CN1044633C - 涡旋型流体机械 - Google Patents

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Abstract

低速运转时旋转涡旋件2的涡卷2b侧面压紧到固定涡旋件1的涡形卷板1b侧面上保持其密封，规定转速以上的高速旋转时保持涡形卷板1b和2b的侧面之间的间隙，防止其侧面异常磨损的同时抑制消消耗动力的增大。套筒5上安装产生旋转涡旋件2公转旋转时作用于它的离心力FS和反方向的比这大的离心力FC的重锤，而且沿着套筒5滑动方向θ公转旋转半径增大的方向上安装弹簧部件15。由此公转旋转速度为预定值以上时把旋转涡旋件2移向公转旋转半径减小的方向。

Description

涡旋型流体机械
本发明涉及压缩机、膨胀机等使用的涡旋型流体机械。
过去这种涡旋型压缩机的1例由图3所示。
图3中，1是固定涡旋件，由端板1a和其内部竖直设置的涡形卷板1b组成。2是旋转涡旋件，由端板2a和其内部竖直设置的实质上与上述涡形卷板1b形状相同的涡形卷板2b。
由这些固定涡旋件1和旋转涡旋件2如图所示相互啮合，并使其回转中心O1和O2偏心规定距离r，而且它们的相位错开180°，对涡形中心呈点对称地分成多个压缩室3。
旋转涡旋件2的端板2a外中部作成圆筒状凸缘4，此凸缘4内装配驱动套筒5，驱动套筒5通过轴承6旋转自如。此套筒5中开有滑动孔7，此滑动孔7内装配从旋转轴8的端面到其轴心O1偏心规定距离r的偏心轴9。
滑动孔7的断面如图3(B)所示，作成对偏心轴9的偏心方向倾斜θ角度的长圆形，偏心轴9的两侧切铣形成的直线部9a与滑动孔7的直线部7a滑动接触，并能沿这个方向滑动。
旋转轴8旋转时此旋转力从偏心轴9的直线部9a经过滑动孔7的直线部7a传给驱动套筒5，而且经过轴承6、凸缘4传给旋转涡旋件2。
旋转涡旋件2利用图中未表示的自转防止机构防止其自转，因此它以旋转轴8的轴芯和固定涡旋件1的中心O1作为中心，以规定距离r为半径的圆轨迹上作公转旋转运动。
进入压缩室3内的气体随着压缩室3的容积减少的同时朝涡形中心移动逐渐被压缩到达中央室11，从这儿经排气口12排出气体。
随着旋转涡旋件2的公转旋转运动，由于旋转涡旋件2，凸缘4、轴承6、驱动套筒5等组成的不平衡重量，在偏心轴9的偏心方向上产生离心力Fs。
另一方面由于压缩室3的气体压力，气体压力Fp作用在旋转涡旋件2上。
由于离心力Fs和气体压力Fp的角度θ方向的分力F，驱动套筒5沿角度θ方向移动，旋转涡旋件2的公转旋转半径增大，而且由于上述力F，旋转涡旋件2的涡形卷板2b的侧面压紧到固定涡旋件1的涡形卷板1b的侧面上。
上述过去涡旋型压缩机中，由旋转涡旋件2的公转旋转速度上升使离心力Fs增大，则旋转涡旋件2的涡形卷板2b的侧面向固定涡旋件1的涡卷1b的侧面压紧的力过大，可能使涡卷1b、2b的侧面异常磨损。
美国专利公报US5040958号揭示了一种涡旋型压缩机，作为现有技术的第2例，图4、5示出其具体结构。该现有技术是为了消除上述的缺点而提出来的。图4是涡旋型压缩机的偏心轴附近的断面图。图5是表示该压缩机中回转轴和偏心轴关系的分解立体图。
图5中，嵌合于设在旋转涡旋件2的端板上的圆筒状凸台4的偏心轴20以和回转轴8相分离的别体部件制成。在该偏心轴的下部，形成同心且与之为一体的大直径部20a，在该大直径部20a上形成在直径方向贯通的横槽20b。标号21表示和偏心轴20别体部件制成的重锤，在其安装部设有通孔21b。将上述偏心轴20的大直径部20a穿过该通孔21b嵌合固定，从而使重锤21和偏心轴20一体化。这样，上述偏心轴的大直径部的横槽20b的两端由重锤的安装部21a的通孔21b的内壁面封闭。在使上述偏心轴20的大直径部20a穿过该通孔21b嵌合固定时，相对于偏心轴20的轴线而言重锤21的方向设定为重锤的方向和上述的横槽20b的方向相同。
