旋叶式压缩机以及它的制造方法 |
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| 申请号 | CN200880128207.X | 申请日 | 2008-02-18 | 公开(公告)号 | CN101978168A | 公开(公告)日 | 2011-02-16 |
| 申请人 | 南洋理工大学; | 发明人 | K·T·黄; Y·L·郑; | ||||
| 摘要 | 一种旋叶式 压缩机 包括： 气缸 ，该气缸具有气缸纵向旋 转轴 线； 转子 ，该转子安装在气缸内并具有转子纵向 旋转轴 线，该转子纵向旋转轴线和气缸纵向旋转轴线相互间隔开，以便在转子和气缸之间进行相对运动； 叶片 ，该叶片操作地接合到狭槽中，以使得气缸和转子一起旋转，叶片安装在狭槽中，相对于狭槽具有两个 自由度 的运动，以使得转子和气缸能够一起旋转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种旋叶式压缩机，该压缩机包括：气缸，该气缸具有气缸纵向旋转轴线；转子，该转子安装在气缸内并具有转子纵向旋转轴线，该转子纵向旋转轴线和气缸纵向旋转轴线相互间隔开，以便在转子和气缸之间进行相对运动；叶片，该叶片操作地接合到狭槽中，以使得气缸和转子一起旋转，叶片安装在狭槽中，相对于狭槽具有两个自由度的运动，以使得转子和气缸能够一起旋转。 |
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| 说明书全文 | 旋叶式压缩机以及它的制造方法[0001] 相关申请 [0002] 本发明参考我们的国际专利申请PCT/SG2007/000187，该国际专利申请PCT/SG2007/000187的申请日为2007年6月28日，标题为“Revolving Vane Compressor”(我们的在先申请)，该文献的内容整个在此结合作为参考，如同在此公开一样。 技术领域[0004] 定义 背景技术[0006] 影响压缩机性能的一个关键因素是它的机械效率。例如，往复运动的活塞气缸式压缩机具有良好的机械效率，但是它的往复作用导致较大的振动和噪音问题。为了消除这些问题，回转式压缩机由于它们的紧凑设计和低振动而更受欢迎。然而，因为它们的部件滑动接触，并通常具有较高的相对速度，因此摩擦损失较高。这限制了它们的效率和可靠性。 [0007] 在回转式滑叶压缩机中，转子和叶尖在高速下与气缸内部摩擦，从而导致较大摩擦损失。类似地，在滚动活塞式压缩机中，滚动活塞与偏心轮和气缸内部摩擦，从而导致较大的摩擦损失。 [0008] 如果回转式压缩机中的接触部件的相对速度可以被有效降低，它们的总体性能和可靠性能够提高。 发明内容[0009] 根据一个示例方面，提供了一种旋叶式压缩机，它包括：气缸，该气缸具有气缸纵向旋转轴线；转子，该转子安装在气缸内，并具有转子纵向旋转轴线，该转子纵向旋转轴线和气缸纵向旋转轴线相互间隔开，以便在转子和气缸之间进行相对运动；叶片，该叶片操作地接合到狭槽中，以使得气缸和转子一起旋转，该叶片安装在狭槽中，相对于狭槽具有两个自由度的运动，以使得转子和气缸能够一起旋转。 [0010] 根据另一示例方面，提供了一种旋叶式压缩机，该旋叶式压缩机包括叶片，该叶片操作地接合到狭槽中，以便相对于该狭槽运动，狭槽形成为使叶片相对于狭槽的运动为同时进行的滑动运动和枢轴转动。 [0011] 还一示例方面提供了一种旋叶式压缩机，它包括：气缸；转子，该转子安装在气缸内；叶片，该叶片操作地接合到狭槽中，以便相对于该狭槽运动，以使得气缸和转子能够一起旋转。叶片构成转子或气缸的一部分。叶片刚性地安装在转子或气缸上，或者与转子或气缸形成一体。狭槽位于转子和气缸中的另一个中。 [0012] 又一示例方面提供了一种旋叶式压缩机，它包括叶片，该叶片操作地接合到狭槽中，以便相对于该狭槽运动，该狭槽包括：内部部分；中间部分，该中间部分形成狭窄颈部；以及扩大的外端部分，该狭窄颈部与叶片间隙配合；狭窄颈部包括枢轴，以便叶片相对于狭槽进行滑动和非滑动运动。 [0013] 所述另一示例方面的旋叶式压缩机还可以包括：气缸，该气缸具有气缸纵向旋转轴线；转子，该转子安装在气缸内，并具有转子纵向旋转轴线，该转子纵向旋转轴线和气缸纵向旋转轴线相互间隔开，以便在转子和气缸之间进行相对运动；叶片，该叶片操作地接合到狭槽中，以使得气缸和转子一起旋转，该运动包括两个自由度的运动，以使得转子和气缸能够一起旋转。 [0014] 对于所述还一示例方面的旋叶式压缩机，气缸可以具有气缸纵向旋转轴线，转子可以具有转子纵向旋转轴线。转子纵向旋转轴线和气缸纵向旋转轴线可以相互间隔开，以便在转子和气缸之间进行相对运动。叶片和狭槽能够彼此进行相对运动。运动可以包括两个自由度的运动。 [0015] 所述还一示例方面的旋叶式压缩机还可以包括：气缸，该气缸具有气缸纵向旋转轴线；转子，该转子安装在气缸内，并具有转子纵向旋转轴线。转子纵向旋转轴线和气缸纵向旋转轴线可以相互间隔开，以便在转子和气缸之间进行相对运动。叶片可操作地接合到狭槽中，以使得气缸和转子一起旋转。滑动和非滑动运动可以构成两个自由度的运动。 [0016] 狭槽可以位于气缸中，叶片可以构成转子的一部分。可选地，狭槽可以位于转子中，叶片可以构成气缸的一部分。 [0017] 叶片可以是以下一种：刚性安装到转子或气缸上以及与转子或气缸成一体。 [0018] 两个自由度的运动可以包括滑动运动和枢轴转动。 [0019] 狭槽可以包括：内部部分；中间部分，该中间部分形成狭窄颈部；以及扩大的外端部分。狭窄颈部可以与叶片间隙配合。狭窄颈部可以包括枢轴，以便叶片相对于狭槽进行非滑动运动。内部部分可以被斜切。内部部分和中间部分可以形成平滑曲线。扩大的外端部分可以是球形。在叶片和颈部之间的枢轴转动接触可以形成密封。转子和气缸中的一个可以与驱动轴操作连接。操作连接可以是以下的一种：与驱动轴刚性连接以及与驱动轴成一体。 [0020] 根据倒数第二个示例方面，提供了一种用于制造上述旋叶式压缩机的方法，该方法包括：由单件原材料形成前部轴承对和后部轴承对，其中，使得前部轴承对和后部轴承对正确对准所需的前部轴承对和后部轴承对的所有结构同时形成。前部轴承对和后部轴承对的结构可以各自包括气缸轴承和转子轴承。 [0021] 根据最后的示例方面，提供了一种用于制造上述旋叶式压缩机的方法，该方法包括：由单件原材料形成气缸和气缸端板，其中，使得气缸和气缸端板正确对准所需的气缸和气缸端板的所有结构同时形成。气缸和气缸端板的结构可以包括端面和柱形轴颈。 [0023] 为了可以充分理解本发明和容易实施本发明，下面将通过只作为示例实施例的非限定示例来描述本发明，描述将参考附图进行。 [0024] 附图中： [0025] 图1是示例实施例的前视剖视图； [0026] 图2是图1的示例实施例的侧视剖视图； [0027] 图3是示出图1和2的示例实施例的操作循环的一系列视图； [0028] 图4是图1至3的示例实施例的叶片与狭槽连接的放大图； [0029] 图5是另一示例实施例的、与图1相对应的视图； [0030] 图6是图5的另一示例实施例的、与图2相对应的视图； [0031] 图7是示出图5和6的示例实施例的操作循环的一系列视图； [0032] 图8是还一示例实施例的、与图4相对应的视图； [0033] 图9是示例实施例在制造处理后的、与图1相对应的示意图； [0034] 图10是在制造处理中的第一阶段的示意图； [0035] 图11是在制造处理中的第二阶段的示意图； [0036] 图12是在制造处理中的第三阶段的示意图； [0037] 图13是在制造处理中的第四阶段的示意图； [0038] 图14是在制造处理中的第五阶段的示意图； [0039] 图15是在制造处理中的第六阶段的示意图； [0040] 图16是在制造处理中的第七阶段的示意图； [0041] 图17是在制造处理中的第八阶段的示意图；以及 [0042] 图18是在制造处理中的第九阶段的示意图。 