CN105579707A - 涡旋构件和涡旋型流体机器 - Google Patents

Abstract

一种涡旋构件包括：基底材料，该基底材料具有端板和螺旋叶片，所述叶片从所述端板向着另一涡旋构件突出；树脂层(L1)，该树脂层形成在所述基底材料上；以及多个凹槽(C)，所述多个凹槽形成在所述树脂层的表面中。所述多个凹槽(C)形成在所述树脂层(L1)的表面中。凹槽(C)的横截面的形状近似于半圆形或字母“U”，其中凹槽的宽度随着凹槽的深度增加而减小并且宽度的变化向着凹槽的底部变得更大。通过使切割工具的刀尖沿着通过涂覆工艺或其他工艺初始形成在基底材料(LO)上的树脂层的原始表面移动来形成凹槽(C)。

Description

涡旋构件和涡旋型流体机器

技术领域

本发明涉及用于改进其中使用涡旋构件的流体机器的密封性能的技术。

背景技术

其中采用具有螺旋叶片的涡旋构件的流体机器用于例如汽车空调(空调机器)等中。汽车空调中使用的涡旋压缩机通过将两个涡旋构件中的一个相对于另一个进行旋转来压缩冷却剂，两个涡旋构件的叶片彼此接合。由于涡旋构件的叶片和面板在涡旋压缩机中以接触状态移动，因此出现因所谓的滑动摩擦造成的能量损失问题。

因此，已经引入一些减少因滑动摩擦造成的能量损失的思路。例如，专利文献1描述了一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机设置有均具有阶形部分的固定的涡旋构件和按轨道移动的涡旋构件，并且被构造成使得涡旋构件的阶形部分中的至少一个阶形部分的伸出端具有倒角部分，该倒角部分被形成为比上沿的外推线低。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2002-364560A

发明内容

技术问题

然而，即使设置了以上提到的倒角部分，还是存在构件之间的大间隙允许流体泄漏从而使效率降低的情况。即使构件之间的间隙由于热膨胀而减小，还是存在构件之间出现磨损或刮擦的情况。

本发明的目的是改进其中使用涡旋构件的流体机器的密封性能和耐磨性。

问题的解决方案

为了解决上述问题，根据本发明的一方面的一种涡旋构件包括：基底，该基底包括面板和螺旋叶片，所述叶片被设置成从所述面板向着第二涡旋构件延伸；树脂层，该树脂层形成在所述基底上；以及多个凹槽，所述多个凹槽形成在所述树脂层的表面上。

优选地，所述凹槽的宽度小于或等于所述多个凹槽中的相邻凹槽之间的节距。

优选地，所述凹槽形成在与沿着所述叶片的方向不同的方向上。

优选地，所述凹槽为螺旋形状。

优选地，所述凹槽的深度小于所述多个凹槽中的相邻凹槽之间的节距。

优选地，所述凹槽被形成为连接到与形成有所述凹槽的所述表面相邻的另一表面上的其他凹槽。

根据本发明的一方面的一种涡旋型流体机器包括：如上所述的涡旋构件；以及所述第二涡旋构件，所述第二涡旋构件通过与所述涡旋构件接合并且相对于所述涡旋构件旋转来增大或减小由所述涡旋构件和所述第二涡旋构件形成的空间的容积。

本发明的有利效果

通过本发明，可以改进其中使用涡旋构件的流体机器的密封性能和耐磨性。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施方式的涡旋压缩机的结构的剖视图。

图2是示出可移动涡旋构件的接触表面的剖视图。

图3示出图2中的树脂层的放大剖视图。

图4是示出形成在可移动涡旋构件的两个相邻表面上的凹槽的立体图。

图5是示出在可移动涡旋构件构中的凹槽形成方向的示意图。

图6是示出围绕与面板中心的轴线不同的轴线形成的凹槽的示意图。

参考标记列表

1：涡旋压缩机，10：簧片阀，2：外壳，3：旋转轴，3a：小直径部分，3b：大直径部分，3c：曲柄销，4：可移动涡旋构件，40a：底表面，40b：端表面，41b：内侧表面，42b：外侧表面，4a：面板，4b：叶片，4c：凸起，5：固定涡旋构件，5a：面板，5b：叶片，5c：孔，6：第一轴承，7：偏心衬套，7a：内圆周表面部分，7b：外圆周表面部分，8：第二轴承，B：脊部分，C：凹槽，L0：基底，L1：树脂层，O1：轴线，O2：轴线，S：原始表面，S1：压缩空间，S2：排放空间

