CN110500274B - 带背压静涡旋组件 - Google Patents

Abstract

带背压静涡旋组件属于涡旋空气压缩机技术领域，尤其涉及一种带背压静涡旋组件。本发明提供一种带背压静涡旋组件。本发明带背压静涡旋组件包括静盘外件，其结构要点静盘外件上端与静盘上件下端外周连接，静盘外件内侧壁通过轴向润滑垫与静盘下件外侧壁配合，静盘上件下端与静盘下件上端之间形成背压腔，静盘上件上端设置有气嘴接头。

Description

带背压静涡旋组件

技术领域

本发明属于涡旋空气压缩机技术领域，尤其涉及一种带背压静涡旋组件。

背景技术

在当前，涡旋空气压缩机的气密性和稳定性是制约其广泛应用的两个技术难点。本发明是基于中国专利号ZL 201610879668.7，名称为“一种涡旋压缩机总成”专利技术，提出的优化方案。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种带背压静涡旋组件。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明带背压静涡旋组件包括静盘外件，其结构要点静盘外件上端与静盘上件下端外周连接，静盘外件内侧壁通过轴向润滑垫与静盘下件外侧壁配合，静盘上件下端与静盘下件上端之间形成背压腔，静盘上件上端设置有气嘴接头。

作为一种优选方案，本发明所述静盘上件上端设置有散热筋板。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘外件外壁中部具有向外侧延伸的凸缘，凸缘通过紧固件与前架上端连接。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘上件上端有散热筋板和两个气嘴接头，一个气嘴接头为进气口气嘴接头，另一个气嘴接头为出气口气嘴接头，出气口气嘴接头靠近静盘上件中部，进气口气嘴接头靠近静盘上件外周，出气口气嘴接头与静盘下件中部的空气压缩出口连通，进气口气嘴接头与静盘下件空气进口连通。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘下件上端设置有限位凸台。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘外件内侧壁上设置有截面为竖向凹字形的轴向润滑垫放置槽，轴向润滑垫为与凹字形的轴向润滑垫放置槽对应的凹字形，凹字形轴向润滑垫的凹字底面与静盘下件侧壁相接。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘下件与静盘上件的端面连接处设有头端密封垫。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘下件外侧壁上部具有向外侧延伸的上环状凸台，上环状凸台外端面与静盘外件内壁上部相接，上环状凸台下方的静盘外件内壁上具有向中部延伸的中环状凸台，中环状凸台外端面与静盘下件外侧壁中部相接；

上环状凸台上端面、静盘上件下端面、静盘外件内壁、静盘下件外侧壁围成的区域内设置有上轴向弹性垫，凸台下端面、中环状凸台上端面、静盘外件内壁、静盘下件外侧壁围成的区域内设置有下轴向弹性垫。

作为另一种优选方案，本发明所述静盘外件内壁下端具有向中部延伸的下环状凸台，下环状凸台外端面与静盘下件外侧壁下部相接，下环状凸台上端面为所述凹字形的轴向润滑垫放置槽的下端面，中环状凸台下端面为所述凹字形的轴向润滑垫放置槽的上端面。

作为另一种优选方案，本发明所述上轴向弹性垫内侧的静盘下件上端面上设置有截面为倒凹形的密封槽，密封槽内设置有倒凹形的密封圈，倒凹形的密封圈内侧静盘上件下端与静盘下件上端之间为背压腔。

