本发明涉及涡旋组件以及包括此涡旋组件的涡旋设备。
背景技术：
本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。
涡旋机械是目前常用的一类用于流体压缩和输送等的设备。常见的涡旋设备例如有涡旋膨胀机、涡旋压缩机、涡旋发动机、涡旋泵等。涡旋设备中的主要部分为涡旋组件，其可用来压缩并输送流体。涡旋组件通常包括彼此叠套在一起的定涡旋和动涡旋以及设置在定涡旋与动涡旋之间的十字滑环。
以涡旋式压缩机为例来说明涡旋设备的工作方式。在涡旋压缩机的涡旋组件中，定涡旋和动涡旋以叠套的方式互相配合在一起，其中动涡旋相对于定涡旋偏心对置安装。涡旋压缩机中的电机带动曲轴使得动涡旋相对于定涡旋沿轨迹运行，于是在动涡旋和定涡旋的涡卷之间形成一系列月牙形空间。
涡旋组件的十字滑环在满足动涡旋绕定涡旋中心公转的同时，用以防止动涡旋自转。防止动涡旋相对定涡旋自转的十字滑环可采取多种形式，一般包括两对从环形本体伸出的键。第一对键配合在动涡旋的槽内，第二对键配合在定涡旋的槽内。在涡旋压缩机工作期间，十字滑环的两对键在定涡旋和动涡旋的槽内往复运动。然而，十字滑环在工作过程中容易在动涡旋和定涡旋之间振动，发出周期性的振动噪音，这种振动和噪音在工作过程中显然是希望避免的，而且它们还会导致缩短压缩机的寿命。
为此，需要提供一种新的涡旋组件以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种涡旋组件，其具有重量轻、结构简单的防自转机构。
本发明的另一个目的是提供一种涡旋组件，其能够减小甚至消除涡旋设备工作期间的振动和噪声。
本发明的再一个目的是提供一种涡旋组件，其具有简化的结构，且加工和安装便利。
本发明的又一个目的是提供一种涡旋设备，其工作噪声小，且具有延长的使用寿命。
针对上述目的中的一个或多个，根据本发明的第一方面提供了一种用于涡旋设备的涡旋组件，其包括：定涡旋；动涡旋与定涡旋对置安装的动涡旋；以及防自转机构，防自转机构包括彼此独立的第一构件和第二构件，第一构件和第二构件各自的第一接合部附接至动涡旋且第二接合部附接至定涡旋或涡旋设备的支承结构，从而使得动涡旋能够相对于定涡旋绕动而不自转。
在上述技术方案中，采用包括独立接合构件的新型防自转结构来取代十字滑环，以防止动涡旋发生自转，同时使防自转机构的整体重量显著减轻，结构简化，由此更有效地抑制甚至消除涡旋组件的振动和噪声。
优选地，第一接合部能够相对于动涡旋沿第一轨迹运动，第二接合部能够相对于定涡旋或支承结构沿第二轨迹运动。
优选地，第一轨迹为在第一方向上的直线轨迹，第二轨迹为在与第一方向成角度的第二方向上的直线轨迹，第一接合部和第二接合部能够分别在第一方向上和第二方向上滑动。
优选地，第一方向正交于第二方向。
优选地，动涡旋上设置有用于容置第一接合部的沿第一方向延伸的第一滑槽，支承结构或定涡旋上设置有用于容置第二接合部的沿第二方向延伸的第二滑槽。
优选地，第一接合部和第二接合部分别以间隙配合的方式容置在第一滑槽和第二滑槽中。
优选地，第一滑槽的连线偏离动涡旋的中心或者所述连线穿过动涡旋的中心。
优选地，第一滑槽在动涡旋上一体地形成。
优选地，第二接合部附接至定涡旋，第二滑槽形成在定涡旋的周边。
优选地，第二接合部附接至支承结构，第二滑槽设置在支承结构的周边。
优选地，支承结构包括涡旋设备的主轴承座或设置在涡旋设备的壳体内侧的凸耳。
优选地，主轴承座包括止推装置和轴承座本体，第二滑槽设置在止推装置或轴承座本体上。
优选地，止推装置或轴承座本体的周边设置有安装块，第二滑槽形成在安装块中。
优选地，第二滑槽设置在涡旋设备的壳体内侧的凸耳上。
优选地，第一构件和第二构件构造为具有“工”字形、“t”形或矩形截面。
优选地，所述第一接合部的截面宽度大于第二接合部的截面宽度。
优选地，第二接合部的下部设置有台肩部。
优选地，第一构件和第二构件的拐角处形成圆角。
优选地，第一构件和第二构件由铸铁或铝合金制成或者具有铝合金涂层。
优选地，防自转机构包括多个第一构件或多个第二构件。
根据本发明的第二方面还提供了一种涡旋设备，其包括上述根据本发明第一方面的涡旋组件。
