旋转叶片式压缩机及其操作方法与流程

本发明广泛地涉及一种旋转叶片式压缩机(revolving vane compressor)以及涉及一种操作旋转叶片式压缩机的方法。

背景

典型的旋转叶片式压缩机包括转子和套筒，转子和套筒具有不同的旋转轴线，从而形成偏心；和安装到套筒的单一叶片，该叶片能够滑入形成在转子处的叶片狭槽并能够从形成在转子处的叶片狭槽滑出。套筒和转子的旋转运动启动吸入阶段、压缩阶段和排放阶段。通常，旋转叶片式压缩机由外部动力源，例如电马达或内燃发动机驱动。例如，WIPO公开第WO 2013/036203 A1号描述了一种旋转叶片式压缩机，其包括：枢转地安装到套筒的单个叶片。在这样的单叶片旋转叶片式压缩机中，相同贮器量(pocket)的可压缩流体通常在两个整转中完成吸入、压缩和排放。可以存在多达两贮器量的可压缩流体；因此，在稳定的操作状态下，这样的单叶片的旋转叶片式压缩机根据每个整转提供一个吸入、一个压缩和一个排放。

已经注意到，如在上述WIPO公开中所描述的单叶片旋转叶片式压缩机在操作期间可能发出沉重的一阶噪声，特别是当压缩机以高角速度旋转时。这可能是一个缺点，如果压缩机在安静的环境，例如在制冷单元或汽车或房间内的空调单元中使用的话。操作期间发出的噪声也可能增加压缩机的振动，该振动可能不是期望，并可能导致其它问题，例如安装问题、压缩机中的部件的磨损以及降低的工作效率。

因此，需要提供一种旋转叶片式压缩机，其试图解决上述问题中的至少一些，或提供一种有用的可选方案。

概述

根据本发明的第一个方面，提供了一种旋转叶片式压缩机，其包括：

管状套筒，其具有第一旋转轴线；

转子，其布置在套筒内，该转子具有第二旋转轴线，该第二旋转轴线从第一旋转轴线偏移，使得在套筒和转子之间形成通道；

主叶片，其构造成机械地连接套筒和转子，使得套筒是可操作的以驱动转子，并且反之亦然；

至少一个辅助叶片，主叶片和该至少一个辅助叶片将通道分隔成多个腔；

多个吸入口，各自与该多个腔中的一个相关联；和

多个排放口，各自与该多个腔中的一个相关联，

其中，吸入口中的每一个是可操作的以将第一预定体积的可压缩流体抽吸到该多个腔中的与其相关联的一个中，主叶片和辅助叶片中的每一个是可操作的以将在该多个腔中的与其相关联的一个中的流体压缩到第二预体积，并且排放口中的每一个是可操作以从该多个腔中的与其相关联的一个中排放所压缩的流体，从而对于转子和套筒的每个整转产生多个排放；并且

