CN101988497B - 涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种通过使背压室和压缩室进行间歇连通来控制背压的涡旋压缩机。在使背压室和压缩室的连通回路的压缩室侧开口端仅设在旋转涡旋的涡盘齿的外侧压缩室时，不能充分对内侧压缩机供油，从而由于密封不足导致泄漏损失增大，润滑不足导致嵌合部件等异常磨耗发生。本发明解决了上述的问题，设有使背压室(29)和外侧压缩室(15a)间歇相通的第1回路、使背压室(29)和内侧压缩室(15b)间歇相通的第2回路、和与高压领域(30)及吸入室(17)连通的第3回路。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种可用于冷暖空调装置、冰箱等的冷却装置或者热泵式热水器等中所使用的涡旋压缩机。

背景技术

在现有的制冷空调或冷冻机械中所使用的涡旋压缩机中，一般都是通过呈涡旋状涡盘齿竖立在镜板上的固定涡旋和旋转涡旋互相咬合，在双方之间形成压缩室。旋转涡旋由自转限制机构进行自转限制，当旋转涡旋沿圆形轨道旋转时，压缩室一边发生容积变化一边发生移动，完成吸气、压缩、排气等操作。工作流体随着旋转涡旋的旋转被徐徐压缩，由于中心部形成高压状态，旋转涡旋上会作用上一个将其从固定涡旋上拉开的离反力。这样，旋转涡旋和固定涡旋之间会产生间隙，压缩过程中就会发生泄漏，从而引起压缩性能恶化。作为其解决办法，可以对设在旋转涡旋背面的背压室施加一个处于高压和低压之间的中间压力，从而可以防止旋转涡旋背离固定涡旋(其中的一例可参考日本专利公开公报2007-270697)。

图7为现有的涡旋压缩机中的压缩机构部的截面图，其在旋转涡旋3的镜板3b上设有从在压缩室14侧开口的压缩室侧开口端22c连通到在背压室12侧开口的背压室侧开口端22b的联络通路22。随着旋转涡旋3的旋转运动，压缩室侧开口端22c由固定涡旋2的镜板2b进行开闭，从而使联络通路22连通及关闭。通过这样的连通和关闭动作，背压室12的压力被维持在规定的中间压力上。

而且，伴随着旋转涡旋3的旋转运动，压缩室侧开口端22c在固定涡旋2的推压面及与吸入室连通的压缩室中周期性移动，从而可以对旋转涡旋3的外侧形成的压缩室进行间歇式供油，供油对压缩室起到密封作用，抑制了工作流体的泄漏，抑制压缩效率下降问题的发生。

但是，上述的现有技术并没有公开任何对背压室供油的技术。背压室设有以欧式联轴器为代表的自转限制机构，也就有必要用油进行润滑。通常是从油箱将油导至背压室进行供油。但是，由于油箱内的油处于高压状态，大量供油的话会导致背压室压力上升，会对旋转涡旋施加过大的背压。在施加的背压过大的场合下，会增大推力负载，从而产生性能恶化、可靠性下降的问题。

另外，由于使背压室和压缩室连通的回路中的压缩室侧开口端在旋转涡旋内侧形成的内侧压缩室上并没有开口，对内侧压缩室的供油非常困难，就可能产生由于工作流体的泄漏而使得压缩效率下降的情况。并且，在供油量过少的场合下，旋转涡旋和固定涡旋之间的润滑就会不足，嵌合部件等就会发生异常磨耗。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术中存在的上述问题而作出的，其目的在于提供一种能在施加适当背压的同时对压缩室供给适量的油，从而确保高可靠性、高效率的涡旋压缩机。

为了解决上述现有技术中的问题，本发明的涡旋压缩机中以涡旋状的涡盘齿竖立在镜板上的固定涡旋和旋转涡旋互相咬合，在固定涡旋和旋转涡旋的中间形成有压缩室，所述旋转涡旋的背面形成有由高压领域、及高压和低压之间的中间压领域构成的背压室，自转限制机构限制所述旋转涡旋沿圆形轨道在所定旋转半径内旋转，所述压缩室在容积变化的同时向中心方向移动，进行所述固定涡旋形成的吸入室吸入工作流体、压缩、排气等一系列动作，其特征在于：所述压缩室具有在所述旋转涡旋的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室和所述旋转涡旋的涡盘齿内侧形成的内侧压缩室，并设有与所述背压室和所述外侧压缩室间歇连通的第1回路、与所述背压室和所述内侧压缩室间歇连通的第2回路、和使所述高压领域及所述吸入室相连通的第3回路。

