專利名稱：非對稱渦旋壓縮機的制作方法
本申請是申請?zhí)枮?0131087.9、申請日為2000年12月23日的、發(fā)明名稱為“非對稱渦旋壓縮機”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及非對稱渦旋壓縮機，具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種非對稱渦旋壓縮機它可以使公轉(zhuǎn)渦盤(orbiting scroll)的反向旋轉(zhuǎn)扭矩最小化，可以使作用在十字環(huán)(oldham ring)上的力的方向保持不變，從而防止公轉(zhuǎn)渦盤的旋轉(zhuǎn)扭矩反向，并且減少了排出沖程時所產(chǎn)生的排出氣體的最小不平衡力。
一般地，壓縮機是被用作壓縮如空氣、冷卻氣體的流體或者類似物的機器。壓縮機包括一個用來產(chǎn)生驅(qū)動力的動力產(chǎn)生部分和一壓縮機構(gòu)部分，該壓縮機構(gòu)部分使用從動力產(chǎn)生部分中輸送來的驅(qū)動力來壓縮氣體。根據(jù)壓縮機構(gòu)部分的結(jié)構(gòu)，壓縮機一般分成旋轉(zhuǎn)壓縮機、往復(fù)式壓縮機和渦旋壓縮機。


圖1表示了渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分。如圖1所示一樣，渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分包括支架1。一個具有一漸開(involute)曲線構(gòu)型的卷狀物(wrap)4a的公轉(zhuǎn)渦盤4座落在支架1的上表面上。該固定渦盤3以可蓋住公轉(zhuǎn)渦盤4的方式連接到公轉(zhuǎn)渦盤4上。固定渦盤3在它的下表面上形成有卷狀物3a，該卷狀物3a具有漸開的曲線構(gòu)型，該固定渦盤3在它的中心部分形成有排出孔3b。該固定渦盤3和公轉(zhuǎn)渦盤4相互合作從而在它們之間限定出壓縮室P。一凸出部分4b突出地形成于公轉(zhuǎn)渦盤4的下表面上，并與一旋轉(zhuǎn)軸2的偏心部分2a相連，該旋轉(zhuǎn)軸2本身與動力產(chǎn)生部分(未示出)相連。
用來防止公轉(zhuǎn)渦盤4旋轉(zhuǎn)的十字環(huán)30設(shè)置在支架1和公轉(zhuǎn)渦盤4之間。
圖2更加詳細地表示十字環(huán)30的連接關(guān)系。如圖2所示，該十字環(huán)30具有一環(huán)形構(gòu)型。第一鍵32和第二鍵33中的每一個具有正方形柱狀構(gòu)型，它們突出地形成于十字環(huán)30的上表面上并且沿著第一直線設(shè)置。第三鍵34和第四鍵35中的每一個具有正方形柱狀構(gòu)型，它們突出地形成于十字環(huán)30的下表面上并且沿著垂直于第一直線的第二直線設(shè)置，而沿著該第一直線設(shè)置了第一鍵32和第二鍵33。
沿著第一直線，公轉(zhuǎn)渦盤4的下表面以這樣的方式設(shè)置有第一鍵槽4c和第二鍵槽4d，即十字環(huán)30的第一鍵32和第二鍵33分別安裝到第一鍵槽4c和第二鍵槽4d內(nèi)。還有，沿著第二直線，支架1的上表面以這樣的方式限定有第三鍵槽1a和第四鍵槽1b，即十字環(huán)30的第三鍵34和第四鍵35分別安裝到第三鍵槽1a和第四鍵槽1b內(nèi)。
十字環(huán)30設(shè)置在支架1和公轉(zhuǎn)渦盤4之間，因此第一鍵32和第二鍵33分別安裝到公轉(zhuǎn)渦盤4的第一鍵槽4c和第二鍵槽4d中，而第三鍵34和第四鍵35分別安裝到支架1的第三鍵槽1a和第四鍵槽1b中。
在壓縮機構(gòu)部分中，如果驅(qū)動力從動力產(chǎn)生部分輸送到旋轉(zhuǎn)軸2中，則固定到旋轉(zhuǎn)軸2上的公轉(zhuǎn)渦盤4以下述狀態(tài)進行公轉(zhuǎn)(orbiting)，即公轉(zhuǎn)渦盤4接合固定渦盤3并且通過十字環(huán)30來防止公轉(zhuǎn)渦盤4旋轉(zhuǎn)。借助于公轉(zhuǎn)渦盤4的公轉(zhuǎn)運動，分別形成于固定渦盤3和公轉(zhuǎn)渦盤4上并且每個具有漸開的曲線構(gòu)型的卷狀物3a和4a產(chǎn)生相對運動，因此使連續(xù)地進入吸入、壓縮和排出氣體成為可能。
在下文中，參照圖3來描述渦旋壓縮機的壓縮原理。由于這樣的事實具有漸開曲線構(gòu)型的卷狀物3a的固定渦盤3和具有漸開曲線構(gòu)型的卷狀物4a的公轉(zhuǎn)渦盤4相互接合，并且處于卷狀物3a和4a之間具有180°相差的情況下，因此新月形壓縮室P分別形成于相對位置上。在這種情況下，在借助于十字環(huán)30防止公轉(zhuǎn)渦盤4旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，當(dāng)公轉(zhuǎn)渦盤4相對于固定到支架1上的固定渦盤3公轉(zhuǎn)時，由于壓縮室P移向渦旋壓縮機的中心，因此各壓縮室P的容積減少了，因此實現(xiàn)了渦旋壓縮機的壓縮功能。
更加具體地談?wù)勥@種壓縮過程，引入到渦旋壓縮機中的冷卻氣體通過吸入口(未示出)流進固定渦盤3，而該吸入口通過固定渦盤3的側(cè)壁限定而成。
這時，一部分吸入氣體流進第一壓縮室P1，而該第一壓縮室P1鄰接固定渦盤3的進入口而形成，然后，進行壓縮過程。同時，沿著通過固定渦盤3限定而成的導(dǎo)向通道，其它部分的吸入氣體流入到第二壓縮室P2中，該第二壓縮室限定成與第一壓縮室P1直接相對，從而設(shè)置成與第一壓縮室P1隔開180°，然后進行壓縮過程。由于公轉(zhuǎn)渦盤4進行公轉(zhuǎn)，因此存在于壓縮室P內(nèi)的冷卻氣體(該冷卻氣體被對稱而又同步地壓縮)被進一步壓縮，同時移向渦旋壓縮機的中心，然后通過排出孔3b排出，而該排出孔3b形成在固定渦盤3的中心部分處。
另一方面，就非對稱渦旋壓縮機而言，如圖4所容易看到的那樣，由于固定渦盤5的卷狀物5a形成得比公轉(zhuǎn)渦盤6的卷狀物6a多出180°或者多出少于180°的度數(shù)的事實，因此，與傳統(tǒng)對稱渦旋壓縮機相比，可以將增加的數(shù)量的冷卻氣體吸入到同一容積中，因此，沖程容積就增加了。還有，由于可以防止吸入到壓縮室P中的冷卻氣體被加熱，因此可以進一步增加冷卻氣體的進入量。
