CN118959303A - 一种柔性涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种柔性涡旋压缩机，包括机架、定盘、动盘和主轴，机架开设有第一轴承孔；定盘包括定盘主体以及设于定盘主体中部的定盘涡旋齿，机架固连于定盘主体的端部；动盘结构包括动盘涡旋齿和动盘底板，动盘涡旋齿位于动盘底板正面，定盘涡旋齿与动盘涡旋齿啮合形成压缩容腔，动盘底板的背面中部开设有弹性体安装孔，弹性体安装孔为盲孔；主轴偏心段端部外周套设有偏心段轴承，偏心段轴承和弹性体安装孔之间设有弹性体，弹性体位于弹性体安装孔内。本申请通过在动盘与主轴偏心段轴承之间设置弹性体，降低了主轴偏心段轴承的载荷的变化幅度，提高了动盘、主轴偏心段轴承以及整机的工作寿命和运行稳定性。

Description

一种柔性涡旋压缩机

技术领域

本申请涉及涡旋压缩机技术领域，具体涉及一种柔性涡旋压缩机。

背景技术

涡旋压缩机通过动盘涡旋齿、定盘涡旋齿啮合形成压缩容腔，随着动盘(或动托盘)的运动，形成对气体的压缩过程。压缩气体对动盘作用有切向力、径向力和轴向力，通常由偏心小拐对动盘的作用平衡动盘的轴向自转，由主轴平衡动盘上的轴向气体力、切向气体力和径向气体力。动盘运行一周的过程中，各气体力幅值一直在变化，从而使主轴偏心段轴承工作过程中产生振动，加剧了主轴偏心段轴承的磨损，随着磨损的加剧，经常出现主轴偏心段轴承滚动体脱落掉出的现象，涡旋压缩机主轴偏心段轴承在高温、载荷大且复杂、振动的环境下运行，是决定涡旋压缩机正常工作和使用寿命的最主要部件。

径向柔性机构是一种设置在涡旋压缩机动盘上的柔性连接,能够提高机构启动特性以及对杂质的容忍度,可动偏心机构能够达到径向柔性的目的。常用的径向柔性机构有两类,其一为偏心衬套机构,其二为滑块机构,径向柔性机构回转半径的大小决定了两个涡旋壁的相互啮合间隙，这两种径向柔性机构均通过离心力实现动盘回转半径的改变，变化范围很小，且需要动定盘涡旋齿的啮合部位能够存在接触的情况，仅适用于以制冷剂等为压缩介质的情况，不能用于空气、二氧化碳等气体压缩机。

当前通过沿动盘轴向安装电磁铁实时调整动盘姿态的方法来降低倾覆力矩对主轴偏心段轴承的影响，这种方式无法降低径轴向气体力幅值变化对主轴偏心段轴承的振动、冲击。

也有通过磁悬浮的方式试图减少运动件和摩擦副，但这种方式过于复杂，实现难度太大，成本较高，且排气量和压缩比受到严重限制，工程实践价值较低。

发明内容

本申请提供一种柔性涡旋压缩机，可以解决现有技术中存在的涡旋压缩机主轴偏心段轴承在高温、载荷大且复杂、振动的环境下运行，动盘在气体力作用下的轴径向的振动，主轴偏心段轴承滚动体磨损较快，常常出现由于工作间隙变化滚动体脱出、卡死的现象，严重影响涡旋压缩机的使用寿命和工作状态的技术问题。

本申请提供了一种柔性涡旋压缩机，包括：

机架，开设有第一轴承孔；

定盘，包括定盘主体以及设于定盘主体中部的定盘涡旋齿，机架盖合固定于所述定盘主体的端部；

动盘，包括动盘涡旋齿和动盘底板，所述动盘涡旋齿固定于所述动盘底板正面，定盘涡旋齿与动盘涡旋齿啮合形成压缩容腔，所述动盘底板的背面中部开设有弹性体安装孔，所述弹性体安装孔为盲孔；

