专利名称：滚动转子式膨胀机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚动转子式膨胀机。
背景技术：
目前广泛使用滚动转子式压缩机的反过程来实现膨胀机的功能。如图1和2所示，这种滚动转子式膨胀机包括壳体1。工作腔上设有进气口115和排气口117。工作腔由第一缸盖2、第二缸盖3、气缸108、曲轴104、叶片118、弹簧119组成。第一缸盖2、第二缸盖3、气缸108通过螺栓129装配在一起。需要在进气口处安装一开闭可控制的进气阀116。气缸吸入一定的高压气体后，进气阀关闭，这部分气体在气缸内膨胀后，由排气口排出。这样一来，一方面增加了控制难度，同时也增加了运动部件，降低了膨胀机的可靠性，还增加了成本。
发明目的针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种不带进气阀的滚动转子式膨胀机。该膨胀机省去滚动转子式膨胀机上的进气阀，降低控制难度，提高膨胀机的可靠性。
发明内容
本发明的技术方案如下一种滚动转子式膨胀机，包括壳体、第一缸盖、第二缸盖、曲轴，其特征在于还包括中间板，第一气缸、第二气缸、第一活塞、第二活塞、设置在第一气缸上的可往复运动的第一叶片、设置在第二气缸上的可往复运动的第二叶片，所述中间板上带有通孔，所述第一气缸上带有进气口，所述第二气缸上带有排气口，所述曲轴上设有第一偏心部和第二偏心部，所述第二缸盖、第二气缸、中间板、第一气缸和第一缸盖按照上述顺序依次排列并装配在一起，所述第一活塞和第二活塞分别装配在所述曲轴的第一偏心部和第二偏心部上，使得所述第一偏心部置于第一活塞内，所述第二偏心部置于第二活塞内，所述第一缸盖、第一气缸、第一活塞、中间板第一叶片及进气口限定出第一膨胀单元，其中第一活塞偏心放置于第一气缸内，第一叶片头部与第一活塞表面接触，在工作过程中，第一活塞表面、第一叶片表面、第一气缸内表面、及中间板和第一缸盖能将第一气缸内部空间分成了两部分吸气腔和第一膨胀腔；所述第二缸盖、第二气缸、第二活塞、中间板、第二叶片及排气口限定出第二膨胀单元，第二活塞偏心放置于第二气缸内，第二叶片头部与第二活塞表面接触，在工作过程中，第二活塞表面、第二叶片表面、第二气缸内表面、及中间板和第二缸盖能将第二气缸内部空间分成了两部分第二膨胀腔和排气腔；所述第一和第二膨胀腔通过中间板上的通孔相连通，这样第一和第二膨胀腔共同构成了该膨胀机的膨胀腔。
本发明的有益的发明效果是该两缸膨胀机省去现有滚动转子膨胀机吸气口处的进气阀，降低了控制难度，提高了膨胀机的可靠性。同时延长了气体膨胀周期，使膨胀过程更为平滑。
本发明的优选的方案如下优选地，所述的第一偏心部和第二偏心部与所述曲轴一体地形成。这样使制造出的构件的整体强度更好，安装简便。
优选地，所述曲轴的第一和第二偏心部的偏心方向一致。通过偏心方向一致的第一和第二偏心部，可以使膨胀机的结构简单。
优选地，所述第二缸盖、第二气缸、中间板、第一气缸和第一缸盖是通过螺栓固定装配在一起的。在本说明书的基础上，本领域技术人员可以理解这样的装配工艺的简便性、装拆方便。
优选地，所述第一气缸和第二气缸上都设有叶片槽和弹簧孔，所述的弹簧孔内设有弹簧，所述第一叶片和第二叶片置于所述的叶片槽内并受所述的弹簧施加的压力。本领域技术人员在本说明书的基础上可以理解这样的结构也可以使安装简便。
优选地，所述中间板上的通孔为一个斜孔，该斜孔的进气端口与第一膨胀腔连通，该斜孔的出气端口与第二膨胀腔连通，该斜孔的两端分别紧邻所述的第一叶片和第二叶片。其他形状的孔也可以实现本发明的目的，但是斜孔更便于加工，且气体传送性能较好。而且，通孔的进气端口与出气端口可以离开叶片一定距离，但是，紧邻叶片的进气端口与出气端口可以使膨胀机的工作性能更优化。理论上，通孔的进出气端口越靠近叶片，则通孔体积越小，膨胀机的工作越理想。
优选地，所述的进气口和排气口分别靠近所述的第一叶片和第二叶片设置。
优选地，所述的进气口设在所述第一叶片的一侧，所述的斜孔的进气端口设在所述第一叶片的另一侧，所述的斜孔的出气端口处在所述第二叶片的一侧，所述的排气口处在第二叶片的另一侧。
