CN103032325A - 螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

一种具备减振结构的悬臂方式的电动机直接连结型螺杆压缩机，该减振结构难以在转子轴的旋转时产生不均衡力(不平衡力)，能够直接减少转子轴自身的振动。螺杆压缩机(1)具备：螺杆转子(41)；与螺杆转子(41)形成为一体结构且在螺杆转子侧被悬臂支承的马达轴(7)；以及使马达轴(7)旋转的马达。螺杆压缩机(1)具备：与马达轴(7)大致同轴且沿着旋转件(5)的内面而以间隙配合的方式插入配置于马达轴(7)的马达侧端面(7a)与端部构件(10)之间的空间的圆筒构件(43)；以及与马达轴(7)大致同轴而以间隙配合的方式插入配置于圆筒构件的内侧的重物(8)(振动体)。圆筒构件的固有振动频率与转子轴(11)的固有振动频率一致。

Description

螺杆压缩机

技术领域

本发明涉及螺杆式的压缩机。

背景技术

电动机直接连结结构的螺杆压缩机比经由驱动带的动力传递方式的装置能量变换效率高。并且，在采用使用了变换器的转速控制方式的螺杆压缩机中，电动机直接连结结构的螺杆压缩机成为主流。在此，从降低成本、减少机械损失的目的出发，大多形成为在马达轴的单侧不设置轴承的悬臂方式的电动机直接连结型螺杆压缩机。

悬臂方式的螺杆压缩机通常以使得危险速度远远超过运转转速的方式采用转子轴系统的设计。然而，在产生压力脉动成分的激振力的螺杆压缩机中，有时在远远低于转子轴的危险速度(转速)的转速运转时，转子轴系统部分的振动变大。并且，在由轴转速决定的不平衡所导致的振动的高次成分在因转子轴系统的晃动等较大地出现的情况下，有时仍然在低于危险速度(转速)的转速运转时，转子轴系统部分的振动变大。

在此，作为减少螺杆压缩机的振动的方法，有基于使用防振橡胶的动态吸振器那样的振动衰减装置的方法、以跳过振动变大的转速区域的方式对转子轴的转速进行控制的方法。

然而，在基于动态吸振器那样的振动衰减装置的方法中存在如下的问题：因橡胶的劣化、安装的松弛等而导致防振橡胶部分等的设置条件发生变化时，转子轴系统部分的共振频率发生变化，而不能得到振动衰减效果。并且，在采用使用变换器的转速控制方式的螺杆压缩机的情况下，仅在特定频率具有衰减效果的动态吸振器不能与整个转速区域的振动对应。

另一方面，在以跳过振动变大的转速区域的方式对转子轴的转速进行控制的方法中，在安全的情况下也需要跳过振动变大的转速周边的转速区域，有时对实机运转条件造成妨碍。

作为与螺杆压缩机的固有振动频率无关而能够减少振动的方法(能够减少整个转速区域的振动的方法)，具有例如专利文献1所记载的方法。在专利文献1中记载有一种螺杆压缩机，该螺杆压缩机的特征在于，将棒状体沿水平方向突出设置于马达外壳，并将具有孔的板(质量体)插入该棒状体，该孔具有比较大的游隙。根据本结构，因马达外壳的振动而导致板(质量体)在上下方向进行位移，突出设置于马达外壳的棒状体与板(质量体)发生碰撞而消耗振动能量，从而减少马达外壳的振动。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-343641号公报

在此，在悬臂方式的电动机直接连结型螺杆压缩机的情况下，当该螺杆压缩机的转子轴系统部分的振动变大时，转子轴的振摆回转振动显著变大，电动机的旋转件与固定件之间的距离变宽或变窄。此时，由于作用于旋转件与固定件之间的磁吸引力发生变化，因此不仅是旋转件受到基于磁吸引力的影响，固定件侧也受到基于磁吸引力的影响，设置有固定件的马达外壳受到磁吸引力而被激振而进行振动。这样，不仅是电动机的旋转件侧进行振动，固定件侧也进行振动，由此电动机的旋转件与马达外壳在耦合的状态下振动，随着该振动加剧而有时使旋转件与固定件接触。其结果是，有时固定件侧损伤而产生难以持续运转的状态。

