JPS5937291A - スクリュー形流体機械のロータ歯形の製作方法 - Google Patents

スクリュー形流体機械のロータ歯形の製作方法

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JPS5937291A
JPS5937291A JP14762882A JP14762882A JPS5937291A JP S5937291 A JPS5937291 A JP S5937291A JP 14762882 A JP14762882 A JP 14762882A JP 14762882 A JP14762882 A JP 14762882A JP S5937291 A JPS5937291 A JP S5937291A
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pressure side
screw
female
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茂利 英智
Katsuhiko Kasuya
糟谷 勝彦
Minoru Tsunetomi
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/082Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
    • F01C1/084Toothed wheels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary-Type Compressors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スクリュー圧縮機のスクリューロータに係る
もので、特に、同期装置を用いてロータ同志が互いに接
触することなく、噛合って回転する乾式のスクリュー圧
縮機に好適なスクリューロータに関するものである。
一般にスクリュー圧縮機などから吐出されるガス中に油
分の混在が望ましくない用途に用いられる無給油式のス
クリュー圧縮機などにおいては、一対のスクリューロー
タ間の回転伝達は、各々のロータの作動室外の軸部に設
けられた同期装置を介して行われ、このときロータ同志
は互いに接触することなく、噛合って回転する。この種
のスクリュー圧縮機のスクリューロータは、油をロータ
同志が噛合う作動室内に噴射してロータ間の潤滑、冷却
およびシールを施す油冷式スクリュー圧縮機のスクリュ
ーロータに比較して、実働時にはロータの歯部が高温釦
なるため、停止時の常温におけるロータの歯部の形状と
比較すると大幅に変形する。このため、両ロータの形状
の設計に際しては、両口−タ問およびロータとケーシン
グ間において、作動時に両ロータが接触することなく、
かつ最小のクリヤランスになるようにロータの寸法を考
慮して設計する必要がある。
しかしながら従来のロータの設計忙おいては、両口−タ
問およびロータとケーシング間のクリヤランスを一義的
に決定しておシ、何んら理論的に根拠のないクリヤラン
スがロータに与えられているため、スクリュー圧縮機の
効率に問題を有していた。
すなわち、両ロータ間のクリヤランスの与え方としては
、例えば雄ロータを基本ロータ歯形とし、実働時の熱膨
張による変形等を考慮して雌ロータ歯形の法線方向に一
定量のクリヤランスが与えられているスクリューロータ
が実用化されている。
しかし、このようなりリヤランスの与え方は、熱膨張に
よる変形が歯形形状によって異なるため、ロータの熱膨
張および実働時のロータ間のクリヤランスを詳細に検討
した結果法められた最適な数値とは考えられない。
また、前記とは異なるクリヤランスの与え方としては、
互いに噛合うロータ歯形間の相対すベシ運動が小さい領
域においては、わずかなりリヤランスを与え、それ以外
の歯形間には、充分大きなりリヤランスを与えるように
したものが特公昭45−20061号によシ開示されて
いる。
しかしながらこのようなりラヤランスの与え方も、両ロ
ータの熱変形を定薫的に配慮したものとは考えられない
本発明は上記の点に鑑み、雌ロータと雄ロータの噛合い
において実働時に最適なりリヤランスを保持するようK
して効率向上および信頼性向上を図るようにしたスクリ
ューロータを提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明の第1の発明は、実
働時にクリヤランスなしに互いに噛合う雌ロータおよび
雄ロータを基本ロータ歯形とし、これらの基本歯形がロ
