CN117846962B - 一种用于多级压缩的紧凑型压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机领域，具体为一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，包括壳体和壳体内部形成的腔体，所述腔体内设置有驱动机构，所述驱动机构的两端分别连接一级压缩机构和二级压缩机构；所述一级压缩机构包括第一动涡旋盘，所述二级压缩机构包括第二动涡旋盘，所述第一动涡旋盘和第二动涡旋盘分别连接在驱动机构的两端，二者涡旋型线基圆相同，相位差180°，同步旋转且方向相反。采用卧式设计，将两个涡旋组件集成在一个压缩***中且采用同一个驱动机构进行驱动，极大的减小了压缩设备的占用体积；两个涡旋机构形成串联关系，对气体实现两次的压缩，极大的提高了压缩效率。

Description

一种用于多级压缩的紧凑型压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种用于多级压缩的紧凑型压缩机。

背景技术

涡旋压缩机是一种容积式压缩机，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋盘组成，被广泛应用在制冷空调***及气体压缩机领域。多级压缩的紧凑型压缩机是指将多级压缩部件集成于同一压缩机壳体内，从而实现结构紧凑，体积小巧并且多级压缩能极大提高压缩机效率。

现有的多级压缩机，如专利号为CN105402124B的一种多级压缩机及空调***，采用的是转子压缩机构和涡旋压缩机构相结合的多级压缩方式，此种设置多用于空调***中，对于氦气等压缩热量较大的气体中不能适用，效率提升不明显；如专利号为CN203809292U的一种分体式双头涡旋压缩机，虽然采用双头的涡旋机构且采用同一个驱动机构，但是两端的涡旋机构为“并联”连接，采用的是相同的吸气和排气，仅仅增加了压缩机的排气量，但是对压缩效率并未有效的提高；如专利号为CN218882516U的一种双级涡旋压缩的电动压缩机，采用的立式的双级涡旋机构且采用同一个驱动机构，但是压缩气体的流动方式是在压缩机内部进行流动，对于压缩热量较大的气体容易导致压缩机的温度急剧升高。

因此，如何在实现压缩机结构紧凑的同时，提高压缩机的效率并且使其能够稳定的长时间运行是本领域技术人员需要考虑的问题。

发明内容

本发明目的是：提供一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，以解决现有技术中多级压缩机不适用于高热量气体压缩，以及压缩效率低等问题。

本发明的技术方案是：一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，包括壳体和壳体内部形成的腔体，所述腔体内设置有驱动机构，所述驱动机构的两端分别通过第一机架连接一级压缩机构和通过第二机架连接二级压缩机构，且所述一级压缩机构和二级压缩机构分别设置在腔体的两端；所述一级压缩机构、第一机架和第二机架以及腔体共同构成第一排气腔，同时所述第一排气腔压力为二级压缩机构的吸气压力；

所述一级压缩机构包括第一动涡旋盘，所述二级压缩机构包括第二动涡旋盘，所述第一动涡旋盘和第二动涡旋盘分别连接在驱动机构的两端，二者涡旋型线基圆相同，相位差180°，同步旋转且方向相反。

优选的，所述壳体上靠近一级压缩机构的一侧设置有第一进气口和第一排气口；

所述一级压缩机构包括第一静涡旋盘，所述第一静涡旋盘和第一动涡旋盘形成第一压缩腔；气体由第一进气口进入，在第一压缩腔压缩后，进入第一排气腔，并由第一排气口排出。

优选的，所述第一动涡旋盘和第一机架之间形成背压腔；

所述第一动涡旋盘上设置有第一通道，所述第一静涡旋盘的静盘底板上设置有第一气槽，所述第一气槽与背压腔连接。

优选的，所述第一通道的两端分别为第一连接孔和第二连接孔，所述第一连接孔与第一压缩腔连接，所述第二连接孔与第一气槽连接；其中，所述第一动涡旋盘平动运动时，所述第二连接孔与第一气槽连通，使得所述第一通道与所述背压腔连通。

优选的，所述第一静涡旋盘上设置有第二通道，所述第二通道的一端与壳体上设置有第一进油口连接，另一端与第一压缩腔连接；

冷却油由所述第一进油口进入第二通道及第一压缩腔，再由第一通道进入背压腔。

优选的，所述壳体上靠近二级压缩机构的一端设置有第二进气口和第二排气口；

所述二级压缩机构包括第二静涡旋盘，所述第二静涡旋盘与第二动涡旋盘形成有第二压缩腔；所述第一排气口排出的气体通过换热组件进入第二进气口，在第二压缩腔内压缩后由第二排气口排出。

