CN1045162A - 流体压缩机 - Google Patents

Abstract

流体压缩机有与简体偏置的圆柱形回转体上有渐变螺距的螺旋状沟，活动地嵌在该沟中的螺旋状叶片将筒体与回转体间的空间分成多个工作室，使筒体与回转体相对回转、将从简体吸入侧到工作室的被压缩流体一面向筒体输出侧的工作室逐渐输送一面进行压缩，在支持简体和回转体两端部的两个轴承构件中由回转体端面分别隔出二轴承封闭空间，在吸入侧轴承内封闭空间中引入输出压的被压缩液体，在输出侧轴承内封闭空间中引入吸入压的被压缩液体。

Description

本发明涉及流体压缩机，例如，压缩冷冻循环的冷媒气体的流体压缩机。

作为压缩机，一向有往复式，旋转式等各种形式。可是，在这些压缩机中，将回转力传给压缩机部分的曲轴等驱动部分和压缩部分的结构都是很复杂的，并且，部件件数也很多。再说，先有的压缩机为提高压缩效率都需要在压缩机的输出侧设置止回阀。但是，这种止回阀两侧的压力差非常大，所以很容易从止回阀泄漏气体，因此而降低压缩效率。为解决这样的问题必须提高各部件的尺寸精度和装配精度，其结果是提高制造成本。

美国专利第2，401，189号和第2，527，536号中公开的螺旋泵备置有吸入端部和输出端部的圆柱形回转体。回转体被配置在套筒内，在该回转体的外圆面上有螺旋状的沟。同时，螺旋状的叶片嵌合在该沟中滑动自如。并由于驱动回转体回转而使关在回转体外圆面与套筒内圆面之间叶片的相邻两螺旋间隙里面的流体，从套筒的一端输送到另一端。

若采用这样结构的泵，运行中，在回转体上受推力作用，使回转体与轴承之间的摩擦增大，从而存在泵效率降低的问题。这类泵中，若采用美国专利第2，527，536号所公开的泵，由于将两个转子相对配置而使作用于回转体的推力得以平衡。可是，即使在这样的结构中，也存在部件件数多、结构复杂的问题。

这样，在先有的结构中，为了防止发生作用到回转体上的推力，就会导致部件件数增加和结构复杂化等问题。

鉴于以上各点，本发明的目的是提供一种既能够用比较简单的结构来防止发生作用到回转体上的推力，同时又能够实行高效率压缩的流体压缩机。

为完成上述目的，本发明的压缩机备置有：具有吸入侧端和输出侧端的筒体;在回转自如地支持着上述筒体吸入侧端的同时、气密地封闭了吸入侧端的第一轴承;在回转自如地支持着上述筒体输出侧端的同时、气密地封闭了输出侧端的第二轴承;在筒体内以部分与筒体内圆面接触的状态、对筒体可能相对回转地、沿筒体的轴向且偏心设置的圆柱形的回转体，该回转体具有：回转自如地支持在上述第一轴承上的吸入侧端部和回转自如地支持在上述第二轴承上的输出侧端部，以及在其外周面上形成的螺旋状伸长了的沟，该沟的形状为：螺距从上述筒体的吸入侧端向输出侧端逐渐变小;沿上述筒体径向滑动自如地嵌合在上述沟内、同时具有与上述筒体的内圆面贴紧着的外圆面、将上述筒体的内圆面与回转体的外圆面之间的空间区分成多个工作室的螺旋状叶片;使上述筒体和回转体相对进行回转、将从筒体的上述吸入侧端流入上述工作室的流体依次向筒体输出侧的工作室输送，并从筒体的输出侧端输出到外部的驱动装置;将比从上述筒体吸入侧端所输入流体的压力还要高的压力给与上述回转体吸入侧端的第一压力施加装置;以及将比从上述筒体输出侧端所输出流体的压力还要低的压力给与上述回转体输出侧端的第二压力施加装置。

若采用上述结构的本发明的流体压缩机，就能够谋求用简单的结构来降低作用到回转体上的推力并减少摩擦力。

图1至图8表示有关本发明一实施例的流体压缩机，

图1表示上述压缩机全体的剖面图，

图2表示回转体的侧面图，

图3为叶片的侧面图，

图4为上述压缩机的压缩部分的部分断裂侧面图，

图5为图4V-V线的剖面图，

图6A至6D分别表示冷媒气体的压缩过程的图;

