CN1267645C - 流体压缩机 - Google Patents

Abstract

一滚筒(14)设在一中空圆筒(5)中，并且对圆筒(5)的轴线偏心。一螺旋凹槽(17)形成在滚筒的外周面中。一叶片(18)装配在螺旋凹槽中并能移入和移出螺旋凹槽。叶片在圆筒和滚筒之间形成多个压缩腔(20)。冷却剂气体在诸压缩腔中逐渐被压缩。螺旋凹槽具有两个相对侧边。位于一高压压缩腔处的一侧边(17b)相对另一侧边(17a)倾斜，以使凹槽逐渐向滚筒的外周面打开。

Description

流体压缩机

技术领域

本发明涉及螺旋叶片型的流体压缩机，例如构成空调设备的制冷循环的流体压缩机。

背景技术

往复式压缩机和回转式压缩机为通常所知的例如用于空调设备的制冷循环中的压缩机。这些压缩机可能密封性能不佳或者结构复杂。

目前，人们提出使用螺旋叶片型压缩机来替代往复式压缩机或者回转式压缩机。这是因为螺旋叶片式压缩机结构相对较为简单，密封性能改善，且能高效地压缩流体。此外，螺旋叶片型压缩机的构件易于制造和组装。

图11示出了一螺旋叶片型压缩机的一部分。在这个螺旋叶片式压缩机中，滚筒102偏心地放置在一个固定圆筒101中，并且在其外周面上有一螺旋凹槽103。一叶片104装配在凹槽103中，以使其能在凹槽104的深度方向上移动。

当滚筒102公转时，叶片104就将圆筒101和滚筒102之间的空间分割成多个压缩腔105。各压缩腔的体积比紧相邻的、更靠近滚筒102一端的腔的体积小。在滚筒102的那个端部处引入到压缩腔105中的冷却剂气体被逐渐地压缩到高压，直至它被压出设在滚筒102另一端的压缩腔105。

如图12所示，螺旋凹槽103和叶片104沿着与它们的轴线成直角延伸的一直线剖开所得的横截面为矩形。由于具有矩形的横截面，所以在滚筒102的外周面上切割螺旋凹槽103是很容易的。

叶片104的宽度比螺旋凹槽103的宽度略小。也就是说，凹槽103的宽度和叶片104的宽度预定成叶片104可以在螺旋凹槽103的深度方向上移动。

由于螺旋凹槽103和叶片104具有矩形的横截面，所以即使叶片104完全位于螺旋凹槽103内，它与螺旋凹槽103的两侧都保持接触。

因此，在叶片104的下表面和螺旋凹槽103的底部之间所形成的底部空间106无法充分地与高压压缩腔105A连通。

因此，位于螺旋凹槽103的底部处的底部空间106中的冷却剂气体的压力比在高压压缩腔105A中的压力低。冷却剂气体就不可避免地以较低的压力被压出。这样，冷却剂气体就无法实现最优的压力上升。这可能会导致压缩效率的下降。

当叶片104从螺旋凹槽103伸出到最大程度时，它就受到最大的可能压力。此时，叶片104变形最大，且无法相对螺旋凹槽103平滑地移动。这可能会使压缩机的密封性能变差。

在压缩机构单元的组装过程中，具有矩形横截面的叶片104必须装配到具有矩形横截面的螺旋凹槽中。这个工作是十分麻烦的，降低了压缩机构单元的组装效率。

本发明的一个目的是提供一种流体压缩机，其中位于螺旋凹槽底部处的底部空间可以容易地与高压压缩腔连通，以提高压缩效率，并且叶片能相对螺旋凹槽平滑地移动，以改善密封性能。

发明内容

一种根据本发明的流体压缩机包括：

一中空圆筒；

一设在圆筒中的滚筒，其轴线偏离圆筒的轴线，且它具有一形成在外周面中的螺旋凹槽和以从一端到另一端递增的螺距设置的螺旋圈；

一装配在滚筒的螺旋凹槽中的叶片，且它相对螺旋凹槽可动；以及设在圆筒和滚筒之间、由该叶片形成的多个压缩腔，它们设计成在流体沿着滚筒的轴向、从滚筒的一端向另一端流动时将流体逐渐压缩到一高压。

