渦旋式壓縮機械的嵌套式聯軸裝置的製作方法

2023-09-16 23:17:05 3

專利名稱：渦旋式壓縮機械的嵌套式聯軸裝置的製作方法
在如泵、壓縮機或擴展器之類的渦旋式機械中，渦旋部件間存在一基本的共同運動，即一個部件必須相對於另一個部件作軌跡運動。相對於另一個渦旋部件作軌跡運動的渦旋部件一般被稱為作軌跡運動的渦旋件。在已知的設計中有兩個渦旋部件都是轉動的，兩個部件都是作軌跡運動的，及一個是固定的或僅能夠作軸向移動的這幾種情況。美國專利3，874，827例舉了一種兩個渦旋部件以不同的運動半徑作軌跡運動的設計，此專利中還揭示了許多個實施例。具體地，在

圖15中，揭示了共同作軌跡運動的渦旋設計的更改型，其中採用了兩個十字聯軸節。一個用鍵固定在各渦旋部件之間但被置於渦旋部件內部。然而，所揭示的實施例基本上都有一從動的較大的/作軌跡運動的渦旋件，它有一固定軌跡並且還驅動一能夠在一較短的/較小的軌道內運動和作軸向運動的從動渦旋件。通過作用於從動渦旋件的排出壓力以及一有助於將從動渦旋件設置在相對應於較短軌跡中心的位置上的彈性材料元件迫使從動渦旋件和主動渦旋件進入嚙合。彈性材料的偏置可能使從動渦旋件按軌跡運動方式運動的軌跡使成為非圓形的。在所揭示的實施例中，壓縮機為馬達位於渦旋件之上的開式驅動型。
本發明所指為一種具有兩個作軌跡運動渦旋件的渦旋式機械。兩個十字聯軸節嵌套在較長/軌跡運動渦旋件之下。用鍵固定在渦旋件之間的聯軸節置於最靠近較長渦旋件之處並在聯軸節的同一側上都有四個鍵。用鍵固定在較長渦旋件和曲軸箱之間的另一個聯軸節被放置在靠近曲軸箱的位置。在兩個聯軸節中，一組鍵必須圍繞一些元件延伸以嵌入相應的槽中，一較短的渦旋件和一導向環的內表面共同作用，導向環內表面引導並支持較短渦旋件以它的運動通過其較小軌跡從而提供徑向可塑性(柔量)。作用在較短渦旋件上的中間壓力提供一軸向柔順力從而保持較短和較長/軌跡運動渦旋件的嚙合。較長/軌跡運動渦旋件跨置在曲軸箱上。曲軸箱、導向環和隔離板都栓接在一起並將較長和較短的渦旋件以及其間的抗轉構件夾住。
在具有一十字聯軸節或其它往復式抗轉裝置的渦旋式壓縮機中，採用轉動的平衡塊，往復的不平衡性最多也只能被抵消一半。在本發明的共同軌跡運動渦旋件的設計中，有兩個用於平衡的獨立的往復式十字聯軸節。
本發明的一個目的在於將兩個元件以一個固定的角度關係聯接在一起而使得一個元件，即較短的渦旋件相對於另一個元件，即較長的渦旋件沿軌跡運動。
本發明的另一個目的在於抗轉構件的設置和形狀，以使它們不支配壓縮機械的機殼的最小直徑。
本發明的再一個目的在於提供一種共同軌跡運動的渦旋機械，它在兩個軌跡運動的部件之間保持一固定的角度關係。這些目的以及其它目的將在下文更加明了，並由本發明實現。
基本地，一渦旋機械具有保持一固定角度關係的共同軌跡運動的渦旋部件。每個渦旋部件和抗轉構件起共同作用並且設置在一由固定在一起的隔板，導向環和曲軸箱所規定的組合件內。抗轉構件呈兩個嵌套式的十字聯軸節的形式，它們設置在曲軸箱和較長渦旋件之間。
為了全面地理解本發明，以下將結合附圖作詳細的描述，其中圖1是採用本發明的一渦旋壓縮機的局部垂直截面圖;
圖2是第一聯接部件的俯視圖;
圖3是第二聯接部件的俯視圖;
圖4是沿圖3中4-4線所作的截面圖;
圖5是表示圖3的聯軸節疊置在圖2聯軸節上的俯視圖;
圖6是本發明的抗轉聯軸節的質量位移圖;
圖7是根據本發明構思的一轉動質量不平衡和一正弦往復運動的質量的結合。