ータの実働時より常温状態までの熱収縮によって変形し
た口ψり歯形を求めて常温歯形とするものである。
また、第2の発明は、実働時にクリヤランスなしに互い
に噛合う雌ロータおよび雄ロータ歯形を基本ロータ歯形
とし、これらの基本ロータ歯形のうち、一方のロータが
実働時よシ常温状態までの熱収縮によって変形したロー
タ歯形を求め、前記基本ロータ歯形の他方のロータ歯形
から同期装置のパーサラツシ量などを減じたロータ歯形
を求め、このロータ歯形を常温状態に戻したロータ歯形
を他方のロータ歯形とするものである。
さらに第3の発明は、実働時にクリヤランスなしに互い
忙噛合う雌ロータおよび雄ロータのいずれか一方のロー
タ歯形を基本ロータ歯形とし、この一方の基本ロータ歯
形がロータの実働時・よシ常温状態まで熱収縮によって
変形したロータ歯形を求め、前記一方の基本ロータ歯形
に同期装置のバツクラツシ量などを加えたロータ歯形を
求め、このロータ歯形によって創成される他方のロータ
歯形を求め、このロータ歯形を常温状態に戻したロータ
歯形を他方のロータ歯形とするものである。
以下本発明のスクリューロータの第一実施例を図面によ
シ説明する。
第1図において、lは雌ロータ、2は雌ロータ1と互い
に噛合う雄ロータで、これら両ロータl。
2は、中心点3.4を回転中心としてケーシング(図示
せず)内で矢印方向に回転することにより圧縮機の機能
を満すようになっている。5,6は両ロータ1,2のピ
ッチ円を示す。ここで、雌ロータ1の基本ロータ歯形上
7、雄ロータ2の基本ロータ歯形を8とすると、これら
両ロータ1,2のロータ歯形7,8は、実働時に互いに
クリヤランスなしに噛合うロータ歯形であシ、本発明に
おいては、この基本ロータ歯形7,8の個個の形状の詳
細には何んら制約されない。
第2図〜第4図は本発明を実施する釦際しての手順を示
したものである。
第2図〜第3図において、9は雄ロータ2の基本ロータ
歯形8がロータ1,2の実働時より常温状態までの熱収
縮によって変形したロータ歯形を示すもので、この常温
状態における変形したロータ歯形9は予め実働時のロー
タ内部の温度を測定して得られた温度分布を基にして有
限要素法などの手法によシ計算によって求める。10は
雌ロータ1の基本ロータ歯形7がロータlの実働時よシ
常温状態まで熱収縮によって変形したロータ歯形を示す
もので、この変形したロータ歯形10は前記と同様に実
働時のロータ内部の温度を測定して得られた温度分布を
基にして有限要素法などの手法によシ計算によって求め
る。
ここで、前記手順の具体例として最も簡便な列について
説明する。
先ず、仮定条件として、実働時の両ロータの軸直角断面
における温度分布を内、外部とも一定温 一度とし、常
温状態までの温度降下による゛ロータの熱変形は、ロー
タの中心からロータ歯形上の任意の点までの距離に対応
して半径方向忙収縮するものとする。
第4図釦おいて、雄ロータ2の基本ロータ歯形8上の任
意の点120法線は12−13となる。
この点12は温度降下によシ半径方向に収縮して点14
に移動する。このとき、点14の法線14−15は前記
法線12−13に対して平行に移動し、この点14は温
度降下によって変形したロータ歯形9上に存在する。
以下前記と同様に基本ロータ歯形8の各点の熱変形を計
算してロータ歯形9を求める。
このように、実働時の熱膨張した状態で噛合う雌、雄ロ
ータ歯形を常温に戻し否、常温歯形としたので、実働時
に雌ロータ1、雄ロータ2の噛合う歯形間の全域にわた
って最小のクリヤランスを保持することができるため、
油冷式のスクリューロータに比し熱変形の大きい乾式の
スクリューロータにおいて特に大幅な性能向上が図れる
第5図および第6図は前記第一実施例の手順とは異なる
第二の実施例を示すもので、第5図および第6図におい
て第1図〜第4図と同一符号のものは同一部分を示す。
第5図および第6図において、前艷雌ロータ1、雄ロー
タ2間の回転伝達は、両ロータ1,2の作動窓の外部に
設けられた同期装置、例えば同期歯車(図示せず)を介
して行なわれる。
第5図において、雄ロータ2の基本ロータ歯形8が、ロ
ータ2の実働時よシ常温状態までの熱収縮によって熱変
形したロータ歯形9は、前記と同様な手順によって求め
られる。
第6図において、16は前記雌ロータ1の基本ロータ歯
形7から同期歯車のバツクラツシ量やロータ1,2同志
が噛合いの過程で接触しないために必要な最小のクリヤ
ランス量を減じたロータ歯形を示すものである。17は
前記ロータ歯形16を常温状態に戻すことM、!+7得
られるロータ歯形で、このロータ歯形17は前記と同様
