CN111927770A - 一种立体气体涡旋压缩结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立体气体涡旋压缩结构，该结构为同旋向的三维立体结构，包括第一涡旋盘、第二涡旋盘、限位装置和驱动装置，所述第一涡旋盘套接在第二涡旋盘外部，所述第一涡旋盘固定，驱动装置带动第二涡旋盘转动，两涡旋盘密切配合在每个螺旋周期内形成至少两个压缩单元；所述限位装置作用于第二涡旋盘，第二涡旋盘相对于第一涡旋盘作平移转动运动；本发明通过将压缩结构进行三维空间布置，能够实现良好的压缩冷却，使得整个压缩过程极大程度的接近等温压缩；同时压缩结构能够很方便的进行多线程、多层级的拓展，实现更大流量和更大压缩比的运行。

Description

一种立体气体涡旋压缩结构
技术领域
本发明属于涡旋式气体压缩机构技术领域，涉及一种立体气体涡旋压缩结构。
背景技术
随着工业技术的发展，在活塞式的压缩结构作为主流气体压缩形式的基础上，出现了多种结构的空气压缩方式，其中涡旋式气体压缩机构具有运行平稳、噪音小、故障率低、压缩效率高等优点；但是又因为其结构紧凑，涡盘内部压缩气体不能进行有效降温，在增加运行耗能的同时也降低了气体压缩比，同时处理气体压缩的速度有限，无法在大型项目中得到应用。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种气体压缩机的压缩结构，该压缩结构是一种同旋向的立体布置的气体涡旋压缩结构；
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种立体气体涡旋压缩结构，包括第一涡旋盘、第二涡旋盘、限位装置和驱动装置，所述第一涡旋盘套接在第二涡旋盘外部，所述第一涡旋盘固定，驱动装置带动第二涡旋盘转动，两涡旋盘密切配合在每个螺旋周期内形成至少两个压缩单元；所述限位装置作用于第二涡旋盘，第二涡旋盘相对于第一涡旋盘作平移转动运动；压缩气体由压缩结构的外部流经第二涡旋盘外壁，从而使得压缩结构得到全面冷却。
进一步地，第二涡旋盘相对于第一涡旋盘作平移转动运动时，第一涡旋盘内壁与第二涡旋盘外壁存在密切接触处，该接触处使得压缩单元形成空间封闭。
进一步地，所述第一涡旋盘上设置有出气口，压缩气体由所形成的压缩单元的进气口进入压缩结构，随着第二涡旋盘的运动逐渐向压缩结构的中心运动，压缩单元的体积逐渐变小，压缩气体逐渐得到压缩，最后从出气口流出压缩单元。进一步地，改变涡旋盘的个数即改变压缩结构的压缩层级，实现压缩结构的不同气体压缩比。
进一步地，改变涡旋盘的截面形状，能够形成多个压缩单元，从而设置不同流量的气体压缩需求。
进一步地，所述第一涡旋盘尾部即排气段设有气体分割单元，实现不同压缩单元独立进气与排气。
其中一个压缩单元的出气口与另一个压缩单元的进气口相连，从而形成多级串联压缩。
进一步地，所述第一涡旋盘、第二涡旋盘从上至下的厚度变化不同。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种气体压缩机的压缩结构，通过将压缩结构进行三维空间布置，能够实现良好的压缩冷却，使得整个压缩过程极大程度的接近等温压缩；同时压缩结构能够很方便的进行多线程、多层级的拓展，实现更大流量和更大压缩比的运行。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种气体压缩机的压缩结构的整体结构示意图；
图2为本发明一种气体压缩机的压缩结构中压缩单元的结构示意图；
图3为本发明一种气体压缩机的压缩结构中第一涡旋盘的结构示意图；
图4为本发明一种气体压缩机的压缩结构中第一涡旋盘的剖面结构示意图；
图5为图4的局部结构剖视图；
图6为本发明压缩结构的3D打印成型和进气模拟情况示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的结构和工艺方法的例子。
如图1-3所示，一种立体气体涡旋压缩结构，该结构为三维立体结构，包括第一涡旋盘1、第二涡旋盘2、限位装置3和驱动装置4；