同時，參照圖5，在渦旋壓縮機中，公轉(zhuǎn)渦盤的旋轉(zhuǎn)扭矩通過下面給定的公式來計算Mt＝Ft×{β-rcos(δe-θ)}這里，F(xiàn)t是作用在切線方向上的氣體力，β是從公轉(zhuǎn)渦盤的中心到氣體力Ft的作用點之間的距離，r是公轉(zhuǎn)渦盤的端板的中心和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的漸開曲線的基圓的中心之間的偏心距，θ是曲柄角(crank angle)，以及δe是偏心角度，該偏心角度是朝該卷狀物的卷繞方向在該卷狀物的外端處測得的。
就傳統(tǒng)對稱渦旋壓縮機而言，由于這樣的事實兩個壓縮室內(nèi)的壓力相互相同，由于β等于1/2ε(即，公轉(zhuǎn)半徑的一半)不變，而且r＝0，旋轉(zhuǎn)扭矩作用在恒定的方向上，因此公轉(zhuǎn)渦盤的運動是穩(wěn)定的。
相反，就傳統(tǒng)非對稱渦旋壓縮機而言，雖然氣體力Ft不變，但由于吸入氣體的總量不同所引起的壓縮室的壓力不對稱使得β值在正或者負方向上移動。因此，在公轉(zhuǎn)渦盤進行公轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)扭矩Mt也在正向或者負向上進行移動。其結(jié)果是，公轉(zhuǎn)渦盤沿公轉(zhuǎn)方向的前向和反向振動。
圖6是表示在上文所描述的情況下作用在公轉(zhuǎn)渦盤和十字環(huán)的鍵上的力之間的關(guān)系的曲線圖。圖7是表示公轉(zhuǎn)渦盤在如上所述的情況下進行公轉(zhuǎn)時施加到公轉(zhuǎn)渦盤上的旋轉(zhuǎn)扭矩的圖表，及圖8是表示由于公轉(zhuǎn)渦盤的旋轉(zhuǎn)扭矩而引起的、施加到十字環(huán)的鍵上的力圖表。
如圖6到8所示，由于這樣的事實旋轉(zhuǎn)扭矩和反向旋轉(zhuǎn)扭矩沿著正向和負向作用在公轉(zhuǎn)渦盤上，因為十字環(huán)的一個或者兩個鍵32和33向著兩側(cè)施加接觸力，公轉(zhuǎn)渦盤6和十字環(huán)30的運動不穩(wěn)定。此外，由于十字環(huán)30的鍵32和33在它們分別被安裝到于公轉(zhuǎn)渦盤6上限定出的鍵槽6b和6c的情況下與公轉(zhuǎn)渦盤6產(chǎn)生接觸，因此產(chǎn)生了振動噪聲和接觸磨損。而且，由于沿著公轉(zhuǎn)方向的前向或者反向振動，因此在壓縮室內(nèi)產(chǎn)生了間隙，故產(chǎn)生了壓力泄漏。
此外，就對稱渦旋壓縮機而言，由于兩個壓縮室具有相同的壓力，因此兩個壓縮室內(nèi)的容積比(即壓縮比)在排出沖程中彼此相同。但是，就非對稱渦旋壓縮機而言，由于兩個壓縮室具有不同的壓力，因此增加了從具有高壓的一個壓縮室到具有低壓的另一個壓縮室之間的壓力泄漏的發(fā)生。
結(jié)果，即使在兩個壓縮室的容積比設(shè)計成彼此相同的情況下，在實際進行排出過程的時間點上，兩個壓縮室的壓力相互不同。到這時，由于一個壓縮室被過分壓縮，而另一個壓縮室壓縮不充分，因此在排出沖程時引起了流體損失，這樣就加深了氣體力的不平衡。因此，產(chǎn)生了這樣的問題公轉(zhuǎn)渦盤的運動不穩(wěn)定。
由此，本發(fā)明試圖解決產(chǎn)生于現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種非對稱渦旋壓縮機，該壓縮機使作用在公轉(zhuǎn)渦盤上的反向旋轉(zhuǎn)扭矩最小從而使公轉(zhuǎn)渦盤的運動穩(wěn)定，使作用在十字環(huán)上的力的方向保持不變從而使十字環(huán)的運動穩(wěn)定，并且使在排出沖程時產(chǎn)生的排出氣體的不平衡力最小。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種非對稱渦旋壓縮機，所述壓縮機包括公轉(zhuǎn)渦盤，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有偏心地形成的一端板和一凸出部分，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有一卷狀物，所述卷狀物形成于端板的上表面并且具有漸開曲線形構(gòu)型；一十字環(huán)，它以可防止公轉(zhuǎn)渦盤旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在公轉(zhuǎn)渦盤的下表面上；及一固定渦盤，它蓋住了公轉(zhuǎn)渦盤的上部分并且具有一卷狀物，所述卷狀物具有漸開曲線形構(gòu)型，并且與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物以這樣的方式接合，即借助于公轉(zhuǎn)渦盤的轉(zhuǎn)動運動在公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物和固定渦盤卷狀物之間形成壓縮室，與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物相比，所述固定渦盤的卷狀物沿漸開曲線延伸的方向在180°的范圍內(nèi)進一步延伸，其中公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心設(shè)置在這樣的區(qū)域內(nèi)即當(dāng)沿一條把與端板和凸出部分的中心相對應(yīng)的、當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物(the existingorbiting scroll