图7A至7D分别表示在上述压缩行程中、筒体与回转体间相对位置的剖面图，

图8概略表示压缩动作时作用到各部分的压力状态的剖面图;

图9和图10表示有关本发明另一实施例的流体压缩机，

图9表示上述流体压缩机的部分剖面图，

图10为表示轴承支持机构的分解透视图。

下面参照附图，对本发明的实施例进行详细的说明。

图1示出压缩冷冻循环的冷媒的封闭式压缩机中应用本发明的实施例。

压缩机备置有密闭式外壳10、配置在该外壳中的电动机12和压缩部分14。电动机12具有固定在外壳10内面的略呈环状的定子16和设置在定子内侧的环状转子18。

如图1和图4所示，压缩部分14有筒体20，转子18固定在该筒体的外圆面上，与筒体同心。筒体20的两端依靠分别固定在外壳10内面的轴承21、22，回转自如地得到支持并同时受到封闭。筒体20的右端，亦即吸入端，回转自如地配合在轴承21的外圆面21a上，筒体的左端，也即输出端，回转自如地配合在轴承22的外圆面22a上。因此，由于轴承21、22的缘故筒体20及固定于其上的转子18，都得到支承，并与定子16同心。

在筒体20内部，沿筒体的轴向配置有直径比筒体内径小的圆柱形回转杆24。回转杆24的中心轴A与筒体20的中心轴B的偏心距离为e，同时其外圆面的一部分与筒体的内圆面接触。

如图2所示，回转杆24具有分别从其吸入端面和输出端面突出的圆柱形滑动部分24a、24b，与回转杆24构成一体。这些滑动部分24a，24b，直径比杆24小，且与杆同心。而且，滑动部分24a和滑动部分24b分别回转自如地插入在贯穿轴承21的轴承孔21b和贯穿轴承22的轴承孔22b之内。这些轴承孔21b、22b相互同心、同时，与筒体20的中心轴偏心距离为e。因此，杆24依靠轴承21、22回转自如地支持在与筒体20相距的规定位置上。还有，杆24的两端面从分别与轴承21、22的端面相距一既定的间隔。

在轴承孔21b内由外壳10的内面和杆24的滑动部分24a的端面规定了第一封闭空间23。同样，在轴承孔22b内由外壳10的内面和滑动部分24b的端面规定了第二封闭空间25。再者，第一封闭空间23通过在轴承21上的输出压力引入孔19，与外壳10的内部空间连通，该引入孔与空间23一起构成后述的第一压力施加装置。

如图8所示，滑动部分24a、24b的横断面积As、Ad之和设定为大体等于筒体20内孔的横断面积Ac。即，筒体20的横断面积Ac与吸入侧滑动部分24a的横断面积As和输出侧滑动部分24b的横断面积Ad之间成立Ac＝As+Ad的关系。

如图1和图4所示，在回转杆24的吸入侧端部外圆面上形成配合沟26，从筒体20的内圆面所突出的驱动销28插入该配合沟内，沿着筒体径向进退自如。因此，如果使电动机12通电、筒体20与转子18一体进行回转时，筒体的回转力通过销28就传送给回转杆24。其结果是由于杆24的一部分与筒体20的内圆面处于接触的状态，使杆24在筒体内也进行回转。

如图1和图2所示，在回转杆24的外圆面形成延伸在杆两端间的螺旋状的沟30。而且，从图2可清楚看到，沟30的螺距是按从筒体20的右端向左端，亦即，从筒体的吸入侧向着输出侧逐渐变小的形式而构成的。在该沟30中嵌合了图3所示螺旋状的叶片32。叶片32的厚度t大体上与沟30的宽度相一致，叶片的各部分都构成为相对于沟30沿回转杆24的径向进退自如的。同时，叶片32的外圆面以与筒体20的内圆面贴紧的状态在筒体内圆面上进行滑动。该叶片32是用聚四氟乙烯等的弹性材料构成的，利用其弹性用拧入沟30的办法而装进沟内。

又，如图1和图4所示，筒体20的内圆面和杆24的外圆面之间的空间，由叶片32隔开成多个工作室34。各工作室34是由叶片32的相邻两螺旋间隙所规定的，如图5所示，沿着叶片从杆24与筒体20的内圆面间的接触部分到下一个接触部分为止约呈延伸的月牙形。而且，工作室34的容积随着从筒体20的吸入侧向着输出侧进展而逐渐变小。

