CN103452846B - 塞杆压缩机 - Google Patents
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Abstract
一种塞杆压缩机，其特征在于：该塞杆压缩机由并联在同一机壳(1)内和同一根塞杆轴(2)上的第一内置压缩机和第二内置压缩机组成；第一内置压缩机由第一旋塞(5)与共轭啮合的第一摇摆活塞(15)、机壳(1)和端盖(11)构成；第二内置压缩机由第二旋塞(6)与共轭啮合的第二摇摆活塞(16)、内套(14)和端盖(12)构成；第一旋塞(5)和第二旋塞(6)成90°角固联在塞杆轴(2)上；旋转门(26)固联装设在第一旋塞(5)与第二旋塞(6)之间，并且在机壳(1)与内套(14)构成的腔体中随塞杆轴(2)旋转；支撑在摇摆活塞轴(3)上的第一摇摆活塞(15)与第二摇摆活塞(16)做相反方向摆动，且这种相反方向摆动由传动装置传动；摇摆活塞轴(3)的两端固联在端盖(11)和端盖(12)上。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机、膨胀机及泵等领域，特别涉及动力(如气体压缩机、气体膨胀机)、制冷和工艺气体(如各种化工气体压缩机)等用途的塞杆压缩机。
背景技术
压缩机按容量划分主要有微小型、中小型和大型等几类，微小型压缩机主要有涡旋式、往复活塞式、旋转活塞式、滚动转子式、斜盘式、滑片式等等，中小型压缩机主要有往复活塞式、双螺杆式和单螺杆式等，大型压缩机主要有轴流式、离心式和往复活塞式等，各种压缩机的结构特征分明，其所适用的容量范围非常清晰。
在中小型压缩机中，由于往复活塞式存在噪声大、寿命短等缺点，渐渐被双螺杆式和单螺杆式压缩机所取代。双螺杆压缩机价格便宜，目前占据中小型压缩机的主要市场，但双螺杆压缩机的主轴受力不平衡，具有较大的轴向力，轴承寿命短、效率较低、维护成本高。单螺杆压缩机具有优良的力平衡特性，但技术还不太成熟，缺乏成熟的加工设备和加工工艺、加工成本也较高，同双螺杆压缩机相比不具有价格优势，在我国中小型压缩机市场上，双螺杆压缩机占有约80％的市场。因此，在中小型压缩机市场产品相对较单一。
应用于微小型领域(主要指排气量小于3M3/min)的涡旋式、旋转活塞式、滚动转子式、斜盘式和滑片式等压缩机都具有轴不对称结构，平衡和稳定特性差，它们并不适用于中小型压缩机领域(主要指排气量3-120M3/min)。
为解决以上问题，本发明公开了一种塞杆压缩机，其技术方案如下：
发明内容
一种塞杆压缩机，其特征在于：该塞杆压缩机由并联在同一机壳(1)内和同一根塞杆轴(2)上的第一内置压缩机和第二内置压缩机组成；第一内置压缩机由第一旋塞(5)与共轭啮合的第一摇摆活塞(15)、机壳(1)和端盖(11)构成；第二内置压缩机由第二旋塞(6)与共轭啮合的第二摇摆活塞(16)、内套(14)和端盖(12)构成；第一旋塞(5)和第二旋塞(6)成90°角固联在塞杆轴(2)上；旋转门(26)固联装设在第一旋塞(5)与第二旋塞(6)之间，并且在机壳(1)与内套(14)构成的腔体中随塞杆轴(2)旋转；支撑在摇摆活塞轴(3)上的第一摇摆活塞(15)与第二摇摆活塞(16)做相反方向摆动，且这种相反方向摆动由传动装置传动；摇摆活塞轴(3)的两端固联在端盖(11)和端盖(12)上。
所述并联是指第一内置压缩机和第二内置压缩机共用同一进气口(19)和共用同一排气口(20)。
所述传动装置是一组三件圆锥齿轮，其中圆锥齿轮(7)和圆锥齿轮(8)完全一样，圆锥齿轮(7)与第一摇摆活塞(15)固联连接，圆锥齿轮(8)和第二摇摆活塞(16)固联连接，圆锥齿轮(7)和圆锥齿轮(8)分别与圆锥齿轮(10)啮合，圆锥齿轮(10)支承在支承轴(9)上。
或者，所述传动装置是一组拨叉机构，第一摇摆活塞(15)上固联拨叉(15-1)，第二摇摆活塞(16)上固联拨叉(16-1)，拨杆(25)支承在支承轴(9)上，拨杆(25)两端设置两个完全等径的圆球，两圆球分别嵌入拨叉(15-1)和拨叉(16-1)中，其中心到拨杆(25)的旋转中心等距。
所述塞杆压缩机的塞杆轴(2)旋转一圈，第一内置压缩机和第二内置压缩机各排气两次，并且不同时排气。
坐标系X1O1Y1绕O1旋转，坐标系X2O2Y2绕O2摇摆；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠AO1B时，圆O3的中心从d1摆动到d3；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠BO1C时，圆O3的中心在d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠CO1D时，圆O3的中心从d3摆动到d1；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠DO1E时，圆O3的中心在d1不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠EO1F时，圆O3的中心从d1摆动到d3；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠FO1G时，圆O3的中心在d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠GO1H时，圆O3的中心从d3摆动到d1；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠HO1A时，圆O3的中心在d1不动，坐标系X1O1Y1与随坐标系X2O2Y2摇摆的圆O3平面共轭的点构成一条封闭平面型线ABCDEFGHA。