第一涡旋盘1套接在第二涡旋盘2外部，第一涡旋盘1固定，驱动装置4带动第二涡旋盘2转动，第一涡旋盘1、第二涡旋盘2在沿其螺旋线的截面上形成多个腔体，从而形成压缩单元，本实施例中两涡旋盘密切配合在每个螺旋周期内形成至少两个压缩单元(5、6)；其中驱动装置4下方设有电机的驱动轴8；
第二涡旋盘2下端与限位装置3相抵，第二涡旋盘受限位装3的约束，在驱动装置4的驱动下做平移旋转运动；即限位装置作用于第二涡旋盘，第二涡旋盘2相对于第一涡旋盘1作平移转动运动；具体为：限位装置3上凸台与下部第二涡旋盘2的伸出部限位配合，限制下部涡旋只能在平面上做x、y方向上的平移而无法在垂直方向上进行旋转运动，结合驱动装置4的偏心旋转运动，从而驱动压缩单元运动。
运动过程中第一涡旋盘1的内壁与第二涡旋盘2的外壁密切接触处起到了空间封闭的效果。
压缩气体由压缩结构的外部流经第二涡旋盘外壁，从而使得压缩结构得到冷却。本发明提供的是一种同旋向的立体布置的气体涡旋压缩结构，将压缩结构在三维立体空间上进行展开，使得冷却气体能够很好的流经压缩结构的各级器壁，对压缩结构整体进行良好的降温，解决了涡旋压缩结构内部无法冷却的问题；
上部涡旋上设置有出气口，压缩气体由所形成的压缩单元的进气口进入压缩结构，随着第二涡旋盘的运动逐渐向压缩结构的中心运动，压缩单元的体积逐渐变小，压缩气体逐渐得到压缩，最后从出气口流出压缩单元。
进一步，所有压缩单元在最后由一个排气孔排出；
也可以为每个压缩单元设计相应的出气口，具体实现方式为在第一涡旋盘尾部即排气段设置气体分割单元，实现不同压缩单元独立进气与排气。气体分割单元可以采用肋片；
压缩完成气体可通过出气口直接排出，也可以通过管道进入其他压缩单元进行多级压缩。
进一步，本发明的压缩结构可以通过改变涡旋盘的个数即改变压缩结构的压缩层级，实现压缩结构的不同气体压缩比。原因是同旋向的结构使得压缩结构能够进行很好的延伸，使整体涡旋层数的设定不受结构的限制，能够实现进气容积与出气容积的更大差异，增大了涡旋压缩的压缩比，从而解决了涡旋压缩机压缩比有限的问题
如图4和5所示，进一步，该压缩结构还可以设置不同的涡旋盘的截面形状，能够形成多个压缩单元，提升了单一截面上的气体压缩处理量，实现至少两个同时进行的压缩进程，方便设置不同流量的气体压缩需求，进而解决了涡旋压缩机不适用与大型气体压缩应用的问题。
其中一个压缩单元的出气口与另一个压缩单元的进气口相连，从而形成多级串联压缩，实现更大的气体压缩比；或者实现气体膨胀的过程，将气体压缩和膨胀过程集成在同一设备之中，这在制冷系统的压缩-冷凝-节流(即气体膨胀)-蒸发的应用中具有很重要的意义。
进一步，本发明还可以通过对压缩结的构壁厚进行更改，改变指定压缩单元的体积变化情况，第一涡旋盘、第二涡旋盘从上至下的厚度变化不同，实现不同形式的气体压缩/膨胀过程。
应用本发明提供的压缩结构，可以采用如下工艺方法类实现压缩，具体包括以下步骤：
1、确定气体压缩比
根据工况要求确定所需的气体压缩比，根据气体类型选择特定的适合的涡旋线型，对于不同的涡旋线型，其涡旋的不同层级间有特定的压缩比，这样就可以确定压缩结构需要有多少个压缩层级。
2、确定气体压缩速率
根据确定的气体压缩速率以及确定的涡旋的压缩层级，确定单个截面的压缩单元数量，从而确定压缩截面的形状。
3、压缩进气
需要进行压缩的气体流经压缩单元外壁对压缩单元进行冷却，然后从压缩结构各个压缩单元的进气口进入压缩结构中。
4、气体压缩
气体从压缩结构的进气口向出气口流动，所在的压缩单元的体积不断变小，气体逐渐得到压缩。
5、压缩出气
压缩完成的气体，从压缩结构的出气口流出压缩结构，完成压缩。
6、出气处理
1)直接出气
直接出气的压缩结构中，气体得到压缩后就可以排出压缩结构，向外界提供其所需的工况。
2)多级压缩
压缩结构中单个截面的压缩单元靠外的压缩气体出气后，经过外部设置的管道进入相对靠内的压缩单元的进气口，进行进一步压缩，流经外部管道的同时也被外界的进气冷却。
3)压缩-膨胀
针对制冷过程，在气体经过压缩后流出压缩结构进入冷凝器得到压缩气体得到冷却而形成液体，再流回涡旋结构进行膨胀形成低温低压的冷气。
例如，对于制冷压缩过程中的制冷剂R410A，压缩比为10时，可以选择圆的渐开线形式，然后通过三维建模后的有限元分析，得出每个进行压缩的涡旋单元最大体积和最小体积，通过不断增加涡旋结构的涡旋圈数既设置不同的涡旋周期，将体积比设置到10：1为止，这样就能够实现压缩比为10的压缩目的，最终我们可以得出涡旋结构的涡旋周期为8。
