CN102959246B - 具有低摩擦密封的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机，包括其中有效容积被横向翼(4a-b)分隔的可旋转部分和可旋转的环形元件(2)，其中环形元件(2)的法线与横向翼的旋转轴成一个角度。在其任一个实施方案中，密封翼被附接到通过驱动缝隙(11a1-2、11b1-2)的密封保持旋塞(16bd1-2、16ac1-2)。驱动缝隙与横向翼的旋转轴大体平行地延伸。利用驱动缝隙以这种方式操纵并驱动密封翼，使密封翼与横向翼对齐，限制密封翼的磨损并减少摩擦。在一个实施方案中，密封保持旋塞设有滑块(17、17a1-2、17b1-2、17c1-2、17c1-2)，通过导向件(22a-d)引导并进一步降低密封翼的磨损并减少摩擦。本发明还涉及这样的压缩机，其具有装置(7、18、19)以用于使环形元件的法线与主旋转轴成可变的角度来布置环形元件，从而改变压缩比。

Description

具有低摩擦密封的压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，包括其中有效容积被横向翼分隔的可旋转部分和可旋转的环形元件，其中环形元件的法线与横向翼的旋转轴成一个角度。在其任一个实施方案中，密封翼被附接到通过驱动缝隙的密封保持旋塞（sealingholdertap）。驱动缝隙与横向翼的旋转轴大体平行地延伸。利用驱动缝隙以这种方式操纵并驱动密封翼，使密封翼与横向翼对齐，限制密封翼的磨损并减少摩擦。

背景技术

特定种类的旋转泵在例如GB1423673中是已知的。其具有与泵的旋转轴成一个角度对齐的环形部分，以及使流体沿着成角度的环旋转的其他元件。这些元件之间的密封难以实现，并且先前已通过应用可移动的密封元件尝试了解决方案，这些可移动的密封元件利用抵着使流体旋转的元件的弹簧而被挤压。对抵着移动表面对齐的密封件施加力引起过度的密封件磨损，并且还引起摩擦。

发明公开内容

因此，本发明的目的是提供可充分地密封并减少密封件磨损的压缩机。

因此，本发明的另一个目的是提供具有降低的摩擦损失的压缩机。

通过根据以下描述的压缩机达到这些和其它的目的。

本发明涉及包括可旋转部分的压缩机，该可旋转部分封装在具有流体入口14和出口15的壳体13中。可旋转部分的主要部件围绕旋转轴可旋转，并且该可旋转部分可包括顶部5a和底部5b，该可旋转部分与压缩机的壳体13一起封闭一容积。这一容积被在5a和/或5b（如果存在）的顶部和/或底部之间或者在压缩机的壳体的顶部和底部之间延伸的至少两个横向翼4a-b分隔。这一分隔的容积又被在横向翼之间延伸的环形元件2再分隔，并且环形元件2通过用于使其法线与旋转轴成一定角度地布置环形元件的装置7、18、19来提供。环形元件设有用于接纳至少一个横向翼的第一缝隙。

在本发明的一个实施方案中，环形元件设有用于接纳密封翼3、3al-2、3bl-2、3cl-2、3d1-2的缝隙，在其它实施方案中，23、24密封翼至少部分地缠绕环形元件；在任一实施方案中，密封翼与环形元件的平面大致平行地延伸，并且密封翼被附接到密封保持旋塞16bdl-2、16acl-2，所述密封保持旋塞16bdl-2、16acl-2大致朝向旋转轴延伸并通过围绕压缩机的中心布置的至少一个球形元件8、9、20中的驱动缝隙11a1-2、11b1-2。驱动缝隙与旋转轴大致平行地延伸。

与现有技术中已知的解决方案相比，利用驱动缝隙以这种方式操纵密封翼，以与对应的横向翼具有期望的（大致固定的）距离定位密封翼，并优选地使密封翼与横向翼对齐，有利地限制了密封翼的磨损并减少了由密封翼引起的摩擦。

在有利的实施方案中，至少一个球形元件8、18、19设有大致球形的内壁，并且密封保持旋塞设有由装备有导向件22a-d的球18、19引导的滑块17、17al-2、17b1-2、17c1-2、17c1-2，从而确保密封保持旋塞且因此确保密封翼大致保持在环形元件2的平面上，基本上使得密封翼和环形元件2a-d之间的相对移动无摩擦。如果设有面对球18、19的球形内壁的大致球面，则所述滑块可兼作流体和/或润滑密封件。在后者的情况下，滑块对其抵着密封的表面基本上不施加压力，而仍提供充分的密封并允许部件的移动。

