双级螺杆压缩机的制作方法

本发明涉及双级螺杆压缩机。

背景技术：

专利文献1记载了具备低级压缩机构和高级压缩机构的双级螺杆压缩机。在该双级螺杆压缩机中，低级侧旋转轴和高级侧旋转轴以一体的大致相同的轴径形成。另外，低级螺杆转子和高级螺杆转子被共用化。并且，一对低级闸转子(gate rotor)嵌合于低级螺杆转子，仅一个高级闸转子嵌合于高级螺杆转子。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4120733号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在专利文献1的双级螺杆压缩机的高级压缩机构中，来自低级压缩机构的排出制冷剂以螺杆旋转角为180°以下的行程被压缩。因此，制冷剂在一个行程被压缩的压缩速度增大，从排出口排出的制冷剂的流速以及加速度增大。因此，尤其是在通过变频器驱动提高了马达的转速的情况下、使用高压或者高密度的制冷剂的情况下，存在如下的问题：排出口处的过冲、排出阻力增大，制冷剂排出时的压力损失、脉动增大。

本发明是为了解决上述那样的问题而做出的发明，其目的在于提供一种双级螺杆压缩机，能够抑制高级压缩机构中的过冲、排出阻力，能够降低流体排出时的压力损失、脉动。

用于解决课题的手段

本发明的双级螺杆压缩机具备将流体压缩的低级压缩机构、将由所述低级压缩机构压缩的流体进一步压缩的高级压缩机构以及驱动所述低级压缩机构和所述高级压缩机构的螺杆轴，所述低级压缩机构具有低级螺杆转子、一对低级闸转子以及低级壳体，所述低级螺杆转子在外周面形成螺旋状的压缩槽，由所述螺杆轴驱动旋转，所述一对低级闸转子具备与所述低级螺杆转子的压缩槽啮合的多个齿，从动于所述低级螺杆转子的旋转而旋转，所述低级壳体具备将所述低级螺杆转子旋转自如地收容的筒状的内筒面，所述高级压缩机构具有高级螺杆转子、一个高级闸转子以及高级壳体，所述高级螺杆转子在外周面形成螺旋状的压缩槽，由所述螺杆轴驱动旋转，所述一个高级闸转子具备与所述高级螺杆转子的压缩槽啮合的多个齿，从动于所述高级螺杆转子的旋转而旋转，所述高级壳体具备将所述高级螺杆转子旋转自如地收容的筒状的内筒面，所述低级螺杆转子以及所述高级螺杆转子为相同直径，所述低级螺杆转子的压缩槽形成为从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角小于180°，所述高级螺杆转子的压缩槽形成为从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角大于180°且小于360°。

发明效果

根据本发明，由于能够使高级压缩机构的压缩速度小，因此，能够抑制高级压缩机构的排出口处的过冲、排出阻力，能够降低流体排出时的压力损失、脉动。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机的概略结构的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机的低级压缩机构12的概略结构的立体图。

图3是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机的高级压缩机构13的概略结构的立体图。

图4是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机中的低级螺杆转子3的外周面的结构的展开图。

图5是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机中的低级螺杆转子3的外周面的结构的展开图。

图6是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机中的高级螺杆转子4的外周面的结构的展开图。

图7是表示本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机中的高级螺杆转子4的外周面的结构的展开图。

具体实施方式

实施方式1.

对本发明的实施方式1的双级螺杆压缩机进行说明。图1是表示本实施方式的双级螺杆压缩机的概略结构的剖视图。图2是表示本实施方式的双级螺杆压缩机的低级压缩机构12的概略结构的立体图。图3是表示本实施方式的双级螺杆压缩机的高级压缩机构13的概略结构的立体图。双级螺杆压缩机是用于冷冻机等的冷冻循环装置的构成要素之一。此外，在包括图1～图3在内的下面的附图中，存在各构成构件的尺寸的关系、形状等与实际的情况不同的情况。另外，说明书全文中所示的构成要素的方式仅仅是例示，并非限定于这些记载。

