben zu werden.
-
Auf einer äußeren Umgebung einer Endplatte 15A der feststehenden Schnecke 15 ist ein O-Ring 21 vorgesehen. Der O-Ring 21 ist in engem Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2, um den Innenraum des Gehäuses 2 in eine Austrittskammer 22 und eine Einlasskammer 23 aufzuteilen. Der Austrittskanal 18 wird in der Austrittskammer 22 geöffnet, um hochdruckverdichtetes Gas aus den Verdichtungstaschen 17 in einen Kühlzyklus zu entlassen. Ein Einlasskanal 24, welcher für das Gehäuse 2 vorgesehen ist, wird in der Einlasskammer 23 geöffnet, sodass Niederdruckgas, welches durch den Kühlzyklus umgewälzt wird, in die Verdichtungstaschen 17 durch die Einlasskammer 23 aufgenommen wird.
-
Das Paar der feststehenden Schnecke 15 und der umlaufenden Schnecke 16 umfassen jeweils entsprechende Evolventen-Spiralgänge 15B und 16B, die auf der Endplatte 15A und einer Endplatte 16A aufgesetzt sind. In den vorliegenden Ausführungsformen, wie in 2 gezeigt, umfasst eine der feststehenden Schnecken 15 und der umlaufenden Schnecke 16, welche die umlaufende Schnecke 16 in diesem Beispiel ist, einen gestuften Teil 16E in einer Spiralrichtung nur an einer vorbestimmten Position auf einer Zahnfußoberfläche 16D des Evolventen-Spiralgangs 16B. Die andere feststehende Schnecke 15 umfasst einen gestuften Teil 15E in einer Spiralrichtung nur an einer vorbestimmten Position (korrespondierend zum gestuften Teil 16E, der auf der Zahnfußfläche 16D des Evolventen-Spiralgangs 16B der umlaufenden Schnecke 16 vorgesehen ist) auf einer Zahnspitzenfläche 15C des Evolventen-Spiralgangs 15B.
-
Wie oben beschrieben, ist der gestufte Teil 16E nur auf der Zahnfußfläche 16D der umlaufenden Schnecke 16 vorgesehen und der gestufte Teil 15E, der zum gestuften Teil 16E korrespondiert, ist nur auf der Zahnspitzenfläche 15C des Evolventen-Spiralgangs 15B der feststehenden Schnecke 15 vorgesehen. Die Zahnfußfläche 15D der feststehenden Schnecke 15, welche mit keinem gestuften Teil versehen ist, ist vollständig eben. Außerdem hat eine Zahnspitzenfläche 16C des Evolventen-Spiralgangs 16B der umlaufenden Schnecke 16 in gleichmäßiger Art und Weise eine identische Höhe. Dementsprechend hat der Spiralkompressor 1 eine einseitig gestufte Struktur, bei der gestufte Teile nur in einer der Verdichtungstaschen 17 vorgesehen sind.
-
Bei dem Spiralkompressor 1, der die einseitig gestufte Struktur hat, umfasst eine des Paars der Verdichtungstaschen 17 bei Einlassschluss einen gestuften Teil und die andere Verdichtungstasche 17 umfasst keinen gestuften Teil. Dementsprechend sind die Verdichtungstaschen zueinander asymmetrisch und haben unausgeglichene Volumina. Deswegen haben das Paar der Verdichtungstaschen 17 unterschiedliche Verdichtungsvolumenverhältnisse. Wenn ein Druckunterschied zwischen den Verdichtungstaschen 17 in einem Verdichtungsprozess erzeugt wird, wird der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben, so dass das Paar der Verdichtungstaschen 17 miteinander verbunden sind, so dass ein Kompressionsverlust aufgrund der Mischung erzeugt wird.
-
Beispielsweise, wie in 3 gezeigt, ist in einem Zustand mit geschlossenem Einlass in 3(A) der gestufte Teil 16E der Zahnfußfläche 16D an einer Position auf einer inneren Seite einer Spiralendposition 16F des Evolventen-Spiralgangs 16B der umlaufenden Schnecke 16 über einen Evolventenwinkel von 1,5 π im Bogenmaß in der Spiralrichtung vorgesehen. An der Position, die in 3(A) gezeigt ist, sind die gestuften Teile 16E und 15E miteinander im Eingriff, und erreichen einen dichten Zustand zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen 17. Von diesem Zustand an beginnt die Verdichtung. Wenn der Schneckenpositionswinkel um 90° zur Position dargestellt in 3(B) fortschreitet, sind die gestuften Teile 16E und 15E immer noch miteinander im Eingriff. Wenn der Schneckenpositionswinkel um 90° aus der Position gezeigt in 3(B) hin zur Position gezeigt in 3(C) fortschreitet, wird jedoch der Eingriff zwischen den gestuften Teilen 16E und 15E aufgehoben, sodass das Paar von Verdichtungstaschen 17, die verdichtet wurden, um zwischen sich eine Druckdifferenz zu haben, miteinander in Kommunikation gelangen, wodurch ein Mischverlust verursacht wird.
