TWI512201B - 流體機械的多段式螺旋轉子機構 - Google Patents

Description

流體機械的多段式螺旋轉子機構

本發明係有關於一種螺旋轉子機構，尤指一種流體機械的多段式螺旋轉子機構。

常見的流體機械依功能區分，可分為壓縮機、風扇、鼓風機、真空泵、液體泵、膨脹機等類別；而依工作原理區分，可分為離心式、軸流式、螺旋式、往復式與渦卷式等型式。

以螺旋式壓縮機為例，其主要包含一壓縮室及設置在壓縮室的螺旋轉子機構，此螺旋轉子機構包含一公轉子與一母轉子，利用公轉子與母轉子之各螺旋體互相嚙合旋轉以壓縮介質(例如空氣)，而產生極大的輸出壓力。若需要更高的壓力時，一般係將複數台上述壓縮機串聯連接，將第一台壓縮機輸出的加壓介質送入第二台壓縮機中再加壓，以達到輸出更高的壓力。

然而，上述的方法雖可將介質加壓到所需的壓力，但複數台壓縮機零件重複性太多，造成成本增加及佔用空間，並驅動複數壓縮機需消耗能源，從經濟與環保的觀點來看，皆非理想的方法。

有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人開發之目標 。

本發明之一目的，在於提供一種流體機械的多段式螺旋轉子機構，其係利用簡潔的公、母螺旋轉子組合，產生多段地壓縮或膨脹行程，以縮短中間流道，降低壓損，進而提高運作效率，並組成零件簡單、體積短小的多段式流體機械。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種流體機械的多段式螺旋轉子機構，包括：一公轉子，包含一公轉軸及套接該公轉軸的一螺旋體，該螺旋體具有一螺旋區域並設有至少一環槽；至少一密封分隔結構，容置於該環槽並套固於該螺旋體，該密封分隔結構跟隨該螺旋體旋轉，該密封分隔結構將該螺旋區域分隔成二螺旋段，該密封分隔結構的外周緣尺寸突出且大於該螺旋段的外周緣尺寸；以及至少二母轉子，分別對應各該螺旋段嚙合配設。

本發明還具有以下功效：

第一、本發明轉子機構以單一公轉子搭配複數母轉子，並利用密封分隔結構及殼體將嚙合配設的各螺旋段及各母轉子區隔成多段壓縮室或膨脹室。故，本發明轉子機構以簡單零件及簡化配設，即產生多段地壓縮或膨脹行程，而組裝成零件簡單、體積短小的多段式流體機械。

第二、多段壓縮室或膨脹室的配設相鄰，能縮短中間流道及降低壓損，以提供低消耗的動力傳輸路徑，進而提高運作效率，使流體機械有更理想的壓縮或膨脹平衡力。

第三、公轉子可包含公轉軸及套設並連接公轉軸的螺旋體，螺旋 體表面形成各螺旋段，使單一公轉軸驅動公轉子，即同時連動各螺旋段及各母轉子相互嚙合，達到分段加壓或膨脹介質之功效，使本發明轉子機構具有節約能源及綠能環保之優點。

第四、單一公轉子搭配複數母轉子下，使轉子機構的零件數量較少，除了可降低成本之外，亦有利於維修保養時零件之更換。

第五、各螺旋段的外徑相等，各母轉子具有對應螺旋段嚙合的螺旋部，各螺旋部的外徑也相等，使本發明轉子機構具有方便製造及減少庫存之特點。

第六、其中之一螺旋部的軸向長度和相鄰的螺旋部的軸向長度之長度比介於1.6至2.5之間，使流體機械達到最佳地雙壓縮效率。

第七、公轉子和相鄰的二母轉子分別形成第一連心線及第二連心線，第一連心線及第二連心線之間形成有夾角，夾角介於90度至180度之間，使多段式壓縮室或膨脹室之間具有最佳之流道及空間結構。