本发明还涉及这样的压缩机，其中布置了装置7、18、19，用于使环形元件的法线与旋转轴成一定角度来布置环形元件，使得角度是可变的，从而改变压缩比。

附图简述

图1笔直地从侧面显示了处于第一旋转角的压缩机的内部部件。

图2从略微侧视图之上的角度显示了处于第一旋转角的压缩机的内部部件。

图3笔直地从侧面显示了处于第二旋转角的压缩机的内部部件。

图4从略微侧视图之上的角度显示了处于第二旋转角的压缩机的内部部件。

图5笔直地从侧面显示了处于第三旋转角的压缩机的内部部件。

图6从略微侧视图之上的角度显示了处于第三旋转角的压缩机的内部部件。

图7显示了旋塞驱动球。

图8显示了翼状驱动球。

图9显示了笔直地从侧面可见的具有环形元件的内部部件并且还显示了环形驱动球的实施方案。

图10显示了从略微侧视图之上的角度可见的具有环形元件的内部部件。

图11显示了不存在环形元件但是具有限定翼的内部部件的实施方案。

图12显示了具有限定翼和环形元件的内部部件。

图13显示了压缩机的壳体。

图14显示了压缩机的壳体和内部部件的横截面。

图15显示了具有密封翼的第一实施方案的环形元件。

图16显示了具有密封翼的第二实施方案、环形驱动球和旋塞驱动球的环形元件。

图17显示了包括密封旋塞、环形驱动球和旋塞驱动球的压缩机的中心部分的详细视图。

图18显示了密封翼的可选择的实施方案。

图19显示了密封翼的另一个可选择的实施方案。

实施本发明的最佳方式

图1-6显示了在以30°的旋转布距角分隔的三个连续的旋转布距中的根据本发明的压缩机的内部部件。附图旨在说明压缩机的功能基础，并且外部壳体及其它细节已从图中除去以便简化。

这六幅图被分成两组，从侧面以及构成内部部件的对称面的平面略微之上的一个角度来说明压缩机的内部部件。这两组分别由图1、图3和图5以及图2、图4和图6构成。在每对连续图中，如从两个不同的视角所示，旋转角是相同的。

对于圆形对称的元件，难以视觉上辨别旋转角，所以向这些图中添加旋转角指示器1。显然，这些并不代表实际的物理元件。

图1笔直地从侧面显示了处于第一旋转角的压缩机的内部部件。图中的每个显示的部件随着轴6的旋转而旋转，如由图的底部的箭头所表明的。4a-b、5a-b围绕轴6旋转，同时轴7相对于轴6成可以在不同于0的角度上旋转。在全部图1-6中，轴7设置为相对于轴6成固定的角度。轴7可以设置为不同的角度，得到不同于图1-6中所达到的压缩程度。

轴6向上延伸至翼状驱动球8，所述翼状驱动球8仅在所示例的物体的中心处部分可见。在图9至图12中所示的实施方案中，翼状驱动球8直接地或间接地机械地连接到各个图中所示的所有其它部件并通过旋塞驱动环形球（未显示），或者在图1至图6以及图16、图17中所示的实施方案中，其自身可以直接地或间接地由旋塞驱动球驱动，在这种情况下，翼状驱动球有利地与即将描述的限定翼整合，并且随着轴6的旋转，其它元件随其一起旋转。

在类似提出的实施方案中，压缩机可包括至少四个限定翼4a-b、5a-b，其中顶部5a限定翼和底部5b限定翼由薄的截锥形元件构成，通过各自的锥尖相互面对而彼此面对。截锥形的顶部限定翼和底部限定翼被布置为其中心轴线与轴6的中心轴线相一致。如之前提到的，在第二实施方案中的所述限定翼可以有利地整合并直接连接到轴6，在这种情况下，基本上可除去翼状驱动球并且恒速接头（例如Rzeppa型接头或例如双万向接头）可被用于在旋塞驱动球20和环形驱动球19之间传递扭矩，如图16和图17中所表明的。

