CN102182688B - 二级压缩的压缩机 - Google Patents

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本发明涉及二级压缩的压缩机，包括涡旋机构和转子机构，涡旋机构实现第一级压缩，转子机构实现第二级压缩，涡旋机构和转子机构处于同一壳体内，由同一电机驱动，涡旋机构从压缩机进气口吸入气体，压缩后进入转子机构的进气口，经转子机构的压缩后排出压缩机；对于某些应用，涡旋机构压缩后的气体可经冷却后再进入转子机构。相对于转子机构，在单转体积吸气量较大的场合，涡旋机构能取得较好的效率；采用涡旋机构实现第一级压缩，有利于压缩机能效的提高；相比于采用两台压缩机的二级压缩系统，具备较好的经济性和更紧凑的结构。

Description

二级压缩的压缩机
技术领域
本发明涉及一种可实现二级压缩的压缩机，尤其涉及一种由涡旋机构和转子机构组成的可实现二级压缩的压缩机。
背景技术
涡旋机构因其较高的能效和紧凑的结构而被广泛地应用于中功率(3-15匹)的空调和冷冻系统的压缩。转子机构因其简单的结构和较好的经济性，在小功率(1-3匹)的空调系统中也得到了广泛的应用，但在低温冷冻和热泵热水器等应用领域，因压缩比较高，单级的涡旋压缩机构和转子压缩机构都很难满足使用要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种二级压缩的压缩机。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
二级压缩的压缩机，特点是：包括：
驱动轴，设有至少两个曲柄，第一曲柄和第二曲柄；
涡旋机构，包括第一涡旋盘和第二涡旋盘，第一涡旋盘上的涡卷和第二涡旋盘上的涡卷相互啮合形成多对相对密封的腔体，第二涡旋盘上与涡卷相反的一端设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与驱动轴的第一曲柄联接，第二涡旋盘在驱动轴的第一曲柄的驱动下相对第一涡旋盘作无相对转动的公转运动；
转子机构，包括转动体、滑片和本体，转动体、滑片和本体的内圆柱面构成两个腔体，转动体上设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与驱动轴的第二曲柄联接，转动体在驱动轴的第二曲柄的驱动下绕驱动轴的轴线转动使两个腔体的体积变化进行排气和吸气；
电机，其转子与驱动轴固接，为涡旋机构和转子机构提供驱动；
主支承架，设有止推面和轴承孔，止推面支承第二涡旋盘，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承支承驱动轴的主轴颈；
涡旋机构的吸气口与压缩机的吸气口接通，转子机构的吸气口经通道与涡旋机构的排气口接通；涡旋机构的单转体积吸气量大于转子机构的单转体积吸气量。
上述的二级压缩的压缩机，其中：
第一曲柄上设置有与所述驱动轴轴线平行的驱动平面，所述驱动平面与所述第一曲柄的偏心方向设有角度；
驱动轴套，设有外圆柱面和内表面，内表面里设置有与所述外圆柱面轴线平行的驱动平面，所述驱动轴套的驱动平面与所述的第一曲柄上的驱动平面配合，驱动轴套沿驱动平面与所述第一曲柄产生相对滑动；
压缩机运行时所述驱动轴的第一曲柄通过所述的驱动轴套驱动所述第二涡旋盘实现相对所述第一涡旋盘的无相对转动的公转运动；所述公转运动的驱动力由所述的驱动平面传递，所述公转运动的驱动力在公转半径径向的分力使所述第一涡旋盘和所述第二涡旋盘的涡卷侧向接触力增大或缩小。
上述的二级压缩的压缩机，所述涡旋机构和所述转子机构分别布置在主支承架的两端，转子机构位于距电机较近的一侧，转子机构的本体固定在主支承架上。
