CN1016260B - 流体压缩机 - Google Patents

Abstract

一种流体压缩机，它具有外壳、气缸、沿气缸轴向偏心设置的圆柱状旋转体、装在旋转体螺旋槽内能自由滑动的螺旋状叶片、第一轴承、第二轴承和驱动装置。叶片将气缸内周面和旋转体外表面之间的空间划分成多个工作室。驱动装置备有转子，使气缸和旋转体同步旋转，将流入工作室的流体输送至排出侧并向外排出。转子的重心偏离气缸轴线的中间位置而位于第一轴承侧。

Description

本发明所涉及的是对诸如制冷循环的制冷剂气体进行压缩的流体压缩机。

作为已知的流体压缩机，例如在本申请人所获得的美国专利4875842号中提供了一个实例。这种压缩机具有密封的外壳以及装在该外壳之内的压缩部和电动机部。电动机部具有与外壳的内表面相固定的定子以及装配在定子之内并且与之同轴的转子。

压缩部具有一个气缸，它位于转子的内侧并与转子以同轴方式固定连接而成一体，从而能够和转子一起旋转。在气缸的内部装有能够自由旋转并相对于气缸的轴线偏心的活塞。在活塞的外表面上形成了沿活塞的轴向由其一端连续延伸到其另一端的螺旋槽，该螺旋槽的螺距沿着从气缸的吸入侧向排出侧的方向逐渐减小。在上述螺旋槽中嵌入了具有适当弹性的叶片。

气缸与活塞之间的空间被上述叶片隔成了工作室，这些工作室的容积从气缸的吸入侧向排出侧逐渐减小。通过上述电动机使气缸和活塞同步地旋转，从气缸的吸入端将制冷循环中的制冷剂气体吸入到工作室内。被引入的气体朝着气缸的排出侧移动，同时被逐渐压缩，变成高压并从气缸的排出侧输出到密封外壳的内部。

气缸的吸入侧端部由固定在外壳内表面上的主轴承来支持，并能够自由在地在主轴承内旋转。另外，在气缸的排出侧端部嵌合了副轴承，该副轴承被设计成相对于外壳在气缸的直径方向能位移。因 此，气缸实质上处于悬伸支持状态。

电动机部的转子被固定在气缸的轴向方向的中间，电动机部的重心，特别是转子的重心也位于气缸的轴向方向的中间。因此，转子的重心离开外壳内表面上固定主轴承的固定面有一个较长的距离。

如上所述，在这种其气缸处于悬伸支持状态的压缩机中，气缸和转子等部件的支持状态对旋转特性很大的影响。在各构件之间对中心不很理想的情况下，例如在转子的轴与气缸的轴之间，或者在转子的轴与定子的轴之间存在偏移的情况下，就会以主轴承的固定面与气缸中心轴的交点为中心，产生气缸和转子的振摆回转。特别是对上述类型的压缩机来说，当转子的重心离主轴承固定面的距离较大时，气缸的转子的振摆回转就会增大。其结果就是使压缩机的振动和噪音增大，与此同时轴承滑动部的摩擦损失增加，从而使压缩机的运转效率降低。更为严重的是使转子和定子相互接触，就有使它们受到损伤的危险。

本发明就是针对上述缺点而提出来的，其目的是尽可能地减小振动和噪音，与此同时降低轴承滑动部分的摩擦损失，提供一种具有高可靠性和耐用性的流体压缩机。

为了达到上述目的，在本发明的流体压缩机中，电动机部的转子与气缸的固定方式使得转子的重心从气缸的轴线方向的中间偏移到主轴承一侧的位置上。

一旦采用这样的结构，包括转子在内的旋转体的重心就会接近变成振摆回转起点的主轴承固定面，因此能够减小旋转体振摆回转量。

另外，根据本发明的最佳实施方案，转子的配置方式使其重心在气缸中心轴上并位于主轴承内，若采用这样的结构就进一步地减小了旋转体的振摆回转量。

图1至图4显示了本发明流体压缩机的一个实施例，其中：

图1是压缩机整体的剖面图;

图2是主轴承部分放大的剖面图;

图3是旋转杆的侧视图;

图4是叶片的侧视图。

以下将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1显示了本发明的一种实施例，它适合于对制冷循环的制冷剂进行压缩的密封式压缩机。

压缩机具有外壳10、装在该外壳内的电动机部12以及由该电动机部所驱动的压缩部14。外壳10具有大致呈杯状的大直径部分10a以及小直径部分10b，它们的开口部分被设计成能使它们相互接合起来。

