环形单螺杆压缩机的制作方法

本发明涉及一种单螺杆压缩机，尤其是一种环形单螺杆压缩机。

背景技术：

单螺杆压缩机是一种效率较高的气体压缩机，主要部件是螺杆、星轮和气缸。有别于双螺杆压缩机，单螺杆压缩机只有一根螺杆；双螺杆压缩机是2根螺杆相互啮合，单螺杆压缩机则是单一螺杆和星轮啮合。如图1所示，显示了单螺杆压缩机的工作原理：螺杆轴和星轮轴相互垂直，星轮齿嵌入螺旋槽中，将螺旋槽的空间分割；螺杆的转动带动星轮转动；随着螺杆的转动，被星轮分割的螺旋槽空间周期性的发生增大、缩小的变化；空间增大的过程就是吸气过程（图1a）、空间缩小的过程就是压缩过程（图1b）、排气过程（图1c）。由于星轮齿的运动轨迹是圆周运动，其齿顶离螺杆轴线的距离在运转过程中时刻发生变化，为了两者的啮合，星轮和螺杆的齿槽型线变得非常复杂，设计和加工的成本非常高；这也是单螺杆压缩机比双螺杆压缩机应用得少的原因之一。如果能通过合适的方法改变压缩和啮合方式、使得星轮和螺杆的啮合型线变得简单、易加工，这将促进单螺杆压缩机的发展、推动单螺杆压缩机的应用。

技术实现要素：

本发明提出一种环形单螺杆压缩机，目的是改变现有的单螺杆压缩机啮合型线复杂，部件的设计和加工技术难度高、成本高的特点，使得单螺杆压缩机的部件结构简单、制造方便、加工成本低。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种环形单螺杆压缩机，包括气缸、环形螺杆、星轮，所述环形螺杆，呈圆环形，具有多个螺旋齿、螺旋槽和凸台，每条螺旋槽上设有由两个凸台，两个凸台在环形螺杆圆周上相隔180^o布置，将每条螺旋槽分隔成两个相等的空间； 所述气缸由两个半圆环形气缸组成，气缸的缸体横截面为圆形；半圆环形气缸的两端外表面分别设有由环形管和管口组成的吸气口和排气口，环形管与气缸内部导通，管口排气或进气，排气管口设排气阀；所述星轮包含外圈、辐条、弹簧和星轮齿；辐条、弹簧和星轮齿的数量与螺旋齿的数量相同；辐条的一端与外圈连接，另一端插入星轮齿内的辐条槽内；弹簧与辐条附着在一起，一端与外圈连接，另一端与星轮齿外侧连接；外圈内侧与辐条相连，外圈外侧设有皮带轮槽道；所述环形螺杆置于两个半圆环形气缸内，环形螺杆的螺旋齿顶部齿面与气缸内壁成间隙配合；两个半圆环形气缸的两端相接处分别装有星轮，且星轮的星轮齿的外形与环形螺杆的螺旋槽相配合，两个星轮相对于半圆环形气缸周向固定，并可在垂直于半圆环形气缸的平面旋转；所述环形螺杆的凸台顶部与螺旋齿顶部齐平，使得凸台、螺旋槽、气缸内壁、星轮齿之间构成压缩空间或吸气空间；所述星轮与环形螺杆啮合，星轮的转动带动环形螺杆转动，使得螺旋槽中的凸台周期性的靠近和离开星轮齿，形成压缩、排气和吸气过程。

所述螺旋齿的横截面为矩形，螺旋齿与气缸的缸体内表面构成的螺旋槽空间的横截面形状为梯形。所述螺旋齿的数量为4条。每条螺旋槽中，等间距布置有两个凸台，将每条螺旋槽分隔成两个相等的空间。星轮齿与螺旋槽相配合的外表面为梯形、矩形、平行四边形中的任一种。

本发明的有益效果是：

本发明的环形单螺杆压缩机，采用新结构的螺杆和星轮，改变了传统单螺杆压缩机的压缩和啮合方式、使得星轮和螺杆的啮合型线变得简单、易加工，具有部件结构简单、制造方便、加工成本低的特征，并可实现良好的排气连续性，适用于各种气体的压缩。