在圖1中，數字10總地表示了一底邊密封的渦旋式壓縮機。壓縮機10具有一有主體12-1及一上端蓋12-2的殼體或外殼12。隔板32將殼12分成一吸氣室16和一排氣室17。曲軸箱20以焊接或其它適當的方式固定在主體12-1中並且以一傳統的方式支撐曲軸22和十字聯軸節24。曲軸22將較長或主動渦旋件26的轂26-3接納於其偏心配置的槽22-1內。較長或主動渦旋件26由曲軸箱20支撐並以一傳統方式與十字聯軸節24共同運動。曲軸22以一固定的半徑驅動較長或主動渦旋件26。較長或主動渦旋件26有一環圈26-1，它和較短或從動渦旋件28的環圈28-1共同運動。一第二級十字聯軸節30嵌套在第一級十字聯軸節24和較長渦旋件26之間。應該注意的是，在圖1中，所示的十字聯軸節24和30用來表示一單鍵和相鄰的鍵而不是成對的鍵。再參見圖2，將注意到除了具有比普通鍵高的一對鍵外，十字聯軸節24基本上是傳統的設計。具體地，相對於孔24-1基本上沿直徑方向設置有兩對鍵。為了降低尺寸要求，一對鍵可不設置在孔24-1的直徑上，如所示的用於疊置的鍵。一對鍵設置在聯軸節24的各個邊上，並且各對的直徑布置成直角。如圖2中所示，僅觀察到鍵24-4和24-5並且如圖示的那樣，它們沿直徑方向偏置。
現請參閱圖3和4，將可注意到十字聯軸節30同傳統設計的差別在於它是不平衡的，所有鍵都在聯軸節30的同一側上並且各鍵對的高度都不同。具體地說，聯軸節30有一孔30-1，對置的短鍵30-2和30-3，以及對置的高鍵30-4和30-5。參見圖5，將注意到鍵24-4、24-5及30-2至30-5都是可見的，並且所有鍵都以聯軸節30為基準向上延伸。
較長渦旋件26、較小渦旋件28和十字聯軸節24、30都被固定在曲軸箱20和隔板32之間的位置上。具體地說，如圖所示的，隔板32有一在排氣口28-3和排氣室17之間延伸的排氣通道32-1。環狀表面32-2包圍了排氣通道32-1並嵌入由較短渦旋件28所附帶的環狀O型圈或其它適當的密封件36和37。孔32-3有一對應於較短渦旋件28的軸向區域較長部分的軸向區域，從而孔32-3構成了一導向環或導向面。凸肩32-4圍繞孔32-3。圓周間隔臂32-5從凸肩32-4延伸出並且它們的內表面32-6與孔32-3比較具有較大的徑向間隙。導向環32-3圍繞渦旋件26和28。較短渦旋件28有一底板28-2並且在底板28-2的表面上形成內部和外部的環狀槽，它們分別容納O型圈或其它適當的密封件36和37。一個或更多個限制流體通道28-4從密封件36和37之間的一點和位於毗鄰環圈28-1(依此的)之間的一點貫穿座板28-2。
在裝配壓縮機10時，先由曲軸箱20開始，將聯軸節24放置在中央環狀凸出部20-1上，這樣在孔24-1和凸出部20-1之間就存在一個間隙。將鍵24-2放置在槽20-2中並且將聯軸節24上一個對齊鍵(圖中未示出)放置在曲軸箱20中一個對齊槽(圖中未示出)中。然後將聯軸節30放在中央環狀凸出部20-1上，這樣在孔30-1和凸出部20-1之間就存在一個間隙。最好的如圖5所示，當將聯軸節30放置到聯軸節24上時，如所描述的那樣，鍵24-4和24-5都是徑向地向外放置於聯軸節30上並且都為一高度/軸向區域，這樣使它們在聯軸節30上延伸。將較長的軌跡運動渦旋件26放置在適當的位置上，這樣使鍵24-4和24-5都被容納在槽(圖中未示出)中。曲軸箱20，聯軸節24，較長渦旋件26之間的互相作用對於一渦旋壓機機來說是傳統的，由於聯軸節30的存在，因此，結構上的不同僅在於鍵24-4和24-5的高度增加了，以及，如果需要或必要的話，根據直徑使鍵偏移，從而減小它們的間隔以及形成了聯軸節34的運動所需的間隙。
另外，當較長的軌跡運動渦旋件26被放置在適當位置時，短鍵30-2和30-3是位於座板26-2背部上的相應槽內，圖中所示的，只有接鈉鍵30-2的槽26-4;然後將較短渦旋件28放置在適當的位置，根據環圈26-1而放置的環圈28-1是可以運轉的。此外，在較短渦旋件28內形成的相應槽的設置是這樣的，以便運動地接納高鍵30-4和5，圖中所示的，只有容納鍵30-4的槽28-5。密封件36和37對應於座板背面內形成的槽而設置。將隔板32放好以使較短渦旋件28被容納在孔32-3中，和聯軸節24和30被容納在由支臂32-5限定的間隔內。對應的孔組32-7和20-3是對齊的，並且將螺栓42旋入孔鍵內，這樣合成的泵結構可固定在主殼12-1內。當如此的裝配好後，較長渦旋件26能夠在一個圓中作軌跡運動，此圓的半徑與曲軸22的軸線A-A和轂26-3的軸線B-B之間的距離相等。渦旋件28能夠通過一個圓作軌跡運動，此圓的直徑等於孔32-3和座板28-2的直徑差。
