CN101270751A - 涡旋式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡旋式压缩机，包括非公转涡旋件和公转涡旋件，由机架的轴承支撑的驱动轴，非公转涡旋件背侧与上壳体共同围成弹性的排出气体的消音腔室，非公转涡旋件背侧通过密封组件与消音腔室的内壁滑动压触，消音腔室与位于压缩机下部电机侧的、由机架和主壳体及密封件密封形成的排气腔室连通；本设计使非公转涡旋件与公转涡旋件的接触力及公转涡旋件与机架之间的接触力得到最大程度的优化，非公转涡旋件在其背侧的消音腔室中的高压气体的压力作用下、公转涡旋件在其背侧的高压流体的压力作用下，相互紧密接触并进行轴向密封；非公转涡旋件上、下滑动的设置在安装机构上，并可在一定范围内轴向移动。

Description

涡旋式压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡旋式压缩机，特别是一种允许非公转涡旋件产生一定轴向位移的涡旋式压缩机。

背景技术

现有的涡旋式压缩机，包括在底板上设置有涡旋状卷边的非公转涡旋件，和在端板上设置有涡旋状卷边的公转涡旋件，两涡旋件相向啮合配置，通过依次缩小形成在相互卷边间的多个压缩室，压缩进入涡旋式压缩机内的流体。流体在压缩过程中产生使公转涡旋件和非公转涡旋件互相分离的轴向力，导致公转涡旋件和非公转涡旋件轴向分离，一旦在两卷边的齿顶和齿底之间出现大的间隙后，将发生泄漏。

对于电机侧压力为高压的排气压力结构的涡旋压缩机，目前厂家一般采用的技术是在公转涡旋件的背侧设立高压或中压的背压腔室，通过背压腔室中流体的压力来迫使公转涡旋件和非公转涡旋件紧密接触而防止泄漏。

对于电机侧压力为低压的吸气压力结构的涡旋压缩机，一般采用的技术大致分为两种，一种是通过在公转涡旋件或/和非公转涡旋件的涡卷的齿顶安装密封部件来防止压缩过程中流体的泄漏；另一种方法是在非公转涡旋件的背侧设立高压或中压的背压腔室，通过其中流体的压力来迫使非公转涡旋件和公转涡旋件紧密接触而防止泄漏。

在涡卷齿顶安装密封部件的技术，要求在涡卷的齿顶开槽安装密封部件，由于涡卷的壁厚较小，一般在3～5mm，因此必须要求精确的加工和安装，增加了较多的成本，另外由于密封部件接触运动产生的摩擦导致耗功增加，导致压缩机性能较低。

若在非公转涡旋件的背侧设立高压或中压的背压腔室，如附图1所示，利用其中的流体的压力来迫使非公转涡旋件紧紧压靠在公转涡旋件上而实现密封，公转涡旋件被压靠在机架上。因此非公转涡旋件背侧的背压力必须大于流体压缩过程中产生的轴向分离力，并且由于公转涡旋件上由曲轴驱动产生的倾覆力矩的存在，故为防止公转涡旋件发生倾覆，非公转涡旋件与公转涡旋件之间的轴向压靠接触力产生的力矩必须大于倾覆力矩。由于公转涡旋件的背侧为低压的吸气压力，其产生的向上的托力远小于非公转涡旋件背侧的高压或中压的流体压力，因此使得公转涡旋件对机架的压靠力很大，摩擦耗功增大，导致性能降低。另外，为了在非公转涡旋件背侧形成高压或中压的背压腔室而增加了一个隔板100，使得制造成本增加。

