CN1103409C - 多元复合式涡旋机 - Google Patents
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Abstract
多元复合式涡旋机为一种气体膨胀或压缩机；其主要特点是一根曲轴动装一个或多个动盘，动盘上在曲柄周围装设轴向压力平衡(关于动盘中心面轴向相背或相对称)、径向动平衡(动盘轴心过其重心)、可同时具有压缩和膨胀及异压级功能的一组涡旋体，两侧静盘上分别设有与之密切配合的静涡旋体；应用本技术的制冷机、空调机、内燃机及其增压器、蒸汽机、空压机、空气分离机等，均可收到体积小、重量轻、运行稳、噪音低、特别是效率高的显著效果。
Description
本发明——多元复合式涡旋机是一种新型的气体压缩、膨胀机。
现有的涡旋(压缩、膨胀)机具有运行较稳、效率较高的优点，但是，一根曲轴只能在其端部曲柄上装设一个涡旋体；仅有一级压缩或膨胀功能；曲柄润滑部位直接受中心工作腔(高)温度的影响；十字圆环或圆柱销与机架和动盘之间的滑动磨擦很强；动盘在背压的作用下与静盘之间也存在很强的滑动磨擦；由于背压的建立是依靠背压孔从工作腔取压，曲轴、曲柄、十字圆环(或圆柱销)等直接遭受工质温度及其所含污物的损害。因此，不适宜用于高温气体的压缩、膨胀；不能具有多级压缩、膨胀功能；更不能在同一动盘上同时具有压缩和膨胀功能；而且其各滑动磨擦部位仍有很大的减磨潜力。例如：它不适宜用于制造内燃机及其增压器。
本发明的主要任务是：增大涡旋机的功能体积比和功能重量比；减小磨擦(以进一步提高效率、延长寿命)；使动盘的背压自动平衡；尤其是要扩展其功能，使其在同一动盘上同时具有多级压缩和膨胀功能，并使曲柄免受各个涡旋体中心工作腔高温的影响。更加广泛地用于制冷、热泵、空调、空气分离，特别是内燃机及内燃机增压器等。
为完成上述任务，本发明的技术解决方案是：多元复合式涡旋机，主要由动盘(1)、动涡旋体(11)、静盘(2)、静涡旋体(21)、密封瓦(3)、曲轴(4)、平衡锤(41)、平动约束辊(5)、机架等组成。其特点是动盘(1)上装设关于其中心面轴向相背以使其轴向压力平衡、中心在其所在曲柄(42)轴心上以使其动平衡、对于曲柄(42)轴心膨胀或压缩力矩相消以使其合力矩为零，即力矩平衡、可旋向不同以使其同时具有压缩、膨胀功能、可起始角和高度不同以使其具有异压级功能的一组动涡旋体(11)，在轴向两侧分别与固装于机架的两个静盘(2)上相应的静涡旋体(21)密切配合，各个动涡旋体(11)至动盘(1)的中心有一段距离以使曲柄(42)避开工质的高温。
其第二个特点是在只有同一压或胀之功能、同一气压级的同一动盘(1)上，四个涡旋体按关于动盘中心面轴向对称、关于曲柄(42)轴心径向对称设置，
其第三个特点是曲轴(4)上可以动装一个或多个动盘(1，轴向位置不同)以装设不同旋向、不同节距的动涡旋体(11)来完成不同气压级压缩和膨胀的任务，各动盘(1)的动装相位和极距符合整机动平衡要求，单动盘曲轴(4)则固装平衡锤(41)。
其第四个特点是功能一致、轴向对称的一对动涡旋体(11)之公共底盘上沿涡旋空间中心线分设一组直径小于密封瓦(3)宽度的轴向压力平衡通孔(111)以保证各个部位轴向压力的平衡。
其其第五个特点是平动约束辊(5)为轴向对称、中粗端细的阶梯轴状，其直径粗细比在2～1之间，它动装于机体与动盘(1)之间以方便动盘(1)的安装、调整和在减小动、静涡旋体(11、21)之间磨擦的前提下保证动盘(1)只公转而不自转。
其第六个特点是密封瓦(3)动装于涡旋体(11、21)端部的瓦槽内，其中装有弹簧或通有压力适宜的压缩空气，以消除相互配合的动、静涡旋体(11、21)之间的轴向热应力和冷间隙。