在運轉過程中，馬達60驅動繞軸線A-A旋轉的曲軸22，而帶動偏心設置的較長渦旋件26的轂26-3。因為較長渦旋件26和十字聯軸節24的共同作用，當曲軸驅動時較長渦旋件26被保持其軌跡運動，其軌跡的半徑與軸線A-A和B-B之間的距離相等，較長渦旋件26的環圈26-1與較短渦旋28件的環圈28-1共同作用以吸收來自吸氣室16的大量氣體並壓縮氣體，獲得的受壓的氣體連續通過排氣孔28-3和排氣通道32-1進入排氣室17，來自排氣室17的壓縮氣體經過一出口(圖中未示出)通到製冷系統中。由於氣體是被壓縮的，獲得的壓力產生一作用在渦旋件26和28上的力可能將它們軸向和徑向地分隔開。較短渦旋件28的徑向運動由於底板28-2和起導向環作用的孔32-3的內部環狀表面的共同作用而被限制。此外，聯軸節30和較長渦旋件26及較短渦旋件28兩者共同作用使相對於較長渦旋件26的軌跡運動的較短渦旋件28的徑向運動受到制約。因為底板28-2和孔32-3的直徑的差值決定了較短渦旋件28的軌跡的直徑，如果需要或必然的話，在設計中增加渦旋件28的軌跡直徑使其與渦旋件26的軌跡直徑相等或較大的都是可能的。渦旋件26和28的軸向間隔由隔板32的環狀表面32-2限定，隔板32由螺栓42栓固到曲軸箱20上。渦旋件26和28的軸向間隔由環狀腔室50內的流體壓力所抗衡。環狀腔室50位於隔板32和較短渦旋件28之間，它的內側邊界由密封件36限定，外側邊界由密封件37限定。腔室50在壓縮過程中通過一個或更多個流體通道28-4且在壓縮過程中的中間壓力的位置保持流體的連通。因此，腔室50內的壓力軸向地迫使較短渦旋件28與較長渦旋件26的進入軸向嚙合。
概述運轉過程，較長渦旋件26以一固定的軌跡運動被驅動。由於壓縮過程的流體壓力影響，較短渦旋件28的底板28-2被迫與導向表面32-3進入嚙合，並且保持嚙合從而限制徑向運動，而通過較長渦旋件26和較短渦旋件28與聯軸節30的共同作用，使較短渦旋件相對於較長渦旋件26而保持其軌跡運動。較短渦旋件28通過腔室50內的流體壓力保持其與較長渦旋件26的軸向嚙合。
從上文所述可以清楚地證實，十字聯軸節24進行一相對於固定曲軸箱20的往復運動。因為十字聯軸節24僅作往復運動而渦旋件26則沿軌跡運動，所以存在不平衡。然而，十字聯軸節30進行一相對於軌跡運動的渦旋件26的往復運動，並且渦旋件26和28間的十字聯軸節30的質量位移軌跡如圖6所示。將可注意到，渦旋件26和28之間的十字聯軸節30的質量位移軌跡基本上為一個橢圓，其長軸約等於較長的軌跡直徑，其短軸約等於較短的軌跡直徑。如果改變孔32-3和底板28-2之間的直徑差，如上所提到的，就可以改變確定十字聯軸節30的質量位移軌跡的橢圓的形狀。
聯軸節30的位移可以近似於如圖7所示的轉動質量不平衡和正弦往復運動質量的合成。聯軸節24的位移純然是一帶有正弦運動的線性位移。圖中所示的鍵槽僅示出了其中的20-2，26-4，和28-5，它們是這樣布置的以使兩個往復運動的元件的運動基本上呈直角並且是90°異相移動(位相相差90°移動)。各個十字聯軸元件24和30的質量的量值與它們往復運動的位移元件成反比，故各個聯軸節的總的質量位移是相同的。因此，兩個元件的結合產生等量的轉動質量不平衡，它們可用傳統的轉動的平衡塊加以完全平衡。而且，聯軸節24和/或30的成對的對齊鍵可以按不成90°的角度相交。具體地說，可以作一個偏離垂直線10°的對準，而且在僅有少許的剩餘不平衡時還能有效地工作。
