用于排出介质的诸如压缩机、膨胀机、泵等的容积式机器以及由其使用的方法
阅读说明：本技术 用于排出介质的诸如压缩机、膨胀机、泵等的容积式机器以及由其使用的方法 (Positive displacement machines, such as compressors, expanders, pumps, etc., for discharging a medium and methods for use therewith ) 是由 B·费雷斯特 于 2019-12-17 设计创作，主要内容包括：一种用于排出气体或液体介质的容积式机器,诸如压缩机、膨胀机、泵或类似机器,机器(1)包括元件(3),所述元件具有用于介质的至少一个入口(18)和至少一个出口(19)以及至少两个协作的从动运动部件(4A、4B),其中运动部件(4A、4B)的相互周期性运动将介质从入口(18)排出到出口(19),其特征在于,所述至少两个协作得从动运动部件(4A、4B)中的每一个设置有其自身的单独驱动器(20A、20B),并且所述元件(3)在所述至少两个协作的运动部件(4A、4B)之间设置有运动同步联接器(22),以使它们的运动相互运动同步。(A positive-displacement machine for discharging gaseous or liquid media, such as a compressor, expander, pump or the like, the machine (1) comprising an element (3) having at least one inlet (18) and at least one outlet (19) for the medium and at least two co-operating driven moving parts (4A, 4B), wherein mutual periodical movement of the moving parts (4A, 4B) discharges the medium from the inlet (18) to the outlet (19), characterized in that each of the at least two co-operating driven moving parts (4A, 4B) is provided with its own separate drive (20A, 20B) and that the element (3) is provided with a movement synchronization coupling (22) between the at least two co-operating moving parts (4A, 4B) to synchronize their movement with each other.)
背景技术
本发明涉及用于排出气体或液体介质的容积式机器，诸如压缩机、膨胀机、泵或类似的机器。
已知这种容积式机器，其包括具有用于介质的入口和出口以及具有至少两个协作的从动运动部件的元件，其中运动部件的相互运动将介质从入口排出到出口，其中所述元件在所述至少两个协作的部件之间具有运动耦合，以使这些部件的运动相互同步。
这种容积式机器的示例是螺杆压缩机或螺杆膨胀机，其中上述元件设置有两个螺旋协作的转子，所述转子的螺杆部分地彼此接合以通过其相互运动来使螺杆之间的气体压缩或膨胀。
螺杆压缩机或螺杆膨胀机的这种元件总是设置有呈旋转马达形式的单个驱动器，所述驱动器通过坚固的齿轮传动装置的中介作用来驱动两个螺旋转子中的一个螺旋转子。
然后，另一个转子经由第一转子并通过呈两个所谓的同步齿轮的形式的两个转子之间的扭矩传递传动装置的中介作用而被驱动，所述同步齿轮以固定的传动比将整个第一转子的扭矩传递到第二转子。
例如从BE2015/5250已知这种螺杆压缩机。
两个转子之间的扭矩传递传动装置不仅传递扭矩，而且还防止转子在旋转过程中相互接触，否则在无油螺杆压缩机的情况下，会由于缺乏油润滑而导致过早磨损或损坏。
因此，以一定的流量和以一定的压力排出介质所需的功率完全由单个驱动器提供，并完全经由齿轮传动装置传递到两个转子中的一个转子，并经由该转子部分传递到第二转子。