-
Dieser Zustand wird in einem Graph in 5 gezeigt, der eine Änderung des Zylinderinnendrucks (innerer Druck einer jeden Verdichtungstasche) zeigt. Der Mischverlust führt zu einer Abnahme der Effizienz. Wenn der Schneckenpositionswinkel um 90° aus der Position gezeigt in 3(C) zur Position gezeigt in 3(D) fortschreitet, befinden sich die gestuften Teile 16E und 15E wieder miteinander in Eingriff. Wenn der Schneckenpositionswinkel um weitere 90° fortschreitet, ist eine 360°-Drehung vollendet, um eine Rückkehr zur Position, die in 3(A) gezeigt ist, zu erreichen.
-
Dementsprechend bewegen sich das Paar der Verdichtungstaschen 17 bei Einlassschluss an der Position, die in 3(A) gezeigt ist, zu Verdichtungstaschenpositionen um eine Stufe weiter nach innen. Eine weitere Drehung verbindet das Paar der Verdichtungstaschen 17, um verdichtetes Gas in die Austrittskammer 22 durch den Austrittskanal 18 zu entlassen. In 5 geht die Drehung weiter, weil der Schneckenpositionswinkel abnimmt.
-
Die vorliegende Ausführungsform ist dazu gedacht, durch Definition der Positionen der gestuften Teile 16E und 15E den Mischverlust, der auftritt, wenn der Eingriff zwischen den gestuften Teilen 16E und 15E aufgehoben wird, so dass das Paar der Verdichtungstaschen 17 miteinander in Verbindung gelangt, zu verhindern. Um dies zu erreichen, ist wie in 2 gezeigt, der gestufte Teil 16E der Zahnfußfläche 16D an einer Position auf einer inneren Seite der Spiralendposition 16F des Evolventen-Spiralgangs 16B in der Spiralrichtung über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß oder an einer Position auf einer äußeren Seite der Innenseitenposition vorgesehen, wenn die umlaufende Schnecke 16 umfassend den gestuften Teil 16E auf der Zahnfußfläche 16D zu der Position, die in 2(A) gezeigt ist, bewegt wird, in anderen Worten ein Zustand bei Einlassschluss.
-
Insbesondere ist der gestufte Teil 16E der Zahnfußfläche 16D in der Spiralrichtung in einem Positionsbereich auf der inneren Seite der Spiralendposition 16F des Evolventen-Spiralgangs 16B der umlaufenden Schnecke 16 über einen Evolventenwinkel von π/2 im Bogenmaß bis π im Bogenmaß, vorgesehen. Mit dieser Konfiguration sind die gestuften Teile 16E und 15E bei Einlassschluss miteinander in Eingriff an der Position, die in 2(A) gezeigt ist, aber der Eingriff zwischen den gestuften Teilen 16E und 15E wird sofort aufgehoben, wenn die Rotation von der Position, dargestellt in 2(A) zur Position, dargestellt in 2(B), weitergeht, so dass das Paar der Verdichtungstaschen miteinander in Verbindung gelangt. In diesem Zustand befinden sich die Innendrücke innerhalb des Paares der Verdichtungstaschen 17 auf Innendrücken, die zwischen sich keinen Druckunterschied haben, und deswegen tritt kein Mischverlust aufgrund von Gasmischung, wenn das Paar der Verdichtungstaschen 17 miteinander in Verbindung gelangen, auf.
-
Während eine 180°-Drehung von der Position gezeigt in 2(A) zur Position gezeigt in 2(C) über die Position gezeigt in 2(B) stattfindet, finden sich die gestuften Teile 16E und 15E nicht miteinander in Eingriff. Während dieser Drehung schreitet ein Verdichtungsprozess voran, während das Paar der Verdichtungstaschen 17 miteinander in Verbindung stehen. Dann, an einer Position gezeigt in 2(C) gelangen die gestuften Teile 16E und 15E wieder miteinander in Eingriff. Eine weitere Rotation um 90° vervollständigt eine 360° Umdrehung, wodurch zur Position dargestellt in 2(A) zurückgekehrt wird. Dementsprechend bewegen sich das Paar der Verdichtungstaschen 17 bei Einlassschluss an der Position gezeigt in 2(A) zu Verdichtungstaschenpositionen einen Schritt nach innen. Weitere Rotation verbindet das Paar der Verbindungstaschen 17, um verdichtetes Gas in die Austrittskammer 22 durch den Austrittskanal 18 zu entlassen.
