CN101160466A - 涡旋型流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明的涡旋型流体机械，具有涡盘单元，该涡盘单元包含：由端板及与该端板一体的涡旋壁构成的固定涡盘(36)及可动涡盘(38)；设在一方的涡盘的涡旋壁的前端上、相对于另一方的涡盘的端板滑动接触的片状密封件(42)。例如，可动涡盘侧的片状密封件(42)的一部分(径向突起)从涡旋壁(38b)的外壁面突出，当在固定涡盘与可动涡盘之间形成压力室时，相对于固定涡盘的涡旋壁(36b)的内壁面滑动接触并在内外壁面间确保微小间隙(G)。由此，可维持压力室的密封性，并可用简单的结构缓和涡旋壁间的滑动条件。本发明的涡旋型流体机械具有优异的耐久性。

Description

涡旋型流体机械

技术领域

本发明涉及涡旋型流体机械，尤其涉及提高涡盘单元耐久性的涡旋型流体机械。

背景技术

例如在汽车用空调系统的制冷回路中用作流体机械的涡旋型流体机械具有涡盘单元，涡盘单元包含固定涡盘和可动涡盘。这些固定涡盘及可动涡盘各自具有端板及与该端板形成一体的涡旋壁，配置成两涡旋壁啮合的状态，以通过涡旋壁前端的片状密封件而形成互相间气密的压力室(流体腔)。可动涡盘通过旋转单元受到动力相对固定涡盘进行旋转运动，随着该旋转运动，所述压力室的容积及位置产生变化，进行压力室内的流体(例如制冷剂)的压缩工序或膨胀工序(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开平8-261171号公报

在上述那样的以往的涡旋型流体机械中，由于应形成压力室的固定涡盘及可动涡盘的涡旋壁之间局部滑动，故只要可缓和涡旋壁间的滑动条件，就可延长这些固定涡盘及可动涡盘的寿命，进而延长流体机械的寿命。

这里，要缓和涡旋壁间的滑动条件，例如也可在不降低压力室的密封性的范围内，在两涡旋壁间确保微小的间隙，不使微小壁之间滑动即可。但是，要确保微小间隙，不仅要提高由固定涡盘及可动涡盘所构成的涡盘单元的精度，而且还要提高其旋转单元的加工精度和装配精度。

另外，随着该旋转速度变快有较大的离心力作用在可动涡盘上，故若确保了微小间隙，则在高速区域内可动涡盘的旋转姿势变得不稳定，有可能因姿势而在涡旋壁间发生咬住。因此，在确保微小间隙时，为使可动涡盘的旋转姿势稳定而必须提高旋转单元的刚性，或进行对旋转单元增加零件等的设计变更。

如此，若要在涡旋壁间确保微小间隙，则要提高涡盘单元和旋转单元的加工精度和装配精度，或提高旋转单元的刚性，进行对旋转单元增加零件等的设计变更，从而有导致流体机械的生产性下降和成本上升的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种涡旋型流体机械，可维持压力室的良好的密封性，且可用简单的结构缓和涡旋壁间的滑动条件，并具有优异的耐久性。

为实现上述目的，本发明的涡旋型流体机械具有涡盘单元，该涡盘单元包含：由端板及与该端板一体的涡旋壁构成的固定涡盘及可动涡盘；设在一方的涡盘的所述涡旋壁的前端上、相对于另一方的涡盘的所述端板滑动接触的片状密封件，其特征在于，所述涡盘单元还包含径向突起，该径向突起设在互相相对的所述涡旋壁的壁面中的一方的第1壁面上，当在所述固定涡盘及可动涡盘之间形成压力室(流体腔)时，该径向突起相对于另一方的第2壁面滑动接触，并在所述壁面间确保微小间隙。

在这种本发明的涡旋型流体机械中，所述径向突起也可与所述片状密封件分开形成，但最好与所述片状密封件形成一体。在该场合，片状密封件最好包含：相对于所述另一方的涡盘端板滑动接触的顶板面；与该顶板面的侧缘直角相连、相对所述第1壁面以相当于所述微小间隙的间隔定位的滑动接触面。