如图1～图3所示，本实施方式的双级螺杆压缩机具有将流体(例如，在冷冻循环装置中循环的制冷剂)压缩的低级压缩机构12、将由低级压缩机构12压缩的流体进一步压缩的高级压缩机构13、驱动低级压缩机构12和高级压缩机构13的螺杆轴5以及使螺杆轴5旋转的电动机2。本例的双级螺杆压缩机是低级压缩机构12和高级压缩机构13由共用的螺杆轴5驱动的单螺杆型。低级压缩机构12、高级压缩机构13、螺杆轴5以及电动机2被收容于成为整个双级螺杆压缩机的外壳的筒状的壳体主体1。在壳体主体1的筒轴方向上，电动机2被配置于一端侧，高级压缩机构13被配置于另一端侧，低级压缩机构12被配置在电动机2与高级压缩机构13之间。

低级压缩机构12具备低级壳体1a(在图2中未图示出)、低级螺杆转子3以及一对低级闸转子7。低级壳体1a构成壳体主体1的一部分，具有圆筒状的内筒面1c。在内筒面1c设置有将经过了压缩的流体排出的低级排出口10(后述)。低级螺杆转子3被旋转自如地收容在低级壳体1a(内筒面1c)，由螺杆轴5驱动旋转。在低级螺杆转子3的外周面形成有多个螺旋状的压缩槽3a(螺杆槽)。一对低级闸转子7分别放射状地具备与压缩槽3a啮合的多个齿7a，从动于低级螺杆转子3的旋转而旋转。一对低级闸转子7被配置于在低级螺杆转子3的周向上相位相差180°的位置。在由低级螺杆转子3的压缩槽3a、低级闸转子7以及低级壳体1a的内筒面1c包围的空间，形成有容积随着低级螺杆转子3的旋转而变化的低级压缩室6。在本例中，低级螺杆转子3的槽数(压缩槽3a的条数)为6条，低级闸转子7的齿数(齿7a的数量)为11个。即，低级压缩机构12的齿数比为6：11。

高级压缩机构13具备高级壳体1b(图3中未图示出)、高级螺杆转子4以及一个高级闸转子9。高级壳体1b构成壳体主体1的一部分，具有圆筒状的内筒面1d。在内筒面1d设置有将经过了压缩的流体排出的高级排出口11(后述)。高级螺杆转子4被旋转自如地收容在高级壳体1b(内筒面1d)，由螺杆轴5驱动旋转。在高级螺杆转子4的外周面形成有多个螺旋状的压缩槽4a(螺杆槽)。高级闸转子9放射状地具备与压缩槽4a啮合的多个齿9a，从动于高级螺杆转子4的旋转而旋转。在由高级螺杆转子4的压缩槽4a、高级闸转子9以及高级壳体1b的内筒面1d包围的空间，形成有容积随着高级螺杆转子4的旋转而变化的高级压缩室8。在本例中，高级螺杆转子4的槽数(压缩槽4a的条数)为3条，高级闸转子9的齿数(齿9a的数量)为11个。即，高级压缩机构13的齿数比为3：11。

电动机2具备相对于壳体主体1内接固定的电动机定子2a以及被配置在电动机定子2a的内侧的电动机转子2b。作为向电动机定子2a供给电力的电源，在本例中，使用能够使螺杆轴5的驱动转速(频率)变化的变频电源14。此外，作为向电动机定子2a供给电力的电源，也能够使用频率50Hz或者60Hz的普通商用电源。电动机转子2b、低级螺杆转子3以及高级螺杆转子4被配置在同一轴线上，均被固定于螺杆轴5。在本例中，低级螺杆转子3和高级螺杆转子4为相同直径。另外，一对低级闸转子7和高级闸转子9均为相同直径，且是相同结构。