作为另一种优选方案，本发明所述密封槽内侧的静盘下件上端面上设置有截面为横条状的减重槽。

本发明带背压静涡旋组件可与无倾覆动涡旋盘配合使用，应用于涡旋压缩机上。

无倾覆动涡旋盘包括动涡旋盘本体，动涡旋盘本体上端面上为涡旋齿，动涡旋盘本体中部涡旋齿的头端下端为与主偏心轴配合的连接槽，连接槽底面超过动涡旋盘本体上端面。

作为另一种优选方案，本发明所述动涡旋齿的头端的垂直投影覆盖连接槽的垂直投影。

作为另一种优选方案，本发明所述动涡旋盘本体上的与副偏心轴配合的连接槽的外端凸出涡旋盘本体的圆形轮廓线。

作为另一种优选方案，本发明通过涡旋线共轭啮合及UA圆弧修正增大动涡旋盘涡旋渐开线的展开角而增大涡旋齿的头端厚度。

作为另一种优选方案，本发明所述连接槽内设置有铜套，主偏心轴上端插入铜套中心孔。

作为另一种优选方案，本发明所述铜套内壁中部具有环形油槽。

作为另一种优选方案，本发明所述连接槽外端具有向外周延伸的环状扩口，该环状扩口处设置有铜套油封，主偏心轴上端穿过铜套油封中心孔，铜套油封外端面与环状扩口侧壁相接，铜套油封上端面与环状扩口底面相接。

作为另一种优选方案，本发明所述涡旋齿的啮合型线的计算公式为：

X= Rb*(Cosβ1 + Cosβ2) + K1*Sinβ1 + K2*Sinβ2；

Y= Rb*(Sinβ1 + Sinβ2) - K1*Cosβ1 - K2*Cosβ2；

K1= Rb*β1 + t/2 - r；

K2= Rb*β2 + t/2 - r；

X2+Y2 =（R+ r）2= (2r+0.5P-t) 2;

R=r+0.5P-t

0<β1<180（优选90<β1<180） ；90<β2<270（优选180<β2<270）。

O1、O2为两个小圆弧的中心。

X为O1与O2的水平距离，Y为O1与O2的垂直距离，Rb为基圆半径，β1为静涡旋盘渐开线展开角，β2为动涡旋盘渐开线展开角，t为涡旋齿的壁厚，P为涡旋齿的节距，r为小圆弧的半径，R为大圆弧的半径。

作为另一种优选方案，本发明所述动涡旋盘涡旋齿的头端密封槽的形状为沿涡旋齿旋向延伸的马蹄状槽。

作为另一种优选方案，本发明所述主偏心轴上部穿过前架中心孔，主偏心轴下端置于后架中心孔内，前架大轴承上端面设为Z轴零点，动涡旋方向设为负向，后架方向设为正向，顺时针为扭矩正向，逆时针扭矩为负向，F1 + F3 = F2；F1*L1 = F2*L2 + F3*L3；

F1为动涡旋盘质心所受的侧向力，F2为主平衡块质心所受的侧向力，F3为副平衡块质心所受的侧向力，L1为动涡旋组件（包括动涡旋盘、三个副偏心轴上轴承和铜套）质心与前架大轴承上端面的垂直距离，L2为主平衡块质心与前架大轴承上端面的垂直距离，L3为前架大轴承上端面与副平衡块质心的的垂直距离。

缩短主偏心轴工作端到前架大轴承上端面的距离，降低动涡旋组件的质心，提升主平衡块的质心、加大主平衡块的质心半径。

作为另一种优选方案，本发明涡旋压缩机后架小轴承的位置远离前架大轴承的上端面；副平衡块的位置远离主平衡块的质心，增大副平衡块的质心半径 。

作为另一种优选方案，本发明副偏心轴的连接体作为工作端，连接体上端一侧为副偏心轴头端，副偏心轴头端进入动涡旋盘偏心轴上轴承，连接体下端中部为副偏心轴下连接端，下连接端进入前架上偏心轴下轴承，工作端外侧套有工作端轴承，工作端和副偏心轴下连接端置于前架上的轴孔内。

