CN102650289A - 涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡旋压缩机。为了使回旋涡盘的重心与镜板中心一致而设置的平衡孔部处的变形增大，涡旋压缩机的体积效率下降，课题在于实现高效率的压缩机。而且，在能够减小现有的平衡孔的结构中，压缩室与背压室或吸入室的密封性下降而泄漏增大，课题在于实现高效率的压缩机。一种涡旋压缩机，其具有：回旋涡盘，其具有竖立设置于台板的涡卷状的卷板；固定涡盘，其与该回旋涡盘的卷板相互啮合，且在卷板的内侧和外侧形成压缩室及吸入室，其特征在于，在从所述台板的重心朝向所述回旋涡盘的卷板的重心方向上，在所述台板的卷板相反侧设有圆弧状槽。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及涡旋压缩机，尤其是涉及回旋涡盘的结构。

背景技术

涡旋压缩机的回旋涡盘不进行自转而距曲轴中心一定的偏心距离进行公转运动。因此，在曲轴的回旋轴部产生与回旋涡盘的质量、重心位置、偏心距离、转速对应的离心力，该离心力使得曲轴上部向离心力方向(轴直角方向)弯曲。曲轴的弯曲会使回旋涡盘摆动，而产生回旋涡盘与固定涡盘的卷板侧面的碰触增大到必要以上的情况、或曲轴与轴承的接触压力发生偏斜的情况等，从而发生压缩机的效率下降、噪音的增大、磨损增大引起的寿命可靠性的下降等，对压缩机的性能造成坏影响。

因此，作为减小上述的离心力的一种方法，一直以来进行使回旋涡盘的重心与回旋镜板的中心一致的方法。在由例如渐开式曲线等构成的螺旋状的卷板形状中，通常重心与镜板中心不一致。

作为使重心的位置接近镜板中心的方法，例如专利文献1那样，有使卷板的涡卷中心朝着从镜板中心观察到的重心方向的反方向平行移动的方法。另一方面，作为卷板自身不变而使重心与镜板中心一致的方法，有通过切削回旋涡盘镜板的重心的相反侧来获得平衡的方法。然而，在后者的方法中存在因切削镜板而其强度下降这样的问题。

在压缩机运转时，由于从各压缩室、背压室等对回旋涡盘施加因制冷剂压力引起的载荷，而回旋涡盘产生与压力对应的变形。回旋涡盘的变形会影响卷板齿顶或侧面的间隙形状，由于间隙的不均匀性而从此处的制冷剂泄漏增大，从而使压缩机的体积效率下降。因此，回旋涡盘的变形量的减少与体积效率提高引起的压缩机的效率改善相关。

为了改善上述问题点，需要减少镜板的切削量。切削部越处于镜板外周侧越可以减少切削量，因此优选比卷板最外周更靠外侧切削。作为接近该想法的结构例，有专利文献2。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2008-133806号公报

【专利文献2】日本特开平08-028460号公报

作为使回旋涡盘的重心与镜板中心一致的方法，有使卷板的位置平行移动的方法或切削镜板而获得平衡的方法。

然而，前者的方法在以往的回旋涡盘的加工设备中有时无法应对，此时需要新导入大规模的设备等，存在无法容易执行的问题。因此，以后者的镜板的加工的方法为前提，以下，叙述其方法。

在以往的回旋涡盘中，在镜板设置本申请图2那样的平衡孔而进行重心对合。然而，如此在孔的底面积扩大且以直至压缩室的背面那样较大地设置于镜板的结构中，在平衡孔部处，不仅强度下降而变形量增大，而且因曲轴角而变形量自身发生变动，由此，向来自压缩室的制冷剂泄漏增大的方向起作用，存在变形增大这样的课题。

