CN102536818B - 一种壳配气式球形叶片压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳配气式球形叶片压缩机，它包括壳体、转子、两个叶片、两个密封条和两个垫块；转子位于中心，壳体位于外部，两个叶片分别位于转子的两侧，并安放在壳体对角的空心圆环内，与转子成一个角度，该角度的正切为壳体高度与壳体底圆直径之比；密封条位于转子和叶片之间，其平面一侧与转子的一个平面贴合，柱面一侧则与叶片的柱面E1贴合，垫块位于壳体对角的空心圆环内，正好填满由叶片、转子和密封条形成的空缺；本发明所有密封处均为面密封，效率高，比功率大，结构紧凑，加工相对容易，成本较低，寿命长。

Description

一种壳配气式球形叶片压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，尤其涉及一种壳配气式球形叶片压缩机。

背景技术

现有的叶片式压缩机结构均为一转子偏心置于气缸体内，叶片径向或与转子半径成一定角度置于转子内，工作时转子高速旋转，叶片在离心力的作用下甩出，与气缸体形成密封腔，旋转时容积变化产生压力。叶片数量为两片或多片。这种形式压缩机由于叶片气缸体之间是靠一条接触线密封，因此密封性能较差，输出压力较低，加上旋转时叶片与转子及气缸体间产生很大摩擦，致使压缩机整体磨损快，寿命短，效率低。另外，旋转时为了保证叶片能在转子内安全进出，转子必须有相当的直径，这样势必排量较小。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种壳配气式球形叶片压缩机，本发明排量大，全部密封处又均为面密封，且不易磨损。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种壳配气式球形叶片压缩机，包括：壳体、转子、两个叶片、两个密封条和两个垫块。转子位于中心，壳体位于外部，两个叶片分别位于转子的两侧，并安放在壳体对角的的空心圆环（即导向槽）内，与转子成一个角度，该角度的正切为壳体高度与壳体底圆直径之比。叶片的一个平面与转子的圆台侧面相切，密封条位于转子和叶片之间，其平面一侧与转子的一个平面贴合，柱面一侧则与叶片的柱面E1贴合，垫块位于壳体对角的的空心圆环内，正好填满由叶片、转子和密封条形成的空缺。

所述叶片由两个平面A1、B1和两个柱面C1、E1围合而成，其中，柱面C1是中心为球心O1、半径与壳体的空心圆环的柱面E3的半径相同的柱面，柱面E1是中心为球心O1、半径为O1K1的柱面，点K1为过球心O1的垂直对称轴与柱面E1的交点。两个平面A1和B1平行，连接柱面C1和E1。两平行平面A1和B1的距离为叶片厚度，叶片厚度与壳体的空心圆环宽度相等。O1K1的长度为转子平板厚度的一半和密封条的高度之和。

所述密封条上侧是一中心为球心O1、半径与叶片柱面E1半径相等的柱面，下侧是一平面，球心O1与该下侧平面的垂直距离为转子平板厚度的一半，柱面G1是中心为O1、半径与转子柱面P2半径相等的柱面，球面F1是球心为O1、半径与壳体球面F3半径相等的球面，平面H1和I1平行，宽度（即平面H1和I1的距离）与叶片的厚度相等。叶片和密封条均为轴对称。

所述转子当中是一块平板，G2和H2是两相同的准圆台部分侧面，位于平板中间两腰处，其中一个准圆台下底为B2，上底与平板相接处是中心为O2半径与密封条中间G1半径相同的阴圆柱面P2， A2和B2是半径相等的平行的圆平面，I2和J2是平行的平板平面，E2和F2是球心为O2的左右外侧大球面，位于平面I2和J2之间，两平行平面I2和J2的距离为转子平版厚度，K2M2的直线段长度为转子的宽度，整个转子不仅关于中心O2对称，也是轴对称。