优选地，所述的第一叶片与所述的第二叶片的与其运动方向平行的中轴线处在同一个平面中，且所述两个中轴线互相平行，而且处在由这两条互相平行的中轴线所限定的平面中且与这两条中轴线垂直的直线与所述曲轴的中心线平行。这样，可以使上第二叶片沿着一条与曲轴的轴线平行的直线对齐，从而优化膨胀机的工作性能。
所述的第一膨胀单元的排量小于第二膨胀单元的排量。
所述的第二偏心部的偏心量可大于所述的第一偏心部的偏心量。这可以使第二膨胀单元的排量大于第一膨胀单元的排量。也可通过缸高和缸径来调整排量。
优选地，所述的第一气缸的内部容积小与所述的第二气缸的内部容积。通过这种方式，也可以使第二膨胀单元的排量大于第一膨胀单元的排量。
图1时现有技术的膨胀机的结构示意图；图2是图1的横截面的简化示意图；图3是本发明的两缸滚动转子式膨胀机的结构示意图；图4是本发明的两缸滚动转子式膨胀机处于工作过程中的一个阶段时的示意图，表示了本发明膨胀机的工作原理；
图5是本发明的两缸滚动转子式膨胀机的曲轴的结构示意图；图6是本发明的两缸滚动转子式膨胀机的中间板及第一叶片的立体结构示意图；图7是本发明的两缸滚动转子式膨胀机的中间板及第一叶片的平面示意图；图8～12是本发明的膨胀机的工作过程示意图。
具体实施例方式
下面结合
本发明的一个优选的实施例。
图3是本发明的两缸膨胀机的结构简图，图4是其工作原理示意图。如图所示，该膨胀机由第一、第二两个膨胀单元31和32构成。第一膨胀单元由第一缸盖2、第一气缸8、第一活塞10、中间板4、第一叶片12、上弹簧14及进气口16限定而成，其中第一活塞10偏心放置于第一气缸8内，第一叶片头部与第一活塞表面可相对滑动地接触，这样由第一活塞表面、第一叶片表面、第一气缸表面、及中间板和第一缸盖将第一气缸内部空间分成了两部分吸气腔18和第一膨胀腔26；同理，第二膨胀单元32由第二缸盖3、第二气缸9、第二活塞11、中间板4、第二叶片12、下弹簧15及排气口17限定而成，第二活塞11偏心放置于第二气缸9内，第二叶片头部与第二活塞表面可以相对滑动地接触，由第二活塞表面、第二叶片表面、第二气缸表面、及中间板和第二缸盖将第二气缸内部空间分成了两部分第二膨胀腔27和排气腔19。第一和第二膨胀腔通过中间板4上的通孔21相连通，这样第一和第二膨胀腔共同构成了膨胀机的膨胀腔。第一和第二两膨胀单元共用一根曲轴5，曲轴5的第一和第二偏心部52和51的偏心方向一致，第一偏心部52置于第一活塞10内，第二偏心部51置于第二活塞11内。为实现膨胀功能，第一膨胀单元的排量(由第一气缸表面、第一活塞外表面、第一缸盖及中间板表面所围空间的体积)要小于第二膨胀单元的排量(由第二气缸表面、第二活塞外表面、第二缸盖及中间板表面所围空间的体积)。第一和第二两个膨胀单元通过螺栓联结在一起，并置于壳体1内。
该膨胀机的工作原理从高压气源来的高压气体首先进入膨胀机第一膨胀单元的吸气腔，吸气结束后，通过滚动转子(第一活塞)的隔断作用使吸入的高压气体(其容积为第一膨胀单元的排量)与吸气口脱离，此时高压气体进入膨胀腔，随着两个滚动转子的同步运动，该膨胀腔的容积也同步增加，从而实现了吸入气体的膨胀过程，膨胀过程结束后，低压气体充满排气腔(其容积为第二膨胀单元的排量)，在膨胀机下一个运转周期，该低压气体被排出第二膨胀单元，并通过排气管排出膨胀机。膨胀机吸排气的压比可通过改变第一/第二两膨胀单元的排量来调节。
下面结合图8～12来说明本发明的膨胀机的工作过程。下面提到的在图8～12中的曲轴转角指的是气缸中心线与活塞的中心线所限定的平面与叶片运动方向的夹角。
图8是当曲轴的转角正好为0度时的示意图。如图8所示，曲轴转角为0度时，此时第一膨胀单元内只有吸气腔，且此时的吸气腔内充满高压气体，吸气腔的容积(高压气体的体积)的值等于第一膨胀单元的排量。但是当随着曲轴旋转而曲轴转角大于0度时，原来的吸气腔立即转变为第一膨胀腔，且该第一膨胀腔的容积的值从等于第一膨胀单元的排量开始逐渐减小，同时一个新的吸气腔从容积为0开始逐渐增大。此时，第二膨胀单元内只有第二膨胀腔，其内部为低压气体。此时第二膨胀腔的容积的值达到最大，等于第二膨胀单元的排量。但是当随着曲轴旋转而曲轴转角大于0度时，第二膨胀单元内的原来的膨胀腔立即转变为排气腔，该排气腔的容积的值从等于第二膨胀单元的排量的最大值开始逐渐减小，同时第二膨胀单元内出现一个从容积为0开始逐渐增大的新的第二膨胀腔。即当曲轴转角大于0度时，第一膨胀腔与第二膨胀腔共同组成膨胀腔。
