CN1444700A - 双螺杆转子和含有这种转子的挤出机械 - Google Patents

Abstract

用于轴线平行地装入可压缩介质挤出机械的双螺杆转子具有非对称的端面齿形和≥2的缠绕圈数。螺距(L)根据包缠角(α)变化，螺距在第一局部范围(T₁)从吸入端的螺杆端部开始增加，在一圈之后到达最大值(L_max)，在第二局部范围(T₂)减小到最小值(L_min)而在第三局部范围(T₃)保持不变。优选在第一局部范围(T₁)上的螺距曲线与第二局部范围(T₂)上的螺距曲线镜像对称；在局部范周T₁对T₂螺距曲线在几乎所有情况下分别点对称于平均值。由此可以无需改变轮廓地实现完全无不平衡的紧凑的螺杆转子，其压缩率为1.0…10.0。这种转子对于减小能量需求、降低温度、缩小结构空间、减少费用以及用于在化学、药学、包装和半导体技术领域中自由选择材料提供了最佳的前提。

Description

双螺杆转子和含有这种转子的挤出机械

本发明涉及一种双螺杆转子，该转子用于轴线平行地装入可压缩介质挤出机械，转子具有重心位置偏心的非对称端面齿形以及≥2的缠绕圈数以及根据包缠角(α)变化的螺距，螺距在第一局部范围从吸入端的螺杆端部开始增加，在一圈之后在α＝0时到达最大值，在第二局部范围减小到最小值而在第三局部范围保持不变。

由出版物SE 85331，DE 2434782，DE 2434784已知内轴式螺杆机械具有变化的螺杆螺距或变化的端面齿形。部分地单头内螺杆借助于配重进行平衡。为此所花费的结构费用是较高的并且装配费事。与外轴式设备相比不能被取消的吸入端密封是另一普遍缺陷。

此外在专利文献DE 2934065，DE 2944714，DE 3332707和AU261792中描述了具有类似螺杆的转子的双轴压缩机，其中转子和/或壳体由轴向前后设置的不同厚度和/或轮廓的成型板拼按组成，这种结构起到内部压缩的作用。因为由于分级结构产生损伤空间和旋涡区，与螺杆转子相比效率降低。另外存在运行中加热时形状稳定的问题。

通过多个出版物发表过具有相向旋转螺杆转子外啮合的螺杆压缩机：

DE 594691描述了一种螺杆压缩机，该压缩机具有两个外啮合的相向旋转的转子，转子具有变化的螺距和螺纹深度以及直径变化。在纵向截面上外形表示为单头梯形。但是缺少平衡说明。

DE 609405描述了具有变化的螺距和螺纹深度的螺杆副，用于空气冷却设备中的压缩机和膨胀机运行。没有给出专门的端面齿形，其中外观印象为单头梯形轴向截面。尽管要以高转速工作，但是没有关于平衡的说明。

DE 87 685描述了具有交变螺距的螺杆转子。它们被用于膨胀气体或蒸汽的工作机械。它们由单头或多头螺杆构成，其中没有关于平衡的说明。

DE 4 445 958描述了具有相向旋转、外啮合螺杆部件的螺杆压缩机，“螺杆从一端向着与其远离的第二轴向端连续地变小…。”它们被用于真空泵、发动机或燃气透平机。外形为矩形，一个可选择的实施例建议梯形螺纹。在这里也没有平衡说明。

EP 0697523描述了一种具有螺杆转子的压缩机类型，该转子具有多头外啮合形状和连续变化的螺距。点对称齿形(S.R.M.-齿形)直接起到静态和动态平衡的作用。

在EP 1 070 848中示出具有变化螺距的螺杆形轮廓体，在双头实施例中，“…以便能够更好地平衡…”。没有对于专门的轮廓几何形状说明，附图以轴向截面图示出对称的矩形齿形。

在一些上述已知技术现状文献中外径是变化的，这将给加工和装配带来问题。所有在所提到的出版物中建议的解决方案都由于采用不利的齿形而出现较大的泄露损失：这种齿形不可能实现一个轴向良好成舱的工作槽序列；对于较低和中等转速不能实现良好的内部压缩(风孔将导致真空损失和效率损失)。