在回转杆24内形成沿杆的中心轴A延伸的吸入压力引入通路35。引入通路35的一端开口在输出端侧的滑动部分24b的端面上，与第二封闭空间25连通，另一端开口在杆的吸入侧端部外圆面上，与筒体吸入端头端的工作室34a连通。引入通路35与第二封闭空间25一起构成了后述的第二压力施加装置。在支持筒体20的吸入侧端部的轴承21中，形成了沿筒体20的轴向延伸的贯穿吸入孔36。该吸入孔36的一端在筒体20的吸入侧端内开口，其另一端则连接着冷冻循环的吸入管38。同时，在支持筒体20的输出端的轴承22中，形成了沿筒体20的轴向延伸的排气孔40。排气孔40的一端在筒体20的输出端内开口，其另一端则在外壳10内部开口。另外，在外壳10的底部积存了润滑油41。还有，排气孔40也可以形成在筒体20中。

图1中，标号46表示与外壳10内部连通着的排气管。

下面，对如上结构的压缩机的动作进行说明。

首先，电动机12一经通电，转子18就回转，与转子一体的筒体20也回转。同时，回转杆24由于其外圆面的一部分与筒体20的内圆面处于接触状态也被驱动而回转。杆24与筒体20间的这种相对回转运动，是由销28和配合沟26所构成的限定装置保证的。然后，叶片32也与杆24一体地进行回转。

由于叶片32是以其外圆面与筒体20的内圆面接触而进行回转的，所以叶片32的各部分，随着杆24的外圆与筒体20的内圆面的接触部分靠近而塞进沟30内，随着接触部分离开而移向走出沟的方向。同时，压缩部分14一进行工作，通过吸水管38和吸入孔36，冷媒气体就吸入筒体20。该气体首先关闭在筒体20中位于吸入侧端头的工作室34a里面。然后，如图6A至6D所示，随着回转杆24的回转，上述气体以关闭在叶片32的相邻两螺旋间隙里面的状态，逐渐输送到排出侧的工作室34。而且，由于工作室34的容积随着从筒体20的吸入侧向输出侧进展而逐渐变小，所以冷媒气体在向输出侧输送的过程中逐渐得到压缩。然后，经压缩的冷媒气体从轴承22中的排气孔40排到外壳10内进一步通过排气管46返回到冷冻循环内。再者，上述压缩动作期间，筒体20与回转杆24间的相对位置的变化如图7A至7D所示。

如图4和图8所示，上述压缩动作期间，工作室34a中所吸入冷媒气体的一部分，通过吸入压力引入通路35流入排出侧的轴承22内所规定的第二封闭空间25中。因此，在回转杆24的滑动部分24b的端面上，有冷媒气体的吸入压力Ps起作用，随着该吸入压力的作用，回转杆上就有从其输出侧向吸入侧方向的推力作用。

同样，从被加压的筒体20排出到外壳10内的一部分冷媒气体，通过在吸入侧轴承21中所形成了的输出压力引入通路19流入第一封闭空间23。因此，在回转杆24的滑动部分24b的端面上，有冷媒气体的输出压力Pd起作用，随着该输出压力的作用，回转杆上就有从其吸入侧向输出侧方向的推力作用。

回转杆24的吸入侧端面吸叶片32之内面对工作室34a部分的侧面上，有已输入工作室34a的冷媒气体的吸入压力Ps在起作用。因此，随着吸入压力Ps的作用，回转杆上就有从其吸入侧向输出侧方向的推力在进行作用。再，在叶片32之内、面对着筒体20中位于最靠近输出侧的工作室34b部分的侧面及回转杆24的输出侧端面上，有在筒体20内已被加压的冷媒气体的输出压力Pd在起作用。从而，由该输出压力Pd而导致在回转杆24上有从输出侧向吸入侧方向的推力在起作用。

此外，由于将回转杆24滑动部分24a、24b的横断面积As、Ad之和设定成与筒体20内孔的横断面积Ac相等，所以对回转杆来说，从吸入侧作用的推力与来自输出侧作用的推力就形成平衡状态。即，来自吸入侧作用的推力Ss和来自输出侧作用的推力Sd分别可以下式来表示。

