渦卷流體機械的製作方法

2023-05-25 23:30:36

專利名稱：渦卷流體機械的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦巻(旋)流體機械，其可用作壓縮機、真空泵、膨脹機等等。 技術背景雙渦巻流體機械，因其具有軸向力可相互抵消等諸多優點，而為人們所關注。在美國專利US6，988，876 (中國專利公開CN1711408A)中所揭示的具有多 軌道運動單元的雙渦巻流體機械(英文原文為Double Scroll linked by a Plurality of Orbiting units,下稱為DSP0 )。 DSP0含有兩容積變化裝置， 其含有各自的軌道運動渦巻和定渦巻。兩定渦巻和機座相連接。多個軌道運動 單元布置在兩容積變化裝置之間。每個軌道運動單元包含 一旋轉元件，其可 旋轉地支撐在機座上； 一推力抵消軸，其偏心地、可旋轉地支撐在旋轉元件之 中。推力抵消軸的兩端分別與二軌道運動渦巻相連接，形成一框架結構。當旋 轉元件被驅動時，軌道運動渦巻作軌道運動，與相應的定渦巻嚙合，實現容積 的連續變化。軌道運動單元具有抵消軸向力、驅動軌道運動渦巻、平衡離心力 和防止軌道運動渦巻自轉等功能。中國專利公開CN1963205A中揭示由於二容積變化裝置與軌道運動單元之 間有減壓腔相隔，且軸承不直接安裝在軌道運動渦巻上，DSPO可方便地實現噴 液(特別是噴水)內冷卻。噴液起到冷卻、潤滑和密封的作用。由於DSPO軌道運動渦巻與定渦巻嚙合，兩軌道運動渦巻要求與推力抵消軸 的兩端在徑向和軸向準確連接。軌道運動渦巻端板內側(壓縮腔側)是流體機 械壓縮腔的工作表面，不宜開設用於緊固推力抵消軸的安裝孔。裝配和調整過 程只能在軌道運動渦巻端板外側進行。因此，DSPO推力抵消軸與軌道運動渦巻 的裝配及調整較為困難。DSPO的軌道運動單元上有兩組軸承。其中，推力抵消軸支撐軸承荷載大於 旋轉元件支撐軸承。但前者位置在內，空間過小。DSPO的結構緊湊，軸承的散 熱也必須解決。否則，DSPO難以製成較大排量的機型。DSPO軌道運動單元的 軸承一般可採用角接觸軸承或圓錐滾子軸承。軸承的軸向遊隙調整及預緊都是 很重要的。

發明內容
本發明旨在通過對DSP0的軌道運動單元結構改進，使採用軌道運動單元的渦巻流體機械的裝配、調整的工藝性能得到改善；從而提高整機的工作可靠性，降低製造成本，改善軸承散熱，並使製造較大排量的渦巻流體機械成為可 6匕這些改進包含採用裝配式旋轉元件、推力抵消軸的裝配件組合、軸承散 熱結構、旋轉元件的荷載均勻裝置和軸承預緊及調整裝置。依照本發明，推力抵消軸含有用於與軌道運動渦巻裝配的裝配件組合。其 含有l)連接件，其與軌道運動渦巻直接或間接地構成螺紋副；2)扭轉件， 其對置於其中的連接件直接或間接地構成周向運動約束，並能給予連接件一定 的軸向運動自由度。裝配時，扭轉扭轉件，帶動連接件轉動。依靠螺紋副軸向 拉緊兩軌道運動渦巻。從而使推力抵消軸的外緣部分受到壓縮，連接件受到拉 伸，得到有足夠裝配應力的牢固連接。為了防松，對於壓縮機、真空泵類對流 體做功的機械，扭緊的方向應與機械運轉方向相反。另外，還可以增加螺紋防 松裝置。機械拆卸時，反向扭轉扭轉件，帶動連接件反向轉動，使連接件旋離 軌道運動滿巻。