-
4 ist ein Graph, der eine Änderung des Zylinderinnendrucks (Innendrücke in den Verdichtungstaschen) durch diesen Vorgang zeigt. Ein Vergleich mit dem Graph eines Vergleichsbeispiels gezeigt in 5 zeigt, dass ein Mischverlust in der Nähe eines Schneckenpositionswinkels von 650° in dem Graph des Vergleichsbeispiels auftritt, aber kein Mischverlust in dem Graph der vorliegenden Ausführungsform (bei der der gestufte Teil 16A in der Spiralrichtung an einer Position auf der inneren Seite der Spiralendposition des Evolventen-Spiralgangs 16B über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß vorgesehen ist) auftritt.
-
Folglich erreicht die vorliegende Ausführungsform die unten beschriebenen Effekte.
-
Wenn die elektromagnetische Kupplung 12 im Spiralkompressor 1 wie oben beschrieben angeschaltet wird, wird Kraft von einer Antriebsquelle über die Scheibe 11 und die elektromagnetische Kupplung 12 auf die Antriebswelle 6 übertragen, um die Antriebswelle 6 anzutreiben. Dementsprechend wird die umlaufende Schnecke 16, die mit dem Kurbelzapfen 13 der Antriebswelle 6 über den angetriebenen Kurbelmechanismus 14, der die Antriebsbuchse umfasst, gekoppelt ist, angetrieben, um um die feststehende Schnecke 15 umzulaufen.
-
Wenn der Spiralkompressor 1 in dieser Art und Weise angetrieben wird, wird Niederdruckkühlgas in die Einlasskammer 23 aus dem Kühlzyklus durch den Einlasskanal 24 angesaugt, und dann in das Paar der Verdichtungstaschen 17 durch den umlaufenden Antrieb der umlaufenden Schnecke 16 aufgenommen. Dieses Kühlgas wird verdichtet, weil die umlaufende Schnecke 16 gedreht wird, um die Verdichtungstaschen 17 von der äußeren Seite zur zentralen Seite zu bewegen, während die Volumen dieser abnehmen. Dann wird das Kühlgas in die Austrittskammer 22 durch den Austrittskanal 18 entlassen, der im Zentrum der feststehenden Schnecke 15 vorgesehen ist, und wird dann in den Kühlzyklus gesendet.
-
Während dieses Vorganges rotieren das Paar der Verdichtungstaschen 17 bei Einlassschluss an den Schneckenpositionswinkelpositionen, die in 2(A) gezeigt sind, um 360° nacheinander durch die Position, die in 2(B) gezeigt ist, die Position, die in 2(C) gezeigt ist, und die Position, die in 2(D) gezeigt ist, und kehren wieder zur Position, die in 2(A) gezeigt ist, zurück. Bei dem einseitig gestuften Spiralkompressor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Zustand bei Einlassschluss, dargestellt in 2(A), ist der gestufte Teil 16E nur an der Zahnfußoberfläche 16D des Evolventen-Spiralgangs 16B der umlaufenden Schnecke 16 in der Spiralrichtung an einer Stelle auf der inneren Seite der Spiralendposition 16F des Evolventen-Spiralganges 16B der umlaufenden Schnecke 16 über einen Evolventenwinkel von π/2 im Bogenmaß bis π im Bogenmaß vorgesehen.
-
Bei dieser Konfiguration befinden sich an einer Position, die in 2(A) bei Einlassschluss gezeigt ist, die gestuften Teile 16E und 15E miteinander in Eingriff, aber wenn die Drehung von der Position gezeigt in 2(A) zur Position gezeigt in 2(D) durchgeführt wird, wird der Eingriff zwischen den gestuften Teilen 16E und 15E sofort aufgehoben, so dass das Paar der Verdichtungstaschen 17 miteinander in Verbindung gelangen. In diesem Zustand sind die inneren Drücke innerhalb des Paars der Verdichtungstaschen 17 immer noch auf dem Niveau der Einlassdrücke, die keinen Druckunterschied zwischen sich haben. Dementsprechend tritt kein Mischverlust auf, wenn das Paar der Verdichtungstaschen 17 miteinander in Verbindung gebracht wird, um die Gase dieser zu mischen.
-
Deswegen kann das Auftreten eines Mischverlustes aufgrund des Vorsehens des gestuften Teils 16E nur in einer des Paars der Verdichtungstaschen 17 im Spiralkompressor 1, der die einseitig gestufte Struktur hat, verhindert werden, wodurch entsprechend eine verbesserte Effizienz erreicht wird. Die Effizienz kann weiter verbessert werden durch die Reduzierung der Anzahl der Orte der Eingriffslücken der gestuften Teile im Spiralkompressor 1, der die einseitig gestufte Struktur hat, von zwei auf eins, um die Leckage eines Arbeitsmediums zu halbieren. Zudem kann eine Kostenreduktion durch eine Halbierung des Aufwands zur Herstellung der gestuften Teile erreicht werden.
