專利名稱：節(jié)能單螺桿壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種節(jié)能單螺桿壓縮機，屬于壓縮機類，主要供動力(如空氣壓縮機)、制冷和工藝(如壓縮多種化工氣體的壓縮機)用。
螺桿壓縮機有單螺桿和雙螺桿兩種。單螺桿壓縮機也稱蝸桿壓縮機，發(fā)明于1960年，八十年代采用“浮動星輪”而延長了星輪壽命后才趨于成熟。單螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)見圖4，由一個6頭的螺桿11和兩個11齒的星輪6構(gòu)成，螺桿的主軸7架支于機體10內(nèi)的軸承上，件號8表示吸氣腔，件號9表示排氣口。運轉(zhuǎn)時，主軸旋轉(zhuǎn)，帶動螺桿齒和星輪齒的嚙合來完成吸氣、密封、壓縮和排出，以完成壓縮空氣的作業(yè)。
螺桿壓縮機具有體積小、噪聲低、振動小、可靠性好、壽命長和能在高壓下工作等優(yōu)點，用螺桿壓縮機來取代活塞式壓縮機是動力用壓縮機的發(fā)展趨勢。如日本1976年螺桿壓縮機僅占27％，1985年則上升到85％。雙螺桿壓縮機的全套技術(shù)我國已引進(jìn)了多套，但都不是一流技術(shù)，較難與搶占中國市場的外商競爭。因此有的廠家與外商合資，有的廠家再次引進(jìn)更新的技術(shù)。單螺桿壓縮機，則由于國外的封鎖，是我國惟一未能引進(jìn)的高檔壓縮機。
由于單螺桿壓縮機的螺桿同時與兩個星輪嚙合，既使螺桿受力完全平衡，又使排量增加一倍，壓縮機的體積小，9m3／min單螺桿壓縮機的重量僅為活塞式壓縮機的1／6。螺桿受力平衡使單螺桿壓縮機具有一系列優(yōu)點(1)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動小、噪聲比雙螺桿低10dB(A)以上，(2)螺桿沒有彎曲變形，可以在高壓下工作，例如美國德萊賽。蘭德公司生產(chǎn)的單螺桿工藝壓縮機，即使在一級壓縮的條件下也能達(dá)到6．16MPa，而雙螺桿最高只能達(dá)到2．18MPa。(3)嚙合副可以在很小的間隙下工作以減少泄漏，因而容積效率高。此外，單螺桿壓縮機由于軸承受力小，且星輪軸與螺桿垂直交錯，軸承尺寸不像雙螺桿那樣受限制，采用標(biāo)準(zhǔn)軸承時，軸承壽命為5萬小時(球軸承)至10萬小時(圓錐滾子軸承)。整機的“免維修”時間相應(yīng)地在5-10萬小時之間。潛水艇對壓縮機的各項性能均有嚴(yán)格的要求，然而美國海軍為了淘汰活塞式壓縮機，對現(xiàn)有的各種壓縮機進(jìn)行了大量的試驗與論證后認(rèn)為單螺桿壓縮機是潛水艇用最佳壓縮機，對于高壓無油壓縮機來說是惟一的選擇。美國海軍從80年代開始積極研究并設(shè)法建立國內(nèi)的技術(shù)來源。
單螺桿式雖比雙螺桿式問世晚，但因性能優(yōu)異而上升勢頭強勁，目前國際市場上單、雙螺桿式大體上平分秋色。主要用作空氣壓縮機、冷凍(空調(diào))機、熱泵和在化工生產(chǎn)的工藝流程中壓縮各種氣體或輸送天然氣、煤氣等。目前只有美、日等四國在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)，以日本水平最高。
從1975年開始國內(nèi)先后有幾個單位研制單螺桿壓縮機1986年國家科委曾將單螺桿壓縮機的研制工作列為重點攻關(guān)項目；此后國防科工委也將研制艦船用單螺桿壓縮機的課題列為重點攻關(guān)項目。這些研制工作均因未能解決一系列的關(guān)鍵技術(shù)而未獲成功，主要表現(xiàn)為壓縮機在運轉(zhuǎn)過程中排量迅速下降。
