对涂覆部件进行粗平整以便于组装的方法.pdf

一种用来涂覆螺杆式压缩机表面的方法。该方法包括以下步骤：提供多个螺杆式压缩机部件中的至少一个部件，所述多个螺杆式压缩机部件包括具有至少一对平行重叠孔的转子壳体；位于该孔内的配合对相互啮合转子，此处每个转子具有螺旋状突齿，该突齿具有径向向外的顶部和居中的径向向内的根部；接着用适合涂层粗涂覆该多个部件中至少一个部件的表面，其中该涂层被大致不平坦地施加到该表面上并具有遍及该表面的可变厚度；以及在最终组装该多个部件之前将该适合涂层平整到大致均匀的厚度，该大致均匀的厚度经过选择以便在保持涂层性能指标的同时容易组装该部件。

1.  一种用来涂覆螺杆式压缩机表面的方法，包括以下步骤：
提供多个螺杆式压缩机部件中的至少一个部件，所述多个螺杆式压缩机部件包括具有至少一对平行重叠孔的转子壳体；位于所述孔内的配合对相互啮合转子，此处每个所述转子具有螺旋状突齿，所述突齿具有径向向外的顶部和居中的径向向内的根部；
用适合涂层粗涂覆所述多个部件中至少一个部件的表面，其中所述涂层被施加到所述表面上并具有遍及所述表面的可变厚度，而且以大致过大的厚度均匀地施加在所述表面上；以及
在最终组装所述多个部件之前将所述适合涂层平整到大致均匀的厚度，所述大致均匀的厚度经过选择以便在保持涂层性能指标的同时容易组装所述部件。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平整步骤还包括移动装置的步骤，所述装置用来平整邻接的所述表面。

3.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于平整的装置包括精整杆或固定件。

4.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于平整的装置包括与所述多个部件中至少一个部件配合的部件。

5.  如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个部件中至少一个部件包括螺杆转子，而且所述配合部件包括相互啮合的螺杆转子。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述相互啮合的螺杆转子具有相互啮合表面，其中所述平整步骤还包括定位和旋转所述相互啮合转子，使得所述相互啮合表面被安置在离开所述表面预定距离上，所述预定距离被选定以便允许所述相互啮合表面平整所述涂层。

7.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表面是所述转子所述突齿顶部的表面。

8.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表面是所述转子所述突齿根部的表面。

9.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表面是所述孔的表面。

10.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面是所述转子所述突齿顶部的表面。

11.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面是所述转子所述突齿根部的表面。

12.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面是所述孔的表面。

13.  一种用来涂覆螺杆式压缩机表面的方法，包括以下步骤：
提供多个螺杆式压缩机部件中的至少一个部件，所述多个螺杆式压缩机部件包括具有至少一对平行重叠孔的转子壳体；位于所述孔内的配合对相互啮合转子，每个所述转子具有螺旋状突齿以及居中的齿槽；设置在所述转子壳体的排出端部处的出口壳体；每个所述转子具有朝向所述出口壳体的排出端部；
用适合涂层粗涂覆所述多个部件中至少一个部件的表面，其中所述涂层被施加到所述表面上并具有遍及所述表面的可变厚度，而且以大致过大的厚度均匀地施加在所述表面上；以及
在最终组装所述多个部件之前将所述适合涂层平整到大致均匀的厚度，所述大致均匀的厚度经过选择以便在保持涂层性能指标的同时容易组装所述部件。

14.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述表面是所述转子所述排出端部的表面。

15.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述表面是所述出口壳体的表面。

16.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，放置在所述转子的所述排出端部和所述出口壳体中间的构件，所述构件具有朝向所述转子排出端部的表面，而且所述表面是所述构件的表面。