优选的，所述第二动涡旋盘的动盘齿上设置有与第二静涡旋盘的静盘底板相配合的第一密封条；所述第二静涡旋盘的静盘齿上设置有与第二动涡旋盘的动盘底板相配合的第二密封条，所述第二压缩腔通过第一密封条和第二密封条实现密封。

优选的，所述第二静涡旋盘的静盘底板上设置有第三通道，所述第三通道的一端与所述壳体上设置的第二进油口连接，另一端与第二压缩腔连接；

所述第二动涡旋盘上设置有第四通道，所述第四通道与第一排气腔连接；

冷却油由所述第二进油口进入第三通道及第二压缩腔，再由所述第四通道进入第一排气腔。

优选的，所述壳体上设置有出油口，所述出油口的一端与第一排气腔连接，另一端与第一进油口连接，同时通过增压泵与第二进油口连接。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）采用卧式设计，将两个涡旋组件集成在一个压缩***中且采用同一个驱动机构进行驱动，极大的减小了压缩设备的占用体积；两个涡旋机构形成串联关系，对气体实现两次的压缩，极大的提高了压缩效率；

（2）在两级压缩机构中采用不同的密封设置，其中一级压缩机构中采用背压式的动盘浮动密封，二级压缩机构中采用了无排气腔式的齿顶密封条密封，能够在集成式的设计中保证两个压缩机构相互融合，并稳定的运行；

（3）共用的回油设计，采用相同的回油通道解决了一般多级压缩机中油路不平衡的问题；且分别在两级压缩机构的设计中，回油的同时还对与驱动机构连接的滑动轴承及滚子轴承等结构起到润滑作用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述用于多级压缩的紧凑型压缩机的结构示意图；

图2为本发明所述用于多级压缩的紧凑型压缩机的剖视结构示意图；

图3为本发明所述一级压缩机构的结构示意图；

图4为图3中A处放大的结构示意图；

图5为本发明所述第一静涡旋盘的剖视结构示意图；

图6为本发明所述二级压缩机构的结构示意图；

图7为本发明所述第二静涡旋盘的剖视结构示意图；

图8为本发明所述单级压缩和两级压缩时被压缩气体体积和压力变化的曲线图。

其中：壳体1，腔体1a，第一进气口11，第一排气口12，第一进油口13，出油口14，第二进气口15，第二排气口16，第二进油口17；

驱动机构2，曲轴21；

一级压缩机构3，第一压缩腔3a，背压腔3b，第一机架31，第一静涡旋盘32，第一气槽321，第二通道322，第一动涡旋盘33，第一通道331，第一连接孔3311，第二连接孔3312；

二级压缩机构4，第二压缩腔4a，第二机架41，第二静涡旋盘42，第二密封条421，第三通道422，第二动涡旋盘43，第一密封条431，第四通道432；

平衡块5；

第一排气腔6a；

换热组件7；

增压泵8。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

如图1~图2所示，一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，包括壳体1，壳体1为卧式设置，其内部中空形成腔体1a。腔体1a内设置有驱动机构2，驱动机构2可以是双头电机，其驱动轴为曲轴21；一级压缩机构3和二级压缩机构4均设置在腔体1a的内部且分别位于腔体1a的两端。

驱动机构2两端的曲轴21上分别连接有第一机架31和第二机架41，其中，一级压缩机构3的第一静涡旋盘32固定连接在第一机架31上，第一动涡旋盘33连接在靠近第一机架31上的曲轴21的端部；二级压缩机构4的第二静涡旋盘42固定连接在第二机架41上，第二动涡旋盘43连接在驱动机构2另一端的曲轴21上；驱动机构2转动时，可通过曲轴21驱动第一动涡旋盘33和第二动涡旋盘43分别在第一静涡旋盘32和第二静涡旋盘42上啮合平动。为保证一级压缩机构3和二级压缩机构4能够同时稳定的运转，一级压缩机构3和二级压缩机构4的涡旋型线基圆相同，相位差为180°；第一动涡旋盘33和第二动涡旋盘43的旋转同步，且分别在二者的俯视方向上旋转方向相反；同时在一级压缩机构3和二级压缩机构4处均设置有平衡块5，以保证整体机构的动平衡。