在回转轴8的上端，直径方向的导轨22和回转轴8形成为一体。该导轨22相对于回转轴8来说，形成于偏心于其直径方向的位置。导轨22可以滑动地嵌合于上述偏心轴20的横槽20b。在这样的安装状态下，偏心轴20的轴线和回转轴8的轴线为偏心关系。和通孔21b的内径相比，导轨22的长度做成稍短的、为调整固定涡旋件和旋转涡旋件的卷板间隙的必要尺寸。在导轨22上设置里端封闭的横向孔22a，如图4所示，安装于该横向孔的弹簧23推压上述重锤的安装部的通孔21b的内壁面。在图4中，由弹簧23的作用力旋转涡旋件2被压向固定涡旋件1的卷板侧，结果，成为旋转半径变大、两涡旋件卷板之间的间隙为0的状态。
在该涡旋型压缩机中，重锤的质量这样选择：在公转旋转时，使重锤的离心力Fc大于旋转涡旋件施加在回转轴上的离心力。所以，作用在卷板侧的作用力实际上为上述离心力的差(Fc-Fs)。在该涡旋型压缩机中，存在上述的离心力差和弹簧力相平衡的公转回转速度。在公转回转速度小于该平衡速度时，弹簧力大于离心力差(Fc-Fs)，所以，由弹簧23的作用力旋转涡旋件2被压向固定涡旋件1的卷板侧，两涡旋件的卷板间隙为0或很小，卷板之间的气密性得到保持。随着公转回转速度变得大于该平衡速度时，旋转涡旋件的卷板离开固定涡旋件的卷板，两涡旋件卷板之间的间隙增加，防止接触压力过大，从而防止卷板的异常磨损。如果公转回转速度进一步增大，则通过上述通孔21b的内壁面和导轨22的端面接触产生的止挡作用，卷板之间的间隙被保持为设定的最大值。
上述去过涡旋型压缩机中，由旋转涡旋件2的公转旋转速度上升使离心力Fs增大，则旋转涡旋件2的涡形卷板2的侧面向固定涡旋件1和涡卷1b的侧面压紧的力过大，可能使涡卷1b、2b的侧面异常磨损。
相反，在上述现有技术的第2实施例中，在公转回转速度上升时，旋转涡旋件的涡形卷板被从固定涡旋件的涡形卷板拉开，相互间保持间隙，可以防止涡形卷板的异常磨损。
但是，在上述现有技术的第2实施例中，偏心轴20为和回转轴8分开的别体的单独部件，并且，其回转支承部(偏心轴20的上部的小直径部)从直线导向部(横槽20b)的位置向上方突出而设置，所以，旋转涡旋件2通过圆筒状凸台4作用于回转支承部(偏心轴20的上部的小直径部)的作用力的作用线偏出上述直线导向部(横槽20b)的高度范围。因此，作为单独部件的偏心轴20上作用有由来自旋转涡旋件的力和来自导轨22的力所产生的弯曲力矩，又因直线导向部存在滑动间隙，所以，产生晃动运动，该晃动运动被传递到旋转涡旋件，而防碍旋转涡旋件的平滑的运动。
在现有技术的第1例中，偏心轴为回转轴8的一部分，驱动套筒5是和回转轴8及偏心轴9分开的别体的单独部件，该驱动套筒5的回转支承部(驱动套筒5的外周部)和直线导向部(驱动套筒5的导向孔的宽幅部71)的高度相同。所以，旋转涡旋件2通过圆筒状凸台4作用于回转支承部(驱动套筒5的外周部)的作用力的作用线位于上述直线导向部(驱动套筒5的导向孔的宽幅部71)的高度范围。因此，虽然驱动套筒5为单独的部件，但是其上没有作用弯曲力矩。所以，不会产生晃动运动。
本发明是鉴于上述现有技术中存在的问题而开发出来的，其目的在于提供一种涡旋型流体机械，该涡旋型流体机械无异常磨损，无晃动运动，可使旋转涡旋件平滑地运动。