其中该至少一个辅助叶片相对于第二旋转轴线从转子向外延伸，该至少一个辅助叶片的第一端部滑动接合转子，并且该至少一个辅助叶片的第二端部邻接套筒的内壁。

排放口和吸入口中的至少一个可以布置在转子的圆周表面上。

排放口和吸入口中的至少一个可以布置在套筒的圆周表面上。

排放口和吸入口中的至少一个可以布置在套筒的端面上。

排放口和吸入口中的至少一个可以布置在转子的端面上。

多个腔中的每一个相对于相邻腔可以是大体上流体密封的。

至少一个辅助叶片的第一端部可以通过偏压装置偏压。

压缩机可以包括至少一个辅助叶片的第一端部和第二端部之间的压力差。

主叶片的第一端部可滑动接合布置在转子中的管托(shoe)，并且主叶片的第二端部可固定地安装到套筒。

管托围绕大体上平行于第二旋转轴线的第三旋转轴线可以是可枢转的。

主叶片和至少一个辅助叶片可以围绕转子的圆周以大体上均匀的角距布置。

根据本发明的第二个方面，提供了一种空调单元，其包含如在第一方面中所限定的旋转叶片式压缩机。

根据本发明的第三个方面，提供了一种制冷单元，其包括如在第一方面中所限定的旋转叶片式压缩机。

根据本发明的第四方面，提供了一种操作旋转叶片式压缩机的方法，该方法包括以下步骤：

将旋转叶片式压缩机的流体通道分隔成多个腔，流体通道形成在压缩机的套筒和转子之间；

将第一预定体积的可压缩流体抽吸到多个腔中的第一腔内；

将第一腔中的流体压缩至第二预定体积；

从第一腔排放所压缩的流体；和

针对多个腔中的每一个另外的腔，重复抽吸步骤、压缩步骤和排放步骤，从而压缩机在每个整转中产生多个排放，

其中流体通道通过主叶片和至少一个辅助叶片来分隔，该至少一个辅助叶片从转子向外延伸，该至少一个辅助叶片的第一端部滑动接合转子，并且至少一个辅助叶片的第二端部邻接套筒的内壁。

将旋转叶片式压缩机的流体通道分隔成多个腔可以包括使用主叶片和至少一个辅助叶片。

将旋转叶片式压缩机的流体通道分隔成多个腔可进一步包括在相邻腔之间形成流体密封的分离。

附图简要说明

根据下面的通过仅示例的方式的并结合附图的书面描述，本发明的实施方案将得到更好的理解并且对本领域的技术人员是很明显的，在附图中：

图1示出了示意图，其图示了根据示例性实施方案的旋转叶片式压缩机的截面图。

图2A示出了当主叶片与基准线对齐时图1的旋转叶片式压缩机的截面图。

图2B示出当压缩机从基准线顺时针方向旋转大约90°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机的截面图。

图2C示出了当压缩机从基准线顺时针方向旋转大约180°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机的截面图。

图2D示出了当压缩机从基准线顺时针方向旋转大约270°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机的截面图。

图2E示出了当压缩机从基准线顺时针方向旋转大约300°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机的截面图。

图3显示了示出了根据示例性实施方案的操作旋转叶片式压缩机的方法的流程图。

详细描述

图1示出了示意图，其示出了根据示例性实施方案的旋转叶片式压缩机100的截面图。旋转叶片式压缩机100包括套筒102、布置在套筒102内的转子104、主叶片106和在图1中表示为辅助叶片108的至少一个辅助叶片。在该示例性实施方案中，套筒102是具有第一旋转轴线110的管状套筒，并且该转子104具有从第一旋转轴线110偏移的第二旋转轴线112。例如，套筒102和转子104是圆柱形的，并且转子104具有比套筒102小的半径，使得在套筒102和转子104之间的空间中形成通道114。主叶片106机械地连接套筒102和转子104，使得套筒102是可操作的以驱动转子104，并且反之亦然。主叶片106和至少一个辅助叶片108将通道114分隔成多个腔，该多个腔中的每一个与相邻腔是大体上流体密封的。在图1中所示的示例中，主叶片106和辅助叶片108分别将通道114分隔成腔116、118。腔的数量可以通过增加辅助叶片的数目而增加，并且由压缩机产生的噪声可以根据腔的数量而相应地变化。

在图1的压缩机100的操作期间，驱动轴(未示出)可以使套筒102旋转，这进而使转子104旋转。由腔116、118占据的体积在套筒102和转子104的同时旋转运动期间变化。因此，可压缩的流体可被独立地抽吸到腔116、118中的每一个内，并在从压缩机100排放之前在相应的腔116、118中经历压缩。由于压缩机100具有多个腔116、118，根据套筒102的每个整转可以产生多个排放，如在下文参照图2A-2E所详细描述的。在可选的实施方案中，驱动轴可使转子104旋转，这进而使套筒102旋转。

旋转叶片式压缩机100还包括用于抽吸和排放可压缩流体的装置，如上面所描述的，该装置是在图1中示意性地表示为吸入口120、122和排放口124、126的多个吸入口和多个排放口的形式。吸入口120、122和排放口124、126可以包括阀，该阀是可操作的以根据连接至其的腔116、118的状态选择性地打开或关闭。例如，在图1中，如果腔118是在吸入阶段(即，可压缩流体被抽吸到腔118)，吸入口122是打开的。同时，如果该腔116是在压缩阶段(即，可压缩流体被压缩)，吸入口120和排放口124都是关闭的。如果有排放，排放口，例如126，是打开的，而吸入口120是关闭的。

