[发明专利]一种用于卡洛尔压缩机的独立排气组件

说明书

技术领域

本发明涉及卡洛尔压缩机，特别涉及一种用于卡洛尔压缩机的独立排气组件。

背景技术

一九七三年出版的加拿大杂志《Design Engineering》第四期中「Compressor Uses NewRotary Principle【文献1】」一文在世界上首次介绍了一种新型压缩机，这种新型压缩机由牛津大学毕业的Robert Karol提出，后由英国著名旋转机械专家Richard Ansdale作了进一步开发，并由英国Well-worthy公司制造了样机。这种新型压缩机主要由一个具有球形外周回转面的旋转气缸体、一个与之相配的具有球形内表面的上下可剖分壳体、两个具有球形端面的圆柱形活塞、一根带有两个偏心轮的主轴，及两侧端盖和轴承等组成；旋转气缸体上在垂直于其旋转轴线的对称平面内有两个轴线相互垂直的贯通气缸孔，由主轴偏心轮驱动的两个活塞分别置于其中；旋转气缸体轴线与主轴中心存在一个偏心距，其值等于主轴偏心轮回转半径；主轴驱动活塞旋转时，活塞带动缸体以主轴转速之半同步旋转，因而活塞在缸体气缸孔内以4r为行程相对于气缸孔做往复运动，实现压缩机的基本功能。

这种新型压缩机采用的基本机构学原理是“转动导杆机构”，比较早期的文献「C.H.КОЖЕВНИКВ.ТЕОРИЯМЕＸАＨИЗМОВИМАЩИＨА，МАЩΓИЗ.1945.P130-133【文献2】」介绍了该机构的运动学转换方式。“转动导杆机构”包括一个旋转的曲柄、一个由曲柄驱动并沿导杆滑动的滑块、一个绕自身旋转中心旋转的导杆；导杆旋转中心与曲柄旋转中心存在一个偏心矩e，其值刚好等于曲柄回转半径r，所以曲柄驱动滑块旋转时，滑块带动导杆以曲柄旋转速度之半同步转动；曲柄每旋转一周，滑块沿导杆走过的行程为4r。将滑块视为活塞，导杆视为气缸孔，用与导杆旋转轴同轴的固定回转面构成气缸孔端面，则具备了压缩机的基本构造和功能本发明根据原始文献，将相应压缩机统称为“卡洛尔压缩机”，将相应压缩机和液泵统称为“卡洛尔流体机械”。

【文献1】所报导的“卡洛尔压缩机”缸体与壳体的配合回转面及活塞顶面均为球面，因而制造困难，没有在商业领域得到应用。后来的研究人员将旋转气缸体外周、壳体内孔、活塞顶面改为圆柱面「Method of and Apparatus for Effecting Volume Controlof Compressor.United States Patent Number 4723895，Feb 9，1988，Isao Hayase，Katsuta；Hitachi，Japan【文献3】」，其基本结构见附图2，使这种压缩机的结构大大简化，其低成本制造问题得到了解决。本发明即针对这种“具有圆柱回转面的卡洛尔压缩机”，后文仍简称“卡洛尔压缩机”。具有圆柱回转面的“卡洛尔压缩机”因为结构远比活塞式压缩机简单，并具有较双螺杆、单螺杆、涡旋等回转式压缩机易于加工的优点，因而有望在气体压缩领域获得商业性应用，故此受到研究人员的重视。

卡洛尔压缩机属于有内压缩过程的回转式压缩机，因而需要在气缸工作腔扫过的壳体上的适当位置开设特定形状和尺寸的排气口，以实现其设计内容积比。目前的卡洛尔压缩机的排气口大致呈等腰曲边三角形(本发明将其称为类等腰三角形)，沿壳体轴线方向，每个气缸工作腔在两侧各对应一个排气口，两个排气口的长边相背。压缩机的内容积比越小，排气口越大，；反之，排气口，越小。这种直接设置在压缩机排气腔中壳体上的排气口主要有如下缺点：

(1)排气口形状复杂且尺寸要求精确，同时其内凹圆弧边的曲率半径较小，一般要用小直径指状铣刀在数控铣床上加工；排气口附近的壳体因有排气腔等结构而比较复杂，所以一般要用杆身较长的指状铣刀加工壳体排气口，这则会带来刀具刚性不足而产生的排气口加工误差增大、刀具折断、加工效率低等问题。

(2)排气口始终暴露在排气腔中，在气缸工作腔不和排气口连通的吸气和压缩阶段，排气腔中的高压气体通过排气口周边泄漏到缸体与壳体的圆周配合间隙中，进而再泄漏到气缸工作腔中，或沿壳体轴线方向泄漏到压缩机两端盖部位，进而流入缸体中心孔部位，造成压缩机容积效率的下降和排气温度的升高。

(3)在气缸工作腔不和排气口连通的吸气和压缩阶段，缸体外圆柱面在排气口部位始终受到排气腔中高压气体的推力，而在壳体内孔中偏向排气口的相反一侧；缸体与壳体圆周配合偏心的加剧导致二者在间隙减小的一侧摩擦增大，机械效率下降；同时根据流体力学原理，大偏心圆环间隙导致的泄漏量也较小偏心圆环间隙或同心圆环间隙大幅度增加，进一步造成压缩机的容积效率下降。