推力抵消軸可擁有多個裝配件組合。連接件的結構形式有 一端有螺紋或 兩端有旋向相反的螺紋或兩端有旋向相同且導程相異的螺紋。裝配件組合數量 的不同及連接件、扭轉件的結構多樣使推力抵消軸有多種形式。連接件和扭轉 件除了組成裝配件組合，實現軌道運動渦巻與推力抵消軸的裝配和預緊之外， 還可擔當一些其他功能。例如，扭轉件可作為軌道運動渦巻軸向位置調整件， 軸承的防水密封擋圈；連接件可能直接與支撐推力抵消軸的軸承組之內圈徑向 配合，承受軸承組上的徑向荷載，成為推力抵消軸的徑向承載主體。本發明提供的裝配式旋轉元件含有l)主旋轉元件，其偏心孔內裝有推 力抵消軸的支撐軸^c組；2)兩個副旋轉元件，其上分別裝有旋轉元件的支撐 軸承。兩個副旋轉元件與主旋轉元件裝配在一起，並保證兩旋轉元件的支撐軸 承同軸。由於兩種軸承安裝在不同的軸向位置，這樣增大了推力抵消軸支撐軸 承的位置空間。同時也給零件的加工、軸承的裝配調整帶來了好處。主、副旋 轉元件上有冷卻風孔和風道。機械運轉時，離心力作用下形成的空氣流，冷卻 旋轉元件和軸承。主旋轉元件可製成分體的，其含有a)偏心環，其與兩個 副旋轉元件裝配在一起；b)驅動外緣環，其可製成齒輪、鏈輪、同步帶輪等 結構形式，驅動外緣環動配合地套在偏心環之外，可有周向位移，並與副旋轉 元件有周向的彈性聯:接。這4吏各個軌道運動單元上荷載傳遞達到均勻。考慮到
推力抵消軸較長，可在推力抵消軸與副旋轉元件間增加軸承支撐。此外，主旋 轉元件與 一個副旋轉元件還可以製成一體。本發明還提供了軸承座部位的冷卻水道；旋轉元件上用於冷卻的葉片；用 於防止葉片產生氣流相互幹擾的隔板及旋轉元件支撐軸承的軸向遊隙調整裝 置。本發明優異效果如下通過對DSP0的軌道運動單元結構改進，增大了推 力抵消軸支撐軸承的位置空間，使採用軌道運動單元的渦巻流體機械的裝配、 調整的工藝性能得到改善；從而提高整機的工作可靠性，降低製造成本，改善 軸承散熱，並使製造較大排量的渦巻流體機械成為可能。


圖1是依照本發明的實施例l一噴水無油渦巻空壓機的剖視圖。圖2是圖1中的軌道運動單元局部放大圖。圖3是圖1所示機器的副旋轉元件的零件圖。圖4是圖1所示機器的冷卻水道的布置圖。圖5是依照本發明的實施例2軌道運動單元的剖視圖。圖6是依照本發明的實施例3軌道運動單元的剖視圖。圖7是依照本發明的實施例4軌道運動單元的剖視圖。圖8是依照本發明的實施例5軌道運動單元的剖4見圖。圖9是依照本發明的實施例6軌道運動單元的剖視圖。圖IO是依照本發明的實施例7—噴水無油渦巻空壓機的剖視圖。圖11是圖IO所示機器的軌道運動單元部分放大圖。圖12是圖ll右側進一步的放大圖。圖13是圖IO所示機器的冷卻風道的布置圖。圖14是圖IO所示機器的螺紋防松裝置的立體圖。圖15是依照本發明實施例8—採用分體式主旋轉元件的軌道運動單元剖視圖。圖16是圖IO所示機器加裝副旋轉元件軸承的剖視圖。圖17是依照本發明採用主旋轉元件與一副旋轉元件製成一體的軌道運動單元剖^見圖。
具體實施方式
以下對照附圖結合實施例對本發明進行詳細說明。實施例1:噴水無油渦巻空氣壓縮積i
