CN101929463A - 一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构 - Google Patents

Abstract

本发明是在中国专利ZL03114505.1的基础上，设计出一种用于球形压缩机的带有新型铰链密封结构，球形压缩机的中心销、转盘销座与活塞销座之间形成的柱面铰链，在形成柱面铰链的销座上的凹槽内设置一镶块，镶块的形状为两侧厚中间薄的扇形块结构，镶块位于凹槽底部，镶块的形状与凹槽、形成柱面铰链的销座上的半圆柱凸起的外圆柱面的形状相适配并分别形成密封动配合；当在柱面铰链两侧形成的交替压缩的工作室的一侧处于高压状态时，镶块位于该工作室的侧面受压，使镶块向低压侧有一微小相对移动，从而使镶块与凹槽底面和半圆柱凸起的圆柱面的靠近高压侧的间隙减小，而且压力越大间隙越小。

Description

一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构

技术领域

本发明涉及一种铰链密封结构，特别是一种用于球形压缩机活塞与转盘相连接的铰链结构的密封。

背景技术

专利号是ZL03114505.1、专利名称是《一种用于压缩机的变容式机构》的中国专利中公开了一种新型的容积式压缩机，其具有无进排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等优点。

但在该专利中活塞与转盘连接铰链结构的设计存在实施缺陷。在中国专利ZL03114505.1中，一种结构为活塞销座与转盘销座相匹配，并由中心销连在一起形成柱面铰链连接，这种结构中两个销座中间形成一半圆柱凹槽，这种结构不适合大规模工业化生产，并且精度难以保证，从而影响密封效率，这会使整机的性能受到影响；另一种结构没有中心销，在转盘上形成的开口小于180度的“C”型铰链柱套与在活塞上形成的“Ω”型圆柱转轴形成柱面铰链连接，起到一定的铰链连接作用，但这种结构受力能力差，在缸内有高压气时很容易产生变形，使密封作用失效并会导致其它部位机械摩擦增大。

发明内容

本发明的目的就是在中国专利ZL03114505.1的基础上，设计出一种用于球形压缩机的带有新型铰链密封结构，以克服中国专利03114505.1的缺陷，使密封更可靠也适合大规模生产，从而提高整机性能。

本发明的技术方案是，一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构，其特征是：球形压缩机的中心销、转盘销座与活塞销座之间形成的柱面铰链，在形成柱面铰链的销座上的凹槽内设置一镶块，该镶块位于凹槽底部，其形状为中间薄两侧厚的扇形块结构，并与凹槽及与半圆柱凹槽相对应的半圆柱突起的外圆柱面面形状相适配并分别形成密封动配合。

所述镶块的内圆柱面与形成柱面铰链的销座上的半圆柱凸起的外圆柱面相匹配，形成密封动配合；镶块的两端面为平面，与凹槽的两侧壁形成密封动配合；镶块的顶面的形状与凹槽底面形状相适配并形成密封动配合；镶块的两侧面为平面，镶块装入凹槽后其两侧面与凹槽的两端侧顶面平齐；当在柱面铰链两侧形成的交替压缩的工作室的一侧处于高压状态时，镶块位于该工作室的侧面受压，而使镶块向低压侧有一微小相对移动，从而使镶块与凹槽底面和半圆柱凸起的圆柱面靠近高压侧的间隙减小，起到高压侧间隙自动减小，而且压力越大间隙越小。

所述镶块凸起的顶面为圆弧面，与之相配的柱面铰链的销座上的凹槽底面也为圆弧面。

所述镶块的顶面为平面，与之相配的柱面铰链的销座上的凹槽底面也为平面。

根据中心销、活塞销座与转盘销座形成柱面铰链的具体结构，所述镶块可以位于活塞销座的凹槽中，也可以位于转盘销座的凹槽中。

本发明的优点：

(1)利用交替变化的缸内压力为能量源，通过镶块的位移使柱面铰链的靠近高压侧径向间隙自动变小，而且压差越大，密封越可靠，可称为间隙自动补偿结构；

(2)从结构设计上保证了大规模制造的可行性，如图9中双点画线就是旋转刀具的示意位置；

(3)由于设计了间隙自动补偿结构，可使铰链结构中间部分的径向配合制造精度大幅下降，降低了制造难度和制造成本；

(4)由于实际运转中，活塞相对于转盘的摆动速度通常都不会超过主轴转速的20％，而且是形成的两个工作腔交替压缩，润滑条件能保证各部位有油膜，所以镶块处不会产生表面摩擦带来的高能耗及损坏；