对涂覆部件进行粗平整以便于组装的方法
技术领域
本发明针对用于机器部件的涂层，更具体地说是针对将适合涂层施加到压缩机部件上的方法。
背景技术
在一种传统螺杆式压缩机中，在转子壳体限定的相应平行重叠孔内布置的阳转子和阴转子共同作用以便截留并压缩空气体积。虽然两个转子是最常见结构，三个或更多转子可成对地共同作用。阳转子和阴转子的突齿轮廓以及突齿和齿槽的数量有差别。例如，阴转子可具有被六个齿槽隔开的六个突齿，而配合的阳转子可具有被五个齿槽隔开的五个突齿。因此，转子之间周期性地出现突齿和齿槽共同作用的某些或所有可能的组合。转子配合对之间的共同作用是能产生不同磨损速率的滑动和滚动接触的组合。除了成对共同作用之外，转子也与壳体共同作用。由于多个转子接触组合发生在配合对之间，不同组合之间的密封/泄漏可能因制造公差和磨损形式而不同。可以是如下情况：即使在伴随制造成本升高情况下制造公差保持得非常严密，仍需提供适当的润滑或其它液体喷射以便密封。
螺杆转子配合对的轮廓构造必须在大部分区段内设置间隙。设置间隙的需求是多个因素的结果，这些因素包括：由于气体在压缩过程中加热，转子热膨胀；由压缩过程压力载荷引起转子偏转；有时趋于将转子布置得相互太近从而导致干涉的支承轴承结构内公差和转子上的加工公差；以及也能导致干涉的转子轮廓自身加工公差。叠加在这些因素上的是随着从吸入进行到排出循环情况下的压力和温度增大出现压力和温度梯度。
工作期间该压力梯度通常朝着一个方向，使得流体压力倾向于迫使转子朝吸入侧运动。转子的每一端传统地安装在轴承中以便提供径向和轴向约束。转子在排出侧的端部间隙对于密封来说是决定性的而且流体压力倾向于迫使该间隙张大。
存在某些转子区段例如接触带，在那里转子之间保持零间隙。限定接触带的转子部分是所需转矩在转子间传输的区域。转子间的载荷对于阳转子驱动和阴转子驱动来说是不同的。在阳转子驱动中，转子间载荷可能相当于压缩机总转矩的10％，然而在阴转子驱动情况下，转子间载荷可能相当于压缩机总转矩的90％。这些部分按照传统定位在接近转子节圆处，这是转子上的旋转速度相等位置，从而导致滚动接触并借此减少或消除滑动接触，因此减少磨损。
为了防止源于转子卡住的故障，在螺杆式压缩机排出端部处必须保持大量端部运行间隙。在工作期间转子排出端部接触压缩机端壳时出现卡住，并且可由于转子热膨胀或由于转子和端壳之间的间歇接触而造成，所述间歇接触因例如压缩过程中的压力脉动引起。
发明内容
本发明的目的是提供一种用来将涂层施加到螺杆式压缩机部件上从而减少螺杆式压缩机内泄漏的改进方法。
本发明的另一个目的是提供一种作为将涂层施加到螺杆式压缩机部件第一步骤的粗涂覆螺杆式压缩机组成部件方法。
本发明的另外目的是通过获得更加均匀的表面涂层使螺杆式压缩机部件容易组装，所述获得更加均匀表面涂层是借助于使用一种初始粗涂层施加法并在组装之前应用平整步骤。
本发明的又一目的是减少部件涂层的过量和不均匀厚度以便于组装部件。
这些和其它目的在下文中会变得更加明确，它们均由本发明完成。
根据本发明，提供一种用来将涂层施加到螺杆转子的一个或更多区段和/或壳体内孔表面上的方法。
上述目的以及随之而来的优点通过用来涂覆螺杆式压缩机表面的本发明方法来实现。该方法包括以下步骤：提供多个螺杆式压缩机部件中的至少一个，所述多个螺杆式压缩机部件包括具有至少一对平行重叠孔的转子壳体；位于该孔内的相互啮合转子配合组，此处每个转子具有螺旋状突齿，该突齿具有径向向外的顶部和居中的径向向内的根部；接着用适合涂层粗涂覆多个部件中至少一个的表面，该涂层被大致上施加到该表面上并具有遍及该表面的可变或过大的厚度；以及在最终组装该多个部件之前将该适合涂层平整到大致均匀的厚度，该大致均匀的厚度经过选择以便在保持涂层性能指标的同时容易组装该部件。
