CN102788016B - 氦用密闭式涡旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氦用密闭式涡旋压缩机。压缩室间的密封性的降低导致两压缩室内的压力上升比例(压缩线)不同，使得压缩室间的压力差(ΔP1)变大。若因此使得内部漏出量变大则内部压缩动力变大，其结果是压缩机输入也变大。另外，吸入过程中的体积效率降低而氦气流量降低。其结果是，存在压缩机的性能下降这一课题。因此，本发明的目的在于提高压缩机的性能。为了实现上述目的，本发明以使油注入用口和回旋外侧压缩室连通的第一回旋角度范围与油注入用口和回旋内侧压缩室连通的第二回旋角度范围成为大致相同的回旋角度范围的方式在固定涡盘部的齿槽底面设定油注入用口的开口部。

Description

氦用密闭式涡旋压缩机
技术领域
本发明涉及制冷·空调用的涡旋压缩机及氦用涡旋压缩机的整体结构。
背景技术
在专利文献1中公开了氦用涡旋压缩机中的现有的公知例。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2009-156234号公报
在专利文献1中，具备用于冷却工作氦气的喷油管贯通密闭容器而与设置在固定涡盘的镜板部上的油注入用口连接的油注入机构部。并且，向由回旋涡盘外侧曲线和固定涡盘内侧曲线形成的回旋外侧压缩室侧喷射的冷却用喷射油量与向由另一侧的回旋涡盘内侧曲线和固定涡盘外侧曲线形成的回旋内侧压缩室侧喷射的冷却用喷射油量成为不均匀的喷射量。即，注入的冷却用喷射油量未均等分配。
在图12中，如现有技术中的压力变化(Pi3、Pi4)的曲线所示，若向两压缩室8a、8b注入的喷射油量不均匀，则如图12所示，压缩室间的密封性下降导致两压缩室内的压力上升比例(压缩线)不同，压缩室间的压力差(ΔP1)变大。由此，内部漏出量变大而导致内部压缩动力变大，其结果是压缩机输入也变大。此外，在吸入过程中的体积效率降低而使氦气流量降低。其结果是，存在压缩机的性能下降这一课题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提高压缩机的性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种氦用密闭式涡旋压缩机，
其通过固定涡盘和与该固定涡盘啮合的回旋涡盘形成非对称卷板型的压缩室，且具备油注入机构部，该油注入机构部的喷油管贯通密闭容器且与设置在所述固定涡盘的镜板部上的油注入用口连接，在所述氦用密闭式涡旋压缩机中，
以使所述油注入用口和回旋外侧压缩室连通的第一回旋角度范围与所述油注入用口和回旋内侧压缩室连通的第二回旋角度范围成为大致相同的回旋角度范围的方式在所述固定涡盘部的齿槽底面设定所述油注入用口的开口部。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种氦用密闭式涡旋压缩机，
其通过固定涡盘和与该固定涡盘啮合的回旋涡盘形成非对称卷板型的压缩室，且具备油注入机构部，该油注入机构部的喷油管贯通密闭容器且与设置在所述固定涡盘的镜板部上的油注入用口连接，所述氦用密闭式涡旋压缩机的特征在于，
在所述油注入用口与回旋外侧压缩室连通的第一回旋角度范围为θ1、
所述油注入用口与回旋内侧压缩室连通的第二回旋角度范围为θ2、
所述回旋外侧压缩室的行程容积为Vth1、所述回旋内侧压缩室的行程容积为Vth2时，以使
θ1/θ2≈Vth1/Vth2
的方式在所述固定涡盘部的齿槽底面设定所述油注入用口的开口部。
【发明效果】
根据本发明，能够提高压缩机的性能。
附图说明
图1是表示立式的氦用密闭式涡旋压缩机的整体结构的一实施例的纵向剖视图。
图2是将油喷射机构部放大后的局部剖视图。
图3是固定涡盘5的俯视图。
图4是固定涡盘5的纵向剖视图。
图5是回旋涡盘6的俯视图。
图6是将两涡盘卷板组合后的剖视图(θs1)。
