CN1046990C

CN1046990C - 旋转式流体装置

Info

Publication number: CN1046990C
Application number: CN94101992A
Authority: CN
Inventors: 丸山照雄; 阿部良一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1999-12-01
Anticipated expiration: 2014-03-11
Also published as: US5533887A; JPH06307360A; CN1095455A

Abstract

本发明旋转流体装置包抬其上具有吸入孔和排放孔的壳体，以轴支承在壳体内，同步旋转互相啮合的多个螺旋形转子，驱动这些转子的驱动机构，利用这些转子和壳体形成的空间体积变化进行流体的吸入、压缩和排放，其特征在于在转子的外周面上形成使这些转子相对壳体内面接近或滑动的平坦面，不仅能保持螺杆或流体机械低振动、低噪音特征，而且消除螺杆式流体机械内部漏泄大的缺点、达到高效率化。

Description

旋转式流体装置

本发明涉及广泛适用于半导体设备的真空泵或冷冻空调装置的压缩机等的旋转式流体装置。

在冷冻空调领域或半导体、光学、食品以及药品等抽真空领域，螺杆式流体机械一直普遍地被用作压缩机或真空泵。

后述图16为传统的螺杆式压缩机的一例，使配置在两平行轴上的凸形转子500和凹形转子501互按反方向旋转。

将一对转子构成螺旋状，在壳体与螺旋槽间形成的管状螺旋槽随啮合点沿轴向的移动、体积逐渐缩小将流体排出。

具体如后述图17所示，由含四个凸面的凸形转子500和六个齿或凹面的凹形转子501构成、各转子互按反向旋转，利用转子槽与壳体间形成空间的体积变化进行流体吸入、压缩和排放。由于螺杆式流体机械由螺旋槽连续完成吸入、压缩和排放，因此具有扭矩变化和流量脉动小、旋转体平衡性能良好，从而具有无振动、适合高速旋转、结构小型等特点。

对于螺杆压缩机，能将各转子间以及转子与壳体间的内部漏泄抑制到何种程度将决定压缩机的性能。发生内部漏泄的部位如下：

(1)通过凸形转子和凹形转子的啮合部，从排放侧向吸入侧的漏泄；

(2)通过转子侧隙的漏泄；

(3)通过转子外周与壳体内面的间隙，从一个齿槽向下一个齿槽的漏泄；

(4)通过由转子齿形决定的相邻齿槽的连接通路，即气孔的漏泄；

为了减少这些漏泄，在进行考虑了各构件热膨胀的高精度加工的同时，用润滑油来密封该间隙部。

然而，为使上述传统的螺杆式流体机械适用于例如家用冰箱、室内空调以及汽车空调等，由于排气量(每转排放量)通常仅为3cc～100cc，上述内部漏泄影响将导致压缩机效率显著降低的问题。

此外，还有一种如美国专利U.S.P4,405,286所示、亦同属螺杆式流体机械、称为悬浮支承反向旋转装置，常用在高速旋转状态，例如高速(10000rpm以上)旋转泵，该反向旋转装置的轴通常不如本申请所述那样配置成相互平行，(如该专利文件中的图1所示)，对该类装置尤其需要考虑含六个自由度的浮动支承问题。

因此，螺杆式流体机械即使具有低振动、低噪音等特点，也很难适用于上述民用机械，而主要用作以工业机械为对象的大型压缩机和真空泵等。

本发明目正是为解决上述传统技术中存在的问题，目的在于提供仍保持螺杆式流体机械原有的构造简单等特征的同时达到高效率化的旋转式流体装置。

为解决上述问题的本发明旋转式流体装置，具备其上具有吸入孔与排出孔的壳体，旋转支承在已固定配列于该壳体内的两平行轴上、相互啮合，同步旋转的多根螺杆形转子，旋转驱动这些转子的驱动机构，通过由上述多根转子与壳体限定空间的容积变化产生流体被吸入、压缩与排出作用，分别将上述多根螺杆式转子外周面的分别与上述壳体内面接近或在其上滑动的部分形成平坦面。

