专利名称：用于涡旋机的动态平衡嵌套式联轴节的方法
在一种涡旋机，例如泵、压缩机或膨胀机中，在两个涡旋件之间，由于一个涡旋件相对于另一个涡旋件沿轨道旋转而存在一基本共同运动。一个涡旋件相对于另一个涡旋件的旋转一般称为轨道涡旋。在已有技术中，两个涡旋件都旋转、两者都沿轨道运转、一个涡旋件是固定的或仅作轴向运动。由美国专利3，874，827揭示了一些实施例，例举了两个涡旋件以不同的半径沿轨道旋转的一种设计。特别地是，在
图15中，揭示了一种采用两个欧氏联轴节的共同轨道涡旋件的类型。其中一个联轴节用键固定在两涡旋件之间，便位于两涡旋件的内部。然而，所揭示的实施例基本上具有一固定轨道的主动/轨道涡旋件，它还驱动一既可在从动/较短轨道内运动，又可作轴向运动的从动涡旋件。通过作用在从动涡旋件上的排气压力迫使从动涡旋件与主动涡旋件进入轴向接合，同时，一弹性材料件有将从动涡旋件放置在对应于从动轨道中心位置的倾向。从动涡旋件承受弹性材料的偏置而按轨道运动方式运动，从而使其轨道成为非圆形的。在所揭示的实施例中，压缩机为电动机在涡旋件上的开敞式运转型。
本发明涉及一种具有两个轨道涡旋件的涡旋机。两个欧氏联轴节被嵌套在主动/轨道涡旋件之下。用键固定在两涡旋件之间的联轴节被设置在最靠近主动涡旋件的位置，且所有四个键都位于联轴节的同一侧。用键固定在主动涡旋件和曲轴箱之间的另一联轴节位于靠近曲轴箱处。在两个联轴节中，一组键必须围绕一些元件延伸以嵌进适当的槽内。一从动(较短的)涡旋件与一导向环的表面共同行动，该导向环引导和支承沿从动(较短)轨道运动的从动涡旋件以提供径向柔量。作用在从动涡旋件上的中间压力提供一保持从动和主动/轨道涡旋件接合的轴向柔顺力。主动/轨道涡旋件跨在曲轴箱上。曲轴箱、导向环和隔板栓接在一起，并固定主动和从动涡旋件以及它们之间的抗旋转构件。
在具有欧氏联轴节或其他往复抗旋转装置的涡旋压缩机中，往复不平衡通过采用旋转平衡最多只能抵消一半。在本发明共同轨道的涡旋件结构情况下，有两个分开的往复运动欧氏联轴节用来进行平衡。
本发明的一个目的在于以一固定的角度关系联接两部件，而且使一个部件(即从动涡旋件)相对于另一部件(即主动涡旋件)进入轨道运行。
本发明的进一步目的在于通过采用旋转平衡块抵消大部分(如果不是全部)的抗旋转构件的往复不平衡。
本发明的另一个目的在于提供可在两轨道部件之间保持一固定角度关系的共同轨道的涡旋机。这些目的和其他下面将描述的内容将通过本发明来实现。
基本上，一种涡旋机提供可保持一固定角度关系的共同轨道涡旋件。每个涡旋件与抗旋转构件共同动作，且位于一由固定在一起的隔板、导向环和曲轴箱限定的组合件内。抗旋转构件由两个位于曲轴箱和主动涡旋件之间的嵌套式欧氏联轴节构成。两联轴节的共同运动可产生旋转不平衡的作用以抵消往复不平衡。旋转不平衡可用传统的旋转平衡块予以完全平衡。
为了更完整地理解本发明，下面结合附图对本发明进行详细描述图1为采用本发明的涡旋压缩机的部分垂直剖视图;
图2为第一联轴节的顶视图;
图3为第二联轴节的顶视图;
图4为沿图34-4线的剖视图;
图5为表示图3的联轴节覆盖在图2联轴节上的顶视图;
图6为本发明抗转动联轴节的质量位移示意图;和图7为由本发明导出的转动质量不平衡和正弦往复质量的合成。
在图1中，编号10一般表示一低侧密封的涡旋压缩机。压缩机10具有一壳体或外罩12，该壳体包括一主体12-1和一上端盖12-2。隔板32将壳12分隔成一抽气室16和一排气室17。一曲轴箱20被焊接在主体上或用其他适当方法固定在主体12-1内，并以传统的方式支承曲轴22和欧氏联轴节24。曲轴22在其偏心设置的槽22-1内容纳主要或主动涡旋件26的毂26-3。主要或主动涡旋件26由曲轴箱20支承并以传统方式与欧氏联轴节24共同运动。曲轴22以一固定半径驱动主要或主动涡旋件26。主要或主动涡旋件26具有一环圈26-1，它与辅助或从动涡旋件28的环圈28-1共同运动。第二欧氏联轴节30被嵌套在第一欧式联轴节24和主要涡旋件26之间。应当注意在图1中，所描述的欧式联轴节24和30的是表示一单键和相邻键，而不是成对键。先参见图2，可以注意到欧氏联轴节24为一般传统的设计，而不同的是它具有一对高于普通键的键。具体地说，两对键一般是相对于孔24-1沿直径方向布置的。为了减小尺寸要求，一对键也可以不是位于孔24-1的直径方向上，象所描述的重叠键。一对键位于联轴节24的两侧，每对键与其他相应的对键在直径方向上成直角布置。如图2中所示，可看到只有键24-4和24-5是偏离直径方向的。