附图说明
为了更充分地理解本发明，现在结合附图详细描述其各种实施例，其中：
图1是通过螺杆式压缩机的横截面图；
图2是图1螺纹机的局部截面图；
图3是图1螺杆式压缩机排出端部部分的放大视图；
图4是带有所描述的各种本发明涂层地图1放大部分；
图5是表示出在转子端部上的DLC涂层的局部截面图；
图6是表示出在排出壳体上的DLC涂层的局部截面图；
图7是表示出DLC涂层盘的局部截面图；
图8是DLC涂层的放大视图；
图9是图1转子对轴向区段的透视图；
图10是在本发明涂层平整过程之前的涂层示意图象，以及用来平整该涂层的精整装置；
图11是实施图10所示粗涂层平整方法之后部件的示意图；以及
图12是用来实现图11所示结果的方法的进一步实施例，它专门应用于转子，使得无涂层转子用来平整有涂层转子。
具体实施方式
在图1中描述一种例如为螺杆式压缩机的螺杆式压缩机10，它具有转子壳体或外壳12，其中布置着重叠孔12-1和12-2。具有节圆P_F的阴转子14设置在孔12-1内部。具有节圆P_M的阳转子16设置在孔12-2内部。用点A和B表示的平行轴线与图1平面垂直并用等于阴转子14节圆P_F的半径R_F以及阳转子16节圆P_M的半径R_M之和的距离隔开。用点A表示的轴线是阴转子14的旋转轴线并且通常是孔12-1的中心，而且孔12-1的直径通常与阴转子14的顶圆T_F直径相符。同样，用点B表示的轴线是阳转子16的旋转轴线并且通常是孔12-2的中心，而且孔12-2的直径通常与阳转子16的顶圆T_M直径相符。通常，转子及其孔中心线偏离极小量值以便补偿间隙和偏转。在忽略工作间隙情况下，穿过与孔12-2重叠区段的孔12-1延长部分会在与阳转子16根圆R_MR的切点处与线A-B相交。同样，穿过与孔12-1重叠区段的孔12-2延长部分会在与阴转子14根圆R_FR的切点处与线A-B相交，并且对于阴转子14来说，这个共用点标注为F₁，而对于阳转子16来说，标注为M₁。
在该所描述实施例中，阴转子14具有被六个沟槽或齿槽14-2隔开的六个齿脊或顶部14-1，而阳转子16具有被五个沟槽或齿槽16-2隔开的五个齿脊或顶部16-1。因此，转子16的旋转速度是转子14的6/5或120％。阴转子14或阳转子16可连接到原动机(未描述)上从而用作驱动转子。也可使用其它数量的阴、阳转子齿脊、沟槽组合。
现在参见图2和3，转子14具有轴段14-3，其中轴段14-3和转子14之间形成肩部14-4。转子14的轴段14-3用一个或多个轴承30支承在出口或排出壳体13内。同样，转子16具有轴段16-3，其中轴段16-3和转子16之间形成肩部16-4。转子16的轴段16-3用一个或多个轴承31支承在出口壳体13内。转子14和16各自的吸入侧轴段14-5和16-5分别用滚柱轴承32和33支承地容纳在转子壳体12内。
在工作中，作为致冷压缩机，假定阳转子16为驱动转子，转子16转动啮合的转子14并使其旋转。布置在各自孔12-2和12-1内部的旋转转子16和14的共同作用驱动致冷气体经由吸入口18进入转子16和14的沟槽，这些沟槽啮合以便截留和压缩气体体积并将热的已压缩气体输送到排出口19。作用在活动转子14和16上的被截留气体倾向于使排出端部14-4和16-4离开出口壳体表面13-1从而形成/增加泄漏通道。转子14和16远离出口壳体表面13-1的运动导致转子14和16朝转子壳体12的表面12-3的运动或者分别借助于肩部14-6和16-6进入与后者的接合。除了在转子肩部14-4、16-4和出口壳体表面13-1之间的泄漏通道之外，还能穿过转子14和16之间以及在齿脊14-1、16-1的顶部分别和孔12-1、12-2之间的线接触出现泄漏。能通过使用密封油来减少穿过齿脊/线接触的泄漏，但是油在运动部分之间产生粘滞损失因而必须从排出气体中去除。
