專利名稱：裝在可壓縮介質擠出機中的雙螺旋轉子的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于裝在可壓縮介質擠出機、尤其是泵中的雙螺旋轉子，其各轉子被作成具有變化螺距的單頭螺紋，并確定地形成了軸向平行、反向旋行的具有至少720°包容角的外嚙合，及在一個殼體中構成無噴孔連接的軸向腔序列，其中端視輪廓由一個內圓弧、一個擺線狀凹緣、一個外圓弧及另一個凸緣組成。
專利文獻DE87685給出一種稱為螺旋齒輪封裝機構的機器，其中螺旋轉子設有變化的螺距。該機器不但可作為馬達而且可作為泵使用。為了在作為馬達工作時工作腔的容積在介質減壓方向上進一步地增加，將轉子選擇地作成錐形。
在專利文獻DE609405中描述了一種設有壓縮機及減壓機的空氣冷卻機，這兩者具有可變螺距及螺深的螺旋對。轉子殼表面被構成錐形。
上述兩種機器具有其缺點，即它們需要錐形轉子，由此轉子僅可在一側上進行裝、拆。這就增高了機器組裝及拆卸成本，尤其在維修及清洗工作時非常不利。
專利申請EP0697523涉及一種螺旋擠出機，其中相互形成嚙合的轉子具有不一樣的、被稱為“陽”及“陰”的螺旋輪廓，即帶有連續變化螺距的所謂S.R.M輪廓。該端視輪廓這樣變化，即齒頂角及外圓弧長度是包容角的一單調增長函數。這種輪廓具有的缺點是，由于剩余氣口使工作腔的軸向序列不能很好地密封。通過氣口引起的真空損耗將產生效率損失的后果，以致用這樣的機器至少在小及中等轉數時不能得到良好的內部壓縮。
專利公告文獻DE19530662公開了一種具有外嚙合的螺旋單元的螺旋吸氣泵，其中螺旋單元的螺距從進氣端到出氣端持續地減小，以便對待排出氣體產生壓縮。螺旋轉子的齒具有長短幅圓外旋輪曲線和/或阿基米德曲線形狀。該機器具有的缺點是，在所示幾何關系的情況下才可達到大的內壓縮率。此外，該缺少變化的端視輪廓使本來就不好的壓縮比固定不變并由于向著螺旋端部在螺旋外徑與殼體之間的縫深度之減小導致泄漏率增高。
公告文獻DE4445958描述了一種具有反向旋轉外嚙合之螺旋單元的螺旋壓縮機。螺旋元件的螺旋線從一個軸端到遠離該端的第二軸端連續地變小。作為其截面輪廓建議使用矩形或梯形輪廓。這種幾何輪廓的缺點在于，僅當螺深相對直徑的比例小時，它們才能損耗足夠小地工作，正如所述文獻中的做法。因此這種機器具有大的結構體積及重量。這種幾何輪廓的另一缺點是，當要達到滿意的內壓縮率時，需要過大的螺距變化。如在所述DE19530662中那樣，這里該缺少變化的端視輪廓也使所述缺陷固定不變，它亦由于向著螺旋端部在螺旋外徑與殼體之間的縫深度之減小導致泄漏率增高。
另外的公開文獻，如SE85331,DE2434782及DE2434784涉及具有非恒定螺距或變化的端視截面輪廓的內軸式螺旋機。這些機器都具有其缺點，即結構成本高及在所有情況下需要吸入側動態密封。
此外，具有一些公開文獻、例如DE2934065,DE2944714,DE3332707及AU261792，它們描述具有類似螺旋轉子的雙軸式壓縮機。其中轉子及在一些情況下殼體也由軸向依次安置的不同厚度的和/或輪廓的成型盤組成并在某些程度上起到內部密封作用，所有具有類似螺旋的轉子的機器都具有一個缺點，即與螺旋形轉子相比其效率降低，因為通過分級結構產生了空間損失及旋渦區。此外在類似螺旋轉子情況下在形狀穩定性方面會有問題，因為在工作中它們將變熱。
從這些現有技術出發，本發明的任務則在于提出一種雙螺旋轉子，它不具有上述的那些缺點。
根據本發明，該任務這樣地解決螺距不是單調地變化，而是確定為與包容角相關地變化；在從吸入側螺旋端部開始的第一部分區域中螺距增大及在約一圈后達到最大值；在第一部分區域接下來的第二部分區域中螺距減小及約在壓出側螺旋端部前的一圈處達到最小值；及在第二部分區域接下來的第三部分區域中螺距基本上是恒定的。
本發明的有利實施形式被描述在從屬權利要求中。
以下將參照表示在附圖中的實施例來詳細描述本發明。附圖為
圖1一對彼此形成嚙合的螺旋轉子，圖2右旋轉子，圖3左旋轉子，
圖4一個具有變化型廓的端視截面，圖5根據本發明的轉子的參考螺旋線的展開，圖6根據圖4展開的螺距曲線，圖7在帶有及不帶有輪廓變化的擠出機中工作腔橫截面的曲線，圖8a至8c一個裝有根據本發明轉子的壓縮機殼體，轉子及工作腔的橫截面，及圖9a至9p一個轉子對的端視截面，它們表示根據圖7所示的工作腔橫截面的進展。
