CN103967787B - 转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达。该转动装置中,偏心轴和滚动活塞轮之间采用滚动轴承方式,通过弹性预紧力实现缸体的可靠密封,同时旋阀体和旋阀体复位机构也进行了改进。

Description

转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达
技术领域
本发明涉流体机械技术领域,尤其涉及一种转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达。
背景技术
目前,市场上最常用的容积式压缩机主要分为四种类型:往复活塞式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机和转子式压缩机。对于转子式压缩机而言,在主轴旋转时,偏心转子紧贴着气缸内壁面回转,造成月牙状空间容积周期性变化,从而完成吸气、压缩和排气的过程。由于转子式压缩机的压缩工作圆滑平稳、平衡,已被广泛应用于空调、冰箱等家用制冷设备中。
图1为现有技术第一种转子式压缩机的结构示意图。该转子式压缩机记载于本发明的申请人先前提交的专利申请(申请号:201010196950.8)中。如图1所示,在该转子式压缩机中,气缸体圆筒内表面设有凹槽,凹槽沿圆筒轴向设置,凹槽中安装有旋阀体,旋阀体的尾部端通过旋阀体支撑芯轴固定在凹槽中,旋阀体支撑芯轴与缸体圆筒轴向中心线平行设置,旋阀体头部端面是圆弧面,与凹槽密封相接滑动,构成二级压缩室(高压室)。凹槽底面到缸体外表面设有通孔作为压力源输出口,在缸体上设置有从缸体圆筒内表面到缸体外表面的通孔作为压力源吸入通孔。旋阀体的芯轴在缸体外部有一个曲柄弹簧复位构造,如此形成旋阀体的周期性的摆动开闭运动。然而,申请人在生产实践中发现,由于对旋阀体头部施力凸轮的升程曲线陡峭而且不连续,在转子较高转速情况下,旋阀体在前一周期凸轮作用下摆回缸体凹槽后,还来不及复位,下一周期的凸轮升程段又飞奔而来,形成旋阀体“飞空”,即旋阀体始终缩在缸体凹槽内,从而造成压缩密闭空间失效。
图2为现有技术第二种转子式压缩机的结构示意图。该滚动转子式压缩机记载于参考文献2(专利申请号:200780027498.9)中。请参照图2,该滚动转子式压缩机包括缸体1,滚动转子2、偏心套3、带有偏心轴部分的驱动轴4、摆动挡块、螺旋弹簧。在驱动轴4的偏心轴部分与滚动转子2之间设置能在他们之间灵活转动的偏心套3,从而使滚动转子2的偏心距得以调整并在工作中实现柔性滚动接触密封。偏心套3一面绕驱动轴做公转,一面绕偏心中心做自转。而摆动挡块的转动部分在螺旋弹簧的弹簧力作用下,以摆动部分紧压在滚动转子2的外圆表面上,实现摆动式隔离。
然而,图2所示的转子式压缩机在高强度工作条件下,尤其是在转动频率非常高时,带有偏心轴部分的驱动轴4与滚动密封套圈2和偏心套3的各滑动面滑动磨擦的能量损耗较大,必须用油润滑。进入缸内的润滑油与压缩介质混合排放后必须再分离。同时,由于要靠运动间隙中的润滑油进行密封,为从排气中分离出油,机壳内须做成高压。因此,系统内形成的高温高压环境对驱动电机的绝缘散热十分不利,电动机、空压机容易过热。滚动转子式压缩机由于偏心转子构造尺寸特别紧凑,加上前述通过采用油液来填补缸体和密封套圈接触处的间隙等原因,使用油润滑已成为习惯,这就限制了它在大型空压机和低温用空压机中的使用。
对于图2所示的转子式压缩机,螺旋弹簧驱动摆动挡块的一端,使摆动挡块的另一端压在滚动密封套圈2上。由于螺旋弹簧长时间在高强度条件下工作,非常容易产生故障而损坏,从而影响整台转子式压缩机的使用寿命,有必要寻找更精良可靠的摆动挡块复位加压机构。此外,由于存在杠杆作用,摆动挡块与滚动密封套圈2之间的力度不容易控制,力度过大,不仅增加摆动挡块的磨损,而且还会消耗压缩机的功率;力度过小,则不能保证气缸的密封。
此外,在摆动挡块的头部与滚动密封套圈2的外圆柱面接触处,承受着较大的压力,并且有高速的相对滑动运动,因此必须有低磨擦、耐磨损、高效率、长寿命的密封构造才可以,如果没有相应措施,接触处就很容易破坏。然而多数做法,是把摆动挡块的头部与滚动密封套圈2的外圆柱面接触处连接起来,摆动挡块头部随滚动密封套圈外圆柱面的位置而固定,这样虽然能够解决其接触处的磨损和密封问题,但是,滚动密封套圈2的外圆柱面和缸体1的圆筒内壁之间就不可能实现滚动了,导致磨擦磨损和间隙问题的发生。虽然可以通过采用油液来填补缸体和密封套圈接触处的间隙,但是又带来了随后的压缩介质与油液分离的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述的一个或多个问题,本发明提供了一种转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面,提供了一种转动装置。该转动装置包括:缸体;前端盖和后端盖,密封连接于缸体的前端和后端,其与缸体共同限定一圆筒形内腔;主轴,由缸体和/或前、后端盖可转动地支撑,部分地位于圆筒形内腔内,其中心轴线与缸体的中心轴线重合;偏心转子组件,套设于主轴位于圆筒形内腔的部分,包括:偏心轴,套设于主轴位于圆筒状内腔的部分,其中心轴线与主轴的中心轴线错开预设位置;滚动活塞轮,套设于偏心轴上,其中心轴线与偏心轴的中心轴线重合;至少一滚动轴承,对称地套设于偏心轴上,其内套圈固定于偏心轴,其外套圈固定于滚动活塞轮,以隔绝两者的转动,该至少一个滚动轴承与滚动活塞轮之间的预紧弹性力将滚动活塞轮压紧于圆筒形内腔的内圆筒面,使圆筒形内腔的内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面形成轴向延伸的密封腔室;隔离机构,将密封腔室分隔为相互独立的第一腔室和第二腔室,该第一腔室和第二腔室分别与设置在缸体上的第一组通孔和第二组通孔相连通。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种转子式压缩机。该转子式压缩机包括上述转动装置,其中:第一腔室通过第一组通孔与低压压缩介质输入口相连通;第二腔室通过第二组通孔与压缩后高压压缩介质的排出口相连通;主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内,通过偏心转子组件以对压缩介质进行压缩。
根据本发明的再一个方面,还提供了一种流体马达。该流体马达包括上述转动装置,其中:第二腔室通过第二组通孔与高压流体进口相连通;第一腔室通过第一组通孔与低压流体出口相连通;高压流体推动偏心转子转动,通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形内腔外。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出,本发明转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达具有以下有益效果:
(1)偏心轴和滚动活塞轮之间采用滚动轴承。使用滚动轴承后,转子压缩机就有望实现无油化或者说少油化(即局部小范围内的油润滑),就有望克服因大量使用润滑油而带来的诸多缺点,从而使转动装置可以在大型的压缩机和空压机领域应用;
(2)在滚动轴承外套圈的外圆柱面与滚动轴承安装定位内圆筒面之间留有径向间隙,其间夹有弹性预紧元件。该弹性预紧元件在得以达成压缩机转子良好可靠密封质量目标的同时,不仅可以避免对构成偏心转子的各个零件的径向装配尺寸的过于苛刻的精度要求,降低成本,还具有吸收振动和噪音的功能;
(3)采用平衡配重方案,减轻了转动装置由于偏心转动而引起的动量不平衡的问题。经过转子动量平衡设计的转子式压缩机,更加符合精密工学原理,运行起来振动小,噪音低;
(4)通过复位销钉将压缩弹簧的复位压力直接传递至靠近旋阀体头部的侧面位置,可以精准地调节压在行星活塞滚轮外圆柱面上的旋阀体头部的接触压力,实现最小滑动摩擦力下的可靠密封,提高了转动装置的工作可靠性;
(5)将旋阀体复位销钉打造成传统压力气缸的构造,或使用更有力、更稳定、更精密和更长寿的气动元件来控制旋阀体的摆动,保证了整台转动装置的工作可靠性和维修的便利性;
(6)在旋阀体的远端采用滚轮或者摆动密封滑头,进一步减小了旋阀体与滚动活塞轮的摩擦力,提高了工作效率.
