CN107407280A - 回转式压缩机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了回转式压缩机装置(100)，所述回转式压缩机装置包括以轴心线(X)为中心的主体(40)以及相对于所述主体(40)偏心布置的圆柱形活塞(10)，使得在它们之间形成室，所述装置(100)还包括卫星元件(50)，所述卫星元件被布置在偏移轴线(Y)处并围绕所述轴心线(X)进行轨道运动，使得所述卫星元件(50)的所述轨道运动带动所述圆柱形活塞(10)围绕所述轴心线(X)在所述主体(40)上方旋转，所述轴线(X,Y)之间的相对距离使得在圆柱形活塞(10)旋转期间，确保所述主体(40)和所述圆柱形活塞(10)在所述室内接触。

Description

回转式压缩机装置

技术领域

本发明涉及一种回转式压缩机装置，并且更具体地讲，涉及一种优选地用于冷却或制冷系统中的叶片回转式压缩机装置。

背景技术

目前，冷却或制冷系统中使用不同类型的压缩机。对于家庭应用而言，叶片回转式压缩机由于尺寸较小而被普遍使用。

通常，叶片回转式压缩机包括圆形转子，其在由压缩机外壳的内壁构成的较大圆形腔内旋转。转子和腔的中心错开，造成偏心。叶片布置在转子中，并且通常滑入和滑出转子并被张紧以在腔的内壁上密封，从而形成用于压缩工作流体(通常为制冷剂气体)的叶片室。在循环的吸气部分期间，制冷剂气体通过进气口进入压缩室，其中转子的偏心运动使该压缩室的体积减小，然后经过压缩的流体通过排气口排出。

虽然叶片回转式压缩机的小体积是有利的，但是制冷剂透过压缩机外壳的内壁表面泄漏却是不利的。这就是为什么这些压缩机还要使用润滑油，润滑油具有两个主要的功能：一是润滑活动部件，二是密封活动部件之间的间隙，从而使可不利地影响压缩机效率的气体泄漏最小化。

现有技术中已知的是小型叶片回转式压缩机，诸如在EP 1831561 B1中描述的这种，其通过非常特殊的设计并将压缩机部件的尺寸保持在非常严格的公差范围内来抑制制冷剂的损失，以便在保持小体积的同时仍提供良好的压缩机性能。因此这些公差的小偏差将在很大程度上影响压缩机的效率，并且同时这样设计的压缩机的制造非常复杂，价格不菲。

文献KR 101159455公开了一种旋叶式压缩机，其中连接到转子的轴在多个滚珠轴承的引导下旋转：这种结构的问题在于这些轴承作为硬点响应，在旋转中毫无柔性，从而阻止系统进行任何调节或缓冲，这在某些情况下很容易导致系统损坏。

本发明用来解决现有技术的上述问题，如将进一步解释的那样。本发明还有其他目的，具体地讲，这些其他目的是如将在本说明书的其余部分中出现的其他问题的解决方案。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种回转式压缩机装置，其包括以轴心线X为中心的主体，以及相对于主体偏心布置的圆柱形活塞，使得在它们之间形成室。该回转式压缩机装置还包括卫星元件，其被布置在偏移轴线Y处并围绕轴心线X进行轨道运动，使得卫星元件的轨道运动带动圆柱形活塞围绕轴心线X在主体上方旋转，轴线X,Y之间的相对距离使得在圆柱形活塞旋转期间，确保主体和圆柱形活塞在室内接触。

通常，本发明的回转式压缩机装置还包括至少一个密封活塞，其可在圆柱形活塞旋转期间在主体内滑动，由此接触圆柱形活塞的内壁。

优选地，该回转式压缩机装置还包括至少一个张紧装置，其对至少一个密封活塞施加压力，使得所述至少一个密封活塞在圆柱形活塞围绕所述主体旋转时接触圆柱形活塞的内壁。优选地，所述至少一个密封活塞形成至少一个压缩室，其体积随着圆柱形活塞的偏心运动而减小，使得可压缩流体在排出之前被压缩。

优选地，卫星元件围绕其偏移轴线Y旋转，同时围绕轴心线X沿与圆柱形活塞在主体上方的旋转相反的方向进行轨道运动。

根据本发明，该回转式压缩机装置还优选地包括驱动卫星元件围绕轴心线X进行轨道运动的马达。更优选地，卫星元件围绕轴心线X以介于2000至6500rpm之间的速度进行轨道运动。