に雌ロータ1のロータ内部の温度分布から有限要素法な
どの手法によシ求められる。
次にロータ歯形16の求め方を第7図によシ説明する。
第7図において、雌ロータ1のピッチ円5上の同期歯車
のパツクラツシ量とロータ1,2間の必要最小クリヤラ
ンス量の和を00%前記ロータ歯形7上の任意の点18
における動径の兼さ3−18をR1動径と点18に立て
た歯形の法線とのなす角をα、中心点3からピッチ円5
までの半径をR1とすると、前記ロータ歯形7上の任意
の点18は、バツクラツシ量を考慮したとき点19にな
る。このときの点18−19の距離をCとした場合、こ
の距離Cは次式で表わされる。
この式により基本のロータ歯形7からパツクラツシ量ヲ
考慮したロータ歯形16が求められる。
次に、ロータ歯形16からロータ歯形17に変換するに
は、前記ロータ歯形8からロータ歯形9に変換した手順
で行なえばよい。
前記バツクラツシ量を考慮する理由は、同期装置として
同期歯車などを用いた場合、実働時の最適な噛合いを得
るためには、同期歯車に存在するバツクラツシ量を考慮
するとより効果的である。
このように、実働時の熱膨張した雌ロータ、雄ロータに
同期歯車のパックラッシ量などを考慮するようにしたの
で実働時における両ロータ同志の接触防止を図ることが
できるため、スクリュー圧縮機の信頼性が向上する。勿
論、許容できる範囲内の最小のバツクラツシ量を与える
ことによシ性能向上を図ることができる。
第8図および第9図は前記第一実施例および第二実施例
の手順とは異なる第三の実施y++’を示すもので、第
8図および第9図において、第1図〜第7図と同一符号
のものは同一部分を示す。
この実施例においては、′jaT:1−タ2を基準とし
、雄ロータ2に基本ロータ歯形8/−与える。
@8図および第9図において、9は前記の手順によシ基
本ロータ歯形8を実働時より常温状態まで戻したロータ
歯形である。
20はバックラッシ量および熱膨張を考慮したロータ歯
形で、このロータ歯形2oは、基本ロータ歯形8に同期
歯車のバックラッシ量やロータ1゜2同志が噛合いの過
程で接触しないために必要な最小のクリヤランス量など
を加えたものである。
21は前記雄ロータ2の熱膨張とバックラッシ量を考慮
したロータ歯形2oによって1u成される雌ロータlの
ロータ歯形、22はロータ歯形21を常温状態に戻すこ
とにより得られる雌ロータ1のロータ歯形を示す。
このように雌ロータ1および雄ロータ2を形成すること
によシ、スクリュー圧縮機の実働状態においては、雌ロ
ータ1と雄ロータ2とのクリヤランスが同期歯車のバッ
クラッシやロータ同志が接触しないため必要な最小のク
リヤランスのみになるので、ガスの漏洩を極端に減少で
きるため、スクリュー圧縮機の大幅な効率向上が図れる
また、ロータとケーシングとのクリヤランスもロータの
熱変形量が明確になるた′め、最小クリヤランスに′設
定できる。
尚、本発明の第一、第二実施例および第三実施例におい
ては、実働時におけるロータ内、外部の軸方向の温度分
布を一定にしているが、作動流体、圧力条件などの実働
条件によってはロータの軸方向にかなシの温度勾配が存
在する。このため、低温の吸込側における温度1分布と
高温の吐出側における温度分布を考慮した場合、ロータ
歯形を外周側が吸込側から吐出側に向うに従って減少す
るテーパ状に形成する。
すなわち、第10図に示す如く、吸込側(図示A)の一
端から吐出側(図示B)の他端に向うに従って先細シに
なるようなテーパを形成する。
また、このテーパは雌ロータ1、雄ロータ2又は両ロー
タにつけることも可能である。
本発明のスクリューロータによれば、実働時にクリヤラ
ンスなしに互いに噛合う雌ロータおよび雄ロータを基本
ロータ歯形とし、これらの基本ロータ歯形がロータの実
働時よシ常温状態までの熱収縮によって変形したロータ
歯形を求めて常温歯形にするようKしたので、雌ロータ
と雄ロータの噛合う歯形間の全域にわたって最小のクリ
ヤランスに保持できるため、スクリュー圧縮欅などの大
幅な性能効率向上および信頼性の向上が図れる。
尚、本発明の第2および第3の実施例においては、乾式
のスクリューロータに適用した場合について説明してい
るが、勿論、油冷式のスクリューロータに適用すること
も可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のスクリューロータにおける基本歯形を
説明するための図、第2図〜第4図は本発明のスクリュ
ーロータにおける第一の実施例を示し、スクリューロー
タ歯形を求めるための手順を説明するための図、第5図