Ss＝Ps·（Ac-As）+Pd·As    ……（1）

Sd＝Pd·（Ac-Ad）+Ps·Ad    ……（2）

而推力Ss、Sd之差就成为

Ss-Sd＝PsAc-PsAs+PdAs-PdAc+PdAd-PsAd，若将其归纳则可以下式来表示。

Ss-Sd＝（Pd-Ps）·（Ac-As-Ad）    ……（3）

此处，如上已说明的，由于设定各部分的横断面积Ac＝As+Ad，所以Ac-As-Ad＝0，若将此代入（3）式，则可得到

Ss-Sd＝0

这样，作用到回转杆24的推力Ss，Sd相互间的大小都是相等的。而且，由于这些推力的作用方向是彼此相反的，所以互相抵销，其结果是，对回转杆作用的推力实际上变成零。

若采用如上结构的压缩机，在回转杆24上所形成的沟30是按从筒体20的吸入侧向输出侧逐渐减小螺距的形式而构成的。亦即，依靠叶片32而区分的工作室34，是按向输出侧逐渐减小容积的形式而构成的。因此，使通过工作室34的冷媒气体，能够在从筒体20的吸入侧往输出侧输送的过程中将其进行压缩。并且，由于冷媒气体是以关在工作室34里面的状态一边输送一边进行压缩的，所以即使在压缩机的输出侧不设排出阀的情况下，也能够变效率地压缩气体。

由于可省略排出阀，所以就能图谋使压缩机的结构简化并削减备件件数。另外，由于电动机12的转子18是依靠压缩部分14的筒体20支持着的，所以无需设置为支持转子专用的回转轴和轴承等。因此，使压缩机的结构有可能得到更进一步的简化并削减部件件数。

还有，在按照使回转杆24的滑动部分24a及24b的横断面积之和与筒体20的内孔的横断面积相等的条件下设定各部分尺寸的同时，依靠吸入压力施加装置将冷媒气体的吸入压力加到输出侧的滑动部分24b的端面上，同时，依靠输出压力施加装置在吸入侧的滑动部分24a的端面上加上了冷媒气体的输出压力。据此不管冷媒气体吸入压力和输出压力的大小，都能够使来自吸入侧和输出侧作用到回转杆24的推力平衡。从而，可大幅度减少回转杆24与轴承21、22之间的摩擦，其结果是能够提高压缩机的运转效率。而且，在压缩部分14内无需设置滚珠轴承等的推力轴承，可图谋减少部件件数和简化结构。

筒体20与回转杆24以彼此按同一方向回转的状态相互接触着。因此，这些构件间的摩擦很小，可各自圆滑地回转，其结果是振动和噪音等也很少。

压缩机的输送容量是根据叶片32的最初螺距，即，位于筒体20的吸入端侧的工作室34a的容量所确定的。若采用本实施例，叶片32的螺距是从筒体20的吸入侧向输出侧逐渐减小。因此，将与本实施例具有同样圈数，而且在回转杆的全长范围具有等螺距的叶片的场合进行比较，按照本发明的叶片其最初的螺距就取得较大，其结果是能够增大压缩机的输送容量。换言之，能够实现高效率的压缩机。

还有，输送容量降低，但叶片32的圈数越增加，相邻工作室之间的压力差越少，工作室相互间的气体漏泄是减低压缩效率提高。

本发明并不局限于上述的实施例，在本发明的范围内是可能作种种变形的。

举例来说，即使在滑动部分24a、24b的横断面积As、Ad与筒体20内孔横断面积Ac之间不完全成立Ac＝As+Ad的关系而设定各部分尺寸的情况下，也能够降低推力的不均衡。还有，在回转杆的滑动部分24b的端面上施加压力比吸入压力Ps大时也可以，滑动部分24a的端面上施加压力比输出压力Pd小时也是可以的。再，在上述实施例中，一对轴承共同固定在外壳的内面，也可以将其中一个轴承对外壳设置成可移动式的。

若采用图9至图11中所示出的第二实施例时，输出侧的轴承22依靠支持机构48支持在外壳10的内面上，可在筒体20的径向移动。支持机构48包含有：用销50固定在外壳10内面的细长条形的保持构件52和大体为矩形的支持板54。在支持板54的相对的一对侧缘处形成有既定宽度W的凹口56。由此该凹口使支持板54大致形成了H的形状。保持构件52具有与凹口56的宽度大致相等的宽度。同时，使保持构件52的两端部分向外壳10的内部弯曲，形成弯曲部分52a。然后，支持板54以使弯曲部分52a分别插入凹口56的状态装配在保持构件52上。因此，支持板54可沿保持构件52的长度方向。亦即，可沿图10中Y方向移动，而不能转动地得到支持。