如图9所示，曲轴转角为90度时，第一膨胀单元内的部分高压气体通过中间板上的通道进入到第二膨胀单元，由第一膨胀腔与第二膨胀腔组成的膨胀腔的容积变得更大，高压气体的压力降低。
如图10所示，曲轴转角为180度时，第一膨胀单元内的气体有一半通过中间板上的通道进入到第二膨胀单元，由第一膨胀腔与第二膨胀腔组成的膨胀腔的容积继续变大，气体的压力继续降低。
如图11所示，曲轴转角为270度时，第一膨胀单元内的气体继续通过中间板上的通道进入到第二膨胀单元，由第一膨胀腔与第二膨胀腔组成的膨胀腔的容积变得更大，高压气体的压力变得更低。
如图12所示，曲轴转角为360度时，原来的第一膨胀单元的第一膨胀腔内的高压气体已经全部进入到第二膨胀单元的第二膨胀腔。而且，第二膨胀单元的第二膨胀腔的容积等于第二膨胀单元的排量，由于第二膨胀单元的排量大于第一膨胀单元的排量，故实现了高压气体的膨胀过程。此时第一膨胀单元内的膨胀腔的容积为0，第一膨胀单元内只有吸气腔，且此时的吸气腔内充满高压气体，吸气腔的容积(高压气体的体积)的值为最大值，等于第一膨胀单元的排量。但是当随着曲轴旋转而曲轴转角大于360度时，原来的吸气腔立即转变为第一膨胀腔，且该第一膨胀腔的容积的值从等于第一膨胀单元的排量开始逐渐减小，同时一个新的吸气腔从容积为0开始逐渐增大。而且，当曲轴转角大于360度时，第二膨胀单元内的原来的膨胀腔立即转变为排气腔，该排气腔的容积的值从等于第二膨胀单元的排量的最大值开始逐渐减小，同时第二膨胀单元内出现一个从容积为0开始逐渐增大的新的第二膨胀腔。即当曲轴转角大于360度时，第一膨胀腔与第二膨胀腔共同组成膨胀腔。如此周而复始地循环，本发明的膨胀机即可实现气体膨胀的功能。
本领域技术人员可以理解，虽然在本说明书的图中，为了清楚起见，斜孔的进气端口与出气端口分别与第一叶片和第二叶片间隔开一定距离，实际上，在本说明书所详细描述的优选实施例中，斜孔的进气端口与出气端口是分别尽量地靠近第一叶片和第二叶片的，以实现最优的工作性能。上述关于工作过程的说明也是基于斜孔的两个端口紧邻第一叶片和第二叶片做出的。
两缸膨胀机的装配联结方式如下1.将第二缸盖3和第二气缸9用螺栓6装配在一起；
2.装入曲轴5、第二活塞11、第二叶片13；3.放入中间板4和第一气缸8，通过螺栓将其固定在第二气缸和第二缸盖组件上；4.装入第一活塞10、第一叶片12；5.安装第一缸盖2并用螺栓固定；6.装入第一和第二弹簧14和15，并将所组成的整个泵体装配于壳体内。
其中叶片和弹簧的安装方式与现有技术中的滚动转子式压缩机相同，叶片置于气缸上的叶片槽内，弹簧置于气缸上的弹簧孔内，其一端与叶片后部接触。
在现有的两级滚动转子式压缩机结构基础上，可以采用图5～7所示的方式来实现两缸滚动转子膨胀机。其中，将曲轴的两偏心方向设置成一致，如图5所示。可通过调节两偏心量或第一气缸和第二气缸高度和内径来调节两缸的排量。排量V=π4(DC2-(DC-2E)2)HC]]>式中DC-气缸内径，E-曲轴偏心量，HC-气缸高度。
其中E=Dc-Dr2,]]>Dr-活塞的外径。
通过在中间板4上开斜孔21来实现一级和二级气缸的连通，如图6和7所示。可以理解，中间板上的斜孔21的进气端口最好尽量靠近第一叶片12，而斜孔21的出气端口尽量靠近第二叶片13。
本领域技术人员可以理解，本申请文件中的所谓的第一/第二膨胀单元的位置可以根据实际需要而改变。例如，申请文件中的第一膨胀单元也可以放在下面，第二膨胀单元也可以放在上面。对于卧式膨胀机，两个膨胀单元也可以并排放置。其他的以第一/第二标明的部件也是如此。
权利要求