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
实施例1
立体气体涡旋压缩结构双压缩单元一级压缩的实现：
涡旋压缩结构的进气过程，以外侧压缩单元为例。阶段1，上个阶段的压缩过程完成后，外侧压缩单元进气口闭合；阶段2，进入本阶段的进气过程后，外侧单元进气口逐渐打开，待压缩的气体进入压缩单元；阶段3，直到外侧进气口全开时，进气速度最大；阶段3，随着驱动单元的驱动，外侧压缩单元进气口开始关闭，进入进气闭合阶段，直至重新进入阶段1，完成一个压缩单元的进气过程。
进气结束后，压缩单元内的气体逐渐向涡旋结构的中心移动，单元体积逐渐减少，气体得到压缩，直至到达涡旋结构中心，得到最大的压缩，通过排气口排出压缩结构；压缩结构的3D打印成型和进气模拟情况如图6所示；
实施例2
如图4和5所示，通过改变压缩结构的截面形状能够实现多压缩单元的实现：
通过将外侧压缩单元的出气孔与内侧压缩单元的进气孔联通，能够实现压缩结构的多级压缩。
实施例3
立体气体涡旋压缩结构压缩/膨胀的实现：
通过改变压缩单元中压缩容积器壁的宽度或者高度，使得其中一个压缩单元的容积不断增大，可以在实现气体压缩的同时，实现气体的膨胀过程。这样压缩结构可以同时实现制冷系统的压缩、节流两个过程，并极大程度的将这两个过程控制在等温压缩/膨胀过程，对于卡诺循环的实现有很大的意义。
综上，应用本发明提供的压缩结构，在进行压缩时能够进行有效的降温，可以进行高压缩比的气体压缩，能够适用于大型的气体压缩应用，也可以通过改变涡旋器壁的厚度实现多种气体压缩\膨胀过程。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，该结构为同旋向的三维立体结构，包括第一涡旋盘、第二涡旋盘、限位装置和驱动装置，所述第一涡旋盘套接在第二涡旋盘外部，所述第一涡旋盘固定，驱动装置带动第二涡旋盘转动，两涡旋盘密切配合在每个螺旋周期内形成至少两个压缩单元；所述限位装置作用于第二涡旋盘，第二涡旋盘相对于第一涡旋盘作平移转动运动；压缩气体由压缩结构的外部流经第二涡旋盘外壁，从而使得压缩结构得到全面冷却。
2.根据权利要求1所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，第二涡旋盘相对于第一涡旋盘作平移转动运动时，第一涡旋盘内壁与第二涡旋盘外壁存在密切接触处，该接触处使得压缩单元形成空间封闭。
3.根据权利要求1所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，所述第一涡旋盘上设置有出气口，压缩气体由所形成的压缩单元的进气口进入压缩结构，随着第二涡旋盘的运动逐渐向压缩结构的中心运动，压缩单元的体积逐渐变小，压缩气体逐渐得到压缩，最后从出气口流出压缩单元。
4.根据权利要求1所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，改变涡旋盘的个数即改变压缩结构的压缩层级，实现压缩结构的不同气体压缩比。
5.根据权利要求1所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，改变涡旋盘的截面形状，能够形成多个压缩单元，从而设置不同流量的气体压缩需求。
6.根据权利要求1所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，所述第一涡旋盘尾部即排气段设有气体分割单元，实现不同压缩单元独立进气与排气。
7.根据权利要求6所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，所述其中一个压缩单元的出气口与另一个压缩单元的进气口相连，形成多级串联压缩。
8.根据权利要求1所述的一种立体气体涡旋压缩结构，其特征在于，所述第一涡旋盘、第二涡旋盘从上至下的厚度变化不同。
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