现参见图3和4，可以注意到欧氏联轴节30与传统设计的不同点在于它是不对称的，所有的键在联轴节30的同一侧，且各对键的高度是不同的。具体地说，联轴节30具有一孔30-1，对置的短键30-2和30-3，和对置的长键30-4和30-5。现参见图5，可以注意到所看到的键24-4、24-5和30-2至30-5，都相对于联轴节30向上延伸。
主动涡旋件26、从动涡旋件28和欧氏联轴节24及30被固定就位在曲轴箱26和隔板32之间。特别是如图所示，隔板32有一在排气口28-3和排气室17之间延伸的排气通道32-1。环形面32-2围绕排气通道32-1，且通过从动涡旋件28所带有的环形0-型密封圈或其他合适的密封件36和37与环形面啮合。孔32-3具有一轴向区域，它相应于从动涡旋件28的轴向区域的主要部分，从而使孔32-3限定了导向环或导向面。凸肩32-4围绕孔32-3。圆周间隔壁32-5从凸肩32-4延伸，且它们的内表面32-6具有一大于孔32-3的径向间隙。导向环32-3围绕涡旋件26和28。从动涡旋件28具有一基座28-2和在基座28-2表面上形成的内、外环形凹槽，并各自容纳O型圈或其他合适的密封件36和37。一个或多个限制流体通道28-4从位于密封件36和37之间的一点及位于相邻环圈(依次的)28-1之间的一点贯穿基座28-2。
在装配压缩机10时，先从曲轴箱20开始，将联轴节24放置在中间环形凸出部分20-1上，这样在孔24-1和凸出部分20-1之间有一间隙。将键24-2放置在槽20-2内，将联轴节24上的一对准键(图中未画出)放置于在曲轴箱20内的一对准槽(图中未画出)内。然后将联轴节30放置在中间环形凸出部分20-1上，这样在孔30-1和凸出部分20-1之间有一间隙。最好如图5所示，当将联轴节30放到联轴节24上时，键24-4和24-5被放置在联轴节30径向向外的位置，且处于高度/轴向区域，这样可在联轴节30上延伸。将主动/轨道涡旋件26放置就位，这样键24-4和24-5被容纳在槽内(图中未画出)。涡旋压缩机曲轴箱20、联轴节24和主动涡旋件26之间的共同运动是传统的，结构上的不同仅在于由于联轴节30的存在增加了键24-4和24-5的高度，并且如果需要或必要，根据直径使键偏移，以减小它们的间隔和总间隔来满足联轴节24运动的需要。
另外，当将主动/轨道涡旋件26设置就位时，短键30-2和30-3被放置在基座26-2背面的相应槽内，图中所示的只有容纳键30-2的槽26-4。然后，放置从动涡旋件28，使其环圈28-1相对于环圈26-1可运转地设置。同时，设在从动涡旋件28内的相应槽也可运转地容纳高键30-4和30-5，图中所示的只有容纳键30-4的槽28-5。密封件36和37位于设置在基座28-2背面的相应槽内。隔板32是布置成能使从动涡旋件28被容纳在孔32-3内，联轴节24和30被容纳在由臂32-5限定的空间内。将相应的孔组32-7和20-3对准，再将螺栓42旋入孔组中。然后可将组合泵结构固定在主壳体12-1内。当如此装配好时，主动涡旋件26就可以按一圆半径等于曲轴22的轴线A-A和轮毂26-3的轴线B-B之间的距离作轨道运动。涡旋件28可按一圆直径等于孔32-3和基座28-2的直径差作轨道运动。
在操作过程中，电动机60驱动绕轴线A-A旋转的曲轴22，带动偏心设置的主动涡旋件26的毂26-3。由于主动涡旋件26与欧氏联轴节24共同运动，当主动涡旋件26被曲轴22驱动时，主动涡旋件26按轨道半径等于轴线A-A和B-B之间的距离保持轨道运动。主动涡旋件26的环圈26-1与从动涡旋件28的环圈28-1共同运动，以收集来自吸气室16的气体，并压缩气体，所产生的压缩气体连续通过排气孔28-3和排气通道32-1进入排气室17，来自排气室的压缩气体通过出口(图中未画出)进入致冷系统。当气体被压缩，合成压力形成一作用在涡旋件26和28上的力，以将它们轴向和径向地分开。