CN105431634B - 涡旋式压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种涡旋式压缩机，在通过组合静涡盘的涡旋与动涡盘的涡旋而形成的压缩室对流体进行压缩，其特征在于，静涡盘的涡旋和动涡盘的涡旋分别具有卷绕起始部，所述卷绕起始部具有由多个圆弧连结了朝外表面渐开线的渐开起点与朝内表面渐开线的渐开起点之间的球根形状，至少一方的卷绕起始部形成为n个(n≥3)球根形状在涡旋的竖立设置方向上叠置而成的n层叠置的阶梯状，当设渐开起点角从齿顶侧朝向齿根侧依次为φos(0)、φos(1)、φos(2)、…、φos(n‑1)时，满足φos(0)＞φos(1)＞φos(2)＞…＞φos(n‑1)，该渐开起点角是形成为阶梯状的卷绕起始部的各层的朝外表面渐开线的渐开起点角。

Description

涡旋式压缩机
技术领域
本发明涉及用于制冷、空调用途的涡旋式压缩机，尤其是涉及如空调用途那样假设以大范围的压缩比进行运转的涡旋式压缩机。
背景技术
在涡旋式压缩机中，由涡旋规格确定内部容积比。在压缩比成为与内部容积比相符的适当压缩比的运转条件下，不会产生不当压缩损失。但是，在压缩比成为更低压缩比的运转条件下会产生称为过压缩损失的不当压缩损失，在压缩比成为更高压缩比的运转条件下会产生称为欠压缩损失的不当压缩损失。因此，通常情况下，根据额定条件或运转频率等，选择具有与最应重视的运转条件符合的内部容积比的涡旋规格，从而实现降低不当压缩损失的影响。
为了抑制过压缩损失，降低从涡旋中心的压缩室(最内侧室)排出压缩后的气体的排出过程中的流路阻力是有效的。为了抑制欠压缩损失，降低与内部容积比对应的、在完成压缩时与第二室连通的最内侧室的容积即所谓死区容积是有效的。以往，为了降低欠压缩损失，有一面确保涡旋中心部的强度、一面实现最内侧室容积的最小化的例子(例如参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-68177号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的涡旋式压缩机中，将涡旋中心部的截面形状形成为阶梯状，使各层的涡旋中心部形状为最内侧室容积实际上为零的“完全啮合外形”(日文：完全噛み合いプロファイル)、即所谓的“无球根形状”，并且，越是远离底板的上层，使齿厚越薄。由此，能够在确保涡旋的强度的同时，降低欠压缩损失。
但是，尽管无球根形状化对欠压缩时的再膨胀损失降低有效，但在过压缩时导致连通后从第二室的排出流路的狭窄而常常对于降低过压缩损失产生相反效果。
作为避免这样的不利影响的方法，有如下的方法：将内部容积比设定得尽可能小，从而成为欠压缩而不是过压缩，使可得到无球根化的好处的运转范围扩大。但是，如果要应对近年来重视空调机的部分负荷性能的趋势，则在以明显小的内部容积比设定且相对高的压缩比的条件下，与在涡旋部分的升压相比，连通后的在“完全啮合”部的升压更为主要，由此引发转矩脉动增大等其他的不利影响。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，目的在于提供能够在大范围的运转条件下降低不当压缩损失的影响的涡旋式压缩机。
用于解决课题的手段
本发明的涡旋式压缩机是一种在通过组合静涡盘的涡旋与动涡盘的涡旋而形成的压缩室对流体进行压缩的涡旋式压缩机，其特征在于，所述静涡盘的涡旋和所述动涡盘的涡旋分别具有卷绕起始部，所述卷绕起始部具有由多个圆弧连结了朝外表面渐开线的渐开起点与朝内表面渐开线的渐开起点之间的球根形状，至少一方的所述卷绕起始部形成为n个(n≥3)球根形状在所述涡旋的竖立设置方向上叠置而成的n层叠置的阶梯状，当设渐开起点角从齿顶侧朝向齿根侧依次为φos(0)、φos(1)、φos(2)、…、φos(n-1)时，满足φos(0)＞φos(1)＞φos(2)＞…＞φos(n-1)，所述渐开起点角是形成为阶梯状的所述卷绕起始部的各层的所述朝外表面渐开线的渐开起点角。