附图说明
图1为现有技术第一种转子式压缩机的结构示意图;
图2为现有技术第二种转子式压缩机的结构示意图;
图3A为根据本发明实施例转子式压缩机的纵切面示意图;
图3B为图3A所示转子式压缩机沿A-A面的剖视图;
图4为图3A所示转子式压缩机中偏心转子组件局部的右视图;
图5为图3A所示转子式压缩机中偏心转子组件局部的立体图;
图6A为根据本发明实施例转子式压缩机中O型弹性橡胶圈的第一种装配方式的示意图;
图6B为根据本发明实施例转子式压缩机中O型弹性橡胶圈的第二种装配方式的示意图;
图6C为根据本发明实施例转子式压缩机中矩型弹性橡胶圈的装配方式的示意图;
图7A为根据本发明实施例转子式压缩机偏心转子组件中弹簧片套圈的示意图;
图7B为图7A所示弹簧片套圈装配的示意图;
图8A为根据本发明实施例转子式压缩机中偏心转子组件的左视图;
图8B为根据本发明实施例转子式压缩机中偏心转子组件的示意图;
图9A和图9B为根据本发明实施例转子式压缩机隔离机构中第二种旋阀体分别在压入状态和伸出状态的示意图;
图10为根据本发明转子式压缩机隔离机构中第三种旋阀体的立体图;
图11A和图11B为图10所示旋阀体分别在压入状态和伸出状态的示意图;
图12A为根据本发明实施例转子式压缩机隔离机构中第二种旋阀体复位机构的结构示意图;
图12B为根据本发明实施例转子式压缩机隔离机构中第三种旋阀体复位机构的结构示意图;
图13A-图13E为根据本发明实施例转子式压缩机工作流程的示意图;
图14为根据本发明实施例流体马达的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。需要说明的是,在附图或说明书描述中,相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式,为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。为方便理解,首先将本发明中所涉及主要元件进行编号说明,如下所示:
【本发明主要元件符号说明】
本发明提供了一种转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达。在该转动装置中,偏心轴和滚动活塞轮之间采用滚动轴承方式,并通过弹性预紧元件实现缸体的可靠密封,通过平衡配重克服了转子式压缩机的振动和噪音问题,从而避免了润滑油的使用,实现了压缩机的大型化。同时,还提供了一种全新的旋阀体复位方式,并对旋阀体进行了改进,保证了转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达的整体工作可靠性。
首先,本发明提供了一种转动装置,该转动装置包括:缸体、前/后端盖、主轴、偏心转子组件和隔离机构。其中,缸体位于其两侧的前/后端盖限定一圆筒形内腔。主轴由缸体或其前/后端盖支撑,部分地位于圆筒形内腔内,其中心轴线与缸体的中心轴线重合。偏心转子组件,套设于主轴位于圆筒形内腔的部分,包括:偏心轴,套设于主轴位于圆筒状内腔的部分,其中心轴线与主轴的中心轴线平行且错开预设距离;滚动活塞轮,套设于偏心轴上,其中心轴线与偏心轴的中心轴线重合;至少一滚动轴承,对称地套设于偏心轴上,其内套圈固定于偏心轴,其外套圈固定于滚动活塞轮,以隔绝两者的转动,该至少一个滚动轴承与滚动活塞轮之间的预紧弹性力将滚动活塞轮压紧于圆筒形内腔的内圆筒面,使圆筒形内腔的内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面形成轴向延伸的密封腔室。隔离机构将密封腔室分隔为相互独立的第一腔室和第二腔室,该第一腔室和第二腔室分别与设置在缸体的第一组通孔和第二组通孔相连通。
该转动装置可以应用于压缩机、流体马达等流体机械中,其应用于压缩机和流体马达时,吸入通孔和排出口的设置如下:
(1)当该转动装置应用于压缩机时,第一腔室通过第一组通孔与低压压缩介质输入口相连通;第二腔室通过第二组通孔与压缩后高压压缩介质的排出口相连通;主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内,通过偏心转子组件以对压缩介质进行压缩;
(2)当该转动装置应用于流体马达时,第二腔室通过第二组通孔与高压流体进口相连通;第一腔室通过第一组通孔与低压流体出口相连通;高压流体推动偏心转子转动,通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形内腔外。
该转动装置中,每组通孔中通孔的数量可以为1个,也可以为多个。并且,滚动轴承可以为滚柱轴承、滚球轴承、滚针轴承、空气动力学滚动轴承或复合轴承。滚动轴承的数量为1个,但优选为1组、2组、3组、4组,每组包括沿圆筒形内腔左右对称设置的两个滚动轴承。此处的对称,指的是相对于以下平面对称:该平面过主轴位于圆筒形内腔部分的中心点,且垂直于主轴的中心轴线。
以下将对应用该转动装置的转子式压缩机和流体马达,尤其是转子式压缩机,进行详细说明。通过以下的说明,本领域技术人员应当可以对本发明的转动装置有更加清楚的了解。
本发明还提供了一种转子式压缩机。图3A为根据本发明实施例转子式压缩机的纵切面示意图。图3B为图3A所示转子式压缩机沿A-A面的剖视图。请参照图3A和图3B,本实施例转子式压缩机包括:缸体110、前端盖120/后端盖130、主轴200、偏心转子组件300和隔离机构400。以下分别对各个组成部分进行详细说明。
请参照图3A,缸体110与位于其前后两侧的前端盖120/后端盖130共同限定一圆筒状内腔。该圆筒状内腔即为压缩机的气缸,该气缸半径为R2,高度为H。缸体110包括缸体主体111、分别设置在该缸体主体111前/后端面的前缸盖112和后缸盖113。在缸体主体111外侧的预设位置,一般为上方,设置气缸头140。后续隔离机构的旋阀体及其复位机构均对应该气缸头140的位置进行设置,这些内容将在下文进行详细说明。
主轴200由缸体前后缸盖(112和113)支撑,其中心轴线与圆筒形内腔的中心轴线重合,其直径为D。该主轴200的第一部分位于圆筒状内腔外,与外界动力源相接,将外界动力源输入的扭矩传输至圆筒状内腔;第二部分位于圆筒状内腔内,利用外界动力源输入的扭矩带动偏心转子组件300转动。