在杂志GB 527339(双头，非对称)，GB 112104，GB 670395EP0736667，EP0866918(单头)中公开了具有良好成舱的齿形轮廓。

按照下面两个出版物采用了良好成舱的单头齿形。其螺距是变化的，但是外径保持不变：

DE19530662公开了一种具有外啮合螺杆部件的螺杆吸入泵，“其中螺杆部件的螺距从其入口端到其出口端连续地减小，以便使放出的气体压缩”。螺杆转子的齿形具有epitrochoid和/或阿基米德曲线。这种螺杆的缺陷在于，所能实现的内部压缩是有限的。

在WO 00/25004中给出双螺杆，其螺距不是均衡的，而是首先增大然后减小最后保持不变。端面齿形是单头且非对称的并具有空心齿面。外径是不变的，其中齿形是可以变化的。

在上述两个出版物中没有涉及平衡问题。

在WO 00/47897中公开了多头双输送螺杆，该螺杆具有相同的非对称端面齿形，齿形分别具有摆线式空心齿面，其中螺距或螺距和端面齿形可以选择沿着轴线变化并“…通过各形成端面齿形曲线的相应结构实现齿形重心与旋转点的重合”(＝平衡)。在螺杆内部(在齿形区)具有螺杆式通道，通道负责通流冷却介质。

由于加工的原因将螺纹深度与螺纹高度的比值限定在c/d＜4，这限制了所能实现的压缩率或使结构空间加大。增加头数使这个问题更加激化。此外增加头数使加工费用加大，因此只要平衡问题还能够令人满意地得到解决，原则上希望采用单头螺杆，而不是由于其它原因(例如螺杆冷却)总体上更加有利或需要多头转子。

在文献JP 62291486，WO 97/21925和WO 98/11351中描述了单头螺杆的平衡方法，其中螺距不变是前提。作为改进措施可以采用用于平衡的变螺距螺杆的类似方法，但是在所允许的几何形状受到非常强烈的限制的条件下，因为通过铸件中的空心空间实现平衡带来附加问题，它使由于螺距变化所引起的非对称质量分布更为加大。

因此本发明的目的是，提出使具有变化螺距和端面齿形重心位置偏心的螺杆转子平衡的技术方案，其中必需满足下列要求：

—螺纹深度与螺纹高度之比c/d＜4          (加工)

—短结构长度                            (刚性，结构尺寸)

—7≥缠绕圈数≥2                        (加工，极限真空)

—容积效率：尽可能大                    (结构尺寸)

—尽可能在1.0…10.0之间自由选择压缩率   (温度，能耗)

—端面齿形：无损失                      (能耗)

            外径＝恒定                  (加工装配)

—尽可能自由选择材料                    (加工，使用)

上述目的由此而实现：对于双螺杆转子通过总包缠角、确定的螺距曲线和最大螺距与最小螺距的比例的计算补偿来实现静态和动态平衡或至少达到80％并通过改变螺杆端部处的几何形状完善静态和动态平衡。

在协调两端包缠角放大(μ)和螺距的条件下有效缩短尖锐延伸的螺杆螺旋齿面。螺杆端面处的空隙用来作为平衡的附加措施，如果极限条件要求这一点的话。

这种转子对于减小能量需求、降低温度、减小结构尺寸和降低费用以及用于自由选择用于化学和半导体技术领域的材料提供了最佳的前提。下面的计算描述了理论基础，它表示按照本发明的螺杆转子由于其形状的原因满足平衡的条件。