发明效果
根据本发明，通过各层的高度尺寸的分配，能够在大范围内调整由最上层的朝外表面渐开线的渐开起点角确定的最内侧室与第二室的连通角ψq之后的连通路开口速度。由此，可以得到能够在从低压缩比到高压缩比的大范围的运转条件下降低不当压缩损失的影响的涡旋式压缩机。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的结构的概略剖视图。
图2是表示本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的静涡盘11和动涡盘12的涡旋形状的图。
图3是表示不当压缩时的PV线图的一个例子的图。
图4是放大地表示本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的静涡盘11和动涡盘12的卷绕起始部的立体图。
图5是表示从内周侧观察本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的静涡盘11和动涡盘12的卷绕起始部的概略侧面形状的图。
图6是放大地表示本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的静涡盘11和动涡盘12的卷绕起始部的俯视图。
图7是进一步放大地表示本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的静涡盘11的卷绕起始部的俯视图。
图8是作为参考例表示形成了阶梯状的球根形状的结构的例子的图。
图9是用于定义本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的各层的齿高方向尺寸的分配的说明图。
图10是表示在本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1中、改变了阶梯球根形状的高度分配时的涡旋侧面之间连通路的开口面积变化的图表。
图11是表示部分负荷性能评价条件的一个例子的运转图。
图12是在表示参考例的阶梯球根形状下使高度分配为0.666/0.333时的开口面积变化的图表。
图13是表示本发明的实施方式1的涡旋式压缩机1的涡旋的卷绕起始部的结构的变形例的俯视图。
具体实施方式
实施方式1
对本发明的实施方式1的涡旋式压缩机进行说明。图1是表示本实施方式的涡旋式压缩机1的结构的概略剖视图。此外，在包括图1在内的下面的附图中，各构成构件的尺寸关系、形状等有时与实际情况不同。另外，在包括图1在内的下面的附图中，标注了同一附图标记的部分表示同一或与其相当的部分，这在整个说明书中通用。并且，在整个说明书中示出的构成要素的方式只是一个示例，并不限定于这些记载。
如图1所示，涡旋式压缩机1用于例如冰箱、冰柜、自动售货机、空调、制冷装置、热水器等制冷、空调用途的制冷循环装置。例如，涡旋式压缩机1用于如空调用途的制冷循环装置那样假设以大范围的压缩比进行运转的制冷循环装置。该涡旋式压缩机1用于吸入在制冷循环中循环的制冷剂等流体并进行压缩，使其成为高温高压的状态而排出。
涡旋式压缩机1具有如下的结构：静涡盘11、动涡盘12、十字环13、框架14、轴15、第一平衡器16、第二平衡器17、转子18、定子19、副框架26、副轴承20以及排出阀25被收纳于密闭容器21内。密闭容器21的底部成为储存润滑油22的储油器。另外，在密闭容器21连接有用于吸入流体的吸入管23和用于排出流体的排出管24。吸入管23连接到密闭容器21的侧面的一部分，排出管24连接到密闭容器21的上表面的一部分。
