CN1015304B - 流体压缩机 - Google Patents

Abstract

一种可抑制压缩机负荷转矩及排气压力波动幅度的螺杆压缩机。其构造如下：在气缸(20)内设置了可自由旋转的螺杆(24)，螺杆(24)的外圆周面上有第一螺旋槽30a和第二螺旋槽30b。两螺旋槽旋向相反。在螺杆外部的轴向中间位置有两个螺旋槽的始点32a和32b，这两始点沿螺杆的圆周方向错开了一定的角度。第一、第二螺旋槽内分别嵌有第一、第二螺旋状叶片40a、40b，且叶片可沿螺杆径向自由滑动，同时又与气缸内壁紧密接触。

Description

本发明涉及一种流体压缩机，这种流体压缩机主要用于压缩冷冻循环过程中的制冷剂。

本申请人曾在美国专利USP4，871，304（1988.7.11申请）中提出过一种流体压缩机，这种压缩机有一个压缩机组，该压缩机组设置在密闭的外壳箱体内，由马达驱动。压缩机组有一个可以与马达转子一起旋转的气缸，气缸内有能自由旋转的螺杆。螺杆的中心轴相对气缸轴是偏心轴，在螺杆的外表面，沿轴方向从一端到另一端有连续延伸的螺旋槽。螺旋槽的间距从一端往另一端逐渐减小，螺旋槽内嵌了有一定弹性的叶片，气缸与螺杆间的空间被叶片分隔为多个工作室，这些工作室的容积从吸气端往排气端逐渐减小。通过电机，使气缸与螺杆同周期地旋转，由此，冷冻循环中的制冷剂气体从气缸的吸气侧被吸入工作室内，被吸入的气体，一面被压缩，一面被依次送入排气侧的工作室，从气缸向排气端排入密闭箱体内。

但是，这种压缩机存在一个问题，即气缸排气侧相对于吸气侧而言，其工作室内制冷剂的压力很高，因而，螺杆上就有一种从气缸排气侧往吸气侧方向的推力作用，使得螺杆与轴承支座间的摩擦增大，因此，为使气缸与螺杆旋转，就需要很大的驱动力。

因此，本申请人在“日本实用新型申请63-170693号”中提出了一种新的压缩机，这种新的压缩机解决了上述压缩机所存在的问题。

这种压缩机螺杆上有两个螺旋槽，螺旋槽由螺杆中部往两端延伸，各螺旋槽内嵌有叶片，而且，这种压缩机是从气缸中部往内吸入制冷剂气体，然后，将其送往气缸两端进行压缩，最后从气缸两端排出。

如此构成的压缩机有以下优点。由于制冷剂气体是往相反的两方 向移送及压缩，因此，从两端往中部作用于螺杆上的推力相互平衡、抵销，这种压缩机与螺杆上只有一个连续的螺旋槽的压缩机比较，在相同压缩能力下，作用于各叶片的变形应力要小。

通常，压缩机的负荷转矩随着螺杆的旋转呈正弦曲线波动，同时，排出压力曲线与此曲线略同，往两个方向压送制冷剂气体的压缩机，与只往一个方向压送制冷剂气体的压缩机比较，前者的负荷转矩及排出压力波幅约为后者的两倍，这样，就发生振动及噪音增大等问题。

为利用往两方向压送气体这种压缩机的优点，同时又提高压缩机的性能，就希望减小负荷转矩及排出压力波幅。

本发明的目的是克服上述缺点，提供一种小型流体压缩机，即，一方面，可以减小作用于螺杆上的推力，另一方面，该压缩机的负荷转矩及排气压力波幅小。

为达此目的，这种压缩机采用了气缸、圆柱状螺杆、第一及第二螺旋状叶片、导向装置和传动机构。气缸有第一及第二排气端;螺杆沿气缸轴方向被偏心设置在气缸内，它在一部分与气缸内壁接触的状态下可以自由旋转，螺杆的外周面上有第一及第二两个螺旋槽，第一螺旋槽的始点处于螺杆轴向中部位置附近，螺旋槽从始点开始向上述第一排气端延伸，且其螺距从始点往第一排气端方向逐渐减小。第二螺旋槽的始点处于螺杆轴向中部位置附近，螺旋槽从始点向上述第二排气端延伸，且其螺距从始点往第二排气端方向逐渐减小上述第一及第二螺旋槽旋向不同，其始点沿螺杆的圆周方向错开了一定的角度;叶片嵌在上述第一及第二螺施槽内，沿旋转体径向可自由滑动，同时又有与气缸内壁密接的外周面，这样，将气缸内壁与螺杆外周面的空间分为多个工作室;导向装置就是在气缸内壁与螺杆的空间内，将工作流体导引到上述第一及第二螺旋槽的始点附近;传动机构使气缸及螺杆同周期旋转，通过导向装置使流入始点附近的工作流体通过工作 室逐渐排往气缸的第一和第二排气端。