〜第7図は本発明のスクリューロータにおける第二の実
施列を示し、スクリューロータ歯形を求めるための手順
を説明するための図、第8図および第9図は本発明のス
クリューロータにおける第三の実施例を示し、スクリュ
ーロータ歯形を求めるための手順を説明するための図、
第40図は本発明のスクリューロータにおける他の実施
例を説明するための側面図である。 1・・・nロータ、2・・・雄o−タ、7.8・・・基
本ロータ歯形。 代理人 弁理士 薄田利幸 第1 目 ¥B図 第3 図 第6 図 /′L′−5

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、平行な二軸の回りを互いに噛合いながら回転する雌
    ロータおよび雄ロータから成るスクリューロータにおい
    て、実働時にクリヤランスなしに互いに噛合う雌ロータ
    および雄ロータ歯形を基本歯形とし、これら基本歯形が
    ロータの実働時よシ常温状態までの熱収縮によって変形
    したロータ歯形を求めて常温歯形としたことを特徴とす
    るスクリューロータ。 2、前記雌ロータおよび雄ロータの外径を、低圧側から
    高圧側に沿って減じるテーパ状に形成したことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のスクリューロータ。 3、前記雌ロータの外径を、低圧側から高圧側に沿って
    減じるテーパ状に形成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のスクリューロータ。 4、前記雄ロータの外径を、低圧側から高圧側に沿って
    減じるテーパ状に形成したこ一ζ金特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のスクリューロータ。 5、平行な二軸の回シを互いに接触することなく噛合い
    、かつ同期装置を介して回転する雌ロータおよび雄ロー
    タから成るスクリューロータにおいて、実働時にクリヤ
    ランスなしに互いに噛合う雌ロータおよび雄ロータ歯形
    を基本ロータ歯形とし、これらの基本ロータ歯形のうち
    、一方のロータが実働時よシ常温状態までの熱収縮によ
    って変形したロータ歯形を求め、前記基本ロータ歯形の
    他方のロータ歯形から同期装置のパツクラツシ量などを
    減じたロータ歯形を求め、このロータ歯形を常温状態に
    戻したロータ歯形を他方のロータ歯形としたことを特徴
    とするスクリューロータ。 6、前記雌ロータおよび雄ロータの外径ヲ、低圧側から
    高圧側に沿って減じるテーパ状に形成したことを特徴と
    する特許請求の範囲第5項記載のスクリューロータ。 7、前記雌ロータの外径を、低圧側から高圧側に沿って
    減じるテーノく状に形成したことを特徴とする特許請求
    の範囲第5項記載のスフ1ツユーロータ。 8、前記雄ロータの外径を、低圧側から高圧側に沿って
    減じるテーノく状に形成したこと全特徴とする特許請求
    の範囲第5項記載のスクリューロータ。 9、平行な二軸の回りを互いに接触することなく噛合い
    、かつ同期装置を介して回転する雌ロータおよび雄ロー
    タから成るスクリューロータにおいて、常温状態でクリ
    ヤランスなしに互いに噛合う雌ロータおよび雄ロータの
    いずれか一方のロータ歯形を基本ロータ歯形とし、この
    一方の基本ロータ歯形がロータの実働時よシ常温状態ま
    での熱収縮によって変形したロータ歯形を求め、前記一
    方の基本ロータ歯形に同期装置のバツクラツシ量などを
    加えたロータ歯形を求め、このロータ歯形によって創成
    される他方のロータ歯形を求め、このロータ歯形を常温
    状態に戻したロータ歯形を他方のロータ歯形としたこと
    を特徴とするスクリューロータ。 10、M記雌ロータおよび雄ロータの外径を、低圧側か
    ら高圧側に沿って減じるテーノく状に形成したことを特
    徴とする特許請求の範囲第9項記載のスクリューロータ
    。 11、前記雌ロータの外径を、低圧側から高圧側に沿っ
    て減じるテーパ状に形成したことを特徴とする特許請求
    の範囲第9項記載のスクリューロータ。 12、前記雄ロータの外径を、低圧側から高圧側に沿っ
    て減じるテーパ状に形成したことを特徴とする特許請求
    の範囲第9項記載のスクリューロータ。
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