專利名稱：干式螺桿驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體尤其是空氣的干式螺桿壓縮機(jī)，其用于加壓應(yīng)用(例如，顆?；蚍勰┑倪\輸或者水處理，其中大量的空氣必須被傳輸以開始并促進(jìn)好氧反應(yīng)) 和真空應(yīng)用(例如，氣體、煙霧或蒸汽排放系統(tǒng))。具體來說，本發(fā)明的干式螺桿壓縮機(jī)用于在具有1巴到3巴之間的低壓差的應(yīng)用并且在150毫巴的臨界絕對壓力的真空下的應(yīng)用中使用。
背景技術(shù)：
眾所周知，低壓差應(yīng)用(低于1巴)使用葉片(lobe)壓縮機(jī)。這些葉片壓縮機(jī)是這樣的壓縮機(jī)，其中具有平行軸線的兩個葉片轉(zhuǎn)子(通常兩個或三個葉片)嚙合在一起并且在相反的方向同步旋轉(zhuǎn)。然而，這些葉片壓縮機(jī)盡管結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)并且能夠保證良好的流動性，但是熱力學(xué)效率不足。因此，已提出一種螺桿式壓縮機(jī)，其能夠在低壓下工作，具有內(nèi)置壓縮機(jī)器的高流動性和熱力學(xué)效率特性，但是其結(jié)構(gòu)特性與葉片壓縮機(jī)非常相似。已經(jīng)知道，高壓下常規(guī)的螺桿式壓縮機(jī)包括至少一個陽轉(zhuǎn)子和至少一個陰轉(zhuǎn)子， 它們在繞各自軸線旋轉(zhuǎn)的過程中彼此嚙合，并且被容納在殼體內(nèi)。兩個轉(zhuǎn)子中的每一個轉(zhuǎn)子均具有與另一個轉(zhuǎn)子的對應(yīng)的螺旋形凹槽嚙合的螺旋形肋部。陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子均在截面上示出預(yù)定數(shù)量的與其肋部對應(yīng)的齒部以及預(yù)定數(shù)量的與其凹槽對應(yīng)的凹部。殼體具有用于待吸入氣體的入口和用于被壓縮的氣體的出口(也被稱為“輸出口”)。引入的氣體在兩個運動的轉(zhuǎn)子之間被壓縮，并且在要求的壓力下到達(dá)出口。另外，已知干式螺桿壓縮機(jī)(相對于噴油式壓縮機(jī)通常被稱為“無油式”)主要用于污染物水平必須保持低于預(yù)定的百分比閾值(通常極低)的應(yīng)用。近年來，一些制造商提出用于在3與10巴之間的低壓差的干式螺桿壓縮機(jī)，從而將噴油式螺桿壓縮機(jī)的技術(shù)重新調(diào)整為用于高壓(大于10巴)的應(yīng)用。然而，由于必須考慮轉(zhuǎn)子經(jīng)受的極大機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，所以這種干式螺桿壓縮機(jī)的制造非常復(fù)雜而昂貴。具體來說，為了避免在負(fù)載下過度彎曲，陽轉(zhuǎn)子的長度與外徑之比通常在1. 5到1. 8之間；這個需求極大地限制了壓縮機(jī)容量，并且為了在通常> 150m/s 的極高圓周速度下開啟轉(zhuǎn)子，需要在壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中插入齒輪倍增器。通過改變輸出口，上述壓縮機(jī)還能夠在1巴到3巴之間的壓差下使用。然而，這些低壓壓縮機(jī)的缺陷是其具有高壓壓縮機(jī)的同樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。發(fā)明目的因此，本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)在于提出一種干式螺桿壓縮機(jī)，其能夠在低壓下工作，具有這類機(jī)器典型的高流動性和熱力學(xué)效率。具體來說，本發(fā)明的主要目的是提供在低壓差(1巴到3巴之間)并具有高流量的干式螺桿壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)并且容易維護(hù)。
