專(zhuān)利名稱(chēng)：具有偏置渦旋件的渦旋式壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成這樣一種渦旋件的驅(qū)動(dòng)中心，該驅(qū)動(dòng)中心偏置離開(kāi)渦卷的基點(diǎn)，以減小或消除反轉(zhuǎn)扭矩。
背景技術(shù)：
渦旋式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于制冷劑壓縮領(lǐng)域。在渦旋式壓縮機(jī)中，一對(duì)渦旋件各自具有一基部和大致螺旋狀的渦卷，它們的渦卷相互嚙合在一起形成壓縮腔，兩個(gè)渦旋件中的一個(gè)受驅(qū)動(dòng)相對(duì)于另一個(gè)渦旋件作轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由于這樣的運(yùn)動(dòng)使得壓縮腔的體積減小，在壓縮腔中裝入的制冷劑得到壓縮。一種防自轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)有助于轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
從歷史上看，螺旋狀渦卷都是做成圓形漸開(kāi)線的形狀。最近以來(lái)，包括復(fù)合曲線，漸開(kāi)線和其他的很多復(fù)雜形狀已經(jīng)被應(yīng)用來(lái)形成所謂的“混合式渦卷”。包括傳統(tǒng)的圓形漸開(kāi)線在內(nèi)的每一種渦卷都是從一個(gè)基點(diǎn)開(kāi)始形成的，該基點(diǎn)通常是渦旋件的驅(qū)動(dòng)中心。
混合式渦卷為渦旋式壓縮機(jī)的操作和效率提高提供了許多的改進(jìn)之處。但是，混合式渦卷也引出了這樣一個(gè)難題，即，有時(shí)它會(huì)在防自轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)中產(chǎn)生反轉(zhuǎn)扭矩。這樣，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸具有一個(gè)小的的轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件就施加反轉(zhuǎn)扭矩，防自轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)上也產(chǎn)生反轉(zhuǎn)扭矩。這種情況是不希望出現(xiàn)的，它會(huì)帶來(lái)過(guò)大的噪聲或振動(dòng)。
渦旋式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)者們?cè)谶^(guò)去已經(jīng)應(yīng)用了一項(xiàng)技術(shù)使渦卷的基點(diǎn)偏離驅(qū)動(dòng)中心以獲得較小的尺寸。特別地，旋轉(zhuǎn)渦旋件一般都有一個(gè)容納驅(qū)動(dòng)軸承的輪轂向下延伸。一個(gè)偏心部件從驅(qū)動(dòng)軸向上延伸進(jìn)入這個(gè)驅(qū)動(dòng)軸承。旋轉(zhuǎn)渦旋件的驅(qū)動(dòng)中心限定為上述輪轂或者是軸承的中心。過(guò)去，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)渦旋件渦卷的基點(diǎn)被設(shè)置成與驅(qū)動(dòng)中心偏置以得到更小的外殼尺寸。同時(shí)，固定渦旋件在同樣的方向相對(duì)于它的驅(qū)動(dòng)軸、即驅(qū)動(dòng)軸的中心也偏置相同的數(shù)值。而且，這項(xiàng)技術(shù)已被應(yīng)用于獲得一個(gè)較小的外殼尺寸，這樣往往就在事實(shí)上產(chǎn)生了以上所提及的反轉(zhuǎn)扭矩問(wèn)題。而且，人們還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到混合式渦卷也會(huì)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)扭矩的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明所揭示的實(shí)施例中，在可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的轉(zhuǎn)動(dòng)周期過(guò)程中，確定出一用來(lái)消除或減小反轉(zhuǎn)扭矩的偏置，并且該偏置也可消除扭矩波動(dòng)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，繪制出了扭矩相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)角度的關(guān)系曲線圖。設(shè)計(jì)者在該扭矩函數(shù)曲線圖中尋找極值。確定一偏置來(lái)消除這些極值。一般地，找到最低的負(fù)扭矩值，即最大的反轉(zhuǎn)扭矩點(diǎn)，設(shè)計(jì)者就可以確定所設(shè)計(jì)偏置的方向。