上述的二级压缩的压缩机，所述驱动轴的第一曲柄和第二曲柄的偏心方向相差180度。
本发明的优点是：
①相对于转子机构，在单转体积吸气量较大的场合，涡旋机构能取得较好的效率；采用涡旋机构实现第一级压缩，有利于压缩机能效的提高；
②涡旋机构的实际压缩比取决于涡旋机构的单转体积吸气量和转子机构的单转体积吸气量；通过改变涡旋型线和涡旋排气孔来优化涡旋机构的理论压缩比，使之与实际压缩比匹配，从而有利于减小涡旋压缩机构的能耗；
③相比于采用两台压缩机的二级压缩系统，具备较好的经济性和更紧凑的结构；
④由于涡旋机构采用了径向柔性密封结构，对径向的制造误差和安装误差比较不敏感，从而减小了涡旋机构的误差对转子机构的影响。
附图说明
图1：由涡旋机构和转子机构构成的二级压缩机的侧向剖面图；
图2：图1涡旋机构的三维拆解示意图；
图3：图1转子机构的三维拆解示意图；
图4：图1涡旋机构的轴向剖面图；
图5：图1转子机构的轴向剖面图；
图6：涡旋机构的驱动力的分解图。
各附图标记的含义：
1-吸气口；2-壳体；3-顶盖；4-隔板；5-第一涡旋盘；6-第二涡旋盘；7-十字滑环；8-驱动轴套；9-主支承架；10-转动体；11-盖板；12-电机；13-驱动轴；14-平衡块；15-下轴承；16-底盖；17-密封元件；18-密封元件；19-销钉；20-管道；22-弹簧；23-螺钉；24-轴承；28-方销；29-方销；30-曲柄；31-驱动平面；32-轴承座；33-驱动平面；34-外圆柱面；35-轴承孔；36-内圆柱面；37-外圆柱面；38-主轴颈；39-曲柄；40-内孔；41-滑槽；42-本体；43-腔体；44-滑片；45-吸气口；46-单向阀；47-排气口；48-腔体；49-排气孔；50-吸气口；51-压缩腔；52-涡卷；53-涡卷；56-背压腔；57-轴承孔；58-轴承套；59-低压腔；60-高压腔；62-槽；63-槽；64-下轴颈。
具体实施方式
设计一种由涡旋机构和转子机构组成的可实现二级压缩的压缩机，包括：
驱动轴，有至少二个曲柄：第一曲柄和第二曲柄。
涡旋机构，包括第一涡旋盘、第二涡旋盘和防转动机构。第一涡旋盘和第二涡旋盘的涡卷可相互啮合形成多对相对密封的腔体。第二涡旋盘上与涡卷相反的一端设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与所述驱动轴的第一曲柄联接，第二涡旋盘在所述驱动轴的第一曲柄的驱动下可实现相对第一涡旋盘的无相对转动的公转运动。
转子机构，包括转动体、滑片、单向阀和本体。所述转动体、滑片和本体的内圆柱面可构成二个腔体，所述转动体上设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与所述驱动轴的第二曲柄联接，所述转动体在所述驱动轴的第二曲柄的驱动下可绕所述驱动轴的轴线转动，导致所述二个腔体的体积变化从而实现排气和吸气。
电机，其转子与所述驱动轴固接，为所述涡旋机构和所述转子机构提供驱动。
主支承架，有止推面和轴承孔。所述止推面支承所述第二涡旋盘，所述轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承支承所述驱动轴的主轴颈。
所述涡旋机构的吸气口与压缩机的吸气口接通，所述涡旋机构实现第一级压缩。所述转子机构的吸气口经通道与所述涡旋机构的排气口接通，所述转子机构实现第二级压缩。所述涡旋机构的单转体积吸气量大于所述转子机构的单转体积吸气量。
所述涡旋机构和所述转子机构分别布置在所述主支承架的两端，所述转子机构在距所述电机较近的一侧。所述的转子机构的本体固定在所述主支承架上或与所述主支承架一体式设计。所述驱动轴的第一曲柄和第二曲柄的偏心方向大约相差180度。涡旋机构的单转体积吸气量约为所述转子机构的单转体积吸气量的2至4倍。