主轴，所述主轴包括主轴段以及自主轴段沿长度方向延伸并与所述主轴段非同轴设置的偏心段，所述偏心段端部位于所述弹性体安装孔内，外周套设有偏心段轴承，偏心段轴承和所述弹性体安装孔孔壁之间设有弹性体。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述主轴偏心段端部外周套设有偏心段轴承，弹性体设置在偏心段轴承和所述弹性体安装孔孔壁之间。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述弹性体为弹性圈，所述弹性圈的形状为中空等厚圆柱、具有中空孔的锥台或具有中空孔的局部球形。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述弹性体由弹性圈层和刚性圈层径向间隔设置而成，所有弹性圈层和所有刚性圈层同轴或同心设置。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述弹性圈层与相邻的刚性圈层之间固连。

结合第一方面，在一种实施方式中，弹性圈层和刚性圈层的径向厚度大致相同。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述弹性体的最外圈层和最内圈层均为刚性圈层。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述弹性体至少包括一层弹性圈层。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述刚性圈层的圈高大于弹性圈层的圈高。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述主轴的偏心段外壁面和所述弹性体安装孔孔壁之间具有间隙，所述弹性体活动设置所述间隙内。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述主轴偏心段与主轴段之间的偏心距小于等于无弹性体时设置的动盘涡旋齿和定盘涡旋齿啮合间隙状态下的主轴偏心段的偏心距。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请通过在动盘弹性体安装孔孔壁与主轴偏心段轴承之间设置弹性体，降低涡旋压缩机压缩气体过程中气体力的变化对动盘、主轴偏心段轴承的冲击，保证主轴偏心段轴承正常的工作间隙，从而降低了主轴偏心段轴承的摩擦，防止由于振动和摩擦导致的主轴偏心段轴承间隙增大，降低了主轴偏心段轴承滚动体脱落的风险，提高了动盘、主轴偏心段轴承以及整机的工作寿命和运行稳定性；

同时由于弹性体的存在，能够使得压缩过程中遇到杂质颗粒或液滴时，动涡旋齿能够脱离啮合点产生避让，防止或降低涡旋齿的损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种柔性涡旋压缩机的分解结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种柔性涡旋压缩机的另一分解结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种柔性涡旋压缩机的剖视图；

图4为本申请实施例提供的一种柔性涡旋压缩机中动盘和弹性体整体的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种柔性涡旋压缩机中弹性体的结构示意图；