另外，所述涡盘单元可作成还具有将所述片状密封件保持在所述涡旋壁的前端上的保持装置的结构。该保持装置可作成包含设在片状密封件及涡旋壁上、互相啮合的凹部及凸部的结构。此外，作为较佳的形态，所述保持装置可作成包含粘接材料层。

另外，所述片状密封件的材质不作特别限定，但最好是从由聚苯硫醚系树脂、聚醚以太酮系树脂及聚酰亚胺系树脂构成的群中进行选择的一种。

本发明的涡旋型流体机械可采用各种形态，例如可构成为压缩机、膨胀机甚至具有压缩和膨胀两种功能的涡旋型流体机械。例如，可作成还具有电动机、在该电动机的旋转轴两端分别设置所述涡盘单元的结构。

采用本发明的涡旋型流体机械，通过径向突起确保两涡旋壁的壁面间的微小间隙，从而可维持压力室的密封性并缓和涡旋壁间的滑动条件，可抑制涡旋壁的磨损。另外，在该流体机械中，通过径向突起确保涡旋壁的壁面间的微小间隙，则即使可动涡盘以高速进行旋转运动，也不会将可动涡盘的旋转姿势打乱，可防止涡旋壁间发生咬住。这些结果，本发明的流体机械具有优异的耐久性。

另外，在本发明的涡旋型流体机械中，通过在涡旋壁间确保微小间隙，则不必在动作流体中混入润滑油，适于无油化。因此，例如在应用了这种流体机械的制冷回路中，由于也可在制冷剂中不混入润滑油，因此提高了制冷回路的性能系数。另外，由于也可在动作流体中不混入润滑油，因此该流体机械可适用于各种用途。

另外，在本发明的涡旋型流体机械中，若将径向突起与片状密封件形成一体，则不会增加零件个数，因此可防止生产性下降和成本增加。另外，通过将径向突起与片状密封件形成一体，则在离开支承可动涡盘的驱动轴端部的位置也可容易确保微小间隙，因此即使在可动涡盘以高速进行旋转运动的场合，也能可靠地防止将可动涡盘的旋转姿势打乱。

另外，片状密封件在具有顶板面和确保微小间隙用的滑动接触面这种结构的场合，顶板面、滑动接触面分别具有优异的耐久性，并且分别可良好地发挥作为目标的功能。且在该场合，片状密封件具有从涡旋壁的前端突出的顶板面，因此在该动作中，片状密封件与端板之间的面压适当下降，片状密封件的耐久性得到提高。

在还具有将片状密封件保持在涡旋壁的前端上的保持装置的场合，利用该保持装置，可容易地将径向突起保持在涡旋壁侧。另外，保持装置通过包含设在片状密封件及涡旋壁上的互相啮合的凹部及凸部，从而能更容易且可靠地将径向突起保持在涡旋壁侧。此外，该保持装置通过包含粘接材料层，则径向突起更容易且可靠地保持在涡旋壁侧。

另外，所述片状密封件，在从由耐磨损性优异的、聚苯硫醚系树脂(PPS系树脂)、聚醚以太酮系树脂(PEEK系树脂)及聚酰亚胺系树脂(PI系树脂)构成的群中进行选择的一种的场合，可进一步提高涡旋型流体机械的耐久性。

此外，在将本发明的涡旋型流体机械作成还具有电动机、分别在该电动机的旋转轴的两端设置涡盘单元的结构(即具有二个压力室的结构)的场合，可将一方的压力室用作为压缩室，将另一方的压力室用作为膨胀室。采用这种结构，可将膨胀室内的动作流体的膨胀能作为辅助动力而进行压缩室内的动作流体的压缩，因此可减少动力消耗。

附图说明

图1是本发明的一实施例的适用于制冷回路的涡旋型流体机械的纵剖视图。

图2是适用于图1的流体机械的片状密封件的后视图。

图3是适用于图1的流体机械的可动涡盘的主视图。

图4是表示图2的片状密封件和图3的可动涡盘的俯视图。

图5是沿图4中V-V线的放大部分剖视图。

图6是表示图1的流体机械中的固定涡盘及可动涡盘的涡旋壁与片状密封件的滑动接触位置的说明图。

图7是本发明的变形例的可动涡盘的主视图。

图8是表示本发明的变形例的片状密封件和涡旋壁的一部分的剖视图。

图9是表示本发明的另一变形例的片状密封件及径向突起和涡旋壁的一部分的剖视图。

符号说明

1是涡旋型流体机械，35是涡盘单元，36是固定涡盘，38是可动涡盘，36a、38a是端板，36b、38b是涡旋壁，40是压力室，42是片状密封件，42b是密封面(顶板面)，42c是外侧面(滑动接触面)，G是微小间隙

