专利名称：涡旋式压缩机械的嵌套式联轴装置的制作方法
在如泵、压缩机或扩展器之类的涡旋式机械中，涡旋部件间存在一基本的共同运动，即一个部件必须相对于另一个部件作轨迹运动。相对于另一个涡旋部件作轨迹运动的涡旋部件一般被称为作轨迹运动的涡旋件。在已知的设计中有两个涡旋部件都是转动的，两个部件都是作轨迹运动的，及一个是固定的或仅能够作轴向移动的这几种情况。美国专利3，874，827例举了一种两个涡旋部件以不同的运动半径作轨迹运动的设计，此专利中还揭示了许多个实施例。具体地，在
图15中，揭示了共同作轨迹运动的涡旋设计的更改型，其中采用了两个十字联轴节。一个用键固定在各涡旋部件之间但被置于涡旋部件内部。然而，所揭示的实施例基本上都有一从动的较大的/作轨迹运动的涡旋件，它有一固定轨迹并且还驱动一能够在一较短的/较小的轨道内运动和作轴向运动的从动涡旋件。通过作用于从动涡旋件的排出压力以及一有助于将从动涡旋件设置在相对应于较短轨迹中心的位置上的弹性材料元件迫使从动涡旋件和主动涡旋件进入啮合。弹性材料的偏置可能使从动涡旋件按轨迹运动方式运动的轨迹使成为非圆形的。在所揭示的实施例中，压缩机为马达位于涡旋件之上的开式驱动型。
本发明所指为一种具有两个作轨迹运动涡旋件的涡旋式机械。两个十字联轴节嵌套在较长/轨迹运动涡旋件之下。用键固定在涡旋件之间的联轴节置于最靠近较长涡旋件之处并在联轴节的同一侧上都有四个键。用键固定在较长涡旋件和曲轴箱之间的另一个联轴节被放置在靠近曲轴箱的位置。在两个联轴节中，一组键必须围绕一些元件延伸以嵌入相应的槽中，一较短的涡旋件和一导向环的内表面共同作用，导向环内表面引导并支持较短涡旋件以它的运动通过其较小轨迹从而提供径向可塑性(柔量)。作用在较短涡旋件上的中间压力提供一轴向柔顺力从而保持较短和较长/轨迹运动涡旋件的啮合。较长/轨迹运动涡旋件跨置在曲轴箱上。曲轴箱、导向环和隔离板都栓接在一起并将较长和较短的涡旋件以及其间的抗转构件夹住。
在具有一十字联轴节或其它往复式抗转装置的涡旋式压缩机中，采用转动的平衡块，往复的不平衡性最多也只能被抵消一半。在本发明的共同轨迹运动涡旋件的设计中，有两个用于平衡的独立的往复式十字联轴节。
本发明的一个目的在于将两个元件以一个固定的角度关系联接在一起而使得一个元件，即较短的涡旋件相对于另一个元件，即较长的涡旋件沿轨迹运动。
本发明的另一个目的在于抗转构件的设置和形状，以使它们不支配压缩机械的机壳的最小直径。
本发明的再一个目的在于提供一种共同轨迹运动的涡旋机械，它在两个轨迹运动的部件之间保持一固定的角度关系。这些目的以及其它目的将在下文更加明了，并由本发明实现。
基本地，一涡旋机械具有保持一固定角度关系的共同轨迹运动的涡旋部件。每个涡旋部件和抗转构件起共同作用并且设置在一由固定在一起的隔板，导向环和曲轴箱所规定的组合件内。抗转构件呈两个嵌套式的十字联轴节的形式，它们设置在曲轴箱和较长涡旋件之间。
为了全面地理解本发明，以下将结合附图作详细的描述，其中图1是采用本发明的一涡旋压缩机的局部垂直截面图;
图2是第一联接部件的俯视图;
图3是第二联接部件的俯视图;
图4是沿图3中4-4线所作的截面图;
图5是表示图3的联轴节叠置在图2联轴节上的俯视图;
图6是本发明的抗转联轴节的质量位移图;
图7是根据本发明构思的一转动质量不平衡和一正弦往复运动的质量的结合。
