CN102261332B - 螺旋压缩机 - Google Patents

Abstract

在螺旋压缩机中，若轴向口的开口时间过短，则性能降低，若开口时间过长，则由于工作室进入到压缩过程，存在将在吸入过程一度吸入的气体从轴向口返回的现象。为了提高性能，需要工作室的关闭时间的最佳控制方法。本发明提供螺旋压缩机，具备形成在阳转子的齿和阴转子的齿相互啮合的状态下进行收纳的孔的外壳、设置在外壳的吸入侧的轴向吸入口和设置在排出侧的排出口，轴向吸入口由包括沿着阳齿形的线和沿着阴齿形的线的轮廓线构成，沿着阳齿形的线，在由阳转子的阳齿槽、阴转子的阴齿槽和孔围成的工作室的容积为最大的、阳转子的旋转角度的阳齿槽的追随侧轮廓线位置的阳转子的旋转方向侧，设置规定的错开角。

Description

螺旋压缩机

技术领域

本发明涉及螺旋压缩机，尤其是具备同步齿轮的无油式螺旋压缩机的轴向吸入口的形状。

背景技术

为了提高螺旋压缩机的能量转换效率、体积效率，至今已做出了大量的努力。决定性能的因素有很多，根据最近的研究可知，轴向吸入口的轮廓形状会对螺旋压缩机的体积效率产生影响。通常，在轴向吸入口不能确保充足的开口面积、开口时间时，导致吸入流量减少、体积效率的降低，反之在设定过大的开口面积以及开口时间时，一旦被吸引到工作室的流体在压缩工程中倒流，结果导致吸入流量减少，体积效率降低。

在专利文献1中，记载了最适于具备了容积变化暂时中断的工作室的螺旋压缩机的轴向吸入口的轮廓形状。另外，在专利文献2中，记载了通过使吸入动作间断而增加吸入流量的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-288369号公报

专利文献2：日本特开平10-9164号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在专利文献1、专利文献2中，能适用的螺旋压缩机的结构、使用方法是有条件的，没有达到不广泛应用的程度。因此，产生如下课题，将用于增加能适用于大量的螺旋压缩机的吸入量的结构具体化。

因此，本发明是鉴于上述课题做出的，其目的在于提供在通常结构的螺旋压缩机中能够提高能量转换效率、体积效率的结构。

为了解决上述课题，第一发明为螺旋压缩机，该螺旋压缩机具有阳转子、阴转子、外壳、轴向吸入口和排出口，上述阳转子具有扭转的齿，上述阴转子具有扭转的齿，上述外壳形成用于在上述阳转子的齿和阴转子的齿相互啮合的状态下进行收纳的孔，上述轴向吸入口设置在该外壳的吸入侧，上述排出口设置在上述外壳的排出侧，其中，上述轴向吸入口由包括沿着阳齿形的线和沿着阴齿形的线的轮廓线构成，沿着上述阳齿形的线，在由上述阳转子的阳齿槽、上述阴转子的阴齿槽和上述孔围成的工作室的容积为最大的、上述阳转子的旋转角度的阳齿槽的追随侧轮廓线位置的阳转子的旋转方向侧，以设置规定的错开角的方式配置。

另外，第二发明为螺旋压缩机，该螺旋压缩机具有阳转子、阴转子、外壳、轴向吸入口和排出口，上述阳转子具有扭转的齿，上述阴转子具有扭转的齿，上述外壳形成用于在上述阳转子的齿和阴转子的齿相互啮合的状态下进行收纳的孔，上述轴向吸入口设置在该外壳的吸入侧，上述排出口设置在上述外壳的排出侧，其中，上述轴向吸入口由包括沿着阳齿形的线和沿着阴齿形的线的轮廓线构成，沿着上述阴齿形的线，在由上述阳转子的阳齿槽、上述阴转子的阴齿槽和上述孔围成的工作室的容积为最大的、上述阴转子的旋转角度的阴齿槽的追随侧轮廓线位置的阴转子的旋转方向侧，以设置规定的错开角的方式配置。

发明效果

根据本发明，能够增加吸入量、实现高效率的压缩机。

附图说明

图1是实施例1的转子对和吸入口的轮廓。

图2是实施例1的孔外周面的展开图。

图3是通常的螺旋压缩机的剖视示意图。

图4是通常的螺旋压缩机的转子对和吸入口的轮廓。

图5是螺旋压缩机的工作室的容积变化和吸入流量的图表。

图6是说明流入剖面积形状的图。

符号说明

1    阳转子

2    阴转子

3    外壳

4    孔

5    阳齿槽

6    阴齿槽

7    吸入侧端面

8    排出侧端面

9    工作室

10   同步齿轮

11   轴向吸入口

13～19  构成轴向吸入口的轮廓的各个线

21   阳齿槽的追随侧轮廓线

22   阴齿槽的追随侧轮廓线

23   轴向吸入口11的行进侧轮廓线

24   阳齿顶线

25   阴齿顶线

29   工作室(在内容积扩大中处于吸入过程)

