CN112554955B - 一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，包括动涡卷、定涡卷和偏心轴，动涡卷包括动涡卷元件和动涡卷端板；定涡卷包括定涡卷元件和定涡卷端板，动涡卷元件和涡卷元件呈螺旋状或渐开线型；所述动涡卷元件顶部与定涡卷端板底部抵接，定涡卷元件顶部与动涡卷端板底部抵接；所述动涡卷端板和定涡卷端板上设置有用于保证动涡卷和定涡卷顶底面轴向接触密封的磁性装置。本发明涡旋膨胀机或压缩机动、定涡卷之间的用磁力保证动、定涡卷接触密封，不会造成涡旋膨胀机或压缩机涡卷顶、底面之间的径向泄漏，提高涡旋膨胀机或压缩机工作效率。本发明磁吸力相较于弹簧弹力为非接触式约束力，不存在摩擦，减少或避免摩擦生热，摩擦损耗。

Description

一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置

技术领域

本发明属于容积式流体位移装置领域，具体涉及一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，应用于膨胀机和压缩机等。

背景技术

浮动式涡旋膨胀机或压缩机为了防止动、定涡卷的顶、底面径向泄露，要求动、定涡卷型线相应的顶、底面在轴向要紧密贴合，达到顶底面之间的接触密封。否则会导致压缩气腔产生泄露，影响膨胀机或压缩机的工作效率。

目前已有的方案是浮动式涡旋膨胀机或压缩机动涡卷背面有背压室。背压室中加弹簧或/和引入气体压力。通过弹簧弹力或气体压力作用在动涡卷上，克服作用在动涡卷顶、底面上的气体轴向分离力，从而实现膨胀机或压缩机动、定涡卷轴向之间的接触密封。

背压室的气体压力和弹簧力，作用在背压室密封活塞上。密封活塞的推力面与基座承受推力的推力轴承之间会产生摩擦，摩擦产生的热量会降低浮动式涡旋膨胀机或压缩机的工作效率。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种降低乃至取消背压室活塞与基座推力轴承之间的摩擦力的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置。为简洁起见这里主要描述本发明在浮动式涡卷膨胀机的详细结构。其原理与结构应用于压缩机是一样的。本发明包括动涡卷、定涡卷和偏心轴，动涡卷包括动涡卷元件和动涡卷端板；定涡卷包括定涡卷元件和定涡卷端板，动涡卷元件和涡卷元件呈螺旋状或渐开线型；所述动涡卷元件顶部与定涡卷端板底部抵接，定涡卷元件顶部与动涡卷端板底部抵接(或简称为动、定涡卷的顶、底面的接触)；所述动涡卷由所述偏心轴驱动，所述偏心轴带动动涡卷元件围绕定涡卷元件做圆形平动；(或叫绕动)；所述动涡卷元件和定涡卷元件之间接触和分离的部分，以及动涡卷端板和定涡卷端板之间，共同形成至少一个密封气室；

所述动涡卷端板和定涡卷端板上设置有用于保证动涡卷和定涡卷顶底面轴向接触密封的磁性装置。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述磁性装置包括永磁体磁足、永磁体磁足基座和钢环；

所述定涡卷端板和动涡卷端板两者，其中之一者开设有环形凹槽，凹槽中固定安装有永磁体磁足基座，永磁体磁足均匀或不均匀地分布在永磁体磁足基座上；另一者安装有钢环；

所述钢环与永磁体磁足及永磁体磁足基座配合使用，永磁体磁足及永磁体磁足基座与钢环之间有间隙；所述永磁体磁足及永磁体磁足基座与钢环之间的间隙保证两者之间的磁吸力在有或者没有其他机械力的辅助下大于或等于动、定涡卷在工作时的轴向分离力。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述永磁体磁足基座环绕设置在定涡卷元件外侧；

所述钢环环绕设置在动涡卷元件外侧。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述钢环的径向厚度与永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度具有一定的尺寸差异；