所述壳体是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子的宽度K2M2相等，顶面A3和底面B3是半径相等的平行的圆平面，球面F3是以O3为球心，半径与转子左右外侧大球面E2和F2的半径相等的球面，壳体球面的对角是一空心圆环，空心圆环的两个侧面C3和D3是平行的平面圆环，E3是中心轴通过O3的柱面，位于壳体的对角线上，空心圆环平行的两平面C3和D3的空间位置以如下而定：保证装配好后C3和D3两平面与相应的转子两圆台侧面G2和H2分别贴合，K3G3H3的球面为排气面， 圆弧K3H3在底面圆B3上的圆心角小于90度，圆弧G3H3所在的过球心O3的平面垂直于底圆面B3；L3I3J3的球面为进气面，I3J3的位置是当转子由纸面位置转到垂直于纸面位置时，转子平板右侧平面的位置。整个壳体关于球台中心O3对称。

所述垫块是一段圆环，其外侧面A4是半径与壳体空心圆环E3外径相等的柱面，内侧面B4是半径与壳体球面F3半径相等的球面，两腰部C4和D4是半径与叶片底面柱面E1的半径相等的柱面，垫块的厚度与叶片厚度相同。垫块形状为轴对称；

当所述壳配气式球形叶片压缩机输入力矩时，低压气体从壳体（1）的球面L3I3J3的进气面吸入，高压气体从壳体（1）的球面K3G3H3的排气面排出到负载。  

本发明的有益效果是：

1）所有密封处均为面密封；

2）排量大，压力高，效率高；

3）比功率大；

4）结构紧凑，加工相对容易；

5) 成本较低；

6）不易磨损，寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的叶片形状示意图

图2是图1的左视图；

图3是本发明的密封条结构示意图；

图4是图3中Q1向示意图；

    图5是本发明的转子结构示意图；

图6是图5的W-W剖视图；

 图7是本发明的壳体结构示意图；

图8是壳体的剖视图；

    图9是图8的M-M剖视图；

    图10是本发明的整体结构示意图；

 图11是图10的K向示意图；

 图12是图10的N-N剖视图；

    图13是本发明的运行原理示意图；

图14是图10的U-U剖视图；

图15是本发明的工作过程原理示意图；

    图16是图13的V-V剖视图；

    图17是本发明的工作过程原理示意图；

图中：壳体1、转子2、叶片3、密封条4、垫块5。

具体实施方式

如图13所示，本发明壳配气式球形叶片压缩机包括：壳体1、转子2、两个叶片3、两个密封条4和两个垫块5。转子2位于中心，壳体1位于外部，两个叶片3分别位于转子2的两侧，并安放在壳体1对角的的空心圆环（即导向槽）内，与转子2成一个角度，该角度的正切为壳体1高度与壳体1底圆直径之比。叶片3的一个平面与转子2的圆台侧面相切，密封条4位于转子2和叶片3之间，其平面一侧与转子2的一个平面贴合，柱面一侧则与叶片3的柱面E1贴合，垫块5位于壳体1对角的的空心圆环内，正好填满由叶片3、转子2和密封条4形成的空缺。

图1和图2所示为本发明的叶片3的形状。叶片3由两个平面A1、B1和两个柱面C1、E1围合而成，其中，柱面C1是中心为球心O1、半径与壳体1的空心圆环的柱面E3的半径相同的柱面，柱面E1是中心为球心O1、半径为O1K1的柱面，点K1为过球心O1的垂直对称轴与柱面E1的交点。两个平面A1和B1平行，连接柱面C1和E1。两平行平面A1和B1的距离为叶片3厚度，叶片3厚度与图8壳体1的空心圆环宽度相等。O1K1的长度为图6转子2平板厚度的一半和密封条的高度之和。

图3和图4所示为本发明的密封条4的形状。如图4所示，密封条4上侧是一中心为球心O1、半径与叶片3柱面E1半径相等的柱面，下侧是一平面，球心O1与该下侧平面的垂直距离为图6转子2平板厚度的一半，柱面G1是中心为O1、半径与图5转子2柱面P2半径相等的柱面，球面F1是球心为O1、半径与图8壳体1球面F3半径相等的球面，平面H1和I1平行，宽度（即平面H1和I1的距离）与叶片3的厚度相等。叶片3和密封条4均为轴对称。