(5)由于镶块的移动量非常小，而且是交替错动，又有油膜存在于各间隙中，所以不会产生冲击噪音和损坏。

附图说明

图1：结构剖面图；

图2：机壳剖面图；

图3：图2中A-A剖面图；

图4：转盘主视图；

图5：图4所示转盘左视图

图6：图4所示转盘俯视图；

图7：活塞与镶块组合体主视图；

图8：图7所示的活塞与镶块组合体左视图；

图9：活塞主视图；

图10：图9所示的活塞左视图；

图11：镶块主视图；

图12：图11所示的镶块俯视图；

图13：柱面铰链密封结构放大图；

图14：另一种实施方式的活塞与镶块组合体结构示意图。

图中：1-活塞；2-缸盖；3-气道；4-V1工作室；5-连接螺钉；6-主轴；7-主轴支架；8-转盘；9-缸体；10-中心销；11-V2工作室；12-排气通道；13-进气通道；14-镶块。

具体实施方式

图1为本发明的球形压缩机实施例结构剖面图，该球形压缩机包括缸体9、缸盖2、活塞1、镶块14、转盘8、主轴6、主轴支架7和中心销10，缸体9和缸盖2通过连接螺钉5相连形成一个球形内腔；如图9、图10所示，活塞1具有球形顶面、从球形顶面中央伸出一活塞轴、两个成一定角度的侧面、气道3和在活塞1两侧面下部形成的活塞销座，活塞销座为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在其轴线方向上有贯通的销孔；缸盖2上设有与活塞轴相配的轴孔，活塞1可绕活塞轴在轴孔中自由转动，活塞球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；

转盘8的结构如图4、图5、图6所示，转盘8的下端面中心伸出一转盘轴，转盘8的上部和下端面之间的外周面为转盘球面，转盘球面与球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；在转盘8的上部与活塞销座相对应有一转盘销座，转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱；

中心销10插入活塞销座和转盘销座，主轴支架7与缸体9通过连接螺钉5相连，为主轴6的旋转提供支撑，主轴6的一端为偏心斜孔，偏心斜孔位于缸体9内与转盘轴相连，另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；上述活塞轴和转盘轴及主轴6的轴线都通过球形内腔的球心，并且活塞轴和转盘轴的轴线与主轴6的轴线形成相同的夹角α；中心销10插入活塞1的活塞销座和转盘8的转盘销座的销孔形成柱面铰链，活塞1与转盘8通过柱面铰链形成密封动连接，并把转盘8的上端面与球形内腔形成的半球形空腔分割成V1工作室4和V2工作室11；

镶块14如图11、图12所示，镶块14为两侧厚中间薄的扇形块结构，镶嵌在活塞1的活塞销座中部凹槽中，其内圆柱面形状与转盘8凸起的半圆柱面形状相适配形成密封动配合，其凸起的顶面为与活塞1的活塞销座凹槽底面相适配的外圆柱面，镶块14的两侧面与活塞楔形面平齐，镶块14的两端面与活塞销座中部凹槽的两侧壁形成密封动配合；活塞1与镶块14组合形成球形压缩机的活塞，活塞与镶块形成组合体结构如图7、图8所示；

图13是柱面铰链密封结构放大图，球形压缩机的中心销10、转盘8与活塞1之间形成的柱面铰链，在形成柱面铰链的活塞销座上的中部凹槽内设置一镶块14，该镶块14位于活塞1的活塞销座的凹槽底部，其形状为中间薄两侧厚的扇形块结构，并与凹槽及与凹槽相对应的半圆柱突起的外圆柱面的形状相适配并可分别形成密封动配合；镶块14的内圆柱面与形成柱面铰链的转盘销座上的凸起的半圆柱面相匹配，形成密封动配合；镶块14的两端面为平面，与活塞销座凹槽的两侧壁形成密封动配合；镶块14的凸起顶面的形状与活塞销座的凹槽底面形状相适配并形成密封动配合，夲实施例中镶块14的顶面为圆弧面，与之相配的活塞销座的凹槽底面也为圆弧面，利于旋转刀具的切削，有利于大规模制造，如图9中双点画线就是旋转切削刀具的示意位置；镶块14的两侧面为平面，镶块14装入活塞销座的凹槽后其两侧面与凹槽的两端侧顶面即活塞1的楔形平面相平齐；当在柱面铰链两侧形成的交替压缩的工作室的一侧处于高压状态时，如当在图中V1工作室4处于压力高压状态，V2工作室11处于较低压力状态时，V1工作室4内的工质就要通过各种间隙向低压的V2工作室11中泄漏，但由于此时镶块14位于V1工作室4的侧面受压，而使镶块14向低压侧有一微小相对移动，由于镶块14为两侧厚中间薄的结构，所以图中活塞1上的A部位和转盘8上的B部位就会阻止镶块的移动，微小移动使该两处的间隙变为最小；当V2工作室11处于高压状态时，有对应的相同效应。V1工作室4和V2工作室11压力交替变化，镶块14也交替地从高压室向低压室有微小移动，起到高压侧铰链中部径向密封间隙自动减小的作用，而且压力越大间隙越小，起到阻止工质从高压室向低压室泄漏。

