螺旋式壓縮機所用轉子的生產方法
2023-06-01 21:04:51
專利名稱：螺旋式壓縮機所用轉子的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋式壓縮機所用轉子的生產方法，和用這種方法生產的轉子。
為了生產螺旋式壓縮機的轉子，除機械加工技術之外，還利用了標準模技術，其中，轉子是通過將陽模填滿一種合適的轉子材料而製成。利用「標準模技術」或「標準模壓塑」兩個概念來定義一種方法，其中，第一模是由鬆散的材料通過產生材料(初始形狀)所需的附力而製成的。標準模技術的例子是一個鑄造工藝，其中，標準模中填滿了材料。DE 4035 534A1中介紹了一種具體用於製造轉子的標準模技術。根據這種方法，用於螺旋式壓縮機的轉子是用增強纖維合成材料通過將這種增強纖維合成材料的盤堆積在一個陰模的空穴中，用熱和壓力將它們連接到一起的方法來製成的。
這種陰模還可以用一種標準模技術來製成，一個標準模技術的輪廓就是其中一個代表。標準模的形狀和要製造的轉子形狀相一致。
由於對一種標準模技術的雙重使用，插入螺旋式壓縮機內的轉子的形狀取決於標準轉子。通常標準模是用機械加工法製成。然而，製造轉子的工具，例如，刨床或磨床，它們將生成齒的三維曲面，在使用時需要有開口部分。為了形成齒根區，目前圓滑的深陷部分需要用一種進入沿與轉子軸同軸方法延伸的圓柱形外表面的工具而形成，這種圓滑的深陷部分對允許使用用於形成齒側的工具是非常必要的。
當一個包含有這種圓滑深陷部分的轉子和一個第二級轉子一起插入一個螺旋式壓縮機中，二級轉子的齒的尖端上有邊緣，它在嚙合過程中與圓滑的深陷部分相嚙合。另一方面，不可能影響轉子之間的充分密封。然而，二級轉子的邊緣擴大了轉子直徑以及包含二級轉子的氣缸部分的直徑。上述氣缸部分和邊緣的圓滑部分直徑的擴大損壞了在兩個轉子之間的嚙合區的密封特性。在轉動過程中，在轉子的齒在各自在截面上進入相互接觸之前，一個稱為漏氣孔(blow-hole)位於它們之間，它使壓縮氣體回流到低壓側。
所以，由製造條件所決定的轉子形狀將導致回流損失，它又會使螺旋式壓縮機的效率降低。
本發明的一個目的是通過使用一種直接的加工方法生產複雜幾何形狀的轉子。
提供一種利用標準模型技術製造螺旋式壓縮機所用轉子的方法，包括以下各步a)通過從標準轉子坯中取出材料，從而製成一個代表螺旋式轉子齒的形狀的標準轉子；b)通過填滿標準轉子的形狀，從而製成一個陰模；c)通過從陰模坯中取出材料，從而製成一個陰模，並生成一個深陷部分，用以作為校正部分；d)在陰模的輪廓內填滿鬆散的轉子材料，並使它們固化；和e)從模中分離出轉子。
另外，提供一種為插在螺旋式壓縮機內並在其上有多個螺旋式齒的轉子製造陰模的方法，包括以下各步a)通過從標準轉子坯中取出材料，從而製成代表螺旋式轉子齒形狀的標準轉子；b)通過填滿標準轉子的形狀，從而製成一個陰模坯；c)從陰模坯中取出材料，從而生成深陷部分，用以產生校正區。
還有一個螺旋式壓縮機所用的轉子，其包含一個通過標準模技術製成的螺旋體和多個形成於其上的螺旋式齒，其特徵在於，在齒之間的齒根區內有連續圓柱外表面，它們分別和至少一個齒側一起形成至少一個螺旋線。
為了提供一種高效率的螺旋式壓縮機，需要根據流動和密封方式來優化設計轉子。然而，這隻有在幾何形狀優化的轉子能通過工業生產工藝來生產時才能實現。本發明目的的實現，一方面基於轉子的改進的幾何形狀的概念，另一方面基於製造方法，它允許大批量地生產這種轉子。在這方面，製造方法和相應轉子是形成本發明成型概念的兩個不同方面。
通過使用標準模生產的轉子的幾何形狀取決於標準模的幾何形狀。通過使用標準模使得標準模的形狀在轉子生產過程中得到並直接複製。所以，通過改變陰模的幾何形狀，可以確定所得到的轉子的幾何形狀。例如，如果測得轉子產生一個不利的流動現象或者為了改進流動現象來改變轉子形狀，可以改變陰模的幾何形狀來優化轉子的幾何形狀。所以，通過對陰模進行正確處理，可以生產出與以前產品序列相比更為準確的轉子。