本发明的涡旋型流体机械包括：固定涡旋件、与它偏心规定距离且错开角度相互啮合的相对上述固定涡旋件公转旋转的旋转涡旋件、被上述旋转涡旋件支承旋转自如的驱动套筒、从旋转轴的轴心偏心上述规定距离、且安装于上述套筒滑动孔中的滑配合的偏心轴；在上述涡旋型流体机械中，由上述驱动套筒沿与偏心轴偏心方向的交叉方向滑动，引起上述旋述旋转涡旋件的公转旋转半径变化，该涡旋型流体机械具有下述的特征。
(1)上述驱动套筒中设置产生与上述旋转涡旋件公转旋转时作用于其上的离心力Fs方向相反且比此力Fs大的离心力Fc的重锤，同时，在沿着上述滑动孔的滑动方向的上述离心力的方向所指的端部设置带台阶的槽，在该槽中收纳设置弹簧部件，该弹簧部件使驱动套筒沿上述的滑动方向在公转半径增大的方向被推压，该弹簧部件的一端与上述偏心轴相接触，其另一端与上述的带台阶的槽的底面相接触，当上述旋转涡旋件其公转旋转速度为规定值以上时，使驱动套筒向上述公转旋转半径减小的方向变位，其变位量由上述的带台阶槽的阶梯肩部限制。
(2)在上述的(1)所述的发明中，上述弹性部件由螺旋弹簧构成。
本发明中旋转涡旋件公转旋转速度为规定值以上时，驱动套筒向旋转半径减小方向变位抑制旋转涡旋件涡卷和固定涡旋件涡卷的接触压力过大。
图面的简单说明
图1表示本发明的1个实例，(A)是中心部纵向剖面图，(B)是(A)的B-B剖面图。
图2是上述实例中旋转涡旋件受力说明图。
图3表示过去涡旋型压缩机的1例，(A)是中心部纵向剖面图，(B)是(A)的B-B剖面图。
图4是涡旋型压缩机的偏心轴附近的断面图。
图5是表示该压缩机中回转轴和偏心轴关系的分解立体图。
图中符号表示：1固定涡旋件2旋转涡旋件r规定距离5驱动套筒8旋转轴9偏心轴10重锤15螺旋弹簧70滑动孔72阶梯槽74阶梯肩部
实施例
图1表示本发明的1实例。
套筒5上安装重锤10，此重锤10产生与旋转涡旋件2的公转旋转时作用于其上的离心力Fs方向相反的，且比力Fs大的离心力Fc。
套筒5的滑动孔7如图1(B)所示，由宽幅部71和阶梯槽72组成，它们的边界线形成了阶梯肩部73。
宽幅部分71内滑配偏心轴9，阶梯槽72内装有螺旋弹簧组成的弹簧部件15。
此弹簧部件15的一端接触于偏心轴9，另一端接触于阶梯槽72的底部74，在滑动方向上，即沿着θ角方向使公转旋转半径增大的方向上弹压驱动套筒5。
这样旋转涡旋件2的公转旋转速度为规定值以下时，驱动套筒5向公转旋转半径增大的方向变位，旋转涡旋件2的公转旋转速度为规定值以上时，向公转旋转半径减小方向变位。
其它的结构与图3所示的过去结构相同，对应部件上附有相同符号。
以下参照图2说明有关压缩机运转中作用在旋转涡旋件2的力。
由各压缩室3内的气体压力产生的气体压力的与偏心方向相垂直方向的力Fp用式1表示。
Fp=(PH-PL)·h·W1+(P1-P2)·h·W2
其中PH为排出压力
PL为吸入压力
P1为内侧压缩室3内的气体压力
P2为外侧压缩室3内的气体压力
h为涡形卷板1b、2b的高度
W1为涡形卷板1b、2b的接触点A和C的距离
W2为涡形卷板1b、2b的接触点B和D的距离
另外，气体压力虽产生与此力Fp呈直角的方向的力，但这个力非常小，可以忽略。
另一方面旋转涡旋件2的中心受偏心方向的离心力Fs和与此离心力Fs反方向的重锤10的离心力Fc作用。
若将沿着滑动方向θ向右上方推动套筒5的力作为F，则F用式2表示。
F=Fscosθ+Fpsinθ-Fccosθ+f·x
其中f·x是弹簧部件15产生的力；
f是弹簧部件15的弹性系数；
x是弹簧部件15的变位量(位移量)