缺点是驱动器必须具有能提供该全功率的足够的功率，这在较大功率的情况下，可能不可避免地导致选择大而笨重的马达，用户并不总是对此有足够的可用空间。
另外，单驱动器与转子中的一个转子之间的齿轮传动装置以及由齿轮传动装置驱动的转子必须被设计成能够应对这种被提供的动力以及相关的轴向力和径向力以及扭矩，并且此外为此，必须计算其中齿轮传动装置的齿轮和传动装置的齿轮的轴承以及其中转子安装有轴承的轴承，这整体上可以导致相对较重、相当大且昂贵的解决方案。
本发明不限于螺杆压缩机或螺杆膨胀机，而是适用于许多其他类型的周期性容积式机器。
本发明的目的是提供对上述和/或其他缺点中的至少一个的解决方案。
发明内容
为此，本发明涉及用于排出气体或液体介质的容积式机器，诸如压缩机、膨胀机、泵或类似机器，所述机器包括元件，所述元件具有用于所述介质的入口和出口以及至少两个协作的从动运动部件，其中所述介质通过所述运动部件的相互周期性运动而从所述入口排出到所述出口，其特征在于所述至少两个协作的从动运动部件中的每一个设置有其自身的单独驱动器，并且所述元件在所述至少两个协作的运动部件之间设置有运动同步联接器，以使它们的运动相互运动同步。
以这种方式，通过容积式机器在给定压力下以给定流量排出介质所需的功率由两个分开的单独驱动器提供，每个驱动器的功率小于所需的总功率。
由于功率较小，可以选择质量明显较小的较小驱动器，它们也可以以有利的方式以较高的速度被驱动。
因为根据本发明，所需的功率不需要完全经由齿轮传动装置和至少两个驱动器中的一个驱动器传递，所以根据本发明，这些部件也可以比单个驱动器的情况制造得更轻，并且这些部件的轴承也将承受不大的力，并且因此需要满足较低的要求，这进而可以导致轴承更便宜，并且因此使容积式机器的成本降低。
通过降低运动部件的质量，可以以更高的速度驱动所述部件，使得可以通过将单独驱动器直接联接到协作的运动部件上来减小或者优选地甚至完全省去齿轮传动装置。
以这种方式，在齿轮传动装置和该传动装置的轴承方面实现了节省，从而导致更少的损失，以及因此容积式机器的效率更高并且机器更紧凑且更便宜。
运动部件之间的运动同步联接器必须确保，即使单独驱动器驱动不均匀运动部件也不会相互碰撞，换句话说，以机械强制的方式将运动部件分开。
同样，当由于驱动器及其同步控制中不可避免的缺陷而导致运动部件受单独驱动器的驱动未完全同步时，运动同步联接器仍将确保施加强制的同步。
借助于单独驱动器的最佳平衡的同步驱动允许协作的运动部件之间的运动同步联接器不被加载，或者仅在非常有限的范围内加载，因为它们仅需要适应由单独驱动器提供到运动部件的单独功率之间的差异。
这意味着，运动同步联接器及其轴承(如果有的话)可以被设计成比具有单个驱动器的已知容积式机器的运动联接器更轻，换句话说，更便宜且更小。
优选地，根据本发明的容积式机器还设置有同步控制器，以使各单独驱动器相互同步，即，确保各单独驱动器被控制成使得协作的运动部件不彼此接触，至少在理论上不能彼此接触。
然而，在实践中，尚不可能开发出完美适合市场的如下控制器，所述控制器在所有情况下都可以足够迅速且准确地做出反应，以确保在不存在同步联接器的情况下，协作的运动部件不会相互碰撞。
然而，运动同步联接器的确确保同步控制器的误差得到补偿。
同步控制器按其原样是软控制器，特别是基于软件的控制器，而运动同步联接器是硬控制器。
本发明特别适用于容积式机器，其元件的协作的运动部件是旋转部件和/或各单独驱动器是旋转驱动器，如在螺杆压缩机或螺杆膨胀机的情况下，其中所述螺杆压缩机或螺杆膨胀机具有元件，所述元件具有两个螺旋形协作的从动转子，所述转子以其螺纹部分地接合以通过它们得相互运动来使螺纹之间的气体压缩或膨胀。
在这种情况下，根据本发明优选的是，协作的旋转部件设置有轴，并且各单独旋转驱动器设置有输出驱动轴，通过所述输出驱动轴，各单独旋转驱动器直接联接至相关从动部件的轴。
以这种方式，在各单独驱动器和协作的运动部件之间的传动装置方面实现了节省。这样做的优点是运动部件更少，尺寸更小，且重量更轻。
旋转也被理解为是指振荡旋转或绕轨道旋转，如在例如螺旋压缩机的情况下。
根据简单的实现，运动同步联接器在元件的至少两个协作的运动部件之间包含齿轮传动装置。
根据优选实施例，容积式机器是无油螺杆压缩机或无油螺杆膨胀机或齿压缩机。在这种类型的容积式机器中，协作的旋转部件之间的同步非常重要，因为由于缺少润滑油膜和接合转子之间的非常紧密的间隙，它们不能产生任何接触，所述非常紧密的间隙对于尽可能地最小化转子之间的压缩介质的泄漏是必不可少的。