所述的封闭平面型线ABCDEFGHA为坐标系X1O1Y1绕O1以角速度φ旋转，坐标系X2O2Y2绕O2以角速度摇摆，
坐标系X2O2Y2中的圆O3摇摆中在旋转的坐标系X1O1Y1中包络生成的轨迹曲线，轨迹曲线的包络方程为：
式中r1为轨迹曲线矢量，r2为圆O3在坐标系X2O2Y2中的矢量，M12是从坐标系X2O2Y2到坐标系X1O1Y1的变换。
用所述封闭平面型线ABCDEFGHA作断面，在计算机中应用三维软件做轴上拉伸即生成三维的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)。
所述的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)用线切割、牛头刨或四轴联动设备加工。
图例说明
图1A和图1B是塞杆压缩机啮合图
图2A和图2B是塞杆压缩机两内置压缩机的工作状态图
图3是压缩气体流动路径图
图4是圆锥齿轮传动的塞杆压缩机系统图
图5A和图5B是拨叉机构传动的塞杆压缩机系统图
图6A和图6B是旋转门平面
图7旋塞型线成形原理图
具体实施方式
一种塞杆压缩机，其特征在于；该塞杆压缩机由并联在同一机壳(1)内和同一根塞杆轴(2)上的第一内置压缩机和第二内置压缩机组成；第一内置压缩机由第一旋塞(5)与共轭啮合的第一摇摆活塞(15)、机壳(1)和端盖(11)构成；第二内置压缩机由第二旋塞(6)与共轭啮合的第二摇摆活塞(16)、内套(14)和端盖(12)构成；第一旋塞(5)和第二旋塞(6)成90°角固联在塞杆轴(2)上；旋转门(26)固联装设在第一旋塞(5)与第二旋塞(6)之间，并且在机壳(1)与内套(14)构成的腔体中随塞杆轴(2)旋转；支撑在摇摆活塞轴(3)上的第一摇摆活塞(15)与第二摇摆活塞(16)做相反方向摆动，且这种相反方向摆动由传动装置传动；摇摆活塞轴(3)的两端固联在端盖(11)和端盖(12)上。
所述第一内置压缩机和第二内置压缩机共用同一进气口(19)和共用同一排气口(20)，称第一内置压缩机和第二内置压缩机为并联连接。
所述传动装置是一组三件圆锥齿轮，其中圆锥齿轮(7)和圆锥齿轮(8)完全一样，圆锥齿轮(7)与第一摇摆活塞(15)固联连接，圆锥齿轮(8)和第二摇摆活塞(16)固联连接，圆锥齿轮(7)和圆锥齿轮(8)分别与圆锥齿轮(10)啮合，圆锥齿轮(10)支承在支承轴(9)上。
或者，所述传动装置是一组拨叉机构，第一摇摆活塞(15)上固联拨叉(15-1)，第二摇摆活塞(16)上固联拨叉(16-1)，拨杆(25)支承在支承轴(9)上，拨杆(25)两端设置两个完全等径的圆球，两圆球分别嵌入拨叉(15-1)和拨叉(16-1)中，其中心到拨杆(25)的旋转中心等距。
所述塞杆压缩机的塞杆轴(2)旋转一圈，第一内置压缩机和第二内置压缩机各排气两次，并且不同时排气。
坐标系X1O1Y1绕O1旋转，坐标系X2O2Y2绕O2摇摆；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠AO1B时，圆O3的中心从d1摆动到d3；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠BO1C时，圆O3的中心在d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠CO1D时，圆O3的中心从d3摆动到d1；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠DO1E时，圆O3的中心在d1不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠EO1F时，圆O3的中心从d1摆动到d3；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠FO1G时，圆O3的中心在d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠GO1H时，圆O3的中心从d3摆动到d1；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠HO1A时，圆O3的中心在d1不动，坐标系X1O1Y1与随坐标系X2O2Y2摇摆的圆O3平面共轭的点构成一条封闭平面型线ABCDEFGHA。
所述的封闭平面型线ABCDEFGHA为坐标系X1O1Y1绕O1以角速度φ旋转，坐标系X2O2Y2绕O2以角速度摇摆，
坐标系X2O2Y2中的O3圆摇摆中在旋转的坐标系X1O1Y1中包络生成的轨迹曲线，轨迹曲线的包络方程为：
式中r1为轨迹曲线矢量，r2为圆O3在坐标系X2O2Y2中的矢量，M12是从坐标系X2O2Y2到坐标系X1O1Y1的变换。
