CN103016341A - 涡旋式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡旋式压缩机。根据本发明，在转轴的偏心部与绕动涡旋盘的绕动涡卷沿径向叠置的轴贯穿式涡旋式压缩机中，当绕动涡旋盘与转轴之间的支承面积为A，绕动涡旋盘的端板面积为B时，A/B可形成为处于0.035-0.085的范围内，因此可以获得足够的体积比和索默菲德数，并减小压缩机的总体尺寸，由此减少压缩机中的摩擦损失和磨损。

Description

涡旋式压缩机

技术领域

本发明涉及涡旋式压缩机。

背景技术

涡旋式压缩机可包括具有固定涡卷的固定涡旋盘和具有绕动涡卷的绕动涡旋盘。涡旋式压缩机通过连续改变固定涡卷与绕动涡卷之间形成的压缩室的体积，同时绕动涡旋盘在固定涡旋盘上进行绕动，提供一种吸入和压缩制冷剂的方法。

此外，涡旋式压缩机连续执行吸入、压缩和排放，因此与其它类型的压缩机相比，其在操作过程期间产生的振动和噪声方面具有优异的特性。

在涡旋式压缩机中，性能特性由其固定涡卷和绕动涡卷的类型确定。固定涡卷和绕动涡卷可具有任意类型，但典型地具有能够被易于加工的渐开线形状。渐开线表示当松开围绕任意直径的基圆缠绕的线时、线的横截面绘制的轨迹对应的曲线。当使用这样的渐开线时，由于涡卷的厚度恒定，所以容量变化率恒定，因此应增大转数，以获得足够的压缩率水平，但是也可增大压缩机的尺寸。

另一方面，绕动涡旋盘典型地形成有盘形端板和位于端板侧面的绕动涡卷。此外，在绕动涡卷未形成在其上的后表面形成有凸台部，而且所述凸台部连接到转轴以使绕动涡旋盘绕动。这种形状可在端板的大体总面积上形成绕动涡卷，由此减小端板部的直径，以获得相同的压缩率。然而，与此相反，制冷剂的排斥力所施加的操作点和抵消排斥力的反作用力所施加的操作点沿轴向彼此远离，由此会造成在操作过程期间、当绕动涡旋盘倾斜时振动或噪声有所增大的问题。

作为解决这种问题的方法，已经公开了所谓的轴贯穿式涡旋式压缩机，这种类型是在与绕动涡卷相同的表面上形成转轴与绕动涡旋盘相互结合的情况。在这种压缩机中，排斥力的操作点和反作用力的操作点都施加在同一位置，由此解决绕动涡旋盘倾斜的问题。然而，当转轴以这样的方式延伸到绕动涡卷部时，转轴的端部位于绕动涡卷的中心部，因此只有当增大端板的直径时才能够获得预期的压缩比。结果，可以增大压缩机的尺寸。

典型地，为了将压缩机应用到空调器，吸入体积与排放体积的体积比（Vr）应确保等于或大于2.0，预测轴承可靠性的索默菲德数（Sommerfeldnumber,Sr）应确保等于或大于0.005。然而，在典型的轴贯穿式涡旋式压缩机中，转轴与绕动涡旋盘之间的轴承贯穿压缩部，因此可能难以确保在不增大压缩机的尺寸的情况下保持体积比（Vr）等于或大于2.0。即使这样，当轴承的尺寸被减小以确保体积比（Vr）时，索默菲德数也有所减小，由此造成轴承的可靠性降低同时产生固体摩擦的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够获得足够的体积比和索默菲德数并减小压缩机的尺寸的涡旋式压缩机。

为了实现本发明的目的，提供一种涡旋式压缩机，包括固定涡旋盘，具有固定涡卷；绕动涡旋盘，构造为具有与所述固定涡卷接合的绕动涡卷，以在其内表面和外表面形成第一压缩室和第二压缩室，并相对所述固定涡旋盘执行绕动；转轴，构造为在其端部具有偏心部，并且所述转轴与所述绕动涡旋盘结合，使得所述偏心部与所述绕动涡卷沿径向叠置；以及驱动单元，构造为驱动所述转轴，其中当所述绕动涡旋盘与所述转轴之间的支承面积为A，所述绕动涡旋盘的端板面积为B时，A/B形成为处于0.035-0.085的范围内。

