[发明专利]容积式涡旋流体压缩装置的楔形曲柄轴

说明书

本发明与容积式流体装置有关。更具体地说，本发明与容积式涡旋流体压缩装置中的楔形曲柄轴有关。

容积式涡旋流体压缩装置的技术是众所周知的，例如授与Creux的美国专利802.182揭示了一种涡旋型装置。该装置包括两个涡旋元件，每个涡旋元件有一个端板和一个螺旋形的涡卷。这两个涡卷具有相同的几何形状，彼此相互啮合且保持一定的角度和径向偏移，以在它们螺旋形的曲面之间造成多处线接触。如此，相互啮合的涡卷形成了至少一对被密封住的气室。当一个涡卷相对于另一个涡卷作轨迹为圆的平动(这里称之为公转)，上述接触线就沿着螺旋曲面移动，因而密封气室容积随之改变。容积之增加或减小取决于两涡卷之间相对运动的方向，这样，该装置可以用来压缩或膨胀流体。

下面参照图1a-1d所示的传统的涡旋式压缩机的一般运行原理作一些说明。图1a-1d示意性地示出了相互啮合的螺旋形的涡卷1和2作相对运动以压缩流体。涡卷1和2相互啮合并在相互之间保持一定的角度偏移和径向偏移。图1a显示了每个涡卷的外端与另一涡卷相接触，也就是吸入阶段刚好完成，一对对称的密封气室A1和A2刚好形成。

图1b-1d依次显示了曲柄轴旋转了一定角度后涡卷的位置，当曲柄轴旋转时，密封气室A1和A2以径向和一定的角度逐渐向啮合涡卷的中心移动，同时A1和A2的容积逐步减小。当曲柄轴的角度从图1c所示的状态到达1d所示的状态时，密封气室A1和A2在中心部位A处合并在一起，当曲柄轴继续旋转时，上述合并后的气室进一步减少它的容积。在涡卷作相对的、轨迹为圆的平动时，图1b一1d所示的外部空间逐步变化以形成新的密封气室，其中封闭着将被压缩的下一个流体的容积(如同图1c和1a所示的状态)。

图2a和2b为授与Caillat等人的美国专利4,767,293所示的垂直驱动面径向随动机构，标号1为主轴，标号2为关节，标号3为与主轴固接的曲柄销，标号4为曲柄销驱动关节的驱动面。此时关节2的运动方向是X方向，它与两涡卷螺旋线在接触点的公法线方向垂直。机构的驱动面4与动涡卷的运动方向是垂直的。该机构运行中，动涡卷和关节等零件的离心力需克服气室中流体的压力，使动涡卷紧紧与另一涡卷相接触，达到密封的目的。由于种种因素，例如涡卷制造上不可避免的误差，以及当气室中混入杂物和不可压缩的液体时，关节受到很大的径向分离力，当分离力大于离心力时，动涡卷和关节沿y方向退让。这就是目前广泛采用的径向随动机构。

在某些应用中，例如汽车空调压缩机和应用变频技术的可变速的空调压缩机，压缩机需要在较大的速度变化范围内工作。尤其是在汽车涡旋空调压缩机应用中，压缩机要在800-6000转/分的范围内运转，因而公转涡旋元件的离心力变化较大。同时，汽车空调的工作条件，即冷凝温度和蒸发温度的变化范围也较大，使得径向分离力和驱动力变化范围较大。这种情况给公转涡旋元件径向随动机构的设计带来了困难。

图3a和3b为日本Saden公司的摆杆装置的示意图。标号1为主轴，标号3为固接在主轴上的曲柄销，标号2为关节。O₁为主轴的回转中心，O₂为关节的几何中心，O₃为曲柄销的几何中心。如果忽略该机构运动中的惯性力和磨擦力，其曲柄销3对关节2的驱动力F将作用在O₂和O₃的连线上。该力可分解为切向驱动力Ft和径向驱动力Fr。两力的比为定值tgα。由于该结构的曲柄销中心O₃到主轴中心O₁的距离大于第二涡卷公转半径(即O₂至O₁的距离)。因此，该结构的主轴的直径较大，相应其关节的直径也较大，这样会占用推力轴承的一部分位置，减小推力轴承的有效承载面积，给设计与制造都带来一定的困难。

本发明的目的是提供一个容积式涡旋流体压缩装置的楔形曲柄轴，它能克服动涡卷所受到的径向的流体分离力，从而提供一个有效的径向依从机构。

为了实现上述及其它的目的，本发明提供一种容积式涡旋流体压缩装置的楔形曲柄轴，其中，所述压缩装置主要包括：

一个具有流体进出口的壳体；

一个第一涡旋元件，它固定在壳体内，具有一个第一端板和从它平面垂直延伸出来的第一涡卷；

一个第二涡旋元件，它具有一个第二端板和从它平面垂直延伸出来的第二涡卷；上述两个涡卷彼此相啮合，形成密封气室；