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的较佳实施形态。

图1表示例如适用于汽车空调系统的制冷回路的本发明一实施例的涡旋型流体机械1。制冷回路具有循环流路2，作为动作流体的制冷剂在循环流路2中循环。制冷剂中不混入润滑油，该制冷回路是无油回路。在本实施例中，流体机械1兼有压缩机及膨胀机的功能，因此，夹插在循环流路2中的流体机械将循环流路2划分为高压区域2a和低压区域2b。在高压区域2a内，从制冷剂的循环方向看依次夹插冷凝器4及储存器6，在低压区域2b内夹插蒸发器8。

流体机械1具有电动机壳体10，电动机壳体10具有有底圆筒状的电动机外壳12及固定在电动机外壳12的开口端上的末端板14。在外壳12的周壁12a的内侧嵌合圆筒状的定子16，定子16旋转自如地围住圆柱状的转子18。驱动轴20贯通转子18的中心，转子18与驱动轴20一体旋转。外壳12的端壁12b及末端板14的中央部分别设置旋转轴孔，驱动轴20的两端部从这些旋转轴孔突出。驱动轴20通过设在旋转轴孔内的滚珠轴承22而旋转自如地支承在端壁12b及末端板14上。另外，在旋转轴孔的滚珠轴承22的外侧设置顶板24，利用顶板24将旋转轴孔密封。

在电动机外壳12的周壁12a上设置供电口26，通过供电口26从外部电源(未图示)可将电力供给到定子16。当电力供给到定子16时，转子18因定子16的电磁力而旋转，于是对驱动轴20进行旋转驱动。

在上述的电动机壳体10的两端设置压缩壳体，压缩壳体具有杯状的压缩外壳30。压缩外壳30利用多个螺栓32固定在电动机壳体10上，压缩外壳30的开口端通过O型圈34气密地嵌合在电动机壳体10的两端上。

在压缩外壳30内设置涡盘单元35，涡盘单元35具有金属制的固定涡盘36及可动涡盘38。这些固定涡盘36及可动涡盘38各自具有端板36a、38a及与端板36a、38a一体的涡旋壁36b、38b，而在该流体机械1中，压缩外壳30的端壁兼作固定涡盘36的端板36a。

这些固定涡盘36及可动涡盘38，它们之间应形成压力室40(流体腔)，并配置成互相啮合。在该配置下，可动涡盘38相对于固定涡盘36可旋转运动，且压力室40的容积与该旋转运动联动地增减，同时位置产生变化。

涡旋壁36b、38b的前端分别设置树脂制的片状密封件42，固定涡盘36及可动涡盘38的涡旋壁36b、38b通过片状密封件42而与对方侧的涡盘36、38的端板36a、38a滑动接触。

下面详细描述片状密封件42，设在固定涡盘36及可动涡盘38上的片状密封件42的结构及在涡旋壁36b、38b上的片状密封件42的固定装置是相同的，故以可动涡盘38侧的片状密封件42为例进行说明。

片状密封件42如图2所示延伸成涡旋状，分别具有一定的宽度及厚度。在规定的长度方向(涡旋方向)位置，销42a从规定片状密封件42厚度的互相平行且平坦的两表面中的背面突出。

如图3所示，在安装片状密封件42的涡旋壁38b的前端，与涡旋壁38b的两壁面中的外壁面相连的区域在相比于与内壁面相连的前端面44接近于端板38a的位置构成平面46。平面46也仍延伸为涡旋状，并在平面46的规定的长度方向位置形成销孔46a。

如图4所示，片状密封件42与平面46重合，但此时，销42a插入在销孔46a中。因此，如图5所示，通过销42a嵌合在销孔46a中，片状密封件42固定在涡旋壁38b的前端上