以所述封闭平面型线ABCDEFGHA作断面，在计算机中应用三维软件做轴上拉伸即生成三维的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)。
所述的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)用线切割、牛头刨或四轴联动机床设备加工。
图1A中，第一旋塞(5)和第二旋塞(6)固联在旋杆轴(2)上；图1B中第一旋塞(5)与第一摇摆活塞(15)啮合，第一旋塞(5)顺时钟旋转，第一摇摆活塞(15)绕摇摆活塞轴(3)摇摆；第二旋塞(6)与第二摇摆活塞(16)啮合，第二旋塞(6)顺时钟旋转，第二摇摆活塞(16)绕摇摆活塞轴(3)摇摆。
图2A中机壳(1)、第一旋塞(5)和第一摇摆活塞(15)构成的压缩气腔断面图，第一旋塞(5)逆时钟旋转时，气体被压缩并从多边形排气口(17)排出；图2B中内套(14)、第二旋塞(6)和第二摇摆活塞(16)构成的压缩气腔断面图，第二旋塞(6)顺时钟旋转时，此时多边形排气口(18)正处于封闭状态，气体被压缩而不能排出。
图3中示出了进气口(19)、多边形排气口(17)和排气口(20)，但他们不会同时连通。
图4中圆锥齿轮(7)、圆锥齿轮(8)和圆锥齿轮(10)构成齿轮传动装置，圆锥齿轮(7)与第一旋转活塞(15)固连，圆锥齿轮(8)和第二旋转活塞(16)固连，圆锥齿轮(10)与圆锥齿轮(7)和圆锥齿轮(8)分别啮合，构成第一摇摆活塞(5)与第二摇摆活塞(6)的相反方向摇摆。
图5A和图5B中，拨叉(15-1)、拨叉(16-1)和拨杆(25)构成拨叉机构传动，拨叉(15-1)与第一旋转活塞(15)固连，拨叉(16-1)和第二旋转活塞(16)固连，拨杆(25)上两端的小球与拨叉(15-1)和拨叉(16-1)分别啮合，构成第一摇摆活塞(5)与第二摇摆活塞(6)的相反方向摇摆。
旋转门(26)装设在第一旋塞(5)和第二旋塞(6)之间并且与塞杆(2)固连。图6A中第一旋塞(5)旋转一圈时，气体被压缩两次，旋转门(26)上的排气缺口(27)和排气缺口(29)分别与多边形排气口(17)连通，第一内置压缩机通过排气口(20)排气两次；图6B中第二旋塞(6)旋转一圈时，气体被压缩两次，旋转门(26)上的排气缺口(28)和排气缺口(30)分别与多边形排气口(18)连通，第二内置压缩机通过排气口(20)排气两次
图7中，坐标系X1O1Y1绕O1旋转，坐标系X2O2Y2绕O2摇摆，O1与O2不重合；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠AO1B时，圆O3的中心从d1摆动到d3；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠BO1C时，圆O3的中心在d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠CO1D时，圆O3的中心从d3摆动到d1；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠DO1E时，圆O3的中心在d1不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠EO1F时，圆O3的中心从d1摆动到d3；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠FO1G时，圆O3的中心在d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠GO1H时，圆O3的中心从d3摆动到d1；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠HO1A时，圆O3的中心在d1不动，坐标系X1O1Y1与随坐标系X2O2Y2摇摆的圆O3平面共轭的点构成一条封闭平面型线ABCDEFGHA。
所述的封闭平面型线ABCDEFGHA为坐标系X1O1Y1绕O1以角速度φ旋转，坐标系X2O2Y2绕O2以角速度摇摆，
坐标系X2O2Y2中的圆O3摇摆中在旋转的坐标系X1O1Y1中包络生成的轨迹曲线，轨迹曲线的包络方程为：
塞杆压缩机结构简单；塞杆和塞杆轴平衡性好，无轴向力，气体在摇摆活塞上的作用力也是径向力，无轴向作用力，轴承寿命长；压缩机的密封性能好，容积效率高；制造简单，无需五轴联动等高档加工设备，加工成本低。
以上内容描述了本发明的基本原理、主要特征和实现方式，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种具体参数和这些参数的改变，这些变化和改变都落在本发明的保护范围内，本发明要求保护的范围由所描述的技术方案、权利要求书以及等同物界定。
Claims (8)
1.一种塞杆压缩机，其特征在于：该塞杆压缩机由并联在同一机壳(1)内和同一根塞杆轴(2)上的第一内置压缩机和第二内置压缩机组成；第一内置压缩机由第一旋塞(5)与共轭啮合的第一摇摆活塞(15)、机壳(1)和第一端盖(11)构成；第二内置压缩机由第二旋塞(6)与共轭啮合的第二摇摆活塞(16)、内套(14)和第二端盖(12)构成；第一旋塞(5)和第二旋塞(6)成90°角固联在塞杆轴(2)上；旋转门(26)固联装设在第一旋塞(5)与第二旋塞(6)之间，并且在机壳(1)与内套(14)构成的腔体中随塞杆轴(2)旋转；支撑在摇摆活塞轴(3)上的第一摇摆活塞(15)与第二摇摆活塞(16)做相反方向摆动，且这种相反方向摆动由传动装置传动；摇摆活塞轴(3)的两端固联在第一端盖(11)和第二端盖(12)上。