优选地，涡旋设备可以为涡旋压缩机。
附图说明
通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：
图1是现有技术中的一种涡旋组件的分解示意图；
图2是图1中的涡旋组件所采用的十字滑环的示意图；
图3是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件的俯视示意图；
图4是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件的沿图3中的线a-a的截面示意图；
图5是图4中的涡旋组件在移除了定涡旋的状态下的示意图；
图6是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件中采用的防自转机构的立体示意图；
图7是图6中的防自转机构的侧视图；
图8是图6中的防自转机构的正视图；
图9是图6中的防自转机构的沿图8中的线d-d的截面图；
图10是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件中的动涡旋从涡卷一侧观看的立体示意图；
图11是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件中的动涡旋的从端板一侧观察的立体示意图；
图12是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件中的动涡旋的俯视图；
图13是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件中的基座的立体示意图；
图14是根据本发明的一个实施方式的涡旋组件中的基座的另一立体示意图；
图15是根据本发明的一个实施方式的涡旋设备的俯视示意图；以及
图16是根据本发明的一个实施方式的涡旋设备的沿图15中的线a-a的截面图。
具体实施方式
下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。
首先，参照图1和图2对已有的涡旋组件100的结构进行说明。图1示出了已有的涡旋组件100的分解示意图，图2示出了涡旋组件100中使用的十字滑环130的立体示意图。
如图1中所示，涡旋组件100包括定涡旋110、动涡旋120、十字滑环130、止推板140和主轴承座本体150，这些部件以图1中所示的次序安装在一起，进而通过套筒170和螺钉160彼此固定而构成涡旋组件100。
在图1的结构中，十字滑环130设置在动涡旋120与止推板140之间，但构造为与定涡旋110和动涡旋120接合。图2示出了此十字滑环130的结构。十字滑环130具有环状本体131，在环状本体131上设置有两对接合键，第一对接合键132a、132b用来为与定涡旋110上的对应键槽(未示出)接合，第二对接合键133a、133b用来为与动涡旋120上的对应键槽(未标示)接合。在工作期间，第一对接合键132a、132b和第二对接合键133a、133b分别在对应的键槽内运动。由于定涡旋110为固定构件，因此可以在允许动涡旋120相对于定涡旋110绕动的情况下防止动涡旋120发生自转。
这种带四个键132a、132b和133a、133b的十字滑环130可有效地防止动涡旋120相对于定涡旋110的自转运动，但是这种十字滑环130在工作过程中存在一些问题。在工作过程中，由于惯性作用，十字滑环在工作过程容易在动涡旋端板和静涡旋端板之间反复碰撞，产生周期性的倾斜振动和噪音。并且，由于十字滑环130具有环形本体131且在工作过程会受到扭转力矩的作用，这会导致十字滑环130发生扭转变形，进而导致键132a、132b和133a、133b的接触面积减小并加速键表面的磨损，这也会导致涡旋设备的振动和噪音增大。
本发明提出了能够减少甚至消除上述问题的技术方案，具体地，提出了一种新式的涡旋组件以及包括此涡旋组件的涡旋设备。下面参照图3至图16对根据本发明的涡旋组件及涡旋设备进行说明。