主轴6转动时驱动转盘8，转盘8带动活塞1运动(图中主轴6的转向是从缸盖2看主轴6作顺时针转动)；活塞1的运动是唯一的绕自身轴线的转动，转盘8的运动是有两种运动的合成：一是绕自身轴线的转动，另一是其轴线始终通过球形缸的球心，并在以球形缸的球心为顶点、锥角为2α、轴线与主轴6的轴线重合的虚拟锥体表面周向移动(即转盘8的轴线扫过上述锥体的锥面)，移动的周期与主轴6旋转的周期同步；以上空间机构的运动都是旋转性质的运动，故没有高振动运动件，这种空间运动的合成结果为：活塞1和转盘8有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴旋转周期的一倍，摆动的幅度为4α；利用这种相对摆动作为容积变化的基本运动要素，形成压力交替变化的V1工作室4和V2工作室11，在活塞1上设置有气道3，在缸盖2的内球面上设置有进气通道12和排气通道13，其结构如图2、图3所示，利用活塞1的旋转以及活塞1的球形表面与缸盖2的球形缸内表面的配合，作为所有进排气口打开、关闭的基本运动要素，通过气道3与进气通道12和排气通道13的通断实现进气和排气控制。

夲实施例中镶块14是作为活塞1的镶块，实际中也可以根据活塞与转盘的活塞销座的结构，在转盘销座的中部设置凹槽，在该凹槽中设置镶块。根据中心销、活塞销座与转盘销座形成柱面铰链的具体结构，所述镶块可以位于活塞销座的凹槽中，也可以位于转盘销座的凹槽中。

实际中，还可以设计出另一种结构形式的镶块，如图14所示，镶块的顶面设计为平面，与之相配合的活塞销座凹槽的底面也是平面，并且形成密封动配合，这样方便选择加工方法，制造难度下降。

在有些情况下，也可以将镶块固定于凹槽中，靠镶块及与镶块接触的配合面的精度配合，达到密封效果。

Claims (5)

1.一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构，其特征是：球形压缩机的中心销、转盘销座与活塞销座之间形成的柱面铰链，在形成柱面铰链的销座上的凹槽内设置一镶块，该镶块位于凹槽底部，其形状为中间薄两侧厚的扇形块结构，并与凹槽及与凹槽相对应的半圆柱突起的外圆柱面的形状相适配并分别形成密封动配合。

2.一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构，其特征是：所述镶块的内圆柱面与形成柱面铰链的销座上的半圆柱凸起的外圆柱面相匹配，形成密封动配合；镶块的两端面为平面，与凹槽的两侧壁形成密封动配合；镶块的顶面的形状与凹槽底面形状相适配并形成密封动配合；镶块的两侧面为平面，镶块装入凹槽后其两侧面与凹槽的两端侧顶面平齐；当在柱面铰链两侧形成的交替压缩的工作室的一侧处于高压状态时，镶块位于该工作室的侧面受压，而使镶块向低压侧有一微小相对移动，从而使镶块与凹槽底面和半圆柱凸起的圆柱面靠近高压侧的间隙减小，而且压力越大间隙越小。

3.根据权利要求2所述的一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构，其特征是：所述镶块的顶面为凸起的圆弧面，与之相配的柱面铰链的销座上的凹槽底面也为圆弧面。

4.根据权利要求2所述的一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构，其特征是：所述镶块的顶面为平面，与之相配的柱面铰链的销座上的凹槽底面也为平面。

5.根据权利要求1所述的一种用于球形压缩机的铰链密封间隙自动补偿机构，其特征是：根据中心销、活塞销座与转盘销座形成柱面铰链的具体结构，所述镶块可以位于活塞销座的凹槽中，也可以位于转盘销座的凹槽中。

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