还设计一种有径向密封结构的二级压缩机，包括：
驱动轴，有至少二个曲柄：第一曲柄和第二曲柄。所述第一曲柄上设置有与所述驱动轴轴线平行的驱动平面，所述驱动平面与所述第一曲柄的偏心方向成一定角度。
驱动轴套，有外圆柱面和内表面。所述内表面里设置有与所述外圆柱面轴线平行的驱动平面，所述驱动轴套的驱动平面与所述的第一曲柄上的驱动平面配合。驱动轴套可沿此驱动平面与所述的第一曲柄产生相对的滑动。
涡旋机构，包括第一涡旋盘，第二涡旋盘和防转动机构。所述第一涡旋盘和所述第二涡旋盘的涡卷可相互啮合形成多对相对密封的腔体。所述第二涡旋盘上与涡卷相反的一端设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与所述驱动轴套的外圆柱面联接。压缩机运行时，所述驱动轴的第一曲柄通过所述的驱动轴套驱动所述第二涡旋盘实现相对所述第一涡旋盘的无相对转动的公转运动。所述公转运动的驱动力由所述的驱动平面传递，所述公转运动的驱动力在公转半径径向的分力使所述第一涡旋盘和所述第二涡旋盘的涡卷侧向接触力增大或缩小。
转子机构，包括转动体、滑片、单向阀和本体。所述转动体、滑片和本体的内圆柱面可构成二个腔体，所述转动体上设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与所述驱动轴的第二曲柄联接，所述转动体可在所述驱动轴的第二曲柄的驱动下绕所述驱动轴的轴线转动，导致所述二个腔体的体积变化从而实现排气和吸气。
电机，其转子与所述驱动轴固接，为所述涡旋机构和所述转子机构提供驱动。
主支承架，有止推面和轴承孔。所述止推面支承所述第二涡旋盘，所述轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承支承所述驱动轴的轴颈。
所述涡旋机构的吸气口与压缩机的吸气口接通，所述涡旋机构实现第一级压缩。所述转子机构的吸气口经通道与所述涡旋机构的排气口接通，所述转子机构实现第二级压缩。所述涡旋机构的单转体积吸气量大于所述转子机构的单转体积吸气量。
所述涡旋机构和所述转子机构分别布置在所述主支承架的两端，所述转子机构在距所述电机较近的一侧。所述的转子机构的本体固定在所述主支承架上或与所述主支承架一体式设计。所述驱动轴第一曲柄和第二曲柄的偏心方向大约相差180度。涡旋机构的单转体积吸气量约为所述转子机构的单转体积吸气量的2至4倍。所述涡旋机构排出的气体经冷却后进入所述转子机构的吸气口。
如图1～5所示，二级压缩的压缩机，由第一涡旋盘5和第二涡旋盘6构成的涡旋机构，第一涡旋盘5的一端设有沿轴向生长的涡卷53，另一端设有排气孔49和背压腔56；第二涡旋盘6的一端设有沿轴向生长的涡卷52，第二涡旋盘的涡卷52与第一涡旋盘的涡卷53等高；第二涡旋盘的另一端设有沿轴向生长的轴承座32，轴承座内设有轴承孔57，轴承孔57内设置有轴承套58。壳体2和底盖16隔离压缩机构于外部环境，隔板4与壳体2和顶盖3将压缩机内部隔离为低压腔59和高压腔60，高压腔60与第一涡旋盘5的排气孔49连通，低压腔59与由第一涡旋盘5和第二涡旋盘6构成的涡旋机构的吸气口50以及压缩机的吸气口1连通。主支承架9固定于壳体2内，主支承架9的一端设有止推面，该止推面支承第二涡旋盘6的基板，主支承架9的另外一端设置有转子机构的本体42。第一涡旋盘5通过销钉19安装于主支承架9上，径向位移和旋转被限制，第一涡旋盘5可沿销钉19的轴线方向有微小的移动。十字滑环7有两对方销29和方销28，分别与第一涡旋盘5上的槽63和第二涡旋盘6上的槽62可滑动地配合。第一涡旋盘5和第二涡旋盘6经十字滑环7耦合，可相对滑动，无相对转动。