10‧‧‧轉子機構

1‧‧‧公轉子

11‧‧‧螺旋區域

111‧‧‧螺旋段

112‧‧‧第一端

113‧‧‧第二端

12‧‧‧公轉軸

13‧‧‧螺旋體

131‧‧‧環槽

2‧‧‧密封分隔結構

3‧‧‧母轉子

31‧‧‧螺旋部

100‧‧‧殼體

101‧‧‧容腔

102‧‧‧環壁

A_L1‧‧‧第一連心線

A_L2‧‧‧第二連心線

D₁、D₂‧‧‧外徑

L₁、L₂、L₃‧‧‧軸向長度

θ‧‧‧夾角

第一圖係本發明轉子機構之立體組合圖。

第二圖係本發明轉子機構之組合示意圖。

第三圖係本發明轉子機構之組合剖面圖。

第四圖係本發明轉子機構第二實施例之側視圖。

第五圖係本發明轉子機構第三實施例之側視圖。

第六圖係本發明轉子機構第四實施例之側視圖。

第七圖係本發明轉子機構第五實施例之前視圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，將配合圖式說明如下，然而所附圖式僅作為說明用途，並非用於侷限本發明。

請參考第一至三圖所示，本發明係提供一種流體機械的多段式螺旋轉子機構，此轉子機構10主要包括一公轉子1、至少一密封分隔結構2及至少二母轉子3。

公轉子1具有一螺旋區域11；密封分隔結構2套設並固接於公轉子1並跟隨公轉子1旋轉，密封分隔結構2將螺旋區域11分隔成二螺旋段111，該密封分隔結構的外周緣尺寸突出且大於該螺旋段的外周緣尺寸。其中，密封分隔結構2可為油封或機械軸封，機械軸封可為迷路封環或壓縮環等元件。

螺旋區域11分隔成螺旋段111的方法，進一步說明如下，其一，公轉子1可包含一公轉軸12及套設並連接公轉軸12的一螺旋體13，螺旋體13表面形成螺旋區域11並設有至少一環槽131，密封分隔結構2對應環槽131而套設並固接於螺旋體13；或者，其二，公轉子1可包含一公轉軸12及套設並連接公轉軸12的至少二螺旋體13，二螺旋體13之間形成一環槽131，密封分隔結構2對應環槽131而套設並固接於公轉軸12，各螺旋體13表面形成各螺旋段111並共同構成螺旋區域11。

各母轉子3分別對應各螺旋段111嚙合配設，詳細說明如下，各母轉子3具有對應螺旋段111嚙合的一螺旋部31。

本發明係多段式螺旋轉子機構10之組合，其係利用公轉子1包含 公轉軸12及套接公轉軸12的螺旋體13，螺旋體13具有螺旋區域11並設有環槽131；密封分隔結構2容置於環槽131並套固於螺旋體13，密封分隔結構2跟隨螺旋體13旋轉，密封分隔結構2將螺旋區域11分隔成二螺旋段111，密封分隔結構2的外周緣尺寸突出且大於螺旋段111的外周緣尺寸；各母轉子3分別對應各螺旋段111嚙合配設。

本發明係多段式螺旋轉子機構10之使用，如第二至三圖所示，流體機械的殼體100具有一容腔101，將轉子機構10置入容腔101中，容腔101的環壁102以緊密靠近轉子機構10的方式配置。

公轉子1轉動時，密封分隔結構2轉動產生的阻力和殼體100自然形成複數的密封室，且各密封室內有相互嚙合配設的各螺旋段111及各母轉子3而形成多段式壓縮室或膨脹室，以壓縮室為例，使一壓縮室輸出的加壓介質(例如空氣)送入另一壓縮室中再加壓，以達到輸出更高的壓力。

藉此，本發明轉子機構10以單一公轉子1搭配複數母轉子3，並利用密封分隔結構2及殼體100將嚙合配設的各螺旋段111及各母轉子3區隔成多段壓縮室或膨脹室。故，本發明轉子機構10以簡單零件及簡化配設，即產生多段地壓縮或膨脹行程，而組裝成零件簡單、體積短小的多段式流體機械。

另外，多段壓縮室或膨脹室的配設相鄰，能縮短中間流道及降低壓損，以提供低消耗的動力傳輸路徑，進而提高運作效率，使流體機械有更理想的壓縮或膨脹平衡力。

再者，公轉子1可包含公轉軸12及套設並連接公轉軸12的螺旋體 13，螺旋體13表面形成各螺旋段111，使單一公轉軸12驅動公轉子1，即同時連動各螺旋段111及各母轉子3相互嚙合，達到分段加壓或膨脹介質之功效，使本發明轉子機構10具有節約能源及綠能環保之優點。