若在公转涡旋件的背侧设立高压的背压腔室，如附图2所示，通过设置通道将高压流体引导到公转涡旋件的背侧，利用流体压力来托起公转涡旋件压靠在非公转涡旋件上进行紧密接触，而实现密封，公转涡旋件脱离机架向上浮起；由于倾覆力矩的存在，为防止公转涡旋件发生倾覆，其背侧压力形成的力矩必须大于倾覆力矩。由于背侧压力的作用半径较小，为了满足其产生的力矩大于倾覆力矩，所需背侧压力必须很大，从而使得公转涡旋件和非公转涡旋件之间的轴向接触力很大。由于该轴向接触力将导致非公转涡旋件和公转涡旋件在端板面上产生滑动摩擦，那么，在轴向接触力过大的情况下，摩擦耗功增加较多，导致性能降低。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、制作成本低、能有效防止公转涡旋件倾覆、工作性能和安全可靠性都很高的涡旋式的压缩机，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种涡旋式的压缩机，压缩机的壳体包括从上到下依次相接的上壳体、主壳体和底座；以及非公转涡旋件，其涡旋状卷边设置在底板上，端板设置在卷边周围，并与卷边的前端连接；公转涡旋件，其涡旋状卷边设置在端板上；非公转涡旋件和公转涡旋件的卷边组合形成多个压缩室；用于支撑公转涡旋件及容纳驱动轴或曲轴的主轴承的机架；由机架的轴承支撑的驱动轴，其驱动连接到公转涡旋件，以驱动公转涡旋件相对于非公转涡旋件作公转运动；用于把非公转涡旋件安装到机架上的安装机构；用来防止公转涡旋件自转的十字滑环；其结构特征是非公转涡旋件背侧与上壳体共同围成弹性的排出气体的消音腔室，非公转涡旋件背侧通过密封组件与消音腔室的内壁滑动压触，消音腔室与位于压缩机下部电机侧的、由机架和主壳体及密封件密封形成的排气腔室连通；非公转涡旋件在其背侧的消音腔室中的高压气体的压力作用下、公转涡旋件在其背侧的高压流体的压力作用下，相互紧密接触并进行轴向密封；非公转涡旋件上、下滑动的设置在安装机构上，并可在一定范围内轴向移动。

所述的消音腔室由上壳体中间向外突出而形成的凹部，和非公转涡旋件背侧的环形突起，以及其相互之间的环形密封组件共同密封围成。

所述的压缩机外设置有排气导管，排气导管一端通过上导气接头与消音腔室相连通，另一端通过下导气接头与排气腔室相连通。

所述的消音腔室与压缩室的排出口相连通。

所述的非公转涡旋件背侧的背压腔室的面积比公转涡旋件背侧背压腔室的面积大。

压缩机的壳体内设置有高压、低压、高压三个腔室；通过主壳体与机架、非公转涡旋件与上壳体及其相互之间的密封组件在壳体内围成高压和低压互为独立的空间，其中，上部空间为上部高压排出气体的消音腔室，中间空间为低压吸气腔室，下部空间为下部高压排气腔室，下部高压排气腔室通过外部排气导管与上部高压排出气体的消音腔室连通。

壳体与机架及其之间的密封组件把壳体内部分隔成上、下两个密闭且互为独立的空间，下部空间为压缩流体排放的下部高压排气腔室，电机设置在下部高压排气腔室内；上部空间内设置有非公转涡旋件和公转涡旋件，非公转涡旋件与壳体及其之间的密封组件把上部空间分隔成两个密闭且互为独立的空间，其中，由非公转涡旋件与上壳体及其之间的密封件所围成的上部空间为上部高压排出气体的消音腔室，由非公转涡旋件、上壳体、机架及其之间的密封组件围成的空间为低压吸气腔室，十字滑环位于低压吸气腔室中，低压吸气腔室与设置在壳体侧面的吸入管相连通。

非公转涡旋件的背侧设置有环形突起，该环形突起通过设置在其外侧的密封组件与上壳体上部形成密闭腔室，静涡旋盘的涡旋状卷边的中心处设置有排出口，排出口与密闭腔室连通，构成上部高压排出气体的消音腔室。

上部高压排出气体的消音腔室与下部高压排气腔室通过设置在壳体外的排气导管连通，排气导管与下部高压排气腔室连接出口处设置有排气导叶，排气导叶设置在电机上方，以引导排气导管出口气流沿侧壁向下流动冷却电机，并从对侧向上流动冷却电机，最后从排出管流出，有利于均匀的冷却电机；上油组件由上油管路和上油叶片组成，上油管路设置在曲轴中，上油叶片设置在上油管路底端。

本发明的涡旋压缩机，在非公转涡旋件背压腔室内的压力作用下，一方面保证非公转涡旋件背侧压力比压缩过程中流体或气体产生的轴向分离力要大，另一方面把公转涡旋件压靠在机架的支撑面上，保证公转涡旋件不发生倾覆。在发生液体压缩时，非公转涡旋件可以沿轴向向上移动实现两涡旋件的分离，从而有效的防止了液体压缩时导致两涡旋件的损害，提高了压缩机的可靠性。由于两涡旋件的背压腔室内均为排气压力，通过合理的设计两背压腔室的尺寸，使非公转涡旋件与公转涡旋件的接触力及公转涡旋件与机架之间的接触力得到最大程度的优化，保证两个接触力最小，有效的降低摩擦功耗，提高了压缩机的性能。