此外，偏移轴线Y被优选地配置为经受预加应力以确保在圆柱形活塞旋转期间卫星元件和该圆柱形活塞之间的恒定接触。

根据本发明，该回转式压缩机装置还包括校准装置，其被构造为确定或建立轴线X,Y之间的距离。

通常，本发明的回转式压缩机装置中的可压缩流体包括制冷剂气体。此外，可与可压缩流体一起提供润滑油，该润滑油与可压缩流体相容。

此外，该回转式压缩机装置通常包括顶板和底板，所述顶板和底板被布置成在高度上以紧密方式封闭形成于主体和圆柱形活塞之间的至少一个压缩室。优选地，根据本发明，至少一个分段元件被布置在顶板和/或底板之间，以实现至少一个压缩室的紧密密封以及圆柱形活塞的运动。更优选地，所述至少一个分段元件包括低摩擦材料。

根据第二方面，本发明涉及一种冷却或制冷系统，其包括如前所述的回转式压缩机装置。

附图说明

结合附图，在阅读本发明实施方案的以下详细描述时，本发明的其他特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见。

图1a和图1b示出了现有技术中已知的回转式压缩机装置的不同视图。

图2a至图2d示出了根据本发明的回转式压缩机装置在运动时的不同视图。

图3示出了根据本发明的回转式压缩机装置的顶部侧视图。

图4示出了根据本发明的回转式压缩机装置的侧视图。

图5示出了根据本发明的回转式压缩机装置的底视图。

图6示出了根据本发明的回转式压缩机装置的侧视图。

图7示出了根据本发明的回转式压缩机装置的顶视图。

图8示出了根据本发明的回转式压缩机装置中卫星轴相对于转子轴的装置。

图9示出了根据本发明的回转式压缩机装置在运动期间压缩室中的体积相对于时间的变化的图表。

具体实施方式

如图2a至图2d中的任一个所示，本发明涉及一种叶片回转式压缩机装置，以下称之为回转式压缩机装置100或简称为回转式压缩机100。本发明的回转式压缩机100优选地用于冷却或制冷系统中，并且工作流体通常为任何可压缩气体，优选地为制冷剂气体或包含制冷剂气体的混合物。

回转式压缩机100包括入口130和出口140，工作流体通过入口进入压缩机，该流体被压缩之后通过出口从所述压缩机排出。

本发明的压缩机还包括圆柱形活塞10，在其内部，主体40以轴心线X为中心布置。该压缩机还包括叶片或密封活塞30，其可滑入狭槽31中以接触圆柱形活塞10的内壁并形成密封压缩室，流体将在该压缩室中被压缩，以下将更详细地作进一步说明。如图3或图4所示，主体40在圆柱形活塞10内部偏心地布置。同样如图2a至图2d中的任一个所示，用于工作流体的入口130和出口140布置在主体40中，并且优选地布置在密封活塞30附近。

本发明的装置被制造成轴20和主体40是回转式压缩机100内的一个一体式部件并且是静止的。然而，圆柱形活塞10是借助于卫星元件50的带动来围绕主体40(实际上是围绕主体40和轴20)旋转的。密封活塞30可在布置于主体40中的狭槽31内滑动：保持狭槽31中的压力，以使密封活塞30在圆柱形活塞10相对于主体40的整个旋转期间接触圆柱形活塞10的内壁。为了实现这一点，本发明的装置包括狭槽31内的张紧装置，该装置对密封活塞30施加压力，使其接触圆柱形活塞10的内壁：提供这种功能的任何类型的张紧装置均可用于本发明的装置中，通常是弹簧，不过也有可能是气动装置。在本发明的装置中，如图2a至图2d所示，密封活塞30在主体40和圆柱形活塞10之间形成体积可变的压缩室110(压缩室110的体积将随着密封活塞10相对于主体的运动而减小，如图2a、图2b、图2c和图2d中旋转的不同时间/角度所示，从而在流体通过流体出口140排出之前将其压缩)。

