專利名稱：無油螺桿壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及防止了油分混入由一對陽螺旋轉子和陰螺旋轉子形成的壓縮工作空 間的無油螺桿壓縮機。
背景技術：
在組合一對螺旋轉子并形成壓縮工作空間的螺桿壓縮機中有供油式螺桿壓縮機 和無油螺桿壓縮機，上述供油式螺桿壓縮機為了冷卻該壓縮機以及為了能夠順利地驅動一 對轉子，向壓縮工作空間供給潤滑油；上述無油螺桿壓縮機通過經由正時齒輪驅動一對轉 子從而避免轉子之間的接觸，防止向壓縮工作空間混入油分。在怕混入油分的電子相關、食品、化學等工業領域中，對無油螺桿壓縮機的需要較 高。然而，可以說空氣壓縮機的電費高達工廠設備中的電費的大約25%，從而要求耗電少、 能效高的壓縮機。在專利文獻1中記載了這種以往的無油螺桿壓縮機的例子。在該專利文獻1所記 載的螺桿壓縮機中，為了避免使被冷卻的排出氣體的一部分返回到吸入側結果導致壓縮機 的動力增大的問題，在比與排出端口連通的轉子室壁部的位置更靠排出端口側，在排出端 口附近的轉子室內的空間部或剛開始排出之后的排出口部分，使在排出流路中的排出氣體 冷卻裝置的出側分支的分支流路合流。另外，在專利文獻2中記載了不是無油螺桿壓縮機而是供油式螺桿壓縮機的例 子。在該公報記載的壓縮機中，為了抑制耗電等增大，在外殼的與轉子排出側端面相對的壁 面形成凹部，在工作空間與排出端口剛要隔絕之前，使工作空間與凹部連通，并使該連通繼 續直到工作空間的容積實質上為0。專利文獻1日本特開昭63-45488號公報專利文獻2日本特開2008-82273號公報
發明內容
在上述專利文獻1所記載的無油螺桿壓縮機中，通過將排出氣體盡量在排出端口 的附近冷卻，從而將排出溫度抑制得較低并抑制吸入壓力的上升而降低了動力。然而在該 公報記載的壓縮機中，關于因在排出端口附近有工作氣體殘留而產生過壓縮等導致的動力 增加、即因復雜的排出端口部形狀引起的過壓縮等，并沒有充分地考慮。另外，在上述專利文獻2所記載的供油式螺桿壓縮機中，因為容許供油到軸承的 潤滑油混入工作空間，所以在機器外實施油分的分離。因此，壓縮機主體的結構變簡單。與 此相對，在無油螺桿壓縮機中，為了防止油分混入到工作空間內，需要高性能的軸密封裝 置。結果，轉子長度變長，因此為了抑制在高速旋轉機器中產生振動，外殼的端面深度方向 長度被明顯限制。另外，若將該專利文獻2所記載的壓縮機直接適用到無油螺桿壓縮機中，則根據 形成于轉子端面深度方向的槽的位置、形狀，存在使向開始吸入狀態的壓縮工作空間內泄漏的排出側的壓縮空氣量增加的可能性。若泄漏量增加，則無油螺桿壓縮機的性能必然降 低。本發明是鑒于上述以往技術的問題而作出的，其目的為，在無油螺桿壓縮機中，防 止因在壓縮工作空間為0之前排出端口關閉而產生的過壓縮等問題。本發明的其他目的為 抑制因過壓縮等引起的消耗動力的增加或壓縮空氣的過剩的溫度上升的產生。本發明更進 一步的其他的目的為，用低價的制造方法實現可從排出端口直到壓縮工作空間為0時高效 地排出壓縮空氣的排出端口。本發明以至少實現這些目的中的任一個為目的。為了實現上述目的，本發明的技術特征如下一種無油螺桿壓縮機，具有一對陽螺 旋轉子以及陰螺旋轉子、外殼、軸承、正時齒輪和軸密封裝置，一對陽螺旋轉子以及陰螺旋 轉子形成有多個螺旋的齒，外殼收納這兩轉子并形成有吸入端口和排出端口，軸承可旋轉 地支撐兩轉子的兩軸端部并被保持在外殼上，正時齒輪安裝在兩轉子的一方軸端部并使兩 轉子非接觸地同步旋轉，軸密封裝置配置在各軸承和轉子的齒之間，防止油侵入到轉子的 嚙合部，其中，與外殼的排出端口鄰接地設置有槽，該槽伴隨著兩轉子的旋轉，在由兩轉子 和外殼形成的壓縮工作空間的容量大致為零時，與排出端口連接。