从动涡旋件28的径向运动由基座28-2与孔32-3的内环形表面的共同运动而被限制，该内环形表面用来作为一导向圈。另外，联轴节30与主动涡旋件26和从动涡旋件28共同运动，以将从动涡旋件28的径向运动限定为相对于主动涡旋件26的轨道运动。由于基座28-2和孔32-3直径差决定了从动涡旋件28的轨道直径，因此如果有必要或需要的话，增加涡旋件28的轨道直径并使其等于或大于涡旋件26的轨道直径的设计是可能的。涡旋件26和28的轴向分隔通过隔板32的环形表面32-2而被限定。隔板32通过螺栓42而被栓接在曲轴箱20上。涡旋件26和28的轴向分开由在环形腔50内的流体压力对抗。环形腔50位于隔板32和从动涡旋件28之间，其内部边界由密封件36限定，外部边界由密封件37限定。腔体50通过一个或多个流体通道28-4而在压缩过程中形成的中间压力位置与流体连通。结果，腔体50内的压力轴向地迫使从动涡旋件28，与主动涡旋件26进入轴向啮合。
总述操作过程，主动涡旋件26以一固定的轨道运动被驱动。对应于压缩过程中的流体压力，从动涡旋件28的基座被迫与导向表面32-3啮接合，并保持啮合，因此限定基座的径向运动，同时，通过联轴节30与主动涡旋件26和从动涡旋件28的共同运动而使基座保持一相对于主动涡旋件26的轨道运动。从动涡旋件28通过腔体50内的流体压力与主动涡旋件26保持轴向啮合。
从如上所述可易于明显地看出欧氏联轴节24是相对于固定曲轴箱20作往复运动。因为欧氏联轴节24只有当涡旋件26沿轨道旋转，存在着不平衡时才作往复运动。然而，欧氏联轴节30相对于沿轨道旋转的涡旋件26而作往复运动，且在涡旋件26和28之间欧氏联轴节30的质量-位移轨迹由图6所示。应当注意到，在涡旋件26和28之间的欧氏联轴节30的质量-位移轨迹实质上是一椭圆，其主轴近似于主动轨道直径，其副轴近似于从动轨道直径。如果改变孔32-3和基座28-2之间直径差，如上所述，也可改变欧氏联轴节30的质量-位移轨迹所限定的椭圆形状。
联轴节30的位移可近似地看作为如图7所示的旋转质量不平衡和正弦往复质量的合成。联轴节24的位移与正弦运动纯然是线性关系。图中的键槽仅示出20-2、26-4和28-5，它们是这样布置的使两往复运动部件基本上呈直角，且在位相相差90°时移动。相应的欧氏联轴节元件24和30的质量与它们的往复运动的部件质量成反比，这样每个联轴节的总的质量-位移相等。结果，两部件的组合产生等量的旋转质量不平衡，而用传统的旋转平衡块就可能会达到完全的平衡。同样，联轴节24和/或30的成对对准键可以相交成90°。特别是，离开垂直线达10°的对准是可以做到的，只需要少量残余不平衡就可有效地工作。
虽然对本发明的最佳实施例进行了描述，但对熟悉本领域的技术人员来说，其他的变化都可以产生。例如，可以改变键的位置，以将径向运动变为弦的运动，从而减少尺寸要求，因此，本发明的范围仅限于权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用动态方式平衡嵌套式联轴节的方法包括步骤在第一涡旋件(26)和静态曲轴箱(20)之间用键固定一第一联轴节(24)，以使所述第一联轴节的位移与正弦运动成纯线性关系；在所述第一涡旋件(26)和第二涡旋件(28)之间用键固定一第二联轴节(30)，以使所述第二联轴节的位移实质上为一椭圆；设置所述联轴节的键槽(20-2、26-4、28-5)，以使所述第一和第二联轴节的所述位移的往复部件是在成直角的10°范围内，相当于相位差为90°的10°范围内运动；和将所述第一和第二联轴节的质量量定为与它们往复运动部件的质量成反比，以使所述第一和第二联轴节的总的质量-位移相等且产生一旋转力，从而使联轴节可通过旋转平衡块而平衡。
全文摘要
共同轨道的涡旋件保持一固定的角度关系。每个涡旋件与控制涡旋件之间轨道运动的共有的抗旋转构件共同运动。第二抗旋转构件相对于曲轴箱限定了一个涡旋件的轨道运动。涡旋件在不同半径的轨道内沿轨道旋转。
文档编号F01C17/06GK1076009SQ9211509
公开日1993年9月8日 申请日期1992年12月16日 优先权日1991年12月17日
发明者詹姆斯·W·布什 申请人:运载器有限公司