图7是将两涡盘卷板组合后的剖视图(θs2)。
图8是表示回旋角度与两压缩室的压力变化(压缩线)的图。
图9是表示油喷射用注入口结构例的固定涡盘5的俯视图。
图10是表示回旋角度和两压缩室的压力变化(压缩线)的图。
图11是表示油喷射用注入口结构例的固定涡盘5的俯视图。
图12是表示压缩室内压力与回旋角(度)的关系的图。
【符号说明】
1  密闭容器
1b  电动机室
1b1、1b2  空间
3  电动机部
3a  定子
3b  转子
5  固定涡盘
6  回旋涡盘
7 框架
8  压缩室
8a  外线室
8b  内线室
10  喷出口
14  旋转轴
14a  偏心轴
15  吸入口
17  吸入管
18a、18b  第一通路
20  喷出管
22、222、228  油注入用口
23  润滑油
25  第二通路
30  油取出管
30f、31f  节流部
31  喷油管
32  回旋轴承
38  欧式机构
40  主轴承
具体实施方式
以下，根据图1至图12详细说明本发明的一实施例。
在图1和图2中，说明工作氦气的流动和被喷射的冷却油的流动。使用于冷却氦气的喷油管31贯通密闭容器1的上盖2a而与设置在固定涡盘5的镜板部5a上的油注入用口22连接，该油注入用口22的开口部与回旋涡盘6的卷板6b的齿顶面对置开口。在密闭容器1内的成为吸入管17侧的上部收纳有涡旋压缩机构部，在下侧收纳有电动机部3。并且，密闭容器1内划分成喷出室1a和与喷出室1a隔着框架7的电动机室1b。
如图6和图7所示，涡旋压缩机构部通过使固定涡盘5和回旋涡盘6相互啮合而形成压缩室8(8a、8b)。固定涡盘5包括圆板状的镜板5a和竖立设置在镜板5a上的形成为渐开曲线(或与其近似的曲线)的卷板5b，在其中心部具备喷出口10，在外周部具备吸入口15。回旋涡盘6也包括圆板状的镜板6a、竖立设置在镜板6a上且与固定涡盘的卷板形成为同一形状的卷板6b、形成在镜板的卷板相反面上的凸台部6c。框架7在中央部形成有主轴承40，在该轴承部上支承有旋转轴14，旋转轴前端的偏心轴14a以能够回旋运动的方式插入上述凸台部6c。此外，固定涡盘5通过多根螺栓固定在框架7上，回旋涡盘6通过由欧式环及欧式键构成的欧式机构38支承于框架7，回旋涡盘6形成为相对于固定涡盘5不自转地进行回旋运动。
在旋转轴14上一体地连接设置有电动机轴14b，其直接连结电动机部3。在固定涡盘5的吸入口15通过贯通密闭容器1的上盖2a而连接有吸入管17，开设有喷出口10的喷出室1a经由框架7的外缘部的第一通路18a、18b与电动机室1b连通。该电动机室1b与贯通密闭容器中央部的壳体部2b的喷出管20连通。喷出管20设置在相对于上述通路18a、18b的位置为大致相反侧的位置。电动机室1b划分成定子3a的上部空间1b1和定子3a的下部空间1b2。以将该两侧的空间1b1、1b2连通的方式在电动机定子3a和壳体部2b内壁面2m侧之间形成有成为油和气体的流路部的通路25(25b、25c)。
此外，电动机气隙的间隙26也成为通路，空间1b1和空间1b2经由该间隙26连通。通过在这样的容器内部的电动机室1b内流动气体和冷却油的混合体，从而能够通过60℃～70℃的比较低温的喷射油进行对电动机的直接冷却。
在吸入管17与固定涡盘5之间设置有将高压部和低压部密封的O形密封圈53。此外，在回旋涡盘6的镜板的背面形成有由涡旋压缩机部2和框架7包围的空间即背压室36，经由贯穿设置在回旋涡盘的镜板上的细孔6d向该背压室36导入吸入压力Ps与喷出压力Pd的中间压力Pb，对回旋涡盘6赋予向固定涡盘5按压的轴向的方向的作用力。
润滑油23积存在密闭容器1的底部，该润滑油23通过设置在旋转轴14内的偏心孔13产生的离心泵效果向油吸起管27吸起并在旋转轴14内流动，从而向回旋轴承32供给。向该回旋轴承32供给而被排出的油落下到滚动轴承的主轴承40上并向框架下端部移动而被导向排出管74，由此返回底腔部2c的油积存部。另一方面，向所述回旋轴承32供给而被排出的油经由环状的密封环结构构成的密封机构85而向背压室36移动。