此外，本發(fā)明的另一目的是提出還適合于高達(dá)150毫巴的絕對壓力的閾值的真空應(yīng)用的干式螺桿壓縮機(jī)。通過包括獨立權(quán)利要求1和從屬于所述權(quán)利要求1的其它權(quán)利要求中要求保護(hù)的技術(shù)特征的干式螺桿壓縮機(jī)基本實現(xiàn)了所限定的技術(shù)任務(wù)和特定的目的。


從以下對附圖中所示的干式螺桿壓縮機(jī)的粗略而非限制性的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中-圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的干式螺桿壓縮機(jī)的縱向橫截面；-圖2示出了屬于螺桿壓縮機(jī)、依次屬于圖1中的干式螺桿壓縮機(jī)的一些細(xì)節(jié)在縱向截面上的三維視圖；-圖3示出了在根據(jù)圖1、2的壓縮機(jī)中使用的轉(zhuǎn)子的橫截面(未按比例)；以及-圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的干式螺桿壓縮機(jī)中使用的陽轉(zhuǎn)子的三維示意性側(cè)視圖(未按比例)。
具體實施例方式參照附圖，1表示根據(jù)本發(fā)明的用于氣體、尤其是空氣的干式螺桿壓縮機(jī)。壓縮機(jī)1能夠在壓力和真空下使用。壓縮機(jī)1包括嚙合在一起的至少一個陽轉(zhuǎn)子2和至少一個陰轉(zhuǎn)子3(圖1、2、3)。本文所描述并示出的實施方式提供了容納在單個殼體4內(nèi)的單個陽轉(zhuǎn)子2和單個陰轉(zhuǎn)子3。具體來說，通過將兩個連通的圓筒(未示出)聯(lián)接以使它們限定容納轉(zhuǎn)子2、3的單個腔室5來獲得這個殼體4?？蛇x的實施方式(未示出)提供多個共軛成對的陽轉(zhuǎn)子2和陰轉(zhuǎn)子3。如圖1所示，陰轉(zhuǎn)子3插入桿17 (具有旋轉(zhuǎn)軸線(01))，而陽轉(zhuǎn)子2插入桿18 (具有旋轉(zhuǎn)軸線(02))。具體來說，第一旋轉(zhuǎn)軸線(01)設(shè)置為距第二旋轉(zhuǎn)軸線(02) —定距離 (I)(通常被稱為“中心距離”)。第一旋轉(zhuǎn)軸線(01)和第二旋轉(zhuǎn)軸線(02)彼此平行。所述轉(zhuǎn)子2、3中的每一個轉(zhuǎn)子均具有螺旋形肋部，螺旋形肋部與另一個轉(zhuǎn)子2、3 的對應(yīng)的螺旋形肋部之間所形成的螺旋形凹槽嚙合。這樣，在橫截面上(圖幻，陽轉(zhuǎn)子2示出了與陰轉(zhuǎn)子3的對應(yīng)的凹部8和葉片9 (或齒部)嚙合的葉片6 (或齒部)和凹部7。此外，圖3示出了表征轉(zhuǎn)子2、3的剖面的一些主要尺寸參數(shù)。具體來說，能夠看出陰轉(zhuǎn)子3的外部圓周(Cef)和陽轉(zhuǎn)子2的外部圓周(Cem)。此外，如圖1所示，陽轉(zhuǎn)子2的長度(Lm)對應(yīng)于陰轉(zhuǎn)子3的長度(Lf)。在同一申請人的PCT/IB 2010/051416國際專利申請中已描述并保護(hù)了與本發(fā)明的圖3中所示的等同的共軛剖面，該專利申請的內(nèi)容應(yīng)被視為本發(fā)明的詳細(xì)說明的組成部分，這是因為與下文中描述的幾何元素結(jié)合，其使得壓縮機(jī)容量最大化，并使得轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子及其殼之間的聯(lián)接區(qū)域中通常發(fā)生的氣體泄漏最小化。