CN1034751C - 旋转压缩机用叶片及旋转压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种供旋转压缩机使用的叶片，该叶片包括由50-98.5%(重量%)的氧化锆，1-49.5%(重量%)的氧化铝及0.5-10%(重量%)的稳定材料组成的烧结体。该稳定材料至少是一种从氧化镁、氧化钙、二氧化铈及稀土金属氧化物中选择的材料。烧结体的粒度小于3微米，烧结体中的氧化锆基本上由正方晶体结构或立方晶体与正方晶体的混合结构组成。

Description

旋转压缩机用叶片及旋转压缩机
本发明涉及一种可滑动的滑动件，更具体地说，涉及一用于旋转压缩机的叶片件以及使用这种叶片的旋转压缩机。
称为旋转压缩机的旋转式液体压缩机具有一缸体，在缸体中，有一作偏心旋转的滚子及一可作往复移动的叶片件。该叶片件在叶片导槽内通过弹性装置被强制性地与滚子的外表面相接触并且在滚子的运动影响下作径向移动，从而在该滚子旋转过程中始终保持与滚子外表面的接触。在压缩机缸体内，一个由缸体内表面围着的空间、滚子的外表面以及叶片件三者组成了一个压缩室。吸进压缩室的致冷剂随着滚子的旋转而被压缩，经压缩后的致冷剂随后被排出缸体之外。在叶片导槽内滑动并与滚子相接触的叶片件需要有高的耐磨性能。
近几年来，人们对空调器的功率有着种种不同的要求。为了满足这种要求，人们采用了一种变换器来连续驱动空调器的旋转压缩机及扩大压缩机的转速。旋转压缩机的旋转速度例如可以根据热负荷的不同而在1820r.p.m到7200r.p.m之间变化。然而，由于压缩机的连续运行及转速范围的扩大，叶片件与滚子以及叶片件和缸体之间的金属接触大大增加，叶片及滚子以及筒体的磨损相应增加，这导致旋转压缩机的压缩效率的降低或导致旋转压缩机的故障的发生。
日本专利特开昭61-36166揭示了一种旋转压缩机的滑动件，该滑动件包括作为基本组成部分的氧化铝及添加剂5-30％(重量％)的氧化锆或5-50％(重量％)的无机纤维材料。添加剂可以增加滑动件的抗弯强度，然而，该专利所揭示的滑动件在耐磨性能方面是不太令人满意的，特别是当压缩机使用HFC-R134致冷剂以代替R22致冷剂时更是如此。使用HFC-R134是因为HFC-R134的化学成份中不包含氯因而不会破坏臭氧层。
因此本发明的目的是提供一种用于旋转压缩机的改进的叶片件，此叶片件具有高的耐磨性能。
本发明的另一个目的是提供一种用于旋转压缩机的、具有高耐磨性能的叶片件，此叶片件可以减少与配合件例如旋转压缩机缸体和滚子之间的磨擦。
本发明的再一个目的是提供一种改进的、具有高耐磨性能叶片的旋转压缩机，它可以采用HFCR134作为致冷剂。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：
用于旋转压缩机的该叶片件包括由氧化锆和氧化铝组成的烧结体，该烧结体含有50-98.50％(重量百分比)氧化锆，1-49.50％(重量百分比)的氧化铝，其余则是0.5-10％(重量百分比)的稳定材料。烧结体的粒度低于3微米，稳定材料至少含有氧化镁、氧化钙，二氧化铈或稀士金属氧化物中的一种。烧结体中的氧化锆基本上是由正方晶体结构或立方晶体及正方晶体结构的混合物组成的。
一种旋转压缩机，包括一缸体，一在缸体内作偏心旋转的(圆筒形)滚子，一可在叶片导槽内作往复移动且被强制地与所述圆筒形滚子接触的叶片，该叶片由氧化锆和氧化铝组成的烧结体，该烧结体由50-98.5％(重量％)的氧化锆，1-49.5％(重量％)的氧化铝，其余为0.5-10％(重量％)的稳定材料。