圖1表示一對彼此形成軸向平行的外嚙合的螺旋轉子1及2的實施例。圖2及3分開地表示根據圖1的每個轉子1及2。在該些圖中可清楚地看出，其外周面及內芯是圓柱形的并由此在整個螺旋長度上其螺旋深度是恒定的。圖3表示出量ΔW1及ΔW2，即螺旋的螺距在軸向上變化，但在此情況下，螺旋狀圓柱形轉子外表面的高度h保持不變，由此可避免在轉子及殼體內壁之間向壓力側的泄漏損耗，而在開始部分所述的一些現有技術的機器上該泄漏損耗以不希望的方式出現。在該圖中用標記7表示參考螺旋線，關于它在下面還要詳細說明，及用8表示該圓柱形外轉子面的第二參考螺旋線。
圖4中表示出與轉子軸垂直的一個轉子截面。這樣形成的端視輪廓具有一個內(芯)圓弧3，該圓弧在整個螺旋長度上具有恒定半徑Rb，并在轉過(順時針方向)一個扇角γ后過渡到一個擺線狀凹緣(齒面)4。凹緣4的幾何形狀在整個螺旋長度上不改變。該凹緣4在帶尖角的點B上與一個外圓弧5相連接，該外圓弧在整個螺旋長度上具有恒定半徑Ra，并在轉過一個扇角γ后在點C上過渡到一個另一凸緣(齒面)6。該凸緣最后正切地過渡到內圓弧3。端視輪廓沿螺旋軸的變化是基于扇角γ的變化及另一凸緣6幾何形狀的變化。扇角γ沿螺旋軸的變化最好通過一個由凹緣的最外點Bα構成的參考螺旋線(圖3中7)及圓柱形外轉子面的第二限界螺旋線(點C)(圖3中8)在空間上至少近似等距離的變化曲線來確定。
圖5表示結合圖4所述的參考螺旋線的展開線W與包容角α之間關系的曲線圖。為了比較還表示出一個直線g及具有恒定螺距的一個螺旋線展開的相應區段P0,2P0等。當我們觀察圖6中所示的展開線W的一次導數W[=δw/δα]時，便可清楚地識別螺距變化的曲線。該值W’為上述參考螺旋線的動態螺距。從該圖中我們可看到，在α=0時螺距開始于值L0/2π。其中L0為相應于平均螺距高度的一個常數。在第一部分區域T1中W’增大及在α=2π時達到最大值(1+A).L0/2π，其中A是幅值緩沖系數。在從2π延伸至6π的第二部分區域中，螺距下降及在α=6π時達到最小值(1-A).L0/2π，在直到螺旋結束的第三部分區域T3上螺距保持在該值上。
圖7表示作為包容角α函數的腔橫截面F，其中用實線表示的曲線F0代表無輪廓變化時的腔橫截面，及用虛線表示的曲線Fm代表有輪廓變化時的腔橫截面。
在圖8a中表示出一個確定來接收根據本發明的雙螺旋轉子的殼體，圖8b表示與圖4的示圖相對應的轉子剖面及在圖8c中用劃影線表示腔的橫截面。
在圖9a至9p中用端視剖面表示工作腔橫截面隨包容角的進展變化。后者在這些圖中用角度描述。
權利要求
1．用于裝在可壓縮介質擠出機中的雙螺旋轉子，其各轉子被制成具有變化螺距的單頭螺紋，并依此確定了處于軸向平行、反向旋行的具有至少720°包容角的外嚙合，及在一個殼體中構成無噴孔連接的軸向腔序列，其中端視輪廓由一個內(芯)圓弧(3)、一個擺線狀凹緣(4)、一個外圓弧(5)及另一個凸緣(6)組成，其特征在于螺距不是單調地變化，而是確定為與包容角相關地變化；在從吸入側螺旋端部開始的第一部分區域(T1)中螺距增大及在約一圈后達到最大值；在第一部分區域接下來的第二部分區域(T2)中螺距減小及約在壓出側螺旋端部前的一圈處達到最小值；及在第二部分區域接下來的第三部分區域(T3)中螺距基本上是恒定的。
2．根據權利要求1的雙螺旋轉子，其特征在于端視截面輪廓沿螺旋軸變化，其方式是內圓弧(3)及外圓弧(5)的扇角(γ)變化及另一凸緣(6)的幾何形狀變化，其中內圓半徑(Rb)、外圓半徑(Ra)及凹緣的幾何形狀均不變，以及其中凹緣的最外點形成確定螺距變化的參考螺旋線(7)。
3．根據權利要求2的雙螺旋轉子，其特征在于內圓弧(3)及外圓弧(5)的扇角(γ)沿螺旋軸的變化通過參考螺旋線(7)及圓柱形外轉子面的第二限界螺旋線(8)之一個在空間上至少近似等距離的變化曲線來確定。
全文摘要
在公知的用于可壓縮介質的擠出機的實施方案中,單頭螺紋的雙螺旋轉子以連續減小的螺距實現內擠壓。在某些情況下該功能通過端視輪廓的變化增強或替代。但對小型泵要求盡可能短的轉子及處理過程經常要求殼體快速拆卸以便清洗,就對包容角及端視輪廓的變化帶來限制,這又導致過大的螺距比或壓縮率不夠。本發明通過使用帶有優化的非單調螺距變化(ΔW1,ΔW3)及在恒定直徑上可選擇端視輪廓變化的雙螺旋轉子。在相同空間占用量的情況下可改善吸入能力及在僅四圈的情況下可容易地實現3.0或更大的壓縮比。裝有這種雙螺旋轉子的擠出機可在能量消耗,溫度,結構空間,維護方面提供最佳性能,及可使用在化學及半導體技術中。
文檔編號F04C18/16GK1324429SQ99812527
公開日2001年11月28日 申請日期1999年10月1日 優先權日1998年10月23日
發明者U·貝歇爾 申請人:阿特里爾斯布希股份有限公司