因此，本发明的回转式压缩机100中的参照系统实际上是反过来的，主体40固定，并且圆柱形活塞10是围绕固定的主体40旋转的部件。

本专利申请中的附图示出了只具有一个密封活塞30的本发明的一个实施方案：然而，根据本发明以及其涵盖范围内，回转式压缩机装置包括不止一个密封活塞30，因此在主体40和圆柱形活塞10之间会形成不止一个压缩室110。在这种情况下，将存在不止一个流体出口140，压缩流体在被压缩(压缩由数个步骤执行)后将通过这些流体出口进行分配。

本发明的装置还包括例如图2所示的卫星元件50，其相对于圆柱形活塞10的轴心线X偏移地位于偏移轴线Y处。卫星元件50围绕圆柱形活塞10进行轨道运动，并且相对于该圆柱形活塞布置以带动圆柱形活塞10旋转。事实上，卫星元件50在一定的压力或作用力下接触圆柱形活塞10的外壁(即，轴线X和Y之间的距离使得在卫星元件的整个轨道运动期间施加并保持该力)：卫星元件50和圆柱形活塞10的外壁在压力下的这种接触使卫星元件50带动圆柱形活塞10围绕主体40旋转，类似于齿轮装置。卫星元件50驱动并引导圆柱形活塞10围绕主体40旋转。卫星元件50沿与其带动圆柱形活塞10旋转的方向相反的方向围绕其轴线Y旋转。卫星元件50的主要功能是引导并引起圆柱形活塞10旋转，并且在圆柱形活塞10围绕主体40旋转期间，在主体40的外表面和与主体40接触的圆柱形活塞10的内壁之间施加并保持一定的压力。此外，密封活塞30将与圆柱形活塞10内壁的一部分紧密接触，使得形成具有可变体积(随时间减小)的密封压缩室110，在该压缩室内，工作流体在压缩机装置100内部被压缩。

如图6所示，主体40以轴心线X为中心，而卫星元件50以轴线Y为中心，该轴线被称为偏移轴线Y，相对于轴心线X偏移。如该图所示，圆柱形活塞10以轴线X'为中心，该轴线相对于轴心线X以一定距离布置：因此，主体40和圆柱形活塞10相对于彼此是偏心布置的。根据本发明的装置，卫星元件50在圆柱形活塞10运动期间压在圆柱形活塞10的外壁上，使得主体40和圆柱形活塞10之间始终存在接触，从而在该接触中实现无间隙调节，因此在圆柱形活塞10相对于主体40旋转期间，偏移轴线Y与轴心线X之间的距离、偏移轴线Y与圆柱形活塞轴线X'之间的距离，以及轴心线X与圆柱形活塞轴线X'之间的距离基本上都保持恒定。事实上，卫星元件50压在圆柱形活塞10的外壁上，从而在室110内的接触点处于主体40和圆柱形活塞10的内壁之间实现无间隙调节(参见图2a、图2b、图2c和图2d中的演变)：在这一点处基本上无间隙，结合围绕轴心线X进行轨道运动的卫星元件50，将产生带动圆柱形活塞10在主体40上方旋转的效果。从图2a至图2d可以明显看出，该接触点与卫星元件50的位置对准。

附图2a、2b、2c和2d更详细地示出了卫星元件50和圆柱形活塞10围绕主体40在不同时间的运动：为了清楚起见，针对四个特定的时刻(起始角度分别为0°、90°、180°和270°)示出了卫星元件50和由此的圆柱形活塞10的360°完整轨道运动。上述附图中清楚地示出了系统的活动元件(即卫星元件50和圆柱形活塞10)相对于固定元件(即主体40)的定位。密封活塞30事实上只在狭槽31内移动，以便始终保持与活动圆柱形活塞10的内壁适当接触。这保证压缩室110被紧密保持，使得当其体积随时间减小时，工作流体可在其内部被压缩(即随着圆柱形活塞10相对于主体40旋转而减小，如所引用的图2a至图2d中卫星元件50在不同时间的运动所示)。

此外，图9中公开的图表示出了随着卫星元件50相对于主体40的定位和移动，压缩室110中的体积随时间的变化。该图表所包含的值应视为仅是解释性的，尽管其他值将是可能的并且因此包括在本发明的范围之内。

在压缩机开始运转之前，可根据需要通过作用于校准装置(优选地是校准元件51，通常为螺钉，如图5所示)对施加于主体40和圆柱形活塞10之间的压力进行校准。经过校准后，卫星元件50所施加的压力必须允许在主体40和圆柱形活塞10的内壁之间进行无间隙调节。这允许带动圆柱形活塞10围绕主体40旋转。