首先参照图3、图4和图5，其中示出了根据本发明一个实施方式的涡旋组件的俯视图和剖视图以及移除定涡旋220后的涡旋组件200的俯视图。图中的涡旋组件200主要包括：定涡旋220、与定涡旋220偏心对置安装的动涡旋210以及防自转机构。防自转机构主要用于防止动涡旋210在工作期间发生自转。根据本发明的原理，防自转机构包括彼此独立的第一构件251和第二构件252(如图4中所示)，第一构件251和第二构件252各自具有第一接合部253和第二接合部254(如图4、图5中所示)，以便分别附接至动涡旋210和定涡旋220或涡旋设备1(如图16中所示)的支承结构(图中未示出)。涡旋设备1的此支承结构可以为用于支承涡旋组件200的支承结构或者用于设置第一构件251和第二构件252的专用支承结构，具体实例将在下文说明。
通过上述的这种布置，能够在允许动涡旋210相对于定涡旋220绕动的同时，防止动涡旋210发生自转。本发明采用了一种不同于现有的十字滑环的防自转机构，即，采用两个(也可以是更多个)彼此独立的运动构件来取代十字滑环，以便在允许动涡旋210相对于定涡旋220正常转动的情况下，防止动涡旋210发生自转。
通过采用彼此独立的第一构件251和第二构件252，不再需要环状本体，由此消除了与环状本体相关的扭转变形，从而能够显著减小甚至消除由于扭转变形引起的振动和噪音。并且，在采用十字滑环的情况下，涡旋组件的振动和噪声与十字滑环的重量有直接关系，重量越大，则振动和噪声就越大。然而，根据本发明的原理，防自转机构构造为独立的第一构件251和第二构件252，不再具有环状本体，这使得防自转机构的重量能够显著减少，从而能够显著降低涡旋组件的振动和噪音，甚至在第一构件251和第二构件252重量很轻的情况下，由防自转机构带来的振动可以忽略。由此，本发明的涡旋组件200通过设置重量显著减轻且结构简单的防自转机构来取代现有的十字滑环，而有效地抑制甚至消除了采用十字滑环的情况下的不利振动和噪声。
下面，参照附图对本发明的涡旋组件200的构成以及多种实施方式进行说明。
根据本发明的原理，针对允许动涡旋210正常运动同时防止动涡旋210自转的目的，可以以多种方式设计防自转机构的预定运动轨迹。在一个实施方式中，将第一接合部253和第二接合部254设计为能够分别相对于动涡旋210以及定涡旋220或支承结构沿预定轨迹运动，具体地，第一接合部253设置为能相对于动涡旋210沿第一轨迹运动，第二接合部254设置为能相对于定涡旋220或支承结构沿第二轨迹运动。在此，第一轨迹和第二轨迹可以根据动涡旋210相对于定涡旋220的预期运动轨迹(设计涡旋组件时就已经确定此预期运动轨迹)来设计。
根据本发明的实施方式，沿第一轨迹和第二轨迹的运动可以如下设置。将第一接合部253设置为能够相对于动涡旋210沿一个方向(第一方向)进行滑动(往复运动)，将第二接合部254设置为能够相对于基座或定涡旋220沿与上述方向成角度的另一不同的方向(第二方向)滑动(往复运动)。此时，第一轨迹和第二轨迹分别为沿第一方向和第二方向的直线轨迹。基于这种设计，在工作过程中，第一构件251和第二构件252既能够相对于动涡旋210滑动(沿第一方向)，又能够相对于定涡旋220或支承结构滑动(沿第二方向)。沿两个方向的滑动运动可以合成为沿特定曲线轨迹的运动，即，动涡旋210相对于定涡旋220的转动运动。与此同时，由于第一构件251和第二构件252的第二接合部254附接至定涡旋220或涡旋设备1的支承结构，能够防止动涡旋210发生自转。
一般地，上述的第一方向和第二方向可以相对彼此成任意角度。可以根据第一方向和第二方向形成的角度，并且基于动涡旋210期望的运动轨迹，来设计第一接合部253和第二接合部254的滑动行程，即沿第一方向和第二方向滑动的距离。需要说明的是，随着第一方向与第二方向之间的角度变化，沿第一方向和第二方向滑动的距离也会随之变化。优选地，第一方向和第二方向可以设计为彼此正交的，这是一种便利的设计，可以避免沿某一方向的滑动行程过长。
上面是对本发明的防自转机构的布置和运动方式的说明，下面将结合附图来说明实现这种布置和运动方式的具体结构。