电机12的定子与壳体2固定，电机12的转子与驱动轴13固接，驱动轴13的主轴颈38支承于安装在主支承架9轴承孔35内的轴承24，驱动轴13的下轴颈64支承于下轴承15。驱动轴13设置有润滑油路。平衡块14置于电机12转子端面以实现压缩机的动平衡。驱动轴13的曲柄30外侧面上设置有与驱动轴13轴线平行的驱动平面31，驱动平面31与曲柄30的偏心半径有一夹角。驱动轴套8有外圆柱面34，驱动轴套8内表面上设置有与其轴线平行的驱动平面33，安装在第二涡旋盘6的轴承孔内的轴承套58内孔与驱动轴套8的外圆柱面34间隙配合形成转动副；驱动轴套8的驱动平面33与驱动轴13上的驱动平面31配合，可相对滑动并传递正压力。驱动轴13的曲柄30通过驱动轴套8与第二涡旋盘6相配。压缩机电机12旋转时，驱动轴13的曲柄30通过驱动轴套8驱动第二涡旋盘6相对第一涡旋盘5作无相对转动的公转运动，第二涡旋盘6的涡卷52和第一涡旋盘5的涡卷53相互啮合形成多对压缩腔(如压缩腔51)，压缩腔沿涡卷自外向内移动，体积渐渐缩小，从而实现对介质的压缩。第一涡旋盘5的背压腔56与涡卷啮合形成的压缩腔51连通，背压腔56内的压力高于低压腔59的压力，低于高压腔60内的压力，背压腔56通过密封元件17、密封元件18和隔离板4形成相对封闭的腔体，其内的压力与高压腔60内的压力(作用在密封元件17区域内)一起推动第一涡旋盘5与第二涡旋盘6相互贴紧，形成轴向密封。由于驱动轴13的驱动平面31与曲柄30的偏心半径有一夹角，驱动平面31和驱动平面33之间传递的正压力可以沿公转半径的径向和切向进行分解，其切向分力为驱动力，其径向分力可以增加或减小第二涡旋盘6的涡卷52和第一涡旋盘5的涡卷53之间的侧向密封力，力分解如图6。
转子机构的本体42内设置有与轴承24同心的内圆柱面36，其深度比转动体10的高度略大(0～0.01mm)。本体42上开设径向的滑槽41，在滑槽41的两侧设置有吸气口45和排气口47。吸气口45经管道20与高压腔60连通；排气口47经单向阀46与外部冷凝设备连通。滑片44宽度略小于滑槽41的宽度，滑片44高度与转动体10基本相等，滑片44可在滑槽41内滑动，滑片44经弹簧22推动与转动体10外圆柱面37贴紧。转动体10设置有同心的内孔40，内孔40与驱动轴13的曲柄39间隙配合形成转动副。压缩机电机12旋转时，驱动轴13的曲柄39驱动转动体10绕驱动轴13的轴线旋转，转动体10的外圆柱面与本体42的内圆柱面36基本贴紧，故而可形成二个腔体43、腔体48。盖板11通过螺钉23安装于本体42，将腔体43、腔体48与低压腔59隔离。当电机旋转时，腔体43为吸气腔，腔体48为排气腔。为便于对涡旋机构的离心力和转子机构的离心力进行平衡，将驱动轴13的曲柄30和曲柄39的偏心方向大致相差180度。
压缩机工作时，第一涡旋盘5、第二涡旋盘6及十字滑环7的涡旋机构经吸气口1吸入气体，对其进行第一级压缩，其压缩比推荐值为3～4。压缩后的气体经排气孔49排至高压腔60，再经管道20流至包括本体42、转动体10、滑片44的转子机构的吸气口45，经转子机构的压缩后经单向阀46流至压缩机外的冷凝设备。对于压缩比较高的应用，由涡旋机构压缩后的气体，可经外部冷却装置降温后再进入转子机构，以控制压缩机的排气温度。
相对于转子机构，在单转体积吸气量较大的场合，涡旋机构能取得较好的效率；采用涡旋机构实现第一级压缩，有利于压缩机能效的提高；涡旋机构的实际压缩比取决于涡旋机构的单转体积吸气量和转子机构的单转体积吸气量；通过改变涡旋型线和涡旋排气孔来优化涡旋机构的理论压缩比，使之与实际压缩比匹配，从而有利于减小涡旋压缩机构的能耗；相对于采用两台压缩机的二级压缩系统，具备较好的经济性和更紧凑的结构；由于涡旋机构采用了径向柔性密封结构，对径向的制造误差和安装误差比较不敏感，从而减小了涡旋机构的误差对转子机构的影响。