图6为图5中圆中的放大结构示意图；

图7为本申请实施例提供的弹性体的俯视图；

图8为本申请实施例提供的弹性体的剖视图；

图9中(a)为本申请实施例提供的主轴及其偏心段偏心距说明图例之一；图9中(b)为本申请实施例提供的主轴及其偏心段偏心距说明图例之二；

图10为本申请实施例提供的弹性体压缩量、主轴偏心距、受力之间几何关系说明图例。

图中：1、机架；11、第一轴承孔；2、主轴；21、主轴段；22、偏心段；31、动盘底板；311、弹性体安装孔；32、动盘涡旋齿；33、动盘底板；331、排气孔；41、定盘主体；5、弹性体；51、刚性圈层；52、弹性圈层；6、偏心段轴承；7、内衬套筒。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1-图3，本申请提供了一种柔性涡旋压缩机，包括机架1、定盘、动盘和主轴2，所述机架1开设有第一轴承孔11，所述定盘包括定盘主体41以及设于所述定盘主体41中部的定盘涡旋齿；所述动盘包括动盘底板31以及设于所述动盘底板31正面的动盘涡旋齿32，所述动盘涡旋齿32和所述定盘涡旋齿啮合形成压缩容腔，所述动盘底板31的背面中部(不一定为正中部)设有弹性体安装孔311；主轴2包括主轴段21和偏心段22，所述偏心段22和主轴段21均为圆柱轴，所述偏心段22和所述主轴段21接续非同轴设置；所述主轴段21包括第一轴段和第二轴段，所述主轴段21穿过所述第一轴承孔11，所述第一轴段伸出所述机架1外，所述第二轴段位于所述机架1内，所述偏心段22的端部限位于所述弹性体安装孔311内；惯常地，所述偏心段22的外周设有偏心段轴承6，所述偏心段轴承6和所述弹性体安装孔311孔壁之间具有间隙；较优地，为了降低涡旋压缩机压缩气体过程中气体力的变化对动盘、主轴2偏心段轴承6的冲击，在所述偏心段轴承6和所述弹性体安装孔311孔壁之间增设一弹性体5从而降低了主轴2偏心段轴承6的所受的振动冲击，保证主轴2偏心段轴承6正常的工作间隙，防止由于振动和摩擦导致的主轴2偏心段轴承6自身的工作间隙增大，降低了主轴2偏心段轴承6滚动体脱落的风险，提高了动盘、主轴2偏心段轴承6以及整机的工作寿命和运行稳定性。

在一实施例中，所述主轴偏心段端部外周套设有偏心段轴承6，所述弹性体5设置于所述偏心段轴承6和弹性体安装孔311孔壁之间的工作间隙内。优选地，所述弹性体5的外圈层和所述弹性体安装孔311孔壁固定连接在一起，所述弹性题5的内圈层和所述偏心段轴承6外圈固定连接在一起。

在一实施例中，所述弹性体5为弹性圈，位于所述弹性体安装孔311内以及所述偏心段轴承6的外周；所述弹性圈的形状为中空等厚的圆柱体、具有中空孔的锥台或具有中空孔的局部球形。

在一实施例中，如图4所示，弹性体5和偏心段轴承6之间可设置一金属环，具体为内衬套筒7。

在一实施例中，如图5-图8所示，所述弹性体5为多圈层结构，具体地，由刚性圈层51和弹性圈层52径向间隔设置而成，相邻圈层之间固定连接；所述弹性体5至少包含一层刚性圈层51和一层弹性圈层52，为偏心段轴承6发生中心偏移提供弹性空间。可以理解的是，所述刚性圈层51圈厚较薄，只是对内圈层的弹性圈层52起到结构维持作用，使弹性体5变形尽可能均匀，提高弹性体5的使用寿命，保障涡旋压缩机的气体压缩功能的正常运行。

在一实施例中，所述刚性圈层51为采用刚性材质的材料制成的圈件，所述弹性圈层52为采用弹性材质的材料制成的圈件。

在一实施例中，所述弹性体5的最外圈层和最内圈层均为刚性圈层51，便于弹性体5的安装。

在一实施例中，所有刚性圈层51和所述弹性圈层52的径向厚度均相同。在本申请变换的实施例中，也可以将所述刚性圈层51和所述弹性圈层52的厚度设置非等厚设计。具体地，将刚性圈层51和弹性圈层52的径向厚度沿着径向向中心方向逐渐增大；还可以将多个刚性圈层51的径向厚度沿着径向向中心方向逐渐增小，多个弹性圈层52的径向厚度沿着径向向中心方向逐渐增大。

在一实施例中，多个所述刚性圈层51的圈高均大于多个所述弹性圈层52的圈高，为所述弹性圈层52提供受力应变空间，避免弹性圈层52受力后形变，突出于相邻的刚性圈层51的顶部或底部，刚性圈层51的顶层圈边缘或底端圈边缘对受挤压形变的弹性圈层52突出部分形成应力切割效果，对弹性圈层52造成破坏。将刚性圈层51的圈高设计成高于弹性圈层52，为弹性圈层52受力形变提供空间。

