[发明专利]一种适应变工况的球形膨胀压缩机

摘要

本发明是在中国专利ZL200610104569.8、ZL200620079799.9和ZL200820028592.8的基础上，对球形压缩机和滚动转子式压缩机进行一体化设计，使整机具备了密封性能增强、结构简化、具备变工况适应能力等优点；对活塞、转盘、活塞铰链支撑和主轴等主要零件的结构进行了改进，对活塞和转盘轴与主轴轴线的夹角α确定了最佳取值范围为5°-15°；主轴与转盘轴去掉了球面轴承的连接方式；滚动转子式压缩机的排气口设置在主轴支架上等。滚动转子式压缩机作为第一级压缩，第一级压缩后的工质进入储气罐，通过压力控制回路调控，使储气罐中的压力基本恒定，该具有恒定压力的工质再进入第二级压缩，即可用作适用于变工况下的CO2循环的二级压缩一级膨胀的球形膨胀压缩机。

主权项

一种适应变工况的球形膨胀压缩机，它包括：缸体，该缸体上设置有主轴孔；缸盖，该缸盖与所述缸体连接在一起形成球形内腔，在该缸盖上设置有与活塞轴相配的轴孔；活塞，该活塞具有球形顶面、从该球形顶面中央伸出的活塞轴、和在活塞下部的活塞销座，所述活塞可绕活塞轴在缸盖轴孔中自由转动，所述活塞球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；所述活塞销座是在所述活塞下端面形成的向内凹陷的半圆柱孔，在该半圆柱孔的内圆周上沿半圆柱孔的轴线方向有凹入的扇形空腔，该扇形空腔沿半圆柱孔的轴向贯通并且在与半圆柱孔轴线垂直的截面上呈扇形；转盘，该转盘具有从其下端面中心伸出的转盘轴、在转盘上部与活塞销座相对应的转盘销座；该转盘上部和下端面之间的外周面为转盘球面，转盘球面与球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；所述转盘销座是在转盘上部突起的圆环体，圆环体的轴线与上述活塞半圆柱孔的轴线为同一轴线，该轴线与转盘轴和活塞轴垂直并通过球形内腔的球心；所述转盘销座圆环体的外圆周上沿圆环体的轴线方向形成有凸起的扇形凸块，该扇形凸块沿圆环体轴向贯通，在圆环面上呈扇形，与所述活塞销座扇形空腔相配且扇形圆心相同；主轴，主轴位于缸体内的一端带有偏心轴孔，该偏心轴孔与转盘轴相配形成柱面滑动轴承配合，主轴的另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；活塞铰链支撑，该活塞铰链支撑的一端为平端面并且另一端为球形端面，该球形端面与所述球形内腔球面相配，所述活塞铰链支撑的平端面及侧面形状与所述活塞销座两端和所述转盘销座两端结构相配，所述活塞铰链支撑固定在所述活塞销座的半圆柱孔的两端，在所述活塞销座和所述转盘销座的两外端形成与球形内腔相配的球面；在所述活塞铰链支撑上具有与活塞销座半圆柱孔同轴线的销孔，该销孔是设置在活塞铰链支撑平端面中央的盲孔；中心销，该中心销插入所述活塞铰链支撑的销孔和所述转盘销座的圆环体的内孔中，使活塞和转盘形成柱面铰链连接；滚动转子式压缩机，是在所述主轴上有一偏心结构，该偏心结构作为滚动转子式压缩机的转子，滚动转子式压缩机的转子缸体位于上述缸体与主轴支架之间，转子缸体上设有进气孔，排气孔设在主轴支架上，并装有滑片和滑片弹簧；在排气孔上设有排气阀，在进气孔上装有压控进气阀；滚动转子式压缩机作为球形膨胀压缩机的第一级压缩；储气罐，其进气端与滚动转子式压缩机的排气阀连通，其排气端与球形压缩机的第二级压缩的进气端连通，为球形膨胀压缩机的第二级压缩吸气提供压力恒定的气源；压力控制回路，其一端与压控进气阀连通，另一端与储气罐连通，当储气罐的压力超过设定值时通过压力控制回路关闭压控进气阀，当储气罐的压力恢复到设定值时，压控进气阀打开，滚动转子式压缩机正常工作，从而适应变工况工作条件；其中，所述活塞轴和转盘轴的轴线与主轴的轴线形成相同的夹角α，α最佳取值范围为5°-15°；其中，活塞绕活塞轴线的转动惯量与转盘绕转盘轴线转动的转动惯量接近或相等；其中，通过所述活塞和所述转盘绕所述中心销进行的相对摆动，所述转盘的上端面、所述活塞的下端面、所述活塞铰链支撑的平端面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的工作室V7和工作室V8，同时，通过所述转盘销座的圆环体的扇形凸块在所述活塞销座的半圆柱孔的扇形空腔中进行的摆动，在所述扇形凸块的侧面、所述扇形空腔的侧面与活塞铰链支撑平端面间形成容积交替变化的工作室V5和工作室V6；其中，工作室V5和工作室V6都对应相应的气道和进排气通道；气道设置在活塞上；进排气通道设置在缸盖的球形内腔内表面上，布置在垂直于活塞轴线的环形空间内并连通缸外；通过活塞的转动来实现进排气控制，在各工作室需要排气或进气时，所述工作室的气道与相应的进排气通道连通；主轴的转向为从缸盖沿主轴方向看，主轴作顺时针转动。