所述钢环径向厚度大于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，永磁体磁足及永磁体磁足基座一直位于钢环的径向厚度面积内；或者反之，钢环径向厚度小于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，钢环一直位于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度面积内。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述钢环采用能被磁体吸住的钢材质制备；

所述钢环的轴向长度小于动涡卷元件的轴向长度。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述永磁体磁足数量、磁力大小视动、定涡卷间气体膨胀产生的分离力大小而定，永磁体磁足与钢环之间的磁吸力略大于膨胀机工作时介质膨胀产生的分离力。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述基座上开轴孔并在轴孔中安装轴承，偏心轴通过轴承安装在基座上；涡旋膨胀机的马达一端是为前端，涡旋机构一段是为后端；偏心轴的前端部分设有前平衡块，偏心轴的后端部分设有后平衡块。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述定涡卷端板上开设有与密封气室连通的进气孔和排气孔；

在作为膨胀气体的应用时，进气孔连通密封气室的中心位置是为进气室，排气孔连通密封气室的边缘位置是为排气室；在作为压缩气体的应用时，排气孔连通密封气室的中心位置是排气室，进气孔连通密封气室的边缘位置是为进气室。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

所述间隙为0.01mm到0.30mm。

作为对本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的改进：

还包括间隙可调装置，间隙可调装置安装在动涡卷和/或定涡卷上。

本发明是利用永久磁性材料的磁力提供浮动涡旋装置的部分或全部所需的轴向力，在实现涡旋膨胀机、压缩机和真空泵的动、定涡卷轴向接触密封的同时，使得由轴向力引起的摩擦力最小化的机构。

本发明利用磁力克服涡旋膨胀机或压缩机在工作时由于气体压力导致动、定涡卷分离力，防止产生轴向间隙而引起的膨胀机或压缩机涡卷顶、底面之间的径向泄漏，降低膨胀机或压缩机的工作效率，同时实现了动、定涡卷之间轴向接触力的最小化。

本发明引入永磁轴向力就是要降低，乃至取消背压室活塞与基座推力轴承之间的摩擦力。

本发明一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置的技术优势为：

1)、涡旋膨胀机或压缩机动、定涡卷之间的用磁力保证动、定涡卷接触密封，不会造成涡旋膨胀机或压缩机涡卷顶、底面之间的径向泄漏，提高涡旋膨胀机或压缩机工作效率。

2)、磁吸力相较于弹簧弹力为非接触式约束力，不存在摩擦，减少或避免摩擦生热，摩擦损耗。

附图说明

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

图1是本发明一种利用磁力密封的涡旋膨胀机结构示意图；

图2是调节磁力大小的结构示意图。

图中：1、发电机外罩；2、前平衡块；3、紧固螺钉；4、偏心轴；5、前轴承；8、电机外壳；11、中间平衡块；12、后轴承；13、后平衡块；14、十字滑环；15、动涡卷；16、钢环；21、定涡卷；22、永磁体磁足环；23、进气孔；24、排气孔；25、基座；26、密封气室；27、进气室；28、排气室；61、硅钢叠片；62、磁钢；65、调节伸缩杆；151、动涡卷元件；152、动涡卷端板；211、定涡卷元件；212、定涡卷端板；221、永磁体磁足。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，如图1所示，包括发电机外罩1、前平衡块2、紧固螺钉3、偏心轴4、前轴承5、电机外壳8、中间平衡块11、后轴承12、后平衡块13、十字滑环14、动涡卷15、钢环16、定涡卷21、永磁体磁足基座22、永磁体磁足221、进气孔23、排气孔24和基座25。