一级压缩机构3、第一机架31和第二机架41以及腔体1a共同构成第一排气腔6a，同时第一排气腔6a压力为二级压缩机构4的吸气压力。

如图2~图5所示的一级压缩机构3，第一静涡旋盘32和第一动涡旋盘33形成第一压缩腔3a。第一动涡旋盘33和第一机架31之间形成背压腔3b；第一动涡旋盘33上设置有第一通道331，第一静涡旋盘32的静盘底板上设置有第一气槽321，第一气槽321与背压腔3b连接，同时也可以与第一通道331连接，当第一通道331与第一气槽321连接时，第一压缩腔3a和背压腔3b形成连通，使得第一压缩腔3a内的气体进入背压腔3b中，通过对第一动涡旋盘33施加向第一静涡旋盘32的背压力，达到第一动涡旋盘33和第一静涡旋盘32的轴向密封的目的。

具体的如图3所示，图中箭头方向为进入背压腔气体的流动方向，第一通道331的两端分别为第一连接孔3311和第二连接孔3312，第一连接孔3311与第一压缩腔3a连通，第二连接孔3312与第一气槽321连接。其中，第二连接孔3312和第一气槽321并非持续的连通，在第一动涡旋盘33平动运动的每一个周期内的一段时间内，第二连接孔3312与第一静涡旋盘32的底面连接，相当于闭合状态，另一段时间内，第二连接孔3312与第一气槽321重叠度逐渐增大或减小，此时为连通状态，即第一通道331与背压腔3b连通。本实施例中，每一组压缩机构可形成两个压缩腔，即第一压缩腔3a有两个，因此，第一连接孔3311也需要设置两个分别与两个第一压缩腔3a连通，以避免两个第一压缩腔3a排出的压缩气体的波动。另外，可以根据实际需求对第一连接孔3311、第二连接孔3312和第一气槽321的位置进行设计，以实现对背压腔3b内的进气时间和压力的初步控制，同时在第一静涡旋盘32上还安装有背压阀（图中未画出），当背压过大时，背压阀打开可降低压力，以实现对背压腔3b压力的精准控制。

壳体1上靠近一级压缩机构3的一侧设置有第一进气口11和第一排气口12。一级压缩机构3的气体流动路径为：气体由第一进气口11进入第一压缩腔3a，在第一压缩腔3a内压缩后进入第一排气腔6a，再由第一排气口12排出；同时，第一压缩腔3a压缩气体由第一通道331和第一气槽321进入背压腔3b，为第一动涡旋盘33提供背压。

壳体1上靠近一级压缩机构3的一端设置有第一进油口13，靠近第一排气腔6a的下端设置有出油口14，出油口14还与第一进油口13连通。如图5所示，图中箭头方向为冷却油流动方向，第一静涡旋盘32上设置有与第一进油口13连接的第二通道322。一级压缩机构3的冷却油的流动路径为：冷却油由第一进油口13进入，并通过第二通道322进入第一压缩腔3a，实现对第一压缩腔3a内压缩气体的冷却；之后通过第一通道331和第一气槽321进入背压腔3b，实现对第一动涡旋盘33上的圆柱滚子轴承和滑动轴承等润滑；同时，还随着压缩排气进入第一排气腔6a内，最后由出油口14排出至循环***中。其中，出油口14排出的冷却油一部分经由第一进油口13再次进入一级压缩机构3中。

如图6~图7所示的二级压缩机构4，第二静涡旋盘42与第二动涡旋盘43形成第二压缩腔4a。第二动涡旋盘43的动盘齿上设置有与第二静涡旋盘42的静盘底板相配合的第一密封条431；第二静涡旋盘42的静盘齿上设置有与第二动涡旋盘43的动盘底板相配合的第二密封条421，第二压缩腔4a通过第一密封条431和第二密封条421实现密封。本实施例中，满足背压密封的条件是背压腔中的压力大于吸气压力，二级压缩机构4的吸气压力与一级压缩机构3的排气压力相同，即与第一排气腔6a内的压力相同，因此若在二级压缩机构4处设置背压腔，此处的背压腔的压力与吸气压力相同，起不到背压密封作用。

壳体1上靠近二级压缩机构4的一端设置有第二进气口15和第二排气口16，第二进气口15与第一排气口12通过换热组件7连接。二级压缩机构4的气体流动的路径为：第一排气口12排出的气体经过换热组件7降低温度，再经过第二进气口15进入第二压缩腔4a进行二次压缩，压缩后的气体由第二排气口16排出。

如图1所示，壳体1靠近二级压缩机构4的一端设置有第二进油口17，第二进油口17通过增压泵8与出油口14连接。第二静涡旋盘42的静盘底板上设置有第三通道422，第三通道422的一端与壳体1上设置的第二进油口17连接，另一端与第二压缩腔4a连接。第二动涡旋盘43上设置有第四通道432，第四通道432与第一排气腔6a连接。二级压缩机构4的冷却油流动路径为：出油口14排出的冷却油经过增压泵8进入第二进油口17，并经过第三通道422进入第二压缩腔4a实现对第二压缩腔4a内的压缩气体的冷却；之后经过第四通道432进入第二动涡旋盘43背面对滑动轴承和滚子轴承等进行润滑，再流入第一排气腔6a并由出油口14排出。