此外，提供一种涡旋式压缩机，包括固定涡旋盘，具有固定涡卷；绕动涡旋盘，构造为具有与固定涡卷接合的绕动涡卷，以在其内表面和外表面分别形成多个压缩室，并相对固定涡旋盘执行绕动；转轴，构造为在其端部具有偏心部，并与绕动涡旋盘结合，使得偏心部与绕动涡卷沿径向叠置；以及驱动单元，构造为驱动转轴，其中在绕动涡旋盘处形成转轴结合部，以与转轴结合，与转轴结合部结合以形成偏心部的偏心轴承与转轴结合，转轴结合部的内周表面与偏心轴承的外周表面之间的支承面积除以绕动涡旋盘的端板面积的值处于0.035-0.085的范围内。

附图说明

附图被包括在内以提供对本发明进一步的理解，而且被并入和构成本申请的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

在图中：

图1是示意性示出根据本发明的实施例的涡旋式压缩机的内部结构的剖视图；

图2是示出图1所示的实施例中的压缩单元的局部剖视图；

图3是示出图2所示的压缩单元的立体分解图；

图4是示出在具有渐开线形状的绕动涡卷和固定涡卷的涡旋式压缩机中，第一压缩室和第二压缩室紧接吸入后和紧接排放前的平面图；

图5是示出具有另一渐开线形状的绕动涡卷和固定涡卷的涡旋式压缩机中的绕动涡卷的类型的平面图；

图6是示出通过另一包络线获得的绕动涡卷和固定涡卷的平面图；

图7是示出图6中的中心部的放大图；

图8是示出在图6所示的实施例中开始排放150°之前，绕动涡卷所处构造的平面图；

图9是示出从图6所示的实施例的第二压缩室开始排放的时间点的平面图；

图10是示出本实施例中以不同方式示出的支承面积与端板面积的示意图；以及

图11是示出图10所示的实施例中的支承面积除以端板面积之比、体积比与索默菲德数之间的关系的图。

具体实施方式

在下文中，将基于附图所示的实施例详细描述根据本发明的涡旋式压缩机。

参照图1，根据本实施例的涡旋式压缩机具有圆柱形壳体110，以及用于分别覆盖壳体的上部和下部的上外壳112和下外壳114。上外壳与下外壳被粘合到壳体，以便与壳体一起构成一个禁闭空间。

在上外壳112的上部设有排放管116。排放管116相当于压缩制冷剂排出到外部的路径，用于分离与排放的制冷剂混合的油的分油器（图中未示）可连接到排放管116。此外，在壳体110的侧向表面设有吸入管118。作为待压缩的制冷剂流经的路径，在图1中，吸入管118位于壳体110与上外壳112之间的边界表面，但该位置可任意设置。此外，下外壳114也可用作储油的油室，所述油被供给以便按有效方式操作压缩机。

作为驱动单元的电机120设置在壳体110的内部的大体中心部。电机120可包括固定到壳体110的内表面的定子122和位于定子122的内部以通过与定子122的相互作用而旋转的转子124。转轴126与转子124的中心相结合并与转子124一起旋转。

在转轴126的中心部形成油路126a，所述油路126a沿转轴126的长度方向延伸，在转轴126的下端部设有将储存在下外壳114中的油供应到其上部的油泵126b。油泵126b可具有在油路的内部形成螺旋凹槽或设置单独的叶轮的形状，并且可在其中设置单独的容积式泵（capacity type pump）。

在转轴126的上端部形成有插入固定涡旋盘上形成的凸台部（将稍后描述）的内部的直径扩大部126c。直径扩大部形成为直径大于其它部分的直径，并在直径扩大部的端部形成有与偏心轴承128（将稍后描述）一起构成偏心部的销部126d。偏心轴承128插入销部126d以构成偏心部，参照图3，偏心轴承128相对于销部126d偏心地插入，两者的结合部基于销部的中心非对称地形成为大体“D”形，使得偏心轴承128不会相对于销部126d旋转。

固定涡旋盘130安装在壳体110与上外壳112之间的边界部上。固定涡旋盘130被推动并以冷缩配合的方式固定在壳体110与上外壳112之间，或者通过焊接的方式与壳体110及上外壳112结合。

在固定涡旋盘130的底表面形成有供前述转轴126插入的凸台部132。在凸台部132的上侧表面（基于图1）形成有供转轴126的销部126d穿过的贯穿孔，因此，销部126d沿固定涡旋盘130的端板部134的向上方向穿过凸台部而伸出。