静涡盘11通过未图示的螺栓等固定于框架14，该框架14被固定支承在密闭容器21内。静涡盘11具有端板11a和竖立设置在端板11a的一个面的涡旋11b(涡旋齿)。另外，在静涡盘11的大致中心部，贯通地形成有用于排出被压缩了的流体的排出口111。并且，在静涡盘11的排出口111的出口部，排出阀25被设置成覆盖排出口111，以防止流体的倒流。
由于十字环13，动涡盘12相对于静涡盘11不进行自转运动，而进行摆动运动。动涡盘12具有端板12a和竖立设置在端板12a的一个面的涡旋12b(涡旋齿)。另外，在动涡盘12的涡旋12b形成面的相反侧的面的大致中心部，形成有空心圆筒形状的毂部121。在该毂部121的内侧设置有摆动轴承部，该摆动轴承部供后述的轴15的上端的偏心部151嵌入(卡合)。
静涡盘11与动涡盘12以使涡旋11b与涡旋12b相互啮合的方式嵌合，并安装在密闭容器21内。而且，在涡旋11b与涡旋12b之间，形成容积随着动涡盘12的摆动运动而变化的压缩室4。
十字环13被配设在动涡盘12的推力面(涡旋形成面的相反侧的面)，发挥阻止动涡盘12的自转运动的功能。即，十字环13发挥阻止动涡盘12的自转运动并且使动涡盘12能够进行摆动运动的功能。
转子18被固定在轴15上，通过开始向定子19通电而旋转驱动，使轴15旋转。在转子18的下表面安装有第二平衡器17。第二平衡器17与转子18一起旋转，具有取得相对于该旋转的质量平衡(静态和动态的平衡)的功能。第二平衡器17通过铆钉等被安装于转子18。
定子19空出规定的间隙地配设在转子18的外周侧，通过开始通电而驱动转子18旋转。另外，定子19的外周面通过热配合等被固定支承在密闭容器21上。
轴15通过定子19的通电而与转子18一起进行旋转驱动，将该驱动力传递至安装在偏心部151的动涡盘12。在轴15的内部形成有未图示的供油路，该供油路成为储存在密闭容器21底部的润滑油22的流路。
另外，在轴15中的位于转子18上方的部分，安装有第一平衡器16。第一平衡器16与轴15一起旋转，具有取得相对于该旋转的质量平衡(静态和动态的平衡)的功能。第一平衡器16通过热配合等被安装在轴15上。
框架14的外周面通过热配合、焊接等固定在密闭容器21的内周面，从而安装了框架14。框架14支承静涡盘11，并且经由形成于中心部的通孔将轴15旋转自如地支承。另外，框架14还具有将动涡盘12摆动自如地支承的功能。在框架14的通孔，设置有将轴15旋转自如地支承的主轴承部。另外，在框架14上形成有吸入口14a，该吸入口14a将存在于电动机(转子18、定子19)的上部空间的制冷剂气体向压缩室4引导。
副框架26的外周面通过热配合、焊接等固定在密闭容器21的内周面，从而安装了副框架26。副框架26经由形成于中心部的通孔将轴15旋转自如地支承。在副框架26的通孔设置有将轴15旋转自如地支承的副轴承20。副框架26设置在密闭容器21内的下方，以便支承轴15的下方部分。
对涡旋式压缩机1的动作进行简单的说明。当向定子19供电时，转子18产生转矩，由框架14的主轴承部和副轴承20支承的轴15进行旋转。毂部121由轴15的偏心部151驱动的动涡盘12被十字环13限制自转而进行摆动运动。由此，使通过动涡盘与静涡盘11的涡旋11b的组合而形成的压缩室4的容积进行变化。
随着动涡盘12的摆动运动而从吸入管23被吸入到密闭容器21内的气体状态的流体，被吸入到静涡盘11的涡旋11b与动涡盘12的涡旋12b之间的压缩室4，并被压缩。然后，被压缩了的流体从设置于静涡盘11的排出口111抵抗排出阀25而被排出，从排出管24向涡旋式压缩机1的外部即制冷剂回路排出。
此外，通过第一平衡器16和第二平衡器17使伴随着动涡盘12和十字环13的运动的不平衡趋于平衡。储存在密闭容器21下部的润滑油22从设置于轴15内的供油路供给到各滑动部(主轴承部、摆动轴承部、副轴承20、推力面等)。