吸入口120、122和排放口124、126可以布置在适当的位置处，例如，布置在套筒102和/或转子104上的圆周表面或端面上。在图1中所示的示例中，吸入口120、122形成在套筒102中，而排放口124、126形成在转子104中，例如在圆周表面上。在可选的实施方案中，吸入口120、122可以形成在转子104中，而排放口124、126形成在套筒102中。在又一个实施方案中，吸入口120、122和排放口124、126可以仅形成在套管102中，或者仅形成在转子104中。此外，在其它实施方案中，吸入口120、122和排放口124、126可沿套筒102和转子104的轴向方向形成。例如，吸入口120、122和排放口124、126可以位于套筒102或转子104的(前或后)端面上。本领域的技术人员将理解的是，不同的排列和组合是可能的，并且上面描述的构型是示例中的一些。

如所描述的旋转压缩机100可以是可操作的以便以顺时针或逆时针方式的方式旋转，并且吸入口和排放口的布置、形状和/或定向可以相应地改变。例如，参考图1，如果压缩机100顺时针旋转并且吸入口122形成在套筒102的圆周表面上，吸入口122的几何形状可适合于使可压缩的流体的平滑流进入到腔118中。

此外，在图1中所示的示例中，套筒102是中空的圆柱体的形式，转子104也是圆柱形的，并且套筒102和转子104在共同的切点128处圆周地接触彼此。套筒102和转子104的圆柱形形状可以提供紧凑的布置，同时确保转动运动期间的力的均匀分布。此外，套筒102和转子104的圆柱形状可以简化压缩机100的制造和装配。在可选的实施方案中，应当理解的是，套筒102和转子104可以是其它形状。例如，在这样的实施方案中，套筒可以是椭圆形的，而转子是圆柱形的。套筒102和转子104两者通常由能够承受旋转运动以及由腔116、118内的可压缩流体积聚的压力的刚性材料，例如钢制成。

在示例性实施方案中，主叶片106也由刚性材料制成，并包括与布置在转子104中的管托132滑动接合的第一端部130和固定地安装到套筒102的第二端部134。管托132绕大体上平行于第二旋转轴线112的第三旋转轴线是可枢转的。例如，管托132布置在形成于转子104中的主叶片狭槽136中，该狭槽136沿平行于第二旋转轴线112的方向延伸。在压缩机100的操作期间，当套筒102和转子104旋转时，主叶片106可以相对于管托132滑动，而管托132可以绕其轴线来回旋枢转。在转动运动期间，主叶片106的长度足以防止主叶片106在任何点处从主叶片狭槽136脱离。因此，主叶片106可形成腔116和腔118之间的流体屏障。在可选的实施方案中，如本领域技术人员将理解的，主叶片106可经由其它机械装置联接到套筒102和转子104。例如，主叶片106的第一端部130可以与主叶片狭槽136滑动接合，而第二端部134可枢转地联接到套筒102。

如图1中所示，辅助叶片108相对于第二旋转轴线112从转子104向外延伸。例如，辅助叶片108可以从转子104径向向外延伸，或以相对于径向方向的一定角度延伸。在后一种情况下，该角度可以在考虑切向力后确定。辅助叶片108的第一端部138与转子104滑动接合，而辅助叶片108的第二端部140邻接套筒102的内壁。例如，辅助叶片108可以布置在形成在转子104中的辅助叶片狭槽142中，该辅助叶片狭槽142相对于第二旋转轴线112向外延伸。当转子104旋转时，由旋转运动产生的离心力沿辅助叶片狭槽142向外驱逐辅助叶片108，使得第二端部140与套筒102的内壁保持接触，甚至当辅助叶片108可沿套筒102内壁滑动时。在旋转运动期间，辅助叶片108的长度足以防止辅助叶片108在任何点从辅助叶片狭槽142脱离。