作为另一种优选方案，本发明所述上轴承和下轴承采用深沟球轴承，工作端轴承采用滚针轴承。

作为另一种优选方案，本发明所述动涡旋盘本体下端面设置有多个趋向动涡旋盘本体旋转方向均匀布置的弧形长散热筋板，并由中心至外端呈发散状。

作为另一种优选方案，本发明相邻所述长散热筋板之间设置有一个趋向动涡旋盘本体旋转方向的弯曲短散热筋板，短散热筋板的外端与长散热筋板的外端相对应。

作为另一种优选方案，本发明所述前架上端内壁向中部延伸形成凸台，凸台侧壁为圆形止口。

其次，本发明所述前架底端外壁具有向外侧延伸的凸缘。

另外，本发明所述前架底端连接有后架，后架中部上端设置有外转子电机的定子组件，定子组件中部为定子内核，定子内核外侧为定子叠片，定子叠片上设置有定子绕组；

定子组件外侧罩有转子组件，转子组件包括截面为开口朝下的匚字形转子上盖，转子上盖内壁设置有转子磁铁，转子上盖上端电机轴孔位置通过紧固件与前架相连。

本发明有益效果。

本发明静盘上件下端与静盘下件上端之间形成背压腔，背压腔压力可以平衡静盘下件在气体压缩时产生的向上反力；可以确保动静涡旋盘在其配合端面密封受磨损后依然可以有效密封。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明带背压静涡旋组件俯视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本发明定子组件仰视图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是本发明转子组件仰视图。

图6是图5的A-A剖视图。

图7是本发明涡旋压缩机整机装配图。

图8是本发明动涡旋盘俯视图。

图9是图8的A-A剖视图。

图10是本发明动涡旋盘仰视图。

图11是本发明后架俯视图。

图12是图11的A-A剖视图。

图13是本发明后架与定子装配后俯视图。

图14是图13的A-A剖视图。

图15是本发明副偏心轴俯视图。

图16是本发明副偏心结构示意图。

图17是本发明主偏心轴俯视图。

图18是本发明主偏心轴结构示意图。

图19是本发明铜套结构示意图。

图20是本发明静盘外件俯视图。

图21是图20的A-A剖视图。

图22是本发明静盘下件俯视图。

图23是图22的A-A剖视图。

图24是本发明静盘下件仰视图。

图25是本发明前架仰视图。

图26是图25的A-A剖视图。

图27是本发明前架立体图。

图28是本发明啮合型线的计算示意图。

图29是本发明各部分受力分析图。

图中，1为静盘上件、2为背压腔、3为气嘴接头、4为凸台、5为轴向弹性垫、6为轴向润滑垫、7为静盘外件、8为静盘下件、9为定子绕组、10为定子叠片、11为定子内核、12为转子磁铁、13为电机外转子、14为转子上盖、15为后架、16为副平衡块、17为主偏心轴、18为前架大轴承、19为铜套、20为主偏心轴工作端、21为铜套油封、22为动涡旋盘、23为副偏心轴的头端、24为深沟球轴承、25为副偏心轴的连接体、26为主平衡块、27为滚针轴承、28为电机外转子上盖、29为马蹄状槽、30为涡旋齿、31为与主偏心轴配合的连接槽、32为与副偏心轴配合的连接槽、33为与副偏心轴配合的连接槽的外端凸出、34为短散热筋板、35为长散热筋板、36为油槽、37为环状凸台、38为圆形止口、39为凸缘、40为副偏心轴孔、41为前架中心孔、42为涡旋齿、43为后架小轴承、44 为出气口气嘴接头、45为进气口气嘴接头、46为限位凸台、47为倒凹形的密封圈、48为减重槽、49为空气压缩出口。

具体实施方式

如图所示，本发明带背压静涡旋组件包括静盘外件，静盘外件上端与静盘上件下端外周连接，静盘外件内侧壁通过轴向润滑垫与静盘下件外侧壁配合，静盘上件下端与静盘下件上端之间形成背压腔，静盘上件上端设置有气嘴接头。

静盘上件上端有散热筋板和两个气嘴接头，一个气嘴接头为进气口气嘴接头，另一个气嘴接头为出气口气嘴接头，出气口气嘴接头靠近静盘上件中部，进气口气嘴接头靠近静盘上件外周，出气口气嘴接头与静盘下件中部的空气压缩出口连通，进气口气嘴接头与静盘下件空气进口连通。