如图2所示，与密封机构85对置的回旋凸台端面部上具备小孔的槽孔58，该槽孔内的油通过回旋涡盘6的回旋运动间歇性地向背压室36侧排出。如此，移动到背压室36的油经由所述孔6d仅向涡盘卷板的外线室侧的压缩室8a注入并与压缩气体混合，然后与氦气一起向喷出室1a喷出。
在所述密闭容器1的底部设置有将该底部的润滑油23向设备外取出的油取出管30。积存在密闭容器1的底部的润滑油23在密闭容器1内的喷出压力Pd与所述压缩室8内部的压力Pi(Pi1、Pi2)的差压的作用下从油取出管30的流入部30a向该油取出管30内流出。需要说明的是，在该喷射用油出口部29的内部流路30f内部设置有与所述喷射配管侧的节流部机构31m同等口径的节流部机构30m。
对于喷油管31的周边结构在后说明，而在仅靠开口部22的前方的内部流路31f内设置有直径比该口部的口径do小的节流部机构31m。
如图3至图5所示，固定涡盘5包括圆板状的镜板5a和竖立设置在镜板5a上的形成为渐开曲线(或与其近似的曲线)的卷板5b，在其中心部具备喷出口10，在外周部具备吸入口15(15a、15b)。Ok为坐标中心点，Xk、Yk为坐标轴。点63和点64表示形成压缩室的最外周部的切点位置。回旋外侧压缩室(外线室)8a由回旋涡盘卷板外侧曲线661和固定涡盘卷板内侧曲线561形成。回旋内侧压缩室(内线室)8b由回旋涡盘卷板内侧曲线662和固定涡盘卷板外侧曲线562形成。成为固定涡盘卷板内侧曲线561的形成压缩室的最外周部的切点位置的点64相对于固定涡盘的外侧曲线的卷绕终点63具备使该固定涡盘内侧曲线的卷绕终点延伸最大到π(圆周率)rad而得到的涡盘卷板曲线。根据这样的卷板曲线，形成非对称卷板型的压缩室。以图7进行说明，非对称卷板型是指新月状的压缩室8a和8b所占的容积(换言之压缩室的平面面积)相同但压力不同的结构，在压力上成为非对称的关系。这即所谓的非对称卷板型涡旋压缩机。涡盘卷板卷绕结束角度也可以由渐开线展开角表示。
为了进行压缩机主体的冷却及氦气的隔热压缩时产生热的气体温度的降低而具备冷却用油喷射结构。该结构的油注入用口22作为单一的口而设置成比所述卷板齿槽部的中央部稍靠外侧。作为该口的孔径do，当所述涡盘卷板厚度为t时，设定为do＞t。即，构成为孔未被齿遮蔽。
22a是供节流部机构31f插入的圆形孔。设定在该固定涡盘部的齿槽底面5m的油注入用口的开口部22的中心位置22f相对于涡盘卷板卷绕终端部63、64位于按涡盘卷板卷绕角度计为大约1.5π(π：圆周率)的内周侧的位置。即，在图3中，Δλo≈1.5π。回旋外侧压缩室8a的行程容积Vth1和回旋内侧压缩室8b的行程容积Vth2为Vth1＞Vth2的关系，其比Vo＝Vth1/Vth2≈1.1～1.2左右。因此，使向两压缩室注入的冷却油量与向各压缩室(8a、8b)吸入的吸入气体流量(Vth1、Vth2)相对应地喷射对于冷却面来说更为有效。
为了获得该功能，如图4所示，口的孔径do的中心位置22f设置成比所述卷板齿槽部的中央部稍靠外侧，且稍靠固定涡盘内侧曲线561侧。具体而言，相对于卷板槽宽Dt而言，S2/Dt＝0.45～0.48左右。
在图5中，外侧曲线661形成至回旋涡盘6的卷板外周部端部6k，将点82a、点83a作为卷板卷绕结束角度。回旋涡盘6的卷板终端部6k的点82a与点83a通过圆弧半径R4平滑地连接。卷板始端部6n通过圆弧半径R5平滑地连接。贯通镜板6a的细孔6d在沿着回旋涡盘6的外侧曲线661的位置上设置有单数个。
图6表示回旋角位置θs1的状态，表示外线室8a的吸入行程结束时的固定涡盘5与回旋涡盘6组合的状态。此时，油注入用口22的开口部仅与外线室8a侧连通。
图7表示回旋角位置θs2的状态，表示内线室8b的吸入行程结束时的固定涡盘5与回旋涡盘6组合的状态。此时，油注入用口22的开口部仅与内线室8b侧连通。
