微型球形壓縮機

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微型球形壓縮機王陸一 摘 要：介紹了新發(fā)明的球形壓縮機的原理及結構特點，分析了其用于微型制冷系統(tǒng)中的優(yōu)勢，分析了球形壓縮機密封性可靠效率高的特點。關鍵詞：微型制冷 球形壓縮機 效率 密封 泄漏Miniature Spherical CompressorWang Luyi Abstract: The principles and advantages of new type of spherical compressor are introduced. The superiority of applying the spherical compressor into m

2、iniature refrigeration system is analyzed. The advantages of reliable sealing and high efficiency are analyzed. Keywords: Miniature refrigeration Spherical compressor Efficiency Seal Leakage專心-專注-專業(yè)集成電路芯片發(fā)展迅速，隨著運算速度和集成度的提高其散熱問題已成為難題，而微型壓縮機制冷系統(tǒng)是有效的解決方案。另外，微型制冷系統(tǒng)可廣泛應用于特種防護服、便攜式制冷空調(diào)設備等。這一領域的研究的關鍵是微型壓縮機

3、的開發(fā)，如何開發(fā)體積小、重量輕、工作平穩(wěn)、效率高的微型制冷壓縮機是一個世界性的前沿課題。目前所開發(fā)的這類壓縮機大都是采用傳統(tǒng)的經(jīng)典機型，例如滾動活塞式、三角轉子式、線性往復活塞式等。但滾動活塞式和三角轉子式有一個共同的特點就是在用于微型機時其密封性差泄漏大效率低，造成這種結果的原因就是他們的機構原理決定了其密封的薄弱環(huán)節(jié)太多，都具有線密封的特征。線性往復活塞式雖然密封性好但振動大，同時由于有進氣閥和排氣閥的存在使其缸徑不能過小，因為過小的缸徑將使氣閥無法安裝并且過小的氣閥會導致效率和可靠性大幅下降。微型球形制冷壓縮機是新發(fā)明的空間機構（三維機構）形式的壓縮機，其主要目標是解決其它形式的微型壓縮

4、機泄漏大、效率低、振動大、不能超微型化的問題。已經(jīng)設計制造了原理驗證樣機，參見后附照片。專利情況介紹：l 獲中國發(fā)明專利1項：一種用于壓縮機的變?nèi)菔綑C構；專利號：ZL.1l 獲中國實用新型專利1項：一種用于球形壓縮機的鉸鏈密封間隙自動補償裝置；專利號：ZL7.8；l 正在申請中國發(fā)明專利1項：一種用于球形壓縮機的鉸鏈密封隙自動補償機構；專利申請?zhí)枺篫L1.8；l 正在申請國際發(fā)明專利1項：一種用于球形壓縮機鉸鏈密封間隙自動補償機構；國際申請?zhí)枺篜CT/CN2011/1 結構及特點介紹1.1 結構介紹1.1.1特別說明：在以下的視圖中，圖 1 到圖 11表示的是基本型的微型球形壓縮機；圖 12

5、表示的是經(jīng)過特殊設計的超微型球形壓縮機；這兩種形式的球形壓縮機在球形缸內(nèi)的另件結構形式相同，區(qū)別只是缸蓋的外沿發(fā)蘭結構和與缸體的連接方式不同，超微型球形壓縮機缸蓋與缸體的連接沒有采用螺釘。在以下的結構介紹和性能分析中，是以基本型的微型球形壓縮機為基礎。1.1.2附圖說明 圖1：結構剖面圖；圖2：機殼剖面圖；圖3：圖2中A-A剖面圖；圖4：組合式活塞主視圖；圖5：圖4所示的組合式活塞左視圖；圖6：組合式活塞本體主視圖；圖7：圖6所示的組合式活塞本體左視圖；圖8：帶缸蓋的轉子爆炸圖；圖9：活塞立體圖；圖10：轉盤立體圖；圖11：組合式活塞立體圖及其鑲塊立體圖；圖12：新設計的超微型機結構示意圖。圖

6、中：1-旋轉活塞；2-缸蓋；3-氣道；4-工作容積V1；5-連接螺釘；6-主軸；7-主軸支架；8-轉盤；9-缸體；10-中心銷；11-工作容積V2；12-排氣通道；13-進氣通道；14-組合式活塞本體；15-組合式活塞鑲塊；00-外殼；000-電機。1.1.3結構說明缸體和缸蓋相連形成一個球形內(nèi)腔，活塞具有球形頂面、從球形頂面中央伸出一活塞軸、活塞下部有一活塞銷座；缸蓋上設有與活塞軸相配的軸孔，活塞可繞活塞軸在軸孔中自由轉動，活塞球形頂面與球形內(nèi)腔具有相同的球心并形成密封動配合；轉盤的下端面中心伸出一轉盤軸，轉盤上部和下端面之間的外周面為轉盤球面，轉盤球面與球形內(nèi)腔具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔

7、形成密封動配合；在轉盤上部與活塞銷座相對應有一轉盤銷座；中心銷插入活塞銷座和轉盤銷座，主軸支架與缸體相連，為主軸的旋轉提供支撐，主軸的一端為偏心斜孔，偏心斜孔位于缸體內(nèi)與轉盤軸相連，另一端與動力機構相連，為壓縮機變?nèi)萏峁﹦恿Γ簧鲜龌钊S和轉盤軸及主軸的軸線都通過球形內(nèi)腔的球心，并且活塞軸和轉盤軸的軸線與主軸的軸線形成相同的夾角（稱為特征角），以上結構形成對稱的2個工作腔V1和V2。1.1.4工作過程簡介 工作過程如下：主軸轉動時驅(qū)動轉盤，轉盤帶動活塞運動（圖中主軸的轉向是從缸蓋看主軸作順時針轉動）；活塞的運動是唯一的繞自身軸線的轉動；轉盤的運動是有兩種運動的合成：一是繞自身軸線的轉動，另一是其

8、軸線始終通過球形缸的球心，并在以球形缸的球心為頂點，錐角為2、軸線與主軸軸線重合的虛擬錐體表面周向移動（即轉盤的軸線掃過上述錐體的錐面），移動的周期與主軸旋轉的周期同步。以上空間機構的運動都是旋轉性質(zhì)的運動，故沒有高振動運動件，這種空間運動的合成結果為：活塞和轉盤有一周期性的相對擺動，擺動的周期為主軸旋轉周期的一倍，擺動的幅度為4；利用這種相對擺動作為容積變化的基本運動要素，利用活塞的旋轉以及活塞體上球形表面與球形缸內(nèi)表面的配合，作為所有進排氣口打開、關閉的基本運動要素。1.2 運動及動力分析設定：主軸轉角；活塞繞其軸線的轉角；1轉盤繞其軸線的轉角；=主軸轉速；=-活塞繞其軸線的轉速；= 活塞

9、角加速度；=轉盤繞其軸線的轉速； 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖7 圖6 圖8 圖12 圖9 圖10 圖11= 轉盤角加速度；活塞軸線和轉盤軸線與主軸軸線的夾角； V工作容積（對稱兩個工作腔，容積變化周期720°，相位差為360°）；由空間機構運動、動力分析得：= arctg (1)= （2）= （3）1 （4）V=K (5)在（5）式中，K為結構常數(shù)，結構尺寸確定后K為定值。圖A中為分別為5、10、20時的曲線圖： 圖A：=f（）曲線圖B：V=f（）曲線 1.3球形壓縮機的優(yōu)點1.3.1密封可靠：任何需要防止工質(zhì)泄漏的動密封處，都能設計成具有相當寬度的面配合動密封，避免

10、了線密封結構，使其達到可靠的密封效果；1.3.2無進排氣閥：不需要設置進排氣閥，減少能耗減低噪音，成本低，可靠性好；1.3.3結構緊湊、零件少：只有三個運動件，空間占用小。1.3.4運轉平穩(wěn)，高速變頻性能好：由于無氣閥，零件受力潤滑好，無往復運動件和能引起高振動的運動件，運轉平穩(wěn)，高速變頻性能好；1.3.5機械摩擦損失?。河捎诨钊c轉盤的轉速只有主軸的一半，所以機械摩擦損失小；1.3.6能耗低：由于無氣閥、密封可靠、機械摩擦損失小等特點，所以效率高；1.3.7制造成本低：由于零件基本為球面、圓柱面、平面，并且數(shù)量少，所以易于制造而且制造成本低。2制造可行性由附圖1可知，這種結構中的活塞沒有鑲塊

11、,所以加工非常難，主要困難是位于中間的凹形半圓柱面工藝性太差。為了改善工藝性，將活塞改為帶鑲塊的組合式活塞，見圖4、圖5、圖8、圖11。圖6中雙點畫線表示切削刀具的位置，由此可看到，通過結構的變化改善了加工的工藝性。球形壓縮機的特點是：主要零件需加工表面都為規(guī)整的平面、球面或圓柱面，這非常有利于制造。個別局部有不能采用旋轉切削加工的部位，可以采用拉削加工或其他現(xiàn)有工藝方式確保加工精度和大批量生產(chǎn)的效率。球形壓縮機零件少，無氣閥，因此球形壓縮機的制造成本將不會是廣泛應用的障礙，相反在許多應用領域球形壓縮機還具有綜合造價低的優(yōu)勢。3 結束語以上簡要介紹了球形壓縮機用于微型制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢，通過分析可知其主要特點是密封性好效率高而且振動小，可設計成外徑只有十幾毫米的超微型產(chǎn)品，以滿足大量的便攜式電腦