另外，从重心对合的方面出发，也考虑了在镜板的卷板侧面切削平衡孔的情况，但卷板侧镜板面起到对压缩室与背压室及吸入室之间的制冷剂泄漏进行密封的作用，卷板侧镜盘面的切削会减少制冷剂的密封面即回旋涡盘与固定涡盘的接触面积，压缩室内的制冷剂泄漏可能会增大。例如，在专利文献2中并未提及这种情况，但实际上，镜板的尺寸以轻量化或成本减少为目的，设计成能够充分确保密封性的最小的尺寸，削减该镜板卷板侧的结构会使确保的密封性下降，从该角度出发，实用上难以采用。只要能够改善这些点，就能够提高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率的涡旋压缩机。

本发明的目的通过如下的涡旋压缩机来实现：

该涡旋压缩机具有：

回旋涡盘，其具有竖立设置于台板的涡卷状的卷板；

固定涡盘，其与该回旋涡盘的卷板相互啮合，且在卷板的内侧和外侧形成压缩室及吸入室，

所述涡旋压缩机的特征在于，

在从所述台板的重心朝向所述回旋涡盘的卷板的重心方向上，在所述台板的卷板相反侧设有圆弧状的槽。

【发明效果】

根据本发明，能够提供一种高效率的涡旋压缩机。

附图说明

图1表示涡旋压缩机的结构。

图2是以往的回旋涡盘的背视图。

图3表示本发明中的第一实施方式的回旋涡盘结构。

图4表示本发明中的第一实施方式的回旋涡盘结构(立体图)。

图5表示回旋涡盘的重心轨道。

图6表示重心偏离对离心力的影响。

图7表示回旋涡盘镜板卷板侧的弦-外周间切削例。

图8表示回旋涡盘镜板卷板侧的圆弧状切削例。

图9表示固定涡盘的回旋涡盘镜板接触面。

图10是固定涡盘和回旋涡盘的铅垂剖视图。

图11表示压缩机效率的齿顶间隙依赖性。

图12表示回旋涡盘的镜板背面侧的应力分布。

图13表示平衡孔形状引起的回旋涡盘的变形量的比较。

图14表示回旋涡盘的夹层结构。

图15表示本发明中的第二实施方式(回旋涡盘)。

图16表示本发明中的第三实施方式(回旋涡盘)。

图17表示本发明中的第四实施方式(回旋涡盘)。

图18表示以往的框架的结构。

图19表示本发明中的第五实施方式(框架)。

【符号说明】

1涡旋压缩机

2密闭容器

2a壳体

2b盖室

2c底室

2d吸入管

2e喷出管

2f喷出压室

2g端面

3压缩机构部

4电动机

4a定子

4b转子

5固定涡盘

5c、6a卷板

5d、6b镜板

5e喷出口

6回旋涡盘

6c回旋轴承

6d平衡孔

6e、9b放射槽

6f外周槽

7曲轴

7a主轴

7b偏心部

7c供油通路

8螺栓

9框架

9a主轴承

9c圆周槽

11压缩室

12欧氏环

13润滑油

17下轴承

19弹簧

22阀芯

23平衡重

具体实施方式

以下，使用附图，说明本发明的实施例。

【实施例1】

以下，使用图1至图13，详细地说明本发明的第一实施方式。

使用图1，说明本发明的涡旋压缩机的基本结构。涡旋压缩机1具备：由竖立设置有涡卷状的卷板6a、5c的回旋涡盘6及固定涡盘5构成的压缩机构部3；驱动该压缩机构部3的电动机4；收纳该压缩机构部3和电动机4的密闭容器2。在密闭容器2内的上部配置压缩机构部3，在下部配置电动机4。并且，在密闭容器2的底部积存润滑油13。

密闭容器2在圆筒状的壳体2a上下焊接盖室2b和底室2c而构成。在盖室2b设有吸入管2d，在壳体2a侧面设有喷出管2e。密闭容器2的内部成为喷出压室2f。

压缩机构部3包括：在镜板5d上具有涡卷状的卷板5c的固定涡盘5；同样地在镜板6b上具有涡卷状的卷板6a的回旋涡盘6；利用螺栓8一体化于固定涡盘5而对回旋涡盘6进行支承的框架9。

