CN101608701B

CN101608701B - 旋转阀

Info

Publication number: CN101608701B
Application number: CN2008101153136A
Authority: CN
Inventors: 吴张华; 姜琳; 李海冰; 戴巍; 罗二仓; 吴杰
Original assignee: Shenzhen Chinese Academy Of Sciences Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co
Current assignee: In the letter of Keli (Shenzhen) Cryogenic Technology Co.
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: CN101608701A

Abstract

本发明公开了一种旋转阀，包括定子、设置在所述定子内的转子、驱动所述转子旋转的驱动机构和与所述定子连接的密封盖，所述定子和转子间存在微小间隙，所述转子内设置有气体流道，所述转子的圆周方向上设置有高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔，所述高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔上分别设置有缺口，所述转子的圆周方向上还设置有与所述气体流道相通的凹槽；所述定子上设置有与所述高压气体缓冲腔相通的高压进气口、与所述低压气体缓冲腔相通的低压进气口以及与所述凹槽相通的气槽。本发明可降低旋转阀中高压和低压间的切换阻力，提高切换频率，降低了旋转阀系统的复杂性，是一种运行可靠、长寿命和低噪音的旋转阀。

Description

旋转阀

技术领域

本发明涉及制冷机制造领域，尤其涉及一种无接触式的旋转阀。

背景技术

在回热式制冷机系统中，旋转阀用于气体流道内高压和低压间的切换，以形成制冷机工作时所需要的稳定的波动压力。早期制冷机中的旋转阀为接触式旋转阀，通常称为平面旋转阀。由于密封的需要，平面旋转阀的转子端面和定子是紧密接触的，这样不仅会造成电动机功率大以及旋转阀的体积、质量大等问题，而且由于转子和定子间的机械接触，还会造成磨损，磨损出的颗粒不仅会降低旋转阀的寿命，而且颗粒会随气流进入制冷机，影响制冷机的性能。

无接触式旋转阀的出现解决了平面旋转阀存在的缺陷。图9为现有技术中无接触式旋转阀的结构剖面图，图10为图9中B-B向剖视图，如图9和图10所示，该无接触式旋转阀包括定子1、转子2和驱动转子旋转的电动机4，定子1和转子2间存在间隙，该间隙的尺寸以使高压和低压间气体泄露所产生的损失较小为标准，一般间隙的尺寸为二十微米，定子上设置有二个高压进气口9和二个低压进气口10，为了保持平衡，均采用对称的形式，转子2内设置有气体流道5，另外该无接触式旋转阀还包括密封盖3。现有技术中的无接触式旋转阀由于定子和转子不接触，功率较小的电动机就可以驱动该旋转阀，同时该旋转阀体积小、质量轻、使用寿命较长。

但是，现有技术中的无接触式旋转阀也存在缺陷：该旋转阀的结构在高压和低压间切换时切换阻力大；为保持旋转阀运行时平衡稳定，该旋转阀采用二个高压进气口和二个低压进气口对称设置的方法，增加了进气口管道的数目和复杂性；当电动机本身的旋转频率一定时，提高高压和低压间的切换频率就必须依靠增加高压进气口和低压进气口的数目，这进一步增加了进气口管道的复杂性。

发明内容

本发明提供了一种旋转阀，克服了现有技术的缺陷，从而降低了旋转阀中高压和低压间的切换阻力、提高了切换频率以及降低了旋转阀系统的复杂性。

为实现上述目的，本发明提供了一种旋转阀，包括定子、设置在所述定子内的转子、驱动所述转子旋转的驱动机构和与所述定子连接的密封盖，所述定子和转子间存在间隙，所述转子内设置有气体流道，所述转子的圆周方向上设置有高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔，所述高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔上分别设置有缺口，所述转子的圆周方向上还设置有与所述气体流道相通的凹槽；所述定子上设置有与所述高压气体缓冲腔相通的高压进气口、与所述低压气体缓冲腔相通的低压进气口以及与所述凹槽相通的气槽。

所述气槽为二个，且对称设置在所述定子上。所述高压气体缓冲腔上的缺口为二个，且对称设置在所述高压气体缓冲腔上；所述低压气体缓冲腔上的缺口为二个，且对称设置在所述低压气体缓冲腔上。所述转子通过二个轴承支撑，所述轴承位于转子的同侧或者两端。所述驱动机构与所述转子通过联轴器连接。