近來我國打破了國外的技術(shù)封鎖，在基礎(chǔ)理論研究、高精度專用機床、工藝和刀具等方面取得了全面突破，高水平地解決了螺桿、星輪的加工技術(shù)。但是單螺桿壓縮機惟一的缺點是小排量時，其能耗大于雙螺桿壓縮機，大排量時能耗指標(biāo)也不占優(yōu)勢，因此，如果不能在節(jié)能技術(shù)上有所突破，中國的單螺桿壓縮機行業(yè)就很難發(fā)展。以空調(diào)機為例目前我國半封閉螺桿空調(diào)機的進(jìn)口量遠(yuǎn)多于國產(chǎn)機，由于能耗較大，單螺桿的進(jìn)口量少于雙螺桿。為了開拓中國市場各國均努力探求單螺桿壓縮機的節(jié)能技術(shù)，甚至專門為中國市場設(shè)計節(jié)能產(chǎn)品，但無明顯成效。如果我國率先在節(jié)能技術(shù)上取的突破，我國就能占領(lǐng)螺桿壓縮機和空調(diào)行業(yè)的制高點，在世界上處于領(lǐng)先地位。變壓縮機大量進(jìn)口為大量出口，因此，我國也注重節(jié)能技術(shù)的研究。本專利是我國單螺桿壓縮機節(jié)能技術(shù)方面的成果之一，它保持了單螺桿壓縮機的一切優(yōu)點并且節(jié)能。
眾所周知，單螺桿壓縮機的其它參數(shù)不變時，增大星輪直徑既增大排量又能提高能效比。例如某進(jìn)口空調(diào)其螺桿與星輪的直徑均為φ147mm時，排量為169m3／h；星輪的直徑增大至φ154mm后，排量增至198m／h，能效比由4．21w／w提高至4．39w／w。因此增大星輪直徑是提高單螺桿壓縮機效率的一個重要手段，但目前增大星輪直徑有時受結(jié)構(gòu)的限制，螺桿直徑越小這種限制所造成的影響越大。
現(xiàn)有技術(shù)的單螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)見圖6，其星輪6為等寬齒5，即星輪齒左、右兩側(cè)的母線至星輪運轉(zhuǎn)中心的距離是相等的，見圖6所示的b=b／2+b／2。其不足之處在于能耗較大；難以用于小排量機型；或者為了降低能耗而降低星輪托架的剛度，從而縮短星輪壽命。
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種可降低能耗和能向小排量機型發(fā)展的節(jié)能單螺桿壓縮機。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到本實用新型由主軸、機體、螺桿和星輪構(gòu)成，星輪齒左、右兩側(cè)的母線至星輪運轉(zhuǎn)中心的距離不相等，即星輪齒為非等寬齒，螺桿齒為非等寬齒。
螺桿齒槽較深，其加深值為Δd2／2。
附圖的圖面說明如下


圖1為本實用新型非等寬齒星輪和螺桿的嚙合局部圖；圖2為
圖1的A向縮小視圖3為等寬齒(虛線表示)和非等寬齒(實線)的比較圖；圖4為螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)等寬齒星輪和螺桿的嚙合局部圖。
附圖件號表示1，螺桿 2、非等寬齒3、星輪4、母線5、等寬齒6、星輪7、主軸8、吸氣腔9、排氣腔10、機體 11、螺桿12、托架下面將結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳述
圖1表示本實用新型的局部嚙合結(jié)構(gòu)，本實用新型由一根螺桿1和帶非等寬齒2的兩個星輪3構(gòu)成，星輪的齒為非等寬齒2，該齒左、右兩側(cè)的母線4至星輪運轉(zhuǎn)中心的距離是不相等的，即
圖1的B2＞B1，齒的寬度以B表示。星輪齒的長度較現(xiàn)有技術(shù)長，見圖3所示，齒長度加長Δd2／2。螺桿齒也是非等寬齒，螺桿齒的深度比現(xiàn)有技術(shù)深，以容納加大直徑的星輪(即加長的星輪齒)，如圖3所示，螺桿齒槽的加深值為Δd2／2。