若将本发明应用于压缩机或泵，在各转子(旋转侧)接近或沿壳体(固定侧)内面滑动产生内部漏泄的最大部分上能形成具有足够大面积的密封部。

相对传统螺杆式流体机械以曲面间的组合(凹面和凸面)形成的‘线’接触密封部，本发明通过形成面接触密封，因此可充分增大密封部分的流体阻力，从而大幅度降低内部漏泄。

进而此外利用此密封部分，在螺杆压缩机等上形成带状的刀型密封，可进一步降低内部漏泄。

对附图的简单说明：

图1为本发明第1实施例的主视剖面图，

图2为本发明采用刀型密封以防止漏泄的主视剖面图，

图3为图2的局部放大图，

图4为表示刀型密封形成动压槽时的主视剖面图，

图5为图4的局部放大图，

图6为防止流体压缩而设置可动壳体的主视剖面图，

图7表示在图6上发生流体压缩时的状态，

图8表示本发明用三轴构成时的主视剖面图，

图9表示本发明用两轴构成时的主视剖面图，

图10表示本发明用两螺旋槽和两轴构成时的主视剖面图，

图11为沿图10的A-A向的剖面图，

图12为各转子设置刀型密封时的转子剖面图，

图13表示本发明用三螺旋槽和四轴构成时的转子部面图，

图14为本发明适用于汽车空调器压缩机时的主视剖面图，

图15为本发明适用于冷藏库压缩机时的主视剖面图，

图16为传统螺杆式压缩机的外观图，

图17为传统螺杆式压缩机的剖面图。

实施例：

图1表示本发明的第1实施例，1a、1b分别为转子，2a、2b为旋转轴，3a、3b为前述转子a、1b上形成的螺旋槽，4a、4b为位于各转子中心部的锥形轴。因而，转子1a由螺旋槽3a和锥形轴4a构成，转子1b由螺旋槽3b和锥形轴4b构成。5为装有转子1a、1b的壳体，6为壳体5上形成的吸入孔，7为排放孔，8为吸入室，9为排放室，10a、10b为设置在旋转轴2a、2b上的浮动密封。此外，在该图中，11为图中上游侧的流体输送室，12为图中下游侧的流体输送室。

将各转子配置在两平行的轴上，各转子的螺旋槽3a、3b相互啮合，且互按反方向旋转。

各螺旋槽外径的轮廓为锥形，而各锥形轴构成倒锥形。使由螺旋槽、锥形轴、壳体所形成的密闭空间随着两转子的旋转体积在减少同时向上方的排放侧移动。

此外，在图1的实施例中，壳体5整体装入与排放压力相等的高压容器(未图示)，按照各转子的排放侧外径1与旋转轴的吸入侧外径2大致相等，使施加在转子上的推力负载接近于零。利用浮动密封10a、10b防止发生制冷剂从高压侧向吸入室8的漏泄。

图2表示本发明的第2实施例，在壳体和锥形轴靠近的螺旋槽外周部的平坦表面上设置带状的刀型密封10a、10b的场合。该刀型密封例如在螺杆式压缩机中用来进一步防止压缩机内部漏泄，提高效率。但在传统的螺杆式压缩机中，如图2所示，将凸形转子、凹形转子的外周轮廓形成曲面，且因两转子的接触点随转子的旋转角而逐渐变化，这样就难于采用刀型密封。若采用本发明，由于螺旋槽的外周部具有充分宽度的平坦表面，能在此部分设置锥形状的刀型密封。

图3表示刀型密封的动作原理。将本发明作为压缩机使用时，成为上游侧输送室11的压力比下游侧输送室12的压力还大，其压差ΔP(如图所示)沿离心方向施加在刀型密封10b上。由于前述压差ΔP产生的离心力F，使得刀型密封10b压向壳体5的内面，从而隔断上游侧输送室11连接下游侧输送室12的漏泄通路。