图4以及图5是表示低级螺杆转子3的外周面的结构的展开图。在图4以及图5中，一并示出了形成于低级壳体1a的内筒面1c的低级排出口10的位置及形状。在图4以及图5中，上下方向表示低级螺杆转子3的外周面的周向(从上端到下端为360°)，空白粗箭头表示低级螺杆转子3的旋转方向(在展开图上为压缩槽3a行进的方向)。图的上端以及下端表示一方的低级闸转子7的位置，上下方向的中央部表示另一方的低级闸转子7的位置。另外，在图4以及图5中，右侧表示流体被吸入低级压缩室6的吸入侧，左侧表示经过了压缩的流体从低级压缩室6排出的排出侧。图4示出了开始在图中的虚线内的低级压缩室6压缩流体的时刻(流体的吸入完成的时刻)的状态，图5示出了开始从图中的虚线内的低级压缩室6排出流体的时刻(流体的压缩完成的时刻)的状态。

如图4以及图5所示，低级螺杆转子3的压缩槽3a形成为从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角小于180°在本例的结构中，旋转角约为160°。另外，形成于内筒面1c的两个低级排出口10被配置在相位彼此相差180°的位置。低级排出口10分别被设置于排出侧的端部，形成为在展开图中成大致直角三角形形状。即，低级排出口10分别具有在展开图中相对于螺杆轴5的轴向(图中的左右方向)平行或者垂直的两边以及沿压缩槽3a(或者相邻的压缩槽3a之间的峰部)直线状或者曲线状地形成的吸入侧的斜边10a。低级排出口10的斜边10a相对于螺杆轴5的轴向所成的角度为θ1(参照图5)。

图6以及图7是表示高级螺杆转子4的外周面的结构的展开图。在图6以及图7中，一并示出了形成于高级壳体1b的内筒面1d的高级排出口11的位置及形状。在图6以及图7中，上下方向表示高级螺杆转子4的外周面的周向(从上端到下端为360°)，空白粗箭头表示高级螺杆转子4的旋转方向(在展开图上为压缩槽4a行进的方向)。图的上端以及下端表示高级闸转子9的位置。另外，在图6以及图7中，右侧表示流体被吸入高级压缩室8的吸入侧，左侧表示经过了压缩的流体从高级压缩室8排出的排出侧。图6表示开始在图中的虚线内的高级压缩室8压缩流体的时刻(流体的吸入完成的时刻)的状态，图7表示开始从图中的虚线内的高级压缩室8排出流体的时刻(流体的压缩完成的时刻)的状态。

如图6以及图7所示，高级螺杆转子4的压缩槽4a形成为从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角大于180°且小于360°在本例的结构中，旋转角约为320°，是低级螺杆转子3的旋转角的2倍。也就是说，高级螺杆转子4的压缩槽4a形成为与低级螺杆转子3的压缩槽3a相比，相对于螺杆轴5的轴向(图中的左右方向)的倾斜大。另外，高级排出口11被设置于排出侧的端部，形成为在展开图中成大致直角三角形形状。即，高级排出口11具有在展开图中相对于螺杆轴5的轴向平行或者垂直的两边以及沿压缩槽4a(或者相邻的压缩槽4a之间的峰部)直线状或者曲线状地形成的吸入侧的斜边11a。高级排出口11的斜边11a相对于螺杆轴5的轴向所成的角度为θ2(参照图7)。由于压缩槽4a相对于螺杆轴5的轴向的倾斜比压缩槽3a的倾斜大，所以，角度θ2比角度θ1大(θ2＞θ1)。

在此，低级螺杆转子3以及高级螺杆转子4以同等的尺寸(相同直径)形成。另外，一对低级闸转子7以及一个高级闸转子9以相同形状且以相同尺寸形成。在低级压缩机构12中，齿数比为6：11，低级闸转子7的数量为两个，与此相对，在高级压缩机构13中，齿数比为3：11，高级闸转子9的数量为一个。因此，高级压缩机构13的压缩槽4a的容积与低级压缩机构12的压缩槽3a的容积之比为大致1：2。

在本实施方式的高级螺杆转子4中，由于压缩槽4a的旋转角大，所以，压缩槽4a相对于螺杆轴5的角度也大。由此，能够使形成为沿着压缩槽4a的峰部的形状的高级排出口11的斜边11a的角度大，能够扩大高级排出口11的面积。在图6以及图7中，示出了使面积为最大的情况下的高级排出口11。