图8表示使外线室8a的压力变化(Pi1)和内线室8b的压力变化(Pi2)进行按回旋角计为大致偏移πrad的压力变化的情况。回旋角位置θs1为外线室8a的压缩开始点，回旋角位置θs2为内线室8b的压缩开始点。
通过将上述油注入用口22的开口部设置在固定涡盘部的齿槽底面5m位置，从而如图8所示，能够使回旋外侧压缩室8a与上述油注入用口22连通的回旋角度范围θ1相对于回旋内侧压缩室8b与该油注入用口22连通的回旋角度范围θ2形成为如下连通角度范围，即，能够形成为以与回旋外侧压缩室的行程容积Vth1和回旋内侧压缩室的行程容积Vth2之比Vo＝Vth1/Vth2大致相等的比率设定得较大的连通角度范围。在图3的实施例的情况下，成为θ1/θ2≈1.1～1.2的关系。
在图8中，示出油注入用口22的开口部从外线室8a的成为吸入结束位置的回旋角θs1的跟前的θ5的角度量来实施油注入作用的情况。这种情况下，回旋涡盘卷板外周部的吸入室5f与油注入用口22仅以该θ5的角度量间断性地连通，从而实现吸入室5f内部的氦气的冷却。回旋角度范围θ6表示油注入用口22(或图9的口228)的开口部与两方的压缩室8a、8b同时连通的角度范围。如此，设定在上述固定涡盘部的齿槽底面上的成为油注入用口的圆形状的开口部22通过使该孔的中心位置相对于齿槽中央设定得靠外侧，从而调整与上述吸入室5f侧连通的角度范围θ5。
图9是使油注入用口的开口部的形状为沿径向延伸的长孔形状228的情况。从实用角度而言，长孔尺寸L7为卷板厚度t的2.5倍左右。尺寸L8设定为与卷板厚度t相等或其以下。通过调整长孔尺寸L7，从而能够设定长孔形状的油注入用口228与压缩室8a侧连通的回旋角θ1的范围。需要说明的是，通过设定成圆形孔22的情况下的do＞t的尺寸关系，及长孔形状228情况下的L7＞t的尺寸关系，从而所述油注入用口22、228与回旋内侧压缩室8b和回旋外侧压缩室8a的两侧连通。通过本结构的油喷射量的均等分配机构，喷射油的压力差(喷出压力Pd与压缩室内压力Pi1、Pi2的差压)的变动幅度相对较低，能够降低油喷射时的油冲击作用。并且，能够实现油喷射配管的振动降低以及配管应力的降低。进而，油喷射配管内部的流动音(脉动音)得以抑制而能够实现压缩机的噪音降低效果及上述的压缩机主体的振动降低。
图10、图11是作为油注入用口的开口部的形状形成为沿径向延伸的长孔形状222，且使该孔位置相对于图3、图9的位置进一步向内周侧移动约1/2π左右的情况的实施例。
图10表示实施例的图11中的两侧的压缩室8a、8b与油注入用口222连通的回旋角度范围θ3、θ4的情况。这种情况下，使回旋外侧压缩室8a与上述油注入用口222连通的回旋角度范围θ3和回旋内侧压缩室8b与该油注入用口222连通的回旋角度范围θ4成为同等的θ3≈θ4。从实用角度而言，形成为θ3≈θ4≈200度～230度的连通角度范围。图中的回旋角度范围θ7表示油注入用口222的开口部与两方的压缩室8a、8b同时连通的角度范围。
如图3、图9、图11的实施例的情况那样，作为实施例的特征在于，将设定在固定涡盘部的齿槽底面5m上的油注入用口22、222、228的开口部的中心位置相对于固定涡盘的卷板卷绕终端部63、64设定在靠内周侧按涡盘卷板卷绕角度计为约1.5π至2π的位置。即，以使涡盘卷板卷绕角度的范围成为Δλo＝1.5π～2π的关系的方式设定上述油喷射用口的开口部。
向油取出管30内流出的油通过外部油配管51到达油冷却器33，在此被适当冷却后，通过油配管52而经由喷油管31及油注入用口22向压缩室8(8a、8b)注入。如图2所示，设置对喷油管31内的压力和喷出室1a的高压部进行密封的O形密封圈48。