如同上文指出，接触带由零间隙而不是由位置来限定。图4表示图1的放大部分以便描述根据本发明一个方面的接触带的移位。参见图1，该接触带应设置在处于阴转子顶部部14-1范围内的阴转子14的节圆P_F内侧以及在处于阳转子根部16-2范围内的阳转子16节圆P_M外侧。
对于无油或少油压缩机来说，转子顶部必须尽可能靠近转子壳体孔12-1和12-2，从而减少由于不能用油密封的泄漏。如果转子和壳体间发生接触，由于转子顶部和壳体之间摩擦而将会产生过度的磨损和功率损失。即使转子进行润滑，也产生穿过油密封的泄漏，因而必须从致冷剂中去除油，以便减小油通过致冷系统进行循环而使得热传递效率降低的现象，并且保持必须的油，以便在压缩机内进行润滑。
因此，在转子14和16的顶部或齿脊14-1和16-1上分别设置低摩擦的耐磨涂层。一种适用的低摩擦耐磨涂层是在共同授予的美国专利No.5,672,054中所披露的低摩擦钻石状碳(DLC)类型的涂层，它局部地使用在旋转压缩机内的叶片顶表面上。这种DLC涂层用来克服与使用新油和致冷剂组合物相关的润滑困难。该DLC涂层不仅是润滑的而且是耐磨损的，正如在美国No.5,672,054中详细讨论的那样，因此将该专利的全部披露收编于此作为参考，该涂层由硬质材料例如碳化钨和非结晶碳的交替层构成。
其它适用的低摩擦耐磨涂层实例包括氮化钛和其它单独材料的单层氮化物涂层以及不但具有高耐磨性而且具有低摩擦系数的碳化物和陶瓷涂层。在各自转子的顶部或齿脊的谷上设置低摩擦耐磨涂层提供一系列优点。首先，对于转子来说可以在没有过度磨损或者摩擦的情况下进行无油或少油作业。第二，由于能容许与转子孔的一些接触，加工公差可以是不严密的。第三，由于能在转子顶部或齿脊14-1和16-1以及相应转子孔12-1和12-2之间间隙较小情况下运行，能减少或消除对于转子和转子孔之间的油密封需求。
由于阴转子14上的接触带接近顶部设置，能用单独的DLC涂层来覆盖阴转子上的两个重要区域，这是因为根据该转子轮廓这两个区域的间距狭小或者重叠。如同图4描述的阴转子上的单独DLC涂层40对于容易制造来说是最佳的。涂层40的区段40-1相应于该接触带，而区段40-2相应于最接近于孔12-1的顶部或齿脊14-1。在阳转子16上的相应DLC涂层通过布置在该转子顶部的涂层60和布置在相应于该接触带的根部处的涂层61更宽地隔开。
和转子顶部一样，在转子端部上也布置间隙从而构成泄漏通路。根据本发明的另一个方面，DLC涂层能施加在转子的排出端部处、在排出壳体13的面对表面处或者在布置在转子和排出壳体13之间的有涂层垫片上，从而减小运行间隙和泄漏通路。现在参见图5，其中DLC涂层施加压转子14和16的排出端部上。更明确地说DLC涂层42施加在阴转子14的排出端部上，而DLC涂层62施加在阳转子16的排出端部上。由于DLC涂层42和62能适应与出口壳体表面13-1的一些接触，能通过减小的端部运行间隙从而减少泄漏。现在参见图6，涂层82施加在壳体表面13-1上而不是如同图5实施例那样施加在转子14和16的端部上。而在图7实施例中，转子14、16和壳体表面13-1之间放置着分离构件90。由于构件90与孔12-1和12-2的横截面一致或者按另一个种方式阻止相对于壳体表面13-1的运动，它不能旋转，于是相对运动将出现在构件90和转子14和16的排出端部之间。因此，只有面朝转子14和16的构件90表面需要设置DLC涂层92。在图5-7实施例中，将DLC涂层设置在转子14、16端部以及表面13-1之间，使其润滑能力会使转子和壳体在偶而接触期间免受磨损，从而允许密接的端部运行间隙和狭窄的泄漏通路。