如上所述，在专利文献1所记载的振动减少方法中，利用突出设置于马达外壳的棒状体、以及插入该棒状体的能够沿上下方向进行位移的板(质量体)来减少“马达外壳”的振动。因此，不会因马达外壳的振动的作用而导致旋转件侧的振动增大。然而，在螺杆压缩机的转子轴自身的振动大、形成为例如超过轴承的允许负载的振动的情况下，需要对螺杆压缩机的转子轴自身采取一些振动对策。此外，在对转子轴自身采取振动对策的情况下，该振动对策必须以避免作为转子轴的旋转时的不均衡力(不平衡力)进行作用的方式进行研讨。

另外，在突出设置于马达外壳的棒状体、以及插入该棒状体的能够沿上下方向进行位移的板(质量体)这样的结构中，需要在马达外壳的外部确保配置棒状体以及板(质量体)的空间，有时成为压缩机的组装布局的制约。并且，也成为用于获取热平衡的制约。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种具备减振结构的悬臂方式的电动机直接连结型螺杆压缩机，该减振结构难以在转子轴的旋转时产生不均衡力(不平衡力)，并且能够直接减少转子轴自身的振动。

为了实现上述目的，本发明提供一种螺杆压缩机，其特征在于，所述螺杆压缩机具备：螺杆转子；收容所述螺杆转子的螺杆外壳；马达轴，该马达轴与所述螺杆转子形成为一体结构，并且在螺杆转子侧被悬臂支承；以及使所述马达轴旋转的马达，所述马达具有：固定于所述马达轴的外周的旋转件；配置于所述旋转件的外侧的固定件；以及收容所述旋转件以及所述固定件的马达外壳，所述马达轴的马达侧端面位于比所述旋转件的马达侧端面靠螺杆转子侧的位置，在所述旋转件的马达侧端面固定有端部构件，该端部构件与所述马达轴同轴，所述螺杆压缩机还具备：与所述马达轴大致同轴且沿着所述旋转件的内面而以间隙配合的方式插入配置于所述马达轴的马达侧端面与所述端部构件之间的空间的圆筒构件；以及与所述马达轴大致同轴而以间隙配合的方式插入配置于所述圆筒构件的内侧的振动体，所述圆筒构件的固有振动频率与由所述螺杆转子和所述马达轴构成的转子轴进行共振的振动频率吻合。

根据该结构，对于转子轴的弯曲振动，通过圆筒构件、轴向前后的行程末端(例如，马达轴的马达侧端面)等与振动体碰撞、摩擦，由此振动能量消散，转子轴的振动减少。并且，通过使圆筒构件的固有振动频率与转子轴进行共振的振动频率吻合，由此当在转子轴产生共振时，在圆筒构件部分励起较大的振动，利用该振动促进振动体的振动，从而进一步提高基于碰撞与摩擦的振动减少性能。

另外，圆筒构件及振动体配置成与马达轴大致同轴，由此难以在转子轴的旋转时产生不均衡力(不平衡力)。

发明效果

根据本发明，难以在转子轴的旋转时产生不均衡力(不平衡力)，并且能够直接减少转子轴自身的振动。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的螺杆压缩机的侧剖面示意图。

图2是图1的A部放大图及其X-X剖视图。

图3是示出本发明的第二实施方式所涉及的螺杆压缩机的侧剖面示意图。

图4是图3的B部放大图及其Y-Y剖视图。

图5是示出图1以及图2所示的螺杆压缩机的变形例的局部放大侧剖面示意图。

附图标记的说明

1：螺杆压缩机

2：螺杆主体部

3：螺杆轴

5：旋转件

6：固定件

7：马达轴

8：重物(振动体)

9：螺栓(棒状被滑动构件)

10：端部构件

11：转子轴

12：螺杆外壳

13：马达外壳

30：马达部(马达)

41：螺杆转子

43：圆筒构件

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的螺杆压缩机1的侧剖面示意图。图2是图1的A部放大图(图2(a))及其X-X剖视图(图2(b))。

(螺杆压缩机的构成)

如图1所示，螺杆压缩机1是具备螺杆主体部2与马达部30(马达)而成的电动机直接连结结构的螺杆压缩机。

(螺杆主体部)

