CN100510414C - 涡卷流体机械 - Google Patents

Abstract

涡卷(旋)流体机械，其中，两个定涡卷固定在机座上，两轨道运动涡卷与对应的定涡卷装配成两容积变化装置。三个轨道运动单元安置在两个容积变化装置之间，其具有动力驱动，离心力平衡，抵消轴向推力和轨道运动涡卷防自转等功能。每个所述轨道运动单元由装配式旋转元件和推力抵消轴组成。本发明推力抵消轴的装配件组合含有连接件和扭转件。连接件与轨道运动涡卷有螺纹联接。扭转件对连接件无轴向运动约束，而有周向运动约束。当扭转扭转件时，连接件随之转动，其螺纹副将两轨道运动涡卷沿轴向相互拉紧，在推力抵消轴之外缘形成一定的装配压应力。本发明的装配式旋转元件的特点是，增大了推力抵消轴的支撑轴承的位置空间，同时也给零件的加工、轴承的装配调整及轴承的散热带来了好处。

Description

涡卷流体机械

技术领域

本发明涉及涡卷(旋)流体机械，其可用作压缩机、真空泵、膨胀机等等。

背景技术

双涡卷流体机械，因其具有轴向力可相互抵消等诸多优点，而为人们所关注。在美国专利US6,988,876(中国专利公开CN1711408A)中所揭示的具有多轨道运动单元的双涡卷流体机械(英文原文为Double Scrolllinked by aPlurality of Orbiting units，下称为DSPO)。DSPO含有两容积变化装置，其含有各自的轨道运动涡卷和定涡卷。两定涡卷和机座相连接。多个轨道运动单元布置在两容积变化装置之间。每个轨道运动单元包含：一旋转元件，其可旋转地支撑在机座上；一推力抵消轴，其偏心地、可旋转地支撑在旋转元件之中。推力抵消轴的两端分别与二轨道运动涡卷相连接，形成一框架结构。当旋转元件被驱动时，轨道运动涡卷作轨道运动，与相应的定涡卷啮合，实现容积的连续变化。轨道运动单元具有抵消轴向力、驱动轨道运动涡卷、平衡离心力和防止轨道运动涡卷自转等功能。

中国专利公开CN1963205A中揭示：由于二容积变化装置与轨道运动单元之间有减压腔相隔，且轴承不直接安装在轨道运动涡卷上，DSPO可方便地实现喷液(特别是喷水)内冷却。喷液起到冷却、润滑和密封的作用。

由于DSPO轨道运动涡卷与定涡卷啮合，两轨道运动涡卷要求与推力抵消轴的两端在径向和轴向准确连接。轨道运动涡卷端板内侧(压缩腔侧)是流体机械压缩腔的工作表面，不宜开设用于紧固推力抵消轴的安装孔。装配和调整过程只能在轨道运动涡卷端板外侧进行。因此，DSPO推力抵消轴与轨道运动涡卷的装配及调整较为困难。

DSPO的轨道运动单元上有两组轴承。其中，推力抵消轴支撑轴承荷载大于旋转元件支撑轴承。但前者位置在内，空间过小。DSPO的结构紧凑，轴承的散热也必须解决。否则，DSPO难以制成较大排量的机型。DSPO轨道运动单元的轴承一般可采用角接触轴承或圆锥滚子轴承。轴承的轴向游隙调整及预紧都是很重要的。

发明内容

本发明旨在通过对DSPO的轨道运动单元结构改进，使采用轨道运动单元的涡卷流体机械的装配、调整的工艺性能得到改善；从而提高整机的工作可靠性，降低制造成本，改善轴承散热，并使制造较大排量的涡卷流体机械成为可能。

这些改进包含：采用装配式旋转元件、推力抵消轴的装配件组合、轴承散热结构、旋转元件的荷载均匀装置和轴承预紧及调整装置。

依照本发明，推力抵消轴含有用于与轨道运动涡卷装配的装配件组合。其含有：1)连接件，其与轨道运动涡卷直接或间接地构成螺纹副；2)扭转件，其对置于其中的连接件直接或间接地构成周向运动约束，并能给予连接件一定的轴向运动自由度。装配时，扭转扭转件，带动连接件转动。依靠螺纹副轴向拉紧两轨道运动涡卷。从而使推力抵消轴的外缘部分受到压缩，连接件受到拉伸，得到有足够装配应力的牢固连接。为了防松，对于压缩机、真空泵类对流体做功的机械，扭紧的方向应与机械运转方向相反。另外，还可以增加螺纹防松装置。机械拆卸时，反向扭转扭转件，带动连接件反向转动，使连接件旋离轨道运动涡卷。