第二端部140抵靠套筒102的邻接可以防止或大体上减少可压缩流体从腔116、118泄漏到相邻腔，从而在腔之间形成大体上的流体密封的分离。在一些实施方案中，除了离心力，该邻接可以通过使用布置在辅助叶片狭槽142中的偏压装置，例如弹簧，来偏压辅助叶片108的第一端部138以使辅助叶片108从辅助叶片狭槽142向外推出而被增强。在其它实施方案中，该邻接可以通过保持辅助叶片108的第一端部138和第二端部140之间的压力差以类似地使辅助叶片108从辅助叶片狭槽142向外推出而被增强。

在优选的实施方案中，主叶片106和至少一个辅助叶片围绕转子104的圆周以大体上均匀的角距布置。换句话说，可以由被主叶片106和至少一个辅助叶片分隔开的腔116、118达到的最大容积近似相等。这可以有助于确保由每次排放产生的流体体积保持相对一致。例如，在具有图1中所示的一个辅助叶片108的示例中，辅助叶片108布置成相对于第二旋转轴线112与主叶片106大体上对角地相对。应理解的是，取决于例如所需的制冷量、噪声、功率消耗和耐久性，主叶片106和至少一个辅助叶片之间的角距，以及辅助叶片的数量和辅助叶片的定向在可选的实施方案中可以被调整。换句话说，叶片之间的角距可以是不均匀的，并且辅助叶片可以以相对于径向方向的角度从转子延伸。

此外，应该理解的是，旋转叶片式压缩机100可包括其它结构部件，例如如在WIPO公开第WO 2013/036203 A1号中描述的壳体、气缸盖、安装装置、流体入口和流体出口等，该WO 2013/036203 A1的内容据此通过交叉引用并入。在一些实现方式中，压缩机100的移动部件可以安装在有效地形成消声器的噪声吸收或噪声消除外壳中。

参照图2A-2E，现在描述图1的旋转叶片式压缩机100的示例性稳态操作。

图2A示出了当主叶片106与基准线200对齐以及压缩机100以顺时针方向旋转时图1的旋转叶片式压缩机100的截面图。在该位置，通道114通过主叶片106和辅助叶片108被分隔成第一腔202和第二腔204，第一腔202和第二腔204各自填充有可压缩流体。第一腔202相对于第二腔204是大体上流体密封的。第一腔202中的流体正在经历压缩，并且连接到第一腔202的吸入口122和排放口126都是关闭的。这里，辅助叶片108通过保持与套筒102的内壁滑动邻接而形成流体屏障，并且有助于压缩第一腔202中的流体。另外，连接到第二腔204的吸入口120是打开的并且可压缩流体正经由吸入口120抽吸到第二腔204。连接到第二腔204的排放口124是关闭的。

图2B示出了当压缩机100从基准线200顺时针方向旋转大约90°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机100的截面图。在该位置，通道114被分隔成第一腔202、第二腔204和新的第三腔206，该第三腔206界定在主叶片106和共同的切点128之间。腔202、204、206大体上彼此流体密封。在第一预定体积被抽吸之后第二腔204中的可压缩流体经历压缩，并且连接到第二腔204的吸入口120和排放口124都是关闭的。在第一腔202中的可压缩流体已被压缩到第二预定体积。连接到第一腔202的排放口126打开，并且流体从第一腔202排出。这是通过压缩机100从图2A所示的初始位置的第一排放。此外，连接到第三腔206的吸入口122打开，并且可压缩流体经由吸入口122正被抽吸到第三腔206。

图2C示出了当压缩机100从基准线200顺时针方向旋转大约180°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机100的截面图。在该位置，通道114通过主叶片106和辅助叶片108分隔成第二腔204和第三腔206。第二腔204中的可压缩流体正经历压缩，并且连接到第二腔的吸入口120和排放口124都是关闭的。这里，主叶片106形成流体屏障，并且有助于压缩第二腔204中的流体。此外，连接到第三腔206的吸入口122打开，并且可压缩流体经由吸入口122正被吸入到第三腔206。连接到第三腔206的排放口126关闭。