根据本发明的实际实现，更具体地，各单独驱动器是具有可变的可调速度的旋转驱动器，并且同步控制器包含主控制算法，用于根据设定的主控制标准(例如用于控制由机器排出的介质的所需压力或所需流量)来控制至少两个单独旋转驱动器中的一个驱动器(在此称为主驱动器)的速度。
优选地，同步控制器包含副控制算法，用于控制至少两个单独旋转驱动器中的另一个(在此称为从驱动器)的速度，并且使得主驱动器和从驱动器的速度相互同步，例如使得主驱动器的速度与从驱动器的速度之间的比率实际上恒定，其最大偏差优选小于5％，甚至更优选小于2％，并且最优选小于1％。
本发明还涉及借助于容积式机器排出液体或气体介质的方法，所述容积式机器具有元件，所述元件具有至少两个协作的从动运动部件，所述从动运动部件可以通过他们相互的周期性运动来排出所述介质，其中所述方法包括以下步骤：
-借助于用于所述至少两个协作的从动部件中的每一个从动部件的单独驱动器分别驱动所述至少两个协作的从动运动部件；
-在所述至少两个协作的从动运动部件之间提供运动同步联接器，以防止所述运动部件相互干扰。
优选地，所述方法还应用同步驱动各单独驱动器的步骤，并且优选地包括以下步骤：
-确定所述至少两个单独驱动器中的每一个驱动器的运动的频率；
-根据设定的主控制标准对所述至少两个单独驱动器中的一个驱动器(即主驱动器)的运动的频率进行主控制；以及，
-对所述至少两个单独驱动器中的另一个驱动器(即从驱动器)的运动的频率进行副控制，使得这些频率之间的所述比率实际上保持恒定。
附图说明
为了更好地显示本发明的特征，在下文中，通过示例而没有任何限制的性质，参考附图描述了根据本发明的周期性容积式机器以及用于排出气体或液体介质的方法的优选实施例，其中：
图1示意性地示出了已知的容积式机器；
图2示意性地示出了根据本发明的容积式机器，其具有与图1的已知机器相当的能力。
具体实施方式
在这种情况下，通过示例的方式，图1所示的已知的容积式机器1是无油螺杆压缩机1。
在这种情况下，机器1包括电马达2形式的单个且唯一的驱动器1以及元件3，所述元件3具有两个协作的运动部件4，分别是呈两个螺旋转子形式的第一运动部件4a和第二运动部件4b，所述第一运动部件4a和第二运动部件4b以它们的螺纹5部分地接合并且已经可旋转地安装在元件3的壳体3'中，在所述壳体3'中具有两个重叠的圆筒形压缩室6，协作的运动部件4紧密配合地安装在所述压缩室6中。
协作的运动部件4设置有轴7，分别是7a和7b，其借助于壳体3'中的径向轴承和轴向轴承8安装在轴承上以在这种情况下在轴向和径向上固定运动部件4。
机器1包括扭矩传递传动装置9，所述扭矩传递传动装置9具有输入轴10和输出轴12，所述输入轴10直接或借助于联接器11联接至上述单个驱动器2，所述输出轴12可以或可以不借助于联接器13连接至第一运动部件4a的轴7a。
输入轴1和输出轴12借助于额外的轴承14安装在壳体5中。
在这种情况下，传动装置是具有两个接合齿轮15(分别是输入轴10上的浮动齿轮15b和输出轴12上的从动齿轮15a)的齿轮传动装置，其连接到第一运动部件4a。
在运行中，机器1借助于驱动器2而被驱动，所述驱动器2经由传动装置9驱动第一运动部件4a。
第二运动部件4b经由第二扭矩传递传动装置16由第一运动部件4a的轴7a驱动，为此目的，浮动齿轮17安装在轴7a上，所述浮动齿轮17与第二运动部件4b的轴7b上的从动齿轮17b接合。
由于该驱动，两个运动部件4a和4b例如以相同的速度和相同的转数被同步地驱动，使得气体介质经由壳体5中的入口18被吸入并且在螺纹5之间被压缩并且被排出到壳体中的出口19，以便以较高的压力被提供给气动消耗者。
将气体介质以给定压力供应到出口19并且以给定流量供应到消耗者所需的功率完全通过传动装置9，并且该功率的很大一部分通过传动装置16和必须被设计来应付它的运动部件。轴承也必须能够应付它。
图2示出了具有可比功率的容积式机器，所述容积式机器以一定的压力和流量将介质排出到出口19，其中在这种情况下，运动部件4a和4b具有与图1相同的尺寸。
对于本发明而言特别的是，在这种情况下，两个协作的运动部件中的每一个设置有它们自己的单独的驱动器20(分别为20a和20b)，在这种情况下，每个驱动器借助于联接器21(分别为21a和21b)直接联接到协作的运动部件4a和4b的相应的轴7a和7b，并且元件3在至少两个协作的运动部件4a和4b之间设置有运动同步联接器22，以使它们的运动相互运动同步。
