專利名稱：具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種渦卷裝置，尤其涉及一種具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置。
背景技術：
通過兩個互相嚙合的螺旋型或漸開線型的渦卷元件相互共軛，并分別固定在各自的端板上，分別形成固定渦卷和繞動渦卷。這兩個渦卷元件互相嚙合在渦卷元件之間，形成線接觸。工作時，一對線接觸與端板表面之間至少形成一密封氣室。當繞動渦卷相對于固定渦卷做軌道運動(圓形平動)時，在螺旋型側壁上的線接觸會沿著該側壁移動，從而改變密封氣室的大小。在實際應用中壓縮機分成有油潤滑和無油潤滑兩種。排出壓縮機的被壓縮氣體含有大量的潤滑油，需要經油氣分離裝置達到汽油重量比為l_3ppm的含油量的壓縮機通常稱之為有油壓縮機。而在被壓縮氣體中完全不引入潤滑油，排出的被壓縮氣體中的汽油重量比為0. OOlppm以下的含油量的壓縮機通常稱之為無油壓縮機。汽油重量比為0. 001-0.1ppm的含油量的壓縮機稱之為微油(trace amount)壓縮機。美國專利4，861，245提供了動渦卷相對于定渦卷作軸向依從運動的浮動式渦卷壓縮機。繞動，固定渦卷之間形成的某壓縮氣室的壓力氣體被引入動渦卷背后的背壓氣室里，產生了推動動渦卷克服軸向分離力向定渦卷作依從運動的軸向偏力。美國專利4，877，382提供了固定渦卷相對于繞動渦卷作軸向依從運動的浮動式渦卷壓縮機。繞動，固定渦卷之間形成的某密氣室的壓力氣體被引入固定渦卷背后的背壓氣室里，產生了推動固定渦卷克服軸向分離力向繞動渦卷作依從運動的軸向偏力。以上兩個發明是單渦卷的軸線依從結構。美國專利6，758，659展示了一種全依從的，即具有軸向和徑向依從機構的，“懸浮”式雙渦卷的無油壓縮機。該發明提供了動渦卷相對于定渦卷作軸向依從運動的浮動式渦卷壓縮機。繞動，固定渦卷之間形成的某密封氣室的壓力氣體被引入繞動渦卷背后的背壓氣室里，產生了推動兩個繞動渦卷分別克服軸向分離力向與其嚙合的固定渦卷作軸向依從運動的軸向偏力。以上三個發明中，從繞動，固定渦卷之間形成的某密封氣室引入背壓氣室的壓力隨密封氣室在運動中的壓力周期性的變化作周而復始的變化。繞動，固定渦卷之間的由被壓縮氣體產生的分離力等于各壓縮氣室里的氣體壓力與該壓縮氣室的面積的乘積之和。由于在周期性的壓縮氣室的面積減小同時壓力增加從而其乘積保持比較穩定的數值。而在背壓氣室中，由于面積固定而壓力周期性變化引起軸向偏力做較大的周期性變化。這樣，在軸向偏力的最小值足以克服有壓縮氣體產生的分離力時，軸向偏力的最大值就大大超過了相應的分離力，從而引起繞動渦卷預估定渦卷之間過大的摩擦損耗。這一點在高壓壓縮機的應用中尤其顯得突出
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，以達到背壓氣室內氣壓的問題，使得壓縮機內的軸向偏力較小且保持穩定。本發明一種具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，包括，一固定渦卷和一繞動渦卷置于一主殼體內部；所述繞動渦卷的上端板的渦卷元件與所述固定渦卷下端板的渦卷元件共軛接觸，所述繞動渦卷和所述固定渦卷的所述渦卷元件呈螺旋狀或漸開線型；相鄰的所述繞動渦卷的渦卷元件與所述固定渦卷的渦卷元件之間接觸和分離的部分，以及所述上端板和所述下端板，共同形成至少一密封氣室；一主軸的上端部通過軸承連接繞動渦卷的下端板的中部，以帶動所述繞動渦卷運動，主殼體開設有進氣口，以將外部氣體輸送至所述密封氣室；所述固定渦卷具有排氣室，以將運動至所述固定渦卷中心的所述密封氣室內的壓縮氣體排出；所述繞動渦卷的下端板與一繞動推力板接觸，并形成至少一背壓氣室，所述繞動推力板通過軸承連接所述主軸；所述繞動渦卷內設有至少一氣道，所述氣道能夠在所述繞動渦卷與所述固定渦卷做相對運動過程中，連通所述背壓氣室和所述密封氣室，其中，所述繞動渦卷內還設有一單向閥，該單向閥所處的通道與所述氣道貫通，所述單向閥的閥頭指向所述氣道，所述單向閥能夠隨與所述氣道相連通的所述密封氣室的壓力的升高而打開。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，所述閥頭后部具有彈性元件，使得所述氣道在不同的壓強下，所述閥頭能夠將所述氣道能夠導通或封閉。