轴流式压缩机的制作方法

[0001]
本发明涉及空气压缩设备技术领域，特别是涉及一种对气体进行轴向压缩的轴流式压缩机。


背景技术：

[0002]
制冷和空调行业中采用的压缩机主要有五大类型：往复式、螺杆式、回转式、涡旋式和离心式，其中往复式是小型和中型商用制冷系统中应用最多的一种压缩机；螺杆式压缩机主要用于大型商用和工业系统；回转式压缩机、涡旋式压缩机主要用于家用和小容量商用空调装置；离心式压缩机则广泛用于大型楼宇的空调系统。
[0003]
目前使用的上述几种压缩机大多采用的是活塞、螺杆、齿轮周期式的压缩原理进行工作，这使得压缩机有周期式振动，噪声大，压缩比有限，机械磨损大等特征，且由于结构和工作原理的原因，这些影响很难根除。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题是提供一种连续式运转，具有高压缩比、节能、超低噪声的轴流式压缩机。
[0005]
本发明轴流式压缩机，包括外缸套，外缸套上设置有进气口和出气口，外缸套内部安装有内压缩缸和主轴，内压缩缸两端和中间设置有均压室，主轴上安装有叶轮和叶片，叶轮采用变截面螺旋曲面结构，内压缩缸的内壁加工成与叶轮上螺旋曲面共轭的包络曲面结构。
[0006]
本发明轴流式压缩机，其中所述内压缩缸包括通过均压室相连接的能够实现三级压缩的第一压缩缸、第二压缩缸和第三压缩缸，第一压缩缸和第二压缩缸由两个半圆锥形缸体拼接而成，三个压缩缸与相连接的均压室形成一个整体。
[0007]
本发明轴流式压缩机，其中所述均压室包括一个入口均压室，两个中间均压室和一个高压均压室，所述入口均压室位于第一压缩缸靠近进气口的一端，两个中间均压室分别位于第一压缩缸和第二压缩缸之间以及第二压缩缸和第三压缩缸之间，高压均压室位于第三压缩缸靠近出气口的一端。
[0008]
本发明轴流式压缩机，其中所述外缸套的两端分别安装有轴承座。
[0009]
本发明轴流式压缩机，其中所述内压缩缸的外壁与外缸套的内壁相紧密接触，内压缩缸的两端与轴承座的内侧端面相接触，内压缩缸与轴承座共同围成空气压缩仓体。
[0010]
本发明轴流式压缩机，其中所述外缸套与轴承座的连接面上设置有外密封圈。
[0011]
本发明轴流式压缩机，其中所述主轴两端通过轴承座内部安装的轴承进行支撑。
[0012]
本发明轴流式压缩机，其中位于进气口一侧的轴承座为轴承座大端，出气口一侧的轴承座为轴承座小端。
[0013]
本发明轴流式压缩机，其中所述主轴与安装在主轴两端的端盖之间设置有油封结构。
[0014]
本发明轴流式压缩机与现有技术不同之处在于，本发明轴流式压缩机在主轴上的叶轮采用变截面的螺旋空间曲面，而与之配合的压缩缸内壁形成与其共轭的包络曲面，通过变截面螺旋空间曲面的旋转，与其共轭包络曲面相配合，形成一级或多级压缩空间与服务空间的结合，组成系统完整的压缩过程。
[0015]
在本发明的轴流式压缩机中，当变截面螺旋曲面绕主轴高速旋转时，与其对应的共轭包络曲面形成若干个串联式压缩空间，构成连续的压缩过程，实现超低噪声、连续式、高压缩比的运转过程。从而提高运转效率，达到高效，节能的运转效果。
[0016]
下面结合附图对本发明的轴流式压缩机作进一步说明。
附图说明
[0017]
图1为本发明实施例1中轴流式压缩机的立体图；
[0018]
图2为本发明实施例1中轴流式压缩机的主视图；
[0019]
图3为本发明实施例1中轴流式压缩机的俯视图；