联接器21a和21b不必一定是单独的联接器，而是也可以是直接的机械连接，其中驱动器20a和20b的轴与轴7a和7b是一个。
轴7a和7b借助于轴承8安装在壳体3'中。
在示例中，同步联接器22由两个接合齿轮23(分别是第一运动部件4a的轴7a上的齿轮23a和第二运动部件4b的轴7b上的齿轮23b)形成。
同步联接器22在齿轮23a和23b之间具有固定的传动比。
在这种情况下，驱动器20a和20b位于元件3的一个轴向端处，而同步联接器22位于元件3的另一个轴向端处。然而，不排除两个驱动器20a和20b都位于元件3的与同步联接器22相同的轴向端上，或者一个驱动器20a位于与同步联接器22相同的轴向端处并且另一个驱动器20b位于另一端处。
类似于图1，元件3设置有入口18和出口19。
驱动器20a和20b是具有可变的可调速度n的驱动器，并且容积式机器设置有同步控制器24，所述同步控制器24连接到驱动器20a和20b，用于以速度na和nb之间的固定比率来同步控制协作的运动部件4a和4b的速度na和nb，至少除了控制器的可能的误差之外。
为此，元件3设置有装置25，分别是25a和25b，用于确定各个驱动器20a和20b的速度na和nb，所述装置25与前述同步控制器24连接以反馈速度。
此外，容积式机器1设置有用于确定元件3的出口19处的压力p和/或被排出的介质的流量的装置26。
优选地，同步控制器24包含主控制算法，用于根据设定的主控制标准(例如是如常规上已经在容积式机器中应用的所需压力p或所需流量)控制例如各个驱动器20a中的一个驱动器(在此称为主驱动器)的速度na。
然后，同步控制器的副控制算法将控制另一个单个驱动器20b(在此称为从驱动器)的速度nb，并且以使主驱动器的速度na和从驱动器的速度nb相互同步的方式进行控制。
副控制算法例如使得主驱动器20a的速度na与从驱动器20b的速度nb之间的比率na/nb实际上恒定并且等于或实际上等于设定值(na/nb)，所述设定值(na/nb)等于运动同步联接器22的固定传动比，其最大偏差优选小于5％，更优选小于2％，并且最优选小于1％。
使用根据本发明的容积式机器1的方法简单且如下。
单个驱动器的速度由主控制算法控制，使得维持元件3的出口19处的设定压力p或设定的流量。
此外，副控制算法确保第二单个驱动器20b与第一单个驱动器20a同步地被驱动，即确保速度na和nb之间的比率始终保持等于设定值(na/nb)设定，所述设定值等于运动同步联接器22的传动比。换句话说，从驱动器20b的速度nb跟随主驱动器20a的速度na的变化。
在理论上完美的控制器24的情况下，没有扭矩并且因此没有功率通过同步联接器22传输。
然而，在同步控制器24存在偏差的情况下，例如速度nb将相对于设定的速度比(na/nb)设定以一定的偏差稍微滞后于速度na。
在没有运动同步联接器22的情况下，这意味着协作的运动部件4a和4b将彼此干涉，这必须绝对避免。
然而，运动同步联接器22的存在有力地避免了这种情况，并且具有最大速度的运动部件4a将有助于经由运动同步联接器22以较低的速度驱动运动部件4b，所述运动同步联接器22则将不得不吸收功率差，然而，所述功率差有限，并且更有限使得同步控制器对速度的控制更精确。
显然，由于这种情况，运动同步联接器22可以制造成相对较轻。
同样清楚的是，通过应用本发明，可以省去图1的已知容积式机器的相对坚固的扭矩传递传动装置9和/或图1的传动装置9和16在任何情况下都可以被制造成轻得多。
对于主控制，可以应用除设定压力或流量以外的其他标准，诸如功率控制等。
副控制还可以基于其他控制标准，诸如最小化经由运动同步联接器22传输的功率。
同样清楚的是，容积式机器不必一定是旋转式机器，而是还应用于例如具有周期性线性运动部件的机器，气体或液体介质在所述线性运动部件之间排出，并且所述运动部件各自设置有其自身的单独驱动器并且其驱动器的频率需要同步以避免冲突。
本发明绝不限于作为示例描述和在附图中示出的实施例，而是根据本发明的周期性容积式机器及其所应用的用于排出液体或气体介质的方法可以以各种方式实现并且在不脱离本发明的范围的情况下形成。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种燃烧机