一种压缩真空一体无油涡旋机械

1.本发明属于涡旋机械技术领域，具体涉及一种压缩真空一体无油涡旋机械。


背景技术：

2.真空变压吸附法(vpsa)是利用不同压力下分子筛对空气中的氮气等气体吸附性不同，在高压下对气体进行吸附，在真空条件下对分子筛吸附的气体进行解吸，从而循环制备得到较高纯度的氧气气体，现有变压吸附法(psa)在高压吸附并在常压解吸，vpsa技术相对psa具有真空解吸充分，产气量大，气体更加纯净，效率高的优势。
3.目前市面上的vpsa产品使用压缩机和真空泵两种机械提供压缩和真空条件，然而设备中的润滑油容易污染系统。此外，现有的压缩机和真空泵还存在且结构复杂，零部件多，振动噪声较大和故障率高的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种压缩真空一体无油涡旋机械，能够实现真空和压缩一体运行，极大减少了压缩机和真空泵的零部件数量，减少了驱动设备数量，运行效率得到了极大提升。
5.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
6.一种压缩真空一体无油涡旋机械，包括第一静盘、动盘、曲拐组件、主轴组件和第二静盘，动盘包括动盘底板以及设置在动盘底板两侧表面的第一动涡旋齿和第二动涡旋齿，第一静盘和第二静盘设置在动盘的两侧，第一动涡旋齿和第二动涡旋齿分别与第一静盘涡旋齿和第二静盘涡旋齿相互啮合，形成互相隔绝的第一工作腔和第二工作腔；多个曲拐组件设置在动盘的两侧外周，动盘在主轴组件的驱动下以及曲拐组件的限制下进行平面圆周运动，第一工作腔和第二工作腔内的容积依次改变。
7.作为一种优选的方案，第一静盘底板上布置有第一吸气口和第一排气口，第二静盘底板上布置有第二吸气口和第二排气口，吸气口均与系统管路相连，排气口均与外部环境相连。
8.作为一种优选的方案，所述第二排气口贯穿第二静盘底板，将中心工作腔直接与外部环境相连；
9.或者，所述第二排气口不贯穿第二静盘底板，第二静盘底板侧面设置通孔，通孔与所述第二排气口的侧面相连。
10.作为一种优选的方案，所述动盘底板的外边缘在动盘与静盘相互啮合运行中始终处于第一静盘和第二静盘的外侧。
11.作为一种优选的方案，所述第二静盘的底板中心开设有贯穿孔并安装有轴承架，所述主轴组件固定在轴承架上，并通过贯穿孔伸入第二静盘的上部连接动盘驱动轴承。
12.作为一种优选的方案，所述动盘底板的四周设置处于外界环境的第二曲拐安装孔，第一静盘的四周设置处于外界环境的第一曲拐安装孔，所述曲拐组件通过第二曲拐安
装孔与第一曲拐安装孔进行连接。
13.作为一种优选的方案，所述第二静盘的四周处于外界环境设置沿轴向的安装柱，第一静盘的四周设置处于外界环境的连接通孔，通过连接件穿过连接通孔与安装柱连接，将第一静盘和第二静盘连接固定。
14.作为一种优选的方案，所述第一动涡旋齿和第二动涡旋齿以及第一静盘涡旋齿和第二静盘涡旋齿的齿顶均开槽，并在槽中对应装入第一动密封条和第二动密封条以及第一静密封条、第二静密封条。
15.作为一种优选的方案，曲拐组件的偏心距与主轴组件的偏心距相等，曲拐组件的两端装均有自润滑的滚动轴承；
16.主轴组件的偏心轴上装有自润滑的滚动轴承。
17.作为一种优选的方案，所述主轴组件包括偏心设置的第一主轴和第二主轴，以及设置在第一主轴和第二主轴连接处的平衡重，第一主轴远离动盘的一端与电机相连。
18.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
19.主轴组件旋转时，通过自身偏心轴驱动动盘运动，并利用曲拐组件限制动盘自转，实现动盘平面公转，第一和第二动静涡旋齿之间形成的两组封闭工作腔容积随曲轴转动而改变，实现对工质流体压力的操作。第一股工质流体从第一静盘上的吸气口进入动盘上侧的封闭工作腔，被压缩后从第一静盘上的排气口排出，第二股流体从第二静盘上的吸气口进入动盘下侧的封闭工作腔，被压缩后从第二静盘上的排气口排出。两股流体被动盘底板隔离密封，而流体与环境隔绝，因此涡旋机械内的两侧互不影响，可以实现曲轴运行时，动盘的一侧压缩，另一侧抽真空的目的。本发明的涡旋机械运转时，为实现不同容积流量、压比和真空度的需求，可以通过主轴组件转速、两侧动静盘的啮合型线和涡旋齿高度进行调节。
附图说明
20.为了更加清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作以简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明部分实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1是本发明实施例压缩真空一体无油涡旋机械的第一视角爆炸结构示意图；
22.图2是本发明实施例压缩真空一体无油涡旋机械的第二视角爆炸结构示意图；
23.图3是本发明实施例第一静涡旋齿和第一动涡旋齿啮合的剖面结构示意图；
24.图4是本发明实施例第二静涡旋齿和第二动涡旋齿啮合的剖面结构示意图；
25.图5是本发明实施例动盘、第一、二静盘的剖面结构示意图；
26.图6是本发明实施例第二静盘及第二排气孔剖面结构示意图；