顶部限定翼和底部限定翼界定在其之间延伸的容积，在这个实施方案中，其又被四个横向限定翼4a-b再分成四个不同的容积。横向限定翼大致是平面的、平头的圆形扇区。横向限定翼被布置在顶部限定翼和底部限定翼之间，并且每个横向限定翼从顶部限定翼延伸至底部限定翼，在横向限定翼和顶部限定翼及底部限定翼之间的每个交叉处形成直角。横向限定翼在顶部限定翼和底部限定翼的周围均匀地间隔开，并且在本实施方案中，大致成90度间隔开。在类似的实施方案中，横向限定翼气密地附接到顶部限定翼和底部限定翼，在本实施方案中，其与压缩机的壳体一起形成四个气密的隔室。

由六个限定翼限定的四个隔室中的每一个被环形元件2进一步再分成总共八个隔室，其又由许多部件构成，如以下所描述的。环形元件2被进一步大致成形为圆盘，其中四个缝隙接纳四个横向限定翼的每一个。为了实现气密性，环形元件设有紧邻每个横向限定翼布置的密封翼3，并且以下将更详细地讨论这些。

环形元件在限定翼的旋转轴处具有其中心，但是被布置为其轴线与限定翼的旋转轴偏移。这意味着随着压缩机的内部部件旋转，八个隔室中的每个的容积增加或减小（在偏移不为0的情况下）。这意味着以一个旋转角进入八个隔室中之一的流体随着压缩机旋转而保留于该隔室中，其中的流体通过以下描述的非示例性壳体来选择。然后，由环形元件设定的隔室的容积随着压缩机旋转而减小或增加，使流体压缩或降压。然后，流体在出口处通过壳体离开压缩机，得到预期的压缩或降压。

图2从略微侧视图之上的角度显示了处于第一旋转角的压缩机的内部部件。在该视图中，轴7是清楚可见的。

轴6和轴7之间的角度确定环形元件的旋转轴和限定翼之间的相对角，从而确定压缩比。

从该视图中还可见附接到轴7并被布置在翼状驱动球8的内部的环形驱动球19的实施方案，在该实施方案中其与限定翼整合并基本上由限定翼代替。

以轴6和轴7之间的选定角度，环形元件从底部限定翼5b一直延伸到顶部限定翼5a，使压缩达到其最大值。

图3-6分别笔直地从侧面以及略微侧视图之上的角度显示了压缩机的内部部件如何移动至第二旋转角且然后至第三旋转角。随着该旋转的进行，密封翼3中的每一个上移或下移横向限定翼并且以实现气密性，现有技术中的对应元件通常利用弹簧或一些弹性物质抵着横向限定翼挤压。这些引起密封件的磨损以及压缩机内的摩擦。

然而，在根据本发明的压缩机中，利用以下详细描述的创造性解决方案，在密封翼和横向限定翼之间不施加任何力的情况下，将密封翼3、23、24抵着横向限定翼布置。

图7显示了旋塞驱动球，且图8显示了翼状驱动球，其具有一些共同的特征。这两者均是具有延伸穿过每个球的中心的通孔的空心球体。通孔界定每个球的中心轴线，并且两组缝隙与两个球上的中心轴线相平行地延伸。

在本实施方案中，第一组的四个较宽的旋塞缝隙10a-b在球周围的连续缝隙之间以90度间隔开，并旨在接纳环形元件的四个保持旋塞，在该实施方案中，环形元件由所述四个保持旋塞驱动。在本实施方案中，第二组的四对较窄的驱动缝隙11a1-2、11b1-2也在连续对之间以90度间隔开，但是第二组的缝隙相对于第一组偏移大致45度，均匀地间隔开每个缝隙或每对缝隙。在本实施方案中，第二组的成对缝隙被布置为接纳密封翼的八个保持旋塞。

旋塞驱动球旨在驱动并控制密封保持旋塞16的移动，并如翼状驱动球的情况一样，被连接到轴6。

在这个实施方案中，选择球18（轴7被固定至所述选择球18）将位于翼状驱动球8和旋塞驱动球9之间，并且将通过旋塞由翼状驱动球来驱动。

图8显示了具有旋塞驱动球9的翼状驱动球8，并且轴6与这两者相连接。如所示例的，翼状驱动球和旋塞驱动球被布置使得各自的球中的对应的缝隙重叠。这使得将密封翼保持旋塞***缝隙中成为可能，并且这些密封翼保持旋塞可延伸到旋塞驱动球中。由于对应的缝隙重叠，这允许保持旋塞在缝隙中上移或下移，这使得环形驱动轴7相对于轴6形成角度成为可能，从而允许改变压缩程度。