如图1和图2所示，电动机部12具有被固定在外壳10大直径部分10a的内表面上的大致呈环状的定子16，以及位于定子之内并与定子同轴的大致呈环状的转子18。电动机部12被装在偏离外壳10轴线方向中心的端侧，也就是偏移到大直径部分10a的底壁侧。此外，转子18的重心C在转子中心轴线B上，并位于转子轴线方向的中间位置。

压缩部14备有气缸20，它具有吸入侧和排出侧。该气缸的吸入侧端部的外表面与转子18以同轴的方式固定一起。气缸20的右端部，亦即吸入侧端部，由固定在外壳10大直径部分10a的内表面上的主轴承22来支持并且能够在该轴承内自由地旋转，同时提供气密密封。 轴承22具有圆柱形的插入部24，它插入到气缸20的内部，并且相对于气缸能自由地滑动。同时轴承22还具有与大直径部分10a的底面相固定的底端面22a和位于气缸内并与上述底面面相对应的前端面22b。

此外，在气缸的左端部，亦即排出侧端部，装有副轴承26。副轴承26具有插入到气缸20的排出侧端部之内并能够相对于气缸自由滑动的圆柱形插入部28，它对气缸的排出侧端部形成气密密封。轴承26由板状弹簧组成的弹性支持部件30予以支持，从而相对于外壳10能在气缸20的径向方面上位移。更详细地说，支持部件30由固定在气缸小直径10b底面上的固定片32支持，并且能够在气缸20的径向方向上移动。支持部件30与轴承26的底端面相配合，并将轴承26压向气缸的排出侧端部，从而使轴承相对于气缸的转动受到限制。

如上所述，气缸20及转子18由主轴承22以悬伸方式给以支持，同时也通过轴承22和26以同轴于定子16的方式进行支持。

转子18，气缸20以及主轴承22的配置关系按下述方式予以设定。

如图1和图2所示，转子18固定在气缸20的吸入侧端部，其重心C偏离气缸20轴线方向中心位置G，位于靠近主轴承22的某一位置上。在本实施例中，转子18的重心C位于主轴承22之内，也就是在气缸20的中心轴线B上的处于轴承22的底端面22a与前端面22b之间的某一位置上。

假设气缸20的中心轴线B与主轴承22底端面22a的交点为基准位置O，中心轴线B与前端面22b的交点为P。在这一情况下，设基准位置O与转子18的重心C的距离为E，基准位置O与前端面22b上的P点的距离为F，则E和F之间的关系是：E＜F。

如图1所示，在气缸20的内部装有作为旋转体的旋转杆34，它沿气缸20的轴向方向延伸。杆34具有其直径小于气缸20之内径的圆柱形杆本体35，以及从本体的两端延伸出的与本体同轴的一对颈36a和36b。杆34的安装位置是使其中心轴线A相对于气缸20的中心轴线B有一个偏差e，与此同时本体35的外表面的一部分与气缸20的内表面相接触。轴颈36a和36b插入到贯穿轴承22和26的支持孔22c和26a之中，并且能够在各自的支持孔中自由旋转。这样，旋转杆34通过轴承22和26而获得能够自由旋转的支持。

如图1，图3，和图4所示，在杆本体35的吸入侧端部的外表面上形成了啮合槽，在啮合槽中插入了从气缸20的内表面突出的驱动销38，它能够沿气缸的径向方向进退自如地插入啮合槽。因而，当电动机部12通电、使气缸20和转子18一起旋转时，气缸的旋转力和通过销子38传给旋转杆34，其结果就是使杆34在其一部分外表面与气缸20的内表面相接触的状态下在气缸内旋转。

如图1和图3所示，在杆本体35的外表面上形成了延伸到杆的两端间的螺旋槽40。槽40的螺距沿着从气缸20的吸入侧到排出侧的方向逐渐减小。槽40的深度和宽度在槽的全长范围内分别大致恒定。在图3中，标号a-e分别显示了沿着从气缸20的排出侧到吸入侧的方向槽40的各圈之间的螺距。

在槽40中嵌合了如图4所示的螺柱状叶片42，叶片的各部分都能够沿着杆34的径向方向相对于槽40自由地进退。叶片42的外表面紧贴在气缸20的内表面上。

叶片42的厚度在其全长范围内与槽40的宽度大致相等。另外， 叶片42各部分的径向尺寸大致等于槽40的深度。在将叶片42装入槽40之前，预先使叶片42的各圈之间的螺距从叶片的一端到另一端逐渐减小，使叶片42的螺距以及叶片的侧面42a的形状分别与槽40的螺距及侧面形状相一致。也就是说，从叶片42左端到右端的各圈螺矩a-e分别与相对应的槽40的排出侧到吸入侧之间的各圈螺矩大致相同。此外，叶片42各部分的倾斜角及形状也分别与槽40的各对应部分相同。

