CN1117209C - 具有流动转向器、多个尖端密封件和半径向顺应式机构的涡卷式流体排出装置 - Google Patents

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Abstract

一种涡卷式排出装置，包括：一个涡卷部件，有一个轴承毂和一个轨道运行轴承；一个轴，用于将一驱动力传送给所述涡卷部件；一个滑块，安装在所述轨道运行轴承上，并由所述轴驱动，该滑块通过所述轨道运行轴承驱动所述涡卷部件；一个前平衡器，安装在所述轴承毂上；以及一个驱动装置，与所述轴一起进行同步转动，并驱动所述前平衡器进行相对于所述涡卷部件的转动。

Description

具有流动转向器、多个尖端密封件和半径向顺应式机构 的涡卷式流体排出装置
技术领域
本发明一般涉及流体排出装置。更具体地说，它涉及改进的涡卷式流体排出装置，该装置有一个流动转向器机构，该机构引导输入流体的流动，以便将累积在轴承壳中的不可压缩的液体破碎成微细液滴，后者可以被两个由涡卷形成的抽吸室穴均匀地吞没。本发明也涉及一种多槽尖端密封机构，用于沿径向密封由涡卷形成的压缩空穴。本发明还涉及一种半径向顺应式机构，该机构保持沿轨道运行的涡卷的径向顺应功能，而同时其轨道运行半径是这样预定的，使得由于离心力而被沿轨道运行的涡卷施加在固定涡卷上的负载被转移到曲柄轴上。
背景技术
涡卷式流体排出装置在该技术中是众所周知的。例如，Creux的美国专利No.801,182公开一种涡卷装置，该装置包括两个涡卷部件，每个涡卷部件有一圆形端板和一螺旋状或旋卷式涡卷元件。这些涡卷元件具有同一螺旋形几何形状，并在角度和径向偏移上相互配合，以便在其螺旋形弯曲表面之间产生多个线接触。这样，相互配合的涡卷元件密封和限定至少一对流体空穴。通过使一个涡卷元件相对于另一个作轨道运行，能使线接触沿螺旋形弯曲表面移动，由此改变流体空穴的体积。该体积的增大或减小取决于涡卷元件的相对轨道运动的方向，因此，该装置可用于压缩或膨胀流体。
在涡卷式流体压缩的用途中，必须供应油料来润滑主轴轴承和推力轴承。然后，油料累积在被称为油槽的压缩机最低处，如Shaffer的美国专利No.3,994,633中所公开。该油料而后通常通过油泵再循环。但是，该油泵不仅消耗额外的能量，当其失效时它还是潜在的事故原因。
McCullough等人的美国专利No.3,994,636公开一种尖端密封机构，用于两个压缩空穴之间的径向密封。在该机构中，一个尖端密封件安置在涡卷式叶片的尖端处的螺旋形槽中。它沿该螺旋形槽连续运行。该尖端密封件或由弹性材料之类的机械装置推动，或由气动力推动，而接触另一涡卷部件的底部，从而形成径向密封。Tarauchi等人的美国专利No.4,437,820公开一种机构，该机构利用流体压力来驱动一个涡卷部件的尖端槽中的尖端密封件与另一涡卷部件的底部接触。由Tarauchi等人公开的机构有三个缺点：
1)为方便起见，将要接触配合的涡卷部件底部的尖端密封件的表面被称为尖端表面。与该尖端表面对置的尖端密封件的表面被称为背面。螺旋形槽中的尖端密封件从中心区伸向周边。在不同位置处，尖端密封件的尖端表面受到不同的压力，这些压力可以作为其两侧处流体压力的平均值而简单地计算出来。在中心区，作用在尖端密封件的尖端表面上的压力很高，需要一个高的背面压力来推动该尖端密封件的背面，以克服其尖端表面上的压力。另一方面，在周边区，作用在尖端表面上的压力很低，需要一个低的背面压力。一个对中心区足够高的单独的气动力的源将对周边区的尖端密封件的背面上施加过大的力。这导致过大的磨擦损耗，并加速尖端密封件的磨损。
2)美国专利No.4,437,820需要尖端密封件松散地安装在槽中。因此，作用在尖端密封件背面上的推动流体将从尖端密封件和槽之间的间隙中泄漏到压缩空穴中。这种内部流体泄漏将降低能量效率并造成过度加热。
3)当工作温度升高时，一个从中心区运行到周边区的长的尖端密封件受到与其长度成正比的热膨胀。尖端密封件越长，它在不同温度下在槽中的配合越困难。
