變排量的螺杆式壓縮機的製作方法
2023-04-25 06:44:46
專利名稱：變排量的螺杆式壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變排量的螺杆式壓縮機。
在使用可壓縮介質，例如可壓縮氣體的設備中，常常需要調整整個設備中的壓力。這可以用從該設備中放掉一定量的壓縮氣體，或者，通過支管使壓縮氣體回流來達到，或者，也可以通過改變壓縮氣體的進氣量來達到。
如果在這種設備中所使用的壓縮機是螺杆式壓縮機，那麼就可以用改變螺杆式壓縮機的轉速來調節進氣量。但是，這種調節是有限度的，如果螺杆式壓縮機的轉速太低了，就會使它的效率降低到不能接受的程度。
由於放氣和通過支管使壓縮氣體回流會造成大量的能量損失，而且，另一方面，調節的範圍又必須很寬，所以，已經開發出了這樣的螺杆式壓縮機，這種壓縮機的供氣量可以由改變螺杆式壓縮機的壓縮比來調節。
在專利文獻DE-OS2527175中公開了一種具有變容積的螺杆式壓縮機，其中，兩個互相嚙合的轉子布置在一個殼體內。在這種螺杆式壓縮機中，有一條與螺杆式壓縮機的轉子軸線平行的回流通道，這條通道通過可關閉的孔口與上述殼體的內部連通。在沿轉子的軸線方向隔開距離的孔口打開的狀態下，這些孔口能讓要壓縮的介質通過回流通道回流到螺杆式壓縮機的吸氣側。這樣，流入螺杆與殼體內壁之間的介質，根據孔口打開的狀態，或遲或早地開始壓縮，於是便能改變這種螺杆式壓縮機的進氣量。但是，雖然上述孔口在溢流通道一側的端頭可以藉助於控制活塞來關閉，但是，在這種封閉狀態下的孔口朝向殼體的內部卻仍是打開的，因而，即使在排氣容積為100％時，也會造成要壓縮的介質回流的溢流氣阱。因此，這種螺杆式壓縮機的效率是很低的。
在專利文獻DE-PS3516636中，在它的權利要求1的前序部分中公開了另一種變排量的螺杆式壓縮機。在這種壓縮機的殼體中，設置了一個主轉子和一個輔助轉子。在這種壓縮機中，要壓縮的介質從一條進氣通道輸送到一條排氣通道，該進氣通道有兩個能沿著轉子軸線移動的殼體塊。這兩個殼體塊都沿著殼體延伸，覆蓋整個轉子的長度，並且其一端是浮動支承的。然而，垂直於縱向延伸的殼體部分，通過導向通路作用在殼體塊上的壓力，對殼體塊形成了彎曲載荷。工作時，殼體塊向著出口通道的移位使得形成進口通道的通道壁移位了，以致進口通道被拉長了，於是，壓縮過程就開始得晚了。由於壓縮過程開始得晚，所以壓縮比，也就是螺杆式壓縮機的進氣量改變了。
即使排量容積變化很小，也必須使全部轉子長度上的相應的整個殼體塊移位。但是，為此所需要的殼體塊的單向浮動支承卻具有生產率不高的缺點。此外，遍及螺杆式壓縮機加壓側的全長的控制塊會由於在螺杆式壓縮機的加壓側的高的脈衝壓力而產生振動，這種振動會使導向通路變得不穩定。最後，另一個缺點是這種殼體塊使得螺杆式壓縮機的結構長度變得很長，並且螺杆式壓縮機加壓側的結構設計的自由度也受到了很大的限制。
本發明的目的是提供一種變排量的螺杆式壓縮機，這種壓縮機運轉時的磨損很小，具有很高的效率，並且便於製造。
按照本發明，上述目的是由下述螺杆式壓縮機來達到的，它包括布置在一個共同的殼體內的至少一個主轉子和至少一個輔助轉子，這兩個轉子互相嚙合，並且把一種要壓縮的介質從一條進氣通道輸送到一條排氣通道中去，上述進氣通道由至少一個能在殼體內滑動的殼體塊所確定，上述殼體塊朝向轉子的密封側跟蹤上述轉子包絡線的走向，上述至少一個殼體塊由一個與轉子軸線垂直的凹坑導向，並且能在其中滑動，其特徵在於，設置了用於使上述至少一個殼體塊位移的控制凸輪。
按照本發明，上述至少一個殼體塊由殼體的一個凹坑導向，並且能沿著垂直於轉子軸線的方向滑動。由於作用在各殼體塊上的壓力使得有效的合成壓力幾乎總是與上述殼體塊的位移方向平行，所以上述殼體塊的軸承只承受很小的載荷。這樣，不但減少了螺杆式壓縮機的磨損，也方便了它的製造，因為可以省掉殼體塊的複雜的支承。而且，由於各殼體塊的朝向轉子的密封側都跟蹤上述轉子包絡線的走向，又由於這些密封側的位置能夠精確地定位，所以，這種螺杆式壓縮機的效率很高。