(动作说明)

接着，对本实施方式的双级螺杆压缩机的动作进行说明。

若向电动机2的电动机定子2a通电，则电动机转子2b旋转。通过电动机转子2b旋转，经由螺杆轴5使低级螺杆转子3以及高级螺杆转子4旋转。通过低级螺杆转子3旋转，一对低级闸转子7从动地旋转。另外，通过高级螺杆转子4旋转，高级闸转子9从动地旋转。

在低级压缩机构12中，低级闸转子7的齿7a在低级螺杆转子3的压缩槽3a内相对地移动。由此，在低级压缩机构12中，依次反复进行如下的行程：将流体(例如，制冷剂)吸入低级压缩室6内的吸入行程、在低级压缩室6内将流体压缩的压缩行程、以及将在低级压缩室6内压缩的流体从低级排出口10排出的排出行程。例如，在着眼于图4以及图5中虚线内的低级压缩室6的情况下，在图4所示的时刻，吸入行程结束，压缩行程开始，在图5所示的时刻，压缩行程结束，排出行程开始。由低级压缩机构12压缩以及排出的流体由高级压缩机构13吸入并进一步压缩。

在高级压缩机构13中，高级闸转子9的齿9a在高级螺杆转子4的压缩槽4a内相对地移动。由此，在高级压缩机构13中，依次反复进行如下的行程：将流体吸入高级压缩室8内的吸入行程、在高级压缩室8内将流体压缩的压缩行程、以及将在高级压缩室8内压缩的流体从高级排出口11排出的排出行程。例如，在着眼于图6以及图7中虚线内的高级压缩室8的情况下，在图6所示的时刻，吸入行程结束，压缩行程开始，在图7所示的时刻，压缩行程结束，排出行程开始。由高级压缩机构13压缩的流体向双级螺杆压缩机的外部排出。

这样，在本实施方式的双级螺杆压缩机中，低级压缩机构12和高级压缩机构13由同一螺杆轴5连接。被吸入到双级螺杆压缩机的流体由低级压缩机构12和高级压缩机构13执行2次从压缩开始到排出完成为止的行程而向外部排出。高级压缩机构13的压缩槽4a中的从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角相对于以往的压缩槽约为2倍。因此，高级压缩机构13中的压缩所需要的时间也约为以往的2倍，能够使高级压缩机构13中的压缩速度小。由此，能够降低从高级排出口11排出的流体的流速及加速度。由此，能够抑制高级压缩机构13的高级排出口11处的过冲(overshoot)、排出阻力，能够降低流体排出时的压力损失、脉动。因此，能够提高双级螺杆压缩机的性能，并且能够降低双级螺杆压缩机的振动、噪音。另外，根据本实施方式，由于能够提高双级螺杆压缩机的性能，所以，也能够谋求双级螺杆压缩机的小型轻型化以及节能化。

另外，在本实施方式中，由于能够使高级排出口11的斜边11a相对于螺杆轴5的轴向所成的角度θ2大，所以，能够将高级排出口11形成得大。因此，能够抑制从高级排出口11排出的流体的流速，能够降低排出损失以及过冲损失，所以，能够进一步提高双级螺杆压缩机的性能。

流体排出时的压力损失、脉动在电动机2的转速高的情况下尤其成问题。因此，通过将本实施方式应用于具备由变频器(inverter)驱动转速改变的电动机2的双级变频螺杆压缩机，能够得到更大的效果。

在本实施方式中，由于一对低级闸转子7和一个高级闸转子9是相同结构，所以，能够使它们共用零件。另外，在本实施方式中，由于高级闸转子9的数量为一个，所以，能够削减零件数量。因此，在本实施方式中，能够得到一种在确保共用零件化以及零件数量削减这样的优点的同时提高性能的双级螺杆压缩机。