McCullogh等人的美国专利No.4,082,484公开一种固定式推动曲柄机构，带有一个位于轨道运行涡卷毂周边处的毂轴承上的平衡重量，以便至少部分抵消沿轨道运行的涡卷的离心力。该机构将驱动负载和离心负载分别分配在两个轴承上，驱动负载分配到沿轨道运行的毂内部的沿轨道运行的轴承上，而离心负载分配到毂外部的毂轴承上。因此，大大改善了两个轴承的工作条件。但是，该机构仅仅适用于一个固定式推动曲柄而不适用于径向顺应式机构，后者已证明是涡卷装置的成功配置。
McCullogh等人的美国专利No.3,924,977公开了一种机构，它有一个径向顺应式机构的连接器件，后者也包括一个器件(即一个机械弹簧)来抵消至少一部分由轨道运行的涡卷部件施加的离心力。但是，该机构并不具有安装在位于轨道运行的涡卷毂周边的毂轴承上的平衡重量。当沿轨道运行的涡卷的质量和/或柄轴角速度变大时，离心力并不能被连接器件基本上平衡。结果，沿轨道运行的涡卷的侧面施加过大的力，该过大的力是由固定涡卷侧面上的沿轨道运行的离心力产生的。因此，会产生涡卷部件之间的过大磨损和磨擦以及涡卷元件的疲劳失效。
为了克服上述先有技术的缺点，本发明省去油泵，方法是利用抽吸流体带走累积的油，并通过排放流体压力使其再循环。本发明提供一个流动转向器机构，该机构使输入流体沿预定的通道方向流动而能够将累积的油破碎成液滴，这些液滴可以被涡卷形成的两个抽吸空穴均匀吞没。本发明也提供一种多槽尖端密封机构，用于沿径向密封压缩空穴。本发明还提供一种半径向顺应式机构，该机构将驱动负载和离心负载分别分配到轨道运行的涡卷上的两个轴承上，并保持轨道运行的涡卷的径向顺应功能，而同时将轨道运行的涡卷的离心力从固定涡卷转移到曲柄轴上。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种涡卷式排出装置，包括：一个涡卷部件，有一个轴承毂和一个轨道运行轴承；一个轴，用于将一驱动力传送给所述涡卷部件；一个滑块，安装在所述轨道运行轴承上，并由所述轴驱动，该滑块通过所述轨道运行轴承驱动所述涡卷部件；一个前平衡器，安装在所述轴承毂上；以及一个驱动装置，与所述轴一起进行同步转动，并驱动所述前平衡器进行相对于所述涡卷部件的转动。
本发明的另一目的是提供一种涡卷式排出装置，包括：一个具有轴承毂的涡卷部件；一个轨道运行轴承；一个轴，用于将一驱动力传送给所述涡卷部件；一个滑块，安装在所述轴上于所述轨道运行轴承之内，并由所述轴驱动，该滑块通过所述轨道运行轴承驱动所述涡卷部件；一个前平衡器，安装在所述轴承毂上；一个驱动销，安装在所述轴上于所述轴和所述前平衡器之间，用于使所述前平衡器相对于所述涡卷部件转动；以及一个预定厚度的垫块在所述轴和所述滑块之间的空间，该垫块包含一种材料，当所述排出装置操作时，该垫块在所述轴和所述滑块之间被压缩到小于该预定厚度。
附图说明
图1例示一种根据本发明构造的涡卷式压缩机的截面图。
图2例示在图1的涡卷式压缩机截面图中沿线A-A截取的本发明的流体转向器机构。
图3例示图1的涡卷式压缩机的涡卷部件，该部件带有根据本发明的多槽尖端密封机构的多个槽。
图4例示沿图3中线A-A截取的涡卷部件截面图。
图5a-b例示图3的多槽尖端密封机构的槽的部分视图。
图5e例示沿图5b中线D-D截取的多槽尖端密封机构的槽的截面图。
图5f例示沿图5d中线E-E截取的多槽尖端密封机构的槽的截面图。
图6a-b例示图5a的多槽尖端密封机构的分别沿线g-g和线I-I截取的具有尖端密封元件和尖端磨擦元件的槽的截面图。
图6c-d例示图5b的多槽尖端密封机构的分别沿线h-h和线J-J截取的具有尖端密封元件和尖端磨擦元件的槽的截面图。
图7a-c例示图3的多槽尖端密封机构的尖端密封元件的透视图。
图7d-f例示图7C的多槽尖端密封机构的分别沿线A-A、线B-B和线C-C截取的尖端密封元件的截面图。
图8以图1的涡卷压缩机的沿线A-A的部分截面图例示本发明的半径向顺应式机构。
图9例示图8的半径向顺应式机构的垫块的侧视图。