殼體塊的這種能在垂直於轉子軸線方向滑動的性能還能使結構的長度縮短，並且增加螺杆式壓縮機前端結構的自由度。因此，在垂直方向能夠滑動的殼體塊將在雙螺杆壓縮機中得到廣泛應用。
為了能使進氣量獲得多級數的調節，沿著轉子的軸線方向順序設置了多個殼體塊。最好，各殼體塊沿轉子軸線方向的長度與兩對嚙合齒的接觸點的軸向距離相當。由於只有在由齒腹和殼體內壁所形成的壓縮腔封閉時才開始壓縮，所以不需要把殼體塊分得更細小，以便有較高的生產率。儘管如此，不管殼體塊的有效長度如何，只要使一塊殼體塊或多或少地移動，就能使進氣通道呈現出喉管的效果，就能夠用這種結構的殼體塊獲得排量的細微調節。
如果這樣來確定各殼體塊的垂直於轉子軸線方向的寬度尺寸，即，由於各殼體塊的位移而造成的進氣通道容積的改變，與轉子的兩個齒腹所形成的壓縮腔的容積相對應，那麼，藉助於調節與轉子的不連續的分級相適應的進氣量，就能夠避免不利於效率的喉管效應。然而，上面已經說過，為了獲得進氣量的連續的帶狀寬度，有時候需要這種喉管效應，但，只有在故意如此設定時，才會發生這種情況。
在各殼體塊上設置兩個限制殼體塊向著轉子方向移動的止檔表面，通常是使它靠壓在平行於上述凹坑延伸的靠壓表面上，就能夠精確地保持各殼體塊與各轉子之間的距離。精確保持各殼體塊與各轉子之間的距離，保證了高效率。
最好，用彈簧對殼體塊施加壓力，這樣，單作用致動器(向一個方向作用)就足夠用來使殼體塊移位了。一般，這種致動器是布置在一根共同凸輪軸上的使殼體塊移位的控制凸輪。由控制凸輪造成位移不但很經濟，還能夠保證所有決定進氣通道的幾何形狀的殼體塊的位置能夠精密地調節。此外，控制凸輪還能使至少一個殼體塊移動到在進氣通道中起喉管作用的位置。當彈簧的壓力是迫使殼體塊進入其界定進氣通道的升起位置時，精密地保持上述殼體塊的封閉位置就與控制凸輪的磨損無關了。另外，在這種結構中，彈簧的壓力抵消了被壓縮氣體的壓力，所以控制凸輪為了使殼體塊移動所必需施加的壓力是很小的。
也可以設置不同於控制凸輪的其他致動器來移動殼體塊，例如流體驅動的調節缸，這種缸也可以是雙作用缸，此時，就可以不用加壓彈簧了。
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施例。附圖中
圖1是本發明的螺杆式壓縮機的第一實施例的殼體的斷面圖，該斷面圖由主轉子和輔助轉子的轉子軸線所形成；圖2是沿圖1中的II-II線的斷面圖；圖3是沿圖1中的III-III線的斷面圖；圖4是沿圖1中的IV-IV線的斷面圖；圖5是沿圖1中的V-V線的斷面圖；圖6是與圖2中的斷面圖相當的本發明的螺杆式壓縮機的第二實施例的殼體的斷面圖；圖7是說明當凸輪軸轉動時，圖6中的殼體塊位移後的斷面圖。
圖1是本發明的螺杆式壓縮機14的第一實施例的殼體12的外殼10。該外殼10有一道基本上呈圓筒形的圍壁16，該圍壁在其橫斷面上包圍了兩個平行而且重疊的圓筒，它在螺杆式壓縮機14的進氣端有一個與圍壁16模製成一體的殼體蓋18。外殼10有一道內殼體壁20，其形狀與安裝在該殼體12內的兩個轉子的包絡面相適應。上述兩個轉子(圖1-圖7中未示出)各自藉助於裝在殼體蓋18的軸承凹槽22、24中的平面軸承，支承在殼體內的吸氣側。在安裝時，這兩個轉子處在配合位置，該位置在圖中由主轉子和輔助轉子的縱軸線26、28的位置來代表。
外殼在與殼體蓋18相反的加壓側的一端有一個法蘭30，法蘭上有螺孔32，用於使外殼10能固定在加壓側的連接塊(圖中未示出)上。這個連接塊也可以是一臺一共有四個轉子的雙連螺杆式壓縮機的連接塊。
上述呈筒狀的，用於容納主轉子和輔助轉子的外殼10的底部有一個基座34，這個基座與主轉子的縱軸線26和輔助轉子的縱軸線28平行。