由于螺桿同時與兩個星輪嚙合，所以在圖2中螺桿1的一個齒槽和星輪3(含星輪托架13)所占的位置不能超過半圈，即≤180°。為保證星輪托架的剛度，螺桿的一個齒槽在螺桿橫截面內(nèi)所占的角φ1是確定的。φ1確定后，角φ2由下式確定φ2=φ1×Z1／Z2式中Z1螺桿頭數(shù)，通常為6；Z2星輪齒數(shù)，通常為11。在圖3中φ2為星輪的最大工作轉(zhuǎn)角，從星輪齒封閉螺桿齒槽起，至星輪右齒角正好脫開止?，F(xiàn)有單螺桿壓縮機其星輪齒兩側(cè)的母線至星輪運轉(zhuǎn)中心的距離相等，即右半齒和左半齒的寬度相等。這種齒形是目前實際使用的唯一齒形，稱之為等寬齒，以便與半齒寬度不相等的非等寬齒區(qū)別。
為便于比較，在其它參數(shù)完全相同的條件下將等寬齒與非等寬齒分別用虛線和實線同在圖3中表示。從圖3中可以看出(1)當(dāng)兩種齒形的星輪直徑相等時，兩者的右齒角相比，非等寬齒能較快地脫離螺桿而退出嚙合，因此可以減小φ1和φ2角而增大星輪托架厚度，以提高托架剛度和延長星輪壽命。(2)當(dāng)非等寬齒星輪的直徑比等寬齒星輪直徑d2增大Δd2時，它們的右齒角仍然可以同時脫離螺桿而不滯后。即在相同的條件下采用非等寬齒允許增大星輪直徑。當(dāng)螺桿的外形為圓柱面時星輪直徑的增量Δd2可按下式算Δd2=2[(b2-B1)tgφ3+(d22)2-(b2)2]2+B12-d2]]>
當(dāng)螺桿的外形有所改變時，例如，由圓柱面變成圓錐面，采用非等寬齒也可以增大星輪直徑，此時星輪直徑增量的計算公式要相應(yīng)改變或用作圖法求出。無論用哪一種方法都可得出Δd2值。
非等寬齒與等寬齒的區(qū)別僅僅只是因母線位置的改變而改變了左、右半齒的寬度，星輪的嚙合面(側(cè)面)仍然是螺桿齒面的共軛曲面，它的加工和螺桿齒槽的加工只需將刀具作相應(yīng)位移即可。
本實用新型對比現(xiàn)有技術(shù)具有下述優(yōu)點1、增大排量、提高能效比。由于采用非等寬齒可以增大星輪直徑，如前所述增大星輪直徑既增大排量又提高能效比?，F(xiàn)有的理論排量為2．2m3／min的單螺桿壓縮機采用非等寬齒其排量可增大20％以上，能效比可提高5％以上；當(dāng)螺桿頭數(shù)為4，星輪齒數(shù)為7時，能效比的提高可超過10％。
2、在提高能效比的同時還減小壓縮機的體積和重量。星輪直徑的增大使壓縮機的排量增加，當(dāng)需要保持排量不變時，應(yīng)減小螺桿的直徑，從而使壓縮機在提高能效比的同時其體積和重量也稍有減小。
3、為單螺桿壓縮機向小排量方向發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。單螺桿壓縮機的排量愈小，其能耗指標(biāo)愈差，很難與其它機種競爭。目前單螺桿空調(diào)機的最小電機功率為30kw，用非等寬齒提高能效比后，可以生產(chǎn)電機功率為15kw的單螺桿空調(diào)機。小型、節(jié)能的高壓單螺桿壓縮機也更符合潛水艇等國防工程的需要。
4、提高星輪托架的剛度，以延長星輪的壽命。
權(quán)利要求1.一種節(jié)能單螺桿壓縮機，包括主軸和機體，其特征在于，還包括螺桿和星輪，星輪齒左、右兩側(cè)的母線至星輪運轉(zhuǎn)中心的距離不相等，星輪齒和螺桿齒為非等寬齒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能單螺桿壓縮機，其特征在于，螺桿齒槽較深，其加深值為Δd2／2。
專利摘要節(jié)能單螺桿壓縮機由主軸、機體、螺桿和星輪組成,星輪齒和螺桿齒為非等寬齒。增大排量、提高能效比。在提高能效比的同時還減小壓縮機的體積和重量。為單螺桿壓縮機向小排量方向發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。提高星輪托架的剛度,以延長星輪的壽命。
文檔編號F04C18/08GK2427650SQ99248828
公開日2001年4月25日 申請日期1999年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月26日
發(fā)明者查世樑, 查謙 申請人:查世樑, 查謙