wrap)的基圓的中心與當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外端連接起來的直線測量時，所述區(qū)域的范圍在圓周上處于當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的30°和當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物卷繞方向的60°之間，而在徑向上所述區(qū)域的范圍處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的公轉(zhuǎn)半徑的0.1倍和0.5倍之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種非對稱渦旋壓縮機，所述壓縮機包括一公轉(zhuǎn)渦盤，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有偏心地形成的一端板和一凸出部分，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有一卷狀物，所述卷狀物形成于端板的上表面并且具有漸開曲線形構(gòu)型；一十字環(huán)，它以可防止公轉(zhuǎn)渦盤旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在公轉(zhuǎn)渦盤的下表面上；及一固定渦盤，它蓋住了公轉(zhuǎn)渦盤的上部分并且具有一卷狀物，所述卷狀物具有漸開曲線形并且與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物以這樣的方式接合，即借助于公轉(zhuǎn)渦盤的公轉(zhuǎn)運動在公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物和固定渦盤卷狀物之間形成了壓縮室，與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物相比，所述固定渦盤的卷狀物沿漸開曲線延伸的方向在180°的范圍內(nèi)進一步延伸，其中形成于十字環(huán)的上表面上的鍵中的一個鍵設(shè)置在這樣的區(qū)域中即當(dāng)沿一條把公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心與公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外端連接起來的直線測量時，所述區(qū)域的范圍在圓周上處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的10°和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物卷繞方向的80°之間。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種非對稱渦旋壓縮機，所述壓縮機包括一公轉(zhuǎn)渦盤，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有偏心地形成的一端板和一凸出部分，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有一卷狀物，所述卷狀物形成于所述端板的上表面并且具有漸開曲線形構(gòu)型；一十字環(huán)，它以可防止公轉(zhuǎn)渦盤旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在公轉(zhuǎn)渦盤的下表面上；及一固定渦盤，它蓋住了公轉(zhuǎn)渦盤的上部分并且具有一卷狀物，所述卷狀物具有漸開曲線形構(gòu)型并且與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物以這樣的方式接合，即借助于公轉(zhuǎn)渦盤的轉(zhuǎn)動運動在公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物和固定渦盤卷狀物之間形成壓縮室，與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物相比，所述固定渦盤的卷狀物沿漸開曲線延伸的方向在180°的范圍內(nèi)進一步延伸，其中當(dāng)假設(shè)容積比表示吸入容積和排出時容積之間的比率時，在固定渦盤卷狀物的內(nèi)表面和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外表面之間限定出的第一壓縮室的第一容積比比在固定渦盤卷狀物的外表面和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的內(nèi)表面之間限定出的第二壓縮室的第二容積比要大。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，第一壓縮室的第一容積比比第二壓縮室的第二容積比至少大0.1。
在閱讀了下面結(jié)合附圖的詳細說明之后，本發(fā)明的上述目的和其它特征和優(yōu)點將會變得更加顯而易見。在附圖中
圖1是表示傳統(tǒng)渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分的縱向剖面視圖；圖2是表示傳統(tǒng)渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分的主要零件的分解透視圖；圖3是順序地解釋對稱渦旋壓縮機的壓縮原理的橫剖視圖；圖4是解釋傳統(tǒng)非對稱渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分的橫剖視圖；圖5是表示作用在傳統(tǒng)非對稱渦旋壓縮機上的力的關(guān)系的局部放大圖；圖6是表示作用在傳統(tǒng)非對稱渦旋壓縮機的公轉(zhuǎn)渦盤上的力的關(guān)系的曲線圖；圖7和8分別表示作用在公轉(zhuǎn)渦盤上的旋轉(zhuǎn)扭矩和作用在傳統(tǒng)非對稱渦旋壓縮機的十字環(huán)的鍵上的力的曲線圖；圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的非對稱渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分的縱向橫剖視圖，該壓縮機構(gòu)部分具有防止產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)扭矩的結(jié)構(gòu)；