在支持板54中，形成有一对长孔58。这些长孔58沿着与支持板54移动方向相垂直的方向，亦即，沿图10中X方向，而且在同一直线上延伸。从轴承22的端面突出一对凸起60，这些凸起配置在同一圆上，特别是与筒体20同心的圆上。同时，这些凸起60分别插入长孔58中，在长孔的长度方向移动自如。因此，轴承22依靠支持板54得到支持，可相对于该支持板作X方向移动，同时，由于凸起60的缘故防止了轴承相对于支持板的转动。而且，由于支持板54可对外壳10作Y方向移动，所以也构成了轴承22可对外壳作X方向和Y方向移动。即，轴承22由支持机构48支承，并可沿筒体20作径向移动。还有，轴承22的轴承孔22b在外壳10的内面侧的那一端形成被封闭的有底孔。

若采用如上结构的第二实施例，由于轴承22是可移动地加以支持的，所以增加了第一实施例的作用效果，在压缩机组装时，可得到容易校正轴承21、22的同心度的优点。

还有，本发明的流体压缩机并不限于作冷冻循环之用，也可适用于其他的机器。

Claims (9)

1、一种流体压缩机，它拥有：具有吸入侧端和输出侧端的筒体(20)、回转自如地支持该筒体的两个端部的第一、第二轴承(21、22)、支持在配置于筒体内的第一、第二轴承上、在外圆面上形成有螺旋状沟(30)的圆柱形的回转体(24)，嵌合在该回转体的沟中的螺旋状的叶片(32)，以及为将流体从筒体的吸入侧端输送到输出侧端、使筒体和回转体相对进行回转的电动机部分(12)，其特征在于：所述沟其螺距是按从筒体的吸入侧端向输出侧端逐渐变小的形式而构成的，所述螺旋状的叶片沿筒体的径向滑动自如地支持在沟内、将筒体的内圆面和回转体的外圆面之间的空间区分成多个工作室，更进一步，具有：将高于筒体的吸入侧端所输入流体的压力给与所述回转体吸入侧端的第一压力施加装置，以及将低于筒体的输出侧端所输出流体的压力给与所述回转体输出侧的第二压力施加装置。

2、根据权利要求1的流体压缩机，其特征在于：所述第一压力施加装置被规定在所述第一轴承（21）内，同时，包含有与所述回转体的吸入侧接触的第一封闭空间（23）和将从所述筒体所输出的流体引入第一封闭空间的第一引入装置。

3、根据权利要求2的流体压缩机，其特征在于：所述第二压力旋加装置被规定在所述第二轴承（22）内，同时，包含有与所述回转体的输出侧接触的第二封闭空间（25）和将从所述筒体所引入的流体引入第二封闭空间的第二引入装置。

4、根据权利要求3的流体压缩机，其特征在于：所述第一、第二轴承（21、22）含有沿所述回转体的轴向延伸的轴承孔（21b、22b），所述回转体有形成在其吸入端部、同时滑动自如地插入第一轴承的轴承孔中的第一滑动部分（24a）和形成在其输出端部、同时滑动自如地插入第二轴承的轴承孔中的第二滑动部分（24b），并且，所述第一密闭空间（23）被规定在第一轴承的轴承孔内并与第一滑动部分进行接触，同时，所述第二密闭空间（25）被规定在第二轴承的轴承孔内并与第二滑动部分进行接触。

5、根据权利要求4的流体压缩机，其特征在于：所述第一引入装置收容在所述筒体和电动机部分内，同时，备置了储存从所述筒体所输出的流体的外壳（10）和形成在所述第一轴承中将所述第一封闭空间和外壳内部连通的第一引入通路（19）。

6、根据权利要求4的流体压缩机，其特征在于：所述第二引入装置具有形成在所述回转体内的第二引入通路（35），该第二引入通路具有位于所述筒体吸入端的工作室处开口的一端和在所述第二封闭空间开口的另一端。

7、根据权利要求4的流体压缩机，其特征在于：所述第一滑动部分具有与所述第一封闭空间接触的第一受压面，所述第二滑动部分具有与所述第二封闭空间接触的第二受压面，第一受压面的面积与第二受压面的面积之和大体上与所述筒体的内孔的横断面积相一致。

8、根据权利要求5的流体压缩机，其特征在于：所述第一和第二轴承固定在所述外壳中。

9、根据权利要求5的流体压缩机，其特征在于：所述第一和第二轴承中一个固定在所述外壳的内面上，另一个相对外壳可沿筒体径向移动地支承在外壳上。

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