螺杆主体部2具有螺杆转子41、以及收容螺杆转子41的螺杆外壳12。螺杆转子41具有螺杆齿部4、以及与螺杆齿部4同轴且与该螺杆齿部4形成为一体结构的螺杆轴3。螺杆轴3被轴承14以及轴承15双支承。

螺杆齿部4与螺杆轴3由一根钢材通过切削加工等而被制造。此外，也可以在分别单独制造螺杆齿部4与螺杆轴3之后进行刚性联接(一体连结)。并且，螺杆转子41与后述的马达轴7也由一根钢材通过切削加工等制造而形成为一体结构。由相互形成为一体结构的螺杆转子41与马达轴7构成旋转的转子轴11。此外，也可以在分别单独制造螺杆转子41与马达轴7之后进行刚性联接(一体连结)。作为刚性联接(一体结构化)的方法，具有凸缘连结等。

(马达部)

马达部30(马达)是用于使转子轴11旋转的驱动源，具有：固定于马达轴7的外周的旋转件5；配置于旋转件5的外侧的固定件6；以及收容旋转件5以及固定件6的马达外壳13。马达轴7与螺杆转子41(螺杆轴3)同轴且与螺杆转子41(螺杆轴3)形成为一体结构，并且在螺杆转子41侧被悬臂支承。具体地说，马达轴7被螺杆转子41侧的轴承14(以及轴承15)悬臂支承。

马达轴7的马达侧端面7a位于比旋转件5的马达侧端面5a靠螺杆转子41侧的位置。在旋转件5的马达侧端面5a利用螺栓(未图示)等固定有圆板状的端部构件10。在端部构件10的中心开设有孔10a。端部构件10设为与马达轴7同轴。

(减振机构部)

在马达轴7的马达侧端面7a与端部构件10之间的空间插入有圆筒构件43。圆筒构件43与马达轴7大致同轴且沿着旋转件5的内面而以间隙配合的方式插入配置于旋转件5、端部构件10、以及马达轴7。

圆筒构件43的长度比马达侧端面7a与端部构件10之间的间隔小。圆筒构件43的轴向可移动量为例如约0.5mm～数mm。并且，圆筒构件43的外径比旋转件5的内径小。圆筒构件43的轴正交方向可位移量大致等于旋转件5与固定件6之间的嵌合尺寸，例如，为约0.02mm～约0.5mm。

另外，在马达轴7的马达侧端面7a与马达轴7同轴地(在马达轴7的旋转中心)固定有螺栓9。配置于旋转件5的内侧的螺栓9是本发明所涉及的棒状被滑动构件的一例。

如图2(a)所示，螺栓9包括：以贯通在端部构件10的中心形成的孔10a的状态固定于马达轴7的马达侧端面7a的被滑动轴部16、以及形成于被滑动轴部16的端部的头部17(大径部)。头部17的外径比被滑动轴部16的轴径大。被滑动轴部16的轴径比马达轴7的轴径小。

在此，在圆筒构件43的内侧收容有多个板状且是环状的重物8，该重物8形成为以间隙配合的方式插入于螺栓9的被滑动轴部16的状态。在本实施方式中，虽然形成为六个重物8，但并不局限于六个。也可以是一个。重物8是本发明中的板形状的环状体(振动体)的一例。

六个重物8的合计的厚度比马达侧端面7a与端部构件10之间的间隔小。即，重物8能够沿马达轴7的轴向移动。重物8的轴向可移动量为例如约0.5mm～数mm。并且，重物8的外径(直径)比圆筒构件43的内径小。并且，如上所述，由于重物8以间隙配合的方式插入于螺栓9的被滑动轴部16，因此也能够在马达轴7的轴正交方向移动(位移)。重物8的轴正交方向可位移量大致等于旋转件5与固定件6之间的嵌合尺寸，为例如约0.02mm～约0.5mm。