31   膨胀侧交点(カスプ)

32   压缩侧交点

具体实施方式

在说明本发明的实施例之前，用图3和图4说明螺旋压缩机的通常的结构。

图3是螺旋压缩机的剖视示意图。1为具有扭转的齿的阳转子，2为具有扭转的齿的阴转子。如图所示，在螺旋压缩机中，阳转子1和阴转子2在相互啮合的状态下被收容在形成于外壳3的内部的孔4中。孔4为重复了一部分的两个圆筒形，更具体地是由覆盖阳转子1的齿部的圆筒状外周面、覆盖阴转子2的齿部的圆筒状外周面、吸入侧端面7和排出侧端面8的四个面构成。在吸入侧端面7设有后述的轴向吸入口11，在排出侧端面8设有未图示的排出口。另外，设置于阳转子1的轴的一端的同步齿轮10和设置于阴转子2的轴的一端的同步齿轮10以啮合的方式配置，与阳转子1的旋转驱动同步地旋转驱动阴转子2。阳转子1的阳齿槽5和阴转子2的阴齿槽6连通的空间被孔4覆盖，形成作为封闭的空间的工作室9。阳齿槽5和阴齿槽6连通的空间存在多个，因此工作室9也可形成多个。各工作室9随着两个转子的旋转，从吸入侧端面7向排出侧端面8方向移动。另外，在无油式螺旋压缩机中，同步齿轮10彼此的齿隙设置得比阳转子1和阴转子2的齿部彼此的齿隙小，阳转子1和阴转子2的齿部彼此不接触。因此，各工作室9严格来说并不是封闭的空间，而是通过间隙与邻接的工作室相连。但是，在通过间隙邻接的工作室9泄漏的气体是很少量的，可以忽略。另外，非无油式螺旋压缩机通常用油、水等密封间隙，在邻接的工作室9彼此的泄漏的影响可以忽略。因此，以下按各工作室9作为独立的空间进行说明。

图4是说明在孔4的吸入侧端面7设置的轴向吸入口11的通常的形状的图。如箭头所示，阳转子1以顺时针旋转，阴转子2以逆时针旋转。在吸入侧端面7上的两个转子相接的位置形成的工作室9，随着两个转子的旋转，工作室9的前头向排出侧端面8移动，并且扩大内容积。此时，经由轴向吸入口11向工作室9供给被压缩气体。轴向吸入口11的阳转子1侧的轮廓线15和阴转子2侧的轮廓线18设置在工作室9的内容积为最大的位置。即，在工作室9的内容积扩大的期间，向与轴向吸入口11连通的工作室9供给被压缩气体，在工作室9的内容积缩小的期间，不向未与轴向吸入口11连通的工作室9供给新的被压缩气体。之后，随着两个转子的旋转，工作室9的内容积缩小，因此工作室9内的被压缩气体被压缩。被压缩了的被压缩气体从设置在排出侧端面8的排出口排出。

[实施例1]

用图1说明本发明的实施例1。对与图3、图4等同的结构附加相同的标号并省略说明。图1(a)是说明设置于孔4的吸入侧端面7的轴向吸入口11的实施例1的形状的图。如箭头所示，阳转子1以顺时针旋转，阴转子2以逆时针旋转。用最靠排出侧的斜线表示的工作室9为最大容积的位置，由此排列在吸入侧的工作室处于容积扩大的吸入过程。

如图1(b)所示，轴向吸入口11的轮廓线由啮合部的线13、沿着阳齿底径的圆弧14、沿着阳齿形的线15、沿着阳齿顶径的圆弧16、沿着阴齿顶径的圆弧17、沿着阴齿形的线18、沿着阴齿底径的圆弧19的七个轮廓线构成。其中，详细说明作为对压缩机的性能影响大的轮廓线的、沿着阳齿形的线15和沿着阴齿形的线18。

在图1(a)中，用剖面线表示的最大容积的工作室9在阳阴双方与吸入侧端面7和排出侧端面8相接。将吸入侧端面7的各转子的齿槽的轮廓相对于转子的旋转分为在先侧和追随侧这两侧。其中，对压缩机的性能产生影响大的是追随侧，以下着眼于阳齿槽5的追随侧轮廓线21和阴齿槽6的追随侧轮廓线22进行说明。

如图1(b)所示，沿着阳齿形的线15，设置在从工作室9为最大容积时的追随侧轮廓线21位置顺时针错开Δf1的量的位置。另外，沿着阳齿形的线15的位置精度在转子直径的1/20以内即可。