参照图6至图9，其中示出了根据本发明的防自转机构的一种示例性实施方式。图中仅示例性地示出了第一构件251，第二构件252具有相同的构型(然而，可以构想，第二构件252的构型也可以不同于第一构件251的构型)。如图6中所示，第一构件251采用“工”字形结构，这与图4中示出的构型相同。从图7中可以清楚地看出，第一接合部253的宽度大于第二接合部254的宽度，将第一接合部253的宽度增大是为了提供更大的滑动接触面积，以实现更平稳的滑动运动。在安装就位后，第一接合部253的表面253a以及与之相对的表面253b(图8中示出)作为第一对滑动接触面(限定第一方向)，将第一接合部253的宽度加大显然有助于增大滑动接触面积。相对地，第二接合部254的表面254a和254b(图7中示出)作为第二对滑动接触面(限定第二方向)，通过设计第一构件251的纵向长度就可以获得具有期望接触面积的第二滑动接触面。进一步地，从图7中可以清楚地看到，第一对滑动接触面253a、253b与第二对滑动接触面254a、254b大致正交，由此，第一接合部253进行滑动的第一方向与第二接合部254进行滑动的第二方向也大致正交。如果想要改变第一方向与第二方向所成的角度，则改变第一对滑动接触面253a、253b与第二对滑动接触面254a、254b所成的角度即可。
此外，从图6和图7中可以看到，第二接合部254的下方还形成有台肩部255，在第一构件251安装就位后，此台肩部255用来防止第一构件251从定涡旋220或支承结构上的安装部位处脱落。
除了图中所示的“工”字形结构，第一构件251和第二构件252还可以具有“t”形、矩形或阶梯形的构型。比如，“t”形结构就是将图示的“工”形结构的台肩部255去除。更进一步地，为了增加第一构件251和第二构件252的机械强度，可以在第一构件251和第二构件252的拐角处形成圆角，以便减小应力集中。
根据本发明的原理，为了获得良好的机械强度同时尽量减轻质量，第一构件251和第二构件252可以由轻质金属或合金材料制成和/或涂覆有耐磨材料涂层，例如，第一构件251和第二构件252可以由铝合金制成或具有铝合金涂层。当然，任何其他适合的材料都是可行的，例如，可以采用适合的硬质合金制造第一构件251和第二构件252，或者对其涂覆硬质合金涂层。
下面，继续参照图10至图12，对根据本发明的涡旋组件200的动涡旋210的结构进行说明。
与现有的动涡旋类似，图中示出的动涡旋210主要包括端板211、涡卷212和毂部215。特别地，动涡旋210的端板211上形成有两个凸耳213、214(如图12中所示)，第一构件251和第二构件252的第一接合部253就安装至这两个凸耳213、214中。具体地，两个凸耳213、214中形成了第一滑槽216、217，第一构件251和第二构件252的第一接合部253就分别容置在相应的第一滑槽216、217内，并能够相对于相应的第一滑槽216、217滑动。
优选地，可以以如下方式设置动涡旋210的两个凸耳213、214(即，两个第一滑槽216、217)：使得两个凸耳213、214上形成的第一滑槽216、217的连线(具体地，为第一滑槽216、217的几何中心的连线)偏离动涡旋210的中心，如图12中最佳示出的。由此，可以减小动涡旋210的径向尺寸，以及因此减小涡旋组件200的径向尺寸。当然，在其他实施方式中，两个凸耳213、214以及因此两个第一滑槽216、217也可以沿动涡旋210径向相对地设置，即，第一滑槽216、217的连线穿过动涡旋210的中心。
特别地，在图10的实施方式中，凸耳213、214并且因此第一滑槽216、217与动涡旋210一体地形成，这种结构有利于简化加工并降低成本。
接着，本发明的涡旋组件200的定涡旋220的结构以及用于设置第一构件251和第二构件252的支承结构进行说明，这也涉及到第一构件251和第二构件252的第二接合部254的具体安装方式。
如上所述的，第一构件251和第二构件252的第二接合部254可以安装至定涡旋220或涡旋设备1的支承结构。具体地，在第二接合部254附接至涡旋设备1的支承结构的情况下，可以采用图13和图14中示出的结构。