在图1中，数字10总地表示了一底边密封的涡旋式压缩机。压缩机10具有一有主体12-1及一上端盖12-2的壳体或外壳12。隔板32将壳12分成一吸气室16和一排气室17。曲轴箱20以焊接或其它适当的方式固定在主体12-1中并且以一传统的方式支撑曲轴22和十字联轴节24。曲轴22将较长或主动涡旋件26的毂26-3接纳于其偏心配置的槽22-1内。较长或主动涡旋件26由曲轴箱20支撑并以一传统方式与十字联轴节24共同运动。曲轴22以一固定的半径驱动较长或主动涡旋件26。较长或主动涡旋件26有一环圈26-1，它和较短或从动涡旋件28的环圈28-1共同运动。一第二级十字联轴节30嵌套在第一级十字联轴节24和较长涡旋件26之间。应该注意的是，在图1中，所示的十字联轴节24和30用来表示一单键和相邻的键而不是成对的键。再参见图2，将注意到除了具有比普通键高的一对键外，十字联轴节24基本上是传统的设计。具体地，相对于孔24-1基本上沿直径方向设置有两对键。为了降低尺寸要求，一对键可不设置在孔24-1的直径上，如所示的用于叠置的键。一对键设置在联轴节24的各个边上，并且各对的直径布置成直角。如图2中所示，仅观察到键24-4和24-5并且如图示的那样，它们沿直径方向偏置。
现请参阅图3和4，将可注意到十字联轴节30同传统设计的差别在于它是不平衡的，所有键都在联轴节30的同一侧上并且各键对的高度都不同。具体地说，联轴节30有一孔30-1，对置的短键30-2和30-3，以及对置的高键30-4和30-5。参见图5，将注意到键24-4、24-5及30-2至30-5都是可见的，并且所有键都以联轴节30为基准向上延伸。
较长涡旋件26、较小涡旋件28和十字联轴节24、30都被固定在曲轴箱20和隔板32之间的位置上。具体地说，如图所示的，隔板32有一在排气口28-3和排气室17之间延伸的排气通道32-1。环状表面32-2包围了排气通道32-1并嵌入由较短涡旋件28所附带的环状O型圈或其它适当的密封件36和37。孔32-3有一对应于较短涡旋件28的轴向区域较长部分的轴向区域，从而孔32-3构成了一导向环或导向面。凸肩32-4围绕孔32-3。圆周间隔臂32-5从凸肩32-4延伸出并且它们的内表面32-6与孔32-3比较具有较大的径向间隙。导向环32-3围绕涡旋件26和28。较短涡旋件28有一底板28-2并且在底板28-2的表面上形成内部和外部的环状槽，它们分别容纳O型圈或其它适当的密封件36和37。一个或更多个限制流体通道28-4从密封件36和37之间的一点和位于毗邻环圈28-1(依此的)之间的一点贯穿座板28-2。
在装配压缩机10时，先由曲轴箱20开始，将联轴节24放置在中央环状凸出部20-1上，这样在孔24-1和凸出部20-1之间就存在一个间隙。将键24-2放置在槽20-2中并且将联轴节24上一个对齐键(图中未示出)放置在曲轴箱20中一个对齐槽(图中未示出)中。然后将联轴节30放在中央环状凸出部20-1上，这样在孔30-1和凸出部20-1之间就存在一个间隙。最好的如图5所示，当将联轴节30放置到联轴节24上时，如所描述的那样，键24-4和24-5都是径向地向外放置于联轴节30上并且都为一高度/轴向区域，这样使它们在联轴节30上延伸。将较长的轨迹运动涡旋件26放置在适当的位置上，这样使键24-4和24-5都被容纳在槽(图中未示出)中。曲轴箱20，联轴节24，较长涡旋件26之间的互相作用对于一涡旋压机机来说是传统的，由于联轴节30的存在，因此，结构上的不同仅在于键24-4和24-5的高度增加了，以及，如果需要或必要的话，根据直径使键偏移，从而减小它们的间隔以及形成了联轴节34的运动所需的间隙。
另外，当较长的轨迹运动涡旋件26被放置在适当位置时，短键30-2和30-3是位于座板26-2背部上的相应槽内，图中所示的，只有接钠键30-2的槽26-4;然后将较短涡旋件28放置在适当的位置，根据环圈26-1而放置的环圈28-1是可以运转的。此外，在较短涡旋件28内形成的相应槽的设置是这样的，以便运动地接纳高键30-4和5，图中所示的，只有容纳键30-4的槽28-5。密封件36和37对应于座板背面内形成的槽而设置。将隔板32放好以使较短涡旋件28被容纳在孔32-3中，和联轴节24和30被容纳在由支臂32-5限定的间隔内。对应的孔组32-7和20-3是对齐的，并且将螺栓42旋入孔键内，这样合成的泵结构可固定在主壳12-1内。当如此的装配好后，较长涡旋件26能够在一个圆中作轨迹运动，此圆的半径与曲轴22的轴线A-A和毂26-3的轴线B-B之间的距离相等。涡旋件28能够通过一个圆作轨迹运动，此圆的直径等于孔32-3和座板28-2的直径差。