按照本发明的双螺杆转子的特殊结构形式在从属权利要求中描述。

下面借助于附图示例性地描述本发明。附图中：

图1为按照本发明的单头双螺杆转子付的第一实施例的前视图，

图2为图1中的双螺杆转子付的端面视图，

图3为图2中右旋螺杆转于的A-A纵向截面图，

图4为图1中的右旋螺杆转子前视图以及所属的端面重心幅相曲线的展开图，该展开图表示出轴向位置(w)与包缠角(α)的关系，

图5为轴向位置(w’)与包缠角(α)的关系变化，按照L_dyn＝2π·w’包缠角与动态螺距成比例地变化，

图6为按照本发明的缠绕圈数K＝4的右旋螺杆转子的端面重心幅相曲线的螺旋式立体图，

图7为封闭空腔的横截面值与几何基准螺线角度(α₀)以及旋转，角度(θ)的关系，

图8为压缩过程与旋转角(θ)的关系，

图9为螺距和平衡计算的各分函数对称曲线，

图10为转子设计尺寸的影响参数和关系的框图逻辑，

图11为按照本发明的双螺杆转子付的另一实施例的前视图，

图12为图11中的双螺杆转子付的端面视图，

图13为按照本发明的螺距变化的最一般情况，

图14为图11中一对双螺杆转子的可能的螺距变化，

图15为螺距曲线的其它变化可能性，

图16为按照本发明的双头双螺杆转子付的另一实施例的前视图，

图17为图16中的螺杆对从挤出端看过去的端视图，

图18为图16中的螺杆对从吸入端看过去的端视图，

图19为图17中螺杆对的B-B纵向截面图。

首先给出计算所需的符号。对应的单位在方括弧中给出。j＝范围T₂(螺距减小)的缠绕圈数                   [-]K＝缠绕圈数                                      [-]Δα＝重心螺线的总包缠角＝K·2π                                    [度]α＝重心螺线的实际包缠角＝参数                   [度]α₀＝几何参考螺线(空心齿面根部)的实际包缠角     [度]U，V，W＝直角坐标系                              [cm，cm，cm]U-轴＝基准方向W-轴＝理想的几何中心线旋转轴w＝w<α>＝轴向位置                               [cm]螺距：一般定义：在绕一圈的轴向长度

  L₀＝平均螺距＝常数w<α>＝L₀·α/27π                                                                                   [cm]

  或 $L_0=2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;\frac{w}{\mathrm{\&alpha;}}$

      

L₁，L₂为范围T₁，T₂的平均螺距                                                  [cm]

g<w>＝f<w>·r<w>                                                                   [cm³]

f<w>＝w的转子端截面面积函数                                                        [cm²]

r<w>＝w的重心平均距离函数                                                          [cm]θ＝转子旋转角＝2πt/T                                                                 [度]

π＝圆周率＝3.1415…                                                                                                                                      [-]T＝循环时间                                                                            [秒]t＝时间                                                                                [秒]r＝γ/b                                                                                [g.sec²/cm⁴]γ＝单位重量                                                                           [g/cm³]b＝重力加速度＝981                                                                     [cm/sec²]P_U，P_V＝分力M_V，W，M_U，V＝分转矩μ＝包缠角放大                                                                         [度]η＝平衡容积的相对位置角                                                               [度]Q＝g_Q.r_Q惯性矩                                                                      [cm⁴]g_Q＝平衡容积                                                                          [cm³]r_Q平衡容积的重心平均距离                                                              [cm]计算

一般适用： $\frac{P_U}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2}=\mathrm{\&Sigma;}(\&Integral;(g<w>w^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\cos \mathrm{\&alpha;})\mathrm{d\&alpha;})......\left(1\right)$ $\frac{P_V}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2}=\mathrm{\&Sigma;}(\&Integral;(g<w>w^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\sin \mathrm{\&alpha;})\mathrm{d\&alpha;})......\left(2\right)$ $\frac{M_{V,W}}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2}=\mathrm{\&Sigma;}(\&Integral;(g<w>w<\mathrm{\&alpha;}>w^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\sin \mathrm{\&alpha;})\mathrm{d\&alpha;}).....\left(3\right)$ $\frac{M_{U,W}}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2}=\mathrm{\&Sigma;}(\&Integral;(g<w>w<\mathrm{\&alpha;}>w^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\cos \mathrm{\&alpha;})\mathrm{d\&alpha;})......\left(4\right)$

轮廓不变的g(w)＝常数＝g₀

整数的缠绕圈数K＝，2，3，4，5，6，7…

在本发明的意义上起到平衡作用的螺距曲线的最一般情况在图13中表示：

1.在吸入端的螺距不等于挤出端的螺距(L₁·(1-A)≠L₂(1-B))

2.螺距减小的范围T₂在j圈上延伸j＝1，2，3…

函数w’<α>可以认为是，在协调A，B，L₁和L₂情况下由等式(1)，(2)，(3)，(4)对于所有4个分量函数w’<α>得出数值“0”，这表示，由此实现静态和动态的平衡。

对于在此所示的具体应用，即，对于装入可压缩介质挤出设备中的螺杆转子，可以认为在其中对于j＞1和不等螺距在螺杆端部上没有优点，因此对于所述实施例的其它计算可以进行下面的简化：