驱动缝隙11a1-2、11b1-2允许密封翼与环形元件一起上移和下移，同时控制密封翼和横向限定翼之间的相对旋转角并提供必要的力以驱动密封保持旋塞，克服所述密封保持旋塞和旋塞驱动球之间的任何（润滑的）摩擦。密封保持旋塞旨在在密封翼和横向限定翼之间不施加任何力的情况下保持密封翼紧邻横向限定翼或者抵靠横向限定翼。这不依赖于环形驱动球如何相对于翼状驱动球成角度并贯穿压缩机的全传来实现。此外，密封旋塞有效地抵消作用于每对密封翼上的向心力，从而避免密封翼和外部壳体之间的任何摩擦。

图9显示了笔直地从侧面看到的环形元件的内部部件，且图10显示了从略微侧视图之上的角度看到的环形元件的内部部件。具体地，在图10中清楚地示例了在这个实施方案中环形元件如何设有从环延伸到环形元件缝隙中的保持旋塞12a-b。

如图1至图6以及图16和图17中所示，在另一个实施方案中，环形元件可简单地整合并直接连接到轴6，在该实施方案中，基本上可除去翼状驱动球并且恒速接头（例如Rzeppa型接头或双万向接头）可被用于在旋塞驱动球和环形驱动球19之间传递扭矩，如图16和图17中所表明的，在这种情况下环形元件缝隙10a-b变为多余的。

附图还示例了本发明的一个实施方案中的密封翼3a1-2如何布置在环形元件中的、与环形元件的顶面平行延伸的缝隙中。环形元件中的这些缝隙使得密封翼沿着横向限定翼向上和向下移动。在图10中清楚地示例了翼状驱动球中的缝隙如何允许密封翼向上和向下移动使得其始终抵着横向限定翼的侧面对齐，达到紧密的密封。

图11显示了内部部件，其中限定翼和环形元件被除去以便清晰。在这个实施方案中，限定翼气密地附接到翼状驱动球，其中每个横向限定翼沿着在密封缝隙对中的每个缝隙之间延伸的驱动球的列布置。

图12显示了具有限定翼和环形元件的内部部件。再次示例了随着压缩机的旋转，环形元件和限定翼如何与翼状驱动球以及未示出的外部壳体相结合以限定在容积上增加或减少的八个隔室。

附图还显示了环形元件中接纳密封翼的缝隙如何有足够的深度以接纳密封翼的大致全部宽度，但是驱动缝隙定位密封翼使得其伸出缝隙，实现气密密封。

图13显示了压缩机的壳体13，其封装压缩机的内部部件并实现（在本实施方案中）八个最终的完全封闭的隔室，所述隔室进行实际的抽吸或压缩动作。壳体设有入口孔14和出口孔15，流体通过其进入并离开压缩机。

图14显示了压缩机的壳体和内部部件的横截面，并在此示例了密封翼保持旋塞周围的错综复杂的部件，如以下将更加彻底详细说明的。

图15显示了附接有密封保持旋塞16bdl-2、16acl-2的密封翼3al-2、3b1-2的实施方案的环形元件。每个密封翼被附接到压缩机对侧的对应的密封翼，使得密封翼3a1被附接到具有密封保持旋塞16ac1的密封翼3c1，并且相应地对于相对定位的密封翼的每对来说。

对于密封翼的每对来说，诸如对3al-2，各自的密封保持旋塞16acl-2与中心对侧上的成对密封翼3c1-2的密封保持旋塞平行地运行。这将意味着一对平行的密封保持旋塞将与另一对密封保持旋塞在中心处交叉，但是密封保持旋塞在靠近中心处弯曲，诸如在图中分别向上和向下偏移。靠近中心处的这种弯曲消除了在其它方面将存在的交叉问题。

图16显示了环形元件、密封翼、环形驱动球19和旋塞驱动球20的第二实施方案。

在前述实施方案中，密封翼是虚线的以便于识别，而在图16-17中，除密封翼以外的物体是虚线的。第二实施方案与第一实施方案的区别在于八个滑块17a1-2、17b1-2、17cl-2、17d1-2通过环形驱动球19中的导向件22a-d引导密封保持旋塞，并在于环形驱动球与环形元件21整合并且限定翼被整合并直接连接到轴6，基本上消除了翼状驱动球。恒速接头（例如Rzeppa型接头或双万向接头）可被应用于在旋塞驱动球20和环形驱动球之间传递扭矩，Rzeppa型接头的球被放置于轨道21中。