图5和图6所示为本发明的转子2的形状。转子2当中是一块平板，G2和H2是两相同的准圆台部分侧面，位于平板中间两腰处，其中一个准圆台下底为B2，上底与平板相接处是中心为O2半径与密封条4中间G1半径相同的阴圆柱面P2， A2和B2是半径相等的平行的圆平面，I2和J2是平行的平板平面，E2和F2是球心为O2的左右外侧大球面，位于平面I2和J2之间，两平行平面I2和J2的距离为转子2平版厚度，K2M2的直线段长度为转子2的宽度，整个转子2不仅关于中心O2对称，也是轴对称。

图7、图8和图9所示为本发明的壳体1的形状。壳体1是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子2的宽度K2M2相等，顶面A3和底面B3是半径相等的平行的圆平面，球面F3是以O3为球心，半径与转子2左右外侧大球面E2和F2的半径相等的球面，壳体1球面的对角是一空心圆环，空心圆环的两个侧面C3和D3是平行的平面圆环，E3是中心轴通过O3的柱面，位于壳体的对角线上，空心圆环平行的两平面C3和D3的空间位置以如下而定：保证装配好后C3和D3两平面与相应的转子2两圆台侧面G2和H2分别贴合，K3G3H3的球面为排气面， 圆弧K3H3在底面圆B3上的圆心角小于90度，L3I3J3的球面为进气面，I3J3的位置是当转子2由图5所示纸面位置转到如图13所示的垂直于纸面位置时，转子2平板右侧平面的位置。整个壳体1关于球台中心O3对称。

图12中示出了垫块5的形状。垫块5是一段圆环，其外侧面A4是半径与壳体1空心圆环E3外径相等的柱面，内侧面B4是半径与壳体1球面F3半径相等的球面，两腰部C4和D4是半径与叶片3底面柱面E1的半径相等的柱面，垫块5的厚度与叶片3厚度相同。垫块5形状为轴对称。

如图6所示，本发明球型叶片式压缩机装配好后，各部件的中心O1、O2、O3重合。本发明的结构如图13所示，转子2位于中心，壳体1位于外部，叶片3位于转子2的两侧，并安放在壳体1对角的的空心圆环（导向槽）内，与转子2成一个角度，叶片3与转子2的圆台侧面相切，密封条4位于转子2和叶片3之间，其平面一侧与转子2 贴合，柱面一侧则与叶片3贴合，垫块5位于壳体1对角的的空心圆环内，正好填满由叶片3，转子2和密封条4形成的空缺。

图1和图2所示为本发明的叶片3的形状。叶片3近似半圆形，共有相同的两片，其中一片A1和B1是平行的平面，叶片3宽度与图8壳体1的空心圆环宽度相等，C1是中心为O1半径与壳体1柱面E3半径相同的柱面，D1是球心为O1半径与转子2球台C2半径相同的球面，E1是柱面，E1柱面以过球心的对称轴为中心轴，以O1K1为半径。

图3和图4所示为本发明的密封条4的形状。密封条4共有相同的两条，其中一条上侧是一半径与叶片3柱面E1半径相等的柱面，下侧是平面，球心O1与该平面的垂直距离为图5转子2平板厚度的一半，G1是中心为O1半径与图5转子2柱面P2半径相等的柱面，F1是球心为O1半径与图8壳体1球面F3半径相等的球面，H1和I1两个面是平行的平面，宽度与叶片3宽度相等。叶片3和密封条4均为轴对称。

图5和图6所示为本发明的转子2的形状。转子2当中是一块平板，平板中间两腰处是两个完全相同的圆台，其中一个圆台下底B2是以K2L2为直径的圆面，上底与平板相接处是中心为O2半径与密封条4中间G1半径相同的阴圆柱P2，G2和H2是两相同的圆台侧面，两圆台侧面G2和H2的空间位置以如下而定：保证装配好后两圆台侧面G2和H2和相应的壳体1圆环平行平面C3和D3相贴合， A2和B2是平行的圆平面， I2和J2是平行的平板平面，E2和F2是球心为O2半径与壳体1球面F3半径相同的球面，球面E2和F2位于平面I2和J2之间，整个转子2不仅关于球台中心O2对称，也是轴对称。