附图说明

图1是常规单螺杆压缩机的工作原理示意图；

其中a）为吸气过程，b）为压缩过程，c）为排气过程；

图2是本发明的环形单螺杆压缩机的整体结构示意图；

图3是环形螺杆结构示意图；

图4是气缸及排气口、吸气口的示意图；

图5是星轮的结构示意图；

图6是图5的左视图；

图7是螺杆与星轮组合的主视图

图8是图7中沿A-A剖视图；

图9是图7中沿B-B剖视图；

图10是螺杆与星轮组合的侧视示意图；

图11是螺杆与星轮组合的立体示意图；

图12是螺杆与星轮啮合的示意图；

图13是凸台外形及作用平面示意图；

图14是凸台外形及作用立体示意图。

其中：1A. 上排气口，1B 下排气口，2A.上星轮，2B.下星轮，3A. 下吸气口，3B. 上吸气口，4A. 左气缸，4B. 右气缸，5. 环形螺杆，6. 螺旋齿，7. 螺旋槽，8. 压缩空间，9. 吸气空间，10A. 第一螺旋槽凸轮A，11A. 第二螺旋槽凸轮A，12A. 第三螺旋槽凸轮A，13A. 第四螺旋槽凸轮A，10B. 第一螺旋槽凸轮B，11 B. 第二螺旋槽凸轮B，12 B. 第三螺旋槽凸轮B，13 B. 第四螺旋槽凸轮B， 14A. 左圆弧筒，14B. 右圆弧筒，15. 外圈，16.弹簧，17. 辐条，18. 辐条槽，19. 星轮齿。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

参见图2至图14，本发明的环形单螺杆压缩机主要包括：气缸、环形螺杆5和星轮。

环形螺杆5，如图3所示，呈圆环形，具有螺旋齿6、螺旋槽7和凸台，螺旋齿6的横截面可以是简单的矩形或梯形，相应地，螺旋槽7的横截面可以是简单的梯形；螺旋齿顶部齿面与同样为圆环形的气缸内壁成间隙配合。环形螺杆5可以设计成多条螺旋齿6、螺旋槽7，本实施例设计成4条螺旋齿6、4条螺旋槽7，螺旋齿6的横截面设计成简单的矩形，相应地，螺旋槽7的横截面为简单的梯形。每条螺旋槽7设有由A、B两个凸台构成凸轮A，B，在螺杆圆周上相隔180^o布置，将每条螺旋槽7分隔成2个相等的空间；凸台的形状如图13所示，凸台顶部与螺旋齿6顶部齐平，凸台腰部设计成斜坡形，可以使得凸轮与星轮齿交会时逐渐顶开星轮齿、交会后星轮齿逐渐落入螺旋齿底部；凸台的作用是使得凸台、螺旋槽、气缸内壁、星轮齿之间构成压缩空间或吸气空间。4条螺旋槽7共有8个凸台：第一螺旋槽凸轮A10A、 第二螺旋槽凸轮A11A、 第三螺旋槽凸轮A12A、第四螺旋槽凸轮A13A、 第一螺旋槽凸轮B10B、 第二螺旋槽凸轮B11B、第三螺旋槽凸轮B12B、第四螺旋槽凸轮B13B。8个凸台的位置优选方案是螺杆圆周方向等距离布置，本实施例为图形表述方便，位置设计方案是：如图2所示，4个凸轮A在4条螺旋槽的相邻位置布置、4个凸轮B也在4条螺旋槽的相邻位置布置，每条螺旋槽的2个凸轮还是相隔180^o布置。

