滚动转子式压缩机构及包括该机构的压缩机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滚动转子式压缩机构，更具体地，涉及一种消除了转子与气缸之间的径向间隙的滚动转子式压缩机构。本发明还涉及一种包括该滚动转子式压缩机构的压缩机。
【背景技术】
[0002]本节中的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，其未必构成现有技术。
[0003]滚动转子式压缩机构以及利用该机构的压缩机、泵等设备由于零部件少、运行可靠等优点，在制冷、流体输送等很多领域得到广泛应用。
[0004]本发明旨在提供一种高效率的滚动转子式压缩机构以及包括该机构的压缩机，其中，消除了转子与气缸壁之间的径向间隙并防止转子与偏心轴相对转动。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一在于提供一种高效率的滚动转子式压缩机构，在该机构的整个工作过程中，消除了转子与气缸壁之间的径向间隙。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种高效率的滚动转子式压缩机构，其中，避免了转子与偏心轴之间的相对运动。
[0007]根据本发明的一方面，提供了一种滚动转子式压缩机构而实现了以上目的，该滚动转子式压缩机构包括:偏心轴；气缸；转子，所述转子由所述偏心轴驱动，在所述气缸中作回转运动；和滑片，所述滑片被朝向所述转子抵压，以在所述气缸中分隔出工作腔，其中，在所述转子与所述气缸之间的径向距离最小处，在所述转子上设置有能够抵靠所述气缸的密封件。
[0008]通过在转子与气缸之间的径向距离最小处设置密封件，在压缩机构的整个工作过程中简单、可靠地实现密封。
[0009]根据本发明的另一方面，提供了一种包括该滚动转子式压缩机构的压缩机。
[0010]通过本发明的以上方面，消除了转子与气缸壁之间的径向间隙，将压缩腔之间的泄漏降至最低，提高了压缩机构的容积效率。并且，避免了转子与偏心轴之间的相对转动。根据本发明的滚动转子式压缩机构的零件数量少，结构简单，成本低并且运行可靠。
【附图说明】
[0011]以下将参照附图仅以示例方式描述本发明的实施方式，在附图中:
[0012]图1示出了常规的滚动转子式压缩机构的工作原理。
[0013]图2示出了转子在最靠近气缸的位置处受到的径向力和切向力随偏心轴转角的变化曲线。
[0014]图3示意性地示出了转子与气缸之间的径向间隙。
[0015]图4示意性地示出了根据本发明一个实施方式的滚动转子式压缩机构的结构。
[0016]图5示意性地示出了密封件及其周围的放大图。
[0017]图6、图7、图8和图9按顺序示意性地示出了根据本发明的滚动转子式压缩机构的一个工作循环。
[0018]图10示出了根据本发明的密封件的接触力随偏心轴转角的变化情况。
[0019]图11和图12示出了根据本发明的密封件的另外的实施方式。
[0020]图13、图14和图15示意性地示出了根据本发明的凹槽的若干实施方式。
【具体实施方式】
[0021]图1示出了常规的滚动转子式压缩机构的工作原理。滚动转子式压缩机构总体上标为100，其包括驱动轴102、转子104、气缸106、滑片108、弹簧110以及进气装置112和排气装置114等。其中，滑片108在弹簧110的作用下始终抵靠在转子104上。驱动轴102上的偏心凸轮103与转子104摩擦配合，当驱动轴102在马达等动力装置的带动下绕轴线转动时，偏心凸轮103带动转子104紧贴气缸106的内壁做公转，从而在转子104与气缸106之间形成两个工作腔，这两个工作腔的容积随着转子转角的变化而增大或缩小，完成吸气、压缩和排气的过程。
[0022]具体地，图1示出了该压缩机构的一个工作循环中的几个位置，其中，转子在气缸中沿逆时针方向回转。在位置I处，滑片左侧的工作腔(下称“吸气腔A”)开始吸气，滑片右侧的工作腔(下称“压缩腔B”)开始压缩气体；在位置II处，吸气腔A继续吸气，压缩腔B继续压缩；在位置III处，吸气腔A继续吸气，当压缩腔B中达到一定压力时，排气门打开，压缩腔B开始排气；在位置IV处，吸气腔A继续吸气，压缩腔B排气结束；在位置V处，吸气腔A进气结束，压缩腔B变得与吸气腔A连通，并进入下一循环。