推力抵消轴可拥有多个装配件组合。连接件的结构形式有：一端有螺纹或两端有旋向相反的螺纹或两端有旋向相同且导程相异的螺纹。装配件组合数量的不同及连接件、扭转件的结构多样使推力抵消轴有多种形式。连接件和扭转件除了组成装配件组合，实现轨道运动涡卷与推力抵消轴的装配和预紧之外，还可担当一些其他功能。例如，扭转件可作为轨道运动涡卷轴向位置调整件，轴承的防水密封挡圈；连接件可能直接与支撑推力抵消轴的轴承组之内圈径向配合，承受轴承组上的径向荷载，成为推力抵消轴的径向承载主体。

本发明提供的装配式旋转元件含有：1)主旋转元件，其偏心孔内装有推力抵消轴的支撑轴承组；2)两个副旋转元件，其上分别装有旋转元件的支撑轴承。两个副旋转元件与主旋转元件装配在一起，并保证两旋转元件的支撑轴承同轴。由于两种轴承安装在不同的轴向位置，这样增大了推力抵消轴支撑轴承的位置空间。同时也给零件的加工、轴承的装配调整带来了好处。主、副旋转元件上有冷却风孔和风道。机械运转时，离心力作用下形成的空气流，冷却旋转元件和轴承。主旋转元件可制成分体的，其含有：a)偏心环，其与两个副旋转元件装配在一起；b)驱动外缘环，其可制成齿轮、链轮、同步带轮等结构形式，驱动外缘环动配合地套在偏心环之外，可有周向位移，并与副旋转元件有周向的弹性联接。这使各个轨道运动单元上荷载传递达到均匀。考虑到推力抵消轴较长，可在推力抵消轴与副旋转元件间增加轴承支撑。此外，主旋转元件与一个副旋转元件还可以制成一体。

本发明还提供了轴承座部位的冷却水道；旋转元件上用于冷却的叶片；用于防止叶片产生气流相互干扰的隔板及旋转元件支撑轴承的轴向游隙调整装置。

本发明优异效果如下：通过对DSPO的轨道运动单元结构改进，增大了推力抵消轴支撑轴承的位置空间，使采用轨道运动单元的涡卷流体机械的装配、调整的工艺性能得到改善；从而提高整机的工作可靠性，降低制造成本，改善轴承散热，并使制造较大排量的涡卷流体机械成为可能。

附图说明

图1是依照本发明的实施例1—喷水无油涡卷空压机的剖视图。

图2是图1中的轨道运动单元局部放大图。

图3是图1所示机器的副旋转元件的零件图。

图4是图1所示机器的冷却水道的布置图。

图5是依照本发明的实施例2轨道运动单元的剖视图。

图6是依照本发明的实施例3轨道运动单元的剖视图。

图7是依照本发明的实施例4轨道运动单元的剖视图。

图8是依照本发明的实施例5轨道运动单元的剖视图。

图9是依照本发明的实施例6轨道运动单元的剖视图。

图10是依照本发明的实施例7—喷水无油涡卷空压机的剖视图。

图11是图10所示机器的轨道运动单元部分放大图。

图12是图11右侧进一步的放大图。

图13是图10所示机器的冷却风道的布置图。

图14是图10所示机器的螺纹防松装置的立体图。

图15是依照本发明实施例8—采用分体式主旋转元件的轨道运动单元剖视图。

图16是图10所示机器加装副旋转元件轴承的剖视图。

图17是依照本发明采用主旋转元件与一副旋转元件制成一体的轨道运动单元剖视图。

具体实施方式

以下对照附图结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：喷水无油涡卷空气压缩机

参见图1—4；本实施例包括：容积变化装置50A、50B，其含有各自的轨道运动涡卷3A、3B和定涡卷2A、2B。定涡卷2A、2B和机座1相连接。三个轨道运动单元40布置在容积变化装置50A、50B之间。每个轨道运动单元40包含：一个装配式的旋转元件10，其通过轴承11A，11B旋转地支撑在机座1上；一个推力抵消轴20，其通过轴承14A、14B旋转地、偏心地支撑在旋转元件10中。推力抵消轴20的两端分别与轨道运动涡卷3A、3B相连接。三个旋转元件10的外缘为带轮。当驱动旋转元件10时，轨道运动涡卷3A、3B做轨道运动，分别与定涡卷2A、2B啮合，它们之间所形成的容积连续地变化。空气由进气口4A、4B进入容积变化装置50A、50B，压缩后的空气经排气口5A、5B排出。水由孔组27A、27B或进气口4A、4B喷入容积变化装置50A、50B。起到密封、润滑和冷却的作用。