參見圖1—4;本實施例包括容積變化裝置50A、 50B，其含有各自的軌 道運動渦巻3A、 3B和定渦巻2A、 2B。定渦巻2A、 2B和4幾座1相連接。三個軌 道運動單元40布置在容積變化裝置50A、 50B之間。每個軌道運動單元40包 含 一個裝配式的旋轉元件10，其通過軸承11A, IIB旋轉地支撐在機座1上； 一個推力抵消軸20，其通過軸承14A、 14B旋轉地、偏心地支撐在旋轉元件IO 中。推力抵消軸20的兩端分別與軌道運動渦巻3A、 3B相連接。三個旋轉元件 IO的外緣為帶輪。當驅動旋轉元件10時，軌道運動渦巻3A、 3B做軌道運動， 分別與定渦巻2A、 2B嚙合，它們之間所形成的容積連續地變化。空氣由進氣 口 4A、 4B進入容積變化裝置50A、 50B，壓縮後的空氣經排氣口 5A、 5B排出。 水由孔組27A、 27B或進氣口 4A、 4B噴入容積變化裝置50A、 50B。起到密封、 潤滑和冷卻的作用。裝配式的旋轉元件10包含 一個主旋轉元件47和副旋轉元件41A、 41B， 其之間用螺釘組42連接。軸承11A, 11B的內圈分別裝配在副旋轉元件41A 、 41B上。軸承14A、 14B的外圈裝配在主旋轉元件47的偏心孔中。副旋轉元件 41A、 41B中還開設了離心通風冷卻通道44A、 45A、 44B、 45B(詳細結構可見 圖3)。軸7 LllA、 11B的透蓋86A、 84A和86B、 84B由螺4丁組89A、 82A和89B、 82B固定在才幾架l上。調整墊片94A、 94B用於調整軸岸義1U、 11B的軸向遊隙。 冷卻水道93A、 93B盤在軸^cllA、 11B所在;^架1的周圍，其與 f幾架間空隙可 添充導熱物質。圖4為冷卻水道93A的一種布置方案。推力抵消軸20有一裝配件組合，其含有連接件一螺柱22，扭轉件一兩 擋圏28A、 28B。螺柱22兩頭的螺紋旋向相反，分別與軌道運動渦巻3A、 3B 上的相應內螺紋構成螺紋副。螺柱22兩側製成扁方，與軸23的有扁方軸孔相 配合(見圖2中的A—A)。扭轉件對置於其中的連接件間接地構成周向運動約 束，而無軸向運動約束。扭轉擋圈28A、 28B，通過4t74A、 74B帶動軸23,隨 之帶動螺柱22。螺柱22兩頭旋入並軸向拉緊軌道運動渦巻3A、 3B。螺柱22 拉伸，推力抵消軸20的軸緣部分、軸套73A、 73B和擋圈28A、 28B以及軸23 的中部軸肩壓縮，得到有足夠裝配應力。機器拆卸時，反向扭轉擋圈28A、 28B, 帶動螺柱22反向轉動，螺柱22兩端旋出並推出兩軌道運動渦巻3A、 3B。以下實施例2—6給出了五種不同的推力抵消軸結構。除特殊說明外，圖 5一9中與實施例1有相同標號的構成元素具有相同的意義，並省略對其相關描 述。實施例2: 參見圖5，扭轉件一擋圏28A、 28B製成軸23的左、右接長軸形式，替代 軸23與軌道運動渦巻3A、 3B配合。連接件一螺柱22隻在其兩端的兩側製成 扁方，擋圏28A、 28B的孔有扁方，使之對螺柱22有周向約束，而無軸向約束 (見圖5中的A—A)。扭轉擋圏28A、 28B可直接帶動螺柱22,實施軌道運動 渦巻3A、 3B的裝拆。在實施例l、 2中，只需扭轉擋圈28A、 28B中的一個，即可實施軌道運動 渦巻3A、 3B的裝拆。此時，可省去一側的周向約束的構成元素(如鍵、扁 方)。實施例3:參見圖6，連接件一螺柱22的右端與軌道運動渦巻3B螺紋相連接，螺柱 22的左端製成圓柱端頭。左邊的擋圈28A由螺^r組29A固定在軌道運動渦巻 3A上。