所述静盘上件上端设置有散热筋板。

所述静盘外件外壁中部具有向外侧延伸的凸缘，凸缘通过紧固件与前架上端连接。

所述静盘下件上端设置有限位凸台。

所述静盘外件内侧壁上设置有截面为竖向凹字形的轴向润滑垫放置槽，轴向润滑垫为与凹字形的轴向润滑垫放置槽对应的凹字形，凹字形轴向润滑垫的凹字底面与静盘下件侧壁相接。

所述静盘下件与静盘上件的端面连接处设有头端密封垫。

所述静盘下件外侧壁上部具有向外侧延伸的上环状凸台，上环状凸台外端面与静盘外件内壁上部相接，上环状凸台下方的静盘外件内壁上具有向中部延伸的中环状凸台，中环状凸台外端面与静盘下件外侧壁中部相接；

上环状凸台上端面、静盘上件下端面、静盘外件内壁、静盘下件外侧壁围成的区域内设置有上轴向弹性垫，凸台下端面、中环状凸台上端面、静盘外件内壁、静盘下件外侧壁围成的区域内设置有下轴向弹性垫。上述结构，可以实现上件、下件和外件的精密加工与精密配合，可以确保下件与动涡旋盘的有效预紧。

所述静盘外件内壁下端具有向中部延伸的下环状凸台，下环状凸台外端面与静盘下件外侧壁下部相接，下环状凸台上端面为所述凹字形的轴向润滑垫放置槽的下端面，中环状凸台下端面为所述凹字形的轴向润滑垫放置槽的上端面。

所述上轴向弹性垫内侧的静盘下件上端面上设置有截面为倒凹形的密封槽，密封槽内设置有倒凹形的密封圈，倒凹形的密封圈内侧静盘上件下端与静盘下件上端之间为背压腔。

所述密封槽内侧的静盘下件上端面上设置有截面为横条状的减重槽。

本发明带背压静涡旋组件可与无倾覆动涡旋盘配合使用，应用于涡旋压缩机上。

无倾覆动涡旋盘包括动涡旋盘本体，动涡旋盘本体上端面上为涡旋齿，动涡旋盘本体中部涡旋齿的头端下端为与主偏心轴配合的连接槽，连接槽底面45（即图9中连接槽31上端）超过动涡旋盘本体上端面44（即涡旋齿的下端）。

动涡旋盘是在主偏心轴驱动和防自转机构（外周三个副偏心轴）的相互作用下绕某一固定轴线做圆周平动，其背面中心都设有与主偏心轴相连接的驱动轴承。通常情况，该轴承孔都设在盘体齿面下端的连接体上，该孔中心作为主偏心轴的着力点与盘体几何质心的不重合会使得动涡旋盘在旋转时产生很大的倾覆力矩，这是造成动涡旋盘端面倾覆和高压气体泄露的主要原因。

本发明根据涡旋线共轭啮合及UA圆弧修正，通过增大涡旋渐开线的展开角而增大涡旋齿的头端厚度，使其有足够的空间安装耐磨铜套，进而可以与主偏心轴配精密合并驱动动涡旋盘的圆周平动。

所述动涡旋齿的头端的垂直投影覆盖连接槽的垂直投影。

所述动涡旋盘本体上的与副偏心轴配合的连接槽的外端凸出涡旋盘本体的圆形轮廓线。非动涡旋盘本体整体外扩，重量轻。与副偏心轴配合的连接槽可向外侧偏移更大距离，给主平衡块让出距离，增大主平衡块的旋转半径，主平衡块可以作的更薄，重量轻。

通过涡旋线共轭啮合及UA（不等β角圆弧类型线修正）圆弧修正增大动涡旋盘涡旋渐开线的展开角而增大涡旋齿的头端厚度。

所述连接槽内设置有铜套，主偏心轴上端插入铜套中心孔。

所述铜套内壁中部具有环形油槽。

所述连接槽外端具有向外周延伸的环状扩口，该环状扩口处设置有铜套油封，主偏心轴上端穿过铜套油封中心孔，铜套油封外端面与环状扩口侧壁相接，铜套油封上端面与环状扩口底面相接。