具体实施方式[0043] 参考图1至4，图中示出了旋叶式压缩机10，该旋叶式压缩机10具有叶片12、转子14和气缸16。叶片12刚性地固定在转子14上或者与该转子14成一体。这样的一个优点是减少部件数量。需要时，叶片12可以与转子14一起制造。叶片12接合到气缸16中的盲槽18内。叶片12定位在盲槽18内，这样，它可滑动和枢轴转动地装配在狭槽18中，并能够同时以滑动和枢轴转动的方式运动。叶片12和转子14都装入气缸16内。叶片12的头部20刚性地连接在转子14的外表面22上或者与该外表面22成一体。狭槽18位于气缸16的侧壁24的内表面23中，侧壁24为柱形并且直径大于转子14。这使得叶片12可靠安装在气缸16上。 [0044] 转子14安装成绕第一纵向轴线26旋转，并且气缸16安装成绕第二纵向轴线28旋转(图2)。两个纵向轴线26、28平行和间隔开，这样，转子14和气缸16装配成偏心。因此，在转子14和气缸16的旋转过程中，在转子14的外表面22和侧壁24的内表面23之间总是存在线接触30。转子14和气缸16都单独和同心地由轴颈轴承对32支承。转子14和气缸16都能够分别绕它们各自的纵向轴线26、28旋转，两个轴线26、28也是旋转轴线。 [0046] 在操作过程中，转子14的旋转使得叶片12旋转，叶片又迫使气缸16旋转，因为叶片12位于狭槽18内。运动使得限制于叶片12、气缸16和转子14内的容积36变化，从而导致工作流体的吸入、压缩和排出。 [0047] 气缸16还具有凸缘端板38，该凸缘端板38可以与侧壁24成一体，或者可以是牢固安装在侧壁24上的单独部件。因此，当整个气缸16(包括侧壁24和端板38)通过叶片12旋转时，端板38也旋转，因此与转子14一起旋转。这样，实际上消除了在叶片12和侧壁24的内表面22之间的摩擦。然而，这使得气缸轴颈轴承附加在轴颈轴承对32处，以便支承旋转的气缸16，这导致附加的摩擦损失。因为相对容易地对轴颈轴承对32提供润滑，因而这些损失的数量较低。还有，在转子14和气缸端板38之间的摩擦损失减小至可忽略的水平，下面将要进行描述。 [0048] 具有凸缘端板38的整个气缸16能够旋转。这减小了在气缸16的凸缘端板38和转子14之间的滑动接触处的摩擦。这是因为在凸缘端板38和转子14之间的相对滑动速度明显减小。 [0049] 尽管使用固定端板的已知设计简化了排出和吸入端口的定位，但是它们导致较大的摩擦损失。已知设计具有静止壳体，转子抵靠该静止壳体旋转，因此引起较大的摩擦损失。这降低了机器的机械效率，并且还由于更大磨损而降低了可靠性。由摩擦产生的热量还由于吸入加热效果降低了总体压缩机性能。 [0050] 当压缩机10的所有主要部件旋转时，吸入和排出端口也运动。如我们的在先申请中所述，压缩机10可以具有高压外壳40，该高压外壳40包围气缸16和转子14。高压外壳40可以为静止的，并且气缸16和转子14在外壳40内、相对于该外壳40旋转。 [0051] 吸入进口44沿着转子轴34并与转子14的旋转轴线26同轴，并且与吸入管(未示出)操作连接。吸入进口44具有：第一部分46，该第一部分46沿转子轴34的轴向延伸；以及一个或多个第二部分48，该第二部分沿转子14的径向延伸至转子14的外表面22，以便提供一个或多个吸入端口52。第二部分48和吸入端口52的数量可以取决于压缩机10的用途以及转子14的轴向延伸长度。 [0052] 一个或多个排出端口54定位在气缸16的侧壁24中并穿过该侧壁24，优选地靠近狭槽18。靠近狭槽的意思是邻近、紧邻或邻接。这使得在狭槽18叶片12和排出端口54之间的“死区”容积减至最小。因此，在利用已知的出口装置从压缩机10排出之前，排出气体或流体容纳于外壳40的中空内部56中。各排出端口54具有排出阀组件(未示出)，该排出阀组件位于排出端口上面。