1.一种滚动转子式膨胀机，包括壳体(1)、第一缸盖(2)、第二缸盖(3)、曲轴(5)，其特征在于还包括中间板(4)，第一气缸(8)、第二气缸(9)、第一活塞(10)、第二活塞(11)、设置在第一气缸上的可往复运动的第一叶片(12)、设置在第二气缸上的可往复运动的第二叶片(13)，所述中间板上带有通孔(21)，所述第一气缸上带有进气口(16)，所述第二气缸上带有排气口(17)，所述曲轴上设有第一偏心部(52)和第二偏心部(51)，所述第二缸盖、第二气缸、中间板、第一气缸和第一缸盖按照上述顺序依次排列并装配在一起，所述第一活塞和第二活塞分别装配在所述曲轴的第一偏心部(52)和第二偏心部(51)上，使得所述第一偏心部置于第一活塞内，所述第二偏心部置于第二活塞内，所述第一缸盖、第一气缸、第一活塞、中间板第一叶片及进气口限定出第一膨胀单元(31)，其中第一活塞偏心放置于第一气缸内，第一叶片头部与第一活塞表面接触，在工作过程中，第一活塞表面、第一叶片表面、第一气缸内表面、及中间板和第一缸盖能将第一气缸内部空间分成了两部分吸气腔(18)和第一膨胀腔(26)；所述第二缸盖、第二气缸、第二活塞、中间板、第二叶片及排气口限定出第二膨胀单元(32)，第二活塞偏心放置于第二气缸内，第二叶片头部与第二活塞表面接触，在工作过程中，第二活塞表面、第二叶片表面、第二气缸内表面、及中间板和第二缸盖能将第二气缸内部空间分成了两部分第二膨胀腔(27)和排气腔(19)；所述第一和第二膨胀腔通过中间板上的通孔相连通，这样第一和第二膨胀腔共同构成了该膨胀机的膨胀腔。
2.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述的第一偏心部(52)和第二偏心部(51)与所述曲轴一体地形成。
3.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述曲轴的第一和第二偏心部的偏心方向一致。
4.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述第二缸盖、第二气缸、中间板、第一气缸和第一缸盖是通过螺栓(6)固定装配在一起的。
5.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述第一气缸和第二气缸上都设有叶片槽和弹簧孔，所述的弹簧孔内设有弹簧，所述第一叶片和第二叶片置于所述的叶片槽内并受所述的弹簧施加的压力。
6.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述中间板上的通孔为一个斜孔，该斜孔的进气端口与第一膨胀腔连通，该斜孔的出气端口与第二膨胀腔连通，该斜孔的两端分别紧邻所述的第一叶片和第二叶片。
7.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述的进气口和排气口分别靠近所述的第一叶片和第二叶片设置。
8.如权利要求6所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述的进气口设在所述第一叶片的一侧，所述的斜孔的进气端口设在所述第一叶片的另一侧，所述的斜孔的出气端口处在所述第二叶片的一侧，所述的排气口处在第二叶片的另一侧。
9.如权利要求1所述的滚动转子式膨胀机，其特征在于所述的第一膨胀单元的排量小于第二膨胀单元的排量。
全文摘要
本发明涉及一种滚动转子式膨胀机。其包括曲轴、中间板、第一气缸、第二气缸、第一活塞、第二活塞、第一气缸内部空间被分成了两部分吸气腔和第一膨胀腔；第二气缸内部空间被分成了两部分第二膨胀腔和排气腔；第一和第二膨胀腔通过中间板上的通孔相连通，这样第一和第二膨胀腔共同构成了该膨胀机的膨胀腔。本发明的两缸膨胀机省去现有滚动转子膨胀机吸气口处的进气阀，降低了控制难度，提高了膨胀机的可靠性。同时延长了气体膨胀周期，使膨胀过程更为平滑。
文档编号F04C23/00GK1978905SQ20051011115
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者杨军, 张利, 施杨娟 申请人:上海日立电器有限公司