螺旋凹槽具有位于一高压压缩腔处的一侧边和位于一低压压缩腔处的另一侧边，并且一侧边相对另一侧边倾斜，以使凹槽逐渐向滚筒的外周面打开。

这样，当叶片移动、从螺旋凹槽中伸出时，在螺旋凹槽的一侧边和叶片的与凹槽的该侧边相对的一侧边之间就形成一间隙。位于螺旋凹槽底部的空间因而就与高压压缩腔可靠地连通。

附图简述

图1是根据本发明一个实施例的一螺旋叶片式压缩机的剖面图，且它是一个流体压缩机；

图2是示出了螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图3是代表凹槽的打开角度与压缩效率(COP)之间关系的特征曲线图；

图4是表示一螺旋凹槽和一叶片的剖面图，且凹槽的侧边形成一大约20°的角度；

图5是示出本发明一第二实施例的螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图6是示出本发明一第三实施例的螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图7是示出本发明一第四实施例的螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图8是示出本发明一第五实施例的螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图9是示出本发明一第六实施例的螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图10是示出本发明一第七实施例的螺旋凹槽和叶片的剖面图；

图11是一传统的螺旋叶片式压缩机的剖面图，且它是一个流体压缩机；以及

图12是示出传统压缩机的螺旋凹槽和叶片的剖面图。

具体实施方式

将参照附图叙述本发明的若干实施例。

图1至3示出了本发明的第一实施例。图1示出了一个所谓的“水平螺旋叶片式压缩机”，且它是一个流体压缩机。这个螺旋叶片式压缩机包括一水平延伸的密闭壳体1、一保持在密闭壳体1中且具有一水平轴线的轴2、一压缩机构单元3以及一电动机单元4。轴2将压缩机构单元3或右侧单元连接到电动机单元4或左侧单元上。

一冷却剂入口管Pa连接到密闭壳体1的一端或者该端部的下部。一冷却剂出口管Pb连接到密闭壳体1的该端或者该端部的上部。在壳体1外，入口管Pa和出口管Pb通过一冷凝器、一膨胀阀以及一蒸发器(未图示)相连。该管子Pa和Pb、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器构成例如一空调设备的制冷循环。

现将详细描述压缩机构单元3。如图1和2所示，设有一圆筒5。圆筒5具有整体成形且从一端凸出的一凸缘5a。凸缘5a装配成与密闭壳体1的内周面接触，并例如通过在壳体1外周面上进行的焊接来固定在壳体1上。

圆筒5在左和右端处开口。一主轴承6装配在圆筒5的左端中。一副轴承7装配在圆筒5的右端中。

主轴承6包括一轴套部分6a和一凸缘部分6b。轴套部分6a支承轴2的中间部分，并允许轴2自由转动。凸缘部分6b与轴套部分6a的一端整体成形。它从轴套部分6a凸出并封闭圆筒5的开口端。

副轴承7包括一轴套部分7a和一凸缘部分7b。轴套部分7a支承轴2的一端部，并允许轴2自由转动。凸缘部分7b与轴套部分7a整体成形，并封闭圆筒5的开口端。

冷却剂入口管Pa延伸到密闭壳体1内，穿过密闭壳体1的端部。它的末端连接到形成在副轴承7的凸缘中的一连接孔22。圆筒5具有形成在一端的一入口管引导凹进部5b。凹进部5b对着连接孔22。

一润滑剂引导板9和一封闭板10用紧固件固定在副轴承7的外表面上。一油泵送管11连接到润滑剂引导板9。从密闭壳体1的底部泵送润滑油，并将其应用到在轴2的外周面上切割成的导油槽11a中。封闭板10与轴2的端部邻接，并密闭导向板9的开口部分。

一偏心曲柄12与轴2整体成形，并位于主轴承6的轴套部分6a和副轴承7的轴套部分7a之间。偏心曲柄12的轴线从轴2的轴线偏离一个预定的距离。

一滚筒14偏心地设置在圆筒5中。它的轴线从轴2轴线的偏离距离与滚筒14的轴线的偏离距离相同。滚筒14的轴向长度比圆筒5的轴向长度略短。滚筒外周面的一部分设置成沿着轴向与圆筒5的内周面滚动接触。

