CN105485007A - 单机二级压缩的旋转式压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单机二级压缩的旋转式压缩机，包括气缸和设置在气缸内且套装在曲轴上的转子，气缸的轴向方向设有主滑板导向座，一、二级进排气口，及副滑板导向块座，转子上设有副滑板安装孔和主滑板槽，气缸的内表面与转子的外表面共同形成了一个月牙形的工作容积，该工作容积通过主、副滑板分为一级基元容积和二级基元容积，基元容积是通过主、副滑板、气缸的内壁面和转子的外表面密封的，而主、副滑板两端又分别是嵌入气缸与转子中，所以大大降低了气体的泄露，提高了容积效率。本发明实现了二级压缩，降低了压缩比，既满足了高压的要求又提高了压缩机工作可靠性和经济性。
Description
技术领域：
本发明属于多级压缩机研究领域，具体涉及一种单机二级压缩的旋转式压缩机。
背景技术：
在空气动力领域中常常使用较高的工作压力，如果使用单级压缩，往往使得压力比高，气体泄漏大，另外较高的压力比会导致排气温度高，泄漏量大和效率低。气体的温度高对于气缸有油润滑的压缩机，会使润滑油粘度降低，润滑油性能恶化，摩擦磨损大，增加了压缩机的功率损耗，此外润滑油中的轻质馏分易于挥发，既导致了被压缩介质含油量增加，另一方面会形成积碳，积碳使得气阀通道阻塞，增加了压力损失，也会造成密封件失效，失去密封性，特别对于一些易燃易爆的气体，温度过高会引起着火爆炸事故发生，所以对排气温度要作严格的限制。在制冷循环中，单级制冷系统用于低蒸发温度时，压缩比增大，当压比过大时，压缩机压缩过程中内部泄漏增加，输气系数明显降低。
压缩机通常使用有两种类型，即往复式压缩机和回转式压缩机，往复式压缩机是利用活塞环进行气体密封的，所以易于做成高压，但由于其有难以平衡的往复惯性力，因此转速较低，体积大，另外易损件数多，可靠性差。回转式压缩机没有不平衡的往复惯性力，转速高、体积小，但它是依靠间隙来密封气体，当密封压力高时，泄漏量大，效率低，所以很难提高压力比。为了提高压缩机效率、节省能源损耗和保证压缩机工作的安全性，一般采用多级压缩以降低压力比。回转式压缩机尽管有诸多优点，但单机又很难做成二级或者多级，而往复式压缩机，由于转速低，体积大、易损件多，结构复杂，工作的可靠性差，很难在制冷领域中和高压小气量的领域应用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种单机二级压缩的旋转式压缩机，既利用了往复压缩机单机进行二级或者多级压缩的特点，又利用旋转式压缩机转速高、体积小的特点，该压缩机结构简单，泄露量小，工作压力和容积效率高，不仅使用在空气动力较高的压力范围，也可以使用在制冷系统用于低蒸发温度，以扩大制冷的温度范围。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
单机二级压缩的旋转式压缩机，包括主滑板、副滑板、气缸和设置在气缸内且套装在曲轴上的转子，主滑板和副滑板均包括一体化成型的滑板体以及设置在滑板体一端的圆形头部；气缸轴向方向的内侧开设有主滑板导向座和副滑板导向块座，同时开设有一级进、排气口和二级进、排气口，副滑板导向块座内同轴心设置有滑板导向块，滑板导向块的中间开设有滑槽，且滑板导向块能够相对副滑板导向块座同轴心转动，转子的周向上开设有副滑板安装孔和主滑板槽，转子的外表面与气缸的内壁面在曲轴的任何转角下均有一切点，转子能够随曲轴的转动绕气缸的内壁面作平面滚动，转子的外表面与气缸的内表面共同形成了月牙形的工作容积，并通过主滑板和副滑板将该工作容积分为一级基元容积和二级基元容积，主滑板的圆形头部嵌入在主滑板导向座中，其滑板体能够在转子的主滑板槽中能够往复移动和平面摆动，副滑板的圆形头部嵌入副滑板安装孔，且圆形头部能够在副滑板安装孔中能够作平面转动，副滑板的滑板体能够在副滑板导向块的滑槽中作往复移动和平面摆动，转子能够在曲轴的驱动下绕气缸的中心作平面滚动，且回转半径为气缸的内半径与转子的半径之差，一级基元容积为新鲜气体腔，二级基元容积是一级基元容积排出的气体经过中间冷却器冷却后的气体腔。