[0023]图2示出了转子在最靠近气缸的位置处受到的径向力和切向力随驱动轴转角的变化曲线，图的右上角象征性地示出了驱动轴和转子的相对位置(大圆表示转子，小圆表示驱动轴)，从而示出驱动轴转角为O度的点所表示的转子位置。从该图中可以看出，当转子处于不同位置时，径向力的符号会出现变化，当径向力为正时，表示转子会靠近气缸壁，从而使二者之间的径向间隙减小；当径向力为负时，表示转子会远离气缸壁，从而使二者之间的径向间隙增大。由于转子的上述运动，滚动转子压缩机构的径向间隙不能做得太小，否则在某些区域可能发生转子与气缸壁的干涉，导致摩擦和撞击。图3示意性地示出了转子与气缸之间的径向间隙D。
[0024]由于存在该不可避免的径向间隙，使得滚动转子压缩机构的压缩腔(图1中的右腔)与吸气腔(图1中的左腔)之间发生泄漏损失，容积效率较低。
[0025]另一方面，图2还示出了转子所受到的相当大的切向力。由于在常规的滚动转子式压缩机构中，转子与驱动轴之间仅采用摩擦(过盈)配合的方式装配在一起，在某些情况下，该切向力会导致转子与驱动轴之间频繁地发生相对转动，即转子除了在驱动轴的带动下做公转，还会进行自转。这造成了零件之间的磨擦，并且也降低了压缩机构的效率，对于能量利用产生不良影响。
[0026]为了更清楚地展现本发明的原理，图4中仅示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方式的滚动转子式压缩机构10中的偏心轴20、转子30、气缸40以及滑片50，而省略了弹簧、进气装置、排气装置以及其它部件，这些部件是本领域技术人员已知的。
[0027]根据本发明的滚动转子式压缩机构10的一个改进之处在于，除了常见滚动活塞压缩机构所具有的滑片以外，在转子30与气缸40之间的径向间隙最小的位置处，在转子30上设置有能够抵靠气缸40的密封件60。
[0028]具体而言，在转子30的、转动过程中距气缸壁42最近的位置处，在转子30的外表面上设置有凹槽32，凹槽32的轴向长度可以大致等于转子30的轴向长度。密封件60嵌入到凹槽32中，从而使得密封件60的表面62与气缸40的内壁42相接触。
[0029]密封件60例如可以由特氟龙等树脂材料制成，也可以由铜、铁、铝等金属材料制成，只要该材料能够耐受该滚动转子式压缩机构内部的工作环境，并且提供密封所需的强度即可。
[0030]图5夸大地示出了凹槽32和密封件60的细节，并且示出了密封件60的受力。应当注意，图5中的部件并非按比例绘制。如图5所示，密封件60呈滑块的形式，在垂直于轴向的截面中，密封件60的周向方向上的厚度小于凹槽32的厚度，凹槽60的径向方向上的宽度小于凹槽32与径向间隙的宽度之和，从而在密封件60与凹槽32之间的两个方向上都具有间隙，以允许压缩腔的压力通过密封件60的一侧引入到密封件60的背对气缸40的背面64处。另外，密封件60的尺寸应当确保在压缩机构的整个工作循环中，密封件60都能够保持在凹槽32内而不会脱落。
[0031]密封件60受到压缩腔压力Pc和吸气腔压缩Ps施加的力，压缩腔压力Pc大于吸气腔压力Ps，在如上所述的结构中，两者的压力差ΛΡ (AP=Pc-Ps)导致将密封件60朝下并朝向气缸壁42挤压。
[0032]密封件60与气缸壁42之间的接触力F与压力差Λ P和密封件60的受力面积S成正比。
[0033]密封件60的受力面积S=LXW,其中，L为密封件60的轴向方向(图5中与纸面垂直的方向)上的长度(图中未示出)，W为滑块的周向方向上的厚度。
[0034]由于在滚动式转子压缩机构10的几乎整个工作过程中，压缩腔压力Pc都大于吸气腔压力Ps，因此接触力F总能保持正值。通过将接触力F保持为正值，在整个工作过程中防止了密封件60脱离气缸壁42。从而消除了转子30与气缸40之间的径向间隙，实现了压缩腔与吸气腔之间的密封。
[0035]另一方面，由于密封件60的受力F与滑块两侧的压力差有关，当压力差较小时，受力F较小，压力差较大时，受力F较大，因此,能够自动地调节接触力，不会给转子30的转动带来额外的阻力。
[0036]虽然图中示出了密封件60的表面62具有与气缸壁42互补的形状，从而尽可能地提高密封效果。但是应当理解，密封件60可以具有很多不同的形状，如呈与气缸壁42具有不同曲率的曲面，或者呈其它凸起的形状。
[0037]为了使密封件60总是处于转子30与气缸壁40之间的径向距离最小的位置，优选地，将转子30与偏心轴20之间通过固定部70进行固定连接。该固定连接的牢固程度优选地高于普通的摩擦配合。如图所示，固定部70可以是可拆卸的，如键槽固定部、销孔固定部等，也可以是本领域技术人员所知的任何不可拆卸的固定部，如焊接固定部。
[0038]该固定部70的位置可以与密封件60的位置在直径方向上相对(如图所示)，也可以位于转子30和/或偏心轴20上任何适当的位置，只要能够将转子30与偏心轴20牢固地固定连