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的非對稱渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分的橫剖視圖，該壓縮機構(gòu)部分具有防止產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)扭矩的結(jié)構(gòu)；圖11是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的非對稱渦旋壓縮機的公轉(zhuǎn)渦盤的局部放大橫剖視圖，該公轉(zhuǎn)渦盤構(gòu)成了用來防止產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)扭矩的結(jié)構(gòu)；圖12和13分別表示在根據(jù)本發(fā)明實施例的非對稱渦旋壓縮機中作用在公轉(zhuǎn)渦盤上的旋轉(zhuǎn)扭矩和作用在十字環(huán)的鍵上的力的曲線圖；圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的非對稱渦旋壓縮機上的、具有運動穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的壓縮機構(gòu)部分的縱向剖面圖；圖15表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的非對稱渦旋壓縮機上的、具有運動穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的壓縮機構(gòu)部分的橫向剖面圖；圖16表示作用在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的非對稱渦旋壓縮機的十字環(huán)的鍵上的力的曲線圖；圖17和18分別表示根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的非對稱渦旋壓縮機上的、具有氣體排出結(jié)構(gòu)的壓縮機構(gòu)部分的縱向和橫向剖面圖；圖19和20表示根據(jù)本發(fā)明又一實施例的非對稱渦旋壓縮機上的氣體排出結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖；圖21是依次表示根據(jù)本發(fā)明又一實施例的非對稱渦旋壓縮機上的氣體排出結(jié)構(gòu)的操作的橫向剖面圖；圖22表示了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的非對稱渦旋壓縮機的壓力的曲線圖。
現(xiàn)在對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行更加詳細的說明，本發(fā)明優(yōu)選實施例的一個例子表示在附圖中。只要有可能，相同的標號將在整個附圖和描述中用來表示相同或者類似的零件。
圖9和圖10表示了根據(jù)本發(fā)明一實施例的非對稱性渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分。參照圖9和圖10，非對稱性渦旋壓縮機由動力產(chǎn)生部分和壓縮機構(gòu)部分組成。壓縮機構(gòu)部分包括固定到支架1上的固定渦盤10；和公轉(zhuǎn)渦盤20，渦盤20以可作公轉(zhuǎn)的方式插入在支架1和固定渦盤10之間。
固定渦盤10具有一主體12，該主體12成形成具有預(yù)定形狀。一卷狀物11具有漸開的曲線形構(gòu)型，該卷狀物形成于主體12的下表面上，一排出孔13通過固定渦盤10的主體12的中心部分而形成。
該公轉(zhuǎn)渦盤20具有一端板22，該端板22具有預(yù)定厚度和面積。卷狀物21也具有漸開的曲線形構(gòu)型，它形成于端板22的上表面，使得公轉(zhuǎn)渦盤20的卷狀物21與固定渦盤10的卷狀物11接合。與旋轉(zhuǎn)軸2的偏心部分2a連接的凸出部分23形成于端板22的下表面。
由于與動力產(chǎn)生部分連接的旋轉(zhuǎn)軸2的偏心部分2a被插入公轉(zhuǎn)渦盤20的凸出部分23中，因此公轉(zhuǎn)渦盤20與旋轉(zhuǎn)軸2連接起來。壓縮室P在固定渦盤10的卷狀物11和公轉(zhuǎn)渦盤20的卷狀物21之間形成。
固定渦盤10和公轉(zhuǎn)渦盤20以這種形式，使得公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21具有漸開的曲線形構(gòu)型和預(yù)定長度，與在固定渦盤卷狀物11接合公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21的狀態(tài)下的公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21相比，該固定渦盤卷狀物11進一步延伸180°的漸開角度(involute angle)，或者延伸比180°要小的度數(shù)。
此外，如圖11所示一樣，公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21’的基圓的中心O2設(shè)置在這樣的區(qū)域內(nèi)當(dāng)沿一直線(該直線把與端板22和凸出部分23的中心相對應(yīng)的、當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21的基圓的中心O1與當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21的外端連接起來)測量時，該區(qū)域的范圍在圓周上處于當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21延伸方向的30°和當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21卷繞方向的60°之間，而在徑向上該區(qū)域的范圍處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21的公轉(zhuǎn)半徑的0.1倍到0.5倍之間。