本发明进一步的改进在于，一级基元容积和二级基元容积的大小，由级间压力比确定，在一、二级级间冷却器回冷完善的情况下，一、二级基元容积比即为压缩比ε，即其中，V1、V2分别为一、二级基元容积，p1、p2分别为一级基元容积的进气压力和二级基元容积的排气压力，px为中间压力。
本发明进一步的改进在于，主滑板的圆形头部铰接在气缸的主滑板导向座中，且圆形头部与主滑板导向座同轴心设置；副滑板的圆形头部嵌入在转子的副滑板安装孔中，且圆形头部与副滑板安装孔同轴心设置，副滑板的滑板体嵌入在副滑板导向块的滑槽中。
本发明进一步的改进在于，曲轴的回转半径为气缸的内半径与转子的半径之差。
本发明进一步的改进在于，二级排气口和一级进气口分别开设在靠近主滑板的左右两侧，二级进气口和一级排气口分别开设在靠近副滑板的左右两侧。
本发明进一步的改进在于，气缸、转子、主滑板、副滑板、主滑板槽、主滑板导向座、副滑板安装孔、副滑板导向块以及副滑板导向块座的轴向尺寸相等。
本发明进一步的改进在于，副滑板导向块为圆柱形，副滑板导向块滑槽的宽度与副滑板的厚度相等。
本发明进一步的改进在于，副滑板与主滑板的结构尺寸相同，圆形头部均为圆柱体，滑板体均为长方形体。
本发明进一步的改进在于，气缸的外壁设置有气缸散热片。
本发明进一步的改进在于，主滑板和副滑板上均开设润滑油槽。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明提供的单机二级压缩的旋转式压缩机，由于气缸、转子以及曲轴的设置方式使得转子相对于气缸实现了完全的平面滚动运动，转子的回转中心与气缸的中心不在同一轴线上，其距离正好等于曲轴的回转半径，所以当转子在气缸中作平面滚动时，气缸的内表面与转子的外表面始终相切，它们之间就形成了月牙形的工作容积，该工作容积由主、副滑板分为一级基元容积和二级基元容积，二个基元容积交替进气和压缩过程，在单机旋转式压缩机中实现了二级压缩，使压力得到提高，解决了单机压力比高、温度高和性能差的缺点，提高了高压压缩机运转的可靠性。另外由于本发明提供的运转结构使得转子在平面滚动时，它们的接触表面在作极其缓慢的移动，相对速度极低，这样大大降低了摩擦和磨损，提高了工作寿命，同时由于主副滑板只能在滑槽中和滑块中作小幅往复运动，因此大大改善了滑板的工作条件，压缩腔和吸气腔是通过滑板密封的，由于滑板是分别嵌入转子和气缸中，所以泄露小，容积效率高。
进一步的，二级排气口和一级进气口分别开设在靠近主滑板的左右两侧，二级进气口和一级排气口分别开设在靠近副滑板的左右两侧，以减少进气时的压力损失和排气时的余隙容积的影响。
进一步的，转子在曲轴的驱动下绕气缸的中心作平面滚动，且回转半径为气缸的内半径与转子的半径之差，曲轴的回转中心与气缸同轴心，且保持气缸的内圆表面与转子的外表面始终相切。
进一步的，主滑板和副滑板上均开设润滑油槽，以减小摩擦力。
综上所述，本发明提供的单机二级压缩的旋转式压缩机，既可以为空气动力设备提供高压气体，也可以作为二级制冷的压缩机或者作为复叠式制冷空调的压缩机。
附图说明：
图1为单机二级压缩的旋转式压缩机整体结构示意图。
图2为本发明的工作原理图，其中，图2(a)为β＝0°时的状态图，图2(b)为时的状态图，图2(c)为时的状态图，图2(d)为时的状态图。
图3为主滑板或副滑板的结构示意图，其中，图3(a)为左视图，图3(b)为立体图。
