CN102410221A - 双缸旋转式压缩机 - Google Patents

Abstract

双缸旋转式压缩机械，包括同心安装的外气缸、椭圆转子、内气缸，椭圆形转子的内短轴等于内气缸的外径，椭圆形转子的外长轴等于外气缸的内径，在任何运动的瞬时，椭圆转子的外表面均与外气缸的内壁面相切，椭圆转子的内表面均与内气缸的外壁面相切。内、外气缸分别设置有两对滑片；内气缸设置有两对进气腔和排气腔；内、外气缸、椭圆形转子以及滑板将月牙形容积分为两对进气(液)腔和压缩、排气(液)腔，形成四对对应的工作容积；内、外气缸上分别设有四对进排气(液)口。该双缸旋转式压缩机械效率高、消除了旋转造成的不平衡力，无振动、工作稳定、体积小、主轴受力均匀，气流脉动小，结构简单。可用在各种气体的压缩机、流体泵中和真空泵中。

Description

双缸旋转式压缩机

技术领域

本发明涉及一种旋转式压缩机，具体涉及一种可用于各种气体的压缩，流体的输送和油、气混输以及真空泵领域的双缸旋转式压缩机。

背景技术

压缩机和流体泵是一种广泛用于机械、化工、交通运输、空调制冷及国防建设等各个领域的通用机械。特别在制冷空调领域中，压缩机是重要的心脏设备；在油田开采中，原油、伴生气和水的多相长距离输送是油田混输中的技术难题，特别在山区、沙漠和海洋油田油气混输泵更是研究热点，油、气混输不仅可以节省费用，简化工艺流程和提高采油率，也可以大大减少由于伴生气燃烧所产生的碳排放量和回收伴生气，节省能源，混输的重要设备是油气混输泵。

目前在上述领域中使用的无论是滚动活塞压缩机械和转子压缩机械都具有一个月牙型的工作腔，通过滑片将月牙型的工作腔隔离成进气腔和压缩腔，转子或者滚动活塞的旋转使进气腔和压缩腔容积产生了变化，实现压缩机械的吸气(液)和排气(液)。但是，这种传统的滚动活塞压缩机械和转子压缩机械无法解决的问题是：其一是每转只有一个容积在进行气体的压缩，效率低，导致了能源的浪费和电网的不稳定，另外一个工作周期中的扭矩变化大，为了使得转速均匀，则需要一个较大的飞轮平衡，增加了制造费用；其二是一个工作循环排气一次，在管道中形成了较大的气流脉动，引起了管道的振动，影响了机械的稳定性和可靠性；其三是滚动转子压缩机的转子几何中心与旋转中心不同心，存在一偏心距，曲拐的加工误差会积累到转子与气缸的密封面上，不仅影响了转子的外表面与气缸内壁面的密封，降低了容积效率，离心惯性力也会造成机器的振动，同时曲拐轴的加工工艺比较复杂。

发明内容

本发明的目的是针对传统的滚动活塞压缩机械和转子压缩机械的缺点，提供了一种能够有效解决传统滚动活塞式压缩机和转子式压缩机的效率低、气流脉动大，机器运转不稳定的双缸旋转式压缩机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括同心安装在支架座上的外气缸、椭圆转子、内气缸和气缸盖，主轴安装在椭圆转子的几何中心；椭圆转子长轴的外径等于外气缸的内径，椭圆转子短轴的内径等于内气缸的外径，在外气缸和内气缸上分别安装有两个相对设置的外气缸滑片和两个相对设置的内气缸滑片，两个外气缸滑片的一端与椭圆转子的外表面相切，另一端与外气缸滑片弹簧接触，外气缸内壁面、椭圆转子的外表面和两个外气缸滑片形成四个外工作容积，且在外气缸上位于两个相对设置的外气缸滑片的两侧顺序开设有外气缸进气(液)口和外气缸排气(液)口；

所述的两个内气缸滑片的一端与椭圆转子的内表面相切，另一端与内气缸滑片弹簧接触，内气缸外壁面、椭圆转子的内表面和两个内气缸滑片形成四个内工作容积，内气缸上位于两个相对设置的内气缸滑片的两侧顺序开设有内气缸进气(液)口和内气缸排气(液)口，其中内气缸进气(液)口分别与内气缸进气(液)腔相连通，内气缸排气(液)口分别与内气缸排气(液)腔相连通。