為了在螺杆式壓縮機14中產生壓縮氣體，圖中未示出的轉子的許多齒側面和上述內殼體壁20一起，分別形成了許多壓縮腔室。由於殼體內壁20沿斷面線與兩個轉子的圓筒形的包絡面相符，所以在兩個沿著縱向延伸的轉子(圖2)之間形成了兩條密封邊緣36。
在外殼10朝向底座34的底部，在鄰近底座34的凹坑46內設置了殼體塊38、40、42、44在圖1中以頂部平面圖表示的，殼體塊38、40、42、44的轉子側的頂面48、50、52、54都具有與轉子的包絡面相似的形狀，所以上述殼體內壁20與殼體塊38，40、42、44的頂面48、50、52、54一起，以密封的方式在兩個轉子接觸區域的外部周圍包圍了兩個嚙合的轉子。只在外殼10的進氣端設置了環繞著殼體內部的環形槽56(圖4)，該環形槽的內部橫斷面大於轉子包絡面的直徑。上述環形槽56的長度只有轉子長度的大約四分之一，並且在轉子的下方有一條控制邊緣58，這條控制邊緣以與環形槽56密封的方式限定了殼體內壁包圍著轉子的區域。在轉子的齒的端頭通過該控制邊緣58時，便在內殼體壁20與相應的齒側面之間形成了密封，從而防止了壓縮氣體的回流。
在圖示的螺杆式壓縮機14中，上述殼體塊38、40、42、44能在凹坑46內沿著雙向箭頭B(圖2)的方向移動。當所有的殼體塊38、40、42、44都處在它們的上端位置(圖5)時，一條具有進氣管60的供氣通道和與進氣通道62(圖2)相通的環形槽56可將空氣供應給轉子。當所有的殼體塊38、40、42、44都處在它們的上端位置(圖5)時，只要有一個轉子的一個齒通過上述控制邊緣58時，便立刻開始壓縮。但是，如果有一個殼體塊，例如殼體塊38是處在下降的位置(圖2)，那麼，只有當一個齒通過該殼體塊38的邊緣64時，才開始壓縮，因為在下降的狀態下，雖然在環形槽56下遊形成了進氣通道62，但同時也在轉子與殼體塊38的頂面48之間形成了一條回流通道66。
當所有的殼體塊38、40、42、44都處在它們的上端位置時，螺杆式壓縮機便以它的結構所確定的最大的內部壓縮比(內壓力比)進行工作。但是，如果第一殼體塊38完全降下來了，則內部壓縮比就會減少15％。如果殼體塊40、42、44也相繼下降，使得進氣通道62延伸，則上述內部壓縮比和它的排量，也相應地減小。
上述殼體塊38、40、42、44都是在它們的小面上帶有導向塊68、70的板狀體，各導向塊都套在固定安裝在殼體內的導向圓柱72、74上，可滑動地支承在導向圓柱上。上述導向塊68、70各有一個頂部止擋表面76、78，當導向塊處在上端位置時，殼體塊上的頂部止檔表面便靠住殼體12的靠壓表面80、82。上述靠壓表面80、82都沿著轉子的軸線方向延伸，覆蓋全部四個殼體塊38、40、42、44的寬度。第一實施例中的各殼體塊38、40、42、44，分別用套在導向圓柱72、74上的第一和第二螺旋彈簧84、86推壓到其頂端位置。
為了使殼體塊38、40、42、44移動，設置了一根帶有控制凸輪88、90、92、94的凸輪軸96，這根凸輪軸與主轉子和輔助轉子26、28的縱軸線平行，並且能由一臺步進電動機驅動旋轉，將殼體塊38、40、42、44到它們的敞開位置，如圖5中的箭頭D所示。為了使得控制凸輪88、90、93、94能夠對殼體塊38、40、42、44施加力量，在各殼體塊38、40、42、44上各有一個凹穴98，一根與相應的控制凸輪88、90、92、94接觸的控制銷100突入該凹穴內。上述控制銷100布置在各殼體塊38、40、42、44中遠離轉子的那一側，在一根控制銷與一個控制凸輪88、90、92、94接觸的情況下，凸輪軸96每轉一轉，就使相應的殼體塊38、40、42、44克服相應的第一和第二螺旋彈簧72、74的壓力，作一次位移。
圖6和7中所示的實施例與圖1-5中的實施例的區別只在於殼體塊的驅動裝置。為了簡化起見，圖6、7的說明中所使用的標號都比第一個實施例中所使用的標號大了100。為了避免重複，請參閱第一實施例中的相應部分的說明。