这里，如图5所示，片状密封件42的一部分从涡旋壁38b的前端面44向片状密封件42的厚度方向突出规定长度，片状密封件42的正面虽然与涡旋壁38b的前端面44平行，但相比于前端面44更接近固定涡盘36的端板36a。因此，片状密封件42的正面的整个区域形成了与固定涡盘36的端板36a滑动接触的密封面42b。

另外，片状密封件42的一部分从涡旋壁38b的外壁面向片状密封件42的宽度方向(涡旋壁38b的径向)突出规定长度，规定片状密封件42宽度的两侧面中的外侧面42c虽然与涡旋壁38b的外壁面平行，但相比于该外壁面更接近固定涡盘36的涡旋壁36b内壁面。因此，在涡旋壁36b、38b之间最接近的长度方向位置，片状密封件42的外侧面42c与固定涡盘36的涡旋壁36b的内壁面滑动接触。并且，在该长度方向位置，在涡旋壁36b、38b的内外壁面间通过片状密封件42形成微小间隙G。

更详细地说，图6是用于说明涡旋壁36b、38b与片状密封件42的外侧面42c的滑动接触位置的模式图，可动涡盘38侧的片状密封件42的外侧面42c在2个部位(点A、B)与固定涡盘36的涡旋壁36b的内壁面滑动接触。另一方面，固定涡盘36的片状密封件42的外侧面42c在2个部位(点C、D)与可动涡盘38的涡旋壁38b的内壁面滑动接触。

在这些点A、B、C、D的长度方向位置，在涡旋壁36b、38b的内外壁面间形成微小间隙G，但这些点A、B、C、D从涡旋壁36b、38b的长度方向看分别位于各压力室40的两端。各片状密封件42的外侧面42c在涡旋壁36b、38b的根部附近与内壁面滑动接触。另外在图4及图6中，为明确表示片状密封件42而仅对片状密封件42画上剖面线。

现再参照图1，为可使所述的可动涡盘38旋转运动，可动涡盘38通过旋转单元连接在驱动轴20的两端部上。更详细地说，在驱动轴20的两端部固定偏心套筒50，偏心套筒50可与驱动轴20一体旋转。偏心套筒50由一体地设在端板38a外表面上的突柱围住，在偏心套筒50与突柱之间夹装滚珠轴承52。

另外，可动涡盘38的各端板38a与端壁12b或与末端板14之间设置阻止可动涡盘38绕偏心套筒50自转的自转阻止机构。自转阻止机构例如包含曲柄销54，各曲柄销54通过2个滚珠轴承56而将端壁12b或末端板14与端板38a之间连接。在驱动轴20上的转子18的两侧位置安装配重58，该配重58成为相对于可动涡盘38的旋转运动的平衡块。在压缩外壳30上设置用于将高压及低压的制冷剂向两涡盘单元35供给排出的高压口60及低压口(未图示)。更详细地说，高压口60贯通压缩外壳30的端壁即固定涡盘36的端板36a的中央部，位于端板36a中央部的压力室40通过高压口60与循环流路2的高压区域2a连接。低压口贯通压缩外壳30的周壁，压缩外壳30的内部通过低压口与循环流路2的低压区域2b连接。

下面，说明上述制冷回路的涡旋型流体机械1的动作。

当通过向定子16供电使转子18即驱动轴20旋转驱动时，随着驱动轴20的旋转，可动涡盘38通过偏心套筒50而进行旋转运动。通过该旋转运动，图1左侧的涡盘单元35进行以下的压缩程序。

首先，左侧的涡盘单元35通过低压口及涡盘单元35与压缩外壳30之间的空间将低压的气体制冷剂从循环流路2的低压区域2b吸入到位于其外周区域的压力室40内。然后，吸入了制冷剂的压力室40沿涡旋壁36b、38b向端板36a、38a的中央移动，在该移动时，利用压力室40的容积减少来压缩压力室40内的制冷剂。并且，当在端板36a、38a的中央，压力室40与高压口60连通时，在压力室40内压缩后的制冷剂通过高压口60向循环流路2的高压区域2a流出。