另外，沿着阴齿形的线18，设置在从工作室9为最大容积时的追随侧轮廓线22位置逆时针错开Δf2的量的位置。另外，沿着阳齿形的线18的位置精度在转子直径的1/20以内即可。

接着，使用如图2所示的孔4的展开图，说明工作室9和轴向吸入口11之间的位置关系。在图2中所示的孔4的展开图之中，右侧是阳侧圆筒的展开图，左侧为阴侧圆筒的展开图。另外，展开图的下端是吸入侧端面7，上端是排出侧端面8。与吸入侧端面7邻接地开设用沿着阳齿形的线15和沿着阴齿形的线18规定两端的轴向吸入口11。

用符号31表示的中央的纵线是，在阳侧圆筒和阴侧圆筒的相交线之中处于膨胀侧的膨胀侧交点。用符号32表示的左右两侧的纵线是，在孔4的阳侧圆筒和阴侧圆筒的相交线之中处于压缩侧的压缩侧交点。另外，斜线24、25以及与它们平行的斜线表示各转子的齿顶线。在各齿顶线之间形成的工作室之中，在与轴向吸入口11面对的工作室吸入被压缩气体，在不与轴向吸入口11面对的工作室不吸入被压缩气体。

另外，若阴阳两个转子旋转，则如箭头所示，工作室向上方移动，内容量扩大或减小。

用图5说明向如上所述的结构的螺旋压缩机的工作室吸入被压缩气体的过程。图5(a)表示使转子旋转时的工作室的容积。图5(b)表示将图5(a)微分求得的工作室的容积变化率。图5(c)表示工作室吸入的体积流量。另外，在图5中，用轴向吸入口开口时间比工作室容量增加时间长来表示本实施例的轴向吸入口11比通常的轴向吸入口大。

首先，阳齿槽和阴齿槽连通而成的工作室将在吸入侧端面7和膨胀侧交点31的接点产生的转子的旋转角度设为θ₀。在旋转角度为θ₀～θ₁期间，吸入侧端面7的工作室的开口为阳齿槽和阴齿槽连接。在旋转角度为θ₁时，吸入侧端面7的工作室的开口在阳齿槽侧和阴齿槽侧分离。如图5(c)所示，在旋转角度为θ₁～θ₂期间，工作室吸入的体积流量大，但被压缩气体经由阳转子侧和阴转子侧的两个开口被吸入到工作室，因此通过压损减小，能够实现顺利的吸入。

在旋转角度为θ₂时，若工作室的前端到达排出侧端面8，则如图5(b)、图5(c)所示，工作室的容积的变化率以及吸入的体积流量逐渐降低。另外，在旋转角度为θ₃时，工作室的容积最大，在旋转角度为θ₃之后，工作室的容积向减少转变。此处应着眼于，即使工作室的容积向减少转变，被压缩气体向工作室的吸入也持续到旋转角度θ₄。

用图6说明该理由。图6表示从吸入侧外壳通过吸入口向转子吸入的被压缩气体的流动状态。以往，由于已设想了在与随着吸入的惯性效果小的静止状态接近的状态的吸入，因此从口吸入的被压缩气体的流速有非常大的惯性效果，在本实施例中，通过采用能够利用该惯性效果的轴向吸入口11的形状，从而增加吸引量，提高体积效率。

以下，更详细地研究即使在工作室容积向减少转变之后，还可以吸入被压缩气体的理由。

若设阳转子齿槽底的半径为Rm，阳转子卷绕角度为θ_m，阴转子齿槽底的半径为Rf，阴转子卷绕角度为θ_f，转子的轴向长度为L，则工作室的轴向的槽长L’，若将齿槽底半径设置得最小，可表示如下，

$L^{,}=\sqrt{\mathrm{}}\{{(2\mathrm{\πR}\×\mathrm{\θ}/2\mathrm{\π})}^2+L^2\}$ (θ为弧度单位)

可认为流入工作室的被压缩气体在转移到压缩工序前之前，口温度以及压力大致相等。将此时的被压缩气体的音速设为a。对于非无油式的情况，用由油或水等蒸气量进行修正了的音速进行定义。

从工作室体积为最小的阶段起工作室体积随着转子的旋转而扩大，在工作室到达了排出端面的阶段，工作室的容积扩大为最大。此时，工作室到达排出端面以被压缩气体的音速条件向吸入侧传递。根据该气体的压缩性的时间滞后Δt用例如工作室的轴向的槽长L’表示为

$\mathrm{\Δt}=\sqrt{}\{{(2\mathrm{\πR}\×\mathrm{\θ}/2\mathrm{\π})}^2+L^2\}/a$

若将旋转速度设为ω，则错开角度Δf表示为

$\mathrm{\Δf}=\mathrm{\ω}\×\sqrt{}\{{(2\mathrm{\πR}\×\mathrm{\θ}/2\mathrm{\π})}^2+L^2\}/a$