装配式的旋转元件10包含：一个主旋转元件47和副旋转元件41A、41B，其之间用螺钉组42连接。轴承11A，11B的内圈分别装配在副旋转元件41A、41B上。轴承14A、14B的外圈装配在主旋转元件47的偏心孔中。副旋转元件41A、41B中还开设了离心通风冷却通道44A、45A、44B、45B(详细结构可见图3)。轴承11A、11B的透盖86A、84A和86B、84B由螺钉组89A、82A和89B、82B固定在机架1上。调整垫片94A、94B用于调整轴承11A、11B的轴向游隙。冷却水道93A、93B盘在轴承11A、11B所在机架1的周围，其与机架间空隙可添充导热物质。图4为冷却水道93A的一种布置方案。

推力抵消轴20有一装配件组合，其含有：连接件—螺柱22，扭转件—两挡圈28A、28B。螺柱22两头的螺纹旋向相反，分别与轨道运动涡卷3A、3B上的相应内螺纹构成螺纹副。螺柱22两侧制成扁方，与轴23的有扁方轴孔相配合(见图2中的A—A)。扭转件对置于其中的连接件间接地构成周向运动约束，而无轴向运动约束。扭转挡圈28A、28B，通过键74A、74B带动轴23，随之带动螺柱22。螺柱22两头旋入并轴向拉紧轨道运动涡卷3A、3B。螺柱22拉伸，推力抵消轴20的轴缘部分、轴套73A、73B和挡圈28A、28B以及轴23的中部轴肩压缩，得到有足够装配应力。机器拆卸时，反向扭转挡圈28A、28B，带动螺柱22反向转动，螺柱22两端旋出并推出两轨道运动涡卷3A、3B。

以下实施例2—6给出了五种不同的推力抵消轴结构。除特殊说明外，图5—9中与实施例1有相同标号的构成元素具有相同的意义，并省略对其相关描述。

实施例2：

参见图5，扭转件—挡圈28A、28B制成轴23的左、右接长轴形式，替代轴23与轨道运动涡卷3A、3B配合。连接件—螺柱22只在其两端的两侧制成扁方，挡圈28A、28B的孔有扁方，使之对螺柱22有周向约束，而无轴向约束(见图5中的A—A)。扭转挡圈28A、28B可直接带动螺柱22，实施轨道运动涡卷3A、3B的装拆。

在实施例1、2中，只需扭转挡圈28A、28B中的一个，即可实施轨道运动涡卷3A、3B的装拆。此时，可省去一侧的周向约束的构成元素(如：键、扁方)。

实施例3：

参见图6，连接件—螺柱22的右端与轨道运动涡卷3B螺纹相连接，螺柱22的左端制成圆柱端头。左边的挡圈28A由螺钉组29A固定在轨道运动涡卷3A上。扭转件—右边的挡圈28B有扁方孔，使之对螺柱22有周向约束，而无轴向约束(见图6中的A—A)。扭转挡圈28B可直接带动螺柱22，实施轨道运动涡卷3A、3B的装拆。

实施例4：

参见图7，与实施例2结构相比较，其不同在于：推力抵消轴20含有两个相互独立的装配件组合。连接件—螺柱22A、22B制有扁方，双头反向螺纹。它们分别与轨道运动涡卷3A、3B和轴23螺纹连接。扭转扭转件—有扁方孔的挡圈28A、28B，可带动螺柱22A、22B，分别实施轨道运动涡卷3A、3B的装拆。

实施例5：

参见图8，与实施例4结构相比较，其不同在于：轴23与轨道运动涡卷3A配合，通过普通螺柱22A以螺纹连接。装配次序为：轨道运动涡卷3A应先装后拆。扭转挡圈28A，由键74A带动轴23与螺柱22A，可实施轨道运动涡卷3A的装拆。实际上，可省略键74A等构成元素，直接扭转轴23。连接件—螺柱22B制有扁方，双头反向螺纹。扭转扭转件—有扁方孔的挡圈28B，带动螺柱22B，实施轨道运动涡卷3B的装拆。