附图说明

图1为现有技术中非公转涡旋件背侧带有背压腔室的结构示意图。

图2为现有技术中公转涡旋件背侧带有背压腔室的结构示意图。

图3为根据本发明一实施例的剖视结构示意图。

图4-图5分别为本发明中的非公转涡旋件和公转涡旋件各自受力示意图。

图中：1为压缩机，2为主壳体，3为上壳体，4为凹部，5为底座，6为上导气接头，7为排气导管，8为下导气接头，10为机架，11为主轴承，12为副支撑，13为定子，14为回油扁管，15为回油孔，16为副轴承，20为曲轴，22为偏心部，23为低压吸气腔室，28为同心孔，29为背压腔室，30为直径孔，36为转子，38为主平衡块，40为副平衡块，41为机架的上部，42为排气腔室，43为止推轴承，44为公转涡旋件，46为公转涡旋件的涡卷，48为滑动轴承，54为非公转涡旋件，56为非公转涡旋件的涡卷，65为排出口，66为十字滑环，67为凹槽，69为消音腔室，73为密封组件，78为键，100为隔板。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步描述。

参见附图3，涡旋式压缩机1的壳体包括一个大体上呈圆柱形的主壳体2，主壳体的上部焊有一个上壳体3，上壳体的上部中间向外突出形成一个呈杯状的凹部4。主壳体的下部焊接有一个底座5，底座上安装有多个安装脚，图中未示出安装脚。上壳体凹部4上装有一个制冷剂的上导气接头6，主壳体上也装有一个下导气接头8，排气导管7一头安装在上导气接头6中，另一头安装在下导气接头8中。固定在主壳体上的其它主要部件包括：机架10，它适当地固定在主壳体上；一个位于曲轴20下部的副支撑12，它具有多条径向向外伸出的腿，每条腿也适当地固定在主壳体2上。一个具有大体方形横截面的马达定子13压配在主壳体2中，因此由于方形截面和圆截面间形成了通路。一根回油扁管14安装在机架10的回油孔15中。

一根其上部带有偏心部22的驱动轴或曲轴20，可转动地支承在机架10内的主轴承11和下部副支撑12内的副轴承16中。曲轴20的下端有一个直径较大的同心孔28，它与一个向上延伸到曲轴顶部的径向向外偏移的较小直径孔30连通。主壳体2下部内装有润滑油，同心孔28及孔内的上油叶片作为一台泵，将润滑油向曲轴20的上部泵送，使润滑油进入直径孔30并最终到达压缩机中需要润滑的所有部件。曲轴20由一台电动马达旋转驱动，该马达包括定子13和压配在曲轴20上的转子36，转子带有副平衡块40，安装在曲轴20上。

机架10的上部41为圆柱形，其上表面与一个平的止推轴承43下表面相接，止推轴承上表面支承着一个公转涡旋件44，公转涡旋件44具有一个普通的端板和从端板的上表面伸出的涡卷46。一个圆柱形轮毂从公转涡旋件44的端板的下表面向下伸出，其内装有一个滑动轴承48，轴承内转动地安装着驱动轴20的偏心部22。

一个非公转涡旋件54，它具有一个端板和一个从此向下伸出的静涡卷56，静涡卷56定位成与公转涡旋件44上的动涡卷46相啮合。非公转涡旋件54具有一条同轴设置的排出口65，排出口65与一个朝上开口的凹槽67连通，凹槽67设置在非公转涡旋件54的背侧，而凹槽67又与由上壳体3的凹部4和凹槽67所共同限定的消音腔室69连通。该消音腔室接受来自由公转涡旋件的涡卷46和非公转涡旋件的涡卷56共同压缩后的加压流体，以便向非公转涡旋件54施加一个轴向压力，由此迫使相应的动涡卷46和静涡卷56的顶端与相对的端板表面构成密封啮合。

当非公转涡旋件54背侧通过密封组件73与消音腔室69的内壁上、下滑动压触时，非公转涡旋件54背侧与上壳体3共同围成排出气体的消音腔室69的容积在一定范围内来回变化，呈现出弹性状态。消音腔室与位于压缩机下部电机侧的、由机架和主壳体及密封件密封形成的排气腔室42连通。

为了防止公转涡旋件44和非公转涡旋件54之间的相对转动，设置了十字滑环66，它环绕着机架10的圆柱形上部41、并位于公转涡旋件44的端板的下面。在十字滑环上设置有一对键78，这对键沿直径方向对称，并从其表面轴向向外伸出。