流動和密封行為具體地取決於一級轉子螺旋式齒的齒根區的形狀。和一級轉子相嚙合的二級轉子在其齒的尖端必須有相應的圓柱形外表面。由於一級轉子的新穎的幾何形狀，所以可使用一個直徑小且在齒尖端沒有圓滑部分的二級轉子。這樣做可實現首先使圍繞二級轉子的氣缸部分能更密封地包含著兩個轉子的嚙合區，其次使在兩個轉子的嚙合過程中當齒相互齧接時漏氣孔關閉得更快。所以，通過使用這種新穎形狀的一級轉子和二級轉子，由氣缸和轉子確定的漏氣孔在時間和空間上都減小了，這都降低了回流損失。通過用標準模技術生產轉子，使得複雜幾何形狀轉子的高精度、高可靠性和低成本的再生產成為可能。
另一個優點在於二級轉子的齒尖和包含二級轉子的氣缸部分之間的密封得到改進。齒尖的圓柱形外表面比現有技術所用的圓滑邊緣提供了更好的密封效果。
根據本發明，提供了一種方法，其中，在形成陰模時考慮到了要改進插入壓縮機中的轉子的幾何形狀。首先，在這方面，通過從一個標準模坯中取出材料從而製成複製螺旋齒形狀的標準轉子的。然而，這種標準轉子還包括做成的轉子所需要的幾何形狀，它仍需要修正。在標準轉子本身上也能進行相應的修正處理。然而，根據本發明的方法，這種修正處理是通過從陰模坯中取出材料來實現的，從而使陰模上具有用於生成互補修正區的深陷部分。當這種修正過的陰模中填滿了合適的轉子材料時，將形成帶有凸起部分的轉子，該凸起部分與陰模的上述深陷部分相對應。通過的幾何形，這種帶凸起部分的轉子改進了轉子特性。
最好，陰模坯要進行內部轉動處理，通過這種轉動處理，可以生成模型區，它在陽轉子的製造過程中將形成沿轉子整個長度連續延伸的圓柱形外表面。這種連續性保證了一級轉子和二級轉子之間的可靠密封。
下面將參考附圖詳細介紹本發明的優選實施例，這些附圖包括
圖1是一發明製成的轉子的截面圖，同時還示出了一個附屬第二轉子，它們形成一個轉子對，放入壓縮機氣缸內；圖2和圖1相似，示了現有技術的一對轉子；圖3是個平面圖，它是圖2所示的一對轉子沿圖中III-III線的局部剖視圖；圖4a到圖4c是圖2所示一對轉子，在不同轉動位置的放大圖；圖5a到5c是圖4a到圖4c所示狀態的截面簡圖；圖6a到6c圖1所示是一對轉子在不同轉動位置的放大圖；圖7示出了由圖1所示的轉子和氣缸確定的漏氣孔；圖8示出了由圖2所示的轉子和氣缸確定的漏氣孔；圖9是圖1所示的一對轉子在一個進一步嚙合位置的截面圖；圖10是圖9的放大圖；圖11示出了用於形成圖1所示的兩個轉子中的一個轉子的標準轉子；圖12示出了一個陰模的毛坯，該陰模幾何形狀取自參考圖11所示的標準轉子；圖13示出了對圖12所示的陰模進行內部轉動處理而成的一個陰模；和圖14示出了用圖12所示的陰模而製成的一個轉子。
圖1示出了一個螺旋式壓縮機16，它包括一個根據本發明製成的轉子10，它起著一級轉子的作用，它和另一個起二級轉子作用的轉子12一起支撐在同一個氣缸14中。這兩個轉子10和12在氣缸14內相互嚙合，所以氣體沿軸向傳送並被壓縮。一級轉子上有五個齒18，它們沿其周向等距布置，並且沿一級轉子10的長度成240°的角度繞。與一級轉子10嚙合的二級轉子12上有6個齒20，它們沿二級轉子12的長度成180°的角度繞制。
在氣缸14內，兩個轉子10、12分別由一個第一和第二氣缸部分22和24圍攏，這樣就使一級轉子10的齒18的齒側34、36和二級轉子12的齒20的齒側分別和上述第一和第二氣缸部分22、24一起形成氣缸工作容量室26a到26h。在螺旋式壓縮機16的卸壓口前面的區域內，一級轉子10的各個齒18的齒側34、36和二級轉子12的各個齒20的齒側在它們之間形成了一個排氣室28。另外，在入口前面形成了一個吸氣室30。
所示螺旋式壓縮機16的效率基本上取決於氣缸工作容量室26a到26h、排氣室28和吸氣室30的密封度，相互嚙合的齧18、20的密封方式對螺旋式壓縮機16的效率有很大影響。
為了解釋密封和流動狀況，圖2到圖5以及圖8示了現有技術的螺旋式壓縮機116。這種現有的螺旋式壓縮機116和帶有改進的轉子10的螺旋式壓縮機16在轉子的詳細設計方面上不同。為了介紹起來更加簡單，螺旋式壓縮機116中與螺旋式壓縮機16中相同的部分用圖1中數字加上100的方式來表示。
