专利名称：一种涡旋式流体机械的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体机械，特别涉及一种涡旋式流体机械。
涡旋式流体机械的主要构件是两个螺旋型涡旋盘，分别称之为静涡旋盘和动涡旋盘，分别由涡盘底座板和螺旋型齿构成，它们安装时的相对角度为180度，两者在几个点上相互啮合并形成一系列封闭容积，动涡旋盘由一个带偏心距的曲轴机构带动，两涡旋盘之间的接触点在运转中沿涡旋的曲面移动，从而使所形成的封闭容积发生变化，实现介质的压缩或膨胀过程。两涡旋盘之间的相对转角由安装在动涡旋盘与固定部分之间的防转机构或称制动机构来保证。
图1为涡旋式压缩机的工作原理图。吸气口在涡旋盘的外表面，随着曲面的顺时针转动，被压缩介质由边缘吸入，进入封闭容积，并在向中心运动的同时，被压缩而容积逐渐减小，压缩介质通过定涡旋盘中心的排气口排出，由于在曲轴的转动过程中，都形成新的吸气容积，故上述压缩过程不断重复。
图1中，1是吸气口，2是吸气腔，3是静涡旋盘，4是动涡旋盘，5是压缩腔，6是吸气，7是排气，8是压缩，9是排气口。
压缩机的曲轴向相反方向旋转即是膨胀机。
由涡旋式流体机械的工作原理可知，要实现涡旋式机械的工作过程，必须有一防转机构来保证动、静涡旋盘之间的相对转角；同时还需一驱动机构，使动涡旋盘的中心相对于静涡旋盘的中心作圆周运动，整个动涡旋盘作平面摆动运动，该驱动机构可以是从动涡旋盘中心驱动的，亦可以是在动涡旋盘圆周方向驱动的。
美国专利US801182描述了涡旋式机械的概念，美国专利US1376291等也揭示了涡旋式压缩机及泵的原理，其特点是电机驱动曲轴旋转带动动涡旋盘旋转，动、静涡旋盘相互啮合实现介质的压缩；在动涡旋盘背面和轴承支座之间装有十字联轴节，起导向作用；安装在动涡旋盘背面与轴承支座之间的推力轴承承受工作腔介质产生的轴向力，其缺点是，由于涡旋式流体机械工作腔轴向力很大，因此，推力轴承的摩擦损耗很快，且该种机构不能自动补偿磨损，磨损后使轴向啮合间隙增大，从而增加介质通过涡旋齿顶与底座板之间间隙的泄漏，而且由于工作腔产生的周向和径向力与轴承的支撑不在同一平面内，会在运行中产生一个倾覆力矩，使动、静涡盘之间发生倾斜，从而增加磨损和泄漏，影响机器的正常工作，对大容量机械，工作载荷大，情况就更加恶劣。
本实用新型的目的在于提出一种涡旋式流体机械，通过对其动涡旋盘和静涡旋盘结构的改变，克服了现有技术的缺点，具有磨损少，无倾覆力矩，振动、噪声降低，运行平稳、可靠等特点。
本实用新型的特点之一是动涡旋盘的底座板的两面皆加工出螺旋型齿线，两面齿线在轴向方向呈镜像(完全重合)，两静涡旋盘分别由螺旋型齿线和底座板组成，两静涡旋盘装配好后其型线在轴向亦是呈镜像(完全重合)，型线呈对面安装，当动涡旋盘相对于静涡旋盘旋转时，动涡旋盘的两齿型侧面分别与两个静涡旋盘的齿侧面在若干点上啮合，从而在动涡旋盘的两面轴向上形成完全对称的不同容积和压力分布的运动工作腔，即对称位置工作腔的容积，介质压力完全相同。本实用新型的另一特点是驱动机构分布在圆周而非中心。静、动涡旋盘在圆周方向分别均布三个孔，三个孔的中心至盘中心的距离都相等；三个带相同偏心量的曲轴，结构完全相同，带偏心的曲柄轴颈分别与动涡旋盘的三个孔配合，曲轴的主轴颈部分分别与静涡旋盘的三个孔配合，然后将两个静涡旋盘紧固在一起；在曲轴的轴端，分别通过键等联接件联接三个齿轮，这样三个齿轮呈行星分布，分别与一位于中心的主齿轮啮合，中心主齿轮与一主轴相联。通过以上机构，可以实现能量的输出或吸收能量，视膨胀机或压缩机而定。
图1是涡旋式压缩机的工作原理图。
图2是本实用新型应用于涡旋式压缩机的一个实施例的结构原理图。
图3是A－－A视图。
图4是B－－B视图。
图5是动涡旋盘的结构原理图。
图6、7是动涡旋盘与静涡旋盘之间的密封结构图。
图8、9是两静涡旋盘的结构原理图。
下面通过附图和实施例对本实用新型的结构原理和工作原理作详细的说明。
参照图5，本涡旋式压缩机的动涡旋盘30由底座板46及两面的螺旋型齿44和45组成，齿44和齿45在轴向呈镜像，两齿在齿顶都有轴向密封机构38－40和58－60(如图6、图7所示)，以阻止介质的径向泄漏。参照图8、9、2，两静涡旋盘32、33分别是由底座板50、49和螺旋型齿48、51组成，两静涡旋齿齿顶亦有同图6、7所示的轴向密封机构52－54和55－57以阻止通过齿顶与底板之间的流体径向泄漏。两静涡旋盘通过圆周分布的螺钉22紧固在一起，涡旋齿位于中间部分，此时两静涡旋齿在轴向呈镜像，动涡旋盘装配在两静涡旋盘之间，这样，在压缩机工作时，在动涡旋盘30底座板46两边形成了容积、压力分布完全对称的若干工作腔。在静涡旋盘32的底座板50上开了若干吸气孔41(如图4所示)，通过此吸气孔流体被吸入工作腔，25为吸气管道，24为排气管道，工作腔的压力分布为中心最高，沿径向由里至外逐渐降低。