下面，描述根據(jù)本發(fā)明這個實施例的非對稱渦旋壓縮機的工作。
首先，如果驅(qū)動力從動力產(chǎn)生部分通過旋轉(zhuǎn)軸2輸送到公轉(zhuǎn)渦盤20中，同時借助于偶聯(lián)到公轉(zhuǎn)渦盤20的端板22上的十字環(huán)30防止公轉(zhuǎn)渦盤20旋轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)渦盤20在固定渦盤卷狀物11和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21相互嚙合的狀態(tài)下公轉(zhuǎn)。借助于公轉(zhuǎn)渦盤20的公轉(zhuǎn)運動，冷卻氣體被吸入壓縮室P(該壓縮室P在固定渦盤卷狀物11和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物21之間形成)中，并被壓縮，然后通過在固定渦盤10內(nèi)形成的排出孔13排出。
如上所述，作用在公轉(zhuǎn)渦盤上的旋轉(zhuǎn)扭矩可以通過下面給出的公式進行計算Mt＝Ft×{β-rcos(δe-θ)}這里Ft是作用在切線方向上的氣體力，β是從公轉(zhuǎn)渦盤的中心到氣體力Ft的作用點之間的距離，r是公轉(zhuǎn)渦盤的端板的中心和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的漸開曲線的基圓的中心之間的偏心距，θ是曲柄角，及δe是偏心角度，該偏心角度是在卷狀物的外端處朝該卷狀物的延伸的方向測得的。
在上面公式中，根據(jù)曲柄角θ，F(xiàn)t×β所表示的旋轉(zhuǎn)扭矩分量具有圖5所示的趨勢，而在用來確定公轉(zhuǎn)渦盤的整個旋轉(zhuǎn)扭矩的這些項之中，F(xiàn)t×β是由于氣體力作用在切線方向上所引起的一項。此外，由于δe總是不變，因此Ft×r×cos(δe-θ)具有正弦波的形式，而Ft×r×cos(δe-θ)是由于卷狀物的偏心距所引起的一項。
相應(yīng)地，借助于合適地調(diào)整偏心角度δe和偏心距r，使公轉(zhuǎn)渦盤的反向旋轉(zhuǎn)最小化是可能的。換句話說，由于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心O2處于這樣的區(qū)域內(nèi)當(dāng)沿一直線(該直線把與端板和凸出部分的中心相對應(yīng)的、當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心O1與當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外端連接起來)測量時，該區(qū)域的范圍在圓周上處于當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的30°和當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物卷繞方向的60°之間，而在徑向上該區(qū)域的范圍處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的轉(zhuǎn)動半徑ε的0.1倍到0.5倍之間(即，中心O2偏離中心O1一個與偏心距r相一致的距離)，使作用在公轉(zhuǎn)渦盤20上的反向旋轉(zhuǎn)扭矩最小化。
圖12和13示出了在本發(fā)明的這個實施例的非對稱渦旋壓縮機中使用能夠防止產(chǎn)生反向扭矩的結(jié)構(gòu)時的計算結(jié)果。
借助于如上所述的、使作用在旋轉(zhuǎn)扭矩上的反向旋轉(zhuǎn)扭矩最小化，使施加到十字環(huán)上的防止公轉(zhuǎn)渦盤(orbiting scroll)旋轉(zhuǎn)的力的方向保持不變，因此公轉(zhuǎn)渦盤和十字環(huán)的運動是穩(wěn)定的。
下文中，參照附圖來描述本發(fā)明另一個實施例的非對稱渦旋壓縮機。
圖14和15表示了本發(fā)明另一個實施例的非對稱渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分。參照圖14和15，首先，在非對稱渦旋壓縮機的壓縮機構(gòu)部分中，形成有漸開曲線形構(gòu)型的卷狀物51的固定渦盤50與具有預(yù)定形狀的支架1連接。公轉(zhuǎn)渦盤60介于固定渦盤50和支架1之間，其方式使得公轉(zhuǎn)渦盤60可以相對固定渦盤50公轉(zhuǎn)。
用來防止公轉(zhuǎn)渦盤60旋轉(zhuǎn)的十字環(huán)70設(shè)置在支架1和公轉(zhuǎn)渦盤60之間。十字環(huán)70以這種方式布置，即使得形成于十字環(huán)70的上表面上的一個鍵設(shè)置在這樣的區(qū)域中當(dāng)沿一直線(該直線把公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61的基圓的中心與公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61的外端連接起來)測量時，該區(qū)域的范圍在圓周上處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61延伸方向的10°和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61卷繞方向的80°之間。
壓縮室P在固定渦盤50的卷狀物51和公轉(zhuǎn)渦盤60的卷狀物61之間形成。在固定渦盤卷狀物51接合公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61的狀態(tài)下，與公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61相比，該固定渦盤卷狀物51又進一步延伸了180°的漸開角度，或者延伸了比180°小的角度。