图2是表示涡旋式压缩机1的静涡盘11和动涡盘12的涡旋形状的图。根据图2对涡旋式压缩机1的内部容积比ρ进行说明。此外，关于涡旋中央部(卷绕起始部)的形状将在之后详细说明。图2(a)表示组合到静涡盘11的动涡盘12位于形成了最外侧室的、吸入完成位置时的状态。(b)表示动涡盘12位于从(a)的吸入完成时的状态起公转了90deg的位置时的状态。(c)表示动涡盘12位于从(a)的吸入完成时的状态起公转了180deg的位置时的状态。(d)表示动涡盘12位于从(a)的吸入完成时的状态起公转了270deg的位置时的状态。
动涡盘12按照(a)→(b)→(c)→(d)→(a)的顺序进行摆动运动，即进行不带自转的公转运动。由此，各压缩室减少容积。随之，被吸入的气体状态的流体被压缩，并且依次向中心输送，从最内侧室经由设置在静涡盘11上的排出口111向涡旋式压缩机1的外部排出。
通过压缩室的容积减少来压缩气体状态的流体，是在从向最外侧室的吸入完成的时刻起到第二室与中心的最内侧室连通为止的期间，是在图2所示的方式中旋转一周左右的期间。如果设吸入完成时的最外侧室容积为行程容积Vst、设连通时的第二室容积为Vd，则Vst/Vd为内部容积比ρ。当制冷循环的高压Pd和低压Ps的比、即压缩比σ＝Pd/Ps相对于内部容积比ρ不是适当的值时，产生因过压缩、欠压缩导致的不当压缩损失。不当压缩损失是在用纵轴压力P、横轴容积V表示吸入、压缩、排出过程的压力线图(PV线图)中出现的图示损失的一种(参考图3)。
图3是表示不当压缩时的PV线图的一个例子的图。根据图3对不当压缩损失进行说明。图3(a)表示不当压缩损失中的欠压缩的情况。(b)表示不当压缩损失中的过压缩的情况。
在(a)的欠压缩的情况下，第二室容积达到Vd并连通，从而与高压Pd的最内侧室进行混合，因此与理想压缩的Pid模式相比急剧升压，动力增加了与阴影部分的面积相应的量。另一方面，在(b)的过压缩的情况下，第二室压力达到高压Pd之后，压缩仍然继续直到容积达到Vd，因此与阴影部分的面积相应的动力增加成为损失。
在空调用途中，从抑制全年耗电量的观点出发，除了作为相对高的压缩比运转的额定条件之外，也变得需要提高中间条件的低压缩比运转时的性能，降低过压缩时的损失的必要性增大。在涡旋式压缩机中，刚连通后的第二室到最内侧室之间的流路扩大速度与欠压缩损失、过压缩损失的大小都相关，因此必须注意会影响该流路形成的卷绕起始部的涡旋形状。
静涡盘11和动涡盘12的涡旋的卷绕起始部为所谓的球根形状，即由小圆和大圆两个圆弧连结了构成朝内表面和朝外表面的各渐开线的渐开起点之间。通常，相对于一个涡旋，以一种规格的球根形状形成卷绕起始部，但本实施方式的卷绕起始部形成为多个球根形状在涡旋的竖立设置方向(轴向)上叠置而成的阶梯状。以下有时会将这样的卷绕起始部的形状称为阶梯球根形状。
图4是放大地表示静涡盘11和动涡盘12的涡旋中心部(卷绕起始部)的立体图。图5是表示从内周侧观察静涡盘11和动涡盘12的卷绕起始部的概略的侧面形状的图。图4(a)和图5(a)表示静涡盘11(涡旋11b)的卷绕起始部，图4(b)和图5(b)表示动涡盘12(涡旋12b)的卷绕起始部。
如图4(a)和图5(a)所示，静涡盘11的涡旋的卷绕起始部例如形成为三层叠置的阶梯状，从齿顶侧(图中上方)朝向齿根侧(图中下方)，小圆弧部的位置逐渐向涡旋起始端方向偏移地配置。最靠齿顶侧(上层)的小圆弧部是小圆弧部112，比其靠近齿根(中层)的小圆弧部是小圆弧部112b，最靠齿根侧(下层)的小圆弧部是小圆弧部112c。中层的小圆弧部112b比上层的小圆弧部112向涡旋起始端方向偏移地配置，下层的小圆弧部112c比中层的小圆弧部112b进一步向涡旋起始端方向偏移地配置。通过这样的结构，与动涡盘12侧的涡旋的朝内表面的接触将按照上层、中层、下层的顺序在不同的时机结束。