扭轉件一右邊的擋圏28B有扁方孔，使之對螺柱22有周向約束，而無 軸向約束(見圖6中的A—A)。扭轉擋圈28B可直接帶動螺柱22，實施軌道運 動渦巻3A、 3B的裝拆。 實施例4:參見圖7，與實施例2結構相比較，其不同在於推力抵消軸20含有兩個 相互獨立的裝配件組合。連接件一螺柱22A、 22B制有扁方，雙頭反向螺紋。 它們分別與軌道運動渦巻3A、 3B和軸23螺紋連接。扭轉扭轉件一有扁方孔的 擋圈28A、 28B，可帶動螺柱22A、 22B，分別實施軌道運動渦巻3A、 3B的裝拆。 實施例5:參見圖8，與實施例4結構相比較，其不同在於軸23與軌道運動渦巻 3A配合，通過普通螺柱22A以螺紋連接。裝配次序為軌道運動渦巻3A應先 裝後拆。扭轉擋圈28A，由4建74A帶動軸23與螺柱22A，可實施軌道運動渦巻 3A的裝拆。實際上，可省略鍵74A等構成元素，直接扭轉軸23。連接件一螺 柱22B制有扁方，雙頭反向螺紋。扭轉扭轉件一有扁方孔的擋圈28B,帶動螺 柱22B，實施軌道運動渦巻3B的裝拆。 實施例6:參見圖9,與實施例5結構相比較，其不同在於連接件一螺柱2M制有 扁方，雙頭螺紋、同向，但兩端螺紋導程相異。螺柱22B的左端螺紋221的導 程小於右端螺紋222的導程。裝配軌道運動渦巻3B時，先將螺柱22B旋入軸 23。扭轉扭轉件^有扁方孔的擋圈28B,帶動螺柱22B，實施軌道運動渦巻3B 的裝配。
實施例7:噴水無油渦巻空氣壓縮扭^在這一實施例中，除特殊說明外，與實施例1有相同標號的構成元素具有 相同的意義，並省略對其相關描述。參見圖10—14，與實施例l相比較，其不同在於，軸套71替代了實施例1 的軸23中部的軸肩。連接件一軸23與軸承14A、 14B的內圈徑向配合。裝配 時，軸23可做較小的軸向位移。軸23的兩端制有旋向相反內螺紋，分別通過 螺柱22A、 22B與軌道運動渦巻3A、 3B螺紋連接。扭轉件一擋圈28A、 28B通 過4建74A、 74B周向約束軸23，而對軸23無軸向約束。扭轉擋圏28A、 28B可 直接帶動軸23轉動，通過螺柱22A、 22B，實施軌道運動渦巻3A、 3B的裝拆。 軸23和螺柱22A、 22B也可製成一體。此時，其成為有雙頭反向外螺紋的連接 件。參見圖10、 11和13,副旋轉元件41A、 41B的外緣側邊裝有葉片，以利於 通風與散熱。圖13中的隔板431使三個旋轉元件10 (圖13中只示出一個)上 的葉片43A (圖13中未示出)、43B產生的氣流不相互幹擾。參見圖11、 12，軸承11A、 11B的軸向遊隙調節和預緊裝置與實施例1不 同，壓環98A、 98B軸向上處於軸承11A、 11B與機座l之間。透蓋83A、 83B 為可拆卸的，由螺4丁組85A、 85B固定在壓環98A、 98B上，以利於裝配和軸承 遊隙調節。調節螺釘組99A、 99B分別置於機座l上，壓環98A、 98B的一側，， 用以調節軸承11A、 IIB外圏的軸向位置，以達到理想的軸承軸向遊隙。選擇 合適厚度的分體墊片97A、 97B塞入壓環98A、 98B與機座l之間，填充其軸向 空間。替代調節螺釘組99A、 99B承受軸承11A、 11B對機座l的軸向力。調節 完成後，4t緊螺4丁82A、 82B，用透蓋84A、 84B壓緊固定。