为减小摩擦,主轴200和前后缸盖(112和113)之间分别设置主轴轴承210。该主轴轴承210优选采用高承载能力、长寿命、高精度的圆锥滚柱轴承,以保证转子侧面和缸盖面的间隙精密可控。由轴承锁紧螺母211锁紧主轴轴承210的位置。此外,为实现主轴与前端盖之间的密封,在两者之间设置主轴密封胶圈212。为了实现前端盖与前缸盖之间的密封,在两者之间设置前端盖密封胶圈121;为了实现后端盖与后缸盖之间的密封,在两者之间设置后端盖密封胶圈131。
需要说明的是,虽然本实施例中主轴200是由前缸盖112和后缸盖113可转动地支撑,但其也可以由前/后端盖可转动的支撑。此外,虽然本实施例中主轴只有一端伸出圆筒形内腔外,但是,本发明同样包括主轴两端伸出圆筒形内腔外,由左右两侧同时输入扭矩的情况。本领域技术人员应当很清楚的明了上述技术方案如何实现,此处不再赘述。
偏心转子组件300位于上述圆筒状内腔内。图4为图3A所示转子式压缩机中偏心转子组件300局部的右视图。图5为图3A所示转子式压缩机中偏心转子组件局部的立体图。请参照图3B、图4及图5,该偏心转子组件包括:偏心轴310,套设于主轴200位于圆筒状内腔的第二部分,其中心轴线与主轴200的中心轴线平行且错开预设距离;滚动活塞轮330,套设于偏心轴310上,其中心轴线与偏心轴310的中心轴线重合,其半径为R1;至少一滚动轴承320,对称地套设于偏心轴310上,其内套圈固定于偏心轴310,其外套圈固定于滚动活塞轮330,以隔绝两者的转动。该些滚动轴承与滚动活塞轮之间的预紧弹性力将滚动活塞轮压紧于圆筒形内腔的内圆筒面,使圆筒形内腔的内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面形成轴向延伸的密封腔室。偏心轴310的偏心度e的大小根据压缩机排量而定,例如当排量为53c.c时取4.5mm即可,排量越大,偏心度e就越大。
主轴200带动偏心轴310转动。继而,在偏心轴310的带动下,滚动活塞轮330在沿主轴中心轴线进行公转的同时,以沿缸体的内圆筒面滚动的方式进行自转,滚动活塞轮330的转动和偏心轴310的转动由滚动轴承320进行隔离。
如上所述,滚动轴承320可以为滚柱轴承、滚球轴承、滚针轴承、空气动力学滚动轴承或复合轴承,优选为滚球轴承。在图3B、图4及图5中,偏心轴310和滚动活塞轮330之间设置对称的2个(即1组)的滚动轴承320。本领域技术人员应当清楚,该滚动轴承的个数可根据需要进行设计,如果圆筒形内腔的轴向距离,即缸体高度H,较大的情况下,该滚动轴承可以为对称的2组、3组或者4组,每组两个。当然,该滚动轴承也可以为截面积较大的一个,但其也应当沿圆筒形内腔左右对称设置的。
在传统的转子式压缩机设计中,因为转子式压缩机的排量和外形尺寸都较小,偏心转子构造的尺寸又特别紧凑,加上前述必须采用油液来填补缸体和密封套圈接触处的间隙等原因,导致机壳内必须做成高压,使用油润滑的滑动轴承已成为习惯,至今未见在转子式压缩机的滚动活塞轮和偏心轴之间通过滚动轴承进行减磨的技术。然而,市场要求转子式压缩机能够进化为符合大型与低温使用要求的致冷压缩机,现有的采用油润滑的转子式压缩机已经不能满足需求,就必须要有新变革。
通过在转子式压缩机采用成熟工业化技术大量生产的并且还不断在进步的当代滚动轴承,不仅可以通过滚动磨擦代替滑动磨擦来大大减少磨擦能耗,提高能效;并且使用滚动轴承后,转子压缩机就有望实现无油化或者说少油化(即局部小范围内的油润滑),就有望克服因大量使用润滑油而带来的诸多缺点,在大型的压缩机和空压机中应用。
然而,需要说明的是:虽然参考本申请说明书循序渐进的说明,用滚动轴承方式来代替现有的油润滑的方式是技术发展的必然趋势,但要在压缩机转子结构上合理地导入滚动轴承以代替当前的油润滑滑动轴承,以滚动磨擦代替当前的滑动磨擦,并不是一件简单的事情,否则也就无法解释现有技术中没有采用滚动轴承的事实了。
机械设计的经验总结告诉我们,相邻运动面在0.01~0.03mm的间隙下,才能够有良好的气密性。本实施例转子式压缩机中,由于偏心轴和滚动活塞轮之间使用滚动轴承构造,最理想的低成本高质量基本密封条件是:运动面之间无滑动,因此可无间隙,甚至于可微过盈配合,实现零泄漏。为了实现上述的基本密封条件,在偏心轴、滚动活塞轮和缸体本体内壁之间采用预紧弹性设计,以实现最好的密封。
转子式压缩机中滚动活塞轮与缸体密封间隙的控制目标,就是必须保证滚动活塞轮在沿缸体内壁滚动时,在其接触切点处的密封间隙Δ为零,则有下述数学表达式:
Δ=R-e-r-ψ=0
其中:密封间隙为Δ;
缸体内壁圆筒半径为R;
滚动活塞轮的外圆筒半径为r;
滚动活塞轮与缸体中心的偏心量为e;
滚动活塞轮支撑轴承的径向游隙为ψ。
因此,在转子式压缩机滚动活塞轮装配之前,要预先测量好上述各参数,进行选配。由于缸体内壁圆筒半径R、滚动活塞轮与缸体中心的偏心量(即曲轴偏心半径)e、滚动轴承的径向游隙ψ,一旦加工成形后都不太好修正,所以通常采用对滚动活塞轮的外圆筒半径r进行修正调节选配的办法。
在本实施例中,转子式压缩机滚动活塞轮与缸体密封间隙的控制目标有时采用过盈配合,就是说密封间隙Δ小于零。这意味着在滚动活塞轮和缸体的接触切点处预紧加压,产生一个微观弹性变形,形成的气隙密封就能够由线扩展到面,预紧加压量不能太大(大约在1~100μm),不能超过装配尺寸链系统允许的弹性范围,更不能造成装配尺寸链系统的永久变形事故;当压缩机经过初期的跑合运行阶段之后,各零部件尺寸磨合稳定下来时,上述预紧加压产生的微观弹性变形就能够自动补偿摩擦损耗变形,确保转子式压缩机滚动活塞轮与缸体密封间隙Δ不大于零的控制目标。但是,这样一来,制造现场就往往会对构成偏心转子的各个零部件的径向装配尺寸提出过于苛刻的精度要求。
通过以上分析可知,滚动轴承320与滚动活塞轮330之间的预紧弹性力将滚动活塞轮压紧于圆筒形内腔的内圆筒面从而实现两者的密封是可行的。一般情况下,该预紧弹性力可来自于滚动轴承320与滚动活塞轮330之间采用过盈配合。然而,过盈配合如果太大的话,就有可能导致转子式压缩机出现运行不畅的问题。
为了解决上述难题,就需要在滚动活塞轮330的内圆筒面和滚动轴承320的外圆柱面两者之一上开设相对于滚动轴承滚动体(例如:钢球)沟槽径向中心线呈对称分布的一条或多条镶嵌槽,在该镶嵌槽内设置弹性预紧元件,该弹性预紧元件在正常状态下的高度大于上述镶嵌槽的深度,以实现滚动活塞轮330的内圆筒面和滚动轴承330的外圆柱面之间的预紧加压。此外,该弹性预紧元件还能够自行吸收和补偿误差。