在框架9具备将曲轴7支承为旋转自如的主轴承9a。在回旋涡盘6的下表面侧连结有曲轴7的偏心部7b。

在回旋涡盘6的下表面侧与框架9之间配置有欧氏环12，欧氏环12安装在形成于回旋涡盘6下表面侧的槽和形成于框架9的槽中。该欧氏环12发挥使回旋涡盘6不自转而接受曲轴7的偏心部7b的偏心旋转进行公转运动的作用。

电动机4具备定子4a及转子4b。定子4a通过压入及焊接等而紧固于密闭容器2。转子4b以可旋转的方式配置在定子4a内。在转子4b固定有曲轴7。

曲轴7具备主轴7a和偏心部7b，由设置于框架9的主轴承9a和下轴承17支承。偏心部7b相对于曲轴7的主轴7a偏心而一体地形成，且与在回旋涡盘6的背面设置的回旋轴承6c嵌合。曲轴7由电动机4驱动，偏心部7b相对于主轴7a进行偏心旋转运动，从而使得回旋涡盘6进行回旋运动。而且，曲轴7设有向主轴承9a、下轴承17及回旋轴承6c引导润滑油13的供油通路7c。

当回旋涡盘6经由被电动机4驱动的曲轴7而进行回旋运动时，制冷剂气体被从吸入管2d导向由回旋涡盘6及固定涡盘5形成的压缩室11，在此，制冷剂气体随着向涡盘的中心方向移动而被压缩且容积缩小。被压缩的制冷剂气体从设置在固定涡盘5的镜板5d的大致中央的喷出口5e向密闭容器2内的喷出压室2f喷出，从喷出管2e向外部流出。

图2表示以往的回旋涡盘的从背面侧(卷板相反侧)观察到的图。卷板6a以渐开式曲线为基本而构成，仅卷板的重心的位置位于比镜板中心靠螺旋外侧的卷绕结束侧的位置。因此，当平衡孔不存在时，回旋涡盘整体的重心也位于卷板卷绕结束的方向。

相对于上述现有例，图3、图4表示本实施例中的回旋涡盘6的形状。在该形状中，图2所示的镜板背面的两个圆形平衡孔被废止，取而代之，将背面最外周部作为沿外周切削成圆弧状的平衡孔6d。切削不贯通镜板面而从背面侧进行，且使其深度到达镜板侧面的槽的下表面位置。而且，其特征在于，不切削比形成在镜板相反侧的卷板靠内侧的部分，而切削从其外侧到最外周之间。关于切削的圆弧的长度和位置的详细情况，根据回旋涡盘的重心平衡来决定。以下，说明使用了本实施例的结构时的效果及其理由。

首先，说明重心从镜板中心偏离时的对压缩机的影响。图5中的上图表示从回旋涡盘6的齿顶方向观察时的以曲轴7中心为基准的回旋涡盘重心的旋转运动，下图表示利用回旋涡盘的铅垂剖面观察时的重心的旋转轴。虚线和实线的圆分别对应于重心从镜板中心偏离的情况和未偏离的情况。

作为接近于实际结构的值的一例，重心偏离的距离为距回旋涡盘的曲轴中心的偏心量的1/3。回旋涡盘的中心在由实线表示的圆轨道上旋转，而回旋涡盘自身不自转，因此来自实线圆的重心偏离始终为同方向、等距离，偏离的重心在虚线圆那样的圆轨道上运动。

将回旋涡盘的运动考虑作为位于重心的质点时，作用于回旋涡盘的离心力与距曲轴中心的距离成比例，因此离心力的曲轴旋转角依赖性成为图6所示那样的曲线图。在此，将无重心偏离的离心力为1时的离心力之比作为纵轴。在没有重心偏离时，离心力恒定，但在有重心偏离时，如虚线那样，离心力周期性地变动。

从如下的观点出发，离心力是否恒定的影响本质上不同。若离心力恒定，则通过设置图1的平衡重23，能够使作为整体的离心力相抵。然而，如图6虚线那样因重心偏离而离心力发生变动时，无法利用平衡重23使离心力相抵。因此向曲轴的负载也进行周期变动而弯曲，回旋涡盘在旋转中进行摆动而产生振动、噪音，固定涡盘5与回旋涡盘6的卷板间间隙的增大而引起体积效率下降，对压缩机造成坏影响。因此，为了压缩机的性能、噪音的减少等品质提高而将重心向中心进行修正非常重要，一直以来设置图2所示那样的圆形的平衡孔6d，进行重心对合。