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，所述繞動渦卷上端板與所述主殼體相接觸部分上設置有一圈唇封槽。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，所述繞動渦卷的上端板，位于所述唇封槽與所述繞動渦卷的渦卷元件之間的部分為網格狀。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，所述繞動渦卷的渦卷元件和/或所述固定渦卷的渦卷元件的上端面設置為網格狀。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，所述網格的每個格的深度為0. 05毫米到5毫米之間。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，網格的幾何形狀可以是正方形，圓形，矩形及其它任何形狀，網格的線性尺寸的設計要與繞動渦卷的繞動半徑相匹配，使得網格結構在繞動渦卷做繞動運動中，能掃過與其相應配合的平面上所有的面積，不會在與其相應配合的平面上留下任何一點不接觸的表面，例如，繞動半徑為Imm時，正方形網格的邊長不得大于1mm，得網格的凹面不會在相應配合的平面上留下不接觸的痕跡。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的一實施例，其中，所述繞動渦卷的下端板與所述繞動推力板之間設置有至少一密封元件，所述至少一密封元件用于密封所述背壓室。本發明提供的具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，使之具有的積極效果是通過在繞動渦卷內的氣道上設置一個單向閥，使得背壓氣室內的壓力不隨與其相通的密封氣室的壓力高低變化，保持了軸向偏力維持在合理的范圍內。
圖1是本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的剖視圖；圖2是圖1中A處的放大結構圖；圖3是本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的繞動渦卷的俯視圖；圖4是圖3中C處的放大結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖給出本發明一種具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的具體實施方式
。圖1是本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的剖視圖，圖2是圖1中A處的放大結構圖，如圖1以及圖2所示，本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的結構包括一固定渦卷50和一繞動渦卷61置于裝置的主殼體20內部，底座機殼70與主殼體20相連接，共同將固定渦卷50和繞動渦卷61以及其他各部件容置在內部；繞動渦卷61的上端面的渦卷元件62與固定渦卷50下端面的渦卷元件52相互共軛抵接，并在工作時渦卷元件62可相對渦卷元件52繞動，渦卷元件62和渦卷元件52呈螺旋狀或漸開線型。渦卷元件62與渦卷元件52之間接觸和分離的部分，以及繞動渦卷61的上端板和固定渦卷50的下端板之間，共同形成至少一密封氣室，如圖1中的密封氣室81 ;—主軸40的上部通過一驅動關節64連接軸承260，軸承260通過鑲套270與繞動渦卷61固定聯接，主軸40帶動繞動渦卷61做繞動，主殼體20上開設有進氣口 80，該進氣口 80與位于渦卷元件52與渦卷元件62最外圈形成的密封氣室連通，密封氣室在工作過程中，通過渦卷元件52與渦卷元件62之間相對的軌道運動，亦可稱之為圓形的平動或繞動，密封氣室逐漸從外向內運動，且體積逐漸減小，因此密封氣室內的氣體被壓縮，氣壓逐漸增大；固定渦卷50的中部具有排氣室82，該排氣室82的用處是將位于最內圈的密封氣室內的高壓氣體排出，排氣室82還與設置在固定渦卷50上方的排氣閥100以及排氣口 110連通。