T₂＝与T₁成镜像；镜像轴≡α＝0

1)L₁＝L₂＝L₀

2)B＝A

3)j＝1          对照图5和9

对于平均值w’<-π>＝w’<+π>＝L₀/2π(对应于螺距L₀)和变化±A·100％w’_max＝L₀(1+A)/2π

      w’_min＝L₀(1-A)/2π

因此按照有关的已知方法由(1)，(2)，(3)，(4)得出： $\frac{P_U}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=-2\&CenterDot;w<2\mathrm{\&pi;}>+2\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{w}^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\left({\cos }^2\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\right)\mathrm{d\&alpha;}...\left(1a\right)$ $\frac{P_V}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=2\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{w}^{\&prime;\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\left({\cos }^2\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\right)\mathrm{d\&alpha;}......\left(2a\right)$ $\frac{M_{V,M}}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=-(K-2){L_0}^2{(1-A)}^2/2\mathrm{\&pi;}+\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}w<\mathrm{\&alpha;}>w^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\sin \mathrm{\&alpha;d\&alpha;}...\left(3a\right)$ $\frac{M_{U,W}}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}w<\mathrm{\&alpha;}>w^{\&prime;}<\mathrm{\&alpha;}>\cos \mathrm{\&alpha;d\&alpha;}.....\left(4a\right)$ 为了简化其它计算引入函数h＝h<α>，使得： $w=\frac{L_0}{2\mathrm{\&pi;}}(\mathrm{\&alpha;}+h)$ $w^{\&prime;}=\frac{L_0}{2\mathrm{\&pi;}}(+h^{\&prime;})$ $w^{\&prime;\&prime;}=\frac{L_0}{2\mathrm{\&pi;}}{h}^{\&prime;\&prime;}$ 图例说明见图9。按照本发明的螺杆转子的数学公式对称特性：I.基本对称

h<-α>＝-h<α>        (a₁)

h’<-α>＝-h’<α>    (a₂)

h”<-α>＝-h”<α>    (a₃)

h<2π-α>＝h<α>      (b₁)

h’<2π-α>＝-h’<α> (b₂)

h”<2π-α>＝-h”<α> (b₃)

h_max＝h<π>＝(根据函数)h’<0>＝A＝h’_max

h_min＝h<-π>＝-(h_max)  h’<2π>＝-A＝h’_minII.导出的对称：(-α)(h<-α>)cos<-α>＝α(h<α>)cos<α>      (e)函数对称于α＝0(h<-α>)(h1<-α>)sin<-α>＝h<α>h1<α>sin<α>(f)函数对称于α＝0因此由(1a)，(2a)，(3a)，(4a)得出： $\frac{P_U}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=\frac{L_0}{\mathrm{\&pi;}}\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{h}^{\&prime;}{\cos }^2\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\mathrm{d\&alpha;}=0$ (由于对称于α＝π；α＝-π)      (1b) $\frac{P_V}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=\frac{L_0}{\mathrm{\&pi;}}\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{h}^{\&prime;\&prime;}{\cos }^2\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\mathrm{d\&alpha;}=0$ (由于对称性)                     (2b) $\frac{M_{V,M}}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}=-(K-2){L_0}^2{(1-A)}^2/2\mathrm{\&pi;}+{\left(\frac{L_0}{2\mathrm{\&pi;}}\right)}^2(-4\mathrm{\&pi;}-\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}h\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&alpha;d\&alpha;}-\frac{1}{2}\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{h}^2\cos \mathrm{\&alpha;d\&alpha;})..\left(3b\right)$ $\frac{M_{U,W}}{{\mathrm{\&tau;\&omega;}}^2{g}_0}={\left(\frac{L_0}{2\mathrm{\&pi;}}\right)}^2(\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}h\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;d\&alpha;}+\frac{1}{2}\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{h}^2\sin \mathrm{\&alpha;d\&alpha;})=0$ (由于对称性)      (4b)

唯一不仅仅通过对称特性和包缠角确定为零的参数是M_V，W，但是为了100％的平衡要求。 $-2\mathrm{\&pi;}((K-2){(1-A)}^2+2)=\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}h\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&alpha;d\&alpha;}+\frac{1}{2}\underset{-2\mathrm{\&pi;}}{\overset{+2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{h}^2\cos \mathrm{\&alpha;d\&alpha;}....(*)$