除了图2所示的平衡孔6d以外，还考虑切削例如镜板6b的卷板侧来进行重心对合的方法。图7、图8是在分别切削由回旋涡盘镜板卷板侧的弦和外周包围的部分时，表示切除成圆弧状时的重心对合所需的切削形状。在此，图的螺旋状的单点划线表示由固定涡盘内线形成的包络线的一部分，压缩室形成在比该点划线的最外周靠内侧的位置。由此，无法切削至该单点划线内，无法获得图7、图8那样的形状。尤其是在如本实施例所示那样固定涡盘与回旋涡盘的卷板卷绕结束位置相同的非对称卷板中，因卷绕结束的吸入部而压缩室形成区域向外侧扩展，而且重心也位于卷绕结束侧，因此更难以确保充分的切削量。

图9表示固定涡盘5即斜线部与回旋涡盘6的接触面。比图7、图8的回旋涡盘6的单点划线最外周靠外侧的镜板6b因与固定涡盘的斜线部接触而起到对压缩室和背压室(吸入室)进行密封的作用，例如在单点划线的外侧，因切削镜板而制冷剂泄漏增大。另一方面，从轻量化、低成本化、低摩擦化等观点出发，回旋涡盘的镜板在能够确保密封性的范围内优选更小，因此，为了确保切削量而增大镜板整体的直径的情况伴随着各种难点。如以上所述，成为切削回旋涡盘镜板6b的背面侧的结构。

接下来，说明回旋涡盘6的变形对卷板间隙的影响、及来自间隙的制冷剂泄漏对压缩机效率的影响。图10是利用铅垂剖面表示固定涡盘5与回旋涡盘6的卷板的啮合的图。制冷剂的压缩在两个涡盘卷板啮合而形成的压缩室中进行。此时，在卷板齿顶齿底间或侧面间形成由油膜覆盖的微米级的间隙，并封入制冷剂。在此，当回旋涡盘镜板发生了变形时，齿顶间隙会发生变窄或变宽。齿顶间隙的距离存在适当值，若过大则制冷剂泄漏增大，体积效率下降，若过小则摩擦力增大，能量损失增大。而且，变形因旋转角而发生变动时，间隙宽度也发生变动而平均的制冷剂泄漏增多，导致体积效率的下降。

图11是对改变齿顶间隙时的压缩机的效率进行了模拟的图，相对于壳体1，在壳体2中形成为齿顶间隙均匀变窄的条件。从该结果可知，间隙的减少能提高体积效率，从而提高压缩机的效率。

接下来，说明用于使回旋涡盘的重心与中心一致且进一步减小变形量的结构。如图2所示，设有平衡孔6d的回旋涡盘容易变形认为是由于在平衡孔部6d中，镜板6b的壁厚变薄，因此会发生较大的变形。由此，为了减少变形量，而优选减少切削量。由于切削的目的在于取得重心平衡，因此通过切削距中心远的部位，能够以更少的切削量来使重心与中心一致。实际上，在上述的现有例和以下所示的本实施例的形状下来比较切削量时，在本实施例中，体积比减少至约66％。

另一方面，图12表示在完全不具备平衡孔6d的回旋涡盘的变形时，沿着图12的虚线A所示的回旋涡盘6背面侧表面的线上的应力分布的计算结果。应力随着从镜板6b中心侧朝向外周侧而减少，越外侧的应力的作用越弱。这种情况下，外周部处的应力成为中心侧的一半以下，即使考虑以相同形状进行切削，切削的位置为外周侧的情况也能抑制变形量。而且，如上所述，回旋涡盘的卷板侧镜板面起到对压缩室内的制冷剂进行密封的作用，因此切削优选对镜板的背面侧进行。