具体实施方式
参照图1，图中示出根据本发明设计的涡卷式流体压缩机。该压缩机装置10包括主壳20、第一涡卷部件60和第二涡卷部件50。带轴密封件22的后盖以常规方式(如螺栓)固定在主壳20上。主壳20保持住前轴承30和后轴承31。主轴40由轴承30、31转动式支承，并且当用电动机或发动机(未示出)通过滑轮32驱动时沿其轴线S1-S1转动。轴密封件22密封轴40，以防止主壳内润滑剂和流体逸走与外来流体和灰尘进入。驱动销42从主轴40的前端突出，其中心轴线S2-S2与主轴轴线S1-S1偏移一个距离，该距离等于第二涡卷部件50的轨道运行半径Ror。轨道运行半径是当第二涡卷部件50相对于第一涡卷部件60作轨道运行时第二涡卷部件50所横过的轨道运行圈的半径。
第一涡卷部件60有一个端板61，从端板61上伸出涡卷元件62。第一涡卷部件60以这样的方式连接在主壳20上，使得在一个涡卷部件的涡卷元件尖端和另一涡卷部件的端板底部之间保持用标号64指示的适当间隙。此外，第一涡卷部件60包括一个增强肋63和排放接头65。止回阀66和止回阀导向件67安置在排放接头65内。在压缩机操作期间，止回阀66打开第一涡卷部件60上的排放口68。当压缩机停止时，止回阀66关闭排放口68。
第二涡卷部件50包括环形端板51和涡卷元件52，涡卷元件52固定在端板51的前表面上并从其伸出。第二涡卷部件50也有一个轨道运行轴承毂53，毂53固定在端板51的后表面上并从其伸出。
涡卷部件的涡卷元件每个可有一个或多个切口37，如图3中最清楚地示出的。这些切口37减小涡卷元件的重量，而并不减小或几乎不减小其有效性。切口37可为任何所需形状或尺寸，取决于制造和消费者的偏爱。最好是，沿轨道运行的涡卷的涡卷元件的切口也用板38与流体密封隔开，如图1中所示。
涡卷元件52和62内部安装成180度角偏移，其径向偏移为轨道运行半径Ror。由此在涡卷元件52和62与端板51和61之间限定至少一对密封隔开的流体空穴。第二涡卷部件50通过驱动销轴承43和驱动滑块44连接在驱动销42上，并连接在防止转动的十字环80上。第二涡卷部件50以轨道运行半径Ror通过驱动轴40的转动被驱动为轨道运动，从而压缩流体。工作流体从入口74进入压缩机10然后进入入口流体通道91。入口流体通道形成于主壳20和推力轴承23之间，如图1所示。
参照图1-2，下面描述本发明的流体转向器机构。润滑油通过口35和通道36、37进入主壳20。在润滑轴承30、31、曲轴销轴承43和推力轴承23后，剩余的油通过排水道25流到区域B，如图2所示。一进入入口74，吸入的流体就受转向器24偏转，这防止吸入的油沿顺时针流动。因此，吸入的油只能向下(沿逆时针)沿流体通道91流动。该单方向流动具有足够的速度将区域B中累积的油破碎成小液滴。这些油滴被流体带走，然后被第一和第二涡卷部件60、50之间形成的抽吸空穴所吞没。因此，消除了十字环上的过度负载与振动的噪声，这种振动和噪声是由于周期性的油累积和累积油进入抽吸空穴时的突然不均匀吞没所产生的。流体从入口流体通道91进入两个涡卷部件之间的抽吸空穴(未示出)，然后受到涡卷部件的压缩。压缩流体通过排放孔68、空腔94、95和排放口96排放。
下面参考图3、4、5a-f、6a-d和7a-f来描述本发明的多槽尖端密封机构。虽然下述讨论涉及第一涡卷部件的尖端密封机构，但它可以同样应用于第二涡卷部件。第一涡卷部件有一尖端154和一底部155。在第一涡卷部件60的尖端154处有一第一槽136和一与第一槽隔开的第二槽236。这些第一槽和第二槽分别安置在第一涡卷部件的螺旋形尖端的周边部分和中心部分。螺旋形槽沿其延伸的方向将称为纵向。为了免去多余和不必要的重复，下面只详细描述第一槽136，因为槽136的详细结构除了纵向长度和曲率外都与槽236相同。用于描述第一槽136的相同标号可用于第二槽236，但用于标示第一槽的每个标号的第一数字(即“1”)在标示的第二槽时用“2”代替。例如，第一槽标号136对第二槽为236。