在这种结构的压缩机中，工作流体被导入气缸内后，往相反的两个方向压送，最后由气缸的第一和第二排气端排到外部。因此，从两端往中部作用于螺杆上的推力相互平衡、抵销。

第一和第二螺旋槽的始点沿螺杆的圆周方向相互错开了一定的角度。因此，由第一排气端排出的压缩流体引起的负荷转矩及排出压力的波动周期，与第二排气端排出的压缩流体引起的负荷转矩及排出压力的波动周期有一个相位差，其差值是上述两个始点的位错量。从而，第一排气端排出的压缩流体和第二排气端排出的压缩流体相互作用，使得压缩机的整体负荷转矩及排出压力波幅大幅度减小。

下面结合附图和最佳实施例对本发明进行详细地说明：

图1为压缩机的整体纵向剖面图。

图2为压缩机的旋转体侧面图。

图3为将图2的旋转体旋转180°后的侧面图。

图4为图1中沿“Ⅳ-Ⅳ”线截取的剖面图。

图5为图4中的气缸及螺杆旋转90°后的剖面图。

图6表示压缩机负荷转矩及排出压力的波动特性。

图1表示本发明压缩机实施例，这种压缩机适用于压缩冷冻循环中冷媒的闭式压缩机系统。

该压缩机有密闭箱体10及设置于箱体内的电动机12和压缩机组14。电动机12包括固定于箱体10内壁的准环状定子16和设置在定子内侧的环状转子18。

压缩机组14包含气缸20，转子18被同轴地固定于气缸外壁。气缸20的两端由分别固定于箱体10里面的轴承22a、22b支承，气缸可以自由地旋转，同时，具有气密性。特别是，气缸20的右端部即第一排气端，嵌合在轴承22a的周面，且可自由旋转，气缸的左端部即第二排 气端则嵌合在轴承22b的周面，可自由旋转。因此，气缸20及固定于其上的转子18相对定子16，由轴承22a、22b同轴地支承。

气缸20内有圆柱体螺杆24，其直径比气缸内径小，其长度约相当轴承22a至22b间的全长，且沿气缸轴向安置，螺杆24的中心轴A相对于气缸20的中心轴B的偏心距离为e，其外周的一部分与气缸内壁接触，螺杆24两端的小直径轴段26a、26b分别由轴承22a、22b支承，且能自由旋转。

气缸20与螺杆24通过传动机构50相互连结。后文提及，传动机构50是作为旋转力的传递部件。因此，电动机12通电时，气缸20与转子18一起旋转，气缸的旋转力通过传动机构50传给螺杆24，其结果，螺杆24在一部分与气缸20内壁接触的状态下，在气缸内旋转。

如图2及图3所示，在螺杆24的外周，有第一螺旋槽30a及第二螺旋槽30b，30a从螺杆轴中部往螺杆右端延伸，30b则从螺杆轴中部往螺左端延伸，且，第一槽30a的螺距从螺杆24的中部往右端即由气缸中部往第一排气端按所定的变化率逐渐减小，第二槽30b的螺距从螺杆24的中部往左端即由气缸20中部往第二排气端按上述同一变化率逐渐减小。第一螺旋槽30a与第二螺旋槽30b有相同的圈数，且旋向相反。图3为图2中的螺杆绕中心轴旋转180°后的状态。

在螺杆24的中部，分别有第一及第二槽30a、30b的始点32a、32b。两个始点沿螺杆的圆周方向错开180°。两始点32a、32b在螺杆24的轴向也有位错，一个螺旋槽的始点与另一个螺旋槽不交叉而又接近于该螺旋槽。两槽32a与32b的宽度及深度沿槽的全长基本不变，同时，槽深方向与螺杆24的径向基本一致。