阅读了下面对本发明较佳实施例结合附图所作的详细描述，本发明的这些及其他目的和优点将变得更为明显，其中：
图1是一旋转压缩机的截面图；
图2是图1所示旋转压缩机的缸体及叶片件的透视图；
图3是该叶片件的耐磨及抗弯强度的曲线图。
下面结合附图描述本发明的较佳实施例。如图1所示，一旋转压缩机10包括一横向安装的圆筒形外壳11。在外壳11内安排有一旋转压缩机构12和一电动机驱动机构13。旋转压缩机构12由电动机驱动机构13驱动。所述旋转压缩机构12包括一缸体14，缸体中延伸着旋转轴15。一凸轮16设在缸体14中旋转轴15的端部。该凸轮16的中心偏离旋转轴15的旋转中心。此外，还包括一滚子，该滚子固定在凸轮16的外壁上，因此，随着轴15的旋转，滚子在缸体14内作偏心旋转。
一叶片件18处于缸体14内的径向方向，叶片件的一端18a由于设置在叶片件18的另一端的弹性装置而被强制地与圆筒形滚子17的外表面相接触。从图2可清楚地看出，叶片18随着圆筒形滚子17的转动可往复地在一叶片导槽20内滑动。压缩室21由三者组成：一由缸体14的内表面围绕着的空间、圆筒形滚子17的外表面及叶片件18。通过吸管22吸入压缩室21的致冷剂随着圆筒形滚子17的旋转而受到压缩最后排出缸体14之外。排出管23与外壳相连用以把经过压缩的致冷剂排出到压缩机10之外。
下面叙述旋转压缩机的叶片件18的制作。
首先，制备并干燥含有氧化锆(ZrO2)，氧化铝(Al2O3)及稳定剂的金属粉末的混合物。较好的叶片件以重量计的百分比组成是：
ZrO2     50-98.5％(重量百分比)
Al2O3   1-49.5％(重量百分比)
稳定剂    0.5-10％(重量百分比)
以一适当的模制过程例如注塑成形法，橡胶模压法或模铸法将混合物模制成叶片件的形状。成形的叶片体脱除油脂后在炉中以1300℃-1700℃的温度加热一到三个小时以得到烧结的叶片体。如果需要的话，可对该烧结体进行一种称为HIP的热等压过程(法)，此热等压过程是在1300℃-1700℃的温度及具有10-100MPa的惰性气体气氛中进行的。这样就可得到具有立方及正方氧化锆晶体结构的叶片体。此烧结体的粒度低于3微米，容积密度大于95％。
曾利用上述工艺制作了具有不同氧化锆及氧化铝混合比例的种种叶片或工件。并且对各种工件都在旋转压缩机内的致冷剂气体R22压力为3MPa的情况下进行了测试。与该工件18配合使用的圆筒形滚子件是用含有Cr-Mo-Ni的铸铁合金制成的。图3是对叶片件的试验结果。图中曲线A是各工件在试验后测得的磨损量，这种磨损量是随工件中所含氧化铝的量的不同而有所不同的。从曲线A可知，当Al2O3/Al2O3+ZrO2(重量比)是30％时，磨损量最小。从图中乍一看似乎含60％(重量比)氧化铝的工件的也是可以被接受作为旋转压缩机的叶片件18的，然而如曲线B所示，工件的抗弯强度相对来说就比较低了。当Al2O3/Al2O3+ZrO2超过50％时，工件的抗弯强度就开始显著降低了。如上所述，叶片件18由弹性件19强制性地使之与圆筒形滚子17保持互相接触，而且是设计成在压缩机10运行时随着圆筒形滚子的转动而往复运动的。然而，由于在与叶片18的轴线基本上垂直的圆筒形滚子17旋转期间施加在叶片件18一端上的力的反作用力，叶片件有时会从圆筒形滚子弹跳开。这种弹跳会使叶片件18裂开。