實際上，單側的裝 置即可完成軸承11A、 IIB的軸向遊隙調節和預緊。雙側的裝置便於調整旋轉 元件10的位置。參見圖12、 14,螺紋防松裝置包含鎖緊塊281、 282和銷284。鎖緊塊281 上有圓柱形凸起283與擋圈28B的扳手孔285相配合。鎖緊塊282的孔與軌道 運動渦巻3B邊緣的缺口 287相對應。擋圈28B旋緊後，配鑽鎖緊塊281上的 沉孔286，並插入銷284。螺紋防松裝置可以用工程塑料製成。此時，鎖緊塊 282與銷284製成一體，銷284下端不伸出。擋圏28B旋緊後，無需再配鑽沉 孔286，可將鎖緊塊281、 282粘合成一體。實施例8:
當旋轉元件的外緣採用齒輪、鏈輪或同步齒形帶輪時，主旋轉元件47可制 成分體式的。圖15所示採用分體式主旋轉元件的軌道運動單元的剖視圖。主 旋轉元件47包含偏心環471，其與兩個副旋轉元件41A、 41B裝配在一起； 驅動外緣環472，其外緣可製成齒輪、鏈輪、同步帶輪等結構形式。驅動外緣 環472動配合地套在偏心環471之外，並通過彈性體473與副旋轉元件41A、 41B的銷473周向聯接。當推力抵消軸過長時，可在推力抵消軸與副旋轉元件間增加軸承支撐。圖 16所示為增加軸承支撐實施例機械的局部剖視圖。副旋轉元件41A、 41B通過 軸承141A、 141B支撐軸套73A、 73B，使推力抵消軸20的軸23等零件的彎曲 應力大幅度減小。軸承141A、 141B可選用滾針軸承或滑動軸承，且徑向遊隙 應略大一些。雖然以上實施例中，裝配式的旋轉元件由主旋轉元件和兩個副旋轉元件組 成，實際上，主旋轉元件還可以與一副旋轉元件製成一體。如圖17,製成一體 的主旋轉元件47'與副旋轉元件41A由螺釘組42連結成裝配式的旋轉元件。雖然以上所有實施例中，均為渦巻氣體壓縮機，但是本發明並不局限於渦 巻氣體壓縮機，它可以拓展到其它的渦巻流體機械，如真空泵、冷凍壓縮機和 膨脹機等。雖然以上所有實施例中，渦巻流體機械包含兩個功能相同的流體容積變化 裝置，但是本發明不局限於這種用法。例如，兩個流體容積變化裝置之一可用 於壓縮，而另一個用於膨脹。雖然以上所有實施例中，省略了一些通常機械裝置的描述，例如平衡塊、 頂端密封、軸密封、定位銷結構等，本發明並不限制它們的應用。
權利要求
1.渦卷流體機械，其含有a、第一容積變化裝置，其含有第一定渦卷和第一軌道運動渦卷；第二容積變化裝置，其含有第二定渦卷和第二軌道運動渦卷；b、一機座與所述第一、第二定渦卷相連接；c、多個軌道運動單元，它們置於所述第一，第二容積變化裝置之間，每個所述軌道運動單元含有a)、一旋轉元件，其可旋轉地支撐在所述機座上；b)、一推力抵消軸，其偏心地可旋轉地支撐在所述旋轉元件之中，其兩端與所述第一，第二軌道運動渦卷相連接，其特徵在於所述推力抵消軸至少有一個裝配件組合，其含有a]、一連接件，其與所述第一和/或第二軌道運動渦卷直接或間接地構成螺紋副；b]、至少一個扭轉件，其對所述連接件直接或間接地構成周向運動約束，並可給予所述連接件軸向運動自由度；扭轉所述扭轉件，可帶動所述連接件轉動，實施所述第一和/或第二軌道運動渦卷的裝、拆。
2、 根據權利要求1的渦巻流體機械，其特徵在於所述裝配件組合的連接件的一端有螺紋或兩端有旋向相反的螺紋或兩端有旋向相同且導程相異的螺 紋。