具体地，若考虑到例如阳转子侧槽长L’m比阴转子侧槽长L’f短时，则阴转子侧齿槽底半径Rf＝30mm、卷绕角度θ_f＝150°、转子轴向长度L＝100mm、将被压缩气体设为空气、音速a＝340m/s时，Δt＝3.7×10^-4sec，若将阴转子的转速设为每秒200转，则在延迟时间期间移动的角度Δf为Δf＝27°。因此，使轴向吸入口的关闭时间，从工作室成为最大容积的角度，在理论上为Δf＝27°以下的范围内延迟，据此，可扩大吸入口剖面积以及吸入时间，可使吸入体积效率提高。

根据如上所述的实施例1的螺旋压缩机，处于吸入过程的工作室能够顺利并且低压损地吸入被压缩气体，另外，能够防止一旦吸入的被压缩气体从工作室倒流，并且能够增加吸入量。

另外，被压缩气体的类别可以适用任意种类的气体。另外，关于条件，规定由阳转子1和阴转子2形成的工作室9的形状(主要是长度)，可适用各种各样的转子齿形状，另外，对转子等的材质没有要求。

[实施例2]

说明本发明的实施例2。在实施例1中，是将阳阴轴向吸入口11在同一时间关闭，而在实施例2中，仅将作为轴向吸入口11的阳侧轮廓线的轮廓线15在实施例1中记载的关闭时间关闭。

据此，即使在阴转子侧的最大错开角度Δf＜＜阳转子侧的最大错开角度Δf时，也可实现效率提高。

[实施例3]

说明本发明的实施例3。在实施例1中，是将阳阴轴向吸入口11在同一时间关闭，而在实施例3中，仅将作为轴向吸入口11的阴侧轮廓线的轮廓线18在实施例1中记载的关闭时间关闭。

据此，即使在阳转子侧的最大错开角度Δf＜＜阴转子侧的最大错开角度Δf时，也可实现效率提高。

Claims (2)

1.一种螺旋压缩机，其特征在于，具有阳转子、阴转子、外壳、轴向吸入口和排出口，

上述阳转子具有扭转的齿，

上述阴转子具有扭转的齿，

上述外壳形成用于在上述阳转子的齿和阴转子的齿相互啮合的状态下进行收纳的孔，

上述轴向吸入口设置在该外壳的吸入侧，

上述排出口设置在上述外壳的排出侧，

上述轴向吸入口由包括沿着阳齿形的线和沿着阴齿形的线的轮廓线构成，

沿着上述阳齿形的线被配置为，与工作室的容积为最大时的、上述阳转子的旋转角度的阳齿槽的追随侧轮廓线位置相比，向阳转子的旋转方向侧错开规定的错开角，其中，上述工作室由上述阳转子的阳齿槽、上述阴转子的阴齿槽和上述孔围成，

或者，沿着上述阴齿形的线被配置为，与上述工作室的容积为最大时的、上述阴转子的旋转角度的阴齿槽的追随侧轮廓线位置相比，向阴转子的旋转方向侧错开规定的错开角，其中，上述工作室由上述阳转子的阳齿槽、上述阴转子的阴齿槽和上述孔围成，

在由设置于外壳内部的、部分重叠的两个圆筒孔构成的上述孔内，能自如旋转地配备阴阳两个转子，该阴阳两个转子所具有的扭转的齿，在其间保持微小的间隙并相互啮合，

上述阳转子的齿槽和上述阴转子的齿槽一个个由啮合部连通而形成一个上述工作室，随着转子的旋转而移动并扩大内容积的上述工作室的一端面对上述孔的吸入侧端面，在该吸入侧端面设置上述轴向吸入口，

上述轴向吸入口的结构为，经过上述工作室的容积成为最大的旋转角度，从自处于容积缩小过程的位置进而上述工作室到达了排出端面时，即上述工作室的容积成为最大时，到以被压缩气体的音速在转子的齿部长度移动所需要的时间之后，关闭上述轴向吸入口。

2.根据权利要求1所述的螺旋压缩机，其特征在于，

上述轴向吸入口的轮廓的结构为，在上述工作室的容积成为最大的转子的旋转角度之后，从自上述工作室到达了排出端面时到以被压缩气体的音速在转子的齿部长度移动所需要的时间之后关闭上述轴向吸入口那样的转子的旋转角度，包括沿着因形成上述工作室的一部分的阳转子齿槽的旋转而成为后侧的端面的轮廓线的部分和沿着因阴转子齿槽的旋转而成为后侧的端面的轮廓线的部分这两个部分，这些轮廓线的阴阳两个转子的旋转方向的相反侧开口，并且旋转方向侧被孔端面堵住。