图4为副滑板导向块的结构示意图，其中，图4(a)为左视图，图4(b)为立体图。
图中：1-气缸，2-转子，3-一级基元容积，4-曲轴，5-主滑板槽，6-主滑板，7-一级进气口，8-主滑板导向座，9-二级排气口，10-二级基元容积，11-副滑板安装孔，12-二级进气口，13-副滑板导向块，14-副滑板，15-一级排气口，16-副滑板导向块座。
具体实施方式：
下面结合附图对单机二级压缩的旋转式压缩机作进一步描述：
参见图1，本发明单机二级压缩的旋转式压缩机，包括主滑板6、副滑板14、气缸1和设置在气缸1内且套装在曲轴4上的转子2，主滑板6和副滑板14均包括一体化成型的滑板体以及设置在滑板体一端的圆形头部；气缸1轴向方向的内侧开设有主滑板导向座8和副滑板导向块座16，同时开设有供气体进出的一级进、排气口7、15和二级进、排气口12、9，副滑板导向块座16内同轴心设置有滑板导向块13，滑板导向块13的中间开设有滑槽，且滑板导向块13能够相对副滑板导向块座16同轴心转动，转子2的周向上开有副滑板安装孔11和主滑板槽5，使得主滑板6可沿主滑板槽5往复移动，也在主滑板导向座8中作平面摆动，转子2通过轴承与曲轴4的曲拐连接，随曲轴4绕气缸1的内壁面作平面滚动，转子2的外表面与气缸1的内表面共同形成了月牙形的工作容积，这个工作容积通过主滑板6和副滑板14分为一级基元容积3和二级基元容积10，副滑板14的圆形头部随转子2作平面转动和摆动，同时也在副滑板导向块座16中作往复移动和转动。气缸1的内半径与转子2半径的差构成了曲轴4的回转半径，当曲轴4回转时的任何角度下，转子2的外表面与气缸1的内壁面总有一点A(如图2所示)相切，曲轴4的回转中心与气缸中心同轴心。副滑板14的圆形头部嵌入副滑板安装孔11，副滑板14随安装于在副滑板导向块座16的副滑板导向块13可自由转动和往复运动，曲轴4在任何的旋转角度下，副滑板14均能随转子2的平面滚动而自由运动，主滑板6也能随着转子2的平面滚动而自由运动，不会发生运动件之间干涉。在气缸1内壁面转子2的外壁面形成月牙形的工作容积，主滑板6和副滑板14将工作容积分为一级基元容积3和二级基元容积10，二个基元容积交替进行着进气和压缩过程，对于一个基元容积的进气时间为曲轴4回转一周，进气时间长，压力损失小，但基元容积是在滑板的两侧交替进行，所以曲轴4回转一周，完成一级和二级压缩过程，效率高。二级排气口9和一级进气口7分别设置在主滑板6的左右两侧，按照旋转方向不同，进排气口设置的位置不同，在考虑到强度和刚度的基础上尽量靠近主滑板导向座8，二级进气口12与一级排气口15分别设置在副滑板14的左右两侧，在考虑到强度和刚度的基础上进、排气口尽量靠近副滑板导向块13，以减少进气时的压力损失和排气时的余隙容积的影响。一级基元容积3和二级基元容积10中排出气体压力的按照等压比分配原则，即一级进、排气压力比与二级进排气压力比相等(ε1＝ε2＝ε)，且在一、二级级间冷却器回冷完善的情况下，一、二级基元容积3和10的比就为压缩比，即其中p1、p2分别为一级的进气压力和二级的排气压力，px为一、二级级间压力，以此确定副滑板14所处的位置。
主滑板6的圆形头部与主滑板导向座8同轴心，副滑板14的圆形头部与副滑板安装孔11同轴心，副滑板14的导向块与副滑板导向块座16同轴心。气缸1、转子2、主滑板6、副滑板14、主滑板导向座8、副滑板安装孔11、副滑板导向块13、副滑板导向块座16的轴向尺寸均相等。