2.根据权利要求1所述的塞杆压缩机，其特征在于：所述并联是指第一内置压缩机和第二内置压缩机共用同一进气口(19)和共用同一排气口(20)。
3.根据权利要求1所述的塞杆压缩机，其特征在于：所述传动装置是一组三件圆锥齿轮，其中第二圆锥齿轮(7)和第三圆锥齿轮(8)完全一样，第二圆锥齿轮(7)与第一摇摆活塞(15)固联连接，第三圆锥齿轮(8)和第二摇摆活塞(16)固联连接，第二圆锥齿轮(7)和第三圆锥齿轮(8)分别与第一圆锥齿轮(10)啮合，第一圆锥齿轮(10)支承在支承轴(9)上。
或者，所述传动装置是一组拨叉机构，第一摇摆活塞(15)上固联第一拨叉(15-1)，第二摇摆活塞(16)上固联第二拨叉(16-1)，拨杆(25)支承在支承轴(9)上，拨杆(25)两端设置两个完全等径的圆球，两圆球分别嵌入第一拨叉(15-1)和第二拨叉(16-1)中，其两圆球的中心到拨杆(25)的旋转中心等距。
4.根据权利要求1所述的塞杆压缩机，其特征在于：所述塞杆压缩机的塞杆轴(2)旋转一圈，第一内置压缩机和第二内置压缩机各排气两次，并且不同时排气。
5.根据权利要求1所述的塞杆压缩机的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)的构成方法，其特征在于：坐标系X1O1Y1绕O1旋转，坐标系X2O2Y2绕O2摇摆；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠AO1B时，圆O3的中心从圆O2的d1点摆动到圆O2的d3点；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠BO1C时，圆O3的中心在圆O2的d3不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠CO1D时，圆O3的中心从圆O2的d3点摆动到圆O2的d1点；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠DO1E时，圆O3的中心在圆O2的d1点不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠EO1F时，圆O3的中心从圆O2的d1点摆动到圆O2的d3点；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠FO1G时，圆O3的中心在圆O2的d3点不动；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠GO1H时，圆O3的中心从圆O2的d3点摆动到圆O2的d1点；当坐标系X1O1Y1绕O1旋转∠HO1A时，圆O3的中心在圆O2的d1点不动，坐标系X1O1Y1与随坐标系X2O2Y2摇摆的圆O3平面共轭的点构成一条封闭平面型线ABCDEFGHA。
6.根据权利要求5所述的塞杆压缩机的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)的构成方法，其特征在于：所述的封闭平面型线ABCDEFGHA为坐标系X1O1Y1绕O1以角速度φ旋转、坐标系X2O2Y2绕O2以角速度摇摆，
坐标系X2O2Y2中的O3圆摇摆中在旋转的坐标系X1O1Y1中包络生成的轨迹曲线，其中，轨迹曲线的包络方程为：
式中r1为轨迹曲线矢量，r2为圆O3在坐标系X2O2Y2中的矢量，M12是从坐标系X2O2Y2到坐标系X1O1Y1的变换。
7.根据权利要求5所述的塞杆压缩机的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)的构成方法，其特征在于：用所述封闭平面型线ABCDEFGHA作断面，在计算机中应用三维软件做轴上拉伸即生成三维的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)。
8.根据权利要求5所述的塞杆压缩机的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)的构成方法，其特征在于：所述的第一旋塞(5)、第二旋塞(6)用线切割、牛头刨或四轴联动设备加工。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Li Jinshang Document name: Notification to Pay the Fees |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Li Jinshang Document name: Notification of Termination of Patent Right |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160803 Termination date: 20171008 |