此外，單一公轉子1搭配複數母轉子3下，使轉子機構的零件數量較少，除了可降低成本之外，亦有利於維修保養時零件之更換。

請參考第四至六圖所示，本發明轉子機構第二至四實施例，其中，各螺旋段111的外徑D₁相等，各母轉子3具有對應螺旋段111嚙合的螺旋部31，各螺旋部31的外徑D₂也相等，使本發明轉子機構10具有方便製造及減少庫存之特點。

另外，其中之一螺旋部31的軸向長度L₁和相鄰的螺旋部31的軸向長度L₂之長度比L_i(L_i=L₁/L₂)介於1.6至2.5之間，使流體機械達到最佳地雙壓縮效率。但長度比L_i不以1.6至2.5為限制，其可視實際情況予以調整。

再者，公轉子1和相鄰的二母轉子3分別形成一第一連心線A_L1及一第二連心線A_L2，第一連心線A_L1及第二連心線A_L2之間形成有一夾角θ，夾角θ介於90度至180度之間，使多段式壓縮室或膨脹室之間具有最佳之流道及空間結構。

其中，上述公轉子1和相鄰的二母轉子3配置的最佳實施利，如第六圖所示，係為其中之一母轉子3配置在公轉子1的正下方，且第一連心線A_L1及第二連心線A_L2之間的夾角θ為90度，但不以此為限。

請參考第七圖所示，本發明轉子機構第五實施例，其中，一支公 轉子1也可同時配置二支以上的母轉子3，故密封分隔結構2和母轉子3的數量為複數，各密封分隔結構2將螺旋區域11分隔成複數螺旋段111。藉此，以達成相同於上述之功能及功效。

另外，螺旋區域11兩端分別形成一第一端112及一第二端113，各母轉子3具有對應螺旋段111嚙合的一螺旋部31，各螺旋部31的軸向長度L3自第一端112朝第二端113方向逐漸遞減；再參考第二至三圖所示，殼體100具有連通容腔101的一入口及一出口，若入口對應第一端112配置，出口對應第二端113配置，則流體機械為壓縮機、風扇、鼓風機等類別；若入口對應第二端113配置，出口對應第一端112配置，則流體機械為真空泵、液體泵、膨脹機等類別。

綜上所述，本發明之流體機械的多段式螺旋轉子機構，亦未曾見於同類產品及公開使用，並具有產業利用性、新穎性與進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

10‧‧‧轉子機構

1‧‧‧公轉子

11‧‧‧螺旋區域

111‧‧‧螺旋段

112‧‧‧第一端

113‧‧‧第二端

12‧‧‧公轉軸

13‧‧‧螺旋體

131‧‧‧環槽

2‧‧‧密封分隔結構

3‧‧‧母轉子

31‧‧‧螺旋部

Claims (8)

1. 一種流體機械的多段式螺旋轉子機構，包括：一公轉子，包含一公轉軸及套接該公轉軸的一螺旋體，該螺旋體具有一螺旋區域並設有至少一環槽；至少一密封分隔結構，容置於該環槽並套固於該螺旋體，該密封分隔結構跟隨該螺旋體旋轉，該密封分隔結構將該螺旋區域分隔成二螺旋段，該密封分隔結構的外周緣尺寸突出且大於該螺旋段的外周緣尺寸；以及至少二母轉子，分別對應各該螺旋段嚙合配設。
2. 如請求項1所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中密封分隔結構和母轉子的數量為複數，各該密封分隔結構將該螺旋區域分隔成複數螺旋段。
3. 如請求項1或2所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中各該螺旋段的外徑相等，各該母轉子具有對應該螺旋段嚙合的一螺旋部，各該螺旋部的外徑相等。
4. 如請求項3所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中之一該螺旋部的軸向長度和相鄰的該螺旋部的軸向長度之長度比介於1.6至2.5之間。
5. 如請求項1或2所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中該公轉子和相鄰的二該母轉子分別形成一第一連心線及一第二連心線，該第一連心線及該第二連心線之間形成有一夾角，該夾角介於90度至180度之間。
6. 如請求項5所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中之一該母轉子配置在該公轉子的正下方。
7. 如請求項6所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中該夾角為90度。
8. 如請求項1或2所述之流體機械的多段式螺旋轉子機構，其中該螺旋區域兩端分別形成一第一端及一第二端，各該母轉子具有對應該螺旋段嚙合的一螺旋部，各該螺旋部的軸向長度自該第一端朝該第二端方向逐漸遞減。