现在参见图8，其中描述出十分夸大的涂层横截面，尽管它被命名为40，却代表着涂层40、42、60、61、62、82和92。DLC涂层40由硬质双层40′和润滑双层40″构成。双层厚度的范围为1至20nm，而最佳范围为5至10nm之间。除了耐磨涂层之外，一种可能是可磨耗或可挤压成形的适合涂层可被施加到转子14和16、转子肩部14-4和/或16-4、壳体表面13-1上和/或孔12-1和12-2上。在整个转子和孔可被涂覆的同时，如同图9所描述，分别在转子齿槽或谷14-2和16-2内的局部涂层对于在转子之间的共同作来说大致提供所有的好处。尽管接触带是无间隙区域而且需要精密加工，该公差相对于转子突齿轮廓剩余部分之间的共同作用而言能够是宽松的。此外，孔12-1和12-2的适合涂层能适应转子14和16在实际工作期间的挠曲从而保持密封功能。参见图4和9，阴转子谷可设置适合涂层44而阳转子谷可设置适合涂层64。此外，孔12-1和12-2可设置适合涂层84。
可使用各种塑性的适当涂层，包括例如磷酸铁、磷酸镁、镍聚合物汞合金、镍锌合金、具有聚酯的铝硅合金以及具有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的铝硅合金。包括例如热喷淋、物理蒸气沉积(PVD)、化学蒸气沉积(CVD)或任何适当的含水沉积的传统涂覆方法均可用来处理本发明的螺杆式压缩机表面。
如图10所示，在所示部件上施加所描述适合涂层的本发明最佳方法要经过粗涂覆和精整或平整工艺。
根据这种方法，打算包括这里所述的所有涂层的适合涂层，总体地称作适合涂层100，被粗糙地施加在部件102表面上，使其横截面在该部件上表示过大的涂层100。该适合涂层100被粗糙地施加，使得在任一位置处的最小量实质上满足该组件的最小涂层性能需要。此处所描述的表面102可为接纳适合涂层的任何部件表面。图10所示，通常施加的适合涂层具有峰和谷，在现有技术中，它们在不除去或平整时造成组装困难，这是因为由这种表面不规则性在部件之间形成干涉。因此，例如峰的表面不规则性的存在使配合或相互作用的部件在所需紧密结合件例如螺杆转子相对时具有干涉配合。
作为替代，该涂层可被施加成具有大致均匀的厚度，但所述厚度可由于正常过程改变而从部件到部件变化。在这种情况下，容许厚度的范围可被选定，致使最小正常生成厚度满足该组件的最小涂层性能需要。在这种情况下典型涂覆的部件会具有过大的厚度，于是因部件间干涉造成组装困难。
根据本发明的实施例，在组装配合或相互作用的部件之前，部件上的涂层首先通过精整装置例如杆或板或者类似装置104平整，该装置去除过量涂覆材料并且按照该机器的性能指标需要将该表面平整到符合需要的最小厚度和结构。该精整装置最好稳定地靠近该部件表面直至整个表面被弄平和平整，如图11所示。对于例如为圆柱或球的形状来说，能将具有适当形状的其它装置通过该涂层之上以便去除和平整该表面。
在特别应用于例如为螺杆式压缩机转子的配合或相互作用部件的另一个实施例中，如图12所示，为了完成该平整过程，对于新涂覆部件来说使用实际配合部件。因此，例如螺杆式压缩机的螺杆转子的部件102通过适合涂层进行粗涂覆。然后将它的无涂层或已通过此过程完成涂覆的配合螺杆转子104运动到与该有涂层螺杆式压缩机配合对准的位置，并相对运动具有涂层螺杆式压缩机，其中该配合转子用来除去过量的峰和弄平谷，从而形成平坦涂覆的配合转子。如果该配合、平整部件不是已被涂覆的，它就必须被保持在预先限定的最佳距离处以便在另一个部件上获得符合需要的涂层厚度。该配合、平整部件可为主固定物，也就是说它可以是用来精整任何数量转子102以便与它们的相应转子104配合的永久工具。
尽管本发明已依据双转子螺杆式压缩机进行专门的描述和说明，它也可应用于采用三个或更多转子的螺杆式压缩机。因此本发明只受所附权利要求范围的限制。