函数h＝h<α>在保持上述对称特性和边缘条件的情况下可以任意选择。在其确定后可以由式(*)进行一般地计算出A。

对应于在附图中所示的实施例： $h=2A\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\&DoubleRightArrow;$

(3K-9)A²-2(3K-2)A+3K＝0  (**) $A=(3K-2-\sqrt{15K+4})/(3K-9)$ 对于K≠3

A＝3K/(6K-4)＝9/14    对于K＝3

因此对于变化的圈数K得到不同的数值A，通过该数值又改变压缩率。

下面的表格给出各数值：

圈数K	2	3	4	5	6	7
							幅度A	0.6103	0.6429	0.6666…	0.6853	0.7005	0.7133
压缩率Vd	1.0	2.552	4.0	4.2665	4.509	4.732

对于另一函数h＝h<α>可以得到A和V_d的不同数值。因此例如函数 $h=A\&CenterDot;\left(\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\right)(2+D\&CenterDot;{\left({\left(\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\right)}^2\right)}^n)$ 允许系数D变化，由此在保持对称特性以及连接点和最小/最大值的情况下螺距曲线在细节上可以改变并选择A或V_d作为结果(见图15)。

对于要求多圈数K但是微小压缩率V_D的应用，在充分利用螺距曲线极限变化的情况下在没有其它措施的条件下也不再能够实现M_V，W/τω²＝0的要求。在此采用的措施可以一般地且公式化地确定一种形状，这种形状对于上面所提到的尖锐延伸的螺杆螺旋齿面的缩短修正也是适用的。

措施1：通过两端包缠角放大μ的附加值。

措施2：通过在螺杆端部的两个轴向位置去除(增加)材料进行修正；两个相等的数值(Q[cm⁴])；重心位置SQ₁，SQ₂＝角对称(±(μ+η))于U-W平面的。

对于四个静态参数

一般有效：

系数：{[基本值]+[附加值]-[修正值]}＝0

对于分力详细地表示为

(普通的)                     (2c)

由于螺距曲线在α＝-π，α＝+π(等式(b₁)，(b₂)，(b₃))上的对称性(1b)，使得等式(1c)与(4c)变成全等。由两个等式(1c)与(3c)的方程组(等式(2c)是普通的)在变量分离之后得到：

Q_soll＝Q<K，A，μ>以及η_sol1＝η<K，A，μ>

在这里μ还可以自由改变。

由于不能任意到处去除或增加材料，因此尤其是在缩短修正尖锐延伸的螺杆螺旋齿面的情况下得到关系式 $Q=Q\&lang;\mathrm{\&eta;}\&rang;\&LeftRightArrow;\mathrm{\&eta;}=\mathrm{\&eta;}\&lang;Q\&rang;,$ 使得数值η，μ，Q被确定．虚解需要对数值A进行再修正。

对于短螺杆(K＝2)，等式(4c)满足所有的η，μ，Q。因此在这种情况下取消制约，得到(4c)≡(1c)。进而由此得出，尽管可以实现(1b)，但是不是强制必需的，即，等式(b₁)，(b₂)，(b₃)(＝在α＝-π，α＝+π上对称)对于K＝2不是必需的(见图14)。

对于非恒定端面齿形计算是更加费事的：在空心齿面根部上的几何基准螺旋不再与重心螺旋相符，这贯穿所有公式的最后结果。

图1示出双螺杆转子1和1’的第一实施例视图，其中轴线2和2’位于图纸平面上。两个转子1和1’为圆柱形并具有螺纹螺旋3和3’，螺纹螺旋确定一个不变的外径，外径通过外表面6和6’来界定。双转子以这种方式平行地设置，使螺纹螺旋梳式地相互啮合。在旋转时描述为两个平行相切圆柱表面的转子外表面6和6’相邻地在外壳9上运动(在图2中表示)。在外壳9内部在螺旋面4，4’的芯圆柱面5，5’与外壳壁10之间确定一个空腔序列，空腔序列在转子相向转动时从轴向一端移动到另一端，其中空腔容积根据螺旋角和螺距曲线而变化：在吸入状态容积加大到最大值，然后在压缩状态容积减小并最终在空腔打开之后在挤出状态容积减小至零．转子端部在吸入端用7和7’，在排出端用8和8’表示。