第一槽136有一个在第一涡卷部件的螺旋形叶片周边附近的第一端部140和与第一端部对置的第二端部141。第二端部附近的流体压力高于第一端部附近的压力。参照图3和5a-f，槽136在其第一端部140处有一第一销孔151而在其第二端部141处有一第二销孔152。参照图6a-d，销131和132分别安置在第一和第二销孔151、152中。参照图6a-d和7a-f，尖端密封元件137a沿纵向为密封的螺旋形，并有第一端145和第二端146。销131和132分别使密封元件137a的第一端部和第二端部紧靠槽136的第一端部和第二端部。因此，尖端密封元件137a可以有效地密封槽136的两端，而不受热生长的影响。此外，在尖端密封元件137a的顶端上可以设置一个尖端磨擦元件137b。尖端密封元件137a和尖端摩擦元件137b可以公开或互相整体结合。
在槽136的第二端部141附近有一个小孔153，位于槽136的底部处，将槽气动地连接到高压流体中。小孔153的位置这样选择，使得能将最佳的密封压力引入槽136中。该所谓最佳的密封压力指这样一个最小压力，就是在该压力下，引入槽136中的流体能够向上推动尖端密封元件137a和尖端摩擦元件137b使它们紧靠配接涡卷的底部，从而在由两个涡卷形成的压缩空穴之间提供径向密封。
参照图1和8-9，下面描述本发明的在轨道运行涡卷毂的周边上带有平衡重量的半径向顺应机构。当轴40转动时，曲柄销42驱动滑块44如图8中箭头B所示地逆时针转动。然后滑块44转过来通过轴承内滚道圈43a、滚柱43b和外滚道圈43c(合称为43a-43b-43c)驱动第二涡卷毂53。第二涡卷部件50在十字环80的引导下进行轨道运动并受到离心力Fco的作用。
如图1中所示，中平衡器47附着在轴40上。销49安置在前平衡器46的椭圆形孔55中，并且用螺钉82连接在中平衡器47上。当中平衡器47与轴40一起转动时，销49驱动前平衡器46。前平衡器46通过轴承内滚道圈45a、滚柱45b和外滚道圈45c(合称为45a-45b-45c)附着在第二涡卷部件50的毂53上。当第二涡卷部件50相对于第一涡卷部件60作轨道运行时，前平衡器46围绕第二涡卷部件50的毂53转动。作用在前平衡器46上有离心力Fcc|平衡作用在第二涡卷部件50上的离心力Fco的一部分。椭圆形孔55使第二涡卷元件52与轴承43a-43b-43c、滑块44、轴承45a-45b-45c及前平衡器46一起，在净力(Fco-Fcc1)作用下向第一涡卷元件62移动(即增大偏心率Ror)。
垫块41插入滑块44和曲柄销42之间的空间39，如图8中所示。垫块41有一非常小心地制造的厚度，使得第一和第二涡卷元件62和52之间的余隙的范围为零到8，8是涡卷元件的机加工精度。换句话说，在力(Fco-Fcc1)作用下，第二涡卷元件53、轴承43a-43b-43c、前平衡器46、轴承45a-45b-45c及滑块44将移动，直到滑块44被穿过垫块41的驱动销42止住，或者第二涡卷元件53由于两个涡卷元件之间的侧面接触而被第一涡卷元件63止住。在后一种情况下，当涡卷元件侧面上的高点磨损时，驱动销42和垫块41最终将止住滑块44，并继而止住第二涡卷元件52进一步移向第一涡卷元件62。因此，在两个涡卷元件磨配合后，第一和第二涡卷元件的侧面之间余隙为零。在这种情况下，净离心负载(Fco-Fcc1)将从涡卷元件转移到曲柄销42，以防止第一和第二涡卷元件的疲劳。但是，当作用在第二涡卷部件上的径向分开力由于液体压缩力或卡在两个涡卷部件侧面之间的污染物而变得过大时，第二涡卷部件50及连接的部件(如滑块44、轴承43a-43b-43c、轴承45a-45b-45c及前平衡器46)将沿与离心力Fco对置的方向凹进，以增大两个涡卷元件侧面之间的间隙。
最好是，垫块41用环氧树脂材料制成。如图9中所示，薄填隙片41a装有环氧树脂41b。填隙片中安置的环氧树脂量小心称重，以充足地填满空间39，但防止环氧树脂过度扩展。