[0020]
图4为图3中a-a向剖视图；
[0021]
图5为本发明轴流式压缩机实施例1中外缸套的立体图；
[0022]
图6为本发明轴流式压缩机实施例1中内压缩缸的主视图；
[0023]
图7为本发明轴流式压缩机实施例1中主轴的立体图；
[0024]
图8为本发明实施例2中轴流式压缩机的俯视图；
[0025]
图9为图8中b-b向剖视图；
[0026]
图10为本发明轴流式压缩机实施例2中内压缩缸的主视图；
[0027]
图11为图10中c-c向剖视图；
[0028]
图12为本发明轴流式压缩机实施例2中内压缩缸展开后的结构示意图；
[0029]
图13为本发明轴流式压缩机实施例2中主轴的主视图；
[0030]
图14为本发明轴流式压缩机实施例2中主轴的立体图；
[0031]
图15为本发明轴流式压缩机实施例3中主轴的主视图；
[0032]
图16为本发明轴流式压缩机实施例3中主轴的右视图；
[0033]
图17为本发明轴流式压缩机实施例3中内压缩缸的主视图；
[0034]
图中标记示意为：1-进气口；2-外缸套；3-出气口；4-进气端盖；5-轴承座大端；6-轴承座小端；7-出气端盖；8-外密封圈；9-油封；10-轴承；11-叶轮；12-叶片；13-主轴；14-内压缩缸；15-第一压缩缸；16-第二压缩缸；17-均压室；18-第三压缩缸。
具体实施方式
[0035]
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0036]
实施例1
[0037]
如图1-图7所示，本发明轴流式压缩机包括外缸套2，外缸套2上方的两端分别设置有进气口1和出气口3，外缸套2的两端分别安装有轴承座，轴承座与外缸套2通过螺栓固定连接。外缸套2与轴承座的连接面上设置有外密封圈8。位于进气口1一侧的轴承座为轴承座大端5，出气口3一侧的轴承座为轴承座小端6。两个轴承座与外缸套2共同构成压缩机的主体结构。
[0038]
轴承座大端5上安装有进气端盖4，进气端盖4与轴承座大端5的外侧端面通过螺栓连接；轴承座小端6上安装有出气端盖7，出气端盖7与轴承座小端6的外侧端面通过螺栓连接。进气端盖4、出气端盖7和外缸套2共同构成压缩机的外部壳体。
[0039]
如图4所示，外缸套2内部安装有内压缩缸14和主轴13。内压缩缸14的外壁与外缸套2的内壁紧密接触，内压缩缸14与轴承座共同围成空气压缩仓体。在本实施例中，如图6-图7所示，内压缩缸14包括相连接的第一压缩缸15和第二压缩缸16和第三压缩缸18，第一压缩缸15和第二压缩缸16、第二压缩缸16和第三压缩缸18对空气进行三级压缩。第一压缩缸15由两个半圆锥形缸体拼接而成，拼接组成的缸体可以便于主轴13的安装。主轴13安装时，先将主轴13从第三压缩缸18中穿过，然后将两个第二压缩缸16的缸体安装在主轴13外侧，再将组合好的第一压缩缸15与第二压缩缸16对接。本实施例中采用的串联式压缩仓的设计可以减小在变截面螺旋面与包络面之间，由于间隙的存在形成的压力回流，从而提高流体压缩的效率。
[0040]
外缸套2内部还设置有均压室17，在本实施例中，均压室17包括入口均压室，两个中间均压室和高压均压室。入口均压室位于第一压缩缸靠近进气口的一端；两个中间均压室分别位于第一压缩缸和第二压缩缸之间以及第二压缩缸和第三压缩缸18之间，连接三个压缩缸内的空气压缩仓体，高压均压室位于第三压缩缸18靠近出气口的一端。流体在进入第一压缩缸15之前，在入口均压室中进行均压，然后进入第一压缩缸15内部压缩后进入第一个中间均压室进行扩散，再进入第二压缩缸16内部进行二次压缩，再进入第二中间均压室进行扩散，再进入第三压缩缸18内部进行三次压缩，最后进入高压均压室进行第四次均压，完成整个流体压缩过程。