图2D示出了当压缩机100从基准线200顺时针方向旋转大约270°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机100的截面图。在该位置，通道114被分隔成第二腔204、第三腔206和新的第四腔208，该第四腔208界定在辅助叶片108和共同的切点128之间。腔204、206、208大体上彼此流体密封。在第二腔204中的可压缩流体仍经历压缩，并且连接到第二腔204的排放口124关闭。此外，连接到第三腔206的吸入口122打开，并且可压缩流体经由吸入口122被继续吸入到第三腔206。连接到第四腔208的吸入口120也打开，并且可压缩流体开始经由吸入口120被吸入到第四腔208中。

图2E示出了当压缩机100从基准线200顺时针方向旋转大约300°的角度时图2A的旋转叶片式压缩机100的截面图。在该位置，通道114被分隔成第二腔204、第三腔206和第四腔208，它们大体上彼此流体密封。在第一预定体积已经被抽吸之后，第三腔206中的可压缩流体经历压缩，并且连接到第三腔206的吸入口122和排放口126都是关闭的。在第二腔204中的可压缩流体已被压缩到第二预定体积。连接到第二腔204的排放口124打开，并且可压缩流体从第二腔204排出。这是通过压缩机100从图2A中所示的初始位置的第二排放。此外，连接到第四腔208的吸入口120打开，并且可压缩流体经由吸入口120正被吸入到第四腔208。

如上述参照图2A-2E所描述的，压缩机100可以具有当压缩机100旋转时在不同的腔中同时发生的吸入阶段、压缩阶段和排放阶段。换句话说，压缩机100的多个腔中的每一个可独立地抽吸、压缩和排放可压缩流体，从而产生根据每个整转的多个排放。另外，与在稳定状态操作期间在一个整转中仅允许一个吸入阶段和一个排放阶段的常规的单叶片旋转压缩机相比，在本发明的实施方案中的压缩机100在一个整转中可具有多个吸入阶段和排放阶段。例如，在上述的示例中，在压缩机100的一个整转中分别通过第一腔202和第二腔204产生两次排放。而且，两个新的腔206、208在同一个旋转中产生并开始抽吸可压缩流体。

将示例性实施方案的压缩机100与具有相同容量和单个主叶片的常规压缩机比较，示例实施方案的压缩机100在一个整转期间排放更频繁。压缩的持续时间比在常规单叶片旋转叶片式压缩机中相对较短。因此，相比于常规的压缩机，第1级脉冲(即噪声)的沉重已经被降低并朝向高阶转变。如果使用多个辅助叶片，峰值的数量可以增加并且高压的持续时间可以进一步缩短。换句话说，噪声曲线可以按照需要来调整。这可以减少每个循环期间由示例性实施方案的压缩机100产生的噪音和振动并使得压缩机100更适合在安静的环境，如在制冷单元或空调单元中使用。

此外，相比于类似尺寸的常规的单叶片旋转叶片式压缩机，该示例性实施方案的压缩机100可实现优异的性能，因为示例性实施方案的压缩机100根据每个整转排放更多可压缩流体。因此，示例性实施方案的压缩机100可以是有利地紧凑的，并且可以在物理上更小，以提供与单叶片旋转叶片式压缩机相同的位移表现。

图3示出了流程图300，其图示了根据示例性实施方案的操作旋转叶片式压缩机的方法。在步骤302中，将旋转叶片式压缩机的流体通道分隔成多个腔。在步骤304中，将第一预定体积的可压缩流体抽吸到多个腔中的第一腔中。在步骤306中，将第一腔中的流体压缩到第二预定体积。在步骤308中，从第一腔排放所压缩的流体。在步骤310中，对于多个腔中的每个另外的腔，重复抽吸步骤、压缩步骤和排放步骤，从而压缩机根据每个整转产生多个排放。

本领域技术人员将理解的是，可以对如在具体实施方案中示出的本发明做出各种变化和/或修改，而不脱离如广泛地描述的本发明的精神或范围。因此，本实施方案在所有方面应当被认为是说明性的而不是限制性的。