另外，如图4(b)和图5(b)所示，动涡盘12的涡旋的卷绕起始部与静涡盘11一样，例如形成为三层叠置的阶梯状，从齿顶侧(图中上方)朝向齿根侧(图中下方)，小圆弧部的位置逐渐向卷绕开始方向偏移地配置。最靠齿顶侧(上层)的小圆弧部是小圆弧部122，比其靠近齿根(中层)的小圆弧部是小圆弧部122b，最靠齿根侧(下层)的小圆弧部是小圆弧部122c。中层的小圆弧部122b比上层的小圆弧部122向涡旋起始端方向偏移地配置，下层的小圆弧部122c比中层的小圆弧部122b进一步向涡旋起始端方向偏移地配置。通过这样的结构，与静涡盘11侧的涡旋的朝内表面的接触将按照上层、中层、下层的顺序在不同的时机结束。
在此，在静涡盘11侧，使小圆半径和大圆半径在上层、中层、下层都是相同的，而在动涡盘12侧，使小圆半径和大圆半径在上层、中层、下层不同。关于小圆半径，上层的小圆弧部122的小圆半径最小，中层的小圆弧部122b的小圆半径比小圆弧部122大，下层的小圆弧部122c的小圆半径比小圆弧部122b更大。反之，关于大圆半径，上层的大圆弧部124的大圆半径最大，中层的大圆弧部124b的大圆半径比大圆弧部124小，下层的大圆弧部124c的大圆半径比大圆弧部124b更小。在本实施方式的结构中，动涡盘12的朝内表面渐开线的渐开起点角在上层、中层、下层都是相同的。即，动涡盘12的各层的大圆半径根据小圆半径的变化而变化。
图6是放大地表示静涡盘11和动涡盘12的卷绕起始部的俯视图。根据图6对涡旋式压缩机1的静涡盘11和动涡盘12的涡旋形状进行详细说明。图6(a)表示第二室与中央的最内侧室连通时的状态(曲轴转角：ψq)，(b)表示连通后公转了15deg时的状态(曲轴转角：ψq+15deg)，(c)表示连通后公转了30deg时的状态(曲轴转角：ψq+30deg)，(d)表示连通后公转了45deg时的状态(曲轴转角：ψq+45deg)，(e)表示连通后公转了60deg时的状态(曲轴转角：ψq+60deg)，(f)表示连通后公转了90deg时的状态(曲轴转角：ψq+90deg)。
此外，在图6(a)～(f)中，使静涡盘11的卷绕起始部的小圆弧部为小圆弧部112、112b、112c、使静涡盘11的卷绕起始部的大圆弧部为大圆弧部114分别进行了图示。另外，在图6(a)～(f)中，使动涡盘12的卷绕起始部的小圆弧部为小圆弧部122、122b、122c、使动涡盘12的卷绕起始部的大圆弧部为大圆弧部124、124b、124c分别进行了图示。在图6(a)～(f)中，为了在俯视图中表示各层形状的关系，在轴向上位于不同位置的球根形状也都用实线表示。这也同样适用于已示出的图2。
在图6(a)所示的连通角ψq的位置，在静涡盘11和动涡盘12的涡旋的各自的上层(齿顶侧)的球根部分，小圆弧部112、122与各个朝外表面渐开线的连接点成为最内侧室与第二室之间的密封形成点，从这点往后开始开口。在图6(a)所示的连通角ψq的位置，除了上层之外的小圆弧部(中层的小圆弧部112b、122b、下层的小圆弧部112c、122c)与朝外表面渐开线的连接点还未成为密封形成点。随着曲轴转角按图6的(b)→(c)→(d)前进，首先，中层的小圆弧部112b、122b与朝外表面渐开线的连接点开口，然后，下层的小圆弧部112c、122c与朝外表面渐开线的连接点开口。在本方式中，(d)的45deg之后，在整个齿高上形成连通路。即，在本实施方式中，在静涡盘11和动涡盘12的涡旋中，相当于连通角的角度根据高度(齿高)的不同而不同。
图7是进一步放大地表示静涡盘11的卷绕起始部的俯视图。如图7所示，设上层的小圆弧部112与朝外表面渐开线的连接点(渐开起点115)的渐开角(渐开起点角)为φos(0)，设中层的小圆弧部112b与朝外表面渐开线的连接点(渐开起点115b)的渐开角(渐开起点角)为φos(1)，设下层的小圆弧部112c与朝外表面渐开线的连接点(渐开起点115c)的渐开角(渐开起点角)为φos(2)。此时，各层的渐开起点角满足φos(0)＞φos(1)＞φos(2)。