在該特征中，槽可以從陰轉子的齒底圓和陽轉子的齒尖圓交叉的位置附近，延伸 到將兩轉子的中心連結的線，并優選從陽轉子的齒尖部向外方延伸，其寬度比軸向深度大。 另外，可以用切削加工形成槽，防止從排出側向吸入側的泄漏。根據本發明，因為在無油螺桿壓縮機中設置有直到壓縮工作空間的容積實質為零 為止與排出端口連通的裝置，所以能夠防止過壓縮等問題。另外，能夠抑制因過壓縮等所產 生的消耗動力的增加或壓縮空氣的過剩的溫度上升的產生。而且，能夠用低價的制造方法 從排出端口直到壓縮工作空間為零時為止使壓縮空氣高效地排出。
圖1是本發明的無油螺桿壓縮機的一實施例的主要部分的橫剖視圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖1的B-B剖視圖。圖4是圖1的C-C剖視圖。圖5(a)是本發明的無油螺桿壓縮機的一實施例的俯剖視圖，圖5(b)是正剖視圖。附圖標記說明1陽(螺旋)轉子2陰(螺旋)轉子3 外殼4排出端口5壓縮工作空間6 (排出端口 )加工槽7排出完成狀態的壓縮工作空間8開始吸入狀態的壓縮工作空間11 14 軸承21小齒輪
4
22、23正時齒輪31 34軸密封裝置50無油螺桿壓縮機
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的無油螺桿壓縮機的一實施例進行說明。首先，參照圖5 對無油螺桿壓縮機的概要進行說明。圖5(a)是無油螺桿壓縮機50的俯剖視圖，圖5(b)是 正剖視圖。無油螺桿壓縮機50具有一對陽螺旋轉子1和陰螺旋轉子2，這一對轉子1、2被 收納在形成于外殼3的腔室中。腔室是通過圓筒狀的兩個空間在與軸向成直角的方向上連 接而成的，并且彼此的軸心平行。用軸承11、12可旋轉地支撐各轉子1、2的一個軸端部，用軸承13、14可旋轉地支 撐另一個軸端部。軸承11 14被保持在外殼3上。向軸承11 14供給潤滑油。因為本 發明的螺桿壓縮機50為無油壓縮機，所以為了防止潤滑油向后述的工作空間侵入，在比各 軸承更靠軸向中央側設置有軸密封裝置31 34。在陰轉子2的一個軸端安裝著小齒輪21，該小齒輪21與未圖示的原動機嚙合。在 陽轉子1以及陰轉子2安裝著正時齒輪22、23，通過兩正時齒輪22、23嚙合，陽轉子1和陰 轉子2同步旋轉。陽轉子1和陰轉子2的軸向中間部形成為大直徑。各轉子1、2的大直徑部與形成 于外殼3的腔室的內壁面之間具有著微小的間隙地被保持。另外，在各轉子1、2的大直徑部 螺旋狀地形成有多個槽或齒。在本實施例中，陽轉子1具有四個齒，陰轉子2具有六個槽。 而且，陽轉子1的齒與陰轉子2的槽保持微小的間隙地進行嚙合。在陽轉子1以及陰轉子2的一側(在圖5中為右側)形成有吸入端口，該吸入端 口將從吸入口吸入的空氣導入到由兩轉子1、2和外殼3形成的工作空間。在兩轉子1、2的 軸向相反側形成有排出端口 4，該排出端口 4將壓縮空氣從由兩轉子1、2以及外殼3形成的 工作空間導出到機器外。參照圖2至圖4，即，圖1所示的螺桿壓縮機50的橫剖視圖以及圖1的各部分剖 面，對排出端口 4的詳細情況進行說明。圖2是圖1的A-A向剖視圖，是表示陽轉子1的排 出部附近的圖。