图2是该单机二级压缩的旋转式压缩机在几个特殊角度下的工作示意图，固定曲轴4的曲拐为旋转坐标，设曲轴4的曲拐最接近主滑板导向座8的转角β＝0°，图2(a)所示，这时啮合点A与主滑板6的中心线重合，一级基元容积3已经达到了最大的吸入气体量，即单机二级压缩的旋转式压缩机的容积流量。当曲轴4继续转动，β角不断扩大，即啮合点A也顺时针方向转动，这时一级进气口7关闭，一级基元容积3连续缩小，压力则连续提高，实现一级的压缩过程，与此同时二级基元容积10继续扩大，被中间冷却器冷却的气体自二级进气口12继续进入二级基元容积10。另外在主滑板6、气缸1、转子2与啮合点A之间又形成新的一级基元容积3'，新鲜气体自一级进气口7进入一级基元容积3；当一级基元容积3中的气体压力大于设定的中间压力px时，即图2(b)所示，为一级排气压力角，气体就自一级排气口15排出，与此同时新的一级基元容积3连续扩大；当啮合点A旋转到副滑板14的中心位置时，即时，图2(c)所示，一级排气过程结束，新的一级基元容积3继续扩大，气体继续自一级进气口7进入，而二级基元容积10达到了最大值；曲轴4继续旋转即啮合点A继续移动，二级基元容积10则开始缩小，气体压力开始提高，实现二级压缩过程，与此同时在啮合点A与副滑板14、气缸1、转子2之间又形成新的二级基元容积10，被中间冷却器冷却后的一级排出的气体自二级进气口12进入二级基元容积10，而一级基元容积3'则继续扩大，当曲轴转角时，图2(d)所示，二级的元容积10中的气体压力达到了二级的排气压力(系统设定的压力)，气体自二级排气口9排出，新的二级基元容积10和新的一级基元容积3则继续扩大，曲轴4继续旋转，啮合点A不断移动，当β＝360°时，二级排气结束，而新的一级基元容积3又达到最大值，完成了一个循环，图2(a)所示。随着曲轴4的继续旋转则开始了相同的下一循环。
图3是平动回转式压缩机主滑板6和副滑板14的结构示意图，主、副滑板结构完全相同，特别给出了滑板头部半圆形的形状和导油槽的位置。
图4给出了副滑板导向块13的结构形式。
本发明提供的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特点在于：(1)结构紧凑、体积小，且转矩均匀。该结构是单机能够进行二级压缩，且旋转惯性力可以平衡，实现了转速高、结构紧凑、体积小，单机可以获得高压的目标，另外，主滑板6和副滑板14的两侧交替同时进行压缩和进气工作，因此曲轴4上每个转角下的瞬时功率比较均匀。(2)摩擦磨损小，效率高。单机二级压缩的旋转式压缩机中所主要接触的部位转子2的外表面与气缸1的内表面作平面滚动，其相对速度低，摩擦磨损小；(3)密封性能好、容积效率高。单机二级压缩的旋转式压缩机的一级基元容积3和二级基元容积10均是通过主滑板6和副滑板14和啮合点A进行密封的，而主滑板6又分别嵌入主滑板槽5和主滑板导向座8中，副滑板14分别嵌入副滑板安装孔11和副滑板导向块13中，所以气体易于密封，密封性能好，容积效率高。(4)吸气阻力小、效率高。单机二级压缩的旋转式压缩机的一级基元容积3、二级基元容积10的进气是在曲轴4转过一周完成，吸气时间长，吸气阻力小，压力损失低，但是吸气和压缩是在滑板的两侧同时完成，所以仍然是驱动曲轴4旋转一周完成一个工作循环，效率高。
Claims (10)
1.单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，包括主滑板(6)、副滑板(14)、气缸(1)和设置在气缸(1)内且套装在曲轴(4)上的转子(2)，主滑板(6)和副滑板(14)均包括一体化成型的滑板体以及设置在滑板体一端的圆形头部；气缸(1)轴向方向的内侧开设有主滑板导向座(8)和副滑板导向块座(16)，同时开设有一级进、排气口(7、15)和二级进、排气口(12、9)，副滑板导向块座(16)内同轴心设置有滑板导向块(13)，滑板导向块(13)的中间开设有滑槽，且滑板导向块(13)能够相对副滑板导向块座(