所述的外气缸、内气缸上相对开设有两个用于安装外气缸滑片、内气缸滑片的外气缸滑片槽和内气缸滑片槽。

所述的椭圆转子、外气缸、内气缸、外气缸滑片和内气缸滑片的轴向长度相等。

所述的气缸盖的外侧还安装有排气缓冲器。

所述的内气缸排气(液)口和外气缸排气(液)口上均安装有内气缸排气阀和外气缸排气阀。

本发明设置内、外两个气缸，将传统的滚动转子和旋转压缩机一转一个工作循环改为一转内、外气缸分别为两个工作循环，因此效率高，也就是在一转中同时有四对工作容积在进气(液)和压缩，有四个排气过程，其排气量较相同体积的滚动转子压缩机和旋转式压缩机增加近四倍；内外气缸开始压缩的时间不同步相差90°，所以驱动轴的受力均匀，气流脉动小，转速稳定无须设置飞轮；由于内、外气缸均设置排气阀，当工作容积中气体(流体)的压力达到系统需要的压力时，气体(流体)则由设置在内、外气缸上的排气口排出，避免了气体压缩机中的压缩不足和过压缩现象，节省了功耗，也避免了流体在工作腔中受压的现象，所以可以一机多用，既可以作为各种气体的压缩机，又可以作为流体泵；另外由于转子的旋转中心就是转子的几何中心，工作时无不平衡的惯性力，转速高、稳定性好，体积则更小，节省了制造费用；其次，主要加工面均为圆形，工艺简单，密封性好，摩擦磨损小，容积效率高和节省功耗。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的端面结构简示意图。

图2是本发明的剖面结构示意图。

图3是本发明的工作原理图。

具体实施方式

参见图1，2，本发明包括同心安装在支架座27上的外气缸6、椭圆转子5、内气缸4和气缸盖21，在气缸盖21外侧安装有排气缓冲器25，外气缸6和内气缸4是固定的，主轴22通过轴承23安装在椭圆转子5的几何中心；椭圆转子5长轴的外径等于外气缸6的内径，椭圆转子5短轴的内径等于内气缸4的外径，当椭圆转子5绕自己的旋转中心O即驱动轴心15转动时，椭圆转子5的外表面与外气缸6的内壁面始终相切，椭圆转子5的内表面与内气缸4的外壁面始终相切，在外气缸6和内气缸4上相对开设有两个用于安装外气缸滑片1、9、内气缸滑片13、18的外气缸滑片槽34、38和内气缸滑片槽37、41，且椭圆转子5、外气缸6、内气缸4、外气缸滑片1、9和内气缸滑片13、18的轴向长度相等；两个外气缸滑片1、9的一端与椭圆转子5的外表面相切，另一端与外气缸滑片弹簧20、8接触，外气缸6内壁面、椭圆转子5的外表面和两个外气缸滑片1、9形成四个外工作容积，且在外气缸6上位于两个相对设置的外气缸滑片1、9的两侧顺序开设有外气缸进气(液)口2、10和外气缸排气(液)口19、7；

所述的两个内气缸滑片13、18的一端与椭圆转子5的内表面相切，另一端与内气缸滑片弹簧14、16接触，内气缸4外壁面、椭圆转子5的内表面和两个内气缸滑片13、18形成四个内工作容积，内气缸4上位于两个相对设置的内气缸滑片13、18的两侧沿轴向顺序开设有内气缸进气(液)口12、3和内气缸排气(液)口11、17，其中内气缸进气(液)口12、3分别与内气缸进气(液)腔相连通，内气缸排气(液)口11、17分别与内气缸排气(液)腔相连通，所述的内气缸排气(液)口11、17和外气缸排气(液)口19、7上均安装有内气缸排气阀40、36和外气缸排气阀35、39。

由图1和图2可见，内气缸4和气缸盖21将内气缸内圈分为两个内气缸进气(液)腔31和两个内气缸排气(液)腔32、33，气(液)体由轴向内气缸进气(液)口3、12进入内气缸进气(液)腔31，而被压缩的气体或者液体通过内气缸排气(液)口11、17排入内气缸排气(液)腔32、33中，最后通过轴向内气缸排气(液)口11、17排入系统。

参见图3所示，当椭圆转子5在主轴22的驱动下绕旋转中心O转动时，即β＝0°时，外工作腔的两个相应的压缩腔已经完成了一个工作循环，排气刚刚结束，而两个相应的进气容积V_s达到最大，而内工作腔同时存在两个相应的进气容积

和两个相应的压缩工作容积

随着转角β不断增加，外工作腔气体(液)分别由进气(液)口1和10进入，与此同时压缩腔V_d则不断缩小，实现压缩，压力提高。而内工作腔进气腔

则不断扩大，与此同时压缩腔

则不断缩小，内工作腔

的压力达到系统需要的压力时，压缩腔

中的气体(液)则通过排气(液)口11和17排出，这时转子的转角所对应的角度就为内工作腔的排气(液)角。当β＝90°时，内工作腔的两个相应的压缩腔已经完成了一个工作循环，排气刚刚结束，而两个相应的进气容积

达到最大；而外工作腔同时存在两个相应的进气容积V_s和两个相应的压缩工作容积V_d，随着转角β不断增加，外工作腔气体(液)分别继续由进气(液)口1和10进入，与此同时压缩腔V_d则不断缩小，实现压缩，压力提高，而内工作腔工作容积则不断扩大，气体(液)继续由进气(液)口11和17不断进入，与此同时压缩腔

则不断缩小，内工作腔

的压力达到系统需要的压力时，压缩腔中的气体(液)则通过排气(液)口11和17排出，这时转子的转角所对应的角度就为内工作腔的排气(液)角。当β＝180°时，外工作腔又完成一个工作循环，排气结束，而内工作腔又有相应的两个进气腔