螺杆24内，有从轴段26a的右端延伸至螺杆中部的吸气通道28。吸气通道28的右端通过轴承22a上的吸气孔34与冷冻循环吸入管36连通。吸气通道28的左端分别与螺杆24中部所开的第一和第二吸入孔 38a、38b连通，第一吸入孔38a处于第一螺旋槽30a的始点32a与槽的第一圈终点之间。同样，第二吸入孔38b处于第二槽30b的始点32b与槽的第一圈终点间。吸入孔38a、38b在螺杆24外周处于斜线所示的区域。这个区域也就是第一槽30a的第一圈与第二槽30b的第一圈所围区域。也可以省掉这个吸入孔。

在沟槽30a、30b内，分别嵌入了图1所示的螺旋状第一及第二叶片40a、40b，各叶片由一定弹性的材料作成，利用其弹性可将它拧入相应的槽内。叶片厚度与槽的宽度大体一致。叶片40a、40b相对于槽30a、30b，沿螺杆24的径向可以自由进退，各叶片的外周与气缸20的内壁密接。

如图1所示，在气缸20的内壁与螺杆24的外周构成的空间内，气缸中部与第一排气端之间的空间被第一叶片40a分为多个工作室42。各工作室42由叶片40a两相邻片间距限定。工作室沿叶片，从螺杆24与气缸20内壁的接触处伸展到下个接触部位，构成月牙形状。工作室42的容积从气缸20中部往第一排气侧逐渐减小。

同样，在气缸20的内壁与螺杆24的外周构成的空间内，气缸中部与第二排气端之间的空间被叶片40b分为多个工作室44。各工作室44由叶片40b的两相邻片间距限定，其形状沿叶片从螺杆24与气缸20内壁的接触处伸展至下个接触部位，呈月牙形状。工作室44的容积，从气缸20的中部往第二排气端逐渐减小。

如图1所示，轴承22a、22b上分别有排气孔45a、45b。排气孔45a的一端连入气缸20的第一排气端，另一端连入箱体10内。排气孔45b的一端连入气缸20的第二排气端，另端也连入箱体10内。排气孔45a、45b也可设在气缸20上。

图1中46为连通箱体10内的排气管。

如图1、图4及图5所示，传动机构50有第一传动栓52及第二传动 滑杆54。

传动栓52全长为同一直径的圆柱体。它沿气缸的径向设置在气缸20内，其两端固定于气缸上。因此，传动栓52就会因气缸中心轴B的旋转而与气缸一起旋转。因这个气缸中心轴B是垂直地通过传动栓的。传动栓52宽松地插入贯通螺杆24径向的通孔56，通孔56的直径比传动栓52的直径大2e以上（e为螺杆24的中心轴A相对于气缸20的中心轴B的偏心距）。

传动滑杆54全长为具有一定直径的一圆柱体。其直径设计得比传动栓52大。滑杆54插在滑杆孔58内，可以自由滑动。滑杆孔58贯穿螺杆24的径向，与通孔56垂直相贯。在滑杆54的轴向中部位置有一通孔60，该通孔与滑杆的轴正交。而且，传动栓52插在通孔60内，并可以自由滑动，与滑杆54垂直相交。因此，滑杆54在滑杆孔58内可以沿滑杆54的轴向自由滑动，同时，对传动栓52来讲，可以在其轴向上实现变位。

下文就上述结构的压缩机的工作情况加以说明。

首先，电动机12通电时，转子18旋转，气缸20也与之一起旋转。气缸20的旋转通过传动机构50传给螺杆24，由此，螺杆24也与气缸同周期旋转。详尽地说，传动栓52与气缸20一起旋转，传动滑杆54在与传动栓垂直的状态下也与之一起旋转。此时，如图4及图5所示。传动栓52及传动滑杆54相互保持垂直相交状态，同时相互滑动。另一方面，滑杆54在滑杆孔58内沿其轴向滑动，传动栓52在通孔56内沿通孔径向变位。由此，气缸20的旋转通过传动栓52。滑杆54传给螺杆24，螺杆因中心轴B的旋转而旋转。这样，螺杆24在其外周的一部分与气缸20内壁接触的状态下，被气缸20所驱动而与之同周期地旋转。且，第一及第二叶片40a、40b也与螺杆一起旋转。