当压缩机起动时，净离心力(Fco-Fcc1)向下驱动第二涡卷毂，并继而驱动滑块44(图8)。滑块44挤压垫块41并改变其厚度，直到第二涡卷侧面被第一涡卷侧面止住。该压缩机保持运行，直到环氧树脂的垫块41最终被固化。
或者是，垫块41可以用金属、塑料或类似材料制成。这通过测量空间39和设计垫块41以安装在空间39内来完成。
上述配置给予第二涡卷部件50以径向移动自由度，就像该技术中已知的完全径向的顺应式配置一样，但在一个受控制的范围内限制该径向自由度。结果，在最初的插入后，两个涡卷元件的侧面之间的余隙和静配合均为零，与该技术已知的完全径向的顺应式配置不一样，在完全径向的顺应式配置中，在正常操作期间始终保持侧面一侧面接触。本发明的半径向的顺应式配置将离心力从第一和第二涡卷元件卸载到曲柄销上。因此，当各种操作条件下离心力可能过大或当使用的涡卷部件材料具有低的疲劳强度(如铝合金)时，该配置特别有用。
在图1-9中详细示出的上述本发明机构可以与几种不同的先有技术涡卷装置一起使用。特别是，这些机构适合于与美国专利No.5,458,471中公开的涡卷装置一起使用，后一专利与本申请共同转让，并特别参考合并于此。
虽然本发明的上述实施例是优选的，但该技术的专业人员将会理解，结构、配置、组成等的修改并不偏离本发明的真实范围。本发明由附属的权利要求书限定范围，所有符合权利要求书意思的装置和/或方法，不管是文字上的还是等效的，均预定包括在内。

Claims (9)

1.一种涡卷式排出装置，包括：
一个涡卷部件，有一个轴承毂和一个轨道运行轴承；
一个轴，用于将一驱动力传送给所述涡卷部件；
一个滑块，安装在所述轨道运行轴承上，并由所述轴驱动，该滑块通过所述轨道运行轴承驱动所述涡卷部件；
一个前平衡器，安装在所述轴承毂上；以及
一个驱动装置，与所述轴一起进行同步转动，并驱动所述前平衡器进行相对于所述涡卷部件的转动。
2.权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述驱动装置是一个相对于所述轴固定的驱动销。
3.权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述前平衡器有一缝，所述驱动销配合在该缝中以驱动所述前平衡器，而所述前平衡器相对于所述驱动销滑动。
4.权利要求2中所述的装置，其特征在于，在所述滑块和所述驱动销之间的空间中插入至少一个垫块，该垫块有一预定厚度。
5.权利要求4中所述的装置，其特征在于，该垫块用环氧树脂材料制成。
6.一种涡卷式排出装置，包括：
一个具有轴承毂的涡卷部件；
一个轨道运行轴承；
一个轴，用于将一驱动力传送给所述涡卷部件；
一个滑块，安装在所述轴上于所述轨道运行轴承之内，并由所述轴驱动，该滑块通过所述轨道运行轴承驱动所述涡卷部件；
一个前平衡器，安装在所述轴承毂上；
一个驱动销，安装在所述轴上于所述轴和所述前平衡器之间，用于使所述前平衡器相对于所述涡卷部件转动；以及
一个预定厚度的垫块在所述轴和所述滑块之间的空间，该垫块包含一种材料，当所述排出装置操作时，该垫块在所述轴和所述滑块之间被压缩到小于该预定厚度。
7.权利要求6中所述的装置，其特征在于，所述前平衡器有一缝，所述驱动销配合在该缝中以驱动所述前平衡器，而所述前平衡器相对于所述驱动销滑动。
8.权利要求6或7中所述的装置，其特征在于，所述垫块包含一种材料，当所述排出装置运行而该垫块被作用于其上的净离心力压缩之后，该材料会固化变硬，直到在该净离心力影响之下可动涡卷部件朝向固定涡卷部件的径向运动被所述涡卷部件上所述侧面操作上的啮合所止住。
9.权利要求8中所述的装置，其特征在于，该垫块包括在填隙片上形成的一层环氧树脂材料。
CN98811152A 1997-09-22 1998-09-22 具有流动转向器、多个尖端密封件和半径向顺应式机构的涡卷式流体排出装置 Expired - Fee Related CN1117209C (zh)

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