本发明的涡旋压缩机产生的技术效果为，在提供适当的背压的同时，可以向压缩室供给适当的油量，从而可以实现高效率·高可靠性，特别是对于二氧化碳等高压冷媒效果显著。

本发明的第1方案为，涡旋压缩机中以涡旋状的涡盘齿竖立在镜板上的固定涡旋和旋转涡旋互相咬合，在固定涡旋和旋转涡旋的中间形成有压缩室，所述旋转涡旋的背面形成有由高压领域、及高压和低压之间的中间压领域构成的背压室，自转限制机构限制所述旋转涡旋沿圆形轨道在所定旋转半径内旋转，所述压缩室在容积变化的同时向中心方向移动，进行所述固定涡旋形成的吸入室吸入工作流体、压缩、排气等一系列动作，其特征在于：所述压缩室具有在所述旋转涡旋的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室和所述旋转涡旋的涡盘齿内侧形成的内侧压缩室，并设有与所述背压室和所述外侧压缩室间歇连通的第1回路、与所述背压室和所述内侧压缩室间歇连通的第2回路、和使所述高压领域及所述吸入室相连通的第3回路。采用这种构成之后，既可以施加适当的背压防止增大推力负载，也可以通过对压缩室供给适当的油，在起到密封作用的同时，防止压缩过程中的泄漏和由润滑不足而导致嵌合部件等的异常磨耗。

本发明的第2方案的涡旋压缩机为，在第1方案的基础上，所述第3回路还设有节流部。这样，就可以控制吸入室的供油量，既防止了吸入热量导致的体积效率下降，也防止了由密封产生的压缩过程中泄漏的问题。

本发明的第3方案的涡旋压缩机为，在第1或2方案的基础上，还设有与所述高压领域和所述背压室相通的第4回路。这样，就可以控制流入背压室的油，施加适当的背压防止增大推力负载。

本发明的第4方案的涡旋压缩机为，在第1或2方案的基础上，所述第1回路的流通比率和所述第2回路的流通比率形成为大致相等。这样，旋转涡旋的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室和旋转涡旋的内侧形成的内侧压缩室可以得到均等的供油，可以有效的防止压缩过程中泄漏。

本发明的第5方案的涡旋压缩机为，在第1或2方案的基础上，所述旋转涡旋的构成材料比所述固定涡旋的热膨胀系数大，所述第2回路的流通比率形成为与所述第1回路的流通比率基本相等或以上。运转时旋转涡旋的热膨胀比固定涡旋相对较大，形成在内侧压缩室径方向上的间隙就会扩大，密封性就会下降。即使是在这种构成的情况下，也可以通过对内侧压缩室多供油，从而有效的防止了压缩过程中的泄漏。

本发明的第6方案的涡旋压缩机为，在第1或2方案的基础上，作为所述工作流体的冷媒为二氧化碳。二氧化碳与HFC冷媒相比压缩过程中压差更大，施加适当的背压防止增大推力负载，再供给适当的油，从而在确保高可靠性的同时，可以更有效的防止压缩过程中的泄漏。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中的涡旋压缩机的纵截面图，

图2为该实施例中的涡旋压缩机的压缩机构部的纵截面图，

图3为表示该实施例中的涡旋压缩机的固定涡旋和旋转涡旋的嵌合状态安排时间顺序排列的截面示意图，

图4为该实施例中的涡旋压缩机的第3回路的局部扩大截面图，

图5为吸入室的油供给量和功率系数的关系特性图，

图6为本发明的上述实施例中的涡旋压缩机的第1和第2回路和第4回路的连通状态图，

图7为现有涡旋压缩机中的压缩机构部的截面图。

附图中，12为固定涡旋，12b为涡盘齿槽，12c为涡盘齿槽底面，12d为凹部，12e为凹部，13为旋转涡旋，13c为涡盘齿上表面，13e为背面，14为自转限制机构，15为压缩室，15a为外侧压缩室，15b为内侧压缩室，29为背压室，30为高压领域，54为第4回路，54a为开口端(高压领域侧)，54b为开口端(背压室侧)，55为第1及第2回路，55a为开口端(背压室侧)，55b为开口端(压缩室侧)，56为第3回路，56a为开口端(高压领域侧)，56b为开口端(吸入室侧)，56c为节流部(截面积缩小)，56d为节流部(间隙)。