通过以上的结构，能够均匀地分配向回旋外侧压缩室(外线室)侧喷射的冷却用喷射油量和向另一侧的回旋内侧压缩室(内线室)侧喷射的冷却用喷射油量，能够实现冷却性的均匀化。如图12的本实施例的压力变化曲线(Pi1、Pi2)所示，通过向两侧的压缩室8a、8b的均等分配的油喷射功能，压缩室间的冷却油的密封性得以提高，相对于现有技术的压力变化曲线(Pi3、Pi4)成为低的压力上升比例(压缩线)。其结果是，对回旋角θs3下的压缩室内的压力值进行比较时，发现能够使相邻的外线室8a与内线室8b的压缩室间的压力差从现有技术的压力差ΔP1降低到本实施例的压力差ΔP2。该压力差的降低使得内部漏出量降低，并且压缩动力的降低效果及体积效率得以改善。其结果是，能够大幅提高压缩机的性能·效率。此外，向两侧的压缩室8a、8b均等配分的冷却油在两压缩室8内提高工作气体的冷却功能和密封功能，并且涡盘卷板前端部等滑动部的润滑能够均匀且有效地进行。需要说明的是，若压缩动力降低，则作用于轴承部等滑动部的载荷降低，因此压缩机的可靠性提高。另外，通过轴承载荷的降低，还有助于滚动轴承(40、64)的长寿命化。

Claims (9)

1.一种氦用密闭式涡旋压缩机，其通过固定涡盘和与该固定涡盘啮合的回旋涡盘形成非对称卷板型的压缩室，且具备油注入机构部，该油注入机构部的喷油管贯通密闭容器且与设置在所述固定涡盘的镜板部上的油注入用口连接，所述氦用密闭式涡旋压缩机的特征在于，
以使所述油注入用口和回旋外侧压缩室连通的第一回旋角度范围与所述油注入用口和回旋内侧压缩室连通的第二回旋角度范围成为相同的回旋角度范围的方式在所述固定涡盘的齿槽底面设定所述油注入用口的开口部，
所述非对称卷板型是指两个压缩室所占的容积相同但压力不同的结构。
2.根据权利要求1所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述开口部的中心配设为比所述齿槽底面的中央靠外侧。
3.根据权利要求1所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述开口部为沿所述固定涡盘的径向伸长的长孔形状。
4.根据权利要求1所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述第一回旋角度范围及所述第二回旋角度范围为200度～230度。
5.根据权利要求1所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述开口部的中心位置位于相对于所述固定涡盘的卷板卷绕终端部靠内周侧按卷绕角度计为1.5π～2π的位置。
6.一种氦用密闭式涡旋压缩机，其通过固定涡盘和与该固定涡盘啮合的回旋涡盘形成非对称卷板型的压缩室，且具备油注入机构部，该油注入机构部的喷油管贯通密闭容器且与设置在所述固定涡盘的镜板部上的油注入用口连接，所述氦用密闭式涡旋压缩机的特征在于，
在所述油注入用口与回旋外侧压缩室连通的第一回旋角度范围为θ1、
所述油注入用口与回旋内侧压缩室连通的第二回旋角度范围为θ2、
所述回旋外侧压缩室的行程容积为Vth1、所述回旋内侧压缩室的行程容积为Vth2时，以使
θ1/θ2≈Vth1/Vth2
的方式在所述固定涡盘的齿槽底面设定所述油注入用口的开口部，
所述非对称卷板型是指两个压缩室所占的容积相同但压力不同的结构。
7.根据权利要求6所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述开口部的中心配设为比所述齿槽底面的中央靠外侧。
8.根据权利要求6所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述开口部为沿所述固定涡盘的径向伸长的长孔形状。
9.根据权利要求6所述的氦用密闭式涡旋压缩机，其特征在于，
所述开口部的中心位置位于相对于所述固定涡盘的卷板卷绕终端部靠内周侧按卷绕角度计为1.5π～2π的位置。
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