该弹性预紧元件可以采用使用范围很广的O型弹性橡胶圈351,其密封压力从1.33×10-5Pa到400MPa(动密封可达35MPa)。O型弹性橡胶圈的材料以氟橡胶为好,氟橡胶有很好的弹性力,耐磨耐压,并且其连续使用温度可达210℃。
图6A为根据本发明实施例转子式压缩机中O型弹性橡胶圈的第一种装配方式的示意图。如图6A所示,在滚动活塞轮的内圆筒面开多条镶嵌槽,多条镶嵌槽的轴向位置相对于滚动轴承滚动体(钢球)沟槽径向中心线呈对称且平均分布,以便能够均衡吸收压力变形,多条O型弹性橡胶圈351可以镶嵌在该镶嵌槽内。当偏心主轴转动时,滚动轴承外圆柱面就会压缩O型弹性橡胶圈351产生一个弹性变形,把滚动活塞轮330的外圆柱面紧紧地压贴在缸体的内圆筒面上,实现有预紧力的零间隙密封。
滚动轴承外套圈通过O型弹性橡胶圈351预紧固定在滚动轴承安装定位内圆筒面上,其相对于活塞轮轴承安装定位内圆筒面的中心位置来说是浮动的,因此它们之间需要设有足够的间隙β来压缩O型弹性橡胶圈才行,滚动轴承安装定位的活塞滚轮内径Ω必须比滚动轴承套圈外径大,间隙β的大小视轴承尺寸而定,其值范围在0.1到1mm左右。
在前面,提到了通常采用对滚动活塞轮的外圆筒半径r进行修正调节选配的办法,来保证转子在沿缸体内壁滚动时,在其接触切点处的密封间隙Δ为零。当使用O型弹性橡胶圈预紧固定滚动活塞轮后,滚动轴承外套圈外圆柱面和滚动轴承安装定位内圆筒面之间有了间隙β,此时滚动活塞轮支撑滚动轴承的径向游隙ψ为零。
当把滚动活塞轮的外圆筒半径r预先加大一个值Δr后则有下述数学表达式:
Δ=R-e-(r+Δr)=0
其中:密封间隙为Δ;
缸体内壁圆筒半径为R;
滚动活塞轮的外圆筒半径为r;
滚动活塞轮与缸体中心的偏心量为e;
滚动活塞轮的外圆筒半径r预先加大值为Δr。
滚动轴承外套圈外圆柱面和滚动活塞轮的圆柱面之间的间隙为β,令间隙β的压缩减少量为Δβ,滚动轴承的径向游隙为ψ,则有下述数学表达式:
Δr=ψ+Δβ
O型弹性橡胶圈压缩变形的反作用力和间隙β的变化量Δβ成正比,有下述数学表达式:
0<Δβ≤β
因此,在设计时,必须通过实践经验来正确选定Δβ值,在保证密封间隙Δ为零的同时,要做到滚动活塞轮外圆柱面对缸体内壁圆柱面在接触切点处有适度的弹性预紧压力即可,避免过度预紧。
图6B为根据本发明实施例转子式压缩机中O型弹性橡胶圈的第二种装配方式的示意图。图6B中O型弹性橡胶圈的装配方式与图6A类似,不同之处仅在于镶嵌槽开设于滚动轴承外套圈的外圆柱面。
对于图6A和图6B的O型弹性橡胶圈来说,其断面尺寸大小是设计的关键,在这里重点要满足三个条件:
(1)转子系统通过O型弹性橡胶圈传递到滚动活塞轮的外圆柱面与缸体内壁圆筒面接触处的合适的弹性预紧压力;
(2)O型弹性橡胶圈的断面直径要足够大,O型弹性橡胶圈与滚动活塞轮的滚动轴承安装定位内圆筒面的接触面积也要有足够大,才能满足系统有足够柔软的弹性,吸收振动和噪音。
(3)由于O型弹性橡胶圈周而复始地在活塞轮与缸体内壁的接触点受到挤压变形,因此,O型弹性橡胶圈的截面积要足够大,才能有足够的疲劳强度,不发生永久变形。
在市场上有一种叫做膨胀补正深沟球轴承(防止打滑轴承)的标准轴承,在外圈外圆柱面上设有两个矩型沟槽,沟槽里镶嵌有高膨胀率的高分子材料,用来防止系统温度升高后轴承定位处因热膨胀而造成的松动;还有一种叫做AC轴承(防止打滑轴承)的标准轴承,在外圈外圆柱面上设有两个矩型沟槽,沟槽里镶嵌有O型橡胶圈,用在轴承外圈不能紧配固定时防止打滑用。然而,上述两种轴承的主要目的是防止打滑及热膨胀,与本实施例的利用滚动轴承与滚动活塞轮之间的预紧弹性力来进行密封存在本质不同。
此外,上述各种滚动轴承由于在其外圈设置沟槽,会严重影响滚动轴承自身的承载力和稳定性。因此,不提倡不经计算就直接使用上述市场少见的防止打滑的标准轴承,而是提倡采用市场多见的普通球轴承或者滚柱轴承,并在滚动活塞轮320的内圆筒面开镶嵌槽。这样的话,整体结构更加合理化,形式更加多样化,效果更加精益化。
为此,弹性橡胶圈的截面形状还可以设计成矩形或者其它更多的有利于满足合适的弹性预紧压力、吸收振动和噪音、有足够的疲劳强度使用寿命延长的形状,其中方案之一为如图6C所示的矩形弹性带齿橡胶圈352。
如图6C所示,由于镶嵌矩形弹性带齿橡胶圈352的沟槽宽度几乎和轴承套圈的宽度一样,不可以在本来就是薄壁结构的轴承套圈上再开挖镶嵌沟槽了,只能把镶嵌沟槽开到滚动活塞轮的滚动轴承安装定位内圆筒面上,这样镶嵌沟槽的深度也可开的更深一些,弹性空间更大一些。装配时,在矩形弹性带齿橡胶圈352的牙齿上抹上黄油即可长期工作。
特别值得注意的是:当偏心主轴高速运转时,上述O型或矩形弹性橡胶圈在受到高频率反复的冲击压力长期工作后,有可能因发热而软化乃至破坏,因此要考虑采用更加耐热的高强度弹性材料,例如:多股细金属丝网做成的弹性圈,或者金属弹簧套圈等,该金属优选为合金钢或其他弹性较大的金属材料。
图7A为根据本发明实施例转子式压缩机偏心转子组件中弹簧片套圈的示意图。请参照图7A,该金属弹簧套圈包括:带有连续U字形光滑圆弧曲面拱起的弹簧片,及支撑该弹簧片的刚性底座边沿。该刚性底座边沿的直径可以弹性缩小。
如图7B所示,在滚动活塞轮的内圆筒面开设镶嵌槽,凹槽中心线与滚动轴承中心线重合,该带有U字形光滑圆弧曲面拱起的金属弹簧套圈353装配于上述镶嵌槽内。在装配时,由于金属弹簧套圈353刚性底座边沿的直径可以弹性缩小,所以能够预先镶嵌入滚动轴承安装定位内圆筒面上的矩形沟槽内完成定位,抹上润滑剂后,就可以容易地把滚动轴承外套圈压入装配。由于采用冲压工艺,所以金属弹簧套圈容易大规模量产,保证质量,降低成本。
本实施例中,通过在滚动轴承外套圈的外圆柱面滚动轴承之间安装弹性预紧元件,当偏心主轴转动时,滚动轴承的外圆柱面就会压缩弹性预紧元件产生一个弹性变形力,把滚动活塞轮的外圆柱面紧紧地压贴在缸体的内圆筒面上,不管构成偏心转子组件的各个零件的径向装配尺寸有什么精度误差,也不管偏心转子组件的旋转外圆轨迹径向有何偏差跳动,都可被弹性预紧元件的弹性变形所随机吸收,保证实现有弹性预紧力的零间隙密封。因此,不仅在得以达成压缩机偏心转子组件良好可靠密封质量目标的同时,还可以避免对构成偏心转子组件的各个零件的径向装配尺寸的过于苛刻的精度要求,降低成本。