特別地，在最低負(fù)扭矩的角度點(diǎn)處，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的軸線在特定的方向上設(shè)置該偏心偏置。就在該的方向上設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件渦卷相對(duì)于其驅(qū)動(dòng)軸的偏置。如果所選擇的點(diǎn)是負(fù)扭矩點(diǎn)，那么就使可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦卷的基點(diǎn)朝著驅(qū)動(dòng)軸的中心移動(dòng)。另一方面，若選擇最大的扭矩點(diǎn)，就將可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件渦卷的基點(diǎn)遠(yuǎn)離該位置的驅(qū)動(dòng)軸中心移動(dòng)。
由此相對(duì)于驅(qū)動(dòng)中心和軸中心移動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦卷的基點(diǎn)，使得在原始或名義的扭矩函數(shù)中施加一大致的正弦函數(shù)，以消除極點(diǎn)，從而消除反轉(zhuǎn)扭矩。
通過(guò)下面的說(shuō)明和附圖可以更透徹的了解本發(fā)明的這些和其它的特征，接下來(lái)是簡(jiǎn)要的介紹。


圖1是本發(fā)明的渦旋式壓縮機(jī)的縱向剖視圖。
圖2是本發(fā)明的渦旋式壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)渦旋件的頂視圖。
圖3是固定渦旋件的頂視圖。
圖4是無(wú)偏置渦旋件和本發(fā)明的偏置渦旋件的扭矩一驅(qū)動(dòng)角或軸旋轉(zhuǎn)角度曲線的合成圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，渦旋式壓縮機(jī)20帶有作可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件22和不轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件24，渦旋件22、24各帶有一個(gè)螺旋型的渦卷23、25?？赊D(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件22帶有向下延伸的輪轂26，該輪轂承載一驅(qū)動(dòng)軸承28。驅(qū)動(dòng)軸承28容納在一從驅(qū)動(dòng)軸32向上延伸的偏心銷(xiāo)30上。眾所周知，偏心銷(xiāo)30相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸32的中心軸線是偏心的。歐式聯(lián)軸節(jié)(Oldham coupling(防止自轉(zhuǎn)的聯(lián)軸節(jié)))31防止可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件22的相對(duì)自轉(zhuǎn)，這樣就促使它在圍繞位于偏心銷(xiāo)30的偏心半徑移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸承28的影響下進(jìn)行沿軌道的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。歐式聯(lián)軸節(jié)31防止可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件22在壓縮腔內(nèi)的流體壓力產(chǎn)生的扭矩的影響下發(fā)生自轉(zhuǎn)。
如上所述，當(dāng)渦卷23和25屬于所謂的“混合式”類(lèi)型時(shí)，在作旋轉(zhuǎn)循環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)壓縮腔中流體壓力變化和壓縮腔自身的形狀與位置都可能引起反轉(zhuǎn)扭矩。此時(shí)，反轉(zhuǎn)扭矩由歐式聯(lián)軸節(jié)31承載，這常常引起不希望出現(xiàn)的噪聲和振動(dòng)。
如圖2所示，對(duì)于作轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的渦旋件22進(jìn)行改進(jìn)以減小或消除反轉(zhuǎn)扭矩。特別地，渦卷23的幾何中心或者基點(diǎn)O與驅(qū)動(dòng)中心D之間間隔開(kāi)一個(gè)小的偏置量。通常驅(qū)動(dòng)中心D是輪轂26或者可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的軸承28的軸心。