具体实施方式

下面参照附图来对本发明的一个实施例进行详细说明。需要指出的是，这样的实施例并不具有限定本发明范围的作用。

(实施例)

图1为本发明的一个实施例中的涡旋压缩机的纵截面图，图2为该涡旋压缩机的压缩机构部的纵截面图。下面对涡旋压缩机的工作情况和作用进行说明。

如图1、2所示，本发明的涡旋压缩机中的压缩机构2的构成为，密闭容器1内通过焊接或者热嵌入方式固定有曲轴4的主轴承部件11，主轴承部件11上用螺栓固定有固定涡旋12，与固定涡旋12嵌合的旋转涡旋13夹在曲轴4的主轴承部件11与固定涡旋12之间。另外，在旋转涡旋13和主轴承部件11之间设有防止旋转涡旋13自转并使之沿圆形轨道运动的自转限制机构14，自转限制机构14由欧式联轴器等构成。

通过曲轴4上端的偏心轴部4a对旋转涡旋13进行偏心驱动时，旋转涡旋13沿圆形轨道运动，固定涡旋12和旋转涡旋13之间形成的压缩室15一边从外周侧向中央部移动一边变小，从与密闭容器1相通的吸入管16和位于固定涡旋12的外围的吸入室17吸入的冷媒被进行压缩；冷媒气体在压缩到所定压力后将从固定涡旋12的中央部的排气口18顶开簧片阀19，排出到密闭容器内，这样的操作不断重复进行。

旋转涡旋13的涡盘齿上表面13c设为倾斜形状，这是根据运动中温度分布的测定结果从作为中心部的开卷端到作为外周部的末卷端慢慢升高齿片高度。这样可以吸收热膨胀的尺寸变化，防止局部滑动。

另外，旋转涡旋13的背面13e以密封部材78为边界在内周侧设置有高压领域30，在外周侧设有处于高压与低压之间的中间压的背压室29。通过在背面13e上施加上弹性压力，旋转涡旋13被稳定地压紧在固定涡旋12上，从而减少了压缩行程的泄漏，而且能稳定地进行圆形轨道运动。

曲轴4的下端设有油泵25，油泵25在压缩机运转过程中与涡旋压缩机同时被驱动。油泵25将密闭容器1底部设置的油箱20中的油6吸上来，并通过油过滤器除去异物后，经与曲轴4内连通的供油口26对压缩机构2进行供油。此时的供油压力与涡旋压缩机的排气压力基本相等，所以也形成了旋转涡旋13的背压源。这样，旋转涡旋13就不会与固定涡旋12时分时合，能够稳定地实现规定的压缩功能。

供油6中的一部分在供给压或自重的作用下，分别进入偏心轴部4a和旋转涡旋13之间的嵌合部66a、曲轴4和主轴承部件11之间的轴座部66b中，分别对其进行润滑后下落，返回到油箱20内。

另外，旋转涡旋13形成有回路55，该回路55的一个开口端55a处于背压室29，另一个开口端55b处于旋转涡旋13的涡盘齿上表面13c上。图3中示出了旋转涡旋13与固定涡旋12的嵌合状态，各图中的相位间隔90度。在图3所示的结构中，回路55的另一个开口端55b通过对在固定涡旋12的涡盘齿齿槽底面12c形成的2个凹部12d、12e周期性地开口，实现了第1回路55对凹部12d和第2回路55对凹部12e的间歇性连通。

图3的(B)状态为开口端55b在凹部12d中开口。在这一状态下，形成了在旋转涡旋13的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室15a和背压室29相连通的第1回路55，经过第1回路55可以从背压室29对外侧压缩室15a进行供油。(D)状态为开口端55b在凹部12e中开口，在这个状态下，形成了在旋转涡旋13的涡盘齿内侧形成的内侧压缩室15b和背压室29相连通的第2回路55，经过第2回路55可以从背压室29对内侧压缩室15b进行供油。与此相对，在(A)和(C)状态下，开口端55b在两个凹部12d、12e处都没有开口，也就不能从背压室29对压缩室15进行供油。由此，背压室29内的油6经第1和第2回路55被引导至外侧压缩室15a和内侧压缩室15b，从而防止了压缩过程中的泄漏。

另外，开口端55b的大小和位置、及2个凹部12d、12e的大小和位置被进行调整，使第1回路55的流通比率和第2回路55的流通比率大致等同。在这样的情况下，油6对旋转涡旋13的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室15a和旋转涡旋13的内侧形成的内侧压缩室15b能进行均等的供油，从而可以有效的防止压缩过程中的泄漏。