卫星元件50可被构造成滚珠轴承，不过它可被制成不同的构造，只要它们在圆柱形活塞10相对于主体40旋转期间施加一定的压力并驱动该圆柱形活塞旋转。本发明的系统的一个主要目是消除已知现有技术中存在的径向公差(其必须非常严格、精确，导致系统复杂且昂贵)并使用更简单的调节系统取而代之：本发明的装置使用的是压在圆柱形活塞10的外壁上的卫星元件50；此外，该圆柱形活塞10的内壁与主体40之间的接触也得到了保证，从而在它们之间形成了所谓的无间隙调节，其可在圆柱形活塞10围绕固定的主体40和轴20旋转期间得到保持。

此外，优选地根据本发明，偏移轴线Y(或卫星元件轴线)被配置为经受预加应力以具有一定的柔性，同时允许对圆柱形活塞10进行校准：这是一个重要的特征，因为事实上偏移轴线Y被配置为经受预加应力以确保在圆柱形活塞10旋转期间，轴线X,Y之间的距离基本上保持恒定。这允许在圆柱形活塞10在主体40上方旋转期间，主体40的外壁和圆柱形活塞10的内壁之间存在基本上无间隙调节。这种预应力允许偏移轴线Y起到弹簧的作用，在需要时压在圆柱形活塞10上，或在不需要时缓解圆柱形活塞上的张力，由此调节两者之间的这种无间隙状态。这提供了本发明的装置的另一个优点，即在运转期间可吸收可能的硬点或冲击，这在已知现有技术的构造中是不可能的。

通常，本发明的压缩机与作为工作流体的制冷剂气体一起工作，并且压缩机中的制冷剂还夹杂有油，以便润滑活动部件并密封它们之间的间隙或空隙。优选地利用油泵(未示出)将油引入压缩机中，并且还通常设有用于收集该油并将其送回油泵的装置(未示出)，使得该油与制冷剂一起被再次泵送。润滑油可以是与压缩机中用作工作流体的制冷剂相容的任何油。制冷剂可以是在给定的所关注温度范围内有效的任何合适的制冷剂。

轴20现在相对于压缩机的轴向中心对称并且居于主体40正中，因此与现有技术中的现有解决方案相比，制造更加简单。

通常，本发明的压缩机装置还包括顶板60和底板70，如图8所示。顶板和底板60,70封闭压缩机的顶部和底部，从而密封与密封活塞30一起形成的压缩室110。顶板和底板60,70都固定在轴20上。尽管可对卫星元件50进行一定的间隙调整或补偿，但两个表面即60和70之间的距离以及构成圆柱形活塞10的主体的高度必须精确，才能正确地密封并形成压缩室110，实际上是第二室120，以下称进气室120。然而，构成本发明的压缩机装置的其他部件不需要如同已知现有技术中的情况那样设置精确的公差，这使得该装置更容易制造并且因此成本更低。

与已知现有技术系统中的装置(如图1a或1b所示)相反，密封活塞30不再位于压缩机的活动部件中(即在现有技术中为在转子中)，而是位于压缩机的固定部件中(在主体40中)。

根据本发明，如图3或图4所示，进一步在顶板和/或底板60,70之间布置至少一个分段元件80，以允许压缩室110和进气室120的紧密密封并且同时允许圆柱形活塞10的运动。以这种方式实现的装置在圆柱形活塞10相对于主体40和板60,70的运动中允许更低的摩擦。优选地，构成分段元件80的材料是低摩擦材料，通常为通常，如图3或图4所示，两个单独的分段元件80优选地布置在圆柱形活塞10的外部：同样，通常会形成引导路径(参见图4)以配合并协助卫星元件50的引导。

这些低摩擦材料通常在需要部件的滑动动作的应用中实现长使用寿命解决方案，并且易于维护。材料的摩擦特性通常由摩擦系数给定，其给出了一个值，该值表示当物体在由这种材料制成的表面上移动时，由该表面所施加的力，该力使得在物体和表面两者之间存在相对运动。通常对于Teflon而言，该摩擦系数在0.04和0.2之间。低摩擦材料具有低于0.4，更优选地低于0.3，甚至更优选地低于0.2的摩擦系数。