为了节约缸体空间,在偏心轴套设滚动轴承的位置设置偏心轴肩311,如图4所示。除该偏心轴肩311之外的偏心轴的部位就可以节省出来进行平衡配重,具体的平衡配重方法如下文所述。
请参照图3A、图4及图5,在偏心轴较轻的一侧,两偏心轴肩之间,沿偏心轴对称设置平衡块340。该平衡块340的大小及重量视圆筒形内腔的体积及偏心度而定。
此外,除了上述平衡配重方式之外,本发明还提供了另外的多种平衡配重方式。
在第一种平衡配重方式中,偏心转子组件中的平衡块341不再是单独的一块,而是在偏心轴较轻一侧的连成一片的弧形平衡块区域,如图8A所示。这种类型的平衡块易于制造,并且平衡效果好。
在第二种平衡配重方式中,偏心转子组件采用在偏心轴较重一侧开配重缺口342,来减小此处的配重,实现在偏心轴转动过程中的平衡,如图8B所示。
在其他平衡配重方式中,还可以通过在偏心轴偏重的一侧开多个配重孔,以减轻配重。此外,也可以在偏心轴的加工上尽量减少其与主轴的偏心度,乃至同心的方式来平衡配重。
在现有技术中,虽然动量平衡的重要性早已家喻户晓,但是在当今不少转子式压缩机上,鲜见做到,那是因为采用油润滑与油密封技术的偏心轴滑动轴承的空间太狭小,配重难以展开。本发明由于滚动轴承的利用,使得在两个对称布置的滚动轴承跨度空间之间有可能进行转子动量平衡的配重构造设计了。采用平衡配重方案,减轻了由于转子式压缩机由于偏心转动而引起的动量不平衡的问题,更加符合精密工学原理。经过转子动量平衡设计的转子式压缩机,当然运行起来振动小,噪音低。
为了实现滚动轴承的定位,避免在滚动活塞轮转动过程中其位置出现偏移,固定在压缩机偏心转子组件上的两个滚动轴承的内外圈轴向位置的定位,属于预紧定位,通过滚动活塞轮内圆筒面和偏心主轴轴颈上的定位轴肩来消除滚动轴承的轴向游隙,使滚动轴承在转动时减少轴向晃动,滚动活塞轮的定位方式可以采用以下两种中任意一种:
一、如图3A所示,固定在滚动活塞轮内圆筒面上的两个滚动轴承的内圈轴向位置的定位,由设在偏心主轴轴颈上的轴肩和设在主轴轴颈上的轴承压紧垫片331完成。轴肩分别从两个滚动轴承之间的内侧向外顶住轴承的内圈;滚动活塞轴承的内圈的外侧,则由轴承压紧垫片从缸体的两侧进行压紧定位,从而实现该两个或多个滚动轴承的内圈轴向定位。而两个滚动轴承的外圈定位,则由滚动活塞轮内圆筒面中间所设的轴肩对外圈内侧面施加压力进行定位。
二、如图8B所示,固定在滚动活塞轮内圆筒面上的两个滚动轴承的内圈轴向位置的定位,由设在偏心主轴轴颈上的轴肩完成,轴肩分别从两个滚动轴承之间的内侧向外顶住轴承的内圈;而两个滚动轴承的外圈定位,则由滚动活塞轮内圆筒面左端所设的轴肩对贴紧的一个轴承外圈的侧面施加压力进行定位,另一个轴承的外圈的外侧面则由设在滚动活塞轮内圆筒面右端沟槽内的轴承卡环325向内锁紧定位。
当然,本发明转子式压缩机的滚动轴承的定位方式也不限于以上的两种,本领域技术人员根据以上的描述也可以想到其他的定位方式。
此外,滚动活塞轮侧面的密封十分重要,在滚动活塞轮的两侧,设置侧面密封片321。嵌入前(后)缸盖内的密封片弹性胶圈322以适当的压力压住侧面密封片321的外侧,以防泄漏。该侧向密封片321可用减磨合金或者聚四氟乙烯(PTFE)材料制成。
如图3A和图3B所示,隔离机构400将由缸体的内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面形成的轴向延伸的密封腔室分隔为第一腔室和第二腔室。对于压缩机来讲,该第一腔室为吸入腔430,其通过吸入通孔401与低压压缩介质输入口相连通;该第二腔室为压缩腔440,即高压腔,其通过排出通孔402与压缩后高压压缩介质的排出口相连通。主轴200将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内,通过偏心转子组件以对压缩介质进行压缩。需要注意的是,在排出通孔402和高压压缩介质排出口404之间,具有开闭阀427。只有当排出通孔402的气压达到一预设压力阈值时,该开闭阀427才可以打开,从而将压缩后的压缩介质输出至高压压缩介质排出口。在排出通孔402的气压未达到该预设压力阈值时,该开闭阀427是始终是关闭的。
隔离机构400包括旋阀体410和旋阀体复位机构。其中,该旋阀体优选为片状结构,即旋阀片,也可以是如图2所示的半圆形结构等等。当然,本领域技术人员也应当清楚,除了下文中公布的旋阀体及其复位机构之外,还可以采用其他类型的阀体及其相应的复位机构,例如:闸阀等,可参考申请人在先前申请的专利(专利申请号:201110322746.0),其安装方式对于本领域技术人员来讲是公知的,此处不再详细描述。
缸体主体111上对应气缸头140的位置形成有一轴向延伸的、朝向圆筒形内腔敞开的容放凹槽。该旋阀体410配装在该容放凹槽内并由该槽可转动的支撑,使得旋阀体410在预定的角度范围内摆动。当偏心转子组件的转动至上部位置时,旋阀体410被压入该容放凹槽内,呈压入状态。当偏心转子组件转动至下部位置时,旋阀体摆动至其最大位置,呈伸出状态。而旋阀体的末端始终压设于滚动活塞轮的外圆柱面,从而将第一腔室和第二腔室隔离。其中,当旋阀体从容放凹槽内摆出时,其正面朝向的腔室为第二腔室,即压缩腔440,其通过排出通孔402与压缩后高压压缩介质排出口404相连通;旋阀体背面朝向的腔室为第一腔室,即吸入腔430,其通过吸入通孔401与低压压缩介质输入口相连通。
滚动活塞轮的偏心运动,对于旋阀体来说,就是一个360度连绵不断的驱动凸轮,且凸轮的升角很小,因此,主轴输入的很小的扭矩,就可以对旋阀体产生极大的推力,达到压缩高压气(液)体的效果,同时保证旋阀的头部始终保持压在滚动活塞轮外圆柱面上密封。
请参照图3B,旋阀体410配装在该容放凹槽内,并由该容放凹槽可转动的支撑,包括:连接部,位于旋阀体的根部,与容放凹槽铰接;旋阀体本体,以连接部为轴,在预定的角度范围内摆动。
具体来讲,容放凹槽内设置具有圆弧缺口的滑动圆柱孔,滑动圆柱孔的圆弧缺口与容放凹槽连通。该连接部为一支撑圆柱。该支撑圆柱插入滑动圆柱孔内,受到滑动圆柱孔的包覆制约定位。旋阀体本体以支撑圆柱为轴,在预定的角度范围内,在压入状态和伸出状态间自由摆动。优选地,滑动圆柱孔的圆弧缺口的角度大约为110°,对应的旋阀体本体可摆动的幅度大于250°。