实施例6：

参见图9，与实施例5结构相比较，其不同在于：连接件—螺柱22B制有扁方，双头螺纹、同向，但两端螺纹导程相异。螺柱22B的左端螺纹221的导程小于右端螺纹222的导程。装配轨道运动涡卷3B时，先将螺柱22B旋入轴23。扭转扭转件—有扁方孔的挡圈28B，带动螺柱22B，实施轨道运动涡卷3B的装配。

实施例7：喷水无油涡卷空气压缩机

在这一实施例中，除特殊说明外，与实施例1有相同标号的构成元素具有相同的意义，并省略对其相关描述。

参见图10—14，与实施例1相比较，其不同在于，轴套71替代了实施例1的轴23中部的轴肩。连接件—轴23与轴承14A、14B的内圈径向配合。装配时，轴23可做较小的轴向位移。轴23的两端制有旋向相反内螺纹，分别通过螺柱22A、22B与轨道运动涡卷3A、3B螺纹连接。扭转件—挡圈28A、28B通过键74A、74B周向约束轴23，而对轴23无轴向约束。扭转挡圈28A、28B可直接带动轴23转动，通过螺柱22A、22B，实施轨道运动涡卷3A、3B的装拆。轴23和螺柱22A、22B也可制成一体。此时，其成为有双头反向外螺纹的连接件。

参见图10、11和13，副旋转元件41A、41B的外缘侧边装有叶片，以利于通风与散热。图13中的隔板431使三个旋转元件10(图13中只示出一个)上的叶片43A(图13中未示出)、43B产生的气流不相互干扰。

参见图11、12，轴承11A、11B的轴向游隙调节和预紧装置与实施例1不同，压环98A、98B轴向上处于轴承11A、11B与机座1之间。透盖83A、83B为可拆卸的，由螺钉组85A、85B固定在压环98A、98B上，以利于装配和轴承游隙调节。调节螺钉组99A、99B分别置于机座1上，压环98A、98B的一侧，，用以调节轴承11A、11B外圈的轴向位置，以达到理想的轴承轴向游隙。选择合适厚度的分体垫片97A、97B塞入压环98A、98B与机座1之间，填充其轴向空间。替代调节螺钉组99A、99B承受轴承11A、11B对机座1的轴向力。调节完成后，旋紧螺钉82A、82B，用透盖84A、84B压紧固定。实际上，单侧的装置即可完成轴承11A、11B的轴向游隙调节和预紧。双侧的装置便于调整旋转元件10的位置。

参见图12、14，螺纹防松装置包含：锁紧块281、282和销284。锁紧块281上有圆柱形凸起283与挡圈28B的扳手孔285相配合。锁紧块282的孔与轨道运动涡卷3B边缘的缺口287相对应。挡圈28B旋紧后，配钻锁紧块281上的沉孔286，并插入销284。螺纹防松装置可以用工程塑料制成。此时，锁紧块282与销284制成一体，销284下端不伸出。挡圈28B旋紧后，无需再配钻沉孔286，可将锁紧块281、282粘合成一体。

实施例8：

当旋转元件的外缘采用齿轮、链轮或同步齿形带轮时，主旋转元件47可制成分体式的。图15所示采用分体式主旋转元件的轨道运动单元的剖视图。主旋转元件47包含：偏心环471，其与两个副旋转元件41A、41B装配在一起；驱动外缘环472，其外缘可制成齿轮、链轮、同步带轮等结构形式。驱动外缘环472动配合地套在偏心环471之外，并通过弹性体473与副旋转元件41A、41B的销473周向联接。

当推力抵消轴过长时，可在推力抵消轴与副旋转元件间增加轴承支撑。图16所示为增加轴承支撑实施例机械的局部剖视图。副旋转元件41A、41B通过轴承141A、141B支撑轴套73A、73B，使推力抵消轴20的轴23等零件的弯曲应力大幅度减小。轴承141A、141B可选用滚针轴承或滑动轴承，且径向游隙应略大一些。

虽然以上实施例中，装配式的旋转元件由主旋转元件和两个副旋转元件组成，实际上，主旋转元件还可以与一副旋转元件制成一体。如图17，制成一体的主旋转元件47’与副旋转元件41A由螺钉组42连结成装配式的旋转元件。