如圖2所示，在繞動渦卷61的上端板上設置有一壓力氣室624，且該壓力氣室位于固定渦卷50與繞動渦卷61相接觸面的邊沿，固定渦卷50上開設有一氣道56，該氣道56通過氣道564與壓力氣室624相通，另一端通過氣道562與位于渦卷元件62與渦卷元件52之間，并且位于一個或多個密封氣室運動的路徑上，使得氣道56能夠在繞動渦卷61與固定渦卷50做相對運動過程中，連通壓力氣室624和某選定的具有恰當壓力的密封氣室。本實施例一中，壓力氣室624可以為一沿所述固定渦卷與繞動渦卷相接觸面的外沿設置一周的凹槽。如圖2所示，繞動渦卷61的上端板與主殼體20相接觸部分上設置有一圈唇封槽68，以放置唇封，本實施例中唇封槽68開設在繞動渦卷61的上端板上，當然亦可開設在主殼體20上，通過在唇封槽68的內部設置唇封，能夠阻止位于唇封槽68外側，繞動渦卷61與主殼體20之間的潤滑油滲入唇封槽68內側的無油區域，尤其是防止潤滑油進入渦卷元件52與渦卷元件62中。實際中，即使增加了一圈唇封槽68，由于繞動渦卷61的上端板與主殼體20之間長時間的摩擦，亦會造成有部分潤滑油滲入至唇封槽68的內部，滲入的潤滑油會隨壓縮氣體排放到外面，造成壓縮氣體的污染。
因此，通過實施例一所述的具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，壓力氣室624位于渦卷元件52與渦卷元件62的外側，由于壓力氣室624在繞動渦卷61的做繞動的過程中，與其中的密封氣室連通，使得壓力氣室624的氣壓大于潤滑油滲入方向的氣壓，使得潤滑油無法滲入壓力氣室624內的渦卷元件52與渦卷元件62，也就保證了渦卷元件52與渦卷元件62的無油狀態。當然，在某些情況下，壓縮機需要渦卷元件52與渦卷元件62具有微油，也就是在背景技術部分中所述的汽油比重為0. 001-0.1ppm的含油量的壓縮機，在這種情況下，可以不設置唇封，降低或甚至取消壓力氣室中的氣體壓力使得微油能夠滲入壓力氣室624內的渦卷元件52與渦卷元件62。這樣就形成了一種渦卷元件52與渦卷元件62含有微油的狀態，滿足了微油壓縮機的要求。同時，通過實施例一所述的具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，在繞動渦卷61相對于固定渦卷50做繞動的過程中，由于氣道56能夠連通壓力氣室624和一密封氣室，由于密封氣室中的氣壓較高，使得壓力氣室624的氣壓升高。因為壓力氣室624處于主殼體20、繞動渦卷61與固定渦卷50的結合處，繞動渦卷61進行繞動動作過程中，繞動渦卷61與固定渦卷50和主殼體20之間的摩擦力減少，這樣就能夠有效減少由于摩擦作用產生的大量熱，達到了在無油或微油狀態下對其他運動部件和承力部件進行潤滑的效果。圖3是本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置的繞動渦卷的俯視圖，如圖3所示，渦卷元件62為螺旋狀。位于唇封槽68與所述繞動渦卷的渦卷元件62之間的部分為網格狀部分621和網格狀部分623,網格狀部分621和網格狀部分623之間為壓力氣室624。由于網格狀部分621和網格狀部分623位于繞動渦卷61在做繞動運動的過程中，長時間處于主殼體20、繞動渦卷61以及固定渦卷50之間的接觸面內部，而不會露出其表面來散熱，因為，隨著繞動渦卷61的長時間繞動動作，使得網格狀部分621和網格狀部分623的熱量無法有效散出，如果網格狀部分621和網格狀部分623設置為現有的平面的結構，就會因為熱量長時間無法散出，造成壓縮機內部溫度過高，進而造成壓縮機的壽命的減少和損壞。該部分處于無油或微油狀態，網格結構使得該部分即能起到平面密封作用，又能避免金屬表面因摩擦而溶解。因此，本發明中，將此部分設置為網格狀，能夠減少由于摩擦產生的熱量，且網格狀部分621和網格狀部分623總有一部分面積不長時間接觸主殼體20和固定渦卷50的下端板，也就有利于熱量的及時散出。此外，繞動渦卷原件62和固定渦卷元件52的頂端也做成網格狀。渦卷元件網格狀的結構要使網格的邊緣沿渦卷形線的螺旋狀設置。其目的是阻斷渦卷的密封氣室之間橫跨渦卷元件側壁的氣體通道。網格的幾何形狀可以是正方形，圓形，矩形及其它任何形狀，所述網格的每個格的深度以0. 05毫米到5毫米之間既能達到網格的減少摩擦的功用，又便于制造，具體尺寸視應用而定。當然也不是不可以用其它尺寸。網格在與主軸垂直的平面上的線性尺寸的設計要與繞動渦卷的繞動半徑相匹配，使得網格結構在動渦卷做繞動運動中，能掃過與其相應配合的平面上所有的面積，不會在與其相應配合的平面上留下任何一點不接觸的表面。