所述铜套油封外端面与环状扩口侧壁、铜套油封上端面与环状扩口底面粘接。

通过以下方程可以获得有效参数，为涡旋压缩机提供理想的啮合型线。

所述涡旋齿的啮合型线的计算公式为：

X= Rb*(Cosβ1 + Cosβ2) + K1*Sinβ1 + K2*Sinβ2；

Y= Rb*(Sinβ1 + Sinβ2) - K1*Cosβ1 - K2*Cosβ2；

K1= Rb*β1 + t/2 - r；

K2= Rb*β2 + t/2 - r；

X2+Y2 =（R+ r）2= (2r+0.5P-t) 2;

R=r+0.5P-t

0<β1<180（优选90<β1<180） ；90<β2<270（优选180<β2<270）。

O1、O2为两个小圆弧的中心。

如图28所示，X为O1与O2的水平距离，Y为O1与O2的垂直距离，Rb为基圆半径，β1为静涡旋盘渐开线展开角，β2为动涡旋盘渐开线展开角，t为涡旋齿的壁厚，P为涡旋齿的节距，r为小圆弧的半径，R为大圆弧的半径。

所述动涡旋盘涡旋齿的头端密封槽的形状为沿涡旋齿旋向延伸的马蹄状槽；密封条摩擦力大，防止脱出窜动漏气。

所述主偏心轴上部穿过前架中心孔，主偏心轴下端置于后架中心孔内，前架大轴承上端面设为Z轴零点，动涡旋方向设为负向，后架方向设为正向，顺时针为扭矩正向，逆时针扭矩为负向，F1 + F3 = F2；F1*L1 = F2*L2 + F3*L3；

F1为动涡旋盘质心所受的侧向力，F2为主平衡块质心所受的侧向力，F3为副平衡块质心所受的侧向力，L1为动涡旋组件（包括动涡旋盘、三个副偏心轴上轴承和铜套）质心与前架大轴承上端面的垂直距离，L2为主平衡块质心与前架大轴承上端面的垂直距离，L3为前架大轴承上端面与副平衡块质心的的垂直距离（如图29所示）。

涡旋压缩机偏心轴通常分两类，其一是驱动动涡旋盘平转的主偏心轴，其二是阻止动涡旋盘自转的副偏心轴。其中，主偏心轴是通过前后两个轴承分别固定在前架和后架的中心。副偏心轴则安装在前架零件上，以前架大轴承孔为中心分列在圆周上，数量至少是三个。动平衡设计是压缩机开发的关键步骤，但各部件因加工、装配及形变等因素的影响通常无法获得理想的几何参数，进而会造成压缩机的动平衡无法获得较为理想的效果。在实际应用上，这两类偏心轴组件在气体压缩时都会因承受周期性的倾斜扭矩而会失去其理想的形位精度，进而会影响到涡旋压缩机气密性和稳定性。同时，该倾斜力矩的客观存在也是涡旋压缩机最主要的震动源和噪音源。

基于以上分析可知，在零部件精度不再提高的前提下，我们通过设计来降低偏心轴倾斜扭矩之于涡旋压缩机系统设计的意义非常重大。为此，本发明提出以下设计方案：

缩短主偏心轴工作端到前架大轴承上端面的距离，降低动涡旋组件的质心，提升主平衡块的质心、加大主平衡块的质心半径。

涡旋压缩机后架小轴承的位置远离前架大轴承的上端面；副平衡块的位置远离主平衡块的质心，增大副平衡块的质心半径 。

副偏心轴的连接体作为工作端，连接体上端一侧为副偏心轴头端，副偏心轴头端进入动涡旋盘偏心轴上轴承，连接体下端中部为副偏心轴下连接端，下连接端进入前架上偏心轴下轴承，工作端外侧套有工作端轴承，工作端和副偏心轴下连接端置于前架上的轴孔内。

所述上轴承和下轴承采用深沟球轴承，工作端轴承采用滚针轴承。将副偏心轴的连接体直接设为工作端，该工作端与滚针轴承和深沟球轴承配合使用。其中，深沟球轴承只分担轴向力作用，两轴承共同分担径向力及承担倾斜扭矩的作用。很明显，在偏心轴头端施加相同径向力的情况下，本发明偏心轴会承担较小的倾斜扭矩，即产生较小的倾斜形变，进而动涡旋盘在多个偏心轴组件的联合作用下，其防自转的定位精度会明显提高。