虽然省略了图示，但动涡盘12的涡旋中央部在朝外表面渐开线的渐开起点角上具有与静涡盘11相同的结构。即，如果设上层的朝外表面渐开线的渐开起点角为φos(0)、设中层的朝外表面渐开线的渐开起点角为φos(1)、设下层的朝外表面渐开线的渐开起点角为φos(2)，则满足φos(0)＞φos(1)＞φos(2)。
对于如上所述的本实施方式的结构，作为参考例，在图8中示出形成了阶梯状的球根形状的结构的例子。在图8所示的静涡盘11的卷绕起始部的结构中，中层的小圆弧部112b的小圆半径比上层的小圆弧部112的小圆半径大，下层的小圆弧部112c的小圆半径比中层的小圆弧部112b的小圆半径更大。中层的大圆弧部114b的大圆半径比上层的大圆弧部114的大圆半径小，下层的大圆弧部114c的大圆半径比中层的大圆弧部114b的大圆半径更小。另外，动涡盘12的卷绕起始部也具有与静涡盘11的卷绕起始部相同的结构。
图8所示的结构在通过沿轴向叠置多个球根形状而将卷绕起始部形成为阶梯状这一点上与本实施方式的结构相同。但是，各层的小圆弧部112、112b、112c与朝外表面渐开线的连接点的位置、以及各层的小圆弧部122、122b、122c与朝外表面渐开线的连接点的位置在各层上没有变化(各层的渐开起点角相同)。即，无论轴向的位置如何，连通角都是相同的，在这一点上与本实施方式的特性有很大的不同。
下面，为了对本实施方式的阶梯球根形状的连通后的开口特性进行说明，对各层的齿高方向尺寸的分配(高度分配)进行定义。图9是用于定义各层的齿高方向尺寸分配的说明图。在此，假设球根形状的高度差改变两次(三层叠置的情况)。如图9所示，设涡旋的整个齿高为h0，设到由中层的小圆弧部112b(或122b)形成的球根形状的上端面的高度为h1，设到由下层的小圆弧部112c(或122c)形成的球根形状的上端面的高度为h2。下面，设x＝h1/h0、y＝h2/h0，用“x/y”表示阶梯球根形状的高度分配。
图10是表示改变了阶梯球根形状的高度分配时的涡旋侧面之间连通路的开口面积变化的图表。图10(a)表示高度分配为0.666/0.333的情况，(b)表示高度分配为0.75/0.5的情况，(c)表示高度分配为0.9/0.8的情况。在(a)～(c)的每一个图中，同时标绘了在涡旋的整个齿高方向上由上层的小圆弧部112、122形成的球根形状的情况下的开口面积变化(“球根(上)”)和在涡旋的整个齿高方向上由下层的小圆弧部112、122形成的球根形状的情况下的开口面积变化(“球根(下)”)。
如图10(a)～(c)所示，阶梯球根的开口特性成为“球根(上)”和“球根(下)”的中间的开口特性。在使各层的高度分配相等的0.666/0.333的情况下(图10(a))的开口特性，恰好成为“球根(上)”和“球根(下)”的平均的特性。随着按0.75/0.5、0.9/0.8这样提高中层和下层的分配比率(图10(b)、(c))，开口特性逐渐接近“球根(下)”的特性。
图11是在设纵轴为高压Pd、横轴为低压Ps的图上表示部分负荷性能评价条件的一个例子的图。关于近年来在空调机中受重视的部分负荷性能，负荷率越低，运转条件越会成为低压缩比。在25％负荷下，成为容积比ρid为1.7以下的条件，成为不产生过压缩、欠压缩的相当于适当压缩的运转。另一方面，在额定条件下，容积比ρid超过3。运转转速也根据压力条件而变化，一般来说，存在在低压缩比的条件下以低速运转、若压缩比提高则以高速运转的趋势。
对于在这样的大范围的压缩比下的使用，如果重视部分负荷性能而将ρid设定得低，则在额定条件等压缩比相对高的运转条件下会产生上述的欠压缩损失(图3(a))。另一方面，如果注意额定条件方面而将ρid设定得高，则在部分负荷条件的低压缩比运转时会产生过压缩损失(图3(b))。因此，高压缩比侧和低压缩比侧中的任一条件下的性能降低是不可避免的。