和压缩腔

当β＝270°时，内工作腔完成一个工作循环，排气刚刚结束。内、外腔依次周而复始的进气、压缩和排气。

参见图1和图3所示，在外气缸6和内气缸4上设置有供滑片1、9和滑片13、18移动的滑片槽34、38、37和41，在滑片弹簧的作用下，滑片始终切于椭圆转子5的外表面和内壁面，防止外、内高压工作容积V_d、

的气体(液)漏入到低压工作容积V_s和

中。

参见图1和图3，在外气缸设置有排气阀35和39，同样在内气缸也设置有排气阀36和40，以确保本发明的工作压力与系统压力始终自适应的特点，当进气(液)压力或者系统压力发生变化时，在工作容积V_d，

中不会发生压缩不足和过压缩问题，确保该机始终在最佳工况下工作，这就解决了压缩机和流体泵进气(液)压力常常发生变化而引起压缩机和流体泵不能正常工作的技术难题。

参见图1和图2，椭圆转子5和外气缸6、内气缸4同心，且椭圆转子5的旋转中心与几何中心同心，没有不平衡的惯性力，转速可更高和运转更加平稳。

参见图2，椭圆转子5由一个直的驱动轴直接带动，无需偏心轴，这样主轴的加工工艺较传统的滚动活塞式压缩机主轴更为简单。

本发明的双缸旋转式压缩机在一个工作循环中有四对相对应的容积在同时工作，所以有效的增加了气缸的利用率。另外该结构的双缸旋转式压缩机，对于每个工作容积由于在滑片两侧同时工作，所以使得传统的滚动转子压缩机的工作循环由360°改为180°，大大缩短了一个循环的时间，提高了工作效率，另外此结构更为重要的一个特征是压缩机具有四对工作容积，所以其工作效率较传统的滚动转子压缩机提高了近四倍，也就是说，每对工作容积同时在转子一转中完成进气、压缩和排气两个工作循环，既继承了传统的滚动转子压缩机结构简单的特点，同时又克服了传统压缩机效率低、气流脉动大的缺点。另外一个重要的特征是此结构两对工作容积，其外缸进气容积达到最大值时和内缸到达最大进气容积的时间相差90°，所以内外缸压缩开始的时间也相差一半，使得驱动轴上的力矩更为均匀，省去了飞轮；其次转子的几何中心和旋转中心同心，确保了压缩机旋转的稳定性。同时主轴为一直轴，有效地解决了加工的精度，提高了容积效率。

Claims (5)

1.一种双缸旋转式压缩机，其特征在于：包括同心安装在支架座(27)上的外气缸(6)、椭圆转子(5)、内气缸(4)和气缸盖(21)，主轴(22)安装在椭圆转子(5)的几何中心；椭圆转子(5)长轴的外径等于外气缸(6)的内径，椭圆转子(5)短轴的内径等于内气缸(4)的外径，在外气缸(6)和内气缸(4)上分别安装有两个相对设置的外气缸滑片(1、9)和两个相对设置的内气缸滑片(13、18)，两个外气缸滑片(1、9)的一端与椭圆转子(5)的外表面相切，另一端与外气缸滑片弹簧(20、8)接触，外气缸(6)内壁面、椭圆转子(5)的外表面和两个外气缸滑片(1、9)形成四个外工作容积，且在外气缸(6)上位于两个相对设置的外气缸滑片(1、9)的两侧顺序开设有外气缸进气(液)口(2、10)和外气缸排气(液)口(19、7)；

所述的两个内气缸滑片(13、18)的一端与椭圆转子(5)的内表面相切，另一端与内气缸滑片弹簧(14、16)接触，内气缸(4)外壁面、椭圆转子(5)的内表面和两个内气缸滑片(13、18)形成四个内工作容积，内气缸(4)上位于两个相对设置的内气缸滑片(13、18)的两侧顺序开设有内气缸进气(液)口(12、3)和内气缸排气(液)口(11、17)，其中内气缸进气(液)口(12、3)分别与内气缸进气(液)腔相连通，内气缸排气(液)口(11、17)分别与内气缸排气(液)腔相连通。

2.根据权利要求1所述的双缸旋转式压缩机，其特征在于：所述的外气缸(6)、内气缸(4)上相对开设有两个用于安装外气缸滑片(1、9)、内气缸滑片(13、18)的外气缸滑片槽(34、38)和内气缸滑片槽(37、41)。

3.根据权利要求1所述的双缸旋转式压缩机，其特征在于：所述的椭圆转子(5)、外气缸(6)、内气缸(4)、外气缸滑片(1、9)和内气缸滑片(13、18)的轴向长度相等。

4.根据权利要求1所述的双缸旋转式压缩机，其特征在于：所述的气缸盖(21)的外侧还安装有排气缓冲器(25)。

5.根据权利要求1所述的双缸旋转式压缩机，其特征在于：所述的内气缸排气(液)口(11、17)和外气缸排气(液)口(19、7)上均安装有内气缸排气阀(40、36)和外气缸排气阀(35、39)。

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