所述动涡旋盘本体下端面设置有多个趋向动涡旋盘本体旋转方向均匀布置的弧形长散热筋板，并由中心至外端呈发散状；散热效果好。

相邻所述长散热筋板之间设置有一个趋向动涡旋盘本体旋转方向的弯曲短散热筋板，短散热筋板的外端与长散热筋板的外端相对应；散热效果好。

所述前架上端内壁向中部延伸形成凸台，凸台侧壁为圆形止口。机架上端圆形止口设计，可有效减少加工后的形变量，且该止口可与大轴承孔一次定位完成高精度加工；三个副轴承孔加工，适合选用多头铣床，即机架零件一次定位完成3个副偏心轴承孔及1个主偏心轴承孔的全部加工。

所述前架底端外壁具有向外侧延伸的凸缘。设置凸缘，将前架底端外壁加厚，可减少加工后的形变。

所述前架底端连接有后架，后架中部上端设置有外转子电机的定子组件，定子组件中部为定子内核，定子内核外侧为定子叠片，定子叠片上设置有定子绕组；

定子组件外侧罩有转子组件，转子组件包括截面为开口朝下的匚字形转子上盖，转子上盖内壁设置有转子磁铁，转子上盖上端电机轴孔位置通过紧固件与前架相连。

外转子电机可采用高压直流无刷驱动器。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.带背压静涡旋组件，包括静盘外件，其特征在于静盘外件上端与静盘上件下端外周连接，静盘外件内侧壁通过轴向润滑垫与静盘下件外侧壁配合，静盘上件下端与静盘下件上端之间形成背压腔，静盘上件上端设置有气嘴接头；

所述静盘下件外侧壁上部具有向外侧延伸的上环状凸台，上环状凸台外端面与静盘外件内壁上部相接，上环状凸台下方的静盘外件内壁上具有向中部延伸的中环状凸台，中环状凸台外端面与静盘下件外侧壁中部相接；

上环状凸台上端面、静盘上件下端面、静盘外件内壁、静盘下件外侧壁围成的区域内设置有上轴向弹性垫，上环状凸台下端面、中环状凸台上端面、静盘外件内壁、静盘下件外侧壁围成的区域内设置有下轴向弹性垫。

2.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘上件上端设置有散热筋板。

3.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘外件外壁中部具有向外侧延伸的凸缘，凸缘通过紧固件与前架上端连接。

4.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘上件上端有散热筋板和两个气嘴接头，一个气嘴接头为进气口气嘴接头，另一个气嘴接头为出气口气嘴接头，出气口气嘴接头靠近静盘上件中部，进气口气嘴接头靠近静盘上件外周，出气口气嘴接头与静盘下件中部的空气压缩出口连通，进气口气嘴接头与静盘下件空气进口连通。

5.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘下件上端设置有限位凸台。

6.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘外件内侧壁上设置有截面为竖向凹字形的轴向润滑垫放置槽，轴向润滑垫为与凹字形的轴向润滑垫放置槽对应的凹字形，凹字形轴向润滑垫的凹字底面与静盘下件侧壁相接。

7.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘下件与静盘上件的端面连接处设有头端密封垫。

8.根据权利要求6所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述静盘外件内壁下端具有向中部延伸的下环状凸台，下环状凸台外端面与静盘下件外侧壁下部相接，下环状凸台上端面为所述凹字形的轴向润滑垫放置槽的下端面，中环状凸台下端面为所述凹字形的轴向润滑垫放置槽的上端面。

9.根据权利要求1所述带背压静涡旋组件，其特征在于所述上轴向弹性垫内侧的静盘下件上端面上设置有截面为倒凹形的密封槽，密封槽内设置有倒凹形的密封圈，倒凹形的密封圈内侧静盘上件下端与静盘下件上端之间为背压腔。

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