公转涡旋件44的端板带有一对向外伸出的凸缘部分，每个凸缘部分上带有一个朝外开口的槽。槽的尺寸加工成能滑动地装纳相应的键78。键78具有一适当的轴向长度或高度，以防止它伸出公转涡旋件44端板的上表面。

下面说明其工作原理。首先，通过电机转动驱动轴或曲轴20，该曲轴20的偏心部22，经由滑动轴承48，传递给公转涡旋件44。公转涡旋件44以非公转涡旋件54的轴线为中心，设定偏心距离的旋转半径作平移运动。在旋转运动时，通过十字滑环66约束公转涡旋件44，使其不自转，通过公转涡旋件44的平移运动，在非公转涡旋件54和公转涡旋件44的卷边之间形成的压缩室连续的向中央移动，随着移动，压缩室的容积连续缩小。

在启动刚开始时，由于压缩室的容积连续缩小，其内的压力升高，压缩流体对公转涡旋件44和非公转涡旋件54产生互相分离的轴向作用力，此作用力迫使公转涡旋件44紧靠在机架10中心突出的止推轴承43上，同时对非公转涡旋件54产生向上的轴向推力，此时由于从排出口65排出的流体流入上部高压排气消音腔室69，其内的流体压力作用在非公转涡旋件54的背侧，迫使非公转涡旋件54的端板面紧靠在公转涡旋件44的端板面上。

在各压缩室内依次压缩从吸入口吸入的流体，被压缩的流体从排出口65排出。排出的流体流入到上部高压排气消音腔室69内，使得排出流体经过排出口65产生的噪音被降低。排出流体通过壳体与外界环境进行热交换，使得排出流体被降温而除去排出流体中携带的部分润滑油。在排气消音腔室69内的流体经过与下部高压排气腔室42连通的排气导管7排出到壳体下部高压排气腔室42中，通过排气导叶的导向使得气流沿壁面向下流动冷却电机，然后再从对称方向从电机的底部向上流动冷却电机，在其流动过程中，经过冷却高压排气腔室42内的电机而温度升高，最后从排出管排出，例如供给冷冻循环，完成制冷剂流体在压缩机内的一个循环。

润滑油储存在底座5的底部，周围的压力成为排出压力。由机架10、曲轴20、非公转涡旋件54、公转涡旋件44形成的低压吸气腔室23内的压力低于排出压力，上油组件由上油管路和上油叶片组成，上油管路设置在曲轴中，上油叶片设置在上油管路底端，公转涡旋件44的端板上开设有一个及以上的供油孔。存储在底座5的底部的润滑油，通过设置在曲轴20上的同心孔28和直径孔30，沿着曲轴向上流动。部分润滑油通过设在曲轴20上的横向油孔，一边润滑主轴承11，一边到达背压腔室29。此外，其它润滑油通过同心孔28和直径孔30，到达曲轴20的偏心部，润滑滑动轴承48，然后进入背压腔室29。此外，润滑油在通过主轴承11及滑动轴承48后进入背压腔室29。进入背压腔室29的润滑油，通过公转涡旋件44在相对机架10的止推轴承43表面平移过程中把润滑油带入低压吸气腔室23。此处，润滑油被节流，进入低压吸气腔室23并混合在低压吸气腔室23的吸入流体中，然后被吸入进入到压缩室内。另外，开设在公转涡旋件44端板内供油孔，设置在腔室开始压缩后约180度角的位置，使得气体在压缩时从端板供油孔上来的润滑油能润滑涡卷及端面，以减少压缩耗功，降低压缩气体温度，从而实现压缩机的高效及高可靠性。

从排出口65排出的润滑油，一部分从排出管排入冷冻循环，另一部分则分别在上部高压排气消音腔室69和下部高压排气腔室42内与制冷剂分离，储存在底座5的底部。

非公转涡旋件54及压缩室内的流体对公转涡旋件44产生向下的压靠机架10中心平的止推轴承面43的轴向压力，同时背压腔室29的压力对公转涡旋件44产生向上的轴向推力，此向上的推力抵消了大部分向下的轴向压力，从而减少了公转涡旋件44的端板和机架10的平的止推轴承面43之间的摩擦，其结果是减少电机的功耗，提高压缩机的性能。

对于在非公转涡旋件54背侧设立背压腔室，保证非公转涡旋件54轴向浮动的低背压结构，前面已经述及，如附图1所示，由于公转涡旋件44的背侧为低压的吸气压力，其产生的向上的托力远小于非公转涡旋件44背侧较高的背侧压力，因此使得公转涡旋件44对机架的压靠力很大，摩擦耗功增大，导致性能降低。另外，为了在非公转涡旋件54背侧形成高压或中压的背压腔室，而增加了一个隔板，使得成本增加。