为获得有效的轴向密封，采用了如图6、7所示的轴向密封机构，在动涡盘齿45的齿顶38沿全齿长开密封槽61，将密封元件40和弹性元件39嵌入该密封槽内，密封元件40的尺寸必须保证使其能在轴向和径向发生小位移，弹性元件39产生的弹力必须保证密封元件40与静涡盘底座50接触，以产生密封效果。
密封元件40沿涡旋齿全长嵌入，由耐磨性材料组成。在涡旋齿60的接触面58，齿57的接触面55、齿54的接触面52上分别安装了上述的密封机构。
参照图2，静涡旋盘32、33沿圆周分别有三个均布的孔，轴承28、37装入孔内，与三个曲轴20配合，轴的主回转轴中心为63，每个曲轴都有一个曲柄轴颈，曲柄轴颈轴心为62，62与63之间的距离等于动涡旋盘的回转半径。
由图4、5可知，动涡旋盘沿圆周亦有三个均布孔，轴承29与孔配合，曲轴20的曲柄轴颈与轴承29配合，通过上述机构，旋转曲轴20，就能实现工作腔流体的增压，而且由上述可知，工作腔产生的沿轴向的力完全平衡掉，使轴承载荷大为减少，从而使摩擦磨损大为降低，效率提高；同时由于上述的轴向密封机构，使流体的泄漏损失大为减少，机器的容积效率和绝热效率提高；此外，采用上述结构，机器将不会产生倾覆力矩，故机器运转平稳，运行良好。
曲轴20两端的平衡量26，34将由于动涡旋盘的偏心运动而引起的惯性力完全平衡掉，使机器不存在不平衡惯性力，相应使机器在运行中产生的振动、噪声降低。
三个行星齿轮35分别与中心的主齿轮13啮合，主齿轮13由主轴17驱动，外接能量转换装置16，通过能量转换装置16将能量输入，主轴17旋转带动主齿轮，相应带动三个行星齿轮35，使曲轴20旋转，动涡旋盘由外向里旋转，工作腔压力沿径向由外向里逐渐升高，实现工作腔的工质的压缩，从排气管24将高压流体排出，完成机器工作过程。
如果图2所示的压缩机被用作膨胀机，则工质流动方向与之相反。工作腔中心部分的高压气体膨胀驱动曲轴20旋转，通过齿轮传动带动主轴17旋转，从而将能量传递给能量转换装置16，向外输出能量，如马达、制动器等。
整个流体机械放置在一个封闭壳体内，封闭壳体由壳体10和31组成，先通过螺钉22将两静涡旋盘固定并紧固在壳体10上，再通过沿圆周分布的螺钉21将两壳体10和31紧固在一起，主轴17与壳体10之间加一密封圈18，防止流体泄漏，保证壳体与外界的压差，管道25、24与壳体31之间加有密封圈23、67，起相同的密封作用，两壳体的结合面处加有密封垫66，这样，在壳体底部就形成一容器，将其作为集油槽，64为排油阀，65为排油管，壳体31与静涡旋盘33之间在底部开有通孔，使用一油泵将油送至轴承、齿轮的工作表面，实现润滑，通过管道65再将集油槽内的油经过滤器后送至油泵，循环使用。
权利要求1.一种涡旋式流体机械，包括一封闭壳体，封闭壳体内的静涡旋盘，与静涡旋盘相配合的动涡旋盘，本实用新型的特征是，所说的静涡旋盘有两个，两个静涡旋盘对称地组合在一起，其中间装配有动涡旋盘，所说的动涡旋盘的底座板的两面均有可分别与两个静涡旋盘的螺旋齿相配合的螺旋型齿。
2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所说的静涡旋盘沿圆周分别装配有三个均布的曲轴，曲轴的轴颈分别与动涡旋盘上的三个孔相配合，曲轴的轴端联接有齿轮，三个齿轮与一位于中心的主齿轮相啮合，主齿轮配置于一主轴之上。
3.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所说的静涡旋盘的螺旋齿与动涡旋盘的螺旋齿之间配置一密封机构，所说的密封机构包括一沿齿长方向分布的密封槽，密封槽内嵌有密封元件及与之配合的弹性元件。
4.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所说的两静涡旋盘的螺旋齿在轴向呈镜像。
5.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所说的动涡旋盘底座板两面的螺旋齿在轴向呈镜像。
专利摘要一种涡旋式流体机械，包括一封闭壳体，封闭壳体内的两静涡旋盘，两静涡旋盘间配置一动涡旋盘，涡旋盘上配置有三个曲轴，三个曲轴通过齿轮与一主轴相配合，具有磨损少、无倾覆力矩、振动、噪声降低，运行平稳、可靠等特点。
文档编号F04C18/04GK2132848SQ9223179
公开日1993年5月12日 申请日期1992年8月27日 优先权日1992年8月27日
发明者王迪生, 李慧青, 屈宗长 申请人:西安交通大学