在一实施例中，如图9所示，所述主轴2偏心段22与主轴段21之间的偏心距小于等于无弹性体时设置的动盘涡旋齿和定盘涡旋齿啮合间隙状态下的主轴2偏心段22的偏心距。如图5所示，主轴2存在偏心段22，偏心段22中心到主轴2轴线的径向距离为偏心段22偏心距；如图9所示，主轴2偏心段22的偏心距可设计为小于等于无弹性体时设置的动盘涡旋齿和定盘涡旋齿啮合间隙状态下的主轴2偏心段22偏心距，这样当涡旋压缩机正常工作时，主轴2偏心段22的偏心距与弹性体5的弹性变形共同构成工作状态下动定盘涡旋齿啮合时的偏心距。图10中所示为弹性体5外圈(动盘)中心处于水平位置，且动定盘正常啮合，β角为弹性体5压缩方向(主轴2对弹性体5的作用力方向)与竖直方向的夹角，该角度的大小取决于主轴2偏心段22偏心距和弹性体5的径向刚度，通过对主轴2偏心段22偏心距和弹性体5的径向刚度进行设计，能够使得工作状态时主轴2偏心段22对弹性体5的作用力等于或非常接近于动盘对弹性体5的作用力，即主轴2偏心段22对弹性体5的作用力的径向分量等于动盘上气体力及离心力的径向分量Fr，主轴2偏心段22对弹性体5的作用力的切向分量等于动盘上气体力及离心力的切向分量Ft，使动盘中心处于无弹性体时设置的涡旋齿啮合位置。

在一实施例中，定盘的定盘底板上开设有排气孔331。

本申请提出在偏心段轴承6和动盘的弹性体安装孔311孔壁之间设置弹性体5，降低动盘、主轴2的偏心段轴承6所受的振动和冲击，降低磨损，提高其工作寿命，同时提出主轴2的偏心段22偏心距小于等于无弹性体时设置的啮合间隙状态下的偏心距，从而能够通过弹性体5的刚度设计，使正常工作时在弹性体5变形后动定盘满足设计的啮合关系。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种柔性涡旋压缩机，其特征在于，包括：

机架，开设有第一轴承孔；

定盘，包括定盘主体以及设于定盘主体中部的定盘涡旋齿，机架盖合固定于所述定盘主体的端部；

动盘，包括动盘涡旋齿和动盘底板，所述动盘涡旋齿固定于所述动盘底板正面，定盘涡旋齿与动盘涡旋齿啮合形成压缩容腔，所述动盘底板的背面中部开设有弹性体安装孔，所述弹性体安装孔为盲孔；

主轴，所述主轴包括主轴段以及自主轴段沿长度方向延伸并与所述主轴段非同轴设置的偏心段，所述主轴段自所述第一轴承孔伸出，用于与驱动机构连接，所述偏心段端部位于所述弹性体安装孔内，主轴偏心段和所述弹性体安装孔孔壁之间设有弹性体。

2.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述主轴偏心段端部外周套设有偏心段轴承，弹性体设置在偏心段轴承和所述弹性体安装孔孔壁之间。

3.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述弹性体由弹性圈层和刚性圈层径向间隔设置而成，所有弹性圈层和所有刚性圈层同轴设置。

4.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述弹性体的形状为中空等厚的圆柱体、具有中空孔的锥台或具有中空孔的局部球形。

5.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述弹性圈层与相邻的刚性圈层之间固连。

6.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述弹性体的最外圈层和最内圈层均为刚性圈层。

7.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述弹性体至少包括一层弹性圈层。

8.如权利要求6所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述刚性圈层的圈高大于弹性圈层的圈高。

9.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述主轴的偏心段近端部外壁面和所述弹性体安装孔孔壁之间具有间隙，所述弹性体固定设置所述间隙内。

10.如权利要求1所述的柔性涡旋压缩机，其特征在于，所述主轴偏心段与主轴段之间的偏心距小于等于无弹性体时设置的动盘涡旋齿和定盘涡旋齿啮合间隙状态下的主轴偏心段的偏心距。