图4为在刀型密封13的表面形成发生粘性流体的动压效应的动压槽14的实施例。图5表示其动作原理。由于刀型密封13的表面与壳体5的内面之间具有较大的相对速度，因而动压槽14产生的楔形压力ΔP₂抵消离心力F和压差ΔP₁后，使刀型密封上浮数微米的程度。这样一来，刀型密封经长期使用也不易发生磨损，可靠性提高，而且机械滑动损失降低。

图6，图7表示的例子是使装有各转子、内面为锥状的壳体可沿轴向移动，防止流体压缩时发生过剩压力、以提高可靠性。20为可动壳体，21为装有此可动壳体的固定壳体，22a,22b为向可动壳体20施加向下负载的压缩弹簧，24a,24b为转子。可动壳体20的轴向高度由在固定壳体21上形成的定位部23来限定。

此外，如图7所示，即使发生流体压缩也因可动壳体的向上浮动，被加压的流体从上游向下游出，能提高压缩机的可靠性。

图8表示螺旋形转子为三轴支承，中心部的转子为主动转子、左、右为从动转子构成的流体旋转装置例子。50为主轴转子，51a、51b为从动轴转子，52为主轴的螺旋槽，53a、53b为从动轴的螺旋槽，54为吸入孔，54a、54b为排放孔。

图9表示螺旋形转子为两轴支承、且各转子直径不同的情形。60为主轴转子，61为从动轴转子。

图10表示螺旋形转子为三轴支承、且各螺杆形成两条螺旋槽的情形。

图11为图10的A-A剖面图，70为主动转子，71a为从动轴转子a,71b为从动轴转子b,72为壳体，73为吸入孔，74a、74b为排放孔。如图10所示，主动转子70的转子直径与从动轴转子71a、71b的转子直径d不同，且将各转子以及容纳各转子的壳体72形成锥状。

这样，借助于主轴和各从动轴的转子直径不同，使各螺旋槽的宽度为最佳，与三螺杆泵一样，将施加于各从动轴的流体压力形成的扭矩为零，因而可省去定时齿轮。

此外，与体积无变化的传统三螺杆泵相比，在本发明的流体旋转装置中，由各转子和壳体形成的密闭空间向着下游侧逐渐缩小而获得压缩作用。因此，图10的装置可用作压缩机。

图12所示的例子是在三螺杆的流体旋转装置，分别在主轴转子80和从动轴转子81a、81b上设置刀型密封82a、82b、83a、83b、84a、84b，以提高密封性能。

图13表示传统形成三轴转子90a、90b、90c，且将主轴转子91形成三螺旋槽的情形。92为装有各转子的圆筒形壳体。

图14表示本发明适用于汽车空调器压缩机时的具体构造。100为主轴转子，101a、101b为从动轴转子，102为离合器，103为机械密封，104为壳体。

图15表示本发明适用于冰箱压缩机的情形。150为主轴轴子，151a、151b为从动轴转子，152为电动机转子，153为电动机定子，154为壳体，155为吸入通路，156为排放通路，157为排放侧的侧板，158为吸入侧的侧板。将主轴转子150的两端固定在侧板157,158上，使从动轴转子151a、151b与电动机转子152一起象行星齿轮那样用绕主动转子150旋转。

根据本发明能实现无损于螺杆式流体机械的低振动、低噪音特征，即使小排气量也具有很高的效率的压缩机、真空泵等旋转式流体装置。

Claims

1．一种旋转式流体装置，具备其上具有吸入孔与排出孔的壳体，旋转支承在已固定配列于该壳体内的两平行轴上、相互啮合、同步旋转的多根螺杆形转子，旋转驱动这些转子的驱动机构，通过由上述多根转子与壳体限定空间的容积变化产生流体被吸入压缩与排出作用，其特征在于分别将上述多根螺杆式转子外周面的与上述壳体内面接近或在其上滑动的部分形成平坦面。