对上述说明进行整理的话，进行切削的区域在镜板背面侧且不使接近外周侧的部分贯通的结构作为改善重心、变形、制冷剂密封性的结构更适合。该结构作为本实施例，如图3、图4所示。

图13表示使用了数值变形解析的由平衡孔6d的有无或形状差产生的回旋涡盘6的齿顶方向变形量的比较曲线图。在此，将图2所示的设有两个以往的圆形平衡孔的结构作为现有例，其变形量为100％，废止了该平衡孔的未进行重心对合的结构的变形量为0％，而评价了用于重心对合的切削加工产生的变形量的增量。根据该评价法，在图3、图4所示的本实施例的结构中，得到了与以往相比变形量减少约8成，且与以往相比变形减少至23％这样的结果。如此用于重心对合的切削部的变形量减少的结果是，不仅一个旋转角的变形量减少，而且旋转角变化时的变形量的变动也得以抑制，重心对合使得旋转中的离心力均匀，且使得旋转中的回旋涡盘的变形均匀，从而实现重心平衡更良好的回旋涡盘。其结果是，改善压缩室与背压室及吸入室的制冷剂密封性，提高体积效率，能够实现高效率的涡旋压缩机。

【实施例2】

使用图14、图15，说明本发明的第二实施方式。

在涡旋压缩机1起动前，回旋涡盘6从固定涡盘5稍分离，镜板6b处于乘载于框架9的状态。当压缩机起动而背压室的压力上升时，回旋涡盘6因背压而浮起且与固定涡盘5相接。图中表示压缩机构部3的局部剖视图。如图14的B所示，回旋涡盘6的上下方向的移动因夹入固定涡盘5与框架9之间而得以抑制。

在实施方式1中，示出了以减少变形量为目的而将回旋镜板背面侧外周部切削成圆弧状的形状。在切削部中由于无法夹入回旋镜板，因此回旋涡盘6由其余的外周部夹入。如图14的B部所示，由于被固定涡盘5和框架9夹入时的间隙非常小，因此不会发生例如回旋涡盘6从固定涡盘5完全脱落而倾斜较大的情况。然而，若夹入回旋涡盘6的部分发生偏斜时，认为可能会发生微小的松动等。第二实施方式是用于改善这一点的形状。

图15表示本实施方式中的回旋涡盘背面侧的形状。在此，示出将在第一实施方式中设置的圆弧状的槽6d分割成两部分的形状。由此，切削部的一个弧的长度缩短，回旋镜板被夹入中间的非切削部处，能够进一步抑制回旋镜板的切削部的上下方向的移动。同样地，也可以考虑分割成三部分以上的结构。

如以上所述，能够进一步减少运转时的回旋涡盘的倾斜，体积效率提高，从而能够实现更高效率的涡旋压缩机。

【实施例3】

以下，使用图16，说明第三实施方式。

如图2所示，一直以来，平衡孔6d使用形成为圆形的结构。其尺寸为扩展至比卷板最外周靠内侧那样的浅且宽的结构。然而，若考虑回旋涡盘6的小变形化，则可以减小切削量，或更优选在应力更小的镜板外周侧(图10)设置平衡孔的结构。另一方面，将平衡孔形成为圆形的情况不需要对现有的平衡孔的加工设备进行大规模的变更，与形成为圆形以外的形状相比，能够更容易地进行制造。

基于以上的两点，第三实施方式中的回旋涡盘的结构如图16所示。平衡孔为圆形，以位于比卷板最外周靠外侧且尽可能靠外侧的方式，减小直径，在此将个数增加至5个。由此，采用圆形平衡孔这样现有的方式，且用于修正重心平衡的切削量减少，或对应力更小的位置进行切削，因此回旋涡盘的变形量减少，体积效率提高，能够实现更高效率的涡旋压缩机。