为使两叶片40a、40b在其外周与气缸20内壁接触的状态下旋转， 随着叶片靠近螺杆24的外周与气缸20内壁的接触面，叶片的各部分被压入沟槽30a、30b内，并且，随着离开这一接触面而向槽的切线方向移动。另一方面，压缩机组14工作时，制冷剂气体通入吸入管36、吸入孔34、吸气通道28，及第一及第二进气口38a、38b吸入气缸20内。气体最初被送入由第一叶片40a的第一及第二两圈间所确定的工作室42及由第二叶片40b的第一及第二两圈间所确定的工作室44内。且，随着螺杆24的旋转，工作室42中的气体，在封于叶片40a相邻两圈间的状态下，被依次送往相邻的工作室42。同理，工作室44中的气体，在封于叶片40b相邻两圈间的状态下，被依次送住相邻的工作室44。从气缸20中部往第一个排气端，工作室42的容积逐渐减小。同时，从气缸中部往第二排气端，工作室44的容积逐渐减小。因而，两个工作室42、44中的冷煤在分别被送往第一及第二排气侧的过程中被逐渐压缩。压缩后的冷煤气体，分别从轴承22a、22b上的排气孔45a、45b排入箱体10内，进一步通过排气管46进入冷冻循环系统中。

图6表示了螺杆24的旋转角与压缩机负荷转矩及排出压力的关系。图中点画线C表示从排气孔45a排出的压缩气体的排气压力及与此相应的负荷转矩的变化关系，它们相应于螺杆24的旋转而呈正弦曲线波动。虚线D表示了从排气孔45b排出的压缩气体的排气压力及与此对应的负荷转矩的变化情况，它们随螺杆24的旋转也呈正弦曲线变化。前文已述，螺杆24上第一及第二螺旋槽的始点38a、38b在螺杆的圆周方向有180°位相差，因此，螺杆24每旋转180°，就相互交替地从排气孔45a、45b排出在工作室42、44内压缩的气体。这样，曲线C与D的振幅及周期相等，而两者位相差为180°。因此，曲线C、D所示的特性相互迭加时，压缩机整体负荷转矩及排出压力的波幅就小，曲线变得平滑。如图6实线E所示。

如此结构的压缩机，冷媒气体从气缸20中部吸入，然后往两个方 向相反的第一及第二排气端压送。因此，压缩机工作时，螺杆24上有从气缸20的第一排气端往螺杆中部方向的推力作用和气缸的第二排气端往中部方向的推力作用。这两个力大小相等，相互平衡。因而可以防止由于螺杆24端部受轴承挤压而引起的变形，减小工作时螺杆24与轴承22a、22b间的摩擦，提高运转效率。

其次，与螺杆上从一端至另一端只有连续的单一螺旋槽及叶片的压缩机比较，在相同压缩能力下，本实例的压缩机各螺旋槽及叶片的间距小，因而可以减小作用于各叶片的变形应力。其结果是即可降低叶片的摩损，又可确保叶片圆滑地移动。

由于第一及第二螺旋槽的始点32a、32b在螺杆24的旋转方向位错，因而可大幅度降低压缩机负荷转矩及排气压力的波幅，减少压缩机的振动和噪音。此外，两螺旋槽的始点32a、32b沿螺杆的轴方向相互错位，而且是在两螺旋槽相互接近的方向上错位，因此，与以往单一螺旋槽的压缩机比较，可以缩短螺杆的长度。如此，可以考虑压缩机的小型化问题。

将气缸20的旋转动力传给螺杆24的传动机构50，由螺杆上的两个通孔及插入通孔传动栓和传动滑杆构成。因此，该传动机构50与以往的传动环比较，只需一个小的装置空间，因而可实现压缩机小型化。此外，传动机构50不需传动环，因此，既使是设计时必须增大螺杆24的枢轴外径，以减小气缸内壁与枢轴外部间的空间，这一点也很容易在气缸内办到。此时，对于螺杆24的偏心量e，传动机构50仍可充分确保传动栓及滑杆的变位量。

