JP3955731B2 - 圧縮可能な媒体用の容積式機械に搭載するツイン・スクリューロータ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、圧縮可能な媒体用の容積式機械に、特にポンプに搭載するツイン・スクリューロータに関し、前記ロータは、変化するピッチの一条ねじに設計され、また少なくとも７２０°の接触角度で軸平行な向かい合った外係合となりかつブローホール接続の無い軸方向に連続したチャンバーをハウジング内に形成するように意図されており、また端面形状は、芯部円弧とサイクロイドの中空部側面と外円弧とさらに別の側面とから構成されている。
【０００２】
ドイツ特許第８７６８５号は、スクリューロータが可変ピッチで設計されているスクリューホィールカプセル機構と呼ばれている機械を示している。その機械は、モータとしても、またポンプとしても両方に使用される。膨張している媒体の方向に作業チャンバーの容積をさらに増大させるために、モータとして作動させるときには、ロータは代わりに先細りになるように構成されている。
【０００３】
ドイツ特許第６０９４０５号には、両方共がピッチと螺旋深さとが可変となっているスクリュー対を有した圧縮装置と膨張装置とを備えた空気冷却機械が説明されている。ロータの包絡面は、暫減するように設計されている。
【０００４】
上述の機械の双方共、それらが先細りのシリンダを必要としていて、それによって、ロータはただ一方側でのみ組み込まれ、取り出されるだけであると言う欠点を有している。このことは、機械の組立と分解に時間と労力が掛かり、保守および修理の作業には非常に不利である。
【０００５】
欧州特許出願第０ ６９７ ５２３号は、互いに噛み合っているロータが、ピッチの連続変化した『雄』と『雌』の所謂Ｓ．Ｒ．Ｍ．形状として称されている不等スクリュー形状を有したスクリュー型容積式機械に係わるものである。端面形状は、それによって、歯尖端のピッチが、または各々外円弧の長さが、接触角度に従属している単調増加関数となるように変えられている。そのような形状は、軸方向に連続した作業小室をうまく仕切るのが、残っているブローホールによって不可能であると言う欠点を有している。ブローホールによって惹起される真空損失は、結果的に効率度合いにロスを生むことになり、それで、その種の機械に関しては、少なくとも低回転速度での良好な内部圧縮は不可能となる。
【０００６】
ドイツ特許出願公告第１９５３０６６２号は、スクリューエレメントのピッチが、それらの入口端からそれらの出口端にかけて連続的に減少して気体圧縮が解放されるようにしている外部コーミングスクリューエレメント装備のスクリュー式吸入ポンプを開示している。スクリューロータの歯形状は、エピトロコイドのおよび／またはアルキメデスのカーブを有している。この機械は、示された幾何学的釣合いで達成可能な内部圧縮率は、月並みなものであると言う欠点を有している。さらに、端面形状の変化不足によってすでに不良な圧縮率になっていて、スクリュー外径とハウジングとの間のギャップのスクリュー端方向の深さを低減しているために漏洩率の増大に至っている。
【０００７】
ドイツ特許出願公告第４４４５９５８号は、対向作動回転の外部コーミングスクリューエレメントを備えたスクリューコンプレッサについて説明している。スクリューエレメントの螺糸状螺旋は、一方の軸端からそこから離れた第２軸端までに連続的に徐々に小さくなっている。形状として、矩形状または台形状が提案されている。形状としてのこの種の幾何学的形状の欠点は、上記公告で説明されているように、螺糸深さが直径に対して最小になっている場合にのみ、十分に損失の無い作動を行うに過ぎない点である。従って、その種の機械は、大きな構造容積と大きな重量を有している。十分な内部圧縮率が達成されるであろうと推定される場合に、ピッチにおいて極端に大きな変化が必要とされる点が、その種の形状幾何学の別の欠点となっている。上述のドイツ特許出願公告第１９５３０６６２号にも関連しているように、端面形状の変化不足は、ここでもこのような短所を負っており、これで、スクリュー外径とハウジングとの間のギャップのスクリュー端方向の深さの減少によって大きな漏洩率を来すことになる。
【０００８】
例えば、ＳＥ８５３３１号やＤＥ２４３４７８２号やＤＥ２４３４７８４号等のさらに別の公報は、スクリューピッチが一定でないか、または端面形状が変化した内部軸流スクリュー機械に関するものである。これらの機械は、全て製造コストが高く、また各々の場合、動的シールも吸入側で必要とされると言う欠点を持っている。
【０００９】