因此，叶片件的抗弯强度最好选择得在80kgf/mm2以上。由此得出氧化铝(Al2O3)的量应在1-49.5％(重量％)的范围之内。根据这一氧化铝的用量得出氧化锆(ZrO2)及稳定剂应该分别在50-98.5％(重量％)及0.5-10％(重量％)的范围内。如果要获得既有高耐磨性能又有最大抗弯强度的叶片则氧化铝的重量百分比最好在25％及30％(重量比)之间。按照本发明，叶片中具有立方晶体结构的氧化锆最好大于25％(重量比)。此外，稳定剂最好至少选用氧化镁，氧化钙，二氧化铈或稀土金属的氧化物如氧化钇中的一种。
日本专利特开昭61-36166A揭示了一种包含氧化锆添加剂以增加抗弯强度的氧化铝基叶片材料。该包含30％(重量比)氧化锆的叶片材料的抗弯强度是60kgf/mm2。这个数字比包含100％(重量比)氧化锆的叶片材料的抗弯强度大两倍。然而在该专利中没有提到叶片材料的磨损量，包含30％(重量比)氧化锆的叶片材料如果在上述类似条件下试验4000小时，将遭受到与其配合的材料所造成的3微米的磨损。由于氧化锆增加了叶片材料的抗弯强度因此可以用于通常的、转速固定而且间断运行的压缩机中，但是该专利所揭示的叶片材料如果用于连续运行且转速扩大的压缩机中那就不是很令人满意的了。
普通的叶片材料例如高速钢(JISSKH-51)或渗氮铬钢原来是供使用R22致冷剂及用酯类合成致冷油的压缩机使用的。如果压缩机改用HFC-R134致冷剂以后，估计由于叶片与配合金属部件例如压缩机的圆筒形滚子的旋转接触而产生烧上(burn-in)的可能性要大于使用R22致冷剂的压缩机，因为HFC-R134致冷剂的化学成份里不包含氯。而R22致冷剂中的氯是可以防止烧上的。对用HFC-R134及R22的压缩机，在上述类似条件下进行4000小时的对比试验的结果表明，本发明的叶片件具有良好的耐磨性能，即本发明的叶片件的磨损量在1微米以内而普通的钢叶片件的磨损量达到5微米以上。
如表1中所示，本发明的烧结叶片件的硬度(下面称为氧化铝-氧化锆叶片)的维氏硬度是Hv1500，该氧化铝-氧化锆叶片的表面硬度高于通常的渗氮铬钢的硬度，而且本发明的氧化铝-氧化锆叶片具有低的磨擦系数和高的熔点，因此具有很高的耐磨性。氧化铝-氧化锆叶片的密度(6g/cc)低于普钢(7.9g/cc)，且在旋转压缩机运行时产生较少的振动及燥声。氧化铝-氧化锆叶片的热膨胀系数是9×10-6〔1/℃〕，这一数值与铸铁或钢的热膨胀系数10×10-6〔1/℃〕相接近。
因此，本发明的氧化铝一氧化锆叶片是铸铁或钢圆筒形滚子或缸体的良好的配合件，因为在叶片和圆筒形滚子之间或叶片件与缸体之间不大可能产生间隙，从而防止了由间隙引起的压缩损失。
                                         表1
  维氏硬度(Hv)   摩擦系数     熔点(℃)     密度(g/cc)  热膨胀系数(1/℃)  抗弯强度(kgf/mm2)
氧化铝-氧化锆材料 1500 0.4 2300 6.0 9.0×10-6 100
渗氮铬钢     500      -     -      -   -     -
氮化硅     1400      0.8     2000      3.2   3.4×10-6     90
稳定氧化锆     1350      0.6     2700      6.0   9.0×10-6     30