-
Außerdem kann die vorliegende Ausführungsform, weil der gestufte Teil 16E auf der Zahnfußfläche 16D in einem Positionsbereich auf der inneren Seite der Spiralendposition 16F des Evolventen-Spiralgangs 16B in der Spiralrichtung über einen Evolventenwinkel von π/2 im Bogenmaß bis π im Bogenmaß vorgesehen ist, einen Effekt erreichen, der durch ein erhöhtes Verdichtungsvolumenverhältnis aufgrund des gestuften Teils 16E zur Verfügung gestellt wird, und kann gleichzeitig einen Mischverlust verhindern, der auftritt, wenn der Eingriff zwischen den gestuften Teilen 16E und 15E aufgehoben wird, so dass die Innendrücke des Paars der Verdichtungstaschen 17 gemischt werden. Deswegen kann der Spiralkompressor (Spiralfluidmaschine) 1 eine erhöhte Effizienz durch die gestufte Struktur, eine Reduktion in der Größe und im Gewicht und weiterhin eine erhöhte Effizienz durch Verhindern eines Mischverlustes erreichen.
-
{Andere Ausführungsformen}
-
- (1) Obwohl das erste Ausführungsbeispiel oben den offenen Spiralkompressor 1, der die einseitig gestufte Struktur hat, bei der der gestufte Teil 16E nur auf der Zahnfußfläche 16B des Evolventen-Spiralgangs 16B der umlaufenden Schnecke 16 vorgesehen ist, beschreibt, kann der offene Spiralkompressor 1 eine einseitig gestufte Struktur haben, bei der ein gestufter Teil nur auf der Zahnfußseite 15D des Evolventen-Spiralgangs 15B der feststehenden Schnecke vorgesehen ist. Diese Konfiguration kann die gleichen Effekte erzeugen wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
- (2) Die erste Ausführungsform beschreibt oben die beispielshafte Anwendung als Spiralkompressor 1, der eine einseitig gestufte Struktur hat. In einem Spiralkompressor, der eine beidseitig gestufte Struktur hat, bei der gestufte Teile an jeder der feststehenden Schnecke und der umlaufenden Schnecke vorgesehen sind und die auch Höhen haben, die zwischen der feststehenden Schnecke 15 und der umlaufenden Schnecke 16 unterschiedlich sind (auch einfügen) tritt ein Druckunterschied zwischen dem Paar der Verdichtungstaschen 17 aufgrund der unterschiedlichen Höhen der gestuften Teile auf. Deswegen, tritt wie oben beschrieben, ein Mischverlust auf, wenn der Eingriff zwischen den gestuften Teilen aufgehoben wird, so dass die Verdichtungstaschen 17 miteinander in Verbindung gelangen.
-
Aus diesem Grund, wenn die gestuften Teile, die an beiden Schnecken vorgesehen sind, unterschiedliche Höhen haben in dem Spiralkompressor, der die beidseitig gestufte Struktur hat, wird der gestufte Teil auf jeder Zahnfußfläche in der Spiralrichtung an einer Position auf einer Innenseite der Spiralendposition des korrespondierenden Evolventen-Spiralgangs bei Einlassschluss über einen Evolventenwinkel von π im Bogenmaß oder an einer Position auf einer äußeren Seite der Innenseitenposition vorgesehen. Diese Konfiguration kann beispielsweise den Effekt erreichen, dass die Effizienz durch Verhindern eines Mischverlustes verbessert wird, wie der Spiralkompressor 1, der die einseitig gestufte Struktur aufweist, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Art und Weise abgewandelt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist, obwohl die Ausführungsformen in der beispielhaften Anwendung bei einem offenen Spiralkompressor 1 oben beschreiben, die Anwendung bei einem Schneckenentspanner, einer Schneckenpumpe und dergleichen möglich. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den offenen Spiralkompressor 1 beschränkt, sondern ist anwendbar auf einen Spiralkompressor umfassend einen Verdichtungsmechanismus und einen Motor.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schnecken- bzw. Spiralkompressor (Spiralfluidmaschine)
- 15
- feststehende Schnecke bzw. Spirale
- 16
- umlaufende Schnecke bzw. Spirale
- 15A, 16A
- Endplatte
- 15B, 16B
- Evolventen-Spiralgang
- 15C, 16C
- Zahnspitzenfläche
- 15D, 16D
- Zahnfußfläche
- 15E
- gestufter Teil auf der Zahnspitzenfläche
- 16E
- gestufter Teil auf der Zahnfußfläche
- 16F
- Evolventen-Spiralendposition