传动机构50构造简单，它仅仅只是将传动栓及传动滑杆插入螺杆上的通孔里。因此，该压缩机制造容易，特别是压缩机的传动机构装配容易进行。

此外，该发明不仅限于上述实例，在发明范围内还有多种变形的 可能。

例如，第一及第二螺旋槽的始点32a、32b在螺杆24的旋转方向上最好是位错180°，但这一位错量即使比180°小，与位错量为零的情况比较，压缩机的负荷转矩及排气压力波幅也可得到降低。此外，第一螺旋槽的圈数及螺距也可与第二螺旋槽的圈数及螺距不相同。即使如此，也可减小作用于螺杆的推力，降低负荷转矩及排气压力的波幅。

上述压缩机，不仅限于冷冻循环系统，也适用于其它机械系统。

Claims (12)

1、一种带有气缸和螺杆的压缩机，它包括：

螺杆(24)，呈圆柱体，沿轴向偏心设置在气缸内，在部分地与气缸内壁接触的状态下可自由旋转；

叶片，有与气缸内壁密接的外周面，将气缸内壁与螺杆外周的空间分为多个工作室；

其特征在于它还包括：

气缸(20)，有第一和第二两个排气端；

第一螺旋槽(30a)，设置在螺杆外圆周上，从螺杆轴向中部位置的始点往气缸第一排气端方向其螺距逐渐减小；

第二螺旋槽(30b)，设置在螺杆上，旋向与第一螺旋槽相反，始点在螺杆中部，沿圆周方向该始点与第一螺旋槽的始点有一定角度的位错，从该始点往气缸第二排气端方向，其螺距逐渐减小；

所述的叶片包括呈螺旋状的第一及第二叶片(40a、40b)，分别嵌在上述第一及第二螺旋槽内，沿螺杆的径向可以自由滑动，

导向装置(28，38a，38b)，设置在气缸壁与螺杆之间的空间内，在上述第一及第二螺旋槽的始点附近区域导引流体；

传动机构(50)，使气缸与旋转体同周期旋转时，可通过导向装置将流入上述区域的工作流体导入工作室，然后依次压送至气缸的第一及第二排气端，再从排气端排至外部。

2、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：上述第一及第二螺旋槽的始点沿螺杆的圆周方向相互错位180°。

3、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：上述第一及第二螺旋槽有相同的圈数。

4、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：上述第一及第二螺旋槽的螺距相等。

5、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：在螺杆轴向上第一个螺旋槽的始点，从第二个螺旋槽的始点开始往气缸第二个排气端方向错位。

6、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：上述导向装置包括吸入孔和吸气通道，吸入孔开在螺杆外周面，处于第一及第二螺旋槽之间的位置。吸气通道在螺杆内，其一端连通吸入孔，另一端在气缸的外部开口。

7、如权利要求1的流体压缩机，其特征在于：上述吸入孔在螺杆外周面上处于第一螺旋槽的第一圈和第二螺旋槽的第一圈所围成的范围内。

8、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：上述导向装置包括第一及第二吸入孔和吸气通道。第一及第二吸入孔开在上述螺杆的外圆面上，位于第一及第二螺旋槽之间;吸气通道在螺杆内，其一端连通第一及第二吸入孔，另一端在气缸的外部开口。

9、如权利要求8所述的流体压缩机，其特征在于：上述第一个吸气孔处于第一个螺旋槽的始点与第一圈的终点之间，第二个吸气孔处于第二个螺旋槽的始点与其第一圈的终点之间。

10、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于：上述驱动装置包括电动机装置和传动机构，电动机主要使气缸旋转。传动机构将气缸的旋转动力传给螺杆，并使其与气缸同周期旋转。

11、如权利要求10所述的流体压缩机，其特征在于：上述传动机构包含第一及第二通孔、一个传动栓和一个滑杆，两个通孔均设于螺杆上，相互正交，且各自向螺杆的径向伸展。传动栓宽松地插在第一通孔内，沿气缸径向伸展，同时固定于气缸上。滑杆可自由滑动地安在第二个通孔里，可维持与传动栓垂直的状态沿传动栓的轴向移动。滑杆上有一个第三通孔，它与第一通孔平行，上述传动栓可以其内自由滑动。

12、如权利要求11所述的流体压缩机，其特征在于：上述第一通孔的直径比传动栓大2e以上。其中，e为旋转体相对于气缸中心轴的偏心距。

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