十字環(huán)70具有環(huán)形構(gòu)型。各具有正方盒形結(jié)構(gòu)的第一鍵72和第二鍵73突出地形成于十字環(huán)70的上表面上，并且沿著第一直線設(shè)置。同樣具有正方盒形構(gòu)型的第三鍵74和第四鍵75突出地形成于十字環(huán)70的下表面上，并且沿著垂直于第一直線的第二直線設(shè)置，而沿著第一直線設(shè)置了第一鍵72和第二鍵73。
沿著第一直線，公轉(zhuǎn)渦盤60的下表面形成有第一和第二鍵槽(未示出)，可使得十字環(huán)70的第一鍵72和第二鍵73分別安裝到第一和第二鍵槽內(nèi)。還有，沿著第二直線，支架1的上表面形成有第三和第四鍵槽(未示出)，可使得十字環(huán)70的第三鍵74和第四鍵75分別安裝到第三和第四鍵槽內(nèi)。
十字環(huán)70設(shè)置在支架1和公轉(zhuǎn)渦盤60之間，因此第一鍵72和第二鍵73分別安裝到公轉(zhuǎn)渦盤60的第一和第二鍵槽中，而第三鍵74和第四鍵75分別安裝到支架1的第三和第四鍵槽中。
如上所述，在十字環(huán)70的第一鍵72和第二鍵73及可將第一鍵72和第二鍵73分別安裝到其中的、公轉(zhuǎn)渦盤60的第一和第二鍵槽之中，一個鍵和可將該鍵安裝到其中的一個鍵槽設(shè)置在下面的區(qū)域內(nèi)當(dāng)通過直線(該直線把公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心與公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外端連接起來)來測量時，該區(qū)域的范圍在圓周上處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的10°和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物卷繞方向的80°之間。然后，適當(dāng)?shù)夭贾檬汁h(huán)的剩余鍵和剩余鍵槽，使得所有的鍵和槽鍵分別相互間隔開90°。
由于與動力產(chǎn)生部分相連接的、旋轉(zhuǎn)軸2的偏心部分2a插入到形成于公轉(zhuǎn)渦盤60的下表面上的凸出部分64中，驅(qū)動力從動力產(chǎn)生部分通過旋轉(zhuǎn)軸2輸送到公轉(zhuǎn)渦盤60。
在下文中，描述本發(fā)明的另一實施例的非對稱性渦旋壓縮機的工作。
首先，如果驅(qū)動力從動力產(chǎn)生部分通過旋轉(zhuǎn)軸2輸送到公轉(zhuǎn)渦盤60中，同時借助于十字環(huán)70防止公轉(zhuǎn)渦盤60旋轉(zhuǎn)，那么公轉(zhuǎn)渦盤60在固定渦盤卷狀物51和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61處于相互接合的狀態(tài)下公轉(zhuǎn)。借助于公轉(zhuǎn)渦盤60的公轉(zhuǎn)運動，冷卻氣體被吸入由固定渦盤卷狀物51和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物61所限定出的壓縮室P中。當(dāng)吸入冷卻氣體的壓縮室P向著渦旋壓縮機的中心運動時，壓縮室P的容積減少并且冷卻氣體被壓縮。最后，壓縮過的冷卻氣體通過在固定渦盤50上形成的排出孔52排出。
在上面過程中，在借助十字環(huán)70防止公轉(zhuǎn)渦盤60旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，公轉(zhuǎn)渦盤60繞著固定渦盤50的中心以一預(yù)定的公轉(zhuǎn)半徑公轉(zhuǎn)。
這里，在用來確定反作力(由公轉(zhuǎn)渦盤60的公轉(zhuǎn)運動把該反作用力施加到十字環(huán)70上，從而破壞防止公轉(zhuǎn)渦盤60的旋轉(zhuǎn))的這些項中，最重要的因素包括旋轉(zhuǎn)扭矩和密封力(即使公轉(zhuǎn)渦盤60擠靠在固定渦盤50上的力)的影響。
在這兩個最重要的因素之間，旋轉(zhuǎn)扭矩由渦旋的形狀來確定，而密封力由十字環(huán)的位置來決定。
密封力通過公轉(zhuǎn)渦盤的運動公式來計算。離心力Fc和切線氣體力Fr是影響密封力的主要因素。具有一個相對公轉(zhuǎn)角度的恒定關(guān)系的三角函數(shù)值乘以離心力Fc和切線氣體力Fr。因此，公轉(zhuǎn)渦盤的運動公式用正弦曲線來表示。該公轉(zhuǎn)角度與十字環(huán)的角度具有恒定的關(guān)系。
其結(jié)果是，由于下述事實即在十字環(huán)的這些鍵之中，安裝到公轉(zhuǎn)渦盤的鍵槽中的一個鍵設(shè)置在這樣的區(qū)域中當(dāng)沿一直線(該直線把公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心與公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外端連接起來)測量時，該區(qū)域的范圍在圓周上處于適當(dāng)?shù)慕嵌戎g，即處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的10°和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物卷繞方向的80°之間，則施加到十字環(huán)70上的、反作用力的反轉(zhuǎn)最小，因此十字環(huán)70和公轉(zhuǎn)渦盤60的運動穩(wěn)定。
圖16表示作為使用本發(fā)明實施例的計算結(jié)果的圖線，其示出了施加到十字環(huán)上的的力。如從圖中所容易地看出的那樣，施加到十字環(huán)70的鍵上的反作用力的反向最小，并且施加到十字環(huán)70上的旋轉(zhuǎn)扭矩最小。
下文中，參照附圖描述本發(fā)明的又一實施例的非對稱渦旋壓縮機。
圖17和18表示了本發(fā)明的又一實施例的非對稱渦旋壓縮機。參照圖17和18，首先，非對稱渦旋壓縮機包括用來產(chǎn)生驅(qū)動力的動力產(chǎn)生部分和用來從動力產(chǎn)生部分接受驅(qū)動力、因而壓縮冷卻氣體的壓縮機構(gòu)部分。該壓縮機構(gòu)部分包括固定渦盤80和公轉(zhuǎn)渦盤90，該固定渦盤80固定到支架1上，而公轉(zhuǎn)渦盤90以可公轉(zhuǎn)的方式介于支架1和固定渦盤80之間。