动涡卷15包括动涡卷元件151和动涡卷端板152；定涡卷21包括定涡卷元件211和定涡卷端板212，动涡卷元件151和定涡卷元件211呈螺旋状或渐开线型。两个互相共轭的螺旋型柱面侧壁的动涡卷元件151和定涡卷元件211相互啮合，并分别固定在各自的动涡卷端板152和定涡卷端板212上。这动涡卷元件151和定涡卷元件211互相啮合并且在涡卷元件侧壁之间，形成线接触。工作时，动涡卷元件151和定涡卷元件211之间接触和分离的部分，以及动涡卷端板152和定涡卷端板212之间，共同形成至少一个密封气室26以及进气室27和排气室28。当动涡卷15相对于定涡卷21做绕动运动(圆形平动)时，在螺旋型侧壁上的接触线会沿着该侧壁移动，从而改变密封气室26的大小。

定涡卷端板212上开设有与密封气室26连通的进气孔23和排气孔24；

在作为膨胀气体的应用时，进气孔23连通密封气室26的中心位置是为进气室27，排气孔24连通密封气室26的边缘位置是为排气室28；在作为压缩气体的应用时，排气孔24连通密封气室26的中心位置是排气室28，进气孔23连通密封气室的边缘位置是为进气室27。

动涡卷15在其做绕动的过程中驱动偏心轴4，基座25上开轴孔并在轴孔中安装后轴承12，偏心轴4通过后轴承12和前轴承5实现转动。涡旋膨胀机的马达一端是为前端，涡旋机构一段是为后端，偏心轴4的前端设有前平衡块2，偏心轴4的后端设有后平衡块13，偏心轴4的中间部分设有中间平衡块11。基座25是为了支撑电机和保持膨胀机的密封，在电机外部还安装有发电机外罩1，主要目的是保证膨胀机密封，防止气体外泄。动涡卷15围绕定涡卷21做绕动时带动偏心轴4转动。

定涡卷端板212顶部开设有环形凹槽，凹槽中固定安装有永磁体磁足基座22，永磁体磁足221(永磁体磁足数量、磁力大小视动、定涡卷间气体膨胀产生的分离力大小而定)均布在永磁体磁足基座22上。永磁体磁足基座22环绕设置在定涡卷元件211外侧。

涡旋膨胀机在运行时，动涡卷元件151顶部与定涡卷端板212底部抵接，定涡卷元件211顶部与动涡卷端板152底部抵接。动涡卷端板152底部还安装有钢环16，钢环16环绕设置在动涡卷元件151外侧，钢环16采用导磁的的钢材质制备，钢环16与永磁体磁足221及永磁体磁足基座22配合使用，钢环16的轴向长度略小于动涡卷元件151的轴向长度，永磁体磁足221及永磁体磁足基座22与钢环16之间不直接接触，保持约0.1mm左右的间隙。两者之间的磁吸力被控制在略大于膨胀机工作时介质(气体)膨胀产生的轴向分离力，保证动涡卷15和定涡卷21顶底贴合，不会因为动涡卷15和定涡卷21轴向分离而产生动、定涡卷顶、底面的间隙所引起的高低压力区域之间的内部漏气。

也可以反之，将永磁体磁足基座22和定涡卷元件211安装在动涡卷端板152，将钢环16安装在定涡卷端板212上。

钢环16的径向厚度与永磁体磁足221及永磁体磁足基座22的总径向厚度具有一定的尺寸差异；如图2所示，钢环16的径向厚度大于永磁体磁足221及永磁体磁足基座22的总径向厚度，在动涡卷15绕动过程中，永磁体磁足221一直位于钢环16及永磁体磁足基座22的径向端面之内。当然，也可以反之，钢环16的径向厚度小于永磁体磁足221及永磁体磁足基座22的总径向厚度，在动涡卷15绕动过程中，钢环16一直位于永磁体磁足221及永磁体磁足基座22的径向端面之内；确保永磁体磁足221与钢环16之间的磁吸力尽量稳定。

本发明膨胀机采用磁吸力保证动涡卷15和定涡卷21之间接触密封，提高涡旋膨胀机工作效率。磁吸力相较于弹簧弹力及其他机械力为非接触式约束力，不存在摩擦，不会造成摩擦生热，材料磨损和摩擦功率损耗。