在端板部134的上部表面形成有与绕动涡卷（将稍后描述）接合而构成压缩室的固定涡卷136，并形成有容纳绕动涡旋盘140（将稍后描述）的空间部，在端板部134的外周部形成有贴近壳体110的内周表面的侧壁部138。在侧壁部138的上端部的内侧形成有绕动涡旋盘140的外周部放置在其上的绕动涡旋盘支撑部138a，绕动涡旋盘支撑部138a的高度形成为与固定涡卷136的高度相同，或稍小于固定涡卷的高度，因此绕动涡卷的端部能够与绕动涡旋盘的端板部的表面接触。

绕动涡旋盘140设置在固定涡旋盘130的上部。绕动涡旋盘140形成有大体环绕形（orbiting shaped）的端板部142以及与固定涡卷136接合的绕动涡卷144。在端板部142的中心部形成有可旋转地插入并固定到偏心轴承128的大体环绕形的转轴结合部146。转轴结合部146的外周部连接到绕动涡卷，以便在压缩过程期间，与固定涡卷一起执行形成压缩室的作用。

另一方面，偏心轴承128插入到转轴结合部146中，因此转轴126的端部插入通过绕动涡旋盘的端板部，而绕动涡卷、固定涡卷和偏心轴承128都设置成沿压缩机的径向相互叠置。在压缩期间，制冷剂的排斥力施加到固定涡卷和绕动涡卷，压缩力作为反作用力施加在转轴支撑部与偏心轴承之间。如上所述，当轴的一部分通过端板部而与涡卷沿径向重叠时，制冷剂的排斥力和压缩力施加到基于端板的同一表面，因此它们相互抵消。由此，可以防止绕动涡旋盘因压缩力和排斥力的作用而倾斜。

此外，尽管图中未示，在端板部142上形成有排放孔，因此压缩制冷剂可排放到壳体的内部。排放孔的位置可通过考虑所需的排放压力等而任意设置。

此外，在绕动涡旋盘140的上侧设有防止绕动涡旋盘旋转的十字滑环（oldham ring）150。十字滑环150可包括插入绕动涡旋盘140的后表面的大体环绕形环部152以及一对在环部152的侧表面上伸出的第一键154和第二键156。第一键154伸出的距离超出绕动涡旋盘140的端板部142的外周侧的厚度，而且第一键154插入在固定涡旋盘130的侧壁部138的上端和绕动涡旋盘支撑部138a上形成的第一键槽154a的内部。此外，在插入状态下，第二键156分别与在绕动涡旋盘140的端板部142的外周部形成的第二键槽156a结合。

这里，第一键槽154a形成为具有沿向上方向延伸的竖向部和沿左右方向延伸的水平部，第一键154的下侧端部总是维持在插入第一键槽154a的水平部的状态，但在绕动涡旋盘绕动期间，第一键154的沿径向的外侧端部形成为脱离第一键槽154a的竖向部。换言之，第一键槽154a与固定涡旋盘之间沿竖向联接，由此减小固定涡旋盘的直径。

具体地，在绕动涡旋盘的端板与绕动涡旋盘的内壁之间应确保尽可能对应环绕半径的间隙。如果十字滑环上的键与固定涡旋盘沿径向结合，那么固定涡旋盘上形成的键槽的长度应至少大于绕动半径，从而防止绕动过程期间十字滑环脱离键槽，并且这可能导致增大固定涡旋盘的尺寸。

与之相反，如在以上实施例中，如果键槽延伸到绕动涡旋盘中的端板与绕动涡卷之间的下部空间，则可以确保键槽有足够的长度并减小固定涡旋盘的尺寸。

此外，在以上实施例中，所有的键都形成在环部的侧表面，因此与在两侧表面分别形成键的情形相比，能够降低压缩单元沿轴向的高度。

另一方面，在壳体110的下部设有用于可旋转地支撑转轴126的下侧的下框架160，在绕动涡旋盘的上部分别设有绕动涡卷和用于支撑十字滑环150的上框架170。上框架170的中心设有孔，所述孔与绕动涡旋盘140的排放孔相通以将压缩制冷剂排放到上外壳的侧面。

图4是示出在具有渐开线形状的绕动涡卷和固定涡卷以及具有轴的一部分贯穿端板的结构的涡旋式压缩机中，压缩室紧接吸入后和压缩室紧接排放前的平面图。图4A是示出固定涡卷的内侧表面与绕动涡卷的外侧表面之间形成的第一压缩室的变化的视图，图4B是示出绕动涡卷的内侧表面与固定涡卷的外侧表面之间形成的第二压缩室的变化的视图。