相似的，如圖3所示，固定的渦旋件的驅(qū)動(dòng)軸心即驅(qū)動(dòng)軸32的中心偏置離開(kāi)其渦卷25的基點(diǎn)O。眾所周知的，混合式渦卷是這樣構(gòu)造成的，從基點(diǎn)開(kāi)始、一系列從基點(diǎn)出發(fā)的半徑延伸開(kāi)以便形成渦卷的外形輪廓。這種限定基點(diǎn)的特征是形成渦卷外形輪廓的一系列半徑所在一次旋轉(zhuǎn)過(guò)程中幾乎沒(méi)有或完全沒(méi)有正弦分量。由偏置中心展開(kāi)的渦卷外形輪廓具有正弦分量，其量級(jí)大致相當(dāng)于偏置的量級(jí)。因此，基點(diǎn)就不是實(shí)際上的渦卷“中心”而是一個(gè)幾何參考點(diǎn)，并且術(shù)語(yǔ)“基點(diǎn)”也是在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域所公知的。
從圖2、圖3和現(xiàn)有技術(shù)中可以明顯的知道，一個(gè)混合式渦卷沿著其長(zhǎng)度方向具有不同的厚度，而且用于可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件和不轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的混合式渦卷不必完全一樣。這種形式的渦卷具有上面所論述的潛在的反轉(zhuǎn)扭矩問(wèn)題。
圖4的曲線圖顯示了怎樣獲得一個(gè)所希望的偏置。如圖4所示，在常規(guī)形式的扭矩與旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系圖中具有最高點(diǎn)X1和最低點(diǎn)X2，在點(diǎn)X2，扭矩小于0，于是產(chǎn)生反轉(zhuǎn)扭矩，應(yīng)當(dāng)注意到，在大約100多度的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中都產(chǎn)生了反轉(zhuǎn)扭矩。
渦旋式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)者能觀察到這一個(gè)點(diǎn)并選擇出一個(gè)極值點(diǎn)，例如X2。X2位于大約286度的旋轉(zhuǎn)角度。在這一點(diǎn)上，偏心銷(xiāo)30沿相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸32的中心軸線的一方向延伸。設(shè)計(jì)者可以把基點(diǎn)O從可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的驅(qū)動(dòng)中心沿同樣的方向偏置以減小扭矩波動(dòng)和消除負(fù)扭矩。由于消除了負(fù)扭矩，驅(qū)動(dòng)中心就可向著軸中心移動(dòng)從而減小扭矩。反過(guò)來(lái)如果設(shè)計(jì)者需要消除最高扭矩點(diǎn)X1，那么輪轂的中心或者可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的驅(qū)動(dòng)中心就著遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)軸中心沿所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)角度的方向移動(dòng)。通常的是，無(wú)論朝哪一方向的移動(dòng)都會(huì)在可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的基點(diǎn)O和中心D之間引起大致相似的偏置。不轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件也可構(gòu)造成具有同樣的偏置方向和量級(jí)。
如圖4所示，借助這種偏置，在軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中形成了新的扭矩，最大點(diǎn)Y1比現(xiàn)有技術(shù)的最大點(diǎn)X1明顯減小，點(diǎn)Y2大致相應(yīng)于點(diǎn)X2。應(yīng)當(dāng)注意的是，這種偏置已經(jīng)消除了反轉(zhuǎn)扭矩，并且顯著地消除了在旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的扭矩波動(dòng)。
經(jīng)過(guò)上面公開(kāi)了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明范圍內(nèi)可以進(jìn)行某些修改。因此，隨后的權(quán)利要求書(shū)將確定本發(fā)明真正的范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種渦旋式壓縮機(jī)，包括第一渦旋件，其包括基部和從該基部延伸的大致螺旋形的渦卷；第二渦旋件，其包括基部和從其基部延伸的大致螺旋形的渦卷，一驅(qū)動(dòng)軸具有偏心銷(xiāo)，該驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)所述第二渦旋件相對(duì)于所述第一渦旋件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的第一和第二渦旋件的所述渦卷相互嚙合以便限定壓縮腔，當(dāng)所述第二渦旋件相對(duì)于所述第一渦旋件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述壓縮腔的體積減?。