而且，构成旋转涡旋13的材料的热膨胀系数比固定涡旋12的大，例如旋转涡旋13为铝系金属，固定涡旋12为铁系金属。在这样的情况下，再调整开口端55b的大小和位置、及两个凹部12d，12e的大小和位置，从而使第2回路的流通比率和第1回路的流通比率大致等同。由于旋转涡旋13的热膨胀系数比固定涡旋12的相对大一些，形成在内侧压缩室15b的径方向的间隙就会大一些，密封性也会差一些，然而即使这样，由于可以对内侧压缩室15b多供给油6，从而可以有效地防止压缩过程中的泄漏。

另外，旋转涡旋13还形成有第3回路56，该第3回路56的一个开口端56a处于背面高压领域30，另一个开口端56b位于旋转涡旋13的涡盘齿上表面13c上。这里的第二个开口端56b在吸入室17中连续开口，从而可以从高压领域30对吸入室17进行供油。对旋转涡旋13的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室15a和涡盘齿内侧形成的内侧压缩室15b供给的油6大致均等，并与冷媒气体一起吸入，从而可以提高密封性，防止压缩过程中发生泄漏。

图4为本发明实施例中涡旋压缩机的第3回路的局部放大截面图。在本实施例中，第3回路56的纵方向一部分的通路截面积被缩小，形成节流部56c。此外，旋转涡旋13的涡盘齿上表面13c的开口端56b与吸入室17相连接的间隙也形成了另一个节流部56d。通过这样的节流部56c、56d可以对吸入室17的供油量进行控制。

图5为吸入室的油供给量和功率系数的关系特性图。从图5中可以看出，重量百分比2％以上、20％以下的油量对冷媒气体进行供给油6的话可以达到性能最大化。以此为由，油6过少会导致密封不足，增大压缩过程中的泄漏，而油6过多时，油6具有的热量会加热冷媒气体，导致冷媒密度下降，从而导致体积效率下降。也就是说，通过调整图4所示的节流部56c、56d，可以控制吸入室17的油6的供给量，从而控制吸入热量引起的体积效率下降，并防止由密封不佳产生的压缩过程中泄漏。

下面对在本实施例中的第1和第2回路55、第3回路56为何要分别形成的理由进行说明。其中，第1和第2回路55是对压缩过程中的压缩室15进行间歇供油的，第3回路56是对吸入室17进行供油的。间歇供油的第1和第2回路55的供油量由流通比率决定，该流通比率可通过调整开口端55b的大小和位置和2个凹部12d，12e的大小和位置而得。而第3回路56对吸入室17供油的供油量由高压领域30和吸入室的冷媒气体的压力差决定。

为确保压缩机的可靠性，要求不仅仅要在通常的运转条件下，在高负荷的运转条件下也要寻求嵌合部件不发生异常磨耗。高负荷运转条件下，旋转涡旋13被强压在固定涡旋12上，使其滑动变得困难，于是，通过加大高压领域30和吸入室17的冷媒气体压力差，从而使油6更多地供给吸入室17，进而更好的润滑嵌合部件等，防止异常磨耗。因此，通过分别控制第1和第2回路55和第3回路56的油6的供给量，可以防止正常运转状态下压缩过程中的泄漏，也可以防止高负荷运转时嵌合部件由于润滑不足导致的异常磨耗，从而实现了确保高可靠性、高效率的涡旋压缩机。

下面对使高压领域30和背压室29相连通的第4回路54进行说明。供入高压领域30中的油6的一部分经由在高压领域30设有开口端的第4回路54进入背压室29，对位于背压室29内的自转限制机构14的滑动部和推力滑动部进行润滑，同时通过背压室29对旋转涡旋13施加背压。对于背压室29的油量控制，首先将通过第4回路54经高压领域30进入背压室29的油量和通过第1和第2回路55经背压室29进入到压缩室15的油量进行比较，如果前者较多，背压室29会由于过剩的油6供给而导致压力上升，结果旋转涡旋13被施加了过剩的压力，以致增加了推力负载，造成了性能恶化、信赖性恶化的问题。在本实施例的压缩机中，由于设置了对流入背压室29的油6进行控制的第4回路54，而且旋转涡旋13的背面13e还配置有密封部材78，将高压领域30和背压室29隔开。这样，既防止了经高压领域30到背压室29的压力泄漏，流入背压室29的油也可以仅通过第4回路54进行控制。