さらに、スクリュー状ロータを備えた２軸コンプレッサを説明している、例えばＤＥ２９３４０６５号やＤＥ２９４４７１４号、ＤＥ３３３２７０７号、ＡＵ２６１７９２号等のいくつかの公報がある。そこでは、ロータと、幾つかのケースではハウジングも、軸方向において互いに背後に配置され異なった厚さおよび／または輪郭の形状ディスクから構成されており、それで内部圧縮を達成するようにしている。スクリュー状ロータを有した全ての機械は、不利なスペースや渦流ゾーンが段付き構造部に渡って生じるので、それらの効率の大きさは、スクリュー形状ロータ装備の機械のものに比較して小さくなっていると言う欠点を有している。スクリュー状ロータは運転中に温度が高くなるために、それらスクリュー状ロータについて形の一貫性に関するさらに別の問題が予測される。
【００１０】
このような最新の技術からスタートして、本発明は、その目的として、上述のような欠点を持たないツイン・スクリューロータを提供するものである。
【００１１】
この目的を達成するために、本発明による圧縮可能な媒体用の容積式機械に搭載するツイン・スクリューロータは、圧縮可能な媒体用の容積式機械に搭載するツイン・スクリューロータであって、前記スクリューロータが変化するピッチの一条ねじ状であり、前記変化するピッチの一条ねじ状の部分が少なくとも７２０°の接触角度を有し、前記スクリューロータが軸平行な向かい合った外係合となるように配置され、前記スクリューロータが、ブローホール接続の無い軸方向に連続したチャンバーをハウジング内に形成し、前記ツイン・スクリューロータが、芯部円弧（３）とサイクロイドの中空部側面（４）と外円弧（５）とさらに別の側面（６）とを備える端面形状から構成され、前記ツイン・スクリューロータのピッチは、単調では無くかつ接触角度に依存する変数として定義されているので、第１部分（Ｔ ₁ ）におけるピッチは、吸入側スクリュー端から増大しかつ約１ターン後に最大値に達し、第１部分に隣接した第２部分（Ｔ ₂ ）におけるピッチは、減少しかつ吐出側スクリュー端に達する前の約１ターンで最小値に達し、また第２部分に隣接した第３部分（Ｔ ₃ ）におけるピッチは、一定のままとなり、端面形状の輪郭は、芯部円弧（３）および外円弧（５）の扇形角度（γ）が変化することで、またさらに別の側面（６）の幾何学形状が変化することで変わり、芯部円半径（Ｒｂ）と外円半径（Ｒａ）と中空部側面の幾何学形状とは、一定であり、また中空部側面の最外点は、ピッチ推移を限定するための基準螺旋（７）を形成し、スクリュー軸線に沿った芯部円弧（３）および外円弧（５）の扇形角度（γ）の変化は、円筒状ロータ外面の基準螺旋（７）および第２境界画定螺旋（８）の空間的に少なくともほとんど等間隔な推移によって決定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明を図面に図示された実施例を参照にして次により詳しく説明する。
【００１３】
図１は、軸線が平行な向い合い係合した一対のスクリューロータ１、２の実施例を示している。図２および図３は、図１に係るロータ１、２の各々を別々に示している。外部ケーシングと芯部とは円筒状となっていて、かくして螺糸深さがスクリュー長さに渡って一定となっていることが、これらの図において明らかに認識される。図３には、計測値Δｗ₁ およびΔｗ₃ は、スクリューのピッチが軸線に沿って変化しているのを示しているが、しかし、スクリュー形状の円筒ロータ外面の高さｈはそこで一定のままとなっており、それによって、望ましく無いことには最初に述べた最新式の機械のあるもので生じていたようなロータとハウジング内壁との間の吐出側に向かった漏れ損失は、防止されている。後でもっと詳しく立ち入るが、基準螺旋がこの図で参照番号７によって示されており、また番号８は、円筒状ロータ外面の第２の境界画定螺旋である。
【００１４】
ロータ軸線に対して直角な断面のロータが図４に示されている。かくして形成された端面形状は、スクリューの全長に渡って一定の半径Ｒｂを持った芯部円弧３を有しており、それは、時計方向において、扇形角度γの後でサイクロイドの中空部側面４へと変わっている。中空部側面４の幾何学形状は、スクリューの全長に渡って変化されていない。中空部側面４は、点Ｂにおいて鋭角を成して、スクリュー全長に渡って一定の半径Ｒａを持った外円弧５に続いており、それは扇形角度γの後で点Ｃで別の側面６へと変化している。これは、最後に正接変遷部を伴って芯部円弧３へと変わって行く。スクリュー軸線に沿った端面形状輪郭の変化は、扇形角度γと別の側面６の幾何学形状における変化とに基づいている。スクリュー軸線に沿った扇形角度γの変化は、好ましくは、中空部側面の最外点Ｂ_{α 1} によって形成されている基準螺旋（図３における７）と円筒ロータ外面の第２境界画定螺旋（点Ｃ）（図３における８）との等間隔な推移に空間的に少なくとも密接して決定されている。