為此，網格結構的線性尺寸不大于擾動半徑。例如，繞動半徑為Imm時，正方形網格的邊長不得大于1mm。使得網格的凹面不會在相應配合的平面上留下不接觸的痕跡。圖4是圖3中C處的放大結構圖，如圖4所示，在本發明的一個優選實施例中，網格部分621以及網格部分623的每一個格的的深度都較淺，例如，可以為0. 5毫米到2毫米之間，且相鄰的格之間的間隔很窄，例如，可以為0. 5毫米到2毫米之間，如0. 8毫米，這樣，網格部分621以及網格部分623在與主殼體20以及固定渦卷50可以很快磨的比較光滑，且網格之間的間隔可以被消磨掉，以減小網格部分621以及網格部分623可能帶來的摩擦阻力。當然，對于本領域技術人員來說，網格的深度以及間隔的長度可以根據具體情況靈活設置，而不僅僅限制于本實施例中所述的數字范圍。在不開設唇封槽的情況下，網格狀部分亦621以及網格部分623亦可以設置在上述的部分，而僅將唇封槽68去掉即可，在此不多做贅述。其中，結合圖1以及圖2所示，在上述各實施例中，固定渦卷50內還設有一單向閥120，該單向閥120所處的通道53與氣道56貫通，單向閥120的閥頭121指向氣道562，閥頭121的后部具有彈性元件，使得在氣道56的氣體壓強小于氣道562連通的某一壓強區間密封氣室81時，閥頭121打開，密封氣室81的氣體壓力通過氣道562，56和564被引入壓力氣室624。當在氣道56，也就是氣道564和壓力氣室624的氣體壓強大于氣道562連通的某一壓強區間一密封氣室81時，該閥頭121能夠封堵氣道56，564和壓力氣室624與氣道562和密封氣室81的連接。閥頭121后部具有彈性元件，使得所述氣道在不同的壓強下，所述閥頭121能夠將所述氣道能夠導通或封閉。圖1以及圖2所示出的氣道形式僅為說明本實施例，在實際中，氣道56的結構和單向閥54的具體設置形式，本領域技術人員可以靈活進行選擇。通過在固定渦卷50中設置單向閥120，來控制氣道56的貫通，只有在氣道56位于密封氣室的一端的氣壓大于一定值時，才貫通氣道56，這樣就能夠在連通的氣壓較低的情況下，保持氣室內的壓強。本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置實施例，如圖1以及圖2所示，繞動渦卷61的下端板與一繞動推力板261接觸，并形成至少一背壓氣室641，繞動推力板261通過軸承42連接主軸40的一個具有偏心距為繞動半徑Ror的偏心軸部分，在主軸40轉動時，繞動推力板261通過一固定的推力軸承板262支撐；繞動渦卷61內設有氣道66，氣道66能夠在繞動渦卷61與固定渦卷50做相對運動過程中，通過單向閥頭141，氣道67連通背壓氣室641和某一密封氣室626，繞動渦卷61內設有一單向閥140，該單向閥140所處的通道65與氣道66貫通，所述單向閥140的閥頭141指向氣道，當氣道65和66的氣體壓強小于密封氣室626的壓強，該閥頭141能夠封堵氣道65。其中，實施例中的單向閥140與氣道66之間的封堵結構可以與上述的單向閥120和氣道56相似，故在此不多做贅述。單向閥140的作用是使氣室641的壓力保持基本恒定在一個高位，即密封氣室626的最高壓力減去單向閥120后背的彈性元件所產生的壓力差。其中，如圖2所示，繞動渦卷的下端板與所述繞動推力板之間設置有密封元件641和密封元件643，以用于密封所述背壓室641。由于，在繞動潤卷61做繞動的過程中，背壓氣室641與密封氣室626連通,而每個密封氣室在從外向內的運動過程中，壓力逐漸增加，而多個密封氣室在運動過程中，分別與背壓氣室641連通，會造成背壓氣室641內壓力突減，以及在某些情況下背壓氣室641內的氣壓過高的問題，而壓縮機的軸向偏力通常需要保持一個比較穩定的值，而高低變化較大背壓氣室641中的壓力以及相對穩定的總軸向負載力，會導致總軸向負載力與背壓室中的壓差過大，進而導致一個較大的軸向偏力，因此會造成壓縮機的損壞，而本發明具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置通過設置一個單向閥140，并使得單向閥140在密封氣室壓力逐漸增大的過程中被推開，并在密封氣室壓力變小時封堵氣道66，使得背壓氣室641內的壓力保持穩定，也就使得壓縮機的軸向偏力通常能夠保持一個比較穩定的值。