图7，图8和图9所示为本发明的壳体1的形状。壳体1是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子2的宽度K2M2相等，A3和B3是平行的圆平面，球面F3以O3为球心，半径与转子2左右外侧E2和F2球面的半径相等，壳体1球面的对角是一空心圆环，圆环宽度与叶片3厚度相等，C3和D3是平行的圆平面，E3是中心为O3的柱面，其外径与叶片3柱面C1的外经相等，且大于壳体1球面F3的外径，圆环平行的C3和D3两平面的空间位置以如下而定：保证装配好后C3和D3两平面与相应的转子2两圆台侧面G2和H2相贴合，L3I3J3的球面为进气面，圆弧I3J3的位置是当转子2由图5所示纸面位置转到如图13所示的垂直于纸面位置时，转子2平板右侧平面的位置。K3G3H3的球面为排气面，圆弧K3H3在底圆面B3上的圆心角小于90度，圆弧G3H3所在的过球心O3的平面垂直于底圆面B3。整个壳体1关于球台中心O3对称。

图12中5 所示为本发明的垫块5的形状。垫块5是一段圆环，共有相同的两条，其中一条外侧A4是半径与壳体1对角圆环E3外径相等的柱面，内测B4是半径与壳体1球面F3半径相等的球面，厚度与转子2平板厚度相等，两腰部C4和D4是半径与叶片3底面柱面E1的半径相等的柱面。垫块5形状为轴对称。

本发明的运行工作原理如下：

    如图16 ，在压缩机的一端，转子2，叶片3，密封条4和壳体1将气腔分割成三个各自独立的密封腔Q1，Q2和Q3。当转子2自图10或6a 位置顺时针旋转时，腔Q2开始吸气，Q3为吸气腔，Q1为压缩腔，如图15。转子2顺时针继续旋转，吸气腔Q2和Q3不断扩大，压缩腔Q1不断缩小 。当转到图13或图16 位置时，吸气腔Q3达到最大。这时，吸气腔Q2及Q3和压缩腔Q1仍保持隔离。当转子2继续旋转时，腔Q3开始压缩，这时腔Q2仍为吸气腔，腔Q1仍为压缩腔。当转子2继续旋转至图17位置时，压缩腔Q1开始排气 。当转子2转到图10或6a 位置时，腔Q1气体排尽，这时腔Q2仍为吸气腔，腔Q3仍为压缩腔。当转子2继续旋转，新的吸气腔开始吸气，腔Q2还在吸气，腔Q3还在压缩。当转子2又转到图16 位置时，吸气腔Q2达到最大，继而开始压缩，这时，新的吸气腔仍在吸气，腔Q3仍在压缩。如此周而复始。在压缩机的另一端，情况也和这一端完全相同。

与发明人之前的专利申请（专利申请号为200810063748.0）相比，密封条由四条变为两条，与一个叶片相配的密封条由左右分开的两条变为一整条，这样不仅简化了结构，而且提高了密封效果和可靠性。同时，转子中间由球面变为准圆台，使转子中间体积更小，空间更大。从而使比排量大幅度增加。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本方面进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种壳配气式球形叶片压缩机，其特征在于，它包括壳体（1）、转子（2）、两个叶片（3）、两个密封条（4）和两个垫块（5）；转子（2）位于壳体（1）中心，壳体（1）位于外部，两个叶片（3）分别位于转子（2）的两侧，并安放在壳体（1）对角的空心圆环即导向槽内，与转子（2）成一个角度，该角度的正切为壳体（1）高度与壳体（1）底圆直径之比；叶片（3）的一个平面与转子（2）的圆台侧面相切，密封条（4）位于转子（2）和叶片（3）之间，其平面一侧与转子（2）的一个平面贴合，柱面一侧则与叶片（3）的柱面E1贴合，垫块（5）位于壳体（1）对角的空心圆环内，正好填满由叶片（3）、转子（2）和密封条（4）形成的空缺；