向高压区域2a流出后的高压的气体制冷剂由冷凝器4冷却而冷凝，在成为高压的液状制冷剂后，由储存器6除去气泡和水分。经过了储存器6的高压的液状制冷剂供给到图1右侧的涡盘单元，该右侧的涡盘单元35进行下面的膨胀程序。

在右侧的涡盘单元35中，来自循环流路2的高压区域2a的高压的液状制冷剂通过高压口60而流入位于端板36a、38a的中央的压力室40。然后，流入了制冷剂的压力室40沿涡旋壁36b、38b向端板36a、38a的外周移动，在该移动时，因压力室40的容积增加，故压力室40内的制冷剂膨胀。

当在涡盘单元35的外周区域，压力室40与涡盘单元35与压缩外壳30之间的空间连通时，在压力室40内膨胀后的制冷剂通过该空间及低压口向循环流路2的低压区域2b流出。向低压区域2b流出后的低压的气液混合状态的制冷剂由蒸发器8从外部吸收气化热进行蒸发而成为低压的气体制冷剂，然后，再被吸入到左侧的涡盘单元35的压力室40内。

在上述的涡旋型流体机械1中，片状密封件42的一部分(即径向突起)从涡旋壁36b、38b的外壁面向径向突出，通过在涡旋壁36b、38b的内外壁面间确保微小间隙G，可缓和涡旋壁36b、38b间的滑动条件。其结果，在该涡旋型流体机械1中，可抑制涡旋壁36b、38b的磨损。

另外，在该涡旋型流体机械1中，通过片状密封件42的一部分(即径向突起)的涡旋壁36b、38b的内外壁面间确保微小间隙G，即使在可动涡盘38以高速进行旋转运动的场合，也不会打乱可动涡盘38的旋转姿势。其结果，可防止涡旋壁36b、38b间发生咬住。

如此，由于可利用片状密封件42的一部分(径向突起)防止涡旋壁36b、38b的磨损并防止涡旋壁36b、38b间发生咬住，故该流体机械1具有优异的耐久性。此外，在该流体机械1中，通过在涡旋壁36b、38b间确保微小间隙G，则即使在制冷剂中没有混入润滑油，也不会在涡旋壁36b、38b间发生烧结。因此，适用该流体机械1的制冷回路可无油化，在该场合，由于在制冷剂中不混入润滑油，故有良好的性能系数。此外，由于可在动作流体中不混入润滑油，故该流体机械1可适用于各种用途。

另外，在该制冷回路中，通过在驱动轴的两端分别设置起到压缩机或膨胀机功能的涡盘单元35，则可实现动力消耗的减少。这是因为：右侧的涡盘单元35的压力室40内的制冷剂的膨胀通过可动涡盘38的旋转运动而对驱动轴20产生辅助动力，利用该辅助动力，在左侧的涡盘单元35的压力室40内将制冷剂压缩。

在该涡旋型流体机械1中，通过使微小间隙G狭窄到几十微米以下，可维持压力室40的密封性。

本发明不限定于上述的实施例，可作各种变形。

例如，在上述实施例中，作为将片状密封件42保持在涡旋壁36b、38b上用的保持装置，在片状密封件42上形成销42a，在平面46上形成销孔46a，然而也可在片状密封件42上形成销孔，在平面46上形成销。但是，若从流体机械的生产性观点看，最好在片状密封件42上形成销42a，在平面46上形成销孔46a。

另外，作为保持装置，形成突条来代替销42a，且如图7所示，也可形成嵌合突条的槽46b来代替销孔46a。即，保持装置也可包含设在涡旋壁36b、38b与片状密封件42之间、互相啮合的凹部及凸部，利用该保持装置，片状密封件42可容易且可靠地保持在涡旋壁36b、38b上。

此外，如图8所示，保持装置也可包含粘接剂层70，或也可仅由粘接剂层70构成保持装置。另外在前述实施例中，片状密封件42的一部分从涡旋壁36b、38b的外壁面突出，但片状密封件42的一部分也可从涡旋壁36b、38b的内壁面突出。