在本实施方式中，高级压缩机构13与低级压缩机构12的容积比为大致1：2，因此在使高级螺杆转子4和低级螺杆转子3为相同直径、使高级闸转子9和低级闸转子7为相同直径的情况下，低级闸转子7为两个，高级闸转子9为一个。在使从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角大于180°的情况下，闸转子不能是两个，所以，在原本闸转子就为一个的高级压缩机构13中，能够使旋转角大于180°。因此，在本实施方式中，能够在确保专利文献1记载的双级螺杆压缩机的优点(周边零件的共用化、零件数量削减)的同时，降低损失。

如上面说明的那样，本实施方式的双级螺杆压缩机具备将流体压缩的低级压缩机构12、将由低级压缩机构12压缩的流体进一步压缩的高级压缩机构13以及驱动低级压缩机构12和高级压缩机构13的螺杆轴5，低级压缩机构12具有低级螺杆转子3、一对低级闸转子7以及低级壳体1a，所述低级螺杆转子3在外周面形成螺旋状的压缩槽3a，由螺杆轴5驱动旋转，所述一对低级闸转子7具备与低级螺杆转子3的压缩槽3a啮合的多个齿7a，从动于低级螺杆转子3的旋转而旋转，所述低级壳体1a具备将低级螺杆转子3旋转自如地收容的筒状的内筒面1c，高级压缩机构13具有高级螺杆转子4、一个高级闸转子9以及高级壳体1b，所述高级螺杆转子4在外周面形成螺旋状的压缩槽4a，由螺杆轴5驱动旋转，所述一个高级闸转子9具备与高级螺杆转子4的压缩槽4a啮合的多个齿9a，从动于高级螺杆转子4的旋转而旋转，所述高级壳体1b具备将高级螺杆转子4旋转自如地收容的筒状的内筒面1d，低级螺杆转子3以及高级螺杆转子4为相同直径，低级螺杆转子3的压缩槽3a形成为从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角小于180°，高级螺杆转子4的压缩槽4a形成为从压缩开始到排出完成为止的行程的旋转角大于180°且小于360°。

另外，本实施方式的双级螺杆压缩机的一对低级闸转子7以及高级闸转子9为相同直径。在此，即使在共用低级闸转子7以及高级闸转子9的零件原料的情况下，有时也会在加工阶段以及向产品装入阶段将低级闸转子7的直径和高级闸转子9的直径改变几mm～十几mm左右。换言之，在低级闸转子7的直径和高级闸转子9的直径之差为几mm～十几mm(最大为20mm)的情况下，能够与低级闸转子7的直径和高级闸转子9的直径完全相同的情况同样地得到零件共用化的效果。因此，在本实施方式中，低级闸转子7以及高级闸转子9之间的“相同直径”不仅包括低级闸转子7的直径和高级闸转子9的直径完全相同的情况，也包括低级闸转子7的直径和高级闸转子9的直径之差在20mm以下的情况。

另外，本实施方式的双级螺杆压缩机在低级壳体1a的内筒面1c设置有将在低级螺杆转子3的压缩槽3a压缩的流体排出的低级排出口10，在高级壳体1b的内筒面1d设置有将在高级螺杆转子4的压缩槽4a压缩的流体排出的高级排出口11，低级排出口10在低级壳体1a的吸入侧具有相对于螺杆轴5倾斜的斜边10a，高级排出口11在高级壳体1b的吸入侧具有相对于螺杆轴5倾斜的斜边11a，高级排出口11的斜边11a相对于螺杆轴5所成的角度θ2比低级排出口10的斜边10a相对于螺杆轴5所成的角度θ1大。

另外，本实施方式的双级螺杆压缩机还具备使螺杆轴5旋转的电动机2，电动机2是由变频器驱动的电动机。

上述的各实施方式、变形例也可以相互组合来实施。

符号说明

1：壳体主体；1a：低级壳体；1b：高级壳体；1c、1d：内筒面；2：电动机；2a：电动机定子；2b：电动机转子；3：低级螺杆转子；3a、4a：压缩槽；4：高级螺杆转子；5：螺杆轴；6：低级压缩室；7：低级闸转子；7a、9a：齿；8：高级压缩室；9：高级闸转子；10：低级排出口；10a、11a：斜边；11：高级排出口；12：低级压缩机构；13：高级压缩机构；14：变频电源。