在涡旋式压缩机中，当固定涡卷与绕动涡卷相互接触时产生的两个接触点之间生成压缩室，并且如果固定涡卷和绕动涡卷呈渐开线，如图4那样限定一个压缩室的两个接触点位于直线上。换言之，压缩室相对于转轴的中心转过360°而设置。

考虑到图4A中的第一压缩室的体积变化，位于外侧的紧接吸入后的压缩室的体积逐渐减小，同时因绕动涡旋盘的绕动而移动到其中心，因此在到达位于绕动涡旋盘的中心的转轴结合部的外周部时，压缩室的体积具有最小值。如果固定涡卷和绕动涡卷呈渐开线，则体积减小率随转轴的转角增大而线性减小，因此如果可能的话，压缩室应靠近中心而移动，从而获得高压缩比，但在转轴如上所述那样位于中心的情况下，压缩室仅能够移动到转轴的外周部。由此，压缩比有所减小，在图4A中的压缩比大约是2.13。

另一方面，与第一压缩室相比，如图4B所示的第二压缩室具有较小的压缩比，因此具有约为1.46的值。然而，在第二压缩室的情况下，当转轴结合部（P）与绕动涡卷之间的连接部形成为图5A所示的环绕弧形时，第二压缩室的压缩路径被延长，由此使压缩比增大到3.0的水平。在此情况下，第二压缩室在紧接排放前具有小于360°的范围。然而，这种方法不适用于第一压缩室。

因此，如果固定涡卷和绕动涡卷呈渐开线形状，第二压缩室能够获得预期的压缩比水平，但第一压缩室却不可以，因此，如果两个压缩室之间存在显著的压缩比差，将对压缩机的操作产生不良影响。

为了解决前述问题，固定涡卷和绕动涡卷可形成为除渐开线之外的其它曲线。参照图6和图7，当转轴结合部146的中心是“O”时，两个接触点分别是“P1、P2”，能够看到连接两个接触点（P1、P2）和转轴结合部的中心（O）的两条直线所限定的角度α小于360°，而且每个接触点间的垂直矢量之间的距离“l”的值大于“0”。由此，第一压缩室在紧接排放之前的体积小于固定涡卷和绕动涡卷形成为渐开线的情形的体积，由此增大压缩比。此外，图6中所示的绕动涡卷和固定涡卷具有其直径和起始点连接到多个不同环绕圆弧的构造，而最外部的曲线呈具有长轴和短轴的大体椭圆形。

此外，突出到转轴结合部146的侧面的突出部137在邻近固定涡卷的内侧端部形成，形成为从突出部突出的接触部137a另外形成在突出部137上。换言之，固定涡卷的内侧端部形成具有大于另一部分的厚度。由此，能够增强接收固定涡卷上的最高压缩力的涡卷的内侧端部的强度，由此增加耐久性。

另一方面，固定涡卷的厚度从位于如图7所示的排放起始时间点构成第一压缩室的两个接触点之间的内侧的接触点（P1）逐渐减小。具体地，形成邻近接触点（P1）的第一减小部137b和邻近第一减小部的第二减小部137c，第一减小部的厚度减小率大于第二减小部的厚度减小率。此外，固定涡卷的第二减小部之后的预定段的厚度增大。

此外，当固定涡卷的内表面与转轴的轴心（O’）之间的距离为DF时，DF因从P1沿逆时针方向（基于图7）移动而增加之后有所减小，其截面在图8示出。图8是示出开始排放150°之前、绕动涡卷的位置的平面图，当转轴从图8的构造进一步旋转150°时，绕动涡卷到达图6所示的构造。参照图8，接触点位于转轴结合部146的上侧，在图6的P1与图8的P1之间分段期间，DF先增大然后减小。

在转轴结合部146处形成与突出部接合的凹部145。凹部145的侧表面与突出部137的接触部137a接触，以便形成第一压缩室的侧接触点。当转轴结合部146的中心与转轴结合部146的外周部之间的距离为“Do”时，在图6的P1与图8的P1之间分段期间，“Do”先增大然后减小。同样地，在图6的P1与图8的P1之间分段期间，转轴结合部146的厚度先增大然后减小