在第二接合部254附接至定涡旋220的实施方式中，第二接合部254可以直接附接至定涡旋220的端板上；或者，替换地，第二接合部254也可以设计为附接至定涡旋220的端板的外周的附加结构，例如在端板外周形成的凸耳。如果将第二接合部254设计为附接至定涡旋220的端板，则在端板上形成用于容置第一构件251和第二构件252各自的第二接合部254的第二滑槽，第二接合部254能够相对于第二滑槽滑动。并且，考虑强度需求，可以将端板的厚度加大。如果将第二接合部254设计为附接至定涡旋220周边的凸耳，则在凸耳中形成用于容置第二接合部254的第二滑槽。需要说明的是，在涡旋组件200组装完成后，动涡旋210上的第一滑槽216、217与定涡旋220上的第二滑槽形成一角度，此角度与第一构件251和第二构件252进行滑动的第一方向与第二方向所成的角度相同。由于动涡旋210相对于定涡旋220的安装角度是设定好的，因此为了确保第一滑槽216、217与第二滑槽在组装状态下形成期望的角度，需要对动涡旋210上的第一滑槽216、217的位置以及定涡旋220上的第二滑槽的位置进行合理的设计。
虽然附图中没有示出根据本发明的定涡旋220以及设置在其上的第二滑槽的单独视图，但应该了解的是，定涡旋220也具有与现有技术类似的涡卷以及安装孔，通过安装孔利用螺钉260(图4中可见)将定涡旋220安装至基座。并且，定涡旋220上的第二滑槽可以参照动涡旋210上的第一滑槽216、217以类似的方式设计。
在第二接合部254附接至涡旋设备1的支承结构的实施方式中，可以采用附加的构件来实现与第二接合部254的附接。下面参照图13、图14来具体说明。
根据本发明的实施方式，涡旋设备1的支承结构可以为用于支承涡旋组件200的主轴承座或设置在涡旋设备1的壳体11(如图16所示)内侧的用于设置第一构件251和第二构件252的结构(比如，凸耳)。涡旋设备1的主轴承座可以包括多个部件，例如，在图4中所示的示例中，主轴承座可以包括止推装置(例如，止推板230)和轴承座本体240，在此情况下，第二接合部254可以附接至止推板230或轴承座本体240。具体地，在图4的示例中，第二接合部254附接至止推板230。图13和图14单独示出了能够附接第二接合部254的止推板230。然而，在其他实施方式中，第二接合部254也可以附接至轴承座本体240，或者，第二接合部254也可以附接至涡旋设备1的壳体11内侧的凸耳(未示出)。总之，只要将第二接合部254设置在涡旋设备1内的相对固定的部件上即实现本发明的防自转功能。
图13和图14中的止推板230主要包括基板231和支承座232。此外，止推板230还包括两个额外的安装块233、234，其用于容置第二接合部254。具体地，安装块233、234中形成有用于容置第二接合部254的第二滑槽235、236，如图中所示的，此第二滑槽235、236的形状与图6中所示的第一构件251的形状匹配。在采用图6所示的“工”字形的第一构件251和第二构件252时(尽管图中未示出，第二构件252也采用同样的构型)，在第二滑槽235、236的下部形成有用于容纳台肩部255的容置槽235a和236a。当然，可以根据第一构件251和第二构件252的具体形状来调整第二滑槽235、236的形状。
需要说明的是，为了实现平稳的滑动，第一接合部253和第二接合部254可以分别以间隙配合的方式容置在第一滑槽216、217与第二滑槽235、236中。并且，这种间隙配合还能够提供良好的导向。
以上结合实例描述了根据本发明的涡旋组件的基本构成和工作原理。需要说明的是，本发明的涡旋组件200可以包括多个第一构件251或多个第二构件252，只要采用上述限定的布置方式，就也能够实现本发明期望的技术效果。
此外，根据本发明的原理，还提供了采用上述涡旋组件200的涡旋设备1。图15和图16中就示出了本发明的涡旋设备1的一个实施方式。涡旋组件200安装在主轴12上，位于壳体11内部，经由主轴12驱动动涡旋210，使涡旋组件200开始操作。
涡旋设备1可以为涡旋压缩机1，具体地，可以为立式涡旋压缩机，如图16中所示。当然，本发明的涡旋组件200也可以应用至任何其他的涡旋设备，比如，涡旋膨胀机、涡旋发动机、涡旋泵等。
尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。