因此为了旋转涡旋件2的公转旋转速度为规定值以下时力F为正值，规定值以上时力F为负值，可选择上述Fs、Fc、Fp、f·x及θ角。具体讲，是选择弹簧部件15的弹性系数。
这样旋转涡旋件2的公转旋转速度为规定值以下时，由于力F其涡形卷板2b的侧面压紧到固定涡旋件1的涡形卷板1b的侧面上，与此相应地套筒5在滑动孔70的宽幅部71内沿着角度θ方向右上方滑动，公转旋转半径增大，弹簧部件15被拉长。
旋转涡旋件2的公转旋转速度为规定值以上时，由于力F其涡形卷板2b从固定涡旋件1的涡形卷板1b拉开，相应公转旋转半径减少，弹簧部件15被压缩。
随着旋转涡流2的公转旋转速度的增大，驱动套筒5沿着角度θ方向左下方移动，但偏心轴9移动到与滑动孔70的阶梯肩部73相接触后，则再不能移动，因此涡形卷板1b和2b之间保持一定间隙而运转。
在发明的涡旋型流体机械中，上述驱动套筒中设置产生与上述旋转涡旋件公转旋转时作用于其上的离心力Fs方向相反且比此力Fs大的离心力Fc的重锤，而且在驱动套筒的滑动孔沿着该驱动套筒的滑动方向在公转回转半径增大的方向设置带台阶的槽，并且在该驱动套筒中设置弹性部件，该弹性部件在其公转半径变大的方向弹压驱动套筒，在上述的旋转涡旋件的公转回转速度为设定值以上时，使之向公转回转半径变小的方向变位，使之离开固定涡旋件，所以可以抑制旋转涡旋件的涡形卷板和固定涡旋件的涡形卷板之间的接触压力过大，防止涡形卷板的异常磨损。
并且，随着旋转涡旋件的公转回转速度的增大，在驱动套筒移动时，偏心轴与滑动孔的阶梯肩部相接触，抑制驱动套筒的过剩移动，所以，二涡旋件的涡形卷板之间的间隙不会增加到设定值以上，由此可防止工作流体的过度泄漏。
在旋转涡旋件的公转回转速度为设定值之下时，由于弹性部件的作用，旋转涡旋件的涡形卷板的侧面按压在过度涡旋件的涡形卷板的侧面上，可保持二者之间的气密性。
还有，在本发明的涡旋型流体机械中，驱动套筒和回转轴以及偏心轴为别体的单独部件。该驱动套筒的回转支承部(驱动套筒的外周部)和直线导向部(驱动套筒的导向孔的宽幅部)的高度相同。所以，旋转涡旋件通过圆筒状凸台4作用于回转支承部(驱动套筒的外周部)的作用力的作用线位于上述直线导向部(驱动套筒的导向孔的宽幅部)的高度范围。因此，虽然驱动套筒为单独的部件，但是其上没有作用弯曲力矩。所以，不会产生晃动运动。

Claims (2)

1、一种涡旋型流体机械，包括：固定涡旋件、与它偏心规定距离且错开角度相互啮合的相对上述固定涡旋件公转旋转的旋转涡旋件、被上述旋转涡旋件支承旋转自如的驱动套筒、从旋转轴的轴心偏心上述规定距离、且安装于上述套筒滑动孔中的滑配合的偏心轴；在上述涡旋型流体机械中，由上述驱动套筒沿与偏心轴偏心方向的交叉方向滑动，引起上述旋转涡旋件的公转旋转半径变化，其特征在于，
上述驱动套筒中设置产生与上述旋转涡旋件公转旋转时作用于其上的离心力Fs方向相反且比此力Fs大的离心力Fc的重锤，同时，在沿着上述滑动孔的滑动方向的上述离心力的方向所指的端部设置带台阶的槽，在该槽中收纳设置弹簧部件，该弹簧部件使驱动套筒沿上述的滑动方向在公转半径增大的方向被推压，该弹簧部件的一端与上述偏心轴相接触，其另一端与上述的带台阶的槽的底面相接触，当上述旋转涡旋件其公转旋转速度为规定值以上时，使驱动套筒向上述公转旋转半径减小的方向变位，其变位量由上述的带台阶槽的阶梯肩部限制。
2、如权利要求1所述的涡旋型流体机械，其特征在于：上述弹性部件由螺旋弹簧构成。
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