滚筒14具有一支承孔15。轴2的偏心曲柄12插入在支承孔15中并可以转动。偏心曲柄12在轴2转动时转动。结果，滚筒14就进行偏心转动。

一奥海姆(Oldham)机构16位于副轴承7的凸缘部分7b和滚筒14的下部之间。奥海姆机构16使滚筒14公转，并防止它发生自转。

在滚筒14的外周面中形成有一螺旋凹槽17。凹槽17的若干螺旋圈以从滚筒14的右端向其左端逐渐减小的螺距进行布置。一螺旋叶片18配合在螺旋凹槽17内，并可以在螺旋凹槽17的深度方向上移动。

叶片18的外围表面位于与圆筒5的内周面紧密接触的位置上。螺旋凹槽17和叶片18具有特殊的横截面，这将在下文加以描述。

叶片18用诸如氟树脂之类的能提供光滑表面的合成树脂制成。叶片18的内径比滚筒14的外径大。叶片18通过强迫地减小其直径来装配到螺旋凹槽17中。

这样，叶片18就在圆筒5中与滚筒14结合，其外围表面保持与圆筒5的内周面弹性接触。

当轴2转动，滚筒14采取与圆筒5的内周面滚动接触的位置逐渐在圆筒5的周向上移动。在滚动接触位置处，叶片18向螺旋凹槽17的底部移动，直至其外围表面与滚筒14的内周面平齐。

在除了滚动接触位置之外的其它位置处，叶片18移动，根据到滚动接触位置的距离或多或少地从螺旋凹槽17伸出。在离开滚动接触位置圆周方向180°的位置处，叶片18伸出一最大的距离(或一最大的高度)。之后，叶片18接近滚动接触位置。从此，叶片18重复上述的动作。

在沿着圆筒5或滚筒14的直径延伸的一平面内，滚筒14相对圆筒5是偏心的。因此滚筒14外周面的一部分与圆筒5的内周面滚动接触。因此，在圆筒5和滚筒14之间就形成一具有月牙形横截面的空间。

叶片18将滚筒14的外周面和圆筒5的内周面之间的空间分割成多个沿着滚筒14的轴向排布的空间。这些空间相互连续，形成一个围绕并沿着滚筒14的外周面延伸的螺旋形空间。

这些空间被称为“压缩腔20”。由于螺旋凹槽17的螺旋圈的螺距是变化的，所以各个压缩腔20的体积比紧相邻的更靠近滚筒14左端的压缩腔的体积要小。

最右侧的压缩腔20面向一入口部分20S，该入口部分20S与形成在圆筒5中的入口管引导凹进部5b和冷却剂入口管Pa的连接孔22连通。最左侧的压缩腔20面向一出口部分20D，该出口部分20D与形成在主轴承6的凸缘部分6b中的一冷却剂出口孔21连通。

圆筒5有一与叶片18相对的叶片制动件23。当滚筒14公转时，叶片18就移动，并从螺旋凹槽17伸出或沉入螺旋凹槽17。与此同时，一力作用在叶片18上，以将其从螺旋凹槽17的端部拉出。叶片18在其端部处邻靠在叶片制动件23上。因而就防止叶片18的端部从螺旋凹槽17中伸出。

电动机单元4包括一转子31和一定子32。转子31装在轴2上。定子32固定在密闭壳体1的内周面上。它面向转子31的周面，并在它和转子31之间形成一狭窄的间隙。

螺旋凹槽17和叶片18具有特殊的横截面，如下文所述。

如图2所示，螺旋凹槽17在与其轴线成直角延伸的平面内所具有的横截面具有两侧边17a和17b。侧边17a和17b分别位于与低压压缩腔20B和高压压缩腔20A相邻的位置上。侧边17a和17b是倾斜的，以使凹槽17逐渐向其顶部打开。因此，该横截面形如一个倒放的梯形，其底部比顶部窄。

螺旋凹槽17的侧边17a和17b形成一打开角度θ，它满足以下公式(1)：

0°＜θ≤20°                        (1)

公式(1)从打开角度和压缩效率(COP：性能系数)之间的关系得到，该关系如图3所示。

在具有上述结构的螺旋叶片式压缩机中，通过向电动机单元4供应电能来转动转子31，并转动轴2。轴2转动偏心曲柄12，偏心曲柄12驱动滚筒14。

奥海姆机构16使滚筒14公转，并防止它发生自转。当滚筒14公转时，其外周面与圆筒5接触的滚筒14接触处的滚动接触位置在周向方向上逐渐移动。叶片18沿着滚筒14的直径移动，从螺旋凹槽17伸出和沉入其中。