图2示出双转子在挤出端的端面视图(在图1中从上方往下看)。视图表示两个相切平行圆柱体的投影。2和2’表示转子1和1’的平行轴线。螺旋面用4和4’表示，而8和8’是相邻的端面，该端面在纵轴方向界定转子。5和5’是转子的芯圆柱面，该芯圆柱面具有不变的直径。在挤出机械中，转子装在具有内壁10的外壳9里面；为了这种机械的无接触运行在两个转子之间以及转子与内壁10之间的缝隙高度分别为约1/10mm。平面A-A为截面，该截面确定了图3的转子纵向截面。

图3为已提到的通过图2中平面A-A的纵向截面图。标记符号对应于图1和2中的那些标记符号。轴线在这里用W表示(在图1和2中的2’)。W和U属于用于计算的坐标系U，V，W。坐标系的零点位于轴W上螺距为最大值的那个位置上(转折点在图4的曲线图中，w<α>)。螺纹深度c是恒定的，而螺纹高度d根据螺旋的螺距变化。

图4以对应于图1中右边转子的正视图示出右旋螺杆转子，以及所属的端面齿形重心-幅相曲线展开图，该展开图表示出轴向位置(w)与包缠角(α)的关系。由于螺杆转子横截面保持不变而与螺旋螺距无关，所以横截面在转子的整个长度上只通过与U轴的角度位置α来区分。此外横截面的重心与轴位W不是全等的，而是以恒定的距离r₀定位。因此横截面所有重心的全部位置通过对应于那个转子圈数的螺距螺旋线(见图6)来表示。由其展开图曲线可以看出，螺旋的螺距在第一圈中从位置-2π持续地增加，一直到转折点，位置0，然后直到第二圈端部的螺距持续减小到位置2π，接着保持不变地到位置6π。

图5示出轴位(w’)随包缠角(α)的变化，按照L_dyn＝2πw’包缠角与动态螺距成比例地变化。在这里可以看出对于α＝0的镜像对称以及在区间-2π到+2π上α＝-π和α＝+π时对于S₁的点对称，它们表示出为了消除转子不平衡度的本发明的基本特征。

图6以对应于图4展开图的立体图示出按照本发明的圈数K＝4的右旋螺杆转子螺旋形端面齿形重心-幅相曲线。所给出的符号对应于前面用于计算所给出的定义。附加地在上方和下方表示出包缠角放大μ和平衡容积g_Q的相对位置角η。

图7示出一条曲线，该曲线表示出封闭空腔的横截面值(面积F)与几何基准螺旋角(α₀)以及旋转角(θ)的关系。

图8是一条曲线，该曲线表示出在封闭空腔中压缩过程(开始容积的％)与旋转角(θ)的关系。

图9示出螺距和平衡计算(cosα，sinα，h<α>，h’<α>，h”<α>)各分函数的对称曲线。在本说明书的计算和相应定义中已给出这些符号的含义。

图11和12示出圈数K＝2(以及T3局部范围减小到“零”)的短螺杆对形式的另一实施例。相同部分采用与图1和2相同的符号。在这种螺杆中，对于中央完整构成的空腔，吸入端的关闭时间与挤出端打开时刻的重合，使得这样构成的挤出机械等体积地工作。如同现有技术已知的那样，打开挤出端的时刻可以通过具有挤出孔12的端面端板11进行延迟，挤出孔通过转子1封闭或敞开。因此对于这种实施例也可以实现内部压缩。

在第二实施例的下部变型中，短螺杆(图11，12)按照图14的螺距曲线构成，该曲线对于α＝0在范围T₁和T₂同样对称地延伸，但是与图5所示曲线不同的是，在这里不存在点对称。

图16和19作为本发明的另一实施例示出一个转子付，该转子付具有双头非对称端面齿形，该端面齿形具有重心位置偏心而圈数K＝4。包缠角双侧( )延长。在各个端面上的轮廓通过去除那里的材料修正成两个尖锐延伸的螺杆螺旋齿面。图16中的标记符号13’表示这种被加工表面。对于要求低气体温度的化学领域中挤出泵的特殊使用情况，大的转子表面以及同心的圆柱形孔(14，14’)是前提，在此通过多头性和多圈数实现大的转子表面，通过圆柱形孔可以通流冷却介质。螺距曲线与第一所述实施例的情况类似，其中在这里使用方面的差别是A＝0.4与V_d＝2.0。数值Q和η在公式(1c)，(3c)和(4c)中得出，因为对于双头螺杆在每一端的两个位置13’上去除材料。