[0041]
如图4所示，主轴13两端通过轴承座内部安装的轴承10进行支撑。在本实施中，轴承10选择圆锥滚子轴承。主轴13伸出到进气端盖4外侧，与动力输出端相连，为压缩机提供动力。主轴13与进气端盖4之间设置有油封9结构。如图10和图11所示，主轴13上安装有叶轮11和叶片12。叶片12靠近轴承座小端6，即出气口3一侧，起到吸风的作用。叶轮11采用变截面螺旋曲面结构，相应的，内压缩缸14的内壁加工成与之共轭的包络曲面结构。在空气压缩仓体内部，通过变截面螺旋空间曲面的旋转，与其共轭包络曲面相配合，形成两个压缩空间与服务空间的结合，组成系统完整的压缩过程。当变截面螺旋曲面绕主轴13高速旋转时，与其对应的共轭包络曲面形成三个串联式压缩空间，构成连续的压缩过程。
[0042]
在本实施例中，叶轮11的横截面为三段相连接的圆锥面和圆柱面的组合，叶轮形成的变截面曲线结构包括三段相连接的锥形-圆柱形的同轴曲线，叶轮的变截面螺旋曲面结构位于内压缩缸14和均压室中。内压缩缸14与叶轮11共轭的包络面采用与叶轮11形状相适应的曲面，中间均压室的位置与叶轮11上圆柱段曲面所在的位置相对应，在叶轮的高速旋转过程中，其圆柱形螺旋曲面部分形成事实上的离心式扩展作用，起到在均压室空间的气体均压作用。
[0043]
叶轮11由三段重复的圆锥形和圆柱形的变截面曲线结构连接而成。第一压缩缸15的中叶轮11圆锥形部分最大的截面直径为60mm，最小的截面直径为30mm，其圆锥形部分沿主轴13方向的长度为40mm，圆锥形部分后连接的圆柱形部分的截面直径为30mm，长度为13mm。第一压缩缸15中圆柱形部分连接第二压缩缸16中的圆锥形部分，最大截面直径仍为60mm，最小截面直径为30mm；第二压缩缸16中圆柱形部分连接第三压缩缸18中的圆锥形部
分，最大截面直径为60mm，最小截面直径为30mm。而三个压缩缸的内壁与叶轮11的变截面曲线结构对应，加工成其共轭包络曲面形。
[0044]
若第一个压缩过程的入口压力为p0，出口压力为p1，
[0045]
则有：p1＝n1×
p0[0046]
n1为第一个压缩空间的实际压缩比。
[0047]
在两个锥形包络的压缩空间之间，设置有中间均压室。流体在经过第一压缩过程后，进入中间均压室，中间均压室与变截面螺旋面的圆柱形螺旋曲面相对应。在主轴的高速旋转中，该段圆柱形螺旋面形成了事实上的离心扩散曲面，使得经过第一压缩后的流体压力充满整个均压室后，进入第二个压缩过程。
[0048]
经过第一压缩过程的气体，经均压后进入第二压缩空间时，其入口压力为第一压缩空间的出口压力：
[0049]
即：p1＝n1×
p0。
[0050]
经第二压缩过程后的出口压力：
[0051]
p2＝n2×
p1＝n1×
n2×
p0。
[0052]
同理可得，经第三压缩过程后的出气压力：
[0053]
p3＝n1×
n2×
n3×
p0。
[0054]
由此，可以得到，当有k个压缩空间时，
[0055]
且当：
[0056]
n1＝n2＝
……
n
k
时
[0057]
则有，出口压力为：
[0058]
p
k
＝n
k
p0其中k＝1，2，3，