另外，如图8所示，也可使用具有从涡旋壁36b、38b的外壁面及内壁面突出的部分的片状密封件72。在该场合，片状密封件72的外侧面72c及内侧面72d在形成压力室40时分别与对方侧的涡旋壁36b、38b的内壁面及外壁面滑动接触，确保微小间隙G。因此，在该场合，也可在固定及可动涡盘36、38的双方设置片状密封件72，也可在固定涡盘36及可动涡盘38中的一方设置片状密封件72，在另一方设置以往技术的片状密封件。

此外，如图9所示，也可设置以往技术的与片状密封件74分开的径向突起76。在该场合，利用径向突起76可确保涡旋壁36b、38b的内外壁面间的微小间隙G。但是，在片状密封件74与径向突起76分开的场合，零件个数增加，还要有分别将片状密封件74及径向突起76保持在涡旋壁36b、38b上的手段，导致流体机械的生产性下降和成本增加，因此，如前所述，最好片状密封件42的一部分从外壁面突出。换言之，最好将径向突起76与片状密封件74形成一体。

另外，如前述实施例所述，若片状密封件42的一部分从涡旋壁36b、38b的外壁面突出，则由从支承可动涡盘38的驱动轴20端部最离开的位置规定涡旋壁36b、38b间的微小间隙G，故即使可动涡盘38以高速进行旋转运动，也能可靠地防止可动涡盘38旋转姿势的打乱。

此外，如前述实施例所述，若片状密封件42的一部分从涡旋壁36b、38b的外壁面突出，则也可在突出的部分形成密封面42b，因此，流体机械的动作中，片状密封件42与端板36a、38a间的面压下降，片状密封件42的耐久性得到提高。因此，最好片状密封件42的密封面42b扩大到向其宽度方向突出的部分，外侧面42c与密封面42b的侧缘直角相连。

在前述实施例的流体机械1中，片状密封件42最好由聚苯撑硫醚系树脂(PPS系树脂)、聚醚以太酮系树脂(PEEK系树脂)及聚酰亚胺系树脂(PI系树脂)中的一种构成。这些树脂因为耐磨损性优异，流体机械的耐久性进一步提高。

前述实施例的涡旋型流体机械1具有设在驱动轴20的两端部上的2个涡盘单元35，但本发明的涡旋型流体机械只要具有至少1个涡盘单元即可。

产业上的实用性

本发明的涡旋型流体机械可适用于具有涡盘单元的所有的流体机械，尤其作为用于汽车用空调系统的制冷回路的流体机械是较佳的。

Claims (8)

1.一种涡旋型流体机械，具有涡盘单元，该涡盘单元包含：由端板及与该端板一体的涡旋壁构成的固定涡盘及可动涡盘；设在一方涡盘的所述涡旋壁的前端上、与另一方涡盘的所述端板相对地作滑动接触的片状密封件，其特征在于，所述涡盘单元还包含径向突起，该径向突起设在互相相对的所述涡旋壁的壁面中一方的第1壁面上，当在所述固定涡盘及可动涡盘之间形成压力室时，该径向突起与另一方的第2壁面相对地作滑动接触，在所述壁面间确保微小间隙。

2.如权利要求1所述的涡旋型流体机械，其特征在于，所述径向突起与所述片状密封件形成一体。

3.如权利要求2所述的涡旋型流体机械，其特征在于，所述片状密封件包含：与所述另一方的涡盘的所述端板相对地作滑动接触的顶板面；与该顶板面的侧缘直角相连、针对所述第1壁面而以相当于所述微小间隙的间隔定位的滑动接触面。

4.如权利要求2所述的涡旋型流体机械，其特征在于，所述涡盘单元还具有将所述片状密封件保持在所述涡旋壁的前端上的保持装置。

5.如权利要求4所述的涡旋型流体机械，其特征在于，所述保持装置包含设在所述片状密封件及涡旋壁上的、互相啮合的凹部及凸部。

6.如权利要求4所述的涡旋型流体机械，其特征在于，所述保持装置包含粘接材料层。

7.如权利要求1所述的涡旋型流体机械，其特征在于，所述片状密封件由聚苯硫醚系树脂、聚醚以太酮系树脂及聚酰亚胺系树脂组成的群中的一种构成。

8.如权利要求1所述的涡旋型流体机械，其特征在于，还具有电动机，在该电动机的旋转轴的两端分别设有所述涡盘单元。

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