在此，在图2(a)中，重物8被图示为与马达轴7同轴。然而，在使重物8以间隙配合的方式插入螺栓9的被滑动轴部16而呈静止的状态下，严格来说，形成为重物8的轴心比马达轴7的轴心向铅垂下方向降低重物8的轴正交方向可位移量(0.02mm～0.5mm左右)的状态。即，在本发明中，重物8(振动体)配置成与马达轴7“大致”同轴表达的是，形成为重物8(振动体)的轴心比马达轴7的轴心向铅垂下方向降低该轴正交方向可位移量的状态。

关于圆筒构件43也是相同地，在本发明中，圆筒构件43配置成与马达轴7“大致”同轴表达的是，形成为圆筒构件43的轴心比马达轴7的轴心向铅垂下方向降低该轴正交方向可位移量(0.02mm～0.5mm左右)的状态。

这样一来，重物8以与马达轴7的马达侧端面7a、端部构件10等周围构件在轴向等发生碰撞的状态配置成与马达轴7大致同轴。在本实施方式中，由于使用多个重物8，因此多个重物8也形成为在轴向相互碰撞。

此外，虽然被滑动轴部16的截面形状为圆形，但不需要一定是圆形，例如，也可以是四边形等。形成于重物8的中心的孔8a也是相同的，也可以不是圆形、而是例如四边形等。形成于重物8的中心的孔8a的形状与被滑动轴部16的截面形状吻合。并且，虽然头部17的截面形状为六边形，但不需要一定是六边形，也可以是例如圆形等。

(圆筒构件的固有振动频率)

在此，使圆筒构件43的固有振动频率与由螺杆转子41和马达轴7构成的转子轴11的固有振动频率一致。转子轴11的固有振动频率考虑例如与转子轴11一体旋转的部件、即转子轴11、旋转件5、螺栓9、以及端部构件10之类的部件并通过计算而求出。圆筒构件43的固有振动频率通过选择其长度、厚度、外径、内径、以及材料等而被调整。

(作用、效果)

根据螺杆压缩机1，对于主要是螺杆转子41的旋转所导致的转子轴11的弯曲振动，圆筒构件43、轴向前后的行程末端(马达轴7的马达侧端面7a、以及端部构件10的端面)与重物8(振动体)碰撞、摩擦，由此振动能量消散(基于轴向碰撞的振动能量的消散)，转子轴11的振动减少。即，能够利用在轴向等移动而发生碰撞的重物8来直接减少旋转的转子轴11自身的振动。并且，由于在转子轴11的弯曲振动变大的部分即马达轴7的悬臂支承侧的相反一侧端部(端部构件10附近)配置重物8，由此能够进一步提高基于轴向碰撞的振动能量的消散效率。

另外，使圆筒构件43的固有振动频率与转子轴11的固有振动频率一致，由此在转子轴11的固有振动频率附近，在圆筒构件43部分励起较大的振动，利用该振动促进重物8(振动体)的振动，从而能够进一步提高基于碰撞与摩擦的振动减少性能。

另外，圆筒构件43以及重物8(振动体)都配置成与马达轴7大致同轴，由此难以在转子轴11的旋转时产生不均衡力(不平衡力)。此外，形成为将重物8(振动体)以间隙配合的方式插入与马达轴7同轴配置的螺栓9的状态，由此能够更难以在转子轴11的旋转时产生不均衡力(不平衡)。进而，由于重物8为板形状的环状体，其重心为重物8的轴中心，因此更难以产生不均衡力(不平衡力)。

进而，由于以在轴向相邻的方式配置多个重物8，因此通过使重物8彼此沿轴向碰撞、摩擦也能够使振动能量消散。

另外，在马达轴7的马达侧端面7a与端部构件10之间的空间收容圆筒构件43以及重物8，由此能够将螺杆压缩机整体的轴向长度形成为与现有设备大致相同。

此外，使圆筒构件43的固有振动频率与转子轴11进行共振的振动频率(意欲向转子轴11附加衰减的振动频率)吻合即可。即，优选使圆筒构件43的固有振动频率与转子轴11的固有振动频率一致，但这仅是一例，不需要一定使圆筒构件43的固有振动频率与转子轴11的固有振动频率一致。如果使圆筒构件43的固有振动频率与转子轴11进行共振的振动频率(意欲向转子轴11附加衰减的振动频率)吻合，则当在转子轴11产生共振时(当在转子轴11产生意欲附加衰减的振动频率的振动时)，在圆筒构件43部分励起较大的振动，利用该振动促进重物8的振动，从而提高基于碰撞与摩擦的振动减少性能。

