TW201918629A - 圓柱形對稱容積式機器 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及圓柱形對稱容積式機器，機器(1)包括外殼(2)，在外殼(2)中具有協同操作的兩個轉子(6a，6b)，即可旋轉地安裝在外殼(2)中的外轉子(6a)和可旋轉地安裝在外轉子(6a)中的內轉子(6b)，其中，壓縮腔室(8)位於兩個轉子(6a，6b)之間，壓縮腔室(8)將通過兩個轉子(6a，6b)的旋轉從兩個轉子(6a，6b)的入口側(9a)移動到兩個轉子(6a，6b)的出口側(9b)，其特徵在於，外轉子(6a)的入口側(9a)設置有通風裝置(12)，以便向壓縮腔室(8)供應空氣。

Description

圓柱形對稱容積式機器
本發明涉及圓柱形對稱容積式機器。
容積式機器也稱為“正排量式機器”。
特別是，本發明涉及具有兩個轉子(即，內轉子可旋轉地安裝在外轉子中)的圓柱形對稱機器，諸如膨脹機、壓縮機和泵。
此類機器是已知的並且在例如US 1892217中有所描述。還已知的是，轉子可為圓柱形或圓錐形形狀。
衆所周知，此類機器可以用電機驅動。
根據比利時專利申請案BE 2017/5459，已知電機可以圍繞外轉子安裝，其中，電機定子直接驅動外轉子。
這種機器相對於已知的機器具有許多優點，其中，電機軸通過變速器與外轉子或內轉子的轉子軸連接。
因此，機器將不僅更緊凑使得占地面積更小，還意味著需要更少的軸封和軸承。
機器的效率很大程度上取决於所謂壓縮腔室的填充率，壓縮腔室是轉子的葉片之間的空間，壓縮腔室將通過轉子的旋轉而從入口側移動到出口側，從而容積減小，使得封閉在空間中的氣體將被壓縮。
本發明的目的是提高這種機器的填充率。
為此，本發明涉及一種圓柱形對稱容積式機器，機器包括外殼，在外殼中具有協同操作的兩個轉子，即可旋轉地安裝在外殼中的外轉子和可旋轉地安裝在外轉子中的內轉子，其中，壓縮腔室位於兩個轉子之間，壓縮腔室通過兩個轉子的旋轉而從入口側移動到出口側，其特徵在於，外轉子的入口側設置有通風裝置，以便向壓縮腔室供應空氣。
這提供了以下優點：通風裝置將確保入口處的空氣向心流動，從而獲得壓縮腔室的更好填充。
因此，機器的性能將會提高。
這也將抵消在關閉壓縮腔室之前發生的任何過早的壓縮腔室容積減小。
另一個優點在於，主動吸入的空氣也適用於冷卻例如驅動機器的電機、出口、或潤滑和/或冷卻機器部件的油。
這可以通過以下方式來實現：在吸入的空氣最終到達壓縮腔室中之前，沿著或經由機器部件輸送吸入的空氣。
在一實施例中，外轉子在其入口側上設置有 附接件，其中，通風裝置設置在附接件中，附接件附接到外轉子。
該附接件可由中空圓柱形元件構成，該中空圓柱形元件放置成使其軸綫位於外轉子軸綫的延長綫中。
根據本發明的優選特點，外轉子借助於在附接件上或與其相連的軸承而可旋轉地安裝在外殼中。
優點是可以使用更小的軸承。實際上，例如，附接件本身可以設置有徑向向內定向的凸緣，使得軸承可以附接到該凸緣或設在該凸緣上。
1‧‧‧機器
2‧‧‧外殼
3‧‧‧入口
4‧‧‧出口
5‧‧‧腔室
6a、6b‧‧‧轉子
7‧‧‧葉片
8‧‧‧壓縮腔室
9a、9b‧‧‧端部
10‧‧‧軸線
11‧‧‧軸線
12、12a‧‧‧通風裝置
13‧‧‧附接件
14‧‧‧壁
15‧‧‧葉片
16‧‧‧軸承
17‧‧‧軸承
18‧‧‧軸承
19‧‧‧凸緣
20‧‧‧電機
21‧‧‧電機轉子
22‧‧‧電機定子
23‧‧‧永磁體
α‧‧‧角度
A‧‧‧厚度
P‧‧‧點
D、D'‧‧‧直徑
為了更好地展示本發明的特點，在下文中參考附圖通過非限制性實例來描述根據本發明的圓柱形對稱容積式機器的一些優選實施例，其中：圖1示意性地示出了根據本發明的圓柱形對稱容積式機器；圖2示出了根據圖1的綫II-II的橫截面；圖3示意性地示出了圖1中用F3表示的部分的替代性實施例；圖4示意性地示出了圖3的變例；圖5示意性地示出了圖3的另一變例。
在本例中，圖1中示意性示出的機器1是壓縮機設備。
根據本發明，機器1還可以涉及膨脹機設備。本發明還可涉及泵設備。
機器1是圓柱形對稱容積式機器1。這意味著機器1具有圓柱對稱性，即，與圓錐體相同的對稱性。