如装有间隙可调装置，可以通过调节永磁体磁足221与钢环16之间的间隙来调节磁力大小，此间隙调节装置可安装在动涡卷上，亦可在定涡卷上，或两者都装有。也可都不装有，视实际需要而定。例如，间隙可调装置为调节伸缩杆65，调节伸缩杆65从定涡卷端板212下表面穿过定涡卷端板212伸入到环形凹槽中与永磁体磁足基座22固定连接，调整调节伸缩杆65的长度既能调整永磁体磁足基座22的高度，从而改变永磁体磁足221与钢环16之间的间隙。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，包括动涡卷、定涡卷和偏心轴，动涡卷包括动涡卷元件和动涡卷端板；定涡卷包括定涡卷元件和定涡卷端板，动涡卷元件和定涡卷元件呈螺旋状或渐开线型；所述动涡卷元件顶部与定涡卷端板底部抵接，定涡卷元件顶部与动涡卷端板底部抵接；所述动涡卷由所述偏心轴驱动，所述偏心轴带动动涡卷元件围绕定涡卷元件做圆形平动；所述动涡卷元件和定涡卷元件之间接触和分离的部分，以及动涡卷端板和定涡卷端板之间，共同形成至少一个密封气室；其特征在于：

所述动涡卷端板和定涡卷端板上设置有用于保证动涡卷和定涡卷顶底面轴向接触密封的磁性装置；

所述磁性装置包括永磁体磁足、永磁体磁足基座和钢环；

所述定涡卷端板开设有环形凹槽，凹槽中固定安装有永磁体磁足基座，永磁体磁足均匀或不均匀地分布在永磁体磁足基座上；所述动涡卷端板安装有钢环；

所述钢环与永磁体磁足及永磁体磁足基座配合使用，永磁体磁足及永磁体磁足基座与钢环之间有间隙；所述永磁体磁足及永磁体磁足基座与钢环之间的间隙保证两者之间的磁吸力在有或者没有机械力的辅助下大于或等于动、定涡卷在工作时的轴向分离力；

还包括间隙可调装置，所述间隙可调装置安装在定涡卷上，所述间隙可调装置为调节伸缩杆，调节伸缩杆从定涡卷端板下表面穿过定涡卷端板伸入到环形凹槽中与永磁体磁足基座固定连接，调整调节伸缩杆的长度能调整永磁体磁足基座的高度，从而改变永磁体磁足与钢环之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述永磁体磁足基座环绕设置在定涡卷元件外侧；

所述钢环环绕设置在动涡卷元件外侧。

3.根据权利要求2所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述钢环的径向厚度与永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度具有一定的尺寸差异；

所述钢环径向厚度大于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，永磁体磁足及永磁体磁足基座一直位于钢环的径向厚度面积内；或者反之，钢环径向厚度小于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，钢环一直位于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度面积内。

4.根据权利要求3所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述钢环采用能被磁体吸住的钢材质制备；

所述钢环的轴向长度小于动涡卷元件的轴向长度。

5.根据权利要求4所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述永磁体磁足数量、磁力大小视动、定涡卷间气体膨胀产生的分离力大小而定，永磁体磁足与钢环之间的磁吸力略大于膨胀机工作时介质膨胀产生的分离力。

6.根据权利要求5所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述基座上开轴孔并在轴孔中安装轴承，偏心轴通过轴承安装在基座上；涡旋膨胀机的马达一端是为前端，涡旋机构一段是为后端；偏心轴的前端部分设有前平衡块，偏心轴的后端部分设有后平衡块。

7.根据权利要求6所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述定涡卷端板上开设有与密封气室连通的进气孔和排气孔；

在作为膨胀气体的应用时，进气孔连通密封气室的中心位置是为进气室，排气孔连通密封气室的边缘位置是为排气室；在作为压缩气体的应用时，排气孔连通密封气室的中心位置是排气室，进气孔连通密封气室的边缘位置是为进气室。

8.根据权利要求7所述的一种利用磁力密封的浮动式涡旋装置，其特征在于：

所述间隙为0.01mm到0.30mm。

Images