【实施例4】

以下，使用图17～图19，说明第四实施方式。

如上所述，为了减少回旋涡盘6的变形，而减少回旋涡盘的切削量的情况非常重要。另一方面，在回旋涡盘设有背面侧外周部的放射状的槽6e和镜板的侧面的槽，以便于防止旋转时对油造成压缩的情况。这是为了避免对油造成压缩而作成避让路为目的所设置的，因此只要能够形成同样的路径即可，不是非要在回旋涡盘设置槽。因此，考虑有取代废止这些槽而在框架侧设置同样的槽的结构。这是第四实施方式，图17表示回旋涡盘6，图18、图19表示现有例及本实施方式中的框架9。与图18所示的现有的结构相比，在图19所示的本实施方式的框架中追加了放射槽9b和圆周槽9c。这些槽关于镜板中心设置成点对称，因此不会发生将它们废止引起的重心平衡的变化。因此，相对于第一至第三方式的形状，若取代将上述的槽6e、6f废止而在该槽附近的框架侧设置同样的槽，则通过减少回旋涡盘6的切削量能够进一步减小变形，能够缩短回旋涡盘6与固定涡盘5的间隙而提高体积效率。因此，能够实现更高效率的涡旋压缩机。

如以上的各实施例那样，对于回旋涡盘，通过使重心与中心一致并将小变形的形状的切削部设置在镜板的外周且卷板相反侧，而提高压缩室中的制冷剂泄漏的密封性，从而能够提高体积效率。因此，能够实现高效率的涡旋压缩机。

Claims (10)

1.一种涡旋压缩机，其具有：

回旋涡盘，其具有竖立设置于台板的涡卷状的卷板；

固定涡盘，其与该回旋涡盘的卷板相互啮合，且在卷板的内侧和外侧形成压缩室及吸入室，

所述涡旋压缩机的特征在于，

在从所述台板的重心朝向所述回旋涡盘的卷板的重心方向上，在所述台板的卷板相反侧设有圆弧状的槽。

2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，

所述槽形成在比所述回旋涡盘的卷板靠外侧的位置。

3.一种涡旋压缩机，其具有：

回旋涡盘，其具有竖立设置于台板的涡卷状的卷板；

固定涡盘，其与该回旋涡盘的卷板相互啮合，且在卷板的内侧和外侧形成压缩室及吸入室，

框架，其固定于所述固定涡盘；

台阶部，其设置于所述框架，

通过所述台阶部和所述固定涡盘来夹入所述回旋涡盘，

所述涡旋压缩机的特征在于，

在从所述台板的重心朝向所述回旋涡盘的卷板的重心方向上，在所述台板的卷板相反侧设有槽，并在所述槽内设有与所述台阶部相对向的平面部。

4.根据权利要求3所述的涡旋压缩机，其特征在于，

设有多个所述平面部。

5.一种涡旋压缩机，其具有：

回旋涡盘，其具有竖立设置于台板的涡卷状的卷板；

固定涡盘，其与该回旋涡盘的卷板相互啮合，且在卷板的内侧和外侧形成压缩室及吸入室，

所述涡旋压缩机的特征在于，

在从所述台板的重心朝向所述回旋涡盘的卷板的重心方向上，在所述台板的卷板相反侧设有圆形的槽。

6.根据权利要求5所述的涡旋压缩机，其特征在于，

设有多个所述圆形的槽。

7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，

所述圆形的槽形成在比所述回旋涡盘的卷板靠外侧的位置。

8.一种涡旋压缩机，其具有：

回旋涡盘，其具有竖立设置于台板的涡卷状的卷板；

固定涡盘，其与该回旋涡盘的卷板相互啮合，且在卷板的内侧和外侧形成压缩室及吸入室，

框架，其固定于所述固定涡盘；

台阶部，其设置于所述框架，

通过所述台阶部和所述固定涡盘来夹入所述回旋涡盘，

所述涡旋压缩机的特征在于，

在从所述台板的重心朝向所述回旋涡盘的卷板的重心方向上，在所述台板的卷板相反侧设有槽，在所述台阶部设有油排出通路。

9.根据权利要求8所述的涡旋压缩机，其特征在于，

设有多个所述油排出用通路。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡旋压缩机，其特征在于，

所述回旋涡盘及固定涡盘的卷板是卷角相互错开约180度的非对称卷板。

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