多元复合式涡旋机的工作原理是：曲轴(4)的转动驱使装在曲柄(42)上的动盘(1)运动，由于动盘(1)上各动涡旋体(11)的轴向特殊(如同功能、同压级的动涡旋体轴向对称)设置，不用背压而自动平衡了各个工作腔的轴向力而得到了轴向压力平衡，动涡旋体(11)的径向特殊(如同功能、同压级的动涡旋体径向对称)设置而得到了关于曲柄(42)轴心的力矩平衡和动平衡，各个动涡旋体(11)与静涡旋体(21)及曲柄(42)的位置关系保证了动盘(1)只绕曲轴(4)轴心公转而不自转，即只做回旋平动，平动约束辊(5)的加设保证了动盘(1)安装、调整的方便，同时更规定了动盘(1)的平动，减小了动、静涡旋体(11、21)的相互磨擦。动、静涡旋体(11、21)之间的相对运动基本为滚动，有少量滑动(即滚而微滑)，这样既有较小的磨擦系数，又利于涡旋体(11、21)侧表面少量杂质的清除。由于涡旋体(11、21)旋向可以不同(相反)，当曲轴(4)向某一方向旋转时，几组涡旋体(11、21)对气体进行压缩，而另几组则对气体进行膨胀。当然涡旋体的旋向也可全都相同，当曲轴(4)的转动方向不变时只有一种功能——压缩或者膨胀。密封瓦(3)在弹簧或压缩气体的作用下，随时以适宜的压力填充动、静涡旋体(11、21)之间的轴向间隙，完成各相邻工作腔之间的径向密封任务。由于同功能、同压级的涡旋体运行相位对称，所以作用于曲轴(4)上运行力矩的相对波动得以减小。
图1是用于以内燃机的排气压力能对其进气进行压缩的“紧凑复合涡旋式预压再胀机”的动、静涡旋体(11、21)配合的示意俯视图，其仰视图与它对称。
多元复合式涡旋机还可以用于高效空气分离机、大功率制冷压缩机、热泵、以压缩空气进行制冷的“双循环气体膨胀机”，特别是无工作余隙、燃气彻底膨胀、高效率、低噪音、低污染的内燃机——“内燃完全膨胀机”。
Claims (6)
1.多元复合式涡旋机为一种气体压缩或膨胀机，主要由动盘(1)、动涡旋体(11)、静盘(2)、静涡旋体(21)、密封瓦(3)、曲轴(4)、平衡锤(41)、平动约束辊(5)和机架等组成，其特征在于：动盘(1)上围绕曲柄(42)轴心装设关于动盘(1)中心面轴向相背而使其轴向压力平衡；重心在其所在曲柄上而使其动平衡；对于曲柄(42)轴心膨胀或压缩力矩相消而使其合力矩为零；可旋向不同而使其同时具有压缩、膨胀功能；可起始角和高度不同而具有异压级功能的一组动涡旋体(11)，在轴向两侧分别与固装于机架的两个静盘(2)上相应的静涡旋体(21)密切配合。
2.根据权利要求1所述多元复合式涡旋机，在只有同一压或胀之功能、同一气压级的同一动盘(1)上，四个涡旋体按关于动盘中心面轴向对称、关于曲柄(42)轴心径向对称设置。
3.根据权利要求1所述多元复合式涡旋机，其特征在于：曲轴(4)上可以依轴向位置不同动装一个或多个动盘(1)，各动盘(1)的动装相位和极距符合整机动平衡要求，单动盘曲轴(4)则固装平衡锤(41)。
4.根据权利要求1所述多元复合式涡旋机，其特征在于：功能一致、轴向对称的一对动涡旋体(11)之公共底盘上沿涡旋空间中心线分设一组直径小于密封瓦(3)宽度的轴向压力平衡通孔(111)。
5.根据权利要求1所述多元复合式涡旋机，其特征在于：平动约束辊(5)为轴向对称、中粗端细的阶梯轴状，其直径粗细比在2～1之间，它动装于机体(6)与动盘(1)之间，以保证动盘(1)只公转而不自转。
6.根据权利要求1所述多元复合式涡旋机，其特征在于：密封瓦(3)动装于涡旋体(11、21)的端部以消除相配动、静涡旋体(11、21)之间的轴向热应力和冷间隙。
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