所述驱动机构可以为电动机。

所述驱动机构为还可以为气动马达。所述密封盖上设置有气动马达高压入口和气动马达低压出口，所述气动马达高压入口和所述高压进气口连接相同的高压源，所述气动马达低压出口和所述低压进气口连接相同的低压源。所述气动马达高压入口连接的高压气道上还设置有流量阀，所述流量阀用于控制流入所述气动马达的气流量以调节所述气动马达的转速及切换频率。

由上述技术方案可知，本发明通过在旋转阀的转子上设置高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔以及在定子上对称设置气槽，降低了旋转阀中高压和低压间的切换阻力；在转子上设置高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔，使旋转阀能平衡稳定的工作，且不需要增加高、低压进气口管道数目，降低了旋转阀系统的复杂性；通过在转子的高、低压气体缓冲腔上分别设置缺口，提高了旋转阀高压和低压间的切换频率，当需要进一步提高高压和低压间的切换频率时，无需增加高、低压进气口管道的数量，只需增加转子上缺口的数量即可实现。

附图说明

图1为本发明实施例一中旋转阀的剖面图；

图2为本发明实施例一中旋转阀的另一剖面图；

图3为本发明旋转阀中定子和转子的立体结构示意图；

图4为本发明实施例一中旋转阀的工作状态图之一；

图5为本发明实施例一中旋转阀的工作状态图之二；

图6为本发明实施例一中旋转阀的工作状态图之三；

图7为本发明实施例二中旋转阀的剖面图；

图8为图7中A-A向剖视图；

图9为现有技术中无接触式旋转阀的结构剖面图；

图10为图9中B-B向剖视图。

附图标记说明

1-定子； 2-转子； 3-密封盖；

4-电动机； 5-气体流道； 6-高压气体缓冲腔；

7-低压气体缓冲腔； 8-缺口； 9-高压进气口；

10-低压进气口； 11-气槽； 12-凹槽；

13-轴承； 14-联轴器； 15-气动马达；

16-气动马达高压入口； 17-气动马达低压出口； 18-流量阀；

19-气动马达叶片； 20-气动马达凹槽。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例一中旋转阀的剖面图，图2为本发明实施例一中旋转阀的另一剖面图，图3为本发明旋转阀中定子和转子的立体结构示意图。如图1、2和3所示，旋转阀包括定子1、转子2、密封盖3和驱动机构，本实施例中驱动机构为电动机4。转子2设置在定子1内，电动机4用于驱动转子2旋转，密封盖3和定子1连接，用于对旋转阀进行密封。定子1和转子2间存在间隙。转子2内设置有气体流道5，转子2的圆周方向上设置有高压气体缓冲腔6、低压气体缓冲腔7和凹槽12，并且高压气体缓冲腔6和低压气体缓冲腔7上分别设置有缺口8，本实施例中高压气体缓冲腔6上的缺口8为二个，且对称设置在高压气体缓冲腔6上，低压气体缓冲腔7上的缺口8为二个，且对称设置在低压气体缓冲腔7上；凹槽12与气体流道5相通。定子1上设置有高压进气口9和低压进气口10，高压进气口9连接高压源，低压进气口10连接低压源，高压进气口9与高压气体缓冲腔6相通，低压进气口10与低压气体缓冲腔7相通，定子1上还设置有气槽11，本实施例中气槽11为二个，且对称设置在定子1上，气槽11与凹槽12相通。二个气槽11可通过凹槽12和高压气体缓冲腔6上的二个缺口8导通气体流道5和高压进气口9，二个气槽11还可以通过凹槽12和低压气体缓冲腔7上的二个缺口8导通气体流道5和低压进气口10。转子2通过二个轴承13支撑，轴承13起到固定和支撑转子2的作用，使转子2在旋转时不会沿径向移动，轴承13可位于转子2的同侧或者两端，本实施例中轴承13位于转子2的同侧。另外，用于驱动转子2的电动机4与转子2通过联轴器14连接，联轴器14可以为万向节或者弹性联轴器，采用联轴器可以对转子2和电动机4之间的同轴度加工要求大为降低。