图10示出流程框图，表示对于转子设计尺寸具有意义的影响参数和关系。

Claims (14)

1.双头螺杆转子，用于轴线平行地装入可压缩介质挤出机械，该转子具有重心位置偏心的非对称端面齿形和≥2的缠绕圈数以及与包缠角(α)有关的变化螺距(L)，螺距在第一局部范围(T₁)从吸入端的螺杆端部开始增加，在一圈之后在α＝0时到达最大值(L_max)，在第二局部范围(T₂)减小到最小值(L_min)而在第三局部范围(T₃)不变，其特征在于，通过总包缠角、确定的螺距曲线和最大螺距与最小螺距比例的计算补偿实现静态和动态的平衡或至少达到80％并通过改变螺杆端部处的几何形状完善静态和动态的平衡。

2.如权利要求1所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述最大螺距与最小螺距比例和螺距曲线以这种方式确定，使装入双转子的用于可压缩介质挤出机械的压缩率在1.0至10.0的取值范围取值。

3.如权利要求1或2所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述最大螺距、最小螺距和螺距曲线以这种方式确定，使装入双转子的用于可压缩介质挤出机械的吸入能力等于所期望的数值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述转子长度通过缠绕圈数以及通过最大和最小螺距来确定。

5.如权利要求1至4中任一项所述的双头螺杆转子，其特征在于，在所述局部范围过渡上当α＝-360°，0°，+j·360°时螺距变化等于“零”。

6.如权利要求1所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述螺距曲线在前两个局部范围(T₁，T₂)上相互间成镜像地构成而第三局部范围(T₃)的包缠角为“零”，其中通过上面定义的螺距曲线对称特性、定义的螺距曲线最大螺距与最小螺距比例的确定以及通过螺杆端部处几何形状的改变来实现静态和动态平衡。

7.如权利要求1所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述螺距曲线在前两个局部范围(T₁，T₂)上相互间成镜像地构成并且螺距在两个局部范围(T₁，T₂)的每一范围的各对称点、即α＝-180°时的S₁和α＝+180°时的S₂上以点对称的方式穿过最大螺距与最小螺距的算术平均值(L₀)，而第三局部范围(T₃)在360°整数倍的包缠角上延伸，其中通过上面定义的螺距曲线对称特性和总包缠角的确定来实现静态平衡并通过上面定义的螺距曲线对称特性和确定总包缠角以及最大螺距与最小螺距的比例和定义的螺距曲线来实现动态平衡。

8.如权利要求1所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述螺距曲线在前两个局部范围(T₁，T₂)上相互间成镜像地构成并且螺距在两个局部范围(T₁，T₂)的每一范围的各对称点、即α＝-180°时的S₁和α＝+180°时的S₂上以点对称的方式穿过最大螺距与最小螺距的算术平均值(L₀)，而第三局部范围(T₃)在360°整数倍的包缠角上延伸，其中通过上面定义的螺距曲线对称特性和确定总包缠角并通过改变螺杆端部处的几何形状来实现静态平衡并通过上面定义的螺距曲线对称特性并通过确定总包缠角以及最大螺距与最小螺距的比例和定义的螺距曲线并通过改变螺杆端部处的几何形状来实现动态平衡。

9.如权利要求1至5中任一项所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述端面齿形是不变的。

10.如权利要求1至5中任一项所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述端面齿形随包缠角(α)的函数变化。

11.如权利要求1至5中任一项所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述端面齿形是单头的。

12.如权利要求1至5中任一项所述的双头螺杆转子，其特征在于，所述端面齿形是多头的。

13.可压缩介质挤出机械，包括一个外壳、用于输入和排出可压缩介质的一个入口和一个出口、处于梳式啮合的基本无不平衡的一对双螺杆转子，该转子对与外壳一起确定轴向空腔序列，其中转子可转动地支承在外壳上并配有传动装置以及同步装置，以便使转子相向地这样旋转，使介质从入口输送到出口，其特征在于，装入如权利要求1至12中任一项所述的基本无不平衡的双螺杆转子。

14.如权利要求13所述的挤出机械，其特征在于，所述挤出机械是真空泵。

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