转子轴11进行共振的振动频率是指，在特定的振动模式下转子轴11的弯曲振动变大的振动频率，包含转子轴11的固有振动频率。并且，意欲向转子轴11附加衰减的振动频率是对螺杆压缩机1的运转造成妨碍的转子轴11的弯曲振动变大的振动频率，包含转子轴11的固有振动频率。

另外，在所述螺杆压缩机1中，将螺栓9的一端通过旋入等固定于马达轴7的马达侧端面7a，并且使螺栓9的另一端部(头部17)与端部构件10较强地抵接，由此以使得螺栓9被双支承，但也可以仅在马达侧端面7a对螺栓9的端部进行固定，或者仅在端部构件10对螺栓9的端部(头部17)进行固定，由此使得螺栓9被悬臂支承。

(第二实施方式)

图3是示出本发明的第二实施方式所涉及的螺杆压缩机102的侧剖面示意图。图4是图3的B部放大图(图4(a))及其Y-Y剖视图(图4(b))。在图3以及图4中，对与第一实施方式的螺杆压缩机1相同的构件标注相同的附图标记。

第一实施方式的螺杆压缩机1与本实施方式的螺杆压缩机102之间的主要不同点是，在本实施方式的螺杆压缩机102中，作为振动体，使用多个球状体44。

(球状体)

在圆筒构件43与螺栓9之间的空间以间隙配合的方式插入配置有多个球状体44。球状体44在螺栓9的一侧沿转子轴11的径向配置有一个。这样一来，多个球状体44在螺栓9的一侧沿着转子轴11的轴向而呈层状地配置有一层。此外，多个球状体44在螺栓9周围呈层状地配置有四层。但是，不需要一定是四层。

与第一实施方式的重物8相同地，球状体44的轴向可移动量为例如约0.5mm～数mm，轴正交方向可位移量为例如约0.02mm～约0.5mm。在这样的状态下，多个球状体44在相互之间设置较小的间隙，作为整体，配置成与马达轴7大致同轴。

另外，与第一实施方式相同地，圆筒构件43的固有振动频率例如与转子轴11的固有振动频率一致。

(作用、效果)

与第一实施方式的螺杆压缩机1相同地，根据螺杆压缩机102，对于主要是螺杆转子41的旋转所导致的转子轴11的弯曲振动，球状体44(振动体)彼此碰撞、摩擦，圆筒构件43、轴向前后的行程末端(马达轴7的马达侧端面7a、以及端部构件10的端面)等与球状体44(振动体)碰撞、摩擦，由此振动能量消散，转子轴11的振动减少。即，能够利用球状体44直接减少旋转的转子轴11自身的振动。

另外，如果使圆筒构件43的固有振动频率与转子轴11的固有振动频率一致，则在转子轴11的固有振动频率附近，在圆筒构件43部分励起较大的振动，利用该振动来促进球状体44(振动体)的振动，从而能够进一步提高基于碰撞与摩擦的振动减少性能。

另外，圆筒构件43以及球状体44(球状体44作为整体)都配置成与马达轴7大致同轴，由此难以在转子轴11的旋转时产生不均衡力(不平衡力)。

此外，在本实施方式中，将多个球状体44在螺栓9的一侧沿着转子轴11的轴向而呈层状地配置为一层。虽然也可以在圆筒构件43与螺栓9之间的空间，在螺栓9的一侧沿转子轴11的径向相邻配置两个(两重)以上的球状体44，但优选如本实施方式那样，将多个球状体44沿着转子轴11的轴向而呈层状地配置为一层。由此，更难以在转子轴11的旋转时产生不均衡力(不平衡力)。

如果使用批量生产品即市场出售的球(钢球等)作为球状体44(振动体)，则能够抑制成本。

(变形例)

在本实施方式中，虽然在旋转件5与螺栓9之间配置有一个圆筒构件43、一层球状体44(螺栓9的一侧)，但也可以使层状配置的球状体44与圆筒构件43沿螺栓9的径向交替层叠，成为由层状配置的球状体44与圆筒构件43构成的层叠结构。