与现有技术中的已知系统(例如图1a或图1b所示)相比，根据本发明的回转式压缩机100的主要差异和优点如下所述：

-现有技术中的装置包括固定部件(压缩机外壳)和两个活动部件(转子和轴)；该装置需要具有微米量级的极精确调节，并且由于增加了公差，所以压缩机外壳的内径、转子的厚度以及密封活塞或叶片的精度需要非常精确。

-本发明的回转式压缩机100是包括固定部件(主体40连同轴20)和两个活动部件(圆柱形活塞10和卫星元件50)的装置，但该整体不需要具有任何规定的精度：轴20的直径、圆柱形活塞10的厚度和卫星元件50的旋转半径的误差可通过卫星元件50装置来补偿。

虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下作出许多修改和更改。

参考

100 回转式压缩机

10 圆柱形活塞

20 轴

X 轴心线

X’ 圆柱形活塞轴线

30 密封活塞

31 狭槽

40 主体

50 卫星元件

Y 偏移轴线

51 校准元件

60 顶板

70 底板

80 分段元件

110 压缩室

120 进气室

130 流体入口

140 流体出口

现有技术

11、12 压缩室

Claims (15)

1.回转式压缩机装置(100)，所述回转式压缩机装置包括以轴心线(X)为中心的主体(40)以及相对于所述主体(40)偏心布置的圆柱形活塞(10)，使得在它们之间形成室，所述装置(100)还包括卫星元件(50)，所述卫星元件布置在偏移轴线(Y)处并围绕所述轴心线(X)进行轨道运动，使得所述卫星元件(50)的所述轨道运动带动所述圆柱形活塞(10)围绕所述轴心线(X)在所述主体(40)上方旋转，所述轴线(X,Y)之间的相对距离使得在所述圆柱形活塞(10)旋转期间，确保所述主体(40)和所述圆柱形活塞(10)在所述室内接触。

2.根据前述权利要求中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，还包括至少一个密封活塞(30)，所述至少一个密封活塞能够在所述圆柱形活塞(10)旋转期间在所述主体(40)内滑动，由此接触所述圆柱形活塞(10)的内壁。

3.根据权利要求2所述的回转式压缩机装置(100)，还包括张紧装置，所述张紧装置对所述至少一个密封活塞(30)施加压力，使得所述至少一个密封活塞在所述圆柱形活塞(10)围绕所述主体(40)旋转时接触所述圆柱形活塞的所述内壁。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述至少一个密封活塞(30)形成至少一个压缩室(110)，所述至少一个压缩室的体积随着所述圆柱形活塞(10)的旋转而减小，使得可压缩流体在排出之前被压缩。

5.根据前述权利要求中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述卫星元件(50)围绕其偏移轴线(Y)旋转，同时围绕所述轴心线(X)沿与所述圆柱形活塞(10)在所述主体(40)上方的旋转相反的方向进行轨道运动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，还包括驱动所述卫星元件(50)围绕所述轴心线(X)进行轨道运动的马达。

7.根据前述权利要求中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述卫星元件(50)围绕所述轴心线(X)以介于2000至6500rpm之间的速度进行轨道运动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述偏移轴线(Y)被配置为经受预加应力以确保在所述圆柱形活塞(10)旋转期间所述卫星元件(50)和所述圆柱形活塞(10)之间的恒定接触。

9.根据前述权利要求中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，还包括校准装置，所述校准装置被构造为建立所述轴线(X,Y)之间的距离。

10.根据权利要求4所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述可压缩流体包括制冷剂气体。

11.根据权利要求4或10中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中还与所述可压缩流体一起提供润滑油，所述润滑油与所述可压缩流体相容。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，还包括顶板(60)和底板(70)，所述顶板和所述底板被布置成以紧密方式在高度上封闭形成于所述主体(40)和所述圆柱形活塞(10)之间的至少一个压缩室(110)。

13.根据权利要求12所述的回转式压缩机装置(100)，还包括至少一个分段元件，所述至少一个分段元件被布置在所述顶板和/或所述底板之间以允许所述至少一个压缩室(110)的紧密密封以及所述圆柱形活塞(10)的运动。

14.根据权利要求13所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述至少一个分段元件包括低摩擦材料。

15.一种冷却/制冷系统，所述冷却/制冷系统包括根据权利要求1至14中任一项所述的回转式压缩机装置(100)。