为了从内部容积比ρ的观点出发而降低在低压缩比条件下的过压缩损失，在压缩到尽量接近低压缩比条件的ρid的容积比的时刻使最内侧室与第二室开始连通，从而如上所述，压缩比越低、运转转速也趋向越小，因此开口面积的扩大速度可以是缓慢的。
另一方面，为了降低以相对高的转速运转的高压缩比条件下的欠压缩损失，优选使最内侧室与第二室不连通直到接近高压缩比条件的ρid，或者即使连通、开口面积也不迅速扩大。另外，压缩进行到接近高压缩比条件的ρid之后，由于相对高的转速而使压缩在短时间内进行，因此，优选使开口面积的扩大速度增大。
在通过各层的高度分配来调整最内侧室/第二室之间的涡旋侧面的开口速度时，优选调整阶梯球根形状，以使图10所示的球根(上)连通角相当于低压缩比条件下的ρid，使球根(下)连通角尽量接近高压缩比条件下的ρid。由此，可以得到在低压缩比范围内开口速度低、在高压缩比范围内开口速度增大这一优选连通模式。
与此相对地，在图8所示的参考例的阶梯球根形状下，不能调整开口速度以能够应对大范围的运转条件。图12是表示图8所示的参考例的阶梯球根形状下使高度分配为0.666/0.333时的开口面积变化的图表。图12(a)表示以上层的小圆弧部112、122的球根形状为基础进行了阶梯球根(图8的俯视形状)化的情况(以球根(上)为基础)，(b)表示以下层的小圆弧部112c、122c的球根形状为基础进行了阶梯球根化的情况(以球根(下)为基础)。在图12(a)、(b)中，相对于作为基础的球根形状，开口面积都仅是略有增加，可知不能期待不当压缩损失相对于压缩比变化的显著降低的效果。
即，如本实施方式这样，通过将涡旋的卷绕起始部形成为阶梯状，该阶梯状是朝外表面渐开线的渐开起点角相互不同的多个球根形状在涡旋的竖立设置方向上叠置而成的，从而可以获得能够应对压缩比变化的、连通时的开口面积增大模式。由此，可以得到在额定条件和部分负荷条件下都是高效率、低耗电量的涡旋式压缩机。
在此，在本实施方式中，组合了动涡盘12和静涡盘11，在该动涡盘12中，朝内表面渐开线的渐开起点角在各层不发生变化，使大圆半径根据小圆半径而在各层变化，在该静涡盘11中，朝内表面渐开线的渐开起点角、大圆半径和小圆半径都在各层不发生变化。由于也可以是该静涡盘11这样的形状，因此可知在涡旋的卷绕起始部，形成为阶梯球根形状与使齿厚在每层上变化并非是互不可分的(是独立的)。
图13是表示本实施方式的涡旋的卷绕起始部的结构的变形例的俯视图。在图13所示的结构中，在动涡盘12的卷绕起始部，除了大圆半径和小圆半径之外，朝内表面渐开线的渐开起点角在各层也发生变化。这样，在动涡盘12(或静涡盘11)的卷绕起始部，也可以使朝内表面渐开线的渐开起点角、大圆半径和小圆半径在各层不同。无论哪种情况下，通过做成使朝外表面渐开线的渐开起点角在各层不同的阶梯球根形状，都仍然可以获得与连通时的开口速度调整相关的本实施方式的效果。
如以上所说明的，本实施方式的涡旋式压缩机是一种在通过组合静涡盘11的涡旋11b与动涡盘12的涡旋12b而形成的压缩室4对流体进行压缩的涡旋式压缩机1，其特征在于，静涡盘11的涡旋11b和动涡盘12的涡旋12b分别具有卷绕起始部，所述卷绕起始部具有由多个圆弧连结了朝外表面渐开线的渐开起点与朝内表面渐开线的渐开起点之间的球根形状，至少一方的卷绕起始部形成为n个(n≥3，在本例中n＝3)球根形状在涡旋的竖立设置方向上叠置而成的n层叠置(在本例中为三层叠置)的阶梯状，当设渐开起点角从齿顶侧朝向齿根侧依次为φos(0)、φos(1)、φos(2)、…、φos(n-1)时，满足φos(0)＞φos(1)＞φos(2)＞…＞φos(n-1)，该渐开起点角是形成为阶梯状的卷绕起始部的各层的朝外表面渐开线的渐开起点角。
根据该结构，通过各层的高度尺寸分配，能够在大范围内调整由最上层的朝外表面渐开线的渐开起点角确定的最内侧室与第二室的连通角ψq之后的连通路开口速度。由此，可以得到能够在从低压缩比到高压缩比的大范围的运转条件下降低不当压缩损失的影响的、高效率的涡旋式压缩机。