實際上，在本發(fā)明的范圍中并具體參照圖4，“纏繞角”(φ )通過一般螺旋部40的角度(用一般齒部的頂來描述)形成，一般螺旋部40的角度包含在轉(zhuǎn)子2的第一端面(π 1)上將陽轉(zhuǎn)子2的軸線(02)連接到螺旋部40的線段OA與在相對于第一端面(π 1)的轉(zhuǎn)子 2的第二端面(η 2)上仍將軸線(02)連接到螺旋部40的線段0' B'之間。仍如圖4所示，轉(zhuǎn)子2包括彼此平行的三個螺旋部30、40、50，均用相對的齒部的頂來描述。另外，術(shù)語陽轉(zhuǎn)子2的“長度(Lm)”定義兩個端面(π 1)、( π 2)之間的距離，術(shù)語兩個螺旋部30、40之間的“節(jié)距(Pz) ”定義點B與點B 1之間的距離，而術(shù)語“螺旋部的角”(Ψ)定義在任意點(P)處螺旋部40的切線(r)與陽轉(zhuǎn)子2的軸線(02)之間的角度。以創(chuàng)造性的方式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陽轉(zhuǎn)子2的長度(Lm)與外徑(Dm)之比(仍參見圖4) 必須大于或等于2，以使壓縮機(jī)容量最大化，因而連同轉(zhuǎn)子的葉片的共軛剖面一起以確保高氣體流動性。優(yōu)選地，所述(Lm)/(Dm)之比為2到3之間。在該文本中，外徑(Dm)意思是陽轉(zhuǎn)子2的外部圓周(Cem)的直徑(圖3)。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了使壓縮機(jī)容量最大化，如果其它幾何尺寸相等，那么纏繞角 (φ )的最大值必須為300° ；實際上，通過增大纏繞角(φ )的值并利用陽轉(zhuǎn)子2的齒部的同一長度(Lm)、同一直徑(Dm)以及同一剖面，兩個轉(zhuǎn)子2、3的齒部之間的交疊從而增加，因而壓縮機(jī)1的總?cè)萘繙p少。此外，數(shù)值(Lm), (Pz)以及角度(φ )、(ψ)彼此幾何關(guān)聯(lián)。因此，有可能規(guī)劃確定參數(shù)(Lm)、(Dm)、(Ρζ), (ψ)的最優(yōu)值，以便限定“纏繞角”(φ )的最優(yōu)值，從而在減少陽轉(zhuǎn)子2的圓周速度并在減壓的情況下產(chǎn)生最大的氣體流動性。優(yōu)選地，陽轉(zhuǎn)子2的葉片6的數(shù)量與陰轉(zhuǎn)子3的葉片9的數(shù)量不同。具體來說，陽轉(zhuǎn)子2的葉片6的數(shù)量比陰轉(zhuǎn)子3的葉片9的數(shù)量至少小一個單位。例如，在本文描述并示出的實施方式中，陽轉(zhuǎn)子2的葉片6的數(shù)量為三個，而陰轉(zhuǎn)子3的葉片9的數(shù)量為五個。 在另一實施方式中(未示出)，陽轉(zhuǎn)子2的葉片6的數(shù)量為四個，而陰轉(zhuǎn)子3的葉片9的數(shù)量為六個。通過由兩個已知類型的帶齒的輪20a和20b所形成的同步齒輪，兩個轉(zhuǎn)子2、3均保持處于交互的位置。顯然，為了允許壓縮機(jī)1的正確工作，同步齒輪20a、20b之間的傳動比必等于兩個轉(zhuǎn)子2、3的齒部數(shù)之間存在的比率。有利地，驅(qū)動桿為其上插有陰轉(zhuǎn)子3的桿17，這是因為桿17是具有更多齒部的桿， 以使得桿17的每次旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于填充更大的間隙量，簡單來說，對應(yīng)于壓縮機(jī)1所傳輸?shù)母篌w積。如圖2更詳細(xì)地所示，殼體4具有用于待吸入根據(jù)箭頭(F 1)流動的氣態(tài)流體的入口 10，和至少一個用于根據(jù)箭頭(^)流動的被壓縮流體的出口 11 (或者輸出口)。所述出口 11限定殼體4中所形成的開口 12。壓縮機(jī)1使用已知類型的軸承。具體來說，通過靠近入口 10設(shè)置的第一組徑向球軸承19a以及靠近出口 11設(shè)置的第二組柱形球軸承19b來支承徑向負(fù)載。另一方面，通過在第二組軸承19b旁設(shè)置的第三組斜接觸球軸承19c來支承軸向負(fù)載。在圖1所示的具體實施方式