对于在公转涡旋件44背侧设立背压腔室，保证公转涡旋件44轴向浮动的高背压结构，前面已经述及，由于背侧压力的作用半径较小(约等于公转涡旋件44的半径)，为了满足其产生的力矩大于倾覆力矩，则背侧压力必须很大。从而使得公转涡旋件44和非公转涡旋件54之间的轴向接触力很大，由于该接触力在非公转涡旋件54和公转涡旋件44的端板面上产生滑动摩擦，在接触力过大的情况下，摩擦耗功增加较多，导致性能降低。

本发明的涡旋压缩机，非公转涡旋件54背侧的背压腔室的面积比公转涡旋件44背侧背压腔室的面积要大，非公转涡旋件54和公转涡旋件44在各自的背压腔室内压力的作用下使得非公转涡旋件54把公转涡旋件44压靠在机架10上。公转涡旋件44的镜板面压靠在机架10上，如果公转涡旋件44发生倾覆，则倾覆力矩必须大于由两涡旋件之间的接触力产生的压紧公转涡旋件44到机架10的支撑面上的力矩，由于接触力的作用力臂比较长，其约等于公转涡旋件44的半径+机架10支撑面的半径，因此接触力较小的情况下就可以保证此力矩大于倾覆力矩，即保证了公转涡旋件44不发生倾覆。设计时使非公转涡旋件54与公转涡旋件44的接触力及公转涡旋件44与机架10之间的接触力得到最大程度的优化，因此有效的减少了摩擦，提高了压缩机的性能。

参见图4-图5，为非公转涡旋件和公转涡旋件各自受力示意图，

其中：

Fd--非公转涡旋件背压腔产生的轴向力，

Fbs--公转涡旋件背压腔产生的轴向力，

Fa--轴向气体力，

FN--非公转涡旋件和公转涡旋件之间的接触力，

Fr--径向气体力，

Fb--机架对公转涡旋件的支撑力，

Fo--十字滑环的一对键对公转涡旋件的反作用力，

Fm--公转涡旋件的离心力，

Ft--切向气体力，

F′t--曲轴对公转涡旋件的推动力，其大小与Ft相等，

Ftt--导向装置对非公转涡旋件的切向反作用力，其大小与Ft相等，

Ftr--导向装置对非公转涡旋件的径向反作用力，其大小与Fr相等。

Claims (5)

1.一种涡旋式压缩机，压缩机(1)的壳体包括从上到下依次相接的上壳体(3)、主壳体(2)和底座(5)；以及

非公转涡旋件(54)，其涡旋状卷边设置在底板上，端板设置在卷边周围，并与卷边的前端连接；

公转涡旋件(44)，其涡旋状卷边设置在端板上；非公转涡旋件和公转涡旋件的卷边组合形成多个压缩室；

用于支撑公转涡旋件及容纳驱动轴或曲轴的主轴承的机架(10)；

由机架的轴承支撑的驱动轴，其驱动连接到公转涡旋件，以驱动公转涡旋件相对于非公转涡旋件作公转运动；

用于把非公转涡旋件安装到机架上的安装机构；

用来防止公转涡旋件自转的十字滑环(66)；

其特征是非公转涡旋件背侧与上壳体共同围成弹性的排出气体的消音腔室(69)，非公转涡旋件背侧通过密封组件(73)与消音腔室的内壁滑动压触，消音腔室与位于压缩机下部电机侧的、由机架和主壳体及密封件密封形成的排气腔室(42)连通；

非公转涡旋件在其背侧的消音腔室中的高压气体的压力作用下、公转涡旋件在其背侧的高压流体的压力作用下，相互紧密接触并进行轴向密封；

非公转涡旋件上、下滑动的设置在安装机构上，并可在一定范围内轴向移动。

2.根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征是所述的消音腔室由上壳体中间向外突出而形成的凹部(4)，和非公转涡旋件背侧的环形突起，以及其相互之间的环形密封组件(73)共同密封围成。

3.根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征是所述的压缩机外设置有排气导管(7)，排气导管一端通过上导气接头(6)与消音腔室相连通，另一端通过下导气接头(8)与排气腔室(42)相连通。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的涡旋式压缩机，其特征是所述的消音腔室与压缩室的排出口(65)相连通。

5.根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征是所述的非公转涡旋件背侧的背压腔室的面积比公转涡旋件背侧背压腔室的面积大。

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