圖3示出了氣缸工作容量室26a到26h的立體結構。氣缸工作容量室126a到126h是由一級轉子110和二級轉子112的齒118、120的齒側134、136與各自氣缸部分122、124一起形成的。氣缸工作容量室126a到126h沿著螺旋路徑，並且部分延伸過轉子110、112的整個長度。因為在操作過程中，轉子110，112沿相反方向轉動，各個室的容積不斷地變化，同時，齒側134，136周期性地變化將連續地確定氣缸工作容量室126a到126h、排氣室128和吸氣室130。在每一個連續時間裡，兩個氣缸工作容量室分別接合在一起形成一個排氣室，在壓縮氣體排出以後，兩個排氣室又將打開從而形成一個吸氣室。接著，齒側將形成兩個獨立的氣缸工作容量室。
例如，如果圖2所示的兩個轉子110和112沿箭頭A和箭頭B指示的方向轉動幾度，氣缸工作容量室126a到126h結合在一起形成了一個排氣室。同時，現有排氣室128的容積減少，致使包含在排氣室128中的氣體在增壓下排出。同時，延伸到螺旋式壓縮機116吸氣側的吸氣室130的容積增大，所以，吸入了要壓縮的氣體。
圖2所示的一級轉子100已通過機械方法加工出來，它在每個齒根區有一個圓滑的深陷部分132。在用合適工具處理齒側134，136時需要上述圓滑的深陷部分132。為了使一級轉子110和二級轉子112彼此相對滾動且具有密封效果，同時兩個轉子也相互嚙合，二級轉子112的每個齒120上有一圓滑邊緣138，在兩個轉子110，112相互嚙合時，它和一級轉子110相應的圓滑的深陷部分132嚙合。
一級轉子110的圓滑深陷部分132位於一級轉子110的轉動圓140之內。因此，二級轉子112的邊緣138位於二級轉子112的轉動圓142之外。
圖4a到圖4c示出的轉子110，112在嚙合過程中在嚙合區(圖2中的細節部IV所示)所產生的流動狀況，及圖5a-5c示出了其導致的密封和流動狀況。
在兩個轉子110，112的轉動過程中，一級轉子110的齒118和它們的峰線144，也就是限制齒側134，136的線，將沿第一氣缸部分122的一個圓柱表面移動。相應地，二級轉子112的齒120的邊緣138將沿第二氣缸部分124的一個第二圓柱表面移動。邊緣138和峰線144通過它們各自的圓柱表面146，148形成密封元件。所以，氣缸工作容量室126d，126h和排氣室128被彼此分開(見圖4a，5a)。然而，當轉子再向前轉動時，將達到圖4b所示的狀態，此時，一級轉子110的齒118的峰線144不再和圓柱表面146形成密封。在該轉動位置，壓縮氣體可以從排氣室128流回到氣缸工作容量室126中。這種回流在圖5b中用箭頭表示。只有當轉子110，112進入圖4c所示的位置和二級轉子112的齒120達到與一級轉子110的齒118頂接時，由氣缸工作容量室形成的新的排氣室128就密封起來了。
和現有技術相比較而言，根據本發明(圖1所示)製成的一級轉子10包括第一圓柱外表面50，它位於一級轉子10的轉動圓40上，它取代了圓滑部分。相應地，二級轉子包括第二圓柱外表面52，它位於二級轉子12的滾動圓42上。
圖6a到6c示出了採用改進的轉子所產生的流動和密封狀況。為了在轉子10，12和氣缸14之間產生密封效果，一級轉子10的齒18和氣缸14的一個圓柱表面46形成第一密封，二級轉子12的齒20的第二圓柱外表面52和氣缸14的一個圓柱表面54形成第二密封。因為，只需轉動狀況不變，二級轉子12的直徑比現有技術的二級轉子12的直徑小，由上述圓柱表面46和54形成的氣缸邊緣56比現有技術的相應的邊緣158(見圖6b)距離兩個轉子10，12的齒18，20的相互嚙合點近。所以，所以漏氣孔也減小了。
另外，二級轉子12的齒20會及時和一級轉子的齒18進入嚙合，因為，二級轉子20在其齒板的邊緣(見圖6c)沒有圓滑部分。所以，在嚙合過程中每個截面上瞬時打開的漏氣孔比出有技術中關閉得早得多。
可以參考圖7和圖8來比較漏氣孔的大小。圖7示出了根據發明製成的轉子上所產生的漏氣孔92。圖8示出了根據現有技術製成的轉子上的漏氣孔92。因為漏氣孔大小對產生的回流損失是決定性因素，所以，通過這種比較，可以清楚地看出本轉子結構使螺旋式壓縮機的效率得到了相當改進。