3. 根據權利要求2的渦巻流體機械，其特徵在於所述旋轉元件通過第一軸 承組由所述機座支撐，所述推力抵消軸通過第二軸承組由所迷旋轉元件支 撐，所述旋轉元件含有a、 主旋轉元件，其偏心孔內裝配有所述第二軸承組；b、 第一副旋轉元件和第二副旋轉元件，二者與所述主旋轉元件裝配在一起， 所述第一軸承組裝配在所述第一副旋轉元件和第二副旋轉元件上。
4、 根據權利要求3的渦巻流體機械，其特徵在於所述主旋轉元件含有a、 偏心環，其與所述第一、第二副旋轉元件連接；b、 驅動外緣環，其相對所述偏心環可有周向位移，並與所述第一、第二副 旋轉元件有周向的彈性連接；從而使各所述軌道運動單元上荷載傳遞達到均勻。
5、 根據權利要求1或2或3或4的渦巻流體機械，其特徵在於所述裝配件組合的連接件與所述第二軸承組之內圈徑向配合，且為承受所述第二軸承 組上的徑向荷載之主體。
6、 根據權利要求1或2或3或4的渦巻流體機械，其特徵在於所述旋轉元 件上有用於冷卻的風道。
7、 根據權利要求1或2或3或4的渦巻流體機械，其特徵在於所述機座上的所述第一軸承組之軸承座部位裝有冷卻水道。
8、 根據權利要求3的渦巻流體機械，其特徵在於所述旋轉元件上裝有葉片，用於冷卻；所述機架上裝有隔板，用於防止各所述旋轉元件的所述葉片產生氣流的相互幹擾。
9、 根據權利要求1或2或3或4的渦巻流體機械，其特徵在於所述推力抵消軸的扭轉件與所述第一或第二軌道運動渦巻之間有螺紋防松裝置，其包 含a、 第一鎖緊塊，其與所述扭轉件配合；b、 第二鎖緊塊，其與所述第一或第二軌道運動渦巻配合； 扭緊所述推力抵消軸後，將所述第一和第二鎖緊塊連接在一起。
10、 根據權利要求1或2或3或4的渦巻流體機械，其特徵在於所述第一軸 承組設有軸向遊隙調整裝置，其布置於所述第一軸承組的第一軸承或/和第 二軸承處，其包含a、 壓環，其置於所述第一軸承或第二軸承與所述機座之間；b、 調節螺釘組，用於通過所述壓環調整所述第一軸承或第二軸承外圈的軸 向4立置；c、 分體墊片，用於填充所述壓環與所述機座之間的軸向空間。
11、 根據權利要求3或4的渦巻流體機械，其特徵在於所述第一副旋轉元件和第二副旋轉元件與所述推力抵消軸之間裝有第三軸承組，用於減少所述 推力抵消軸的彎曲應力。
全文摘要
渦卷(旋)流體機械，其中，兩個定渦卷固定在機座上，兩軌道運動渦卷與對應的定渦卷裝配成兩容積變化裝置。三個軌道運動單元安置在兩個容積變化裝置之間，其具有動力驅動，離心力平衡，抵消軸向推力和軌道運動渦卷防自轉等功能。每個所述軌道運動單元由裝配式旋轉元件和推力抵消軸組成。本發明推力抵消軸的裝配件組合含有連接件和扭轉件。連接件與軌道運動渦卷有螺紋聯接。扭轉件對連接件無軸向運動約束，而有周向運動約束。當扭轉扭轉件時，連接件隨之轉動，其螺紋副將兩軌道運動渦卷沿軸向相互拉緊，在推力抵消軸之外緣形成一定的裝配壓應力。本發明的裝配式旋轉元件的特點是，增大了推力抵消軸的支撐軸承的位置空間，同時也給零件的加工、軸承的裝配調整及軸承的散熱帶來了好處。
文檔編號F04C18/02GK101149053SQ200710009788
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月8日 優先權日2007年11月8日
發明者即 柯, 柯恩九 申請人:南昌利柯即技術有限公司