另外，本实施方式的涡旋式压缩机1的特征在于，卷绕起始部具有球根形状，所述球根形状具有连接到朝外表面渐开线的渐开起点的小圆弧部和介于小圆弧部与朝内表面渐开线的渐开起点之间、半径比小圆弧部的半径大的大圆弧部，形成为阶梯状的卷绕起始部的各层的小圆弧部的半径越靠齿顶侧越小(参考图4(b)等)。
另外，本实施方式的涡旋式压缩机1的特征在于，卷绕起始部具有球根形状，所述球根形状具有连接到朝外表面渐开线的渐开起点的小圆弧部和介于小圆弧部与朝内表面渐开线的渐开起点之间、半径比小圆弧部的半径大的大圆弧部，形成为阶梯状的卷绕起始部的各层的小圆弧部的半径是相同的(参考图4(a)等)。
其他实施方式
本发明不限定于上述的实施方式，可以进行各种变形。
例如，在上述的实施方式中，虽然以将涡旋的卷绕起始部形成为三层叠置的阶梯状的结构为例进行说明，但涡旋的卷绕起始部也可以形成为四层以上的阶梯状。
另外，在图4和图5中，虽然示出了各层的高度分配在静涡盘11和动涡盘12上彼此不同的结构，但静涡盘11和动涡盘12的各层的高度分配当然也可以是相同的。
另外，在上述的实施方式中，静涡盘11和动涡盘12双方都具有阶梯状的卷绕起始部，但也可以是静涡盘11和动涡盘12中的仅一方具有阶梯状的卷绕起始部。
上述的各实施方式、变形例能够相互组合地实施。
附图标记说明
1 涡旋式压缩机，4 压缩室，11 静涡盘，11a 端板，11b 涡旋，12 动涡盘，12a 端板，12b 涡旋，13 十字环，14 框架，14a 吸入口，15 轴，16 第一平衡器，17 第二平衡器，18转子，19 定子，20 副轴承，21 密闭容器，22 润滑油，23 吸入管，24 排出管，25 排出阀，26副框架，111 排出口，112、112b、112c 小圆弧部，114、114b、114c 大圆弧部，115、115b、115c渐开起点，121 毂部，122、122b、122c 小圆弧部，124、124b、124c 大圆弧部，151 偏心部。

Claims (3)

1.一种涡旋式压缩机，在通过组合静涡盘的涡旋与动涡盘的涡旋而形成的压缩室对流体进行压缩，其特征在于，
所述静涡盘的涡旋和所述动涡盘的涡旋分别具有卷绕起始部，所述卷绕起始部具有由多个圆弧连结了朝外表面渐开线的渐开起点与朝内表面渐开线的渐开起点之间的球根形状，
至少一方的所述卷绕起始部形成为n个球根形状在涡旋的竖立设置方向上叠置而成的n层叠置的阶梯状，其中n≥3，
当设渐开起点角从齿顶侧朝向齿根侧依次为φos(0)、φos(1)、φos(2)、…、φos(n-1)时，满足φos(0)＞φos(1)＞φos(2)＞…＞φos(n-1)，所述渐开起点角是形成为阶梯状的所述卷绕起始部的各层的所述朝外表面渐开线的渐开起点角。
2.根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，
所述卷绕起始部具有球根形状，所述球根形状具有连接到所述朝外表面渐开线的渐开起点的小圆弧部和介于所述小圆弧部与所述朝内表面渐开线的渐开起点之间、半径比所述小圆弧部的半径大的大圆弧部，
形成为阶梯状的所述卷绕起始部的各层的所述小圆弧部的半径越靠所述齿顶侧越小。
3.根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，
所述卷绕起始部具有球根形状，所述球根形状具有连接到所述朝外表面渐开线的渐开起点连接的小圆弧部和介于所述小圆弧部与所述朝内表面渐开线的渐开起点之间、半径比所述小圆弧部的半径大的大圆弧部，
形成为阶梯状的所述卷绕起始部的各层的所述小圆弧部的半径是相同的。
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