排出阀组件可以具有：阀止动器，该阀止动器通过紧固件而牢固安装在气缸16的侧壁24上；以及排出阀簧片，该排出阀簧片位于排出端口上面。 [0053] 压缩循环在图3中示出。在(a)中，压缩机10处于吸入阶段开始时，以便将工作流体吸入吸入腔室66内；工作流体在压缩腔室68中压缩。叶片12使得工作腔室36分成吸入腔室66和压缩腔室68。当压缩机10到达(b)中的位置时，流体继续被吸入吸入腔室66中，并且继续在压缩腔室68中压缩。在(c)中，继续吸入处理，并且当压缩腔室68内部的压力超过外壳40的中空内部56的压力时，流体通过排出端口54排出。在(d)中，流体的吸入和排出几乎完成。如图所示，叶片12在转子14相对于气缸16运动的过程中相对于狭槽18滑动。从外部固定框架看，线接触30表现为静止。但是从气缸16内看，当气缸16和转子14转每一整圈时，线接触30表现为环绕侧壁24的内表面23运动。 [0054] 图1至6的叶片12相对于转子14的旋转中心沿径向定向。然而，可以使用非径向的直叶片或者弯曲叶片。这可以是具有所示径向狭槽18，或者具有非径向狭槽。 [0055] 在图4中示出了狭槽18的细节。狭槽18具有三个部分：内部部分18a，该内部部分18a紧邻内表面23，并被沿周向斜切；中间部分18b，该中间部分18b相对于叶片12具有减小间隙δ；以及外部部分18c，该外部部分18c被放大或成球形。优选地，内部部分18a和中间部分18b形成平滑曲线，如图所示。间隙δ使得由于在叶片12和狭槽18的侧壁之间的相对运动而引起的摩擦损失最小。还提供了狭窄的颈部19。狭槽18在狭窄颈部19处的侧部是叶片12的枢轴点，以允许在叶片12和狭槽18之间进行相对运动，而不是直接滑动，例如进行枢轴转动。这可以通过图3看见。在图(3a)中，叶片12的尾部42定向成朝向狭槽18的左侧(更靠近排出端口54)。当转子14和气缸16旋转时，叶片12相对于狭槽18以滑动和枢轴转动方式进行运动，这样，在图3(b)中，叶片仍然定向成朝向狭槽18的左侧，但是以减小的角度。在图3(c)中，叶片12的尾部42定向成朝向狭槽18的右侧，与图3(b)的角度镜像。在图3(d)中，叶片12的尾部42仍然定向成朝向狭槽18的右侧，与图3(a)的角度镜像。因此，在叶片12和狭槽18之间的连接通过利用最小间隙δ而允许两个自由度的运动。两个自由度的运动是滑动和枢轴转动，并且为同时的。在两个自由度的运动中，根据气缸16的旋转惯性和狭槽18中的气体压力的相互作用，叶片12与狭槽18的颈部19的每一侧相接触。 [0056] 当叶片12接触颈部19时，叶片与颈部19形成不透流体密封，从而防止流体利用狭槽18而从压缩腔室68运动至吸入腔室66或者从吸入腔室66运动至压缩腔室68。 [0057] 叶片12固定在转子14上将防止叶片12相对于转子14进行引起摩擦的运动，从而也防止在叶片12和转子14之间产生摩擦损失。滑动接触将在狭槽18处在气缸16和叶片12之间。在气缸16和叶片12之间的接触处具有由于气缸16的旋转惯性而产生的接触力，但没有由于工作流体的压缩而引起的压力。因为接触力的大小比压力小得多，因此减小了接触力。这有效降低了摩擦损失。而且，摩擦力可以通过减小气缸16的旋转惯性而最小化，例如在气缸壁24中提供孔，以便减少厚壁气缸所需的材料量。摩擦的主要源是在轴承32处。它们能够被最小化。气缸的惯性可以使得压缩机10的力矩变化平滑。 [0058] 为了使叶片12和狭槽18的壁的接触处的摩擦最小，在该示例实施例中，转子14优选地与驱动轴34刚性连接或者成一体。这使得在狭槽18处的接触力几乎完全独立于横过叶片12的流体的压力，因此为更小的量。 [0059] 然而，图1至4的示例实施例的结构使得叶片12穿过气缸16的侧壁24的内表面23凸出。这增加了气缸16的有效直径。当在转子14和气缸16的轴线26、28之间的偏移距离较大时特别是这样，因为这增加了叶片12相对于狭槽18的滑动。这可能不是所预期的，因为在气缸16的侧壁24中需要更多材料。 [0060] 在图5至7中示出了另一示例实施例，当在轴线26、28之间的偏移距离较大时，该另一示例实施例可以为优选。这里，相同参考标号用于相同部件。如图所示，叶片12刚性固定在气缸16(而不是转子14)上或者与气缸16成一体，并且狭槽18这时是转子14的一部分。此外，气缸16操作连接在驱动轴34上或者与该驱动轴34成一体。 [0061] 因此，在叶片12侧部的接触力取决于转子14的旋转惯性。当转子14的旋转惯性由于更小半径(旋转惯性与半径的平方成正比)而小于气缸16的旋转惯性时，这进一步减小了摩擦力。但是，轴承32改变成适应气缸16与驱动轴34的直接连接。如图6中所示，转子14这时以悬臂方式被支承，而不是简单地支承在两端上。 [0062] 为了使叶片12和狭槽18的壁的接触处的摩擦最小，在该示例实施例中，气缸16优选地刚性连接在驱动轴34上或者与该驱动轴34成一体。这使得在狭槽18处的接触力几乎完全独立于横过叶片12的流体的压力，因此为更小的量。 [0063] 在所有其它方面，压缩机的结构和操作与图1至4的示例实施例相同。狭槽18保持相同，它与叶片12的关系也相同。 [0064] 而且，图4中所示的“间隙”接头可以由用于叶片12和狭槽18的一对普通的铰链和滑动器接头来代替，如图8中所示。将使用利用销804而与滑动器接头802连接的铰链接头800。尽管连接的铰链-滑动器接头800、802可以象“间隙”连接一样实现确切功能，但是它具有更多部件。它还可能更难制造和装配。 [0065] 图1至8的实施例可以用于所有领域的压缩机和泵用途，例如制冷和空气压缩。 [0066] 在压缩机中，除了良好的效率和可靠性，减少材料和容易制造也是压缩机设计成功的关键。为了实现压缩机10的最佳性能，精确制造很重要。特别是，当具有两个轴颈轴承对32时，轴颈轴承32的对准对于压缩机10的性能很重要。因此，有利的是具有一种制造方法，使得轴颈轴承对32的对准可以在不需要很小公差的情况下实现。 [0067] 图9示出了压缩机10的中心剖视图。轴颈轴承对32具有前部轴颈轴承对32a和后部轴颈轴承对32b。各前部轴颈轴承对32a和后部轴颈轴承对32b具有两个轴颈轴承：转子轴承70和气缸轴承72。为了使转子轴承70和气缸轴承72处的摩擦损失最小，各转子轴承70、气缸轴承72必须尺寸并不过大，还应当能够保持最小油膜厚度，从而能够防止在转子轴承70、气缸轴承72和支承表面之间的磨损。因此，重要的是达到各前部轴颈轴承对32a和后部轴颈轴承对32b的精度，包括前部轴颈轴承对32a和后部轴颈轴承对32b之间的对准。而且，由于压缩机10内的流体的内部泄露对在转子和气缸的旋转轴线26、28支承中心之间的偏移距离敏感，各轴承对准的精确性相关联，以形成压缩机10的全部组件的组合对准，其中该组合对准必须实现。 [0068] 如图10中所示，为了制造轴承32a和32b，原材料76由夹钳74夹持，并由定心夹盘80保持。然后进行机械加工，即通过使用切割工具82对整个柱形面84进行机械加工，以便使得原材料76的重心86与旋转轴线87对准，从而实现动态平衡，以便降低振动。前部轴承32a、后部轴承32b和两个轴承支脚78的暂定位置以虚线示出。 [0069] 在图11中，端面90进行机械加工，以便获得平面，并形成轴承楔入(dowel)孔88。然后，在分割线92处进行轴承支脚78的分割(图12)。分割开的材料96具有第二端面94，该第二端面94利用端面90作为基准进行机械加工，以便在两个端面90、94之间实现平行(图13)。 [0070] 在余下的材料98中，端面100进行机械加工，以便获得平面，并且形成端面102和104(图14)，使得它们都平坦、平行和垂直于旋转轴线。这也意味着柱形表面106被同时形成，因此被正确对准。然后，楔入孔108在用于前部轴承32a和后部轴承32b的一个动作中形成。这意味着两个轴承32a和32b中的楔入孔108被正确对准。 [0071] 然后，再在用于前部轴承32a和后部轴承32b的一个动作中形成转子轴承70，从而提供正确对准。前部轴承32a在分割线110上分割开，从而提供分开的前部轴承32a和后部轴承32b。然后进行最后的精加工。 [0072] 因此，前部轴承对32a和后部轴承对32b一起和同时形成，以便提供正确对准。 [0073] 气缸16和用于该气缸的凸缘端板38以类似方式制造，如图16至18中所示。原材料120由夹钳74夹持，并由定心夹盘80保持。然后进行机械加工，即通过使用切割工具82对整个柱形面122进行机械加工，以便使得原材料120的重心86与旋转轴线87对准，从而实现动态平衡，以便降低振动。气缸16和端板38的暂定位置以虚线示出。 [0074] 端面124进行机械加工，以便获得平面并与旋转轴线垂直。然后，再在一个动作中、在气缸16和端板38中形成柱形轴颈126，以便获得正确对准(图17)。 [0075] 端面128、130形成为与气缸轴颈126垂直。楔入孔132在一个动作中同时形成于气缸16和端板38上(图17)。然后，气缸板38被分割开(图18)，气缸16的中空内部134形成并且狭槽18形成。然后可以进行最后的精加工。 [0076] 对于前部轴承32a和后部轴承32b，通过由一件原材料来制造它们，并且正确对准所需的所有结构一起形成，这两个轴承将在装配压缩机10时必然正确对准。类似地，对于气缸16和气缸端板38，通过由一件原材料来制造它们，并且正确对准所需的所有结构一起形成，这两个部件将在装配压缩机10时必然正确对准。 [0077] 尽管前面的描述已经介绍了示例实施例，但是本领域技术人员应当知道，设计、结构和/或操作的细节可以在不脱离本发明的情况下进行多种变化。 [0078] 参考标号表 [0079] 10 压缩机 [0080] 12 叶片 [0081] 14 转子 [0082] 16 气缸 [0083] 18 狭槽 [0084] 19 颈部 [0085] 20 12的头部 [0086] 22 14的外表面 [0087] 24 16的侧壁 [0088] 26 14的纵向轴线 [0089] 28 16的纵向轴线 [0090] 30 线接触 [0091] 32 轴颈轴承对 [0092] 34 驱动轴 [0093] 35 容积 [0094] 38 凸缘端板 [0095] 40 高压外壳 [0096] 42 12的尾部 [0097] 44 吸入进口 [0098] 46 44的轴向部分 [0099] 48 44的径向部分 [0100] 52 吸入端口 [0101] 54 排出端口 [0102] 56 40的中空内部 [0103] 66 吸入腔室 [0104] 68 压缩腔室 [0105] 70 转子轴承 [0106] 72 气缸轴承 [0107] 74 夹钳 [0108] 76 原材料 [0109] 78 轴承支脚 [0110] 80 定心夹盘 [0111] 82 切割工具 [0112] 84 柱形面 [0113] 86 重心 [0114] 87 旋转轴线 [0115] 88 轴承楔入孔 [0116] 90 端面 [0117] 92 分割线 [0118] 94 第二端面 [0119] 96 分割开的材料 [0120] 98 余下的材料 [0121] 100 端面 [0122] 102 端面 [0123] 104 端面 [0124] 106 柱形表面 [0125] 108 楔入孔 [0126] 110 分割线 [0127] 120 原材料 [0128] 122 柱形面 [0129] 124 端面 [0130] 126 轴颈 [0131] 128 端面 [0132] 130 端面 [0133] 132 楔入孔 [0134] 134 中空内部 [0135] 800 铰链接头 [0136] 802 滑动器接头 [0137] 804 销 |
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