上述结构的叶片42，例如可以采用使其螺旋槽与上述螺旋杆相同结构的铸模，通过在这样的螺旋槽内注入所需的材料而形成。

如图1所示，通过叶片42，将气缸20的内表面与杆本体35的外表面之间的空间，从吸入侧到排出侧被隔成了多个并列的工作室44。每个工作室44由叶片42的两个相邻的螺纹圈间隔来确定，它沿着叶片从杆34和气缸20的内表面一个接触部延伸到下一个接触部，大致呈月牙状。各个工作室44的容积沿着从气缸20的吸入侧到排出侧的方向逐渐减小。

在支持气缸吸入侧端部的轴承22上贯穿形成了沿气缸20轴向方向延伸的吸入孔46。该吸入孔46的一端具有与气缸吸入侧内部相通的开口，另一端连接制冷循环的吸入管48。另外，在支持气缸20的排出侧端部的轴承26上形成了沿气缸轴向延伸的排出孔50。该排出孔50的一端具有与气缸20的排出侧内部相通的开口，另一端则通过支持部件30朝外壳10的内部开口。另外，排出口50也可以在气缸20上形成。

在外壳10的底部存有润滑油。在图1中，标号52为与外壳10的内部相通的排出管。

以下将对具有上述结构的压缩机的动作进行说明。

首先，当电动机部12接通电源时，转子18和气缸20开始旋转。同时，旋转杆34在其外表面的一部分与气缸20的内表面相接触的状态下被驱动进行旋转。由于叶片42在其外表面与气缸20的内周面相接触的状态下旋转，叶片42的各部分随着接近杆支体35外表面与气缸20内表面的接触面而被压入到槽40的内部，随着远离上述接触面而从槽40向外移动。压缩部14一旦开始动作，就通过吸入管48和吸入孔46将制冷剂气体吸入到气缸20之中。该气体随着旋转杆34的旋转，从气缸20的吸入侧向排出侧通过多个工作室44顺次地输送。由于工作室44的容积沿着从气缸20的吸入侧到排出侧的方向逐渐减小，因此制冷剂气体在输送到排出侧的过程中也就被逐渐压缩。被压缩的制冷剂气体通过在轴承26上形成的排出孔50排出到外壳10的内部，再通过排出管52返回到制冷循环中去。

根据上述结构的流体压缩机，电机部12的转子18与气缸20的固定方式是使转子18的重心从气缸20的轴向中间位置偏置在主轴承22侧。特别在本实施例中，转子18的重心C位于主轴承22之内，因此，转子18的重心C接近于主轴承22的固定面22a上的基准点O，从而大幅度地减小了转子18、气缸20以及作用在主轴承22上的基准点O旋转的转动惯量。

若使用上述压缩机，其结果就能减少由转子18的固有振动频率、转子18和气缸20的轴心偏移、转子18和主轴承22的轴心偏移、以及转子18和定子16的轴心偏移等原因所引起的转子、气缸和主轴承的振摆回转，因此也就能减小了压缩机工作时的振动以及由这样的振动所引起的噪音。此外，还减小了由于转子、气缸体和主轴承的振摆 回转所引起的气缸与主轴承之间以及旋转杆与主轴承之间的摩擦损失，从而提高了压缩机的运转效率及可靠性。

根据本实施例，叶片42在嵌合到旋转杆34的螺旋槽40内之前，预先形成了和槽40相同的形状和螺距，由此可以获得下述优点。

在以前的压缩机中，首先以较容易成型的方式使叶片成型，例如先制成等螺距状的，然后再将叶片拧入旋转杆的螺纹槽中。更详细地说，将叶片形成与螺旋槽不同的螺距和形状之后，再沿着螺旋槽的螺距在其轴向方向上拉伸叶片，使叶片在产生弹性变形的状态下装入旋转杆的螺旋槽内。然而，如果叶片在其轴向方向产生较大的变形，叶片各部分的形状就会和螺旋槽各部分的形状不相一致，从而使叶片的各部分不能在螺旋槽里平滑地移动。因此，过去作为叶片的材料必须采用比较柔软的具有充分弹性的材料。

在采用过于柔软的材料来制作叶片的情况下，叶片在作用于方形螺纹上的压力差的作用下沿着槽的壁面形状自由地产生较大的变形。因此，叶片容易在螺旋槽内沿槽的圆周方向移动，其结果就是会使叶片的端部和槽的端部接触，或者有时会使叶片从槽中脱出，这时，会使叶片和螺旋槽中的一者或两者产生变形或受到损坏，其结果就是降低压缩机的可靠性和耐用性。考虑到上述问题，就使适当地选择叶片的材料变得非常困难。