当该操作步序继续进行时，从蒸发器中通过冷却剂入口管Pa将低压的冷却剂气体吸入面向入口部分20S的压缩腔20中。当滚筒14转动时，冷却剂气体就供应到面向出口部分20D的压缩腔20中。

任何面向出口部分20D的压缩腔20的体积都比面向出口部分20S的相邻的压缩腔20的体积小。因此，当冷却剂气体从一个压缩腔供应到下一个压缩腔时，冷却剂气体就被压缩。在面向最左侧的出口部分20D的压缩腔20中就实现了预定的高压。高压气体从这个压缩腔20中通过冷却剂出口孔21和出口管Pb应用到冷凝器中。这样就完成了一个已知类型的制冷循环的操作。

叶片18的横截面形如一个倒放的梯形，与螺旋凹槽17的横截面相似。如图2所示，分别与低压压缩腔20B和高压压缩腔20A相邻的叶片18的侧边18a和18b以与螺旋凹槽17的侧边17a和17b相同的角度倾斜。

如上所述，螺旋凹槽17的横截面在与其轴线成直角地延伸的平面形如一个倒放的梯形。分别位于低压侧和高压侧的侧边17a和17b倾斜成凹槽17逐渐向其顶部打开。如公式(1)中所定义，打开角度θ为0°＜θ≤20°。

因此，当叶片18如图2所示地保持从螺旋凹槽17中伸出时，在靠近高压压缩腔20A的叶片18的侧边18b和与侧边18b相对的螺旋凹槽17的侧边17b之间形成有一间隙。

在这种情况下，在螺旋凹槽17底部处的一空间19就可靠地与高压压缩腔20A连通。在空间19中的冷却剂气体因而获得与高压压缩腔20A中的冷却剂气体相同的压力。这提高了压缩效率。此外，由于没有过大的压力作用在叶片18上，就不妨碍它的平滑移动。

图3示出了打开角度θ和压缩效率(COP：性能系数)之间的关系。打开角度θ越大，螺旋凹槽17底部处的空间19也变得越大，并且空间19也更为可靠地与高压压缩腔20A连通。已经得到证实，当螺旋凹槽17的打开角度θ为0°＜θ≤20°时，COP显著增加。较佳的是打开角度θ为0.5°或更大。

图4示出了具有远比公式(1)所定义的范围的上限大的打开角度θ₁的螺旋凹槽17A。在这种情况下，叶片18A的侧边所形成的角度设置成与螺旋凹槽17A的打开角度大小相同。

由于螺旋凹槽17的打开角度θ₁比20°大得多，所以当叶片18A从螺旋凹槽17A中伸出得最多时，凹槽17A的侧边17a和叶片18A的侧边18a之间的间隙以及凹槽17A的侧边17b和叶片18A的侧边18b之间的间隙就必然很大。

在这样的状况下，叶片18A就几乎不会变形。叶片18A的侧边18a不能与螺旋凹槽17A的侧边17a紧密接触。在侧边18a和侧边17a之间就留有一空间。这会使密封性能变差。

图5示出了本发明的第二个实施例。在该实施例中，螺旋凹槽17B的打开角度θ落入公式(1)所定义的范围之内，并且凹槽17B的侧边17a以及叶片18B的两侧边18a和18b都倾斜一角度φ，该角度φ由以下公式(2)定义：

0°＜φ≤θ/2                        (2)

因此，螺旋凹槽17B具有一特殊的打开角度θ，并且当叶片18B从螺旋凹槽17B中伸出最多时，在低压侧边17a和叶片18B的低压侧边18a之间形成一细小间隙。

叶片18B的低压侧边18a因而就被压到螺旋凹槽17B的低压侧边17a上。这可以增强密封性能。因此，密封性能不会如参照图4已述的那样变差。

如果在公式(2)中φ＝θ/2，亦即螺旋凹槽17B的低压侧边17a和高压侧边17b以相同的角度倾斜，那么螺旋凹槽17B就能用具有一倾斜边的工具(例如端铣刀或类似的工具)来方便地切成。