支撑圆柱的高度应比缸体高度H稍矮,单边间隙在0.01mm左右为佳,运动灵活且无泄漏,且支撑圆柱与滑动圆柱孔的配合面应采取润滑措施,如加润滑剂,或者支撑圆柱的表面镀聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯(PTFE)在塑料中它有最佳的老化寿命,同时是固体材料中摩擦系数最低的材料。
当然,旋阀体410也可以采用如图1所示的芯轴结构。但是,相比于芯轴结构,本实施例滚动圆柱方式无需在缸盖开芯轴定位孔,从而大大改善了加工容易度,装配简单,精度提高而成本降低。
如图3B所示,在旋阀体头部还设置滚动轮,在旋阀体与滚动活塞轮相对运动时,该滚动轮产生滚动,从而最大限度的减小了旋阀体和滚动活塞轮之间的摩擦。
当偏心轴旋转一周,滚动活塞轮被滚动轴承压住,弹性地贴在缸体内壁上无滑动地跑过一周,因为缸体的直径要比滚动活塞轮的直径大,所以,滚动活塞轮在公转一周时,其轴承外套圈的自转远不到一周(自转方向和公转方向相反),这意味着旋阀体头部构造物和滚动活塞轮外圆柱面接触处的相对滑动速度可大大减少,特别有利于密封。
除了图3B所示的旋阀体头部构造之外,本发明还提供了另外的多种旋阀体头部构造。
图9A和图9B为根据本发明实施例转子式压缩机隔离机构中第二种旋阀体分别在压入状态和伸出状态的示意图。在图9A和图9B所示的旋阀体410’中,旋阀体整体上采用减磨材料制成,或者是在其表面镀减磨材料。该减磨材料可以为SiN陶瓷,聚四氟乙烯、青铜合金等。在实际运行中,旋阀体410’头部和滚动活塞轮的接触面不但会自然跑合密封,而且可自动随旋阀体的摆动幅度变大,摩擦损耗量得到补偿。
图10为根据本发明转子式压缩机隔离机构中第三种旋阀体的立体图。图11A和图11B为图10所示旋阀体分别在压入状态和伸出状态的示意图。请参照图10及图11A、图11B,旋阀体410还包括:摆动密封滑头411。该摆动密封滑头的头部呈圆柱形,可摆动地包覆制约定位于旋阀体本体端部的滑动圆柱孔内。摆动密封滑头411与滚动活塞轮330的接触面为贴紧滚动活塞轮滑动330的密封圆弧面。图11A所示为滚动活塞轮旋转到缸体最高位时的情况。此时,旋阀体本体和镶在旋阀体本体头部的摆动密封滑头411一起缩回了缸体凹槽内。图11B所示为滚动活塞轮滚轮旋转到缸体最低位时的情况,此时旋阀体本体和镶在旋阀体头部的摆动密封滑头411在阀片复位销钉的推力下,从缸体凹槽内沿逆时针方向旋出,摆动密封滑头411始终压在行星活塞滚轮外圆柱面上。这种摆动密封滑头底面和行星活塞滚轮外圆柱面的圆弧面状密封效果较好。并且,由于有较大的密封面积,可以最大限度的分散载荷压力。
由于摆动密封滑头411底面和行星活塞滚轮330外圆柱面的表面之间的相对运动速度较大,因此,摆动密封滑头的减磨设计,必须严格按照磨擦学(Tribology)的减磨要求,选定适当的润滑方法,参考相近功能要求的轴瓦形式进行。摆动密封滑头411在材料上可选用适当的金属材料如锡青铜、鈹青铜、锡磷青铜等,也可用纤维强化热硬化聚酚醛、聚四氟乙烯等工程塑料。优选地,在摆动密封滑头411底面和行星活塞滚轮外圆柱面的表面镀上一层聚四氟乙烯塑料,可以减少磨擦。
如图10所示,在旋阀体密封滑头411的头部设置压缩气液通路411a,该压缩气液通路411a可以保证即使在旋阀体即将进入容放凹槽内的瞬间,压缩介质仍然可以通过其顺利进入二级压缩室。
此外,在摆动密封滑头411的圆弧面状底面上开有浅浅的流体静压轴承压力腔411b,其深度介于0.1mm至2mm之间。在该转子式压缩机运行的过程中,流体静压轴承压力腔411b中分布的气液流体起到类似润滑油的作用,从而极大地减小了摆动密封滑头411和滚动活塞轮330外圆柱面之间的摩擦。
此外,摆动密封滑头与旋阀体本体的连接方式不限于上述滚动圆柱形式,同样也可以采用枢接、芯轴等形式,只要能够保证摆动密封滑头与旋阀片本体可转动连接即可,此处不再详细说明。
如图3A和图3B所示,复位机构用于使旋阀体始终压设于滚动活塞轮的外圆柱面。如图3B所示,在容放凹槽的底部,侧对旋阀体位置,开有一个销钉盲孔。销钉盲孔内置复位销钉弹簧422,复位销钉421插入销钉盲孔,顶住复位销钉弹簧422的自由端,可滑动密封。复位销钉421的头部沿朝向滚动活塞轮的方向顶住旋阀体本体410,实现旋阀体的复位密封。优选地,该销钉盲孔的中心轴线与旋阀体压入容放凹槽内的垂线之间的夹角介于10°至20°之间,优选为13°,如图3B所示。该复位销钉421与旋阀体的接触点为:自旋阀体压住滚动活塞轮一端开始,旋阀体长度的1/5至1/2处,优选地为2/5处。
本实施例中,通过旋阀体复位销钉在不漏气的滑动条件下往复运动,把复位压力传至旋阀体头部,从而提升了转子式压缩机中复位弹簧和旋阀体的使用寿命和可靠性。这样的设计,扩展了旋阀体复位机构的设计空间,不像传统转子式压缩机的那样,仅仅局限在旋阀体的支撑轴芯狭小空间。
同时,作为旋阀体复位动力的弹簧采用已被实践证明为可靠的压缩弹簧。由于通过旋阀体复位销钉施加的压力点靠近旋阀体头部,可以更大程度上精准地保证压在行星活塞滚轮外圆柱面上的旋阀体头部(例如滚轮或者摆动密封滑头底面)的接触压力,实现最小滑动磨擦力下的长寿命可靠密封。
除了上述旋阀体复位机构外,本发明还提供另外两种形式的旋阀体复位机构。
图12A为根据本发明转子式压缩机隔离机构中第二种旋阀体复位机构的结构示意图。如图12A所示,在销钉孔内设置氮气弹簧423,该氮气弹簧的自由端顶住复位销钉421的运动端,通过复位销钉421顶住旋阀体往滚动活塞轮430外圆柱表面复位密封。氮气弹簧有密封好,力量大,寿命长的特点,作为标准件,一旦损坏也容易更换。此时,该销钉孔可以为通孔,通过氮气弹簧423的末端将该销钉孔与气缸外侧密封。
图12B为根据本发明实施例转子式压缩机中第三种旋阀体复位机构的结构示意图。如图12B所示,用高压气通道424把高压压缩介质排出口404处的经过压缩后的高压气体引入阀片复位销钉上方的装有压缩弹簧425的销钉孔。该高压气体作为弹性元件可以保证有足够的气体压力压住复位销钉421,并使旋阀体末端始终与滚动活塞轮430外圆柱表面复位密封。此处,压缩弹簧425只用于在高压气缸内无压力时顶住阀片复位销钉。在能够保证在高压气缸内无压力时也能可靠顶住阀片复位销钉的前提下,该压缩弹簧425可以省略。优选地,在压缩机高压压缩介质排出口404和高压气通道424之间设置压力调节装置,例如单向阀或调压阀,从而可以保证阀片复位销钉上方的销钉孔内压力的基本恒定。