【００１５】
図５は、接触角度αに従属して、図４との関連で挙げられた基準螺旋の漸進的変化ｗを線図に示している。比較するために、一定の勾配を有した螺旋の漸進的変化についての直線ｇと対応した区分Ｐ₀ 、２Ｐ₀ 等が描かれている。勾配の推移は、図６に表示されている漸進的変化ｗの第１派生ｗ’［＝δ_W ／δα ］を考えれば、明瞭に認識される。この値ｗ’は、上記基準螺旋の動的勾配である。この図で、勾配は、値Ｌ₀ ／２πでα＝０において始まることが判るが、ただし、Ｌ₀ は平均勾配高さの内の一つに対応した定数である。第１部分Ｔ₁ では、ｗ’は増大し、α＝２πで最大値（１＋Ａ）Ｌ₀ ／２πに到達するが、ただし、Ａは振幅調整値である。２πから６πにおよぶ第２部分Ｔ₂ では、勾配は減少して、α＝６πで最小値（１−Ａ）Ｌ₀ ／２πに到達し、スクリューの終端までの第３部分Ｔ₃ においてそれを維持している。
【００１６】
図７は、接触角度αの関数としてのチャンバー横断面を示しており、実線Ｆ₀ によって示されたカーブは、形状変化無しのチャンバー横断面を示しており、また破線Ｆ_m によって示された曲線は、形状変化を有したチャンバー横断面を示している。
【００１７】
図８ａには、本発明に係るツイン・スクリューロータを収容するように意図されたハウジングの横断面が示されている。図８ｂは、図４の図解に対応したロータを切った断面を示しており、また図８ｃには、チャンバー横断面Ｆ₀ がハッチングで示されている。
【００１８】
図９ａから図９ｐには、正面断面において、接触角度に従属した作業チャンバー横断面の進展結果が示されている。後者は、図において角度の数値で示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 互いに係合した一対のスクリューロータを示している。
【図２】 右勝手ロータを示している。
【図３】 左勝手ロータを示している。
【図４】 形状の変化するスクリューロータの正面部分である。
【図５】 本発明に係るロータの基準螺旋の漸進的変化を示している。
【図６】 図５に係る漸進的変化のピッチ推移を示している。
【図７】 形状変化の無い場合と、有る場合の機械の作業チャンバー断面の推移を示している。
【図８ａ〜８ｃ】 本発明に係るロータを備えたコンプレッサのハウジングとロータと作業チャンバーの断面である。
【図９ａ〜９ｐ】 図７に係る作業チャンバー断面の進展を図解したロータ対を切った正面断面である。

Claims (1)

1. 圧縮可能な媒体用の容積式機械に搭載するツイン・スクリューロータであって、前記スクリューロータが変化するピッチの一条ねじ状であり、前記変化するピッチの一条ねじ状の部分が少なくとも７２０°の接触角度を有し、前記スクリューロータが軸平行な向かい合った外係合となるように配置され、前記スクリューロータが、
   ブローホール接続の無い軸方向に連続したチャンバーをハウジング内に形成し、前記ツイン・スクリューロータが、芯部円弧（３）とサイクロイドの中空部側面（４）と外円弧（５）とさらに別の側面（６）とを備える端面形状から構成され、
   前記ツイン・スクリューロータのピッチは、単調では無くかつ接触角度に依存する変数として定義されているので、第１部分（Ｔ₁ ）におけるピッチは、吸入側スクリュー端から増大しかつ約１ターン後に最大値に達し、第１部分に隣接した第２部分（Ｔ₂ ）におけるピッチは、減少しかつ吐出側スクリュー端に達する前の約１ターンで最小値に達し、また第２部分に隣接した第３部分（Ｔ₃ ）におけるピッチは、一定のままとなり、
   端面形状の輪郭は、芯部円弧（３）および外円弧（５）の扇形角度（γ）が変化することで、またさらに別の側面（６）の幾何学形状が変化することで変わり、芯部円半径（Ｒｂ）と外円半径（Ｒａ）と中空部側面の幾何学形状とは、一定であり、また中空部側面の最外点は、ピッチ推移を限定するための基準螺旋（７）を形成し、
   スクリュー軸線に沿った芯部円弧（３）および外円弧（５）の扇形角度（γ）の変化は、円筒状ロータ外面の基準螺旋（７）および第２境界画定螺旋（８）の空間的に少なくともほとんど等間隔な推移によって決定されていることを特徴とする圧縮可能な媒体用の容積式機械に搭載するツイン・スクリューロータ。

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