…
。
[0059]
又因为变截面螺旋曲面在旋转中是连续的，稳定的，因此会形成超低噪声的运行效果。同时，在设计结构中减少了机械摩擦，因此本发明的轴流式压缩机更节省能量，能够提高运行效率。
[0060]
实施例2
[0061]
如图8-图14所示，本实施例与实施例1不同之处在于：内压缩缸14由第一压缩缸15和第二压缩缸16两个缸体构成。
[0062]
如图9-图11所示，第一压缩缸15和第二压缩缸16能够对空气进行两级压缩。第一压缩缸15由两个半圆锥形缸体拼接而成，拼接组成的缸体可以便于主轴13的安装。主轴13安装时，先将主轴13从第二压缩缸16中穿过，然后将两个第一压缩缸15的缸体安装在主轴13外侧，再将组合好的第一压缩缸15与第二压缩缸16对接。本实施例中采用的串联式压缩仓的设计可以减小在变截面螺旋面与包络面之间，由于间隙的存在形成的压力回流，从而提高流体压缩的效率。
[0063]
外缸套2内部还设置有均压室17，在本实施例中，均压室17包括入口均压室，一个中间均压室和高压均压室。入口均压室位于第一压缩缸靠近进气口的一端；中间均压室位于第一压缩缸和第二压缩缸之间，连接两个压缩缸内的空气压缩仓体，高压均压室位于第二压缩缸靠近出气口的一端。流体在进入第一压缩缸15之前，在入口均压室中进行均压，然后进入第一压缩缸15内部压缩后进入中间均压室进行扩散，然后再进入第二压缩缸16内部进行二次压缩，最后进入高压均压室进行第三次均压，完成整个流体压缩过程。
[0064]
叶轮11采用变截面螺旋曲面结构，相应的，内压缩缸14的内壁加工成与之共轭的包络曲面结构。在空气压缩仓体内部，通过变截面螺旋空间曲面的旋转，与其共轭包络曲面相配合，形成两个压缩空间与服务空间的结合，组成系统完整的压缩过程。当变截面螺旋曲面绕主轴13高速旋转时，与其对应的共轭包络曲面形成两个串联式压缩空间，构成连续的压缩过程。
[0065]
在本实施例中，叶轮11的横截面为三段相连接的锥面-圆柱面-锥面，叶轮形成的变截面曲线结构包括相连接的锥形-圆柱形-锥形的同轴曲线，叶轮的变截面螺旋曲面结构位于内压缩缸14和均压室17中。内压缩缸14与叶轮11共轭的包络面采用与叶轮11形状相适应的曲面，中间均压室的位置与叶轮11上圆柱段曲面所在的位置相对应。
[0066]
实施例3
[0067]
如图15-图17所示，本实施例与实施例1不同之处在于：内压缩缸14由一个单独的缸体构成，缸体内主轴13上的叶片12为一段变截面曲线结构。
[0068]
本发明轴流式压缩机建立了一种新型的压缩技术，是对现有压缩技术的补充，可以大幅度提高压缩比，提高流体压缩的质量和效率。
[0069]
本发明轴流式压缩机在主轴上的叶轮采用变截面的螺旋空间曲面，而与之配合的压缩缸内壁形成与其共轭的包络曲面，通过变截面螺旋空间曲面的旋转，与其共轭包络曲面相配合，形成若干的压缩空间与服务空间的结合，组成系统完整的压缩过程。
[0070]
当变截面螺旋曲面绕主轴高速旋转时，与其对应的共轭包络曲面形成若干个串联式压缩空间，构成连续的压缩过程，实现超低噪声、连续式、高压缩比的运转过程。从而提高运转效率，达到高效，节能的运转效果。
[0071]
本发明轴流式压缩机可以是一级、两级、三级及多级形式的轴流压缩机，上述情况应均在本发明的保护范围之内。
[0072]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。