機器1包括外殼2，外殼2設置有用於吸入待壓縮氣體的入口3和用於壓縮後氣體的出口4。外殼限定了腔室5。
兩個協同操作的轉子6a、6b-即，可旋轉地安裝在外殼2中的外轉子6a和可旋轉地安裝在外轉子6a中的內轉子6b-位於機器1的外殼2中的腔室5中。
兩個轉子6a、6b都設置有葉片7，並且可以協同操作地轉入彼此中，其中，在葉片7之間形成壓縮腔室8，該壓縮腔室8的容積可以通過轉子6a、6b的旋轉而減小，使得在該壓縮腔室8中捕獲的氣體被壓縮。原理與已知的兩相鄰的協同操作的螺桿轉子非常相似。
在轉子6a、6b的旋轉期間，壓縮腔室8從轉子6a、6b的一端9a移動到轉子6a、6b的另一端9b。
在下文中，端部9a也將被稱為內轉子6a和外轉子6b的入口側9a，並且內轉子6a和外轉子6b的端部9b將被稱為出口側9b。
在所示的實例中，轉子6a、6b為圓錐形形狀，其中，轉子6a、6b的直徑D、D'沿軸向X-X'減小。然而，這對於本發明而言不是必需的；轉子6a、6b的直徑D、D'也可以在軸向X-X'上是恒定的，或者也可以在軸向X-X'上以其他方式變化。
轉子6a、6b的這種設計不僅適用於壓縮機設備，而且適用於膨脹機設備。替代地，轉子6a、6b也可以為圓柱形形狀，具有恒定直徑D、D'。因而，轉子6a、6b在壓縮機設備或膨脹機設備的情况下可以具有可變節距以便存在自帶的容積比，或者在機器1涉及泵設備的情况下具有恒定的節距。
外轉子6a的軸綫10和內轉子6b的軸綫11是固定軸綫10、11，這意味著軸綫10、11將不會相對於機器1的外殼2移動，但它們不是平行延伸，而是相對於彼此成角度α，其中，兩軸綫在點P處相交。
然而，這對於本發明不是必需的。例如，如果轉子6a、6b具有恒定直徑D、D'，則軸綫10、11仍可平行延伸。
根據本發明，外轉子6a的入口側9a設置有通風裝置12，以便向壓縮腔室8供應空氣。
這意味著通風裝置12將與外轉子6a一起轉動，使得當轉子6a、6b轉動時，通風裝置12也將開始運轉。
在本例中，通風裝置12是徑向通風裝置12。
在圖1和圖2所示的實例中，外轉子6a設置有在入口側9a上的附接件13，通風裝置12設置在附接件中，附接件附接到外轉子6a。
在本例中，附接件13包括中空圓柱形式，放置成使其軸綫位於外轉子6a的軸綫10的延長綫中。
附接件13具有壁14，壁14具有一定的厚度 A，其中，通風葉片15已安裝在該壁14中。
也不排除一個或多個葉片15的高度在徑向方向上從內向外軸向減小。
以這種方式，可以適應減小的輪廓。
轉子6a、6b在機器1中安裝在軸承上，其中，內轉子6b在一端9a在機器1中安裝在軸承16上，並且可以說內轉子6b的另一端9b由外轉子6a支撑或承載。
在所示的實例中，外轉子6a在兩端9a、9b處在機器1中利用軸承17、18來安裝。
如圖1所示，外轉子在入口側9a處借助於在附接件13上或與其相連的軸承17而可旋轉地安裝在外殼2中。
附接件13設置有徑向向內定向的凸緣19，軸承17安裝在凸緣19上。
因此，與軸承17直接安裝在外轉子6a本身上的情况相比，該軸承17可以製造得更小，即具有更小的直徑。
此外，機器1還設置有電機20，電機13將驅動轉子6a、6b。該電機20設置有電機轉子21和電機定子22。
在本例中，但不是必需的，電機20圍繞外轉子6a安裝，其中，電機定子22直接驅動外轉子6a。
在所示的實例中，這是通過以下方式實現的，因為外轉子6a也用作電機轉子21。
電機20設置有永磁體23，永磁體23嵌入在 外轉子6a中。
當然，永磁體23也可以不是嵌入在外轉子6a中，而是例如安裝在外轉子6a的外部。
代替具有永磁體23的電機20(即，同步永磁電機)，也可以應用異步感應電機，其中，用鼠籠式轉子代替永磁體。來自電機定子的感應在鼠籠式轉子中產生電流。
另一方面，電機20也可以是磁阻型或感應型或它們的組合。
電機定子22以覆蓋方式圍繞外轉子6a安裝，其中，在本例中電機定子位於機器1的外殼2中。
以這種方式，電機20和轉子6a、6b的潤滑可以一起控制，因為它們位於同一外殼2中並且因此不會彼此隔離。
設備1的操作非常簡單，如下所述。
在機器1運行期間，電機定子22將驅動電機轉子21，並因此以已知的方式驅動外轉子6a。