其中，在上述實施例中，均以氣道和氣道為一條進行的敘述，實際上氣道和氣道均可以為多條，其形狀亦不限于上述的情況。綜上所述，本發明提供的具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，通過在繞動渦卷內的氣道上設置一個單向閥，使得背壓氣室內的壓力不隨與其相通的密封氣室的壓力高低變化，保持了軸向偏力維持在合理的范圍內。上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現或使用本發明的，本領域普通技術人員可以在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新新特征的最大范圍。
權利要求
1.一種具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，包括，一固定渦卷和一繞動渦卷置于一主殼體內部；所述繞動渦卷的上端板的渦卷元件與所述固定渦卷下端板的渦卷元件共軛接觸，所述繞動渦卷和所述固定渦卷的所述渦卷元件呈螺旋狀或漸開線型；相鄰的所述繞動渦卷的渦卷元件與所述固定渦卷的渦卷元件之間接觸和分離的部分，以及所述上端板和所述下端板，共同形成至少一密封氣室；一主軸的上端部通過軸承連接繞動渦卷的下端板的中部，以帶動所述繞動渦卷運動，主殼體開設有進氣口，以將外部氣體輸送至所述密封氣室；所述固定渦卷具有排氣室，以將運動至所述固定渦卷中心的所述密封氣室內的壓縮氣體排出；所述繞動渦卷的下端板與一繞動推力板接觸，并形成至少一背壓氣室，所述繞動推力板通過軸承連接所述主軸；所述繞動渦卷內設有至少一氣道，所述氣道能夠在所述繞動渦卷與所述固定渦卷做相對運動過程中，連通所述背壓氣室和所述密封氣室，其特征在于，所述繞動渦卷內還設有一單向閥，該單向閥所處的通道與所述氣道貫通，所述單向閥的閥頭指向所述氣道，所述單向閥能夠隨與所述氣道相連通的所述密封氣室的壓力的升高而打開。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述閥頭后部具有彈性元件，使得所述氣道在不同的壓強下，所述閥頭能夠將所述氣道能夠導通或封閉。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述繞動渦卷上端板與所述主殼體相接觸部分上設置有一圈唇封槽。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述繞動渦卷的上端板，位于所述唇封槽與所述繞動渦卷的渦卷元件之間的部分為網格狀。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述繞動渦卷的渦卷元件和/或所述固定渦卷的渦卷元件的上端面設置為網格狀。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述網格的每個格的深度為O.05毫米到5毫米之間。
7.根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述網格的結構的線性尺寸不大于所述繞動渦卷的繞動半徑。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述繞動渦卷的下端板與所述繞動推力板之間設置有至少一密封元件，所述至少一密封元件用于密封所述背壓室。
全文摘要
本發明公開了一種具有穩定壓力背壓室的渦卷流體位移裝置，包括，一固定渦卷和一繞動渦卷置于主殼體內部，所述繞動渦卷內設有至少一氣道，所述氣道能夠在所述繞動渦卷與所述固定渦卷做相對運動過程中，連通所述背壓氣室和所述密封氣室，其中，所述繞動渦卷內還設有一單向閥，該單向閥所處的通道與所述氣道貫通，所述單向閥的閥頭指向所述氣道，所述單向閥能夠隨與所述氣道相連通的所述密封氣室的壓力的升高而打開。使用本發明渦卷流體位移裝置，通過在繞動渦卷內的氣道上設置一個單向閥，使得背壓氣室內的壓力不隨與其相通的密封氣室的壓力高低變化，保持了軸向偏力維持在合理的范圍內。
文檔編號F04C29/00GK103032320SQ20111031911
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者倪詩茂 申請人:思科渦旋科技(杭州)有限公司