本实施例转子式压缩机通过旋阀体复位销钉在密封滑动条件下工作,通过它把复位压力传至旋阀体头部,从而提升了转子式压缩机中复位弹簧的使用寿命和可靠性,从而提供了一种高可靠性、实用的压缩机。
通过上述说明,已经完整介绍了本实施例转子式压缩机各部分的构造。以下将介绍本实施例转子式压缩机的三个工作冲程-吸气冲程、一级压缩冲程和二级压缩冲程:
吸气冲程,如图13A所示,滚动活塞轮位于圆筒状内腔最上方的位置,从而将旋阀体完全压入容放凹槽内,销钉位于销钉孔的最内侧位置。此时,其直径与垂直向上的方向呈0°,滚动活塞轮外圆柱面和缸体的内圆筒面所围成的压缩腔最大,该压缩腔与压缩机的吸气口相连接,从而将气态的压缩介质吸入该压缩腔;
一级压缩冲程,如图13B所示,滚动活塞轮偏心沿缸体内表面密封滚动,要过了吸气口之后才能开始压缩。旋阀体首先逐渐打开,而后又慢慢闭合,与之相对应,销钉在销钉孔内先伸出而后又缩回。随着滚动活塞轮在缸体内表面的密封滚动,压缩腔的体积越来越小,如图13C所示,滚动活塞轮位于圆筒状内腔最下方的位置,过了此点后,到达如图13D所示位置,该压缩腔内的气体被压缩升压后逐渐进入旋阀体上方的气缸;
二级压缩冲程,如图13E,偏心滚轮外圆与缸体内圆的内切点在270度方位上,这时内切点位置已接近终点位置,滚动活塞轮偏心沿缸体内表面密封滚动,旋阀体快速闭合,高压气体将单向截止阀片吹开,气体被压缩升压进入旋阀体上方的气缸后,进一步被旋阀体二次挤压进入高压储气室。终点位置如图13A所示,即旋阀体回到缸体槽的位置,此时,在所谓二级压缩室(高压室)内滞留的流体全部被挤入高压储气室,并且在下来的时间段里被图3B所示的单向截止阀片所截流。
至此,本实施例转子式压缩机介绍完毕。
此外,本发明还提供了一种流体马达。该流体马达的构造与上述的转子式压缩机类似,区别仅在于出入口设计及相应流体的方向的不同。图14为根据本发明实施例流体马达的截面示意图。请参照图14,转动装置的第二腔室,即做功腔530,通过第二组通孔与高压流体进口510相连通;第一腔室,即排出腔540,通过第一组通孔与低压流体出口520相连通。高压流体推动偏心转子转动,通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形内腔外。此外,需要注意的是,在高压流体进口510和第二组通孔之间,并没有如图3B所示的开闭阀,从而高压流体能够源源不断流入。该高压流体可以为液体或者气体。
以下将介绍本实施例流体马达的工作流程:高压流体从高压流体进口510流入,通过第二组通孔进入做功腔,沿逆时针方向推动偏心转子300组件自转并公转,该偏心转子组件300的公转带动主轴200转动;当偏心转子组件经过其最上端之后,进入下一个冲程,做功后的流体通过第一组通孔流出至低压流体出口520。
至此,本实施例流体马达介绍完毕。依据以上对转子式压缩机和流体马达的描述,本领域技术人员应当对本发明的转动装置有了清楚的认识。
综上所述,本发明转动装置及应用其的转子式压缩机和流体马达中,偏心轴和滚动活塞轮之间采用滚动轴承方式,通过弹性预紧力实现缸体的可靠密封,同时,对旋阀体和旋阀体复位机构进行了改进,从而提供了一种高可靠性、可大型化的流体机械。
需要注意的是,出于简单明了表示图中元件的目的,图中元件并不一定是按照严格比例进行绘制的。此外,以上对本发明的多处特征及有益效果给予了说明,但关于该发明的结构和功能方面的细节描述仅是为了披露阐释的需要,其各种细节上的变换也应落在本发明的保护范围之内,特别是关于该发明的形状、尺寸和零部件的排列布置等,均应落在本说明书所附权利要求所表达的发明精神囊括范围之内。此外,以下实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种转动装置,其特征在于,包括:
缸体;
前端盖和后端盖,密封连接于所述缸体的前端和后端,其与所述缸体共同限定一圆筒形内腔;
主轴,由所述缸体和/或前、后端盖可转动地支撑,部分地位于所述圆筒形内腔内,其中心轴线与所述圆筒形内腔的中心轴线重合;
偏心转子组件,套设于所述主轴位于圆筒形内腔的部分,包括:
偏心轴,套设于所述主轴位于圆筒状内腔的部分,其中心轴线与所述主轴的中心轴线相互平行且错开预设距离;
滚动活塞轮,套设于所述偏心轴上,其中心轴线与所述偏心轴的中心轴线重合;
至少一滚动轴承,对称地套设于所述偏心轴上,其内套圈固定于所述偏心轴,其外套圈固定于所述滚动活塞轮,以隔绝两者的转动,该至少一个滚动轴承与所述滚动活塞轮之间的预紧弹性力将所述滚动活塞轮压紧于所述圆筒形内腔的内圆筒面,使所述圆筒形内腔的内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面之间形成轴向延伸的密封腔室;
隔离机构,将所述密封腔室分隔为相互独立的第一腔室和第二腔室,该第一腔室和第二腔室分别与设置在缸体上的第一组通孔和第二组通孔相连通;
其中,所述滚动活塞轮的内圆筒面和滚动轴承的外圆柱面两者之一上开设相对于滚动轴承滚动体沟槽径向中心线对称分布的一条或多条镶嵌槽;所述偏心转子组件还包括:一个或多个弹性预紧元件,分别嵌设于所述镶嵌槽内,其在不受力的状态下的高度大于所述镶嵌槽的深度,该一个或多个弹性预紧元件产生所述预紧弹性力。
2.根据权利要求1所述的转动装置,其特征在于,所述镶嵌槽为多条,该多条镶嵌槽相对于滚动轴承滚动体沟槽径向中心线对称分布;
所述弹性预紧元件为:O型弹性橡胶圈或多股细金属丝网做成的弹性圈,该O型弹性橡胶圈或多股细金属丝网做成的弹性圈分别嵌设于所述多条镶嵌槽中。
3.根据权利要求1所述的转动装置,其特征在于,所述镶嵌槽开设于所述滚动活塞轮的内圆筒面。
4.根据权利要求3所述的转动装置,其特征在于,所述镶嵌槽为一条,该一条镶嵌槽相对于滚动轴承滚动体沟槽径向中心线对称分布;
所述弹性预紧元件为:矩形弹性橡胶圈,该矩型弹性橡胶圈嵌设于所述一条镶嵌槽中。
5.根据权利要求4所述的转动装置,其特征在于,所述矩形弹性橡胶圈伸出镶嵌槽的一侧带齿。
6.根据权利要求3所述的转动装置,其特征在于,所述镶嵌槽为一条,该一条镶嵌槽相对于滚动轴承滚动体沟槽径向中心线对称分布;