圖3是圖2的B-B向剖視圖，是表示陽轉子1和陰轉子2的嚙合部、排出端 口 4附近的圖。圖4是陽轉子1和陰轉子2的嚙合部附近的C-C向剖視圖，是表示水平剖 面的圖。但是，在無油螺桿壓縮機50中，空氣通過吸入配管被導入到外殼3內。而且由一 對陽轉子1和陰轉子2以及收納這些轉子1、2的外殼3構成的壓縮工作空間的容積隨著轉 子1、2的旋轉而擴大，并被吸入到壓縮機內部。之后，壓縮工作空間在為最大容積的附近被 外殼3完全關閉，若進一步繼續進行轉子1、2的旋轉，則壓縮工作空間收縮。據此空氣的壓 力上升。對應于壓縮工作空間在收縮到規定容積的狀態，在轉子1、2的軸向端面部且在外 徑部附近，對應于轉子1、2的齒形的輪廓形狀而形成排出端口。從該排出端口排出壓縮空 氣。為了避免陽陰兩轉子1、2彼此以及轉子1、2和外殼3之間相互接觸，考慮由轉子1、2 以及外殼3的加工精度、熱膨脹、空氣壓力所產生的變形、軸承間隙而形成間隙。在無油螺桿壓縮機50中，若從該間隙泄漏空氣則性能降低。因此，如果盡量減小間隙，則性能提高。 然而，外殼3的形狀不得不變得復雜，一般用鑄件制造。吸入端口以及排出端口形狀也用鑄 件形成，需要高精度的部分用機械加工制造。尤其是，為了避免因過壓縮所產生的消耗動力的增加、壓縮空氣溫度的上升，排出 端口 4優選以能夠將壓縮空氣排出到壓縮工作空間為零時的方式形成開口部。但是，由于 難以利用鑄件、機械加工形成且成本增大，因此在轉子1、2的端面容許有間隙。因為壓縮空 氣從該間隙逃逸，所以即使不將排出端口打開到壓縮工作空間為零，實質上也能夠防止過 壓縮。然而，就目前的方法而言，雖然能夠防止過壓縮，但是壓縮空氣總是從端面逃逸， 因此降低性能勢必難免。因此在本發明中通過簡單的結構，在降低從端面的泄漏的同時防 止過壓縮。以下說明是理論上的說明，雖然陽轉子1和陰轉子2在其齒面上相接，但如上所述 在實際的無油螺桿壓縮機中，若齒面相接觸則產生摩擦/磨損以及振動/噪音，因此以即使 考慮到熱膨脹也不接觸的程度形成間隙。然而，因為該間隙非常小，所以在實質的考察中即 使看作是接觸的也沒有關系。在圖1中，用DIR表示各轉子1、2的旋轉方向。若陽轉子1和陰轉子2同步旋轉， 則陽轉子1的齒面即作為率先與陰轉子2的齒面接觸的面的前進面SF1，與陰轉子2的齒面 SR2嚙合，在與外殼3的內壁面之間形成工作空間7。該工作空間7隨著陽轉子1以及陰轉 子2的旋轉從軸向吸入側向排出側移動。這時，工作空間被稱為密封線的陽轉子1和陰轉 子2的假想的接觸線隔開。在該密封線的后端到達兩轉子1、2的吸入端壁部3a時，工作空 間7的容積實質上為零。圖1是表示該工作空間7的容積為0的狀態的圖。S卩，陽轉子1和陰轉子2通過齒面上的點PI、P2、P3接觸。由點PI、P2分隔兩端 并在陽轉子1的前進面SFl和陰轉子2的齒面SR2之間形成壓縮工作空間。另一方面，通 過陽轉子1的與前進面SFl相反的齒面SRl和陰轉子2的前進面SF2以及點P2、P3，形成 新的壓縮工作空間8。對應于這樣的壓縮工作空間形狀的變化，以往形成有排出端口。如圖2所示，在各 轉子1、2的排出側端面附近、在外殼3的下側部分形成有與壓縮工作室連接的排出流路31。 而且，外殼3的側壁部分如圖中虛線所示，開口成將陽轉子1的下一個進行嚙合的齒的反前 進面SR1、陽轉子1的齒底圓、陰轉子2的下一個進行嚙合的齒的前進面的相反面SR2、陰轉 子2的齒底圓、陽轉子1以及陰轉子2的齒尖圓分別連接而成的形狀。