固定渦盤80具有成形為具有預(yù)定形狀的主體。具有漸開曲線構(gòu)型的卷狀物81形成于主體的下表面上，并且通過固定渦盤80的主體的中心部分形成排出孔83。
公轉(zhuǎn)渦盤90具有端板92，該端板具有預(yù)定的厚度和面積。具有漸開曲線構(gòu)型的卷狀物91形成于端板92的上表面，使得公轉(zhuǎn)渦盤90的卷狀物91與固定渦盤80的卷狀物81結(jié)合。與旋轉(zhuǎn)軸2的偏心部分2a連接的凸出部分93形成于端板92的下表面上。
公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91以使得公轉(zhuǎn)渦盤90可以公轉(zhuǎn)的方式與固定渦盤卷狀物81結(jié)合。該固定渦盤卷狀物81以這樣的方式形成，即相對公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91多延伸180°。
在固定渦盤卷狀物81的內(nèi)表面和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的外表面之間限定出的第一壓縮室P1的第一容積比比在固定渦盤卷狀物81的外表面和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的內(nèi)表面之間限定出的第二壓縮室P2的第二容積比要大。
這里，容積比(即壓縮比)表示為吸氣過程結(jié)束時吸入到壓縮室中的冷卻氣體的容積與冷卻氣體排出時的冷卻氣體的容積之比所得到的值。即，該容積比用吸入容積和排出時的容積之間的比來表示。這里，最好是令第一壓縮室P1的第一容積比比第二壓縮室P2的第二容積比至少大0.1。
圖19和20表示了處于排出孔83的區(qū)域內(nèi)的固定渦盤卷狀物81和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的內(nèi)端形狀，因此可以相互比較地解釋傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。正如圖19和20所示，作為實現(xiàn)使第一壓縮室P1的第一容積比比第二壓縮室P2的第二容積比大的例子，本發(fā)明的公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的內(nèi)端形成有延伸部分92，因此比傳統(tǒng)公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的內(nèi)端延伸得長一些，其使得第一壓縮室P1的排出延遲了，或者第二壓縮室P2的排出提前了。
下面，描述本發(fā)明又一實施例的非對稱渦旋壓縮機。
首先，如果驅(qū)動力從動力產(chǎn)生部分通過旋轉(zhuǎn)軸2輸送到公轉(zhuǎn)渦盤90中，同時借助于連接到公轉(zhuǎn)渦盤90的端板92中的十字環(huán)3防止公轉(zhuǎn)渦盤90旋轉(zhuǎn)，則在固定渦盤卷狀物81和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91處于相互嚙合起來的狀態(tài)下，公轉(zhuǎn)渦盤90公轉(zhuǎn)。因公轉(zhuǎn)渦盤90的公轉(zhuǎn)運動，冷卻氣體被吸入壓縮室P1和P2中，并被壓縮，然后通過在固定渦盤80內(nèi)形成的排出孔83排出。
更加具體地談?wù)勥@種壓縮過程，當(dāng)通過吸入管引入到非對稱渦旋壓縮機的冷卻氣體被第一次壓縮之后，冷卻氣體在公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的外端處流入到公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的外表面和固定渦盤卷狀物81的內(nèi)表面之間，由此限定出第一壓縮室P1。然后，當(dāng)公轉(zhuǎn)渦盤90公轉(zhuǎn)時，第一壓縮室P1的容積減少，并同時執(zhí)行壓縮過程。同時，冷卻氣體流進固定渦盤卷狀物81的外表面和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的內(nèi)表面之間，由此限定出第二壓縮室P2。
此外，當(dāng)公轉(zhuǎn)渦盤90連續(xù)地公轉(zhuǎn)時，在相互對置狀態(tài)彼此構(gòu)成一對的第一和第二壓縮室P1和P2移向渦旋壓縮機的中心。這樣，第一和第二壓縮室P1和P2的容積減少。其結(jié)果是，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚎s室P1和P2在排出孔83(該排出孔在固定渦盤80的中心部分處形成)的區(qū)域內(nèi)相互接合在一起時，壓縮過的冷卻氣體通過該排出孔83排出。
在上面的過程中，由于存在下述事實即該固定渦盤卷狀物81以這樣的方式形成，使得其形成得比公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91長180°或長小于180°的度數(shù)，因此吸入到第一壓縮室P1中的冷卻氣體的總量大于吸入到第二壓縮室P2中的冷卻氣體的總量，因此第一壓縮室P1的壓力高于第二壓縮室P2的壓力。
一般地，在非對稱型的壓縮機構(gòu)部分中，正如圖22所示出的，為了確保在第一和第二壓縮室P1和P2內(nèi)進行壓縮的冷卻氣體一起通過排出孔83排出時公轉(zhuǎn)渦盤的運動穩(wěn)定，因此冷卻氣體的第一容積比(在第一壓縮室P1移向渦旋壓縮機的中心時氣體被壓縮，然后氣體通過排出孔83排出)(或者第一壓縮比)一定得與冷卻氣體的第二容積比(在與第一壓縮室P1相對的第二壓縮室P2移向渦旋壓縮機的中心時該氣體被壓縮，然后該氣體通過排出孔83排出)(或者第二壓縮比)相同。
這里，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚎s室P1和P2被壓向排出孔83時，如果第一壓縮室P1的壓力由于第一和第二壓縮室P1和P2之間的壓差而泄漏到第二壓縮室P2中，然后通過排出孔83而排出，那么第一和第二壓縮室P1和P2的排出氣體的壓力相互不同，因此整個渦旋壓縮機的運動由于氣體力的不平衡而變得不穩(wěn)定。