图6示出了本发明的第三个实施例。螺旋凹槽17的打开角度θ落入公式(1)定义且参照图2加以说明的范围之内。但由叶片18C的侧边18a和18b所形成的角度θ_b与螺旋凹槽17的打开角度θ不同。

如从沿着与叶片轴线成直角延伸的线截取的叶片18C的横截面所见，叶片18c的低压和高压侧边18a和18b所形成的打开角度θ_b与螺旋凹槽17的打开角度θ具有如下的关系：

θ_b≤θ                          (3)

这样，即使从螺旋凹槽17伸出得最多的叶片18C压在螺旋凹槽17的低压侧边17a上，螺旋凹槽17的侧边17a的上边缘也不与叶片18C的侧边18a接触。这减轻了侧边17a的上边缘17e处的应力集中。因而可以防止叶片18C的很快磨损，这提高了压缩机的可靠性。

图7示出了本发明的第四实施例。螺旋凹槽17B的低压侧边17a以满足公式(2)的一角度φ倾斜，如参照图5所述的第二实施例。

叶片18D的低压侧边18a以一角度φ_b倾斜，该角度φ_b与螺旋凹槽17B的低压侧边17a的倾斜角度φ之间存在以下关系；

φ_b≤φ                            (4)

因此，即使从螺旋凹槽17B中伸出得最多的叶片18D压在螺旋凹槽17B的低压侧边17a上，侧边17a的上边缘17e也不与叶片18D的低压侧边18a接触。这减轻了侧边17a的上边缘17e处的应力集中。因而可以防止叶片18C的很快磨损，这提高了压缩机的可靠性。

图8至10分别示出了本发明的第五、第六和第七实施例。

在图8中所示的第五实施例中，螺旋凹槽17C的低压侧边17a和叶片18E的低压侧边18a倾斜0°。亦即，它们几乎竖向直立。

在图9中所示的第六实施例与图2中所示的第一实施例的形状相似。不过，叶片18F的侧边18a和18b倾斜0°，相互平行地延伸。

在图10中所示的第七实施例与图2中所示的第一实施例的形状相似。不过，在叶片18G的两相对侧边18a和18b中，只有低压侧边18a以一预定的角度倾斜。高压侧边18b倾斜0°，几乎竖向直立。

与第一至第四实施例一样，第五至第七实施例由于高压压缩腔20A与位于螺旋凹槽17C(17)底部处的空间19可靠地连通，所以能使其压缩效率提高。此外，叶片18E至18G能提供足够的密封性能。

不必说，在图8至10的实施例中，螺旋凹槽17C或17的侧边17a和17b所形成的角度θ是满足公式(1)的。

上述的螺旋叶片式压缩机是滚筒公转式的。然而本发明并不局限于这种类型。本发明可以应用于滚筒与圆筒一起转动的螺旋叶片式压缩机。

如已述，在本发明中，螺旋凹槽底部处的空间与高压压缩腔可靠地连通。这不仅能提高压缩效率，还能使叶片平滑地移动入和移动出螺旋凹槽，有助于加强密封性能。此外，叶片可以容易地装入螺旋凹槽，这提高了组装效率。

Claims (1)

1.一种用于压缩流体的流体压缩机，包括：一中空圆筒；一设在圆筒中的滚筒，其轴线偏离圆筒的轴线，且它具有一形成在外周面中的螺旋凹槽和以从一端到另一端递增的螺距设置的若干螺旋圈；一装配在滚筒的螺旋凹槽中的叶片，且它相对螺旋凹槽可动；以及设在圆筒和滚筒之间、由叶片形成的多个压缩腔，它们设计成在流体沿着滚筒的轴向、从滚筒的一端向另一端流动时将流体逐渐压缩到一高压，

其特征在于，螺旋凹槽具有位于一高压压缩腔处的一侧边和位于一低压压缩腔处的另一侧边，并且所述一侧边和所述另一侧边以相同的角度倾斜，以使凹槽逐渐向滚筒的外周面打开，所述一侧边和另一侧边所形成的一打开角度θ为：

0°＜θ≤20°，

叶片具有位于一高压压缩腔处的一侧边和位于一低压压缩腔处的另一侧边，并且叶片的两侧边以与螺旋凹槽的两侧边相同的角度倾斜。

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