稳定氧化铝 1800 0.8 2050 3.9 8.0×10-6 30
部分稳定氧化锆 1400 0.5 2700 5.9 9.0×10-6 100
钢     -      -     -      7.9   -     -
氮化硅是一种具有高耐磨性能的材料，然而，相对于铸铁或钢制的配合件来说，其热膨胀系数较低3.4×10-6〔1/℃〕，所以，氮化硅制的叶片件不是令人满意的叶片，因为当旋转压缩机的温度上升时会产生压缩损失。不用说，叶片件和圆筒形滚子或叶片件及缸体之间的热膨胀系数最好相等。
部分稳定氧化锆(PSZ)具有较高硬度的表面(维氏硬度Hv1500)，热膨胀系数为9×10-6〔1/℃〕，在这方面它与氧化铝-氧化锆叶片相类似，但是，当在200℃的较高温度下呆得太久时，部分稳定氧化锆会产生微小的裂纹，这种微小裂纹会导致叶片件本身的损坏，该微小的裂纹是由于氧化锆相变时的体膨胀引起的。而热稳定的氧化铝—氧化锆叶片不产生这样的微观裂纹。
如上所述，由于在旋转压缩机中有时会产生弹跳，所以叶片材料需要有一定的强度。本发明的氧化铝—氧化锆叶片具有100〔kgf/mm2〕的抗弯强度，它一数字高于全稳定的氧化锆材料的抗弯强度也高于全稳定的氧化铝的抗弯强度(30〔kgf/mm2〕)而与氮化硅的90〔kgf/mm2〕和部分稳定氧化锆〔100kgf/mm2〕相近。
综上所述，按照本发明可以获得具有高耐磨性能、高强度和热稳定的良好的叶片件。
在不超出本发明的范围的情况下，熟悉本技术领域的普通技术人员完全可以在本发明的基础上进行种种变化和改变，这类变化和改变拟落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于旋转压缩机的叶片件，包括由氧化锆和氧化铝组成的烧结体，其特征在于：
所述烧结体包括50-98.5％(重量百分比)的氧化锆，1-49.5％(重量％)的氧化铝，其余是0.5-10％(重量％)的稳定剂材料。
2.如权利要求1所述的叶片件，其特征在于，稳定剂材料至少是一种从氧化镁、氧化钙、二氧化铈和稀土金属氧化物选用的稳定材料。
3.如权利要求1或2所述的叶片件，其特征在于，所述烧结体的粒度小于3微米。
4.如权利要求3所述的叶片件，其特征在于，氧化锆基本上由正方晶体或立方晶体和正方晶体的混合结构组成。
5.如权利要求1或2所述的叶片件，其特征在于，氧化锆基本上具有正方晶体或立方晶体及正方晶体的混合结构。
6.一种旋转压缩机，包括一缸体，一在缸体内作偏心旋转的(圆筒形)滚子，一可在叶片导槽内作往复移动且被强制地与所述圆筒形滚子接触的叶片件，该叶片件包括由氧化锆和氧化铝组成的烧结体，其特征在于，
所述烧结体包括50-98.5％(重量％)的氧化锆，1-49.5％(重量％)的氧化铝，其余为0.5-10％(重量％)的稳定材料。
7.如权利要求6所述的旋转压缩机，其特征在于，稳定材料是至少一种由从氧化镁、氧化钙、二氧化铈或稀士金属的氧化物中选用的材料。
8.如权利要求6或7所述的一种旋转压缩机，其特征在于，所述烧结体的粒度小于3微米。
9.如权利要求8所述的一种旋转压缩机，其特征在于，所述氧化锆基本上由正方晶体结构或立方晶体和正方晶体的混合结构组成。
10.如权利要求6或7所述的旋转压缩机，其特征在于，所述氧化锆基本上由正方晶体结构或立方晶体及正方晶体的混合结构组成。
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