在第一實施例中，第一和第二螺旋彈簧84、86是將殼體塊推向封閉位置，而在第二實施例中，相應的第一和第二螺旋彈簧184′、186′則是將相應的殼體塊138′推向打開位置。因此，與第一實施例相反，第二實施例中的凸輪188是關閉凸輪，當圖6中的凸輪軸196轉動時，其凸輪鬆開相應的殼體塊138′的突入凹穴198′中的控制銷200′，使該殼體塊移動到其打開位置。
權利要求
1.一種變排量的螺杆式壓縮機，它包括布置在一個共同的殼體(12)內的至少一個主轉子和至少一個輔助轉子這兩個轉子互相嚙合，並且把一種要壓縮的介質從一條進氣通道(62)輸送到一條排氣通道中去，上述進氣通道(62)由至少一個能在殼體(12)內滑動的殼體塊(38、40、42、44)所確定，上述殼體塊朝向轉子的密封側跟蹤上述轉子包絡線的走向，其特徵在於，上述至少一個殼體塊(38、40、42、44)由一個與上述轉子軸線(26、28)垂直的凹坑(46)導向，並且能在其中滑動。
2.如權利要求1所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，各殼體塊(38、40、42、44)的沿轉子軸線方向的長度與兩對嚙合齒的兩個接觸點之間的距離相當。
3.如權利要求1或2所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，至少設置兩個順序排列，並且在轉子的軸線方向鄰接的殼體塊(38、40、42、44)。
4.如權利要求1-3中任何一項權利要求所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，各殼體塊都有兩個限制上述殼體塊(38、40、42、44)向轉子移動的距離的止檔表面(76、78)。
5.如權利要求1-4中任何一項權利要求所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，上述殼體上有兩個與容納上述殼體塊(38、40、42、44)的凹坑(76)平行的靠壓表面(80、82)。
6.如權利要求1-5中任何一項權利要求所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，上述殼體塊(38、40、42、44)由彈簧(84、86)加壓)。
7.如權利要求1-6中任何一項權利要求所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，上述殼體塊(38、40、42、44)能由控制凸輪(88、90、92、94)使其移位。
8.如權利要求7所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，在一根共同的凸輪軸(96)上設置了許多為許多殼體塊用的控制凸輪(88、90、92、94)。
9.如權利要求7或8所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，各控制凸輪(88、90、92、94)分別對相應的殼體塊(38、40、42、44)加壓，使它克服彈簧(84、86)的壓力，移動到打開位置。
10.如權利要求1-6中任何一項權利要求所述的螺杆式壓縮機，其特徵在於，上述殼體塊是由流體致動的調節缸使它移動的。
全文摘要
本發明涉及一種變排量的螺杆式壓縮機,它包括:布置在一個共同的殼體內的主轉子和輔助轉子,這兩個轉子互相嚙合,並且把一種要壓縮的介質從一條進氣通道輸送到一條排氣通道中去,進氣通道由能在殼體內滑動的殼體塊所確定,其朝向轉子的密封側隨著轉子殼層的轉動過程而移動。殼體塊能在垂直於轉子軸線的方向上移動。本發明的螺杆式壓縮機耐磨,效率高,製造方便。
文檔編號F04C28/10GK1185823SQ96194288
公開日1998年6月24日 申請日期1996年5月15日 優先權日1995年5月31日
發明者京特·基爾斯滕 申請人:京特·基爾斯滕