27.图7是本发明实施例压缩真空一体无油涡旋机械装配结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员还可以在没有做出创造性劳动的前提下获得其他
实施例。
29.如图1-7所示，本发明实施例的一种压缩真空一体无油涡旋机械，包括第一静盘1、动盘2、曲拐组件3、主轴组件4和第二静盘5，动盘2两侧布置有第一动涡旋齿201、第二动涡旋齿204，第一动涡旋齿201、第二动涡旋齿204分别与第一静盘涡旋齿101和第二静盘涡旋齿501相互啮合，在动盘底板203的两侧形成互相隔绝的第一组工作腔和第二组工作腔，如图3、图4所示，动盘2在主轴组件4的带动下回转，使得各组内的多个工作腔容积依次改变，从而实现压缩或真空功能。
30.第一静盘1上布置有第一吸气口104和第一排气口105；第二静盘5上布置有第二吸气口504和第二排气口505，分别与系统管路或环境相连。
31.如图5所示，动盘2还包括动盘底板203，动盘底板203的外边缘在动盘2运行中始终处于第一静盘1和第二静盘5的外侧，以阻止工作腔与外界环境相连通。
32.第二静盘5的中心设置有贯穿孔和轴承架506，主轴组件4固定在轴承架上，并通过第二静盘5中心的贯穿孔伸入第二静盘5上部，连接动盘驱动轴承207。
33.在一种可能的实施方式中，第二静盘底板503上开设有第二排气口505，第二排气口505贯穿第二静盘底板503，将中心工作腔直接与环境相连。
34.在另一种可能的实施方式中，如图6所示，第二静盘底板503上开设有第二排气口505，第二排气口505不贯穿第二静盘底板503，第二静盘底板503侧面设置通孔与第二排气口505的侧面相连。
35.如图1所示，本发明实施例动盘2还包括处于外界环境的第二曲拐安装孔206，通过曲拐组件3与第一静盘1上的第一曲拐安装孔106相连。第二静盘5的四周处于外界环境设置沿轴向的安装柱507，第一静盘1的四周设置处于外界环境的连接通孔107，通过连接件108穿过连接通孔107与安装柱507连接，将第一静盘1和第二静盘5连接固定，最终得到的本发明实施例压缩真空一体无油涡旋机械装配结构如图7所示。
36.在一种可能的实施方式中，第一动涡旋齿201和第二动涡旋齿204以及第一静盘涡旋齿101和第二静盘涡旋齿501的齿顶均开槽，并在槽中对应装入第一动密封条202和第二动密封条205以及第一静密封条102、第二静密封条502。
37.在一种可能的实施方式中，曲拐组件3的偏心距与主轴组件4的偏心距相等，曲拐组件3的两端装均有自润滑的第一曲拐滚动轴承301和第一曲拐滚动轴承302。
38.主轴组件4的偏心轴上装有自润滑的滚动轴承。
39.主轴组件4包括偏心设置的第一主轴401和第二主轴402，以及设置在第一主轴401和第二主轴402连接处的平衡重405，第一主轴401远离动盘2的一端与电机相连。
40.本发明实施例压缩真空一体无油涡旋机械在工作过程中，通过电机带动主轴组件4旋转，主轴组件4通过偏心轴驱动动盘2运动，并利用曲拐组件3限制动盘2自转，实现动盘2平面公转，第一和第二动静涡旋齿之间形成的两组封闭工作腔容积随曲轴转动而改变，实现对工质流体压力的操作。第一股工质流体在从第一吸气口104进入动盘2上侧的封闭工作腔，被压缩后从第一排气口105排出，第二股流体从第二吸气口504进入动盘2下侧的封闭工作腔，被压缩后从第二排气口505排出。两股流体被动盘底板203隔离密封，而流体与环境通过涡旋齿及密封条隔绝，因此，本发明实施例压缩真空一体无油涡旋机械内的两侧互不影响，可以实现主轴组件4的偏心轴运行时，动盘2一侧压缩，另一侧抽真空的目的。
41.本发明实施例的压缩真空一体无油涡旋机械运转时，为了实现不同容积流量、压比和真空度的需求，可以通过电机转速、两侧涡旋齿的啮合型线和涡旋齿高度进行调节。
42.根据本发明实施例的涡旋机械，通过在动盘两侧设置两组工作腔，利用动盘底板、涡旋齿和密封条对不同流体以及环境进行隔离密封，实现了真空和压缩一体运行，极大减少了压缩机和真空泵的零部件数量，减少了驱动设备数量，运行效率得到了极大提升；此外，可以调整调整型线和齿高，平衡动盘两侧气体力，使动盘运行更加平稳，极大降低了涡旋机械的振动和噪声。根据本发明的涡旋机械用于vpsa时，具有运行无油、静音高效的优势。
43.在本发明中，术语“第一”、“第二”和“第三”等，仅用于描述目的，用于区分一个实体或操作与另一个操作或实体，不能理解为指示或暗示操作或实体的相对重要性。术语“上侧”、“下侧”、“内侧”、“外侧”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅为了方便描述本发明和简化描述，不是只是或暗示所指的装置或元件所必须具有的方位、以特定的方位构造或操作。而且，术语“包括”及其变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或设备部件包括那些要素，也还包括没有明确列出的其他要素，或时还包括为这种过程、方法、物品或设备所固有的要素。