虽然以上所有实施例中，均为涡卷气体压缩机，但是本发明并不局限于涡卷气体压缩机，它可以拓展到其它的涡卷流体机械，如真空泵、冷冻压缩机和膨胀机等。

虽然以上所有实施例中，涡卷流体机械包含两个功能相同的流体容积变化装置，但是本发明不局限于这种用法。例如，两个流体容积变化装置之一可用于压缩，而另一个用于膨胀。

虽然以上所有实施例中，省略了一些通常机械装置的描述，例如平衡块、顶端密封、轴密封、定位销结构等，本发明并不限制它们的应用。

Claims (11)

1.涡卷流体机械，其含有：

a、第一容积变化装置，其含有第一定涡卷和第一轨道运动涡卷；第二容积变化装置，其含有第二定涡卷和第二轨道运动涡卷；

b、一机座与所述第一、第二定涡卷相连接；

c、多个轨道运动单元，它们置于所述第一，第二容积变化装置之间，每个所述轨道运动单元含有：

a)、一旋转元件，其可旋转地支撑在所述机座上；

b)、一推力抵消轴，其偏心地可旋转地支撑在所述旋转元件之中，其两端与所述第一，第二轨道运动涡卷相连接，其特征在于：

所述推力抵消轴至少有一个装配件组合，其含有：

a]、一连接件，其与所述第一和/或第二轨道运动涡卷直接或间接地构成螺纹副；

b]、至少一个扭转件，其对所述连接件直接或间接地构成周向运动约束，并可给予所述连接件轴向运动自由度；

扭转所述扭转件，可带动所述连接件转动，实施所述第一和/或第二轨道运动涡卷的装、拆。

2、根据权利要求1的涡卷流体机械，其特征在于：所述装配件组合的连接件的一端有螺纹或两端有旋向相反的螺纹或两端有旋向相同且导程相异的螺纹。

3.根据权利要求2的涡卷流体机械，其特征在于：所述旋转元件通过第一轴承组由所述机座支撑，所述推力抵消轴通过第二轴承组由所述旋转元件支撑，所述旋转元件含有：

a、主旋转元件，其偏心孔内装配有所述第二轴承组；

b、第一副旋转元件和第二副旋转元件，二者与所述主旋转元件装配在一起，所述第一轴承组装配在所述第一副旋转元件和第二副旋转元件上。

4、根据权利要求3的涡卷流体机械，其特征在于：所述主旋转元件含有：

a、偏心环，其与所述第一、第二副旋转元件连接；

b、驱动外缘环，其相对所述偏心环可有周向位移，并与所述第一、第二副旋转元件有周向的弹性连接；从而使各所述轨道运动单元上荷载传递达到均匀。

5、根据权利要求1或2或3或4的涡卷流体机械，其特征在于：所述装配件组合的连接件与所述第二轴承组之内圈径向配合，且为承受所述第二轴承组上的径向荷载之主体。

6、根据权利要求1或2或3或4的涡卷流体机械，其特征在于：所述旋转元件上有用于冷却的风道。

7、根据权利要求1或2或3或4的涡卷流体机械，其特征在于：所述机座上的所述第一轴承组之轴承座部位装有冷却水道。

8、根据权利要求3的涡卷流体机械，其特征在于：所述旋转元件上装有叶片，用于冷却；所述机架上装有隔板，用于防止各所述旋转元件的所述叶片产生气流的相互干扰。

9、根据权利要求1或2或3或4的涡卷流体机械，其特征在于：所述推力抵消轴的扭转件与所述第一或第二轨道运动涡卷之间有螺纹防松装置，其包含：

a、第一锁紧块，其与所述扭转件配合；

b、第二锁紧块，其与所述第一或第二轨道运动涡卷配合；

扭紧所述推力抵消轴后，将所述第一和第二锁紧块连接在一起。

10、根据权利要求1或2或3或4的涡卷流体机械，其特征在于：所述第一轴承组设有轴向游隙调整装置，其布置于所述第一轴承组的第一轴承或/和第二轴承处，其包含：

a、压环，其置于所述第一轴承或第二轴承与所述机座之间；

b、调节螺钉组，用于通过所述压环调整所述第一轴承或第二轴承外圈的轴向位置；

c、分体垫片，用于填充所述压环与所述机座之间的轴向空间。

11、根据权利要求3或4的涡卷流体机械，其特征在于：所述第一副旋转元件和第二副旋转元件与所述推力抵消轴之间装有第三轴承组，用于减少所述推力抵消轴的弯曲应力。

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