本实施例中，以气体的压力为P，温度为T为例。由第一进气口11进入的待压缩气体为（P₁，T₁），在经过一级压缩机构3压缩后，第一排气口12排出的气体为（P₂，T₂），同时进入第一排气腔6a和背压腔3b的气体的压力为P₂，背压腔3b的压力大于一级压缩机构3的进气压力，可实现背压密封；第一排气口12处排出的气体经过换热组件7换热降温至T₁后为（P₂，T₁）并由第二进气口15进入第二压缩腔4a再次进行压缩，经过压缩后的气体为（P₃，T₂）并全部由第二排气口16排出至应用***的中。相较于传统的单级压缩或并联式的多级压缩，如图8所示，以a-b的过程为单级压缩，以及本实施例的两级压缩为例，a-c的过程为一级压缩；c-c^,为一级压缩后等压降温的过程；c^,-b^,的过程为二级压缩。在此过程中，两级压缩更接近于a-b^,,等温压缩的过程，因此本实施例中的二级压缩指示功至少减少图中阴影部分（cc^,b^,b）的面积。可有效的增加压缩机的效率，同时达到节能减排的目的。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (3)

1.一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，其特征在于，包括壳体和壳体内部形成的腔体，所述腔体内设置有驱动机构，所述驱动机构的两端分别通过第一机架连接一级压缩机构和通过第二机架连接二级压缩机构，且所述一级压缩机构和二级压缩机构分别设置在腔体的两端；所述一级压缩机构、第一机架和第二机架以及腔体共同构成第一排气腔，同时所述第一排气腔压力为二级压缩机构的吸气压力；

所述一级压缩机构包括第一动涡旋盘，所述二级压缩机构包括第二动涡旋盘，所述第一动涡旋盘和第二动涡旋盘分别连接在驱动机构的两端，二者涡旋型线基圆相同，相位差180°，同步旋转且方向相反；

所述壳体上靠近一级压缩机构的一侧设置有第一进气口和第一排气口；

所述一级压缩机构包括第一静涡旋盘，所述第一静涡旋盘和第一动涡旋盘形成第一压缩腔；气体由第一进气口进入，在第一压缩腔压缩后，进入第一排气腔，并由第一排气口排出；

所述第一动涡旋盘和第一机架之间形成背压腔；

所述第一动涡旋盘上设置有第一通道，所述第一静涡旋盘的静盘底板上设置有第一气槽，所述第一气槽与背压腔连接；

所述第一通道的两端分别为第一连接孔和第二连接孔，所述第一连接孔与第一压缩腔连接，所述第二连接孔与第一气槽连接；其中，所述第一动涡旋盘平动运动时，所述第二连接孔与第一气槽连通，使得所述第一通道与所述背压腔连通；

所述第一静涡旋盘上设置有第二通道，所述第二通道的一端与壳体上设置的第一进油口连接，另一端与第一压缩腔连接；

冷却油由所述第一进油口进入第二通道及第一压缩腔，再由第一通道进入背压腔；

所述壳体上靠近二级压缩机构的一端设置有第二进气口和第二排气口；

所述二级压缩机构包括第二静涡旋盘，所述第二静涡旋盘与第二动涡旋盘形成有第二压缩腔；所述第一排气口排出的气体通过换热组件进入第二进气口，在第二压缩腔内压缩后由第二排气口排出；

所述第二动涡旋盘的动盘齿上设置有与第二静涡旋盘的静盘底板相配合的第一密封条；所述第二静涡旋盘的静盘齿上设置有与第二动涡旋盘的动盘底板相配合的第二密封条，所述第二压缩腔通过第一密封条和第二密封条实现密封。

2.根据权利要求1所述的一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，其特征在于：所述第二静涡旋盘的静盘底板上设置有第三通道，所述第三通道的一端与所述壳体上设置的第二进油口连接，另一端与第二压缩腔连接；

所述第二动涡旋盘上设置有第四通道，所述第四通道与第一排气腔连接；

冷却油由所述第二进油口进入第三通道及第二压缩腔，再由所述第四通道进入第一排气腔。

3.根据权利要求2所述的一种用于多级压缩的紧凑型压缩机，其特征在于：所述壳体上设置有出油口，所述出油口的一端与第一排气腔连接，另一端与第一进油口连接，同时通过增压泵与第二进油口连接。