图5是示出图1以及图2所示的螺杆压缩机1的变形例的局部放大侧剖面示意图，任一张附图都是相当于示出螺杆压缩机1的一部分的图2(a)的图。

在图5(a)所示的变形例中，在端部构件10与马达侧端面7a之间的空间不仅配置圆筒构件43以及重物8，还封入粘性体24。利用粘性体24的封入，还能够在重物8的滑动面产生粘性衰减，其结果是，利用该粘性衰减也能够减少转子轴11的振动。在此，重物8的滑动面是指，重物8与被滑动轴部16相接的面、重物8与圆筒构件43相接的面等。此外，作为粘性体24，可以举出粘度高的润滑脂、硅油等。优选10000cSt～100000cSt左右的粘度的粘性体24。此外，在第二实施方式的螺杆压缩机102中也相同地，可以在端部构件10与马达侧端面7a之间的空间不仅配置圆筒构件43以及球状体44，还封入粘性体24。

另外，如图5(b)所示，也可以将多个无孔的圆板状的重物27沿着圆筒构件43的内面而以间隙配合的方式插入配置于端部构件10(无孔)与马达侧端面7a之间的空间。即，也可以省略图2(a)所示的螺栓9。根据本方式也一样，圆筒构件43、轴向前后的行程末端(马达轴7的马达侧端面7a、以及端部构件10的端面)与重物27(振动体)碰撞、摩擦，由此振动能量消散，转子轴11的振动减少。并且，将圆板状的重物27配置成与马达轴7大致同轴，由此能够难以在转子轴11的旋转时产生不均衡力(不平衡力)。并且，通过使圆筒构件43的固有振动频率与意欲向转子轴11附加衰减的振动频率(例如转子轴11的固有振动频率)吻合，由此当产生意欲附加衰减的振动频率的振动时，在圆筒构件43部分励起较大的振动，利用该振动来促进重物27的振动，从而进一步提高基于碰撞与摩擦的振动减少性能。

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式，只要是专利请求的范围所记载的内容，能够进行各种变更并加以实施。

Claims (4)

1.一种螺杆压缩机，其特征在于，

所述螺杆压缩机具备：

螺杆转子；

收容所述螺杆转子的螺杆外壳；

马达轴，该马达轴与所述螺杆转子形成为一体结构，并且在螺杆转子侧被悬臂支承；以及

使所述马达轴旋转的马达，

所述马达具有：

固定于所述马达轴的外周的旋转件；

配置于所述旋转件的外侧的固定件；以及

收容所述旋转件以及所述固定件的马达外壳，

所述马达轴的马达侧端面位于比所述旋转件的马达侧端面靠螺杆转子侧的位置，

在所述旋转件的马达侧端面固定有端部构件，所述端部构件与所述马达轴同轴，

所述螺杆压缩机还具备：

与所述马达轴大致同轴且沿着所述旋转件的内面而以间隙配合的方式插入配置于所述马达轴的马达侧端面与所述端部构件之间的空间的圆筒构件；以及

与所述马达轴大致同轴而以间隙配合的方式插入配置于所述圆筒构件的内侧的振动体，

所述圆筒构件的固有振动频率与由所述螺杆转子和所述马达轴构成的转子轴进行共振的振动频率吻合。

2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，

所述圆筒构件的固有振动频率与所述转子轴的固有振动频率一致。

3.根据权利要求1或2所述的螺杆压缩机，其特征在于，

所述螺杆压缩机还具备棒状被滑动构件，该棒状被滑动构件配置于所述旋转件的内侧，并且与所述马达轴同轴设置，轴径比所述马达轴的轴径小，

所述振动体是以间隙配合的方式插入于所述棒状被滑动构件的板形状的环状体。

4.根据权利要求1或2所述的螺杆压缩机，其特征在于，

所述螺杆压缩机还具备棒状被滑动构件，该棒状被滑动构件配置于所述旋转件的内侧，并且与所述马达轴同轴设置，轴径比所述马达轴的轴径小，

所述振动体是以间隙配合的方式插入于所述圆筒构件与所述棒状被滑动构件之间的多个球状体。

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