而且在本發明中，如上所述為了不使性能降低并防止過壓縮，形成有即使工作空 間的容積實質上為零也可排出壓縮空氣的排出端口加工槽6。以下對該加工槽6進行詳細 地說明。如圖1所示，加工槽6位于陽轉子1的齒尖和陰轉子2的齒底的嚙合部附近。為 了防止空氣從排出側向吸入側泄漏，以排出端口 4和開始吸入狀態的壓縮工作空間8不連 通的方式，使加工槽6位于陽轉子1的齒尖外徑的外側。而且，以排出完成狀態的壓縮工作 空間7盡可能地與排出端口 4連通的方式，以排出側的轉子1的端面和外殼3之間的間隙 δ左右(參照圖2)的間隙，位于陽轉子1的齒尖外徑的外側。為了減少向陰轉子2的軸密封裝置34部泄漏壓縮空氣，盡可能地減小加工槽6的
6寬度。加工槽5的深度即軸向尺寸ε，由于具有軸密封裝置34而受到限制，形成為槽的寬 度尺寸δ的1/2左右(參照圖4)。加工槽6的長度W為從上述排出端口 4的拐角部即陰 轉子2的齒底部和陽轉子1的齒尖部的交叉部開始，直到將陽轉子1和陰轉子2的軸中心 相連結的線為止。 這樣確定加工槽5的各參數基于以下理由。如果繼續延長加工槽5的長度W，即如 果越過連結陽轉子1和陰轉子2的中心的線，則會與開始吸入的槽連續，壓縮空氣向吸入側 逆流。另外，考慮到加工性而確定加工槽5的深度ε。而且，若過于加寬加工槽5的寬度 S，則過于接近陰轉子2的軸密封部的孔，壓縮空氣會流到軸密封部。出于這些理由，如上 所述地確定了加工槽5的尺寸。
權利要求
一種無油螺桿壓縮機，具有一對陽螺旋轉子以及陰螺旋轉子、外殼、軸承、正時齒輪和軸密封裝置，上述一對陽螺旋轉子以及陰螺旋轉子形成有多個螺旋的齒，上述外殼收納這兩轉子并形成有吸入端口和排出端口，上述軸承能旋轉地支撐上述兩轉子的兩軸端部并被保持在外殼上，上述正時齒輪安裝在上述兩轉子的一方軸端部并使兩轉子非接觸地同步旋轉，上述軸密封裝置配置在上述各軸承和上述轉子的齒之間，防止油侵入到轉子的嚙合部，其特征在于，與上述外殼的排出端口鄰接地設置有槽，該槽伴隨著上述兩轉子的旋轉，在由兩轉子和外殼形成的壓縮工作空間的容量大致為零時，與排出端口連接。
2.根據權利要求1所述的無油螺桿壓縮機，其特征在于，上述槽從上述陰轉子的齒底 圓和陽轉子的齒尖圓交叉的位置附近延伸到連結兩轉子中心的線。
3.根據權利要求1或2所述的無油螺桿壓縮機，其特征在于，上述槽從上述陽轉子的齒 尖部向外方延伸，其寬度比軸向深度大。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的無油螺桿壓縮機，其特征在于，用切削加工形成 上述槽，防止從排出側向吸入側的泄漏。
全文摘要
本發明提供一種無油螺桿壓縮機，其防止了因在壓縮工作空間為零之前排出端口關閉而產生的過壓縮等問題，避免消耗動力的增大。無油螺桿壓縮機具有形成有多個螺旋的齒的一對陽螺旋轉子(1)以及陰螺旋轉子(2)，收納這兩轉子并形成有吸入端口和排出端口(4)的外殼(3)，可旋轉地支撐兩轉子的兩軸端部并被保持在外殼上的軸承(11～14)。與外殼的排出端口鄰接地設置槽(6)，該槽伴隨著兩轉子的旋轉，在由兩轉子和外殼形成的壓縮工作空間的容量大致為零時，與排出端口連接。
文檔編號F04C18/16GK101900119SQ20101018554
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月19日 優先權日2009年5月28日
發明者內田利一, 齋藤隆史, 鶴誠司 申請人:株式會社日立工業設備技術