44.需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例的示例，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示意的精确结构。本发明意在涵盖任何变形、用途及适用性变化，这些变型、用途及适用性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公共常识或惯用手段。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，包括第一静盘(1)、动盘(2)、曲拐组件(3)、主轴组件(4)和第二静盘(5)，动盘(2)包括动盘底板(203)以及设置在动盘底板(203)两侧表面的第一动涡旋齿(201)和第二动涡旋齿(204)，第一静盘(1)和第二静盘(5)设置在动盘(2)的两侧，第一动涡旋齿(201)和第二动涡旋齿(204)分别与第一静盘涡旋齿(101)和第二静盘涡旋齿(501)相互啮合，形成互相隔绝的第一工作腔和第二工作腔；多个曲拐组件(3)设置在动盘(2)的两侧外周，动盘(2)在主轴组件(4)的驱动下以及曲拐组件(3)的限制下进行平面圆周运动，第一工作腔和第二工作腔内的容积依次改变。2.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，第一静盘底板(103)上布置有第一吸气口(104)和第一排气口(105)，第二静盘底板(503)上布置有第二吸气口(504)和第二排气口(505)，吸气口均与系统管路相连，排气口均与外部环境相连。3.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述第二排气口(505)贯穿第二静盘底板(503)，将中心工作腔直接与外部环境相连；或者，所述第二排气口(505)不贯穿第二静盘底板(503)，第二静盘底板(503)侧面设置通孔，通孔与所述第二排气口(505)的侧面相连。4.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述动盘底板(203)的外边缘在动盘与静盘相互啮合运行中始终处于第一静盘(1)和第二静盘(5)的外侧。5.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述第二静盘(5)的底板中心开设有贯穿孔并安装有轴承架(506)，所述主轴组件(4)固定在轴承架(506)上，并通过贯穿孔伸入第二静盘(5)的上部连接动盘驱动轴承(207)。6.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述动盘底板(203)的四周设置处于外界环境的第二曲拐安装孔(206)，第一静盘(1)的四周设置处于外界环境的第一曲拐安装孔(106)，所述曲拐组件(3)通过第二曲拐安装孔(206)与第一曲拐安装孔(106)进行连接。7.根据权利要求6所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述第二静盘(5)的四周处于外界环境设置沿轴向的安装柱(507)，第一静盘(1)的四周设置处于外界环境的连接通孔(107)，通过连接件(108)穿过连接通孔(107)与安装柱(507)连接，将第一静盘(1)和第二静盘(5)连接固定。8.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述第一动涡旋齿(201)和第二动涡旋齿(204)以及第一静盘涡旋齿(101)和第二静盘涡旋齿(501)的齿顶均开槽，并在槽中对应装入第一动密封条(202)和第二动密封条(205)以及第一静密封条(102)、第二静密封条(502)。9.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，曲拐组件(3)的偏心距与主轴组件(4)的偏心距相等，曲拐组件(3)的两端装均有自润滑的滚动轴承；主轴组件(4)的偏心轴上装有自润滑的滚动轴承。10.根据权利要求1所述的压缩真空一体无油涡旋机械，其特征在于，所述主轴组件(4)包括偏心设置的第一主轴(401)和第二主轴(402)，以及设置在第一主轴(401)和第二主轴(402)连接处的平衡重(405)，第一主轴(401)远离动盘(2)的一端与电机相连。

技术总结
本发明公开了一种压缩真空一体无油涡旋机械，包括第一静盘、动盘、曲拐组件、主轴组件和第二静盘，动盘包括动盘底板以及设置在动盘底板两侧表面的第一动涡旋齿和第二动涡旋齿，第一静盘和第二静盘设置在动盘的两侧，第一动涡旋齿和第二动涡旋齿别与第一静盘涡旋齿和第二静盘涡旋齿相互啮合，形成互相隔绝的第一工作腔和第二工作腔；多个曲拐组件设置在动盘的两侧外周，动盘在主轴组件的驱动下以及曲拐组件的限制下进行平面圆周运动，第一工作腔和第二工作腔内的容积依次改变。本发明可以实现曲轴运行时，动盘的一侧压缩，另一侧抽真空的目的，极大减少了压缩机和真空泵的零部件数量，减少了驱动设备数量，运行效率得到了极大提升。提升。提升。


技术研发人员：王澈 吴建华
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/6