气缸，如图4所示，呈整体圆环形缸体，分成2段半圆环形气缸：左气缸4A和右气缸4B。缸体横截面也为圆形，缸体包括圆弧筒和吸、排气口。每个圆弧筒两端外表面分别布置有吸气口和排气口，即总体有两个排气口和两个吸气口。排气口和吸气口结构类似，由环形管和管口组成，环形管与气缸内部导通，管口排气或进气，但排气管口要设排气阀，达到一定压力才排气，吸气管口不设阀。左气缸4A包括左圆弧筒14A以及设置在左圆弧筒14A两端的上排气口1A和下吸气口3A、右圆弧筒14B以及设置在右圆弧筒14B两端的下排气口1B和上吸气口3B，排气口和吸气口结构类似，由环形管和管口组成，环形管与气缸内部导通，管口排气或进气，但排气管口要设排气阀，达到一定压力才排气，吸气管口不设阀。

星轮，如图5，6所示，包含外圈15、弹簧16、辐条17和星轮齿19，其中，星轮齿19内部还开有辐条槽18。星轮齿19的外形与螺旋槽7相配合，辐条17的一端与外圈15焊接连接，另一端插入星轮齿19内的辐条槽18内；使得星轮齿19可以沿辐条17上下移动。弹簧16与辐条17附着在一起，一端与外圈15焊接连接，另一端与星轮齿19外侧焊接连接；通过弹簧16压力使得星轮齿19贴紧螺旋槽7底部；当星轮齿19遇到凸台时，可沿着辐条17向外圈15方向移动，克服弹簧16力，让凸台通过。外圈15内侧与四根辐条17相连，四根辐条17插入四个星轮齿19内，星轮齿19的外形与螺旋槽7相配合，几个外表面是简单的梯形、矩形、平行四边形。外圈15外侧加工成皮带轮槽道，通过皮带带动星轮旋转，通过星轮齿19和螺旋槽7的啮合，推动环形螺杆5周向转动。

下面描述根据本发明的环形单螺杆压缩机的工作原理和工作过程：

参见图2，气缸是固定的，2个星轮相对圆环形气缸的周向也是固定的，每个星轮的4个星轮齿嵌入螺杆的4条螺旋槽内，将每条螺旋槽分隔成2个空间；星轮可在垂直于圆环形气缸所示的平面旋转；上星轮2A和下星轮2B是主动运动部件，上星轮2A的运动方向如图8所示的顺时针方向，下星轮2B的运动方向为逆时针方向，2个星轮保持相同的转速；星轮与螺旋槽啮合、带动螺杆周向转动，螺杆的转动方向如图7所示的顺时针方向。随着螺杆的转动，每条螺旋槽中的2个凸台周期性地靠近星轮齿和离开星轮齿；凸台靠近星轮齿时，凸台、螺旋槽、气缸内壁、星轮齿之间构成压缩空间，压缩到一定压力时，气缸外侧的排气阀打开，实现排气；凸台离开星轮齿时，凸台、螺旋槽、气缸内壁、星轮齿之间构成吸气空间，通过吸气口吸气；凸台与星轮齿交会时，凸台的斜坡推动星轮齿沿着辐条向外圈方向移动；待凸台通过，星轮齿再在弹簧压力的作用下重新贴紧螺旋槽。图2所示第一螺旋槽凸轮A10A正在靠近上星轮齿2A，形成压缩空间8；同时第一螺旋槽凸轮A10A离开下星轮齿2B，形成吸气空间9。同理，第一螺旋槽凸轮B10B正在靠近下星轮齿2B，并离开上星轮齿2A，也形成压缩空间和吸气空间。因此，螺杆旋转一周，每条螺旋槽的每个凸台可实现2次吸气、压缩、排气过程；每条螺旋槽的2个凸台可实现4次吸气、压缩、排气过程； 4条螺旋槽可实现16次吸气、压缩、排气过程，有良好的排气连续性。

根据本发明的单螺杆压缩机不用设置吸气阀、需设计排气阀。所述压缩机中的一些间隙配合面可以采用油膜密封方式、也可采用其它密封方式，以最有利于减少气体泄漏为目的。所述螺旋齿或星轮齿的横截面形状也可以是三角形等其它几何形状，只要能保证螺旋槽和星轮齿相互啮合以及保证各自的运动相互协调即可。