外轉子6a將幫助驅動內轉子6b，並且通過外轉子6a的旋轉，通風裝置12也將轉動。
由於通風裝置12的操作，氣體將通過入口3吸入。該氣體將最終到達轉子6a、6b之間的壓縮腔室8中。
因為通風裝置12將確保氣體的主動供應或流動，所以壓縮腔室8的填充率將增大。
此外，當氣體通過入口3吸入時，氣體將流 經電機轉子21和電機定子22。以這種方式，氣體將能够確保電機20的主動冷卻。
由於旋轉，該壓縮腔室8移動到出口4，同時容積將減小，從而實現氣體的壓縮。
然後，壓縮氣體可以通過出口4離開機器1。
不排除在壓縮期間將液體注入機器1中。
液體既可以是水，也可以是合成油或者非合成油。
圖3示出了通風裝置12的替代性實施例，其中，它現在是軸向通風裝置12。
在本例中，附接件13不是圓柱形的，而是更像圓錐形的。然而，這不是必需的。軸向通風裝置12設置在徑向向內定向的凸緣19中。
在圖4中，示出了圖1的徑向通風裝置12與另一軸向通風裝置12a組合，它們彼此串聯放置。
在本例中，從吸入空氣的流動方向看，另一軸向通風裝置12a放置在徑向通風裝置12的前面。當然，徑向通風裝置12也可以放置在另一軸向通風裝置12a的前面。
另一軸向通風裝置12a圍繞附接件13安裝。
圖5示出了另一種變例，在本例中，通風裝置12是軸向-徑向混合通風裝置12，其中，葉片15兼具軸向區段和徑向區段。
圖3至圖5的實施例中的通風裝置12的操作類似於圖1和圖2中的實施例的操作。
本發明不限於作為實例描述並在附圖中示出的實施例；在不脫離本發明的範圍的情况下，可以用各種形式和尺寸實現根據本發明的圓柱形對稱容積式機器。

Claims (12)

  1. 一種圓柱形對稱容積式機器，該機器(1)包括外殼(2)，在外殼(2)中具有協同操作的兩個轉子(6a，6b)，即可旋轉地安裝在外殼(2)中的外轉子(6a)和可旋轉地安裝在外轉子(6a)中的內轉子(6b)，其中，壓縮腔室(8)位於兩個轉子(6a，6b)之間，壓縮腔室(8)將通過兩個轉子(6a，6b)的旋轉而從兩個轉子(6a，6b)的入口側(9a)移動到兩個轉子(6a，6b)的出口側(9b)，其特徵在於，外轉子(6a)的入口側(9a)設置有通風裝置(12)，以便向壓縮腔室(8)供應空氣。
  2. 如請求項1的圓柱形對稱容積式機器，其中，外轉子(6a)在其入口側(9a)上設置有附接件(13)，通風裝置(12)設置在附接件(13)中並且附接件(13)附接到外轉子(6a)。
  3. 如請求項1的圓柱形對稱容積式機器，其中，外轉子(6a)借助於在附接件(13)上或與其相連的軸承(17)而可旋轉地安裝在外殼(2)中。
  4. 如請求項1至3中任一項的圓柱形對稱容積式機器，其中，通風裝置(12)是徑向通風裝置(12)。
  5. 如請求項4的圓柱形對稱容積式機器，其中，設置與徑向通風裝置(12)串聯的另一軸向通風裝置(12a)。
  6. 如請求項1至3中任一項的圓柱形對稱容積式機器，其中，通風裝置(12)是軸向通風裝置(12)。
  7. 如請求項1至3中任一項的圓柱形對稱容積式機器，其中，通風裝置(12)是軸向-徑向混合通風裝置(12)， 其中葉片(15)兼具軸向區段和徑向區段。
  8. 如請求項1至3中任一項的圓柱形對稱容積式機器，其中，通風裝置(12)包括多個葉片(15)，葉片(15)的高度在徑向方向上從內向外軸向減小。
  9. 如請求項1至3中任一項的圓柱形對稱容積式機器，其中，內轉子(6b)和外轉子(6a)為圓錐形形狀。
  10. 如請求項1至3中任一項的圓柱形對稱容積式機器，其中，機器(1)設置有電機(20)，電機(20)具有電機轉子(21)和電機定子(22)，以驅動內轉子和外轉子(6a，6b)，其中，電機(20)圍繞外轉子(6a)安裝，其中，電機定子(22)直接驅動外轉子(6a)。
  11. 如請求項10的圓柱形對稱容積式機器，其中，外轉子(6a)用作電機轉子(21)。
  12. 如請求項11的圓柱形對稱容積式機器，其中，電機(20)設置有嵌入在外轉子(6a)中的永磁體(23)。
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