图17显示了压缩机的中心部分的实施方案的详图。更详细地示例了在密封翼和密封保持旋塞之间的交叉点附近的滑块17a1-2、17b1-2、17cl-2、17d1-2。所述滑块可由环形驱动球19中的导向件22a-d限制，从而确保密封保持旋塞且因此确保密封翼大致保持在环形元件2的平面上，基本上使得密封翼和环形元件翼2a-d之间的相对局部移动是无摩擦的。如果设有面对翼状驱动球的球形内壁的大致球面，则所述滑块可兼作润滑和/或流体密封件，在这种情况下，滑块随着其围绕压缩机的中心旋转而沿着环形驱动球的内壁移动，并且不论密封翼相对于横向限定翼处于何位置，滑块均在那里抵靠对齐。

再次，这意味着基本上没有抵着环形驱动球的内壁施加于滑块的力，降低了磨损和摩擦。如果实现充分的对齐，则可实现润滑和/或流体密封性。在密封保持旋塞上具有足够小的负载的应用中，将可以在完全没有液体润滑的情况下操作压缩机的所述部件，并且可通过固体润滑材料诸如例如PTFE获得任何必要的润滑。

图18显示了密封翼的可选择实施方案，其中密封翼缠绕环形元件，而不是使环形元件穿透缝隙。

图19显示了密封翼的另一个可选择的实施方案，其中密封翼缠绕环形元件至比图18中更小的程度，也不是使环形元件穿透缝隙。

在本说明书中，词语‘压缩机’仅被用作概括的名称，并且‘压缩机’表示压缩机，用于增加压力的泵、用于降低压力的泵或任何其它类似的机械。

工业适用性

要求保护的发明可用作液体介质的泵或气体介质的压缩机，例如在以下应用中（但并不限于以下应用）：燃料加压（燃料泵）、油加压（油泵，无级变速器）、空气压缩（工业空气压缩、内燃发动机的增压、燃料电池空气供给）。

Claims (6)

1.一种压缩机，其包括可旋转部分，所述可旋转部分封装于具有流体入口(14)和出口(15)的壳体(13)中，其中所述可旋转部分的部件围绕第一旋转轴可旋转，且所述部件包括至少一个横向翼(4a-b)，被封闭的容积被可旋转的环形元件(2)进一步再分隔，所述环形元件(2)围绕第二旋转轴可旋转，并且所述环形元件(2)在邻近的横向翼之间延伸，并且所述环形元件设有用于使所述环形元件的法线与所述第一旋转轴成角度地布置所述环形元件的装置(7、18、19)，且其中所述环形元件还设有用于接纳至少一个横向翼的缝隙，其特征在于：所述环形元件设有用于接纳密封翼(3、3al-2、3bl-2、3cl-2、3d1-2)的第二缝隙，或所述密封翼(23、24)至少部分地缠绕所述环形元件；所述密封翼与所述环形元件大致平行地延伸，并且所述密封翼被附接到密封保持旋塞(16bd1-2、16ac1-2)，所述密封保持旋塞(16bd1-2、16ac1-2)大致朝向所述压缩机的中心延伸并通过围绕所述压缩机的所述中心布置的至少一个元件(8、9、20)中的驱动缝隙(11a1-2、11b1-2)，其中所述驱动缝隙与所述至少一个元件的旋转轴大致平行地延伸且因此与所述横向翼大致平行地延伸。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述密封翼成对地布置，其中该对中的每个密封翼位于所述第二旋转轴的大致相对侧上，且其中该对中的所述密封翼通过所述密封保持旋塞相连接。

3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于：至少一个所述密封保持旋塞设有中心部分，所述中心部分大致在所述第二旋转轴的方向上偏移。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机，其特征在于：所述密封保持旋塞设有导向滑块(17、17a1-2、17b1-2、17c1-2、17d1-2)，且其中导向件(22a-d)限制所述导向滑块且因此限制所述密封翼在大致所述环形元件(2)的平面上进行有限的移动，从而确保所述密封翼相对于所述环形元件进行实质上无摩擦的局部移动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其特征在于：布置了用于使所述环形元件的法线与所述第一旋转轴成角度地布置所述环形元件的所述装置(7、18、19)，使得所述角度是可变的。

6.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于：布置了用于使所述环形元件的法线与所述第一旋转轴成角度地布置所述环形元件的所述装置(7、18、19)，使得所述角度是可变的。