所述叶片（3）由两个平面A1、B1和两个柱面C1、E1围合而成，其中，柱面C1是中心为球心O1、半径与壳体（1）的空心圆环的柱面E3的半径相同的柱面，柱面E1是中心为球心O1、半径为O1K1的柱面，点K1为过球心O1的垂直对称轴与柱面E1的交点；两个平面A1和B1平行，连接柱面C1和E1；两平行平面A1和B1的距离为叶片（3）厚度，叶片（3）厚度与壳体（1）的空心圆环宽度相等；O1K1的长度为转子（2）平板厚度的一半和密封条的高度之和；

所述密封条（4）上侧是一中心为球心O1、半径与叶片（3）柱面E1半径相等的柱面，下侧是一平面，球心O1与该下侧平面的垂直距离为转子（2）平板厚度的一半，柱面G1是中心为O1、半径与转子（2）柱面P2半径相等的柱面，球面F1是球心为O1、半径与壳体（1）球面F3半径相等的球面，平面H1和I1平行，平面H1和I1的距离为宽度，宽度与叶片（3）的厚度相等；叶片（3）和密封条（4）均为轴对称；

所述转子（2）当中是一块平板，G2和H2是两相同的准圆台部分侧面，位于平板中间两腰处，其中一个准圆台下底为B2，上底与平板相接处是中心为O2、半径与密封条（4）中间柱面G1半径相同的阴圆柱面P2，A2和B2是半径相等的平行的圆平面，I2和J2是平行的平板平面，E2和F2是球心为O2的左右外侧大球面，位于平面I2和J2之间，两平行平面I2和J2的距离为转子（2）平板厚度，K2M2的直线段长度为转子（2）的宽度，整个转子（2）不仅关于中心O2对称，也是轴对称；K2为球面E2的正投影与圆平面B2的正投影的交点，M2为球面E2的正投影与圆平面A2的正投影的交点；

所述壳体（1）是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子（2）的宽度K2M2相等，顶面A3和底面B3是半径相等的平行的圆平面，球面F3是以O3为球心，半径与转子（2）左右外侧大球面E2和F2的半径相等的球面，壳体1球面的对角是一空心圆环，空心圆环的两个侧面C3和D3是平行的平面圆环，E3是中心轴通过O3的柱面，位于壳体的对角线上，空心圆环平行的两平面C3和D3的空间位置以如下而定：保证装配好后C3和D3两平面与相应的转子（2）两圆台侧面G2和H2分别贴合，K3G3H3的球面为排气面，圆弧K3H3在底圆面B3上的圆心角小于90度，圆弧G3H3所在的过球心O3的平面垂直于底圆面B3，K3是空心圆环的侧面D3的正投影与底面B3的正投影的交点，G3是圆弧G3H3所在的过球心O3的平面的正投影与空心圆环的侧面D3的正投影的交点，H3是圆弧G3H3所在的过球心O3的平面的正投影与底面B3的正投影的交点；底L3I3J3的球面为进气面，I3J3的位置是当转子（2）由纸面位置转到垂直于纸面位置时，转子（2）平板右侧平面的位置，L3是空心圆环的侧面C3的正投影与顶面A3的正投影的交点，I3是I3J3所在的平面的正投影与空心圆环的侧面C3的正投影的交点，H3是I3J3所在的平面的正投影与顶面A3的正投影的交点；整个壳体（1）关于球心O3对称；

所述球心O1、球心O2、球心O3均与壳体（1）中心重合；

所述垫块（5）是一段圆环，其外侧面A4是半径与壳体（1）空心圆环E3外侧面的半径相等的柱面，内侧面B4是半径与壳体（1）球面F3半径相等的球面，两腰部C4和D4是半径与叶片（3）底面柱面E1的半径相等的柱面，垫块（5）的厚度与叶片（3）厚度相同；垫块（5）形状为轴对称；

当所述壳配气式球形叶片压缩机输入力矩时，低压气体从壳体（1）的球面L3I3J3的进气面吸入，高压气体从壳体（1）的球面K3G3H3的排气面排出到负载。