此外，凹部145的侧壁可包括第一增大部145a，其厚度以较高的速率急剧增大，而且包括连接到第一增大部的第二增大部145b，其厚度以较低的速率增大。它们分别对应第一减小部和第二减小部。由于使包络线朝向转轴结合部弯曲，所以获得第一增大部、第一减小部、第二增大部和第二减小部。由此，构成第一压缩室的内侧接触点（P1）位于第一增大部和第二增大部，因此，能够通过在紧接排放之前减小第一压缩室的长度而增大压缩比。

凹部145的另一侧壁形成为环绕弧形。环绕弧的直径由固定涡卷的端部的涡卷厚度和绕动涡卷的环绕半径决定，而环绕圆弧的直径随固定涡卷的端部的厚度增大而增大。由此，环绕弧周围的绕动涡卷的厚度也有所增大，从而确保耐久性，而且压缩路径有所延长，因此具有增大第二压缩室的压缩比和增加延长的路径的优点。

这里，凹部145的中心部构成第二压缩室的一部分。图9是示出当从第二压缩室开始排放时绕动涡卷的位置，第二压缩室位于邻近图9的凹部的环绕形侧壁，当转轴进一步旋转时，第二压缩室的端部经过凹部的中心部。

另一方面，如上所述，为了将压缩机应用到空调器，吸入体积与排放体积之比（Vr）应确保等于或大于2.0，而索默菲德数（Sr）应确保等于或大于0.005，但是不增大轴贯穿式涡旋式压缩机中的压缩机的尺寸的情况下，难以满足该条件。然而，如图7所示，当绕动涡旋盘与转轴之间的支承面积为A而绕动涡旋盘的端板面积（包括支承面积）为B时，如果A/B形成为在0.035-0.085的范围内，则可以预期得到满足以上条件的结果。

图10是示出本实施例中以不同的方式示出的支承面积与端板面积的示意图，图11是示出轴承面积除以端板面积的值（在下文中为面积比）、体积比与索默菲德数之间的关系的图。如图所示，体积比具有索默菲德数与面积比成反比的关系。换言之，索默菲德数随体积比的增大而减小，然而在相同的面积比的情况下，体积比随索默菲德数的增大而减小。因此，为了确保适当的体积比和索默菲德数，优选确保图11所示的适当面积比（A/B）。当本实施例中面积比（A/B）被设计成维持0.035-0.085时，可以获得足够的体积比和索默菲德数，由此执行空调器所要求的压缩机性能，但不增大压缩机的尺寸又减少绕动涡旋盘与转轴之间的摩擦损失和磨损。

根据本发明的面积比可以统一地应用于所有的轴贯穿式涡旋式压缩机。

Claims (6)

1.一种涡旋式压缩机，包括：

固定涡旋盘，具有固定涡卷；

绕动涡旋盘，构造为具有与所述固定涡卷接合的绕动涡卷，以在其内表面和外表面形成第一压缩室和第二压缩室，并相对所述固定涡旋盘执行绕动；

转轴，构造为在其端部具有偏心部，并且所述转轴与所述绕动涡旋盘结合，使得所述偏心部与所述绕动涡卷沿径向叠置；以及

驱动单元，构造为驱动所述转轴，

其中当所述绕动涡旋盘与所述转轴之间的支承面积为A，所述绕动涡旋盘的端板面积为B时，A/B形成为处于0.035-0.085的范围内。

2.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其中在所述固定涡卷的内表面与所述绕动涡卷的外表面彼此接触时所产生的两个接触点（P1、P2）之间形成所述第一压缩室，而且

当分别连接所述偏心部的中心（O）和所述两个接触点（P1、P2）的两条线所成的夹角中具有较大值的夹角为α时，至少在开始排放之前α<360°。

3.如权利要求2所述的涡旋式压缩机，其中当所述两个接触点（P1、P2）间的垂直距离为l时，l>0。

4.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其中在所述绕动涡旋盘的中心部处形成有在其内部与所述偏心部结合的转轴结合部，而且

在所述固定涡卷的内端部的内周表面形成有突出部，在所述转轴结合部的外周表面形成有与所述突出部接触以构成压缩室的凹部。

5.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其中所述转轴包括：

轴部，连接到所述驱动单元；

销部，在所述轴部的端部与所述轴部同轴地形成；以及

偏心轴承，与所述销部偏心地结合，以便构成所述偏心部，

其中所述偏心轴承与所述转轴结合部可旋转地结合。

6.如权利要求5所述的涡旋式压缩机，其中所述销部形成为具有基于其中心非对称的形状。

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