凰龅牡谝缓偷诙u旋件各自的所述渦卷是分別從所述第一渦旋件和所述第二渦旋件上的基點(diǎn)形成的，所述第一和第二渦旋件均具有驅(qū)動(dòng)中心，所述第一渦旋件的所述驅(qū)動(dòng)中心限定作為所述驅(qū)動(dòng)軸的中心軸心，所述第二渦旋件的該驅(qū)動(dòng)中心限定作為所述偏心銷(xiāo)的中心軸心；和所述的第一和第二渦旋件的所述基點(diǎn)沿相似的方向偏置離開(kāi)所述的第一和第二渦旋件的所述驅(qū)動(dòng)中心，所述偏置選擇成便于在所述第二渦旋件作轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中降低扭矩波動(dòng)和反向扭矩，并且所述第一和第二渦旋件的所述渦卷是混合式渦卷，沿所述渦卷的周邊長(zhǎng)度具有變化的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的渦旋式壓縮機(jī)，其特征在于所述偏置方向是沿根據(jù)研究扭矩與軸旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系圖并確定所述的在沒(méi)有偏置情況下的扭矩圖中的極值點(diǎn)而旋定的一方向而限定的。
3.如權(quán)利要求2所述的渦旋式壓縮機(jī)，其特征在于確定最低負(fù)扭矩極值，并且該偏置是沿著所述最低扭矩?cái)?shù)值的方向選擇的。
4.如權(quán)利要求2所述的渦旋式壓縮機(jī)，其特征在于所述偏置的量級(jí)和方向是這樣選擇的，即，便于減小所述多個(gè)極值點(diǎn)的幅值差距。
5.如權(quán)利要求1所述的渦旋式壓縮機(jī)，其特征在于所述偏置是沿這樣的一方向限定的，該方向是根據(jù)研究扭矩與軸旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系圖并且選擇能夠在軸旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中減小或消除任何正弦力矩分量的方向而所選定的。
6.如權(quán)利要求1所述的渦旋式壓縮機(jī)，其特征在于所述第一和第二渦旋件的所述渦卷具有不同的形狀。
7.一種制造渦旋式壓縮機(jī)的方法，包括以下步驟提供第一渦旋件，包括基部和從基部延伸的大致螺旋形的渦卷；提供第二渦旋件，包括基部和從其基部延伸的大致螺旋形的渦卷，一驅(qū)動(dòng)軸具有偏心銷(xiāo)，該驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)所述第二渦旋件相對(duì)于所述第一渦旋件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的第一和第二渦旋件的所述渦卷相互嚙合以便限定壓縮腔，當(dāng)所述第二渦旋件相對(duì)于所述第一渦旋件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述壓縮腔的體積減??；分別所述第一渦旋件和所述第二渦旋件上的基點(diǎn)形成所述的第一和第二渦旋件各自的所述渦卷，所述第一和第二渦旋件均具有驅(qū)動(dòng)中心，所述第一渦旋件的所述驅(qū)動(dòng)中心限定作為所述驅(qū)動(dòng)軸的中心軸心，所述第二渦旋件的該驅(qū)動(dòng)中心限定作為所述偏心銷(xiāo)的中心軸心，所述渦卷均具有混合式形狀，并且所述渦卷中的至少一個(gè)渦卷沿所述渦卷的周邊長(zhǎng)度具有變化的厚度；和使得所述的第一和第二渦旋件各自的所述基點(diǎn)沿相似的方向偏置離開(kāi)所述的第一和第二渦旋件的所述驅(qū)動(dòng)中心，所述偏置選擇成便于在所述第二渦旋件作轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中降低扭矩波動(dòng)和反向扭矩。
8.如權(quán)利要求7所述的制造渦旋式壓縮機(jī)的方法，其特征在于所述第一和第二渦旋件的所述渦卷具有不同的形狀。
全文摘要
一種具有混合式渦卷的渦旋式壓縮機(jī)，混合式渦卷的基點(diǎn)從可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件和不轉(zhuǎn)動(dòng)的渦旋件的驅(qū)動(dòng)中心偏置，偏置方向選擇成便于使得在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)消除扭矩曲線極值點(diǎn)，以此大致消除反轉(zhuǎn)扭矩。
文檔編號(hào)F04C29/00GK1820144SQ200480014527
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者J·W·布什, A·利夫森 申請(qǐng)人:司考柔技術(shù)公司