雖然圖示並描述了本發明的一個較佳實施例，但對於本技術領域中那些技術人員來說還可以有其它的變化。例如，可以變換鍵的定位以將直徑方向的運動變換成弦方向的運動以減少質量大小的要求。所以本發明的範圍只能由所附的權利要求書來限定。
權利要求
1.渦旋式壓縮機(10)包括第一級渦旋裝置(26)；與第一級渦旋裝置運動地嚙合的第二級渦旋裝置(28)；具有一對對齊槽(20-2)的曲軸箱裝置(20)；第一級環狀聯軸裝置(24)，其第一和第二側上各有一對對齊鍵(24-2，24-3，24-4，24-5)，這樣所述第一級聯軸裝置的所述對齊鍵對在與直角相差10°的範圍內相交；位於所述第一級聯軸裝置的所述第一側上的所述鍵對(24-2，24-3)，被容納在所述曲軸箱裝置的所述成對的對齊槽中；第二級環狀聯軸裝置(30)，其第一和第二側上各有一對長的對齊鍵(30-4，30-5)以及一對短的對齊鍵(30-2，30-3)，這樣所述第二級聯軸裝置的所述長的對齊鍵對和短的對齊鍵對在與直角相差10°的範圍內相交；疊置在所述第一級聯軸裝置的第二側上的第二級聯軸裝置的所述第一側，是位於所述第一級聯軸裝置的所述第二側上所放置的所述鍵對(24-4，24-5)內；所述第一級渦旋裝置具有在其中形成的兩對對齊槽(26-4)，並且在與直角相差10°的範圍內相交，所述第一級渦旋裝置中形成的所述兩對對齊槽中的一對容納位於所述第一級聯軸裝置的所述第二側上的所述鍵對，所述第一級渦旋裝置的另一對對齊槽容納所述短的一對對齊鍵；所述第二級渦旋裝置具有，在其中形成的一對對齊槽(28-5)並且容納一對長的對齊鍵，從而當所述第一級渦旋裝置被驅動時，所述第一級渦旋裝置驅動所述第二級渦旋裝置，並且第一級和第二級渦旋裝置都作軌跡運動。
2.如權利要求1所述的渦旋式壓縮機還包括圍繞所述第二渦旋裝置的裝置(32)兩者共同運動，以限定所述第二級渦旋裝置的所述軌跡運動。
3.如權利要求2所述的渦旋式壓縮機，其中圍繞所述第二級渦旋裝置的所述裝置還包括疊置在所述第二級渦旋裝置上的隔板。
4.如權利要求3所述的渦旋式壓縮機，還包括限制在所述隔板和所述第二級渦旋裝置之間的軸向柔性件(28-4，36，37)。
5.渦旋式壓縮機(10)具有兩個運動地嚙合的作軌跡運動的渦旋裝置(26，28)以及曲軸箱裝置(20)、抗轉動裝置，抗轉動裝置包括第一級環狀聯軸裝置(24)，具有第一和第二側，並在第一側上放置一對對齊鍵(24-2，24-3)，並和所述曲軸箱裝置共同運動以使所述第一級聯軸裝置相對於所述曲軸箱裝置作往復運動，在第二側上放置一對對齊鍵(24-4，24-5)並和所述兩個渦旋裝置的第一個(26)共同運動，以使所述第一級渦旋裝置相對於所述第一級聯軸裝置作往復運動;第二級環狀聯軸裝置(30)，具有第一和第二側，所述第二級聯軸裝置的所述第一側疊置在所述第一級聯軸裝置的所述第二側上，並位於所述第一級聯軸裝置的所述第二側的所述成對的對齊鍵內;位於所述第二級聯軸裝置的所述第二側上的一對短的對齊鍵(30-2，30-3)並和所述兩個渦旋裝置的第一個共同運動以使所述第一級渦旋裝置相對於所述第二級聯軸裝置作往復運動，位於所述第二級聯軸裝置的所述第二側上的一對長的對齊鍵(30-4，30-5)和所述兩個渦旋裝置的第二個共同運動，以使所述第二級聯軸裝置相對於所述第二級渦旋裝置作往復運動，從而所述第一和第二級渦旋裝置保持軌跡運動。
6.如權利要求5所述的渦旋式壓縮機的所述抗轉裝置其中所述一對長的對齊鍵被放置在所述第二級聯軸裝置的所述第二側的一端。
全文摘要
兩個共同作軌跡運動的渦旋部件保持一定的角度關係。每個渦旋部件和一控制渦旋部件之間的軌跡運動的普通抗轉構件共同作用。第二級抗轉構件限制其中一個渦旋部件以相對於曲軸箱體作軌跡運動。兩個渦旋部件最好沿半徑不同的軌跡作軌跡運動。
文檔編號F04C18/02GK1074512SQ9211489
公開日1993年7月21日 申請日期1992年12月16日 優先權日1991年12月17日
發明者詹姆斯·W·布希, 維勒·P·布格拉 申請人:運載器有限公司