關(guān)于這一點，在本發(fā)明的這個實施例中，由于這樣的事實即第一壓縮室P1的第一容積比大于第二壓縮室P2的第二容積比，即使在第一和第二壓縮室P1和P2被壓縮時產(chǎn)生壓力泄漏，因與第二壓縮室P2的容積比相比第一壓縮室P1的第一容積比較大，在冷卻氣體從排出孔83排出時，第一壓縮室P1的壓力和第二壓縮室P2的壓力之間的差值達到最小。換句話說，當(dāng)?shù)谝粔嚎s室P1的第一容積比和第二壓縮室P2的壓力基本上相互相同時，在第一和第二壓縮室P1和P2內(nèi)進行壓縮的冷卻氣體共同通過排出室83而排出時，可以實現(xiàn)氣體的平衡，因此公轉(zhuǎn)渦盤的運動穩(wěn)定了。
另一方面，如另一方法一樣，即使在第二壓縮室P2的第二容積比小于第一壓縮室P1的第一容積比的情況下，可以實現(xiàn)相同的功能。在非對稱型的壓縮機構(gòu)部分中，存在各種影響壓縮室P1和P2的容積比或者壓縮比的因素。
例如，就第一壓縮室P1而言，公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的外端的長度和形狀、排出孔83的外形或者類似因素可對第一容積比產(chǎn)生影響。就第二壓縮室P2而言，固定渦盤卷狀物81的外端的長度和形狀、在公轉(zhuǎn)渦盤90的端板92的中心部分處所形成的吸入槽(未示出)的外形等因素可以對第二容積比產(chǎn)生影響。
在上述的這些因素中，通過增加公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物91的外端長度，第一壓縮室P1的排出時間可被延遲，由此可以增加第一壓縮室P1的容積比。
其結(jié)果是，借助于本發(fā)明的非對稱渦旋壓縮機，提供了如下優(yōu)點由于公轉(zhuǎn)渦盤的反向旋轉(zhuǎn)扭矩最小化，并且旋轉(zhuǎn)扭矩以一個方向施加到用來防止公轉(zhuǎn)渦盤的旋轉(zhuǎn)的十字環(huán)上，因此十字環(huán)和公轉(zhuǎn)渦盤的運動是穩(wěn)定的，因此避免了不正常磨損和振動噪聲。此外，由于防止了壓縮氣體的泄漏，因此非對稱渦旋壓縮機的工作可靠性得到了改進。而且，由于公轉(zhuǎn)渦盤公轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的壓縮室壓力相互平衡的事實，因此避免了通過排出孔所排出的排出氣體的力不平衡，因此公轉(zhuǎn)渦盤的運動是穩(wěn)定的，因此進一步提高了非對稱渦旋壓縮機的工作可靠性。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實施例，盡管采用了具體術(shù)語，但是它們只是用于普通和描述性的意義上，而不是用于限定目的，本發(fā)明的范圍在后面的權(quán)利要求中給出。
權(quán)利要求
1.一種非對稱渦旋壓縮機，所述壓縮機包括一公轉(zhuǎn)渦盤，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有偏心地形成的一端板和一凸出部分，所述公轉(zhuǎn)渦盤具有一卷狀物，所述卷狀物形成于端板的上表面并且具有漸開曲線形構(gòu)型；一十字環(huán)，它以可防止公轉(zhuǎn)渦盤旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在公轉(zhuǎn)渦盤的下表面上；及一固定渦盤，它蓋住了公轉(zhuǎn)渦盤的上部分并且具有一卷狀物，所述卷狀物具有漸開曲線形并且與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物以這樣的方式接合，即借助于公轉(zhuǎn)渦盤的轉(zhuǎn)動運動在公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物和固定渦盤卷狀物之間形成了壓縮室，與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物相比，所述固定渦盤的卷狀物沿漸開曲線延伸的方向在180°的范圍內(nèi)進一步延伸，其中形成于十字環(huán)的上表面和下表面上的鍵中的一個鍵設(shè)置在這樣的區(qū)域中即當(dāng)沿一條把公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓的中心與公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的外端連接起來的直線測量時，所述區(qū)域的范圍在圓周上處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的10°和公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物卷繞方向的80°之間。
全文摘要
一種非對稱渦旋壓縮機，包括公轉(zhuǎn)渦盤、十字環(huán)以及固定渦盤，與公轉(zhuǎn)渦盤的卷狀物相比，固定渦盤的卷狀物沿漸開曲線延伸的方向在180°的范圍內(nèi)進一步延伸。公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓中心的位置區(qū)域是當(dāng)沿一條把當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的基圓中心與其外端連接起來的直線測量時，該區(qū)域在圓周上處于當(dāng)前公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物延伸方向的30°和該卷狀物卷繞方向的60°之間，而在徑向上該區(qū)域處于公轉(zhuǎn)渦盤卷狀物的公轉(zhuǎn)半徑的0.1至0.5倍之間。
文檔編號F04C18/02GK1598318SQ20041008493
公開日2005年3月23日 申請日期2000年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月24日
發(fā)明者張英逸, 趙洋熙, 崔世憲, 李丙哲 申請人:Lg電子株式會社