但是，根据本实施例，如上所述，叶片42预先形成和旋转杆34的螺旋槽40相同的形状和螺距，因此不需要沿其轴向拉伸叶片使之产生弹性变形，可以自然地将叶片装入螺旋槽。此外，还可以较为自由地选择叶片的材料，能采用比比以往所用材料弹性更小的较为硬质的材料。因而，叶片就不会沿着槽的形状产生较大的变形，能够防止叶片沿槽的园周方向的移动。因此，叶片的端部不会和槽的端 部接触，叶片也不会从槽中脱出，防止了槽和叶片的变形和损坏，其结果是提高了压缩机的可靠性和耐用性。

本发明不仅仅限于上述实施例，在本发明的范围之内还可以作出种种变化。例如，本发明并不仅仅限于制冷循环用途的压缩机，也可以用于其他用途的压缩机。另外，主轴承的固定面除了直接固定在外壳的内表面上外，还可以在固定面和外壳内表面之间设置诸如台座之类的中间构件。

Claims (7)

1、一种流体压缩机，包括：

密封的外壳(10)；

装在该外壳中并带有吸入侧端和排出侧端的气缸(20)；

在该气缸内沿气缸轴线方向偏心地设置的圆柱形旋转体(34)，它能在其一部分与气缸内表面相接触的状态下和气缸同步旋转；

在上述旋转体的外表面上形成的以螺旋状态延伸的槽(40)，该槽的螺距沿着从气缸吸入侧端向排出侧端的方向按预定的变化率减小；

在上述槽内气缸径向嵌合的能自由滑动的螺旋状叶片(42)，该叶片具有紧贴在气缸内表面上的外表面，并将气缸内表面和旋转体外表面之间的空间划分为多个工作室；

固定在密封外壳上的第一轴承(22)，该轴承自由旋转地支持气缸的一个端部，同时也自由旋转地支持对应的旋转体的一个端部；

第二轴承(26)，该轴承自由旋转地支持着气缸的另一端部，同时也自由旋转地支持着旋转体的另一端部；

驱动装置，使气缸和旋转体同步旋转，将从气缸吸入侧端流入到工作室的流体顺次输送到气缸排出侧端的工作室内，然后从气缸的排出侧端朝外排出；

其特征在于：

所述驱动装置设有一个固定在气缸上并与气缸成一体共同旋转的转子(18)，其重心偏离气缸轴线的中间位置而位于第一轴承一侧。

2、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于上述的转子固定在上述气缸的外表面上，其重心位于气缸的中心轴线上。

3、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于上述第一轴承具有插入到气缸端部的插入部、与上述外壳相固定的固定面和置于气缸内部的前端面，上述转子的重心位于上述固定面与前端面之间的气缸中心轴线上。

4、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有一个被固定在上述密闭容器的内表面上的定子，它处在上述转子的外侧并与其同轴的位置上，由该定子和上述转子构成电动机部。

5、如权利要求1所述的流体压缩机，其特征在于上述叶片预先使其螺距按照与上述螺旋槽相同的变化率减小那样形成螺纹。

6、一种流体压缩机，包括：

密封外壳;

装在外壳中并带有吸入侧端和排出侧端的气缸;

在该气缸内沿气缸轴线方向偏心地设置的圆柱形旋转体，它能使其在其一部分与气缸内表面相接触的状态下和气缸同步旋转;

在上述旋转体的外表面上形成的以螺旋状延伸的槽，该槽的螺距沿着从气缸吸入侧端向排出侧端的方向按预定的变化率减小;

在上述槽内沿气缸径向嵌合的能自由滑动的螺旋状叶片，该叶片具有紧贴在气缸内表面上的外表面，并将气缸内表面和旋转体外表面之间的空间划分为多个工作室;

固定在密封外壳上的第一轴承，该轴承自由旋转地支持气缸的一个端部，同时也自由旋转地支持对应的旋转体的一个端部;

第二轴承，该轴承自由旋转地支持着气缸的另一端部，同时也自由旋转地支持着旋转体的另一端部，

驱动装置，使气缸和旋转体同步旋转，将从气缸吸入侧端流入到工作室的流体顺次输送到气缸排出侧端的工作室内，然后从气缸的排出侧端朝外排出;

其特征在于：

所述驱动装置设有一个固定在气缸上并与气缸成一体共同旋转的转子，其重心在上述第一轴承内并位于气缸中心轴线上。

7、如权利要求6所述的流体压缩机，其特征在于上述第一轴承具有插入到气缸端部之中的插入部、与上述外壳相固定的固定面、和位于气缸之内的前端部，所述转子的重心位于上述固定面和前端面之间的气缸中心轴线上。

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