下面通过本发明实施例一中旋转阀的工作状态图来详细描述旋转阀的工作过程。图4为本发明实施例一中旋转阀的工作状态图之一，图5为本发明实施例一中旋转阀的工作状态图之二，图6为本发明实施例一中旋转阀的工作状态图之三。如图4所示，当转子2的高压气体缓冲腔6上的二个缺口8与定子1上的二个气槽11相通时，气体流道5通过凹槽12和气槽11与高压气体缓冲腔6相通，因为高压气体缓冲腔6与高压进气口9(图4中未示出)相通，而高压进气口9外接高压源，所以气体流道5与高压相通，气体流入气体流道5，此时气体流道5内为高压。如图5所示，转子2在电动机4(图5中未示出)的驱动下旋转，当转子2的高压气体缓冲腔6上的二个缺口8、低压气体缓冲腔7上的二个缺口8与定子1的二个气槽11均不相通时，没有气体从气体流道中流入或流出，气体流道中的压力保持不变，这个状态保证了高、低压间的密封性。如图6所示，转子2在电动机4(图6中未示出)的驱动下继续旋转，当转子2的低压气体缓冲腔7上的二个缺口8与定子1上的二个气槽11相通时，气体流道5通过凹槽12和气槽11与低压气体缓冲腔7相通，因为低压气体缓冲腔7与低压进气口10相通，而低压进气口10外接低压源，所以气体流道5与低压相通，气体流出气体流道5，此时气体流道5内为低压。通过图4、图5和图6中的三个工作状态，旋转阀完成了一次充放气过程，即一次高、低压转换过程，如此反复循环即可形成气体流道内稳定的波动压力，本实施例中转子旋转一周可完成二次高、低压间切换过程。如果在不改变电动机频率的情况下，想提高转子的高、低压切换频率，可适当在转子上增加缺口数量。另外，在高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔上分别对称设置二个缺口，可使转子在旋转时径向保持平衡，使旋转阀运行更稳定。

图7为本发明实施例二中旋转阀的剖面图，图3为本发明旋转阀中定子和转子的立体结构示意图，如图7和图3所示，旋转阀包括定子1、转子2、密封盖3和驱动机构，本实施例中驱动机构为气动马达15。转子2设置在定子1内，气动马达15用于驱动转子2旋转，密封盖3和定子1连接，用于对旋转阀进行密封，定子1和转子2间存在间隙。转子2内设置有气体流道5，转子2的圆周方向上设置有高压气体缓冲腔6、低压气体缓冲腔7和凹槽1 2，并且高压气体缓冲腔6和低压气体缓冲腔7上分别设置有缺口8，其中低压气体缓冲腔7上的缺口8在图7中未示出，本实施例中高压气体缓冲腔6上的缺口8为二个，且对称设置在高压气体缓冲腔6上，低压气体缓冲腔7上的缺口8为二个，且对称设置在低压气体缓冲腔7上；凹槽12与气体流道5相通。定子1上设置有高压进气口9和低压进气口10，高压进气口9连接高压源，低压进气口10连接低压源，高压进气口9与高压气体缓冲腔6相通，低压进气口10与低压气体缓冲腔7相通，定子1上还设置有气槽11，本实施中气槽11为二个，且对称设置在定子1上，气槽11与凹槽12相通。二个气槽11可通过凹槽12和高压气体缓冲腔6上的二个缺口8导通气体流道5和高压进气口9，二个气槽11还可以通过凹槽12和低压气体缓冲腔7上的二个缺口8导通气体流道5和低压进气口10。转子2的圆周方向上还设置有凹槽12，用于导通气槽11和气体流道5，转子2通过二个轴承13支撑，轴承13起到固定和支撑转子2的作用，使转子2在旋转时不会沿径向移动，轴承13可位于转子2的同侧或者两端，本实施例中轴承13位于转子2的同侧。另外，用于驱动转子2的气动马达15与转子2通过联轴器14连接，联轴器14可以为万向节或者弹性联轴器，采用联轴器可以对转子2和气动马达15之间的同轴度加工要求大为降低。