16)同轴心转动，转子(2)的周向上开设有副滑板安装孔(11)和主滑板槽(5)，转子(2)的外表面与气缸(1)的内壁面在曲轴(4)的任何转角下均有一切点，转子(2)能够随曲轴(4)的转动绕气缸(1)的内壁面作平面滚动，转子(2)的外表面与气缸(1)的内表面共同形成了月牙形的工作容积，并通过主滑板(6)和副滑板(14)将该工作容积分为一级基元容积(3)和二级基元容积(10)，主滑板(6)的圆形头部嵌入在主滑板导向座(8)中，其滑板体能够在转子(2)的主滑板槽(5)中能够往复移动和平面摆动，副滑板(14)的圆形头部嵌入副滑板安装孔(11)，且圆形头部能够在副滑板安装孔(11)中能够作平面转动，副滑板(14)的滑板体能够在副滑板导向块(13)的滑槽中作往复移动和平面摆动，转子(2)能够在曲轴(4)的驱动下绕气缸(1)的中心作平面滚动，且回转半径为气缸(1)的内半径与转子(2)的半径之差，一级基元容积(3)为新鲜气体腔，二级基元容积(10)是一级基元容积(3)排出的气体经过中间冷却器冷却后的气体腔。
2.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，一级基元容积(3)和二级基元容积(10)的大小，由级间压力比确定，在一、二级级间冷却器回冷完善的情况下，一、二级基元容积比即为压缩比ε，即 其中，V1、V2分别为一、二级基元容积，p1、p2分别为一级基元容积(3)的进气压力和二级基元容积(10)的排气压力，px为中间压力。
3.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，主滑板(6)的圆形头部铰接在气缸(1)的主滑板导向座(8)中，且圆形头部与主滑板导向座(8)同轴心设置；副滑板(14)的圆形头部嵌入在转子(2)的副滑板安装孔(11)中，且圆形头部与副滑板安装孔(11)同轴心设置，副滑板(14)的滑板体嵌入在副滑板导向块(13)的滑槽中。
4.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，曲轴(4)的回转半径为气缸(1)的内半径与转子(2)的半径之差。
5.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，二级排气口(9)和一级进气口(7)分别开设在靠近主滑板(6)的左右两侧，二级进气口(12)和一级排气口(15)分别开设在靠近副滑板(14)的左右两侧。
6.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，气缸(1)、转子(2)、主滑板(6)、副滑板(14)、主滑板槽(5)、主滑板导向座(8)、副滑板安装孔(11)、副滑板导向块(13)以及副滑板导向块座(16)的轴向尺寸相等。
7.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，副滑板导向块(13)为圆柱形，副滑板导向块(13)滑槽的宽度与副滑板(14)的厚度相等。
8.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，副滑板(14)与主滑板(6)的结构尺寸相同，圆形头部均为圆柱体，滑板体均为长方形体。
9.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，气缸(1)的外壁设置有气缸散热片。
10.根据权利要求1所述的单机二级压缩的旋转式压缩机，其特征在于，主滑板(6)和副滑板(14)上均开设润滑油槽。
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