以下对第4回路54的形成方法进行说明。本实施例涡旋压缩机的第4回路54在高压领域30和背压室29之间间歇地连通。具体来说，第4回路54的一个开口端54a对高压领域30常开，旋转涡旋13的背面13e形成的另一个开口端54b周期性地在高压领域30和背压室29之间来回移动。这样，就不会对背压室29供油过剩，从而可以防止背压异常上升。

另外，通过第4回路54经高压领域30进入背压室29的油6比通过第1和第2回路55经背压室29进入压缩室15的油6少的构成，也可以通过例如在第4回路54设置节流部(未图示)的方式来实现，这样可以实现同样的效果。

下面对第1与第2回路55和第4回路54的流通比率进行说明。图6为旋转涡旋13的全相位下的、第1与第2回路55和第4回路54的连通状态示意图。如图6所示，在旋转一周的范围内，第4回路54流通的区间跟第1、第2回路流通的合计区间设为相同或更长，这样，与背压室29的供油时间相比背压室29的排油时间会更长，也就不用担心背压室29压力异常上升。也就是说，不会对旋转涡旋13施加过剩背压，从而实现了提供一种高效率、高可靠性的涡旋压缩机。

另外，特别是形成旋转涡旋13的金属的热膨胀系数比固定涡旋12大的情况下，例如旋转涡旋13为铝系金属，固定涡旋12为铁系金属时，第4回路流通后，第2回路最好也要流通。由于旋转涡旋13比固定涡旋12的热膨胀系数大，旋转涡旋13的涡盘齿内侧形成的内侧压缩室15b在径方向上的间隙会扩大，造成密封性下降。但即使这样，在通过第4回路54对背压室29供油之后，马上通过第2回路将油6向内侧压缩室15b排出，即使第1和第2回路55的流通比率相同，第2回路55的油6也会多一些，从而可以有效地防止压缩过程中的泄漏。

最后，在工作流体采用高压冷媒如二氧化碳时，与HFC冷媒相比高压冷媒在压缩过程中差压更大，此时通过施加适当的背压防止增大推力负载，同时供给适当的油，可以在确保高可靠性的同时，有效地防止压缩过程中的泄漏。

综上所述，本发明的涡旋压缩机中设有与背压室和外侧压缩室间歇相通的第1回路、与背压室和内侧压缩室间歇相同的第2回路、和与旋转涡旋的背面的高压领域及吸入室连通的第3回路。采用这种构成之后，不但可以通过施加适当的背压防止增大推力负载，也可以通过对压缩室供给适量的油，在起到密封作用的同时，防止压缩过程中的泄漏和由润滑不足而导致的嵌合部件等的异常磨耗，从而可以提供一种确保高可靠性、高效率的涡旋压缩机。例外，工作流体也不限为冷媒，以空气、氦气为工作流体的涡旋压缩机、膨胀机等涡旋流体机械也同样适用。

Claims (6)

1.一种涡旋压缩机，其中以涡旋状的涡盘齿竖立在镜板上的固定涡旋和旋转涡旋互相咬合，在固定涡旋和旋转涡旋的中间形成有压缩室，

所述旋转涡旋的背面形成有由高压领域、及高压和低压之间的中间压领域构成的背压室，

自转限制机构限制所述旋转涡旋沿圆形轨道在所定旋转半径内旋转，所述压缩室在容积变化的同时向中心方向移动，进行所述固定涡旋形成的吸入室吸入工作流体、压缩、排气等一系列动作，其特征在于：

所述压缩室具有在所述旋转涡旋的涡盘齿外侧形成的外侧压缩室和所述旋转涡旋的涡盘齿内侧形成的内侧压缩室，并设有，

与所述背压室和所述外侧压缩室间歇连通的第1回路，

与所述背压室和所述内侧压缩室间歇连通的第2回路，

使所述高压领域及所述吸入室相连通的第3回路。

2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述第3回路还设有节流部。

3.如权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其特征在于还设有与所述高压领域和所述背压室相通的第4回路。

4.如权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述第1回路的流通比率和所述第2回路的流通比率形成为大致相等。

5.如权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述旋转涡旋的构成材料比所述固定涡旋的热膨胀系数大，所述第2回路的流通比率形成为与所述第1回路的流通比率基本相等或以上。

6.如权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其特征在于：作为所述工作流体的冷媒为二氧化碳。

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