中，壓縮機(jī)1設(shè)有電動馬達(dá)16，電動馬達(dá)16的轉(zhuǎn)子有利地插在陰轉(zhuǎn)子3的桿17上，以用于開始其繞第一旋轉(zhuǎn)軸線(01)的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，馬達(dá)16 為永磁馬達(dá)。優(yōu)選地，永磁馬達(dá)為通過水循環(huán)來冷卻的類型。作為可選方案，能夠使用空氣冷卻型永磁馬達(dá)。如上所述，馬達(dá)16優(yōu)選插在陰轉(zhuǎn)子3的桿17上，S卩，馬達(dá)16與所述桿17對準(zhǔn)。當(dāng)無需轉(zhuǎn)子2、3的速度變化時，壓縮機(jī)1能夠借助“帶與帶輪(belt and pulley)" 驅(qū)動器(未示出)聯(lián)接至電動馬達(dá)(未示出)。在下文中描述根據(jù)本發(fā)明的干式螺桿壓縮機(jī)的操作。氣體(例如，空氣)被由壓縮機(jī)1吸收，并通過入口 10進(jìn)入殼體4(圖1、2)。在旋轉(zhuǎn)過程中，陰轉(zhuǎn)子3的螺旋形肋部與陽轉(zhuǎn)子2的螺旋形凹槽嚙合在一起，并且反之亦然。在轉(zhuǎn)子2、3之間沒有接觸的實施方式中，轉(zhuǎn)子2、3之間正確的傳動比/倍增比通過同步齒輪 20a,20b來實現(xiàn)。通過縱向穿過殼體4，氣體被壓縮于兩個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子2、3的“線圈”之間，從而到達(dá)出 Π 11。開口 12設(shè)置在殼體4的側(cè)面上的第一實施方式被用于“中間”壓縮比R，例如，1到 4之間；而在第二實施方式中開口 12設(shè)置為對應(yīng)于殼體4的端部(在平面(π )上；參見圖1)，；這個最后的解決方案被選擇用于“高”壓縮比(R)，例如，4到10之間。這兩個實施方式均可設(shè)有成形裝置(未示出)，其限定與所需壓縮比(R)對應(yīng)的、開口 12的實際尺寸。前述說明清楚地示出了根據(jù)本發(fā)明的干式螺桿壓縮機(jī)的特征以及其優(yōu)勢。具體來說，陽轉(zhuǎn)子的長度與外徑之比(大于或等于2~)可能在低壓差(1巴到3巴之間)或者在150毫巴的臨界絕對壓力的真空應(yīng)用中實現(xiàn)。此外，利用相同長度的轉(zhuǎn)子，剖面幾何圖形的選擇和通過陰轉(zhuǎn)子桿的壓縮機(jī)的操作使得在具有相同長度的轉(zhuǎn)子的情況下壓縮機(jī)容量最大化，因而允許在陽轉(zhuǎn)子2的圓周速度小于80m/s的情況下達(dá)到所需的高流動性。另外，兩個聯(lián)接的轉(zhuǎn)子的剖面的幾何圖形允許得到轉(zhuǎn)子之間更短的接觸線，具有更好的密封性，因而減少漏氣。此外，由于壓縮機(jī)在陽轉(zhuǎn)子的圓周速度小于80m/s下工作的事實，陰轉(zhuǎn)子的圓周速度甚至更低，因此電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子能夠直接插在陰轉(zhuǎn)子的桿上(即，無需插入增速傳動裝置)，從而獲得結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且具有較高能量效率的壓縮機(jī)。這一點利用與陰轉(zhuǎn)子的葉片數(shù)與陽轉(zhuǎn)子的葉片數(shù)之比(在所描述的實施方式中，其相當(dāng)于5/3 = 1.66667)對應(yīng)的、 轉(zhuǎn)子的同步齒輪的倍增比。這避免利用合并在壓縮機(jī)中的齒輪增效器，從而在結(jié)構(gòu)的簡潔性、負(fù)擔(dān)、成本以及噪聲上具有優(yōu)勢。