实施例二与实施例一不同的是驱动机构采用气动马达来代替电动机。在密封盖3上设置有气动马达高压入口16与气动马达低压出口17，气体从气动马达高压入口16流入，流经气动马达14使气动马达14旋转，从而驱动转子2旋转，再从气动马达低压出口17流出。气动马达高压入口16与高压进气口9连接相同的高压源，气动马达低压出口17与低压进气口10连接相同的低压源，其中，可以在气动马达高压入口16连接的高压气道上设置一流量阀18，来控制流入气动马达14的气流量，进而调节气动马达14的转速，进而控制转子2的切换频率。图8为图7中A-A向剖视图，如图8所示，气动马达14位于其所在腔体的偏心位置，气动马达14与其所在腔体之间设置有可伸缩的气动马达叶片19，本实施例为4个气动马达叶片19。气动马达叶片19可在气压的作用下在其所在的气动马达凹槽20中伸缩，可使气动马达14与其所在的腔体的壁面紧密接触，形成密封，而未与腔体壁面形成密封的气动马达叶片19的两侧由于气压差而产生一个方向的推力，此推力可推动气动马达旋转。

实施例二中旋转阀的工作过程与实施例一中相似，不同之处仅在于实施例二是由气动马达来驱动转子旋转的，此处不再详细描述。用气动马达代替电动机作为驱动机构，进一步简化了旋转阀系统的复杂度。

本发明的技术方案中提出了一种无接触式的旋转阀，通过在旋转阀的转子上设置高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔以及在定子上对称设置气槽，降低了旋转阀中高压和低压间的切换阻力；在转子上设置高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔，可以使高压气体进出旋转阀时不对转子产生径向力，从而在只使用一个高压进气口管道和一个低压进气口管道的情况下，使旋转阀能平衡稳定的工作，不需要增加高、低压进气口管道数目，降低了旋转阀系统的复杂性；通过在转子的高、低压气体缓冲腔上分别设置缺口，这样转子旋转一周可完成二次高、低压间的切换，提高了旋转阀高压和低压间的切换频率，当需要进一步提高高压和低压间的切换频率时，无需增加高、低压进气口管道的数量，只需增加转子上缺口的数量，即可在不改变驱动机构频率的情况下进一步提高高压和低压间的切换频率。本发明中的旋转阀是一种运行可靠、长寿命和低噪音的旋转阀。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种旋转阀，包括定子、设置在所述定子内的转子、驱动所述转子旋转的驱动机构和与所述定子连接的密封盖，所述定子和转子间存在间隙，所述转子内设置有气体流道，其特征在于，所述转子的圆周方向上设置有高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔，所述高压气体缓冲腔和低压气体缓冲腔上分别设置有缺口，所述转子的圆周方向上还设置有与所述气体流道相通的凹槽；所述定子上设置有与所述高压气体缓冲腔相通的高压进气口、与所述低压气体缓冲腔相通的低压进气口以及与所述凹槽相通的气槽；所述气槽通过所述凹槽和所述高压气体缓冲腔上的缺口导通所述气体流道和所述高压进气口，或者，所述气槽通过所述凹槽和所述低压气体缓冲腔上的缺口导通所述气体流道和所述低压进气口。

2.根据权利要求1所述的旋转阀，其特征在于，所述气槽为二个，且对称设置在所述定子上。

3.根据权利要求1所述的旋转阀，其特征在于，所述高压气体缓冲腔上的缺口为二个，且对称设置在所述高压气体缓冲腔上；所述低压气体缓冲腔上的缺口为二个，且对称设置在所述低压气体缓冲腔上。

4.根据权利要求1所述的旋转阀，其特征在于，所述转子通过二个轴承支撑，所述轴承位于转子的同侧或者两端。

5.根据权利要求1所述的旋转阀，其特征在于，所述驱动机构与所述转子通过联轴器连接。

6.根据权利要求5所述的旋转阀，其特征在于，所述驱动机构为电动机。

7.根据权利要求5所述的旋转阀，其特征在于，所述驱动机构为气动马达。

8.根据权利要求7所述的旋转阀，其特征在于，所述密封盖上设置有气动马达高压入口和气动马达低压出口，所述气动马达高压入口和所述高压进气口连接相同的高压源，所述气动马达低压出口和所述低压进气口连接相同的低压源。

9.根据权利要求8所述的旋转阀，其特征在于，所述气动马达高压入口连接的高压气道上还设置有流量阀，所述流量阀用于控制流入所述气动马达的气流量，以调节所述气动马达的转速。

10.根据权利要求7所述的旋转阀，其特征在于，所述气动马达位于其所在腔体的偏心位置，所述气动马达与其所在腔体之间设置有可伸缩的气动马达叶片。