在运转过程中，马达60驱动绕轴线A-A旋转的曲轴22，而带动偏心设置的较长涡旋件26的毂26-3。因为较长涡旋件26和十字联轴节24的共同作用，当曲轴驱动时较长涡旋件26被保持其轨迹运动，其轨迹的半径与轴线A-A和B-B之间的距离相等，较长涡旋件26的环圈26-1与较短涡旋28件的环圈28-1共同作用以吸收来自吸气室16的大量气体并压缩气体，获得的受压的气体连续通过排气孔28-3和排气通道32-1进入排气室17，来自排气室17的压缩气体经过一出口(图中未示出)通到制冷系统中。由于气体是被压缩的，获得的压力产生一作用在涡旋件26和28上的力可能将它们轴向和径向地分隔开。较短涡旋件28的径向运动由于底板28-2和起导向环作用的孔32-3的内部环状表面的共同作用而被限制。此外，联轴节30和较长涡旋件26及较短涡旋件28两者共同作用使相对于较长涡旋件26的轨迹运动的较短涡旋件28的径向运动受到制约。因为底板28-2和孔32-3的直径的差值决定了较短涡旋件28的轨迹的直径，如果需要或必然的话，在设计中增加涡旋件28的轨迹直径使其与涡旋件26的轨迹直径相等或较大的都是可能的。涡旋件26和28的轴向间隔由隔板32的环状表面32-2限定，隔板32由螺栓42栓固到曲轴箱20上。涡旋件26和28的轴向间隔由环状腔室50内的流体压力所抗衡。环状腔室50位于隔板32和较短涡旋件28之间，它的内侧边界由密封件36限定，外侧边界由密封件37限定。腔室50在压缩过程中通过一个或更多个流体通道28-4且在压缩过程中的中间压力的位置保持流体的连通。因此，腔室50内的压力轴向地迫使较短涡旋件28与较长涡旋件26的进入轴向啮合。
概述运转过程，较长涡旋件26以一固定的轨迹运动被驱动。由于压缩过程的流体压力影响，较短涡旋件28的底板28-2被迫与导向表面32-3进入啮合，并且保持啮合从而限制径向运动，而通过较长涡旋件26和较短涡旋件28与联轴节30的共同作用，使较短涡旋件相对于较长涡旋件26而保持其轨迹运动。较短涡旋件28通过腔室50内的流体压力保持其与较长涡旋件26的轴向啮合。
从上文所述可以清楚地证实，十字联轴节24进行一相对于固定曲轴箱20的往复运动。因为十字联轴节24仅作往复运动而涡旋件26则沿轨迹运动，所以存在不平衡。然而，十字联轴节30进行一相对于轨迹运动的涡旋件26的往复运动，并且涡旋件26和28间的十字联轴节30的质量位移轨迹如图6所示。将可注意到，涡旋件26和28之间的十字联轴节30的质量位移轨迹基本上为一个椭圆，其长轴约等于较长的轨迹直径，其短轴约等于较短的轨迹直径。如果改变孔32-3和底板28-2之间的直径差，如上所提到的，就可以改变确定十字联轴节30的质量位移轨迹的椭圆的形状。
联轴节30的位移可以近似于如图7所示的转动质量不平衡和正弦往复运动质量的合成。联轴节24的位移纯然是一带有正弦运动的线性位移。图中所示的键槽仅示出了其中的20-2，26-4，和28-5，它们是这样布置的以使两个往复运动的元件的运动基本上呈直角并且是90°异相移动(位相相差90°移动)。各个十字联轴元件24和30的质量的量值与它们往复运动的位移元件成反比，故各个联轴节的总的质量位移是相同的。因此，两个元件的结合产生等量的转动质量不平衡，它们可用传统的转动的平衡块加以完全平衡。而且，联轴节24和/或30的成对的对齐键可以按不成90°的角度相交。具体地说，可以作一个偏离垂直线10°的对准，而且在仅有少许的剩余不平衡时还能有效地工作。
虽然图示并描述了本发明的一个较佳实施例，但对于本技术领域中那些技术人员来说还可以有其它的变化。例如，可以变换键的定位以将直径方向的运动变换成弦方向的运动以减少质量大小的要求。所以本发明的范围只能由所附的权利要求书来限定。