此外，壓縮機(jī)的能量效率還通過使用永磁馬達(dá)來提供，其以寬速度范圍下低消耗為特征。具體來說，尤其在減速下，這種類型的永磁馬達(dá)具有比現(xiàn)有技術(shù)中使用的三相異步電動馬達(dá)更高的效率。除了別的以外，水冷卻永磁馬達(dá)的使用允許減少馬達(dá)的尺寸和重量， 因而允許直接設(shè)置在陰轉(zhuǎn)子的桿上，并采用壓縮機(jī)的徑向軸承。最后，能量效率的優(yōu)化還由于使用輸出口而獲得，該輸出口的尺寸根據(jù)所需的壓縮比改變，因而產(chǎn)生非常多變且模塊化的壓縮機(jī)。
權(quán)利要求
1.干式螺桿壓縮機(jī)⑴，具有陽轉(zhuǎn)子O)，所述陽轉(zhuǎn)子⑵的圓周速度小于80m/s；所述壓縮機(jī)⑴包括-殼體G)，具有用于待吸入的氣態(tài)流體的入口(10)和至少一個用于被壓縮的流體的出口(11)；-嚙合在一起的至少一個陽轉(zhuǎn)子( 和至少一個陰轉(zhuǎn)子(3)，所述轉(zhuǎn)子(2、；3)被設(shè)置在所述殼體的內(nèi)部；所述壓縮機(jī)(1)的特征在于，所述陽轉(zhuǎn)子(2)的長度(Lm)與外徑之比大于或等于2，并且所述陽轉(zhuǎn)子O)的纏繞角(φ)小于或等于300°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，驅(qū)動桿是其上插有所述陰轉(zhuǎn)子(3) 的桿(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，所述壓縮機(jī)(1)還包括電動馬達(dá) (16)，所述電動馬達(dá)(16)在操作上作用于所述陰轉(zhuǎn)子(3)的所述桿(17)，以用于開始所述桿(17)繞第一旋轉(zhuǎn)軸線(01)的旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，所述電動馬達(dá)(16)的轉(zhuǎn)子插入所述陰轉(zhuǎn)子(3)的所述桿(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，所述電動馬達(dá)(16) 是永磁馬達(dá)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，所述出口(11)限定所述殼體中所形成的開口(12)，所述開口(12)的實際尺寸能夠通過成形裝置而改變， 以便獲得預(yù)定的壓縮比(R)。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，所述壓縮機(jī)(1)能夠在1巴到3巴之間的壓差下的應(yīng)用中使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的壓縮機(jī)(1)，其特征在于，所述壓縮機(jī)(1)能夠在等于 150毫巴的臨界絕對壓力的真空下的應(yīng)用中使用。
全文摘要
一種干式螺桿壓縮機(jī)，其具有圓周速度小于80m/s的陽轉(zhuǎn)子(2)。所述壓縮機(jī)(1)包括-殼體(4)，具有用于待吸入氣態(tài)流體的入口(10)和至少一個用于被壓縮的流體的出口(11)；-嚙合在一起的至少一個陽轉(zhuǎn)子(2)和至少一個陰轉(zhuǎn)子(3)，所述轉(zhuǎn)子(2、3)被設(shè)置在所述殼體(4)的內(nèi)部。所述壓縮機(jī)(1)的特征在于，所述陽轉(zhuǎn)子(2)的長度(Lm)與外徑之比大于或等于2，并且所述陽轉(zhuǎn)子(2)的纏繞角小于或等于300°。
文檔編號F04C18/08GK102575673SQ201080039880
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者寶洛·卡瓦陶塔, 阿姆伯圖·陶玫 申請人:羅布斯基股份公司