所述弹性预紧元件为金属弹簧套圈;所述金属弹簧套圈包括:带有连续U字形光滑圆弧曲面拱起的弹簧片,及支撑该弹簧片的刚性底座边沿,该刚性底座边沿的直径可弹性缩小。
7.根据权利要求1所述的转动装置,其特征在于,所述偏心轴包括:
多个偏心轴肩,分别与所述至少一滚动轴承其中之一相对应,设置于套设滚动轴承的偏心轴位置;
平衡配重,设置于两个偏心轴肩之间,沿所述偏心轴对称设置,以平衡所述偏心轴的配重。
8.根据权利要求7所述的转动装置,其特征在于,所述平衡配重为:
平衡块,设置于所述偏心轴的较轻侧,以增加该较轻侧的配重;或
配重缺口或配重孔,设置于所述偏心轴的较重侧,以减轻该较重侧的配重。
9.根据权利要求1所述的转动装置,其特征在于,所述缸体主体上开设轴向延伸的、朝向内腔敞开的容放凹槽;所述隔离机构包括:
旋阀体,配装在该容放凹槽内并由该容放凹槽可转动的支撑,使得旋阀体在预定的角度范围内摆动,包括:
连接部,位于所述旋阀体的根部,与所述容放凹槽铰接;
旋阀体本体,以所述连接部为轴,在预定的角度范围内摆动;
旋阀体复位机构,用于将旋阀体的末端始终压设于滚动活塞轮的外圆柱面,以将所述密封腔室分隔为相互独立的第一腔室和第二腔室,旋阀体从容放凹槽内摆出时,其正面朝向的腔室为第二腔室,其背面朝向的腔室为第一腔室。
10.根据权利要求9所述的转动装置,其特征在于,所述旋阀体整体采用减磨材料或至少所述旋阀片本体与滚动活塞轮相接触的表面镀减磨材料。
11.根据权利要求9所述的转动装置,其特征在于,所述旋阀体还包括:
摆动密封滑头,位于所述旋阀体末端,其与所述滚动活塞轮的接触面为贴紧滚动活塞轮滑动的密封圆弧面。
12.根据权利要求11所述的转动装置,其特征在于,摆动密封滑头与所述滚动活塞轮接触的底部面上开设有流体静压轴承压力腔。
13.根据权利要求11所述的转动装置,其特征在于,所述旋阀体本体末端具有滑动圆柱孔;
所述摆动密封滑头的头部呈圆柱形,该圆柱形头部可摆动的包覆制约定位于旋阀体本体末端的滑动圆柱孔内。
14.根据权利要求9所述的转动装置,其特征在于,所述容放凹槽内设置具有圆弧缺口的滑动圆柱孔;所述旋阀体中:
所述连接部为支撑圆柱,该支撑圆柱插入所述滑动圆柱孔内,受到滑动圆柱孔的包覆制约定位;
旋阀体本体,以所述支撑圆柱为轴,在预定的角度范围内摆动。
15.根据权利要求9所述的转动装置,其特征在于,所述旋阀体复位机构包括:
销钉孔,开设于所述容放凹槽底部,侧对所述旋阀体本体的位置,与缸体外部隔绝密封;
复位销钉,可滑动地插入所述销钉孔内;
弹性件,位于所述复位销钉内侧的销钉孔内,其末端抵接于所述复位销钉的尾部,产生的弹性力使复位销钉的头部沿朝向滚动活塞轮的方向顶住旋阀体本体。
16.根据权利要求15所述的转动装置,其特征在于,所述销钉孔的中心轴线与所述容放凹槽内的垂线之间的夹角介于5°至30°之间;
所述销钉孔与所述旋阀体的接触点为:自旋阀体压住滚动活塞轮一端开始,旋阀体长度的1/5至1/2处。
17.根据权利要求15所述的转动装置,其特征在于,所述销钉孔为盲孔,所述弹性件为:
压缩弹簧,位于所述销钉孔内,其一端抵接于销钉孔的底部,其另一端抵接于所述复位销钉的尾部。
18.根据权利要求15所述的转动装置,其特征在于,所述弹性件为:氮气弹簧;
该氮气弹簧位于所述销钉孔内,其一端将圆筒形内腔与缸体外部隔绝密封,其另一端抵接于所述复位销钉的尾部。
19.根据权利要求15所述的转动装置,其特征在于,所述复位销钉可滑动密封的插入所述销钉孔内;
所述复位销钉内侧的销钉孔空间通过气通道与所述转动装置的第二腔室相连通,所述弹性件为进入所述销钉孔内的压缩气体或高压流体。
20.根据权利要求19所述的转动装置,其特征在于,所述销钉孔与所述转动装置的第二腔室之间设置气压调节装置。
21.根据权利要求19所述的转动装置,其特征在于,所述复位销钉内侧的销钉孔空间还具有压缩弹簧。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的转动装置,其特征在于,所述偏心转子组件还包括:
两侧面密封片,对称设置于所述滚动活塞轮的两侧;
密封片弹性胶圈,设置于所述侧面密封片和外侧缸体之间,以使所述侧面密封片紧压住所述滚动活塞轮的外侧,实现密封。
23.根据权利要求1至21中任一项所述的转动装置,其特征在于:
所述滚动轴承为滚柱轴承、滚球轴承、滚针轴承、空气动力学滚动轴承或复合轴承;
所述滚动轴承的数量为1组、2组、3组、4组,每组包括沿圆筒形内腔左右对称设置的两个滚动轴承。
24.一种转子式压缩机,其特征在于,包括权利要求1至23中任一项所述的转动装置,其中:
所述第一腔室通过第一组通孔与低压压缩介质输入口相连通;
所述第二腔室通过第二组通孔与压缩后高压压缩介质的排出口相连通;
所述主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内,通过所述偏心转子组件以对所述压缩介质进行压缩。
25.一种流体马达,其特征在于,包括权利要求1至23中任一项所述的转动装置,其中:
所述第二腔室通过第二组通孔与高压流体进口相连通;
所述第一腔室通过第一组通孔与低压流体出口相连通;
所述高压流体推动所述偏心转子转动,通过所述主轴将产生的扭矩传递至所述圆筒形内腔外。
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Assignee: Beijing Star Oil Technology Co., Ltd.

Assignor: Beijing Xingxuan Century Technology Co., Ltd.

Contract record no.: 2016990000197

Denomination of invention: Rotation apparatus, rotor type compressor applying rotation apparatus, and fluid motor applying rotation apparatus

Granted publication date: 20160217

License type: Exclusive License

Record date: 20160513

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