权利要求
1.涡旋式压缩机(10)包括第一级涡旋装置(26)；与第一级涡旋装置运动地啮合的第二级涡旋装置(28)；具有一对对齐槽(20-2)的曲轴箱装置(20)；第一级环状联轴装置(24)，其第一和第二侧上各有一对对齐键(24-2，24-3，24-4，24-5)，这样所述第一级联轴装置的所述对齐键对在与直角相差10°的范围内相交；位于所述第一级联轴装置的所述第一侧上的所述键对(24-2，24-3)，被容纳在所述曲轴箱装置的所述成对的对齐槽中；第二级环状联轴装置(30)，其第一和第二侧上各有一对长的对齐键(30-4，30-5)以及一对短的对齐键(30-2，30-3)，这样所述第二级联轴装置的所述长的对齐键对和短的对齐键对在与直角相差10°的范围内相交；叠置在所述第一级联轴装置的第二侧上的第二级联轴装置的所述第一侧，是位于所述第一级联轴装置的所述第二侧上所放置的所述键对(24-4，24-5)内；所述第一级涡旋装置具有在其中形成的两对对齐槽(26-4)，并且在与直角相差10°的范围内相交，所述第一级涡旋装置中形成的所述两对对齐槽中的一对容纳位于所述第一级联轴装置的所述第二侧上的所述键对，所述第一级涡旋装置的另一对对齐槽容纳所述短的一对对齐键；所述第二级涡旋装置具有，在其中形成的一对对齐槽(28-5)并且容纳一对长的对齐键，从而当所述第一级涡旋装置被驱动时，所述第一级涡旋装置驱动所述第二级涡旋装置，并且第一级和第二级涡旋装置都作轨迹运动。
2.如权利要求1所述的涡旋式压缩机还包括围绕所述第二涡旋装置的装置(32)两者共同运动，以限定所述第二级涡旋装置的所述轨迹运动。
3.如权利要求2所述的涡旋式压缩机，其中围绕所述第二级涡旋装置的所述装置还包括叠置在所述第二级涡旋装置上的隔板。
4.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，还包括限制在所述隔板和所述第二级涡旋装置之间的轴向柔性件(28-4，36，37)。
5.涡旋式压缩机(10)具有两个运动地啮合的作轨迹运动的涡旋装置(26，28)以及曲轴箱装置(20)、抗转动装置，抗转动装置包括第一级环状联轴装置(24)，具有第一和第二侧，并在第一侧上放置一对对齐键(24-2，24-3)，并和所述曲轴箱装置共同运动以使所述第一级联轴装置相对于所述曲轴箱装置作往复运动，在第二侧上放置一对对齐键(24-4，24-5)并和所述两个涡旋装置的第一个(26)共同运动，以使所述第一级涡旋装置相对于所述第一级联轴装置作往复运动;第二级环状联轴装置(30)，具有第一和第二侧，所述第二级联轴装置的所述第一侧叠置在所述第一级联轴装置的所述第二侧上，并位于所述第一级联轴装置的所述第二侧的所述成对的对齐键内;位于所述第二级联轴装置的所述第二侧上的一对短的对齐键(30-2，30-3)并和所述两个涡旋装置的第一个共同运动以使所述第一级涡旋装置相对于所述第二级联轴装置作往复运动，位于所述第二级联轴装置的所述第二侧上的一对长的对齐键(30-4，30-5)和所述两个涡旋装置的第二个共同运动，以使所述第二级联轴装置相对于所述第二级涡旋装置作往复运动，从而所述第一和第二级涡旋装置保持轨迹运动。
6.如权利要求5所述的涡旋式压缩机的所述抗转装置其中所述一对长的对齐键被放置在所述第二级联轴装置的所述第二侧的一端。
全文摘要
两个共同作轨迹运动的涡旋部件保持一定的角度关系。每个涡旋部件和一控制涡旋部件之间的轨迹运动的普通抗转构件共同作用。第二级抗转构件限制其中一个涡旋部件以相对于曲轴箱体作轨迹运动。两个涡旋部件最好沿半径不同的轨迹作轨迹运动。
文档编号F04C18/02GK1074512SQ9211489
公开日1993年7月21日 申请日期1992年12月16日 优先权日1991年12月17日
发明者詹姆斯·W·布什, 维勒·P·布格拉 申请人:运载器有限公司