Claims (4)

1.二级压缩的压缩机，其特征在于：包括：
驱动轴，设有至少两个曲柄，第一曲柄和第二曲柄；
涡旋机构，包括第一涡旋盘和第二涡旋盘，第一涡旋盘上的涡卷和第二涡旋盘上的涡卷相互啮合形成多对相对密封的腔体，第二涡旋盘上与涡卷相反的一端设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与驱动轴的第一曲柄联接，第二涡旋盘在驱动轴的第一曲柄的驱动下相对第一涡旋盘作无相对转动的公转运动；
转子机构，包括转动体、滑片和本体，转动体、滑片和本体的内圆柱面构成两个腔体，转动体上设置有轴承孔，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承与驱动轴的第二曲柄联接，转动体在驱动轴的第二曲柄的驱动下绕驱动轴的轴线转动使两个腔体的体积变化进行排气和吸气；
电机，其转子与驱动轴固接，为涡旋机构和转子机构提供驱动；
主支承架，设有止推面和轴承孔，止推面支承第二涡旋盘，轴承孔通过滑动轴承或滚动轴承支承驱动轴的主轴颈；
涡旋机构的吸气口与压缩机的吸气口接通，转子机构的吸气口经通道与涡旋机构的排气口接通；涡旋机构的单转体积吸气量大于转子机构的单转体积吸气量。
2.根据权利要求1所述的二级压缩的压缩机，其特征在于：
第一曲柄上设置有与所述驱动轴轴线平行的驱动平面，所述驱动平面与所述第一曲柄的偏心方向设有角度；
驱动轴套，设有外圆柱面和内表面，内表面里设置有与所述外圆柱面轴线平行的驱动平面，所述驱动轴套的驱动平面与所述的第一曲柄上的驱动平面配合，驱动轴套沿驱动平面与所述第一曲柄产生相对滑动；
压缩机运行时所述驱动轴的第一曲柄通过所述的驱动轴套驱动所述第二涡旋盘实现相对所述第一涡旋盘的无相对转动的公转运动；所述公转运动的驱动力由所述的驱动平面传递，所述公转运动的驱动力在公转半径径向的分力使所述第一涡旋盘和所述第二涡旋盘的涡卷侧向接触力增大或缩小。
3.根据权利要求1或2所述的二级压缩的压缩机，其特征在于：所述涡旋机构和所述转子机构分别布置在主支承架的两端，转子机构位于距电机较近的一侧，转子机构的本体固定在主支承架上。
4.根据权利要求1或2所述的二级压缩的压缩机，其特征在于：所述驱动轴的第一曲柄和第二曲柄的偏心方向相差180度。
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Address before: 215001 Jiangsu city of Suzhou province high tech Zone Chuk Yuen Road Xintai Garden 7 Building 604 room

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Address before: 215001 Jiangsu city of Suzhou province high tech Zone Chuk Yuen Road Xintai Garden 7 Building 604 room

Applicant before: Huang Aiping

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Address after: 215558, 68 southeast Avenue, Changshou City southeast development zone, Jiangsu, China

Patentee after: Suzhou Invotech Scroll Technologies Co., Ltd.

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Patentee before: Suzhou Yinghuate Refrigeration Equipment Technology Co., Ltd.

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Patentee after: Suzhou Invotech Scroll Technologies Co., Ltd.

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Patentee before: Suzhou Yinghuate Refrigeration Equipment Technology Co., Ltd.

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Address after: 215558, 68 southeast Avenue, Changshou City southeast development zone, Jiangsu, China

Patentee after: Suzhou yinghuate Vortex Technology Co., Ltd

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Patentee before: SUZHOU INVOTECH SCROLL TECHNOLOGIES Co.,Ltd.