圖9和圖10示出了處於進一步轉動位置的圖1所示的轉子。很明顯，即使在兩個轉子的相互嚙合過程中，第一和第二圓柱外表面50，52也形成一個可靠的密封。兩個圓柱外表面50，52不斷地延伸，所以滾動過程中連續截面中其間形成的間隙的寬度保持不變。連續的圓柱外表面50和齒側36一起形成一個螺旋線56，它形成一個尖銳邊緣，從而導致氣流損失的減小。
圖11到圖14示出了為圖1所示的轉子製造陰模的方法，以及用這種陰模製成轉子的方法。
圖11示出了一個標準轉子200，它和將要生產的一級轉子相對應，包括五個螺旋式齒218。齒側234，236有一個輪廓，它在齒側234，236形成的峰線244與標準轉子200的轉動圓240之間區域與改進的一級轉子10和由現有技術製成的一級轉子110的齒10的輪廓相同。正如由現有技術製成的一級轉子110，標準轉子200是由機械方法通過一個標準轉子坯製成，它在轉動圓240下面有圓滑深陷部分232。
由此製成的標準轉子首先被放入一個模盒內，在模盒和轉子之間的空隙內填滿合適的模塑材料，然後，該材料就會被固化。在其固化狀態下，模塑材料形成一個陰模坯260。
模型材料固化以後，從陰模坯280中取出標準轉子，剩下一個空腔262。空腔266的輪廓264包括螺旋狀深陷部分266，它的幾何形狀和一級轉子的齒的幾何形狀互補。在深陷部分266之間設置螺旋式凸起部分268。
為進行進一步處理，陰模坯260被夾在一個轉動車床上，通過一個內部轉動處理，來除凸起部分268的凸起模邊270。通過這種處理，所得到的陰模280包含中空形狀的、螺旋式、連續的圓柱表面282。
通過在圖13所示的陰模中填滿一種合適的轉子材料，並使這些材料固化，就可以製造出圖14所示的一級轉子，它的幾何形狀和圖1所示的轉子10的幾何形狀相吻合。
權利要求
1.一種利用標準模型技術製造螺旋式壓縮機所用轉子的方法，包括以下各步a)通過從標準轉子坯中取出材料，從而製成一個代表螺旋式轉子齒的形狀的標準轉子；b)通過填滿標準轉子的形狀，從而製成一個陰模；c)通過從陰模坯中取出材料，從而製成一個陰模，並生成一個深陷部分，用以作為校正部分；d)在陰模的輪廓內填滿鬆散的轉子材料，並使它們固化；和e)從模中分離出轉子。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在標準轉子製造過程中在齒根區形成的圓滑深陷部分，通過去除由上述圓滑深陷部分形成的陰模坯的凸起部分而得到修正。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，陰模坯的輪廓的修正是通過在陰模坯上進行內部轉動處理而實現的。
4.一種為插在螺旋式壓縮機內並在其上有多個螺旋式齒的轉子製造陰模的方法，包括以下各步a)通過從標準轉子坯中取出材料，從而製成代表螺旋式轉子齒形狀的標準轉子；b)通過填滿標準轉子的形狀，從而製成一個陰模坯；c)從陰模坯中取出材料，從而生成深陷部分，用以產生校正區。
5.一個螺旋式壓縮機(16)所用的轉子，其包含一個通過標準模技術製成的螺旋體和多個形成於其上的螺旋式齒(18)，其特徵在於，在齒(18)之間的齒根區內有連續圓柱外表面(50)，它們分別和至少一個齒側(34，36)一起形成至少一個螺旋線(56)。
6.如權利要求5所述的轉子，其特徵在於，連續圓柱外表面(50)布置在轉子(10)的轉動圓(40)上。
7.如權利要求5或6所述的轉子，其特徵在於，從截視方向看，齒(18)包括兩個沿一個螺旋式峰線(44)相互接觸的凸齒側(34，36)。
全文摘要
一種螺旋式壓縮機(16)的轉子(10)的製造方法和用這種方法生產出來的轉子(10)。為了使用直接製造方法生產複雜幾何形狀的轉子(10)，這裡建議使用一種方法，在陰模的製造過程中，從陰模坯中取出材料，從而形成轉子(10)的修正區。
文檔編號F01C1/08GK1169126SQ96191593
公開日1997年12月31日 申請日期1996年1月17日 優先權日1995年1月26日
發明者岡特·基爾斯坦 申請人:岡特·基爾斯坦