具体实施方式

1.实施方式

1.1涡旋压缩机的结构

图1是示出根据本发明的实施方式的涡旋压缩机1的结构的剖视图。涡旋压缩机1是应用于汽车空调的压缩机，并且包括固定于汽车发动机(未示出)的外壳2、以可旋转的方式设置在外壳2中的旋转轴3、随旋转轴3旋转的可移动涡旋构件4和固定在外壳2内的固定涡旋构件5。外壳2的内部被分隔成压缩空间S1和排放空间S2，可移动涡旋构件4和固定涡旋构件5位于压缩空间S1中，排放空间S2在图1中相对于固定涡旋构件5形成在右侧，并且压缩空间S1和排放空间S2分别设置有吸气孔(未示出)和排气孔(未示出)，通过吸气孔吸入诸如冷却剂的气体，通过排气孔排放诸如冷却剂的气体。

中心轴线在水平方向上延伸的旋转轴3包括施加有发动机的驱动力的小直径部分3a、与小直径部分3a同轴直接连接的大直径部分3b、曲柄销3c，设置在包括小直径部分3a和大直径部分3b的旋转轴3的偏心位置的曲柄销3c向可移动涡旋构件4传递旋转力。因此，当小直径部分3a由发动机驱动时，大直径部分3b和小直径部分3a同轴旋转。因此，曲柄销3c在小直径部分3a和大直径部分3b的偏心位置转动，可移动涡旋构件4相对于固定涡旋构件5转动。这里，“转动”意指某个构件绕着位于另一个构件内的轴线移动。

在这些元件之中，大直径部分3b由第一轴承6(即，轴主体轴承)支撑。也就是说，第一轴承6是围绕大直径部分3b的环形构件。用于将旋转轴3的旋转传递到可移动涡旋构件4的偏心衬套7设置在曲柄销3c和可移动涡旋构件4之间。这个偏心衬套7包括支撑曲柄销3c的内圆周表面部分7a和紧靠可移动涡旋构件4滑动的外圆周表面部分7b，内圆周表面部分7a和外圆周表面部分7b设置在彼此偏心的位置。

可移动涡旋构件4和固定涡旋构件5分别包括具有预定直径(例如，150mm)的盘状面板4a和5a，并且分别包括叶片4b和5b，叶片4b和5b被设置成从面板4a和5a向着相对侧的面板5a和4a延伸。在与图1的平面正交的方向上截取的剖视图中，叶片4b和5b形成螺旋压缩空间S1。也就是说，压缩空间S1被面板4a和5a和叶片4b和5b包围。

环形凸起4c形成在叶片4b相对侧的可移动涡旋构件4的面板4a的表面上，设置在凸起4c的内圆周表面上的第二轴承8(即，偏心轴轴承)可旋转地支撑曲柄销3c。因此，当第二轴承8和可移动涡旋构件4绕着旋转轴3一体地转动时，偏心衬套7的外圆周表面部分7b紧靠第二轴承8的内表面滑动。此外，在可移动涡旋构件4的面板4a和外壳2之间设置用于防止可移动涡旋构件4绕着穿过可移动涡旋构件4本身内部的轴线旋转的机构。这里，“旋转”意指某个构件绕着所述构件内的轴线旋转。固定涡旋构件5固定于外壳2，孔5c设置在面板5a的中心并且用薄板形的簧片阀10打开和关闭，冷却剂从压缩空间S1通过孔5c流向排放空间S2。

因涡旋压缩机1具有这种构造，当旋转轴3的小直径部分3a因来自发动机的驱动力旋转时，旋转力通过曲柄销3c和偏心衬套7作用于可移动涡旋构件4。此时，由于可移动涡旋构件4的旋转受限制，因此可移动涡旋构件4在保持取向的同时绕着旋转轴3转动。可移动涡旋构件4的叶片4b和固定涡旋构件5的叶片5b在压缩空间S1中彼此相对移动，通过外壳2中形成的入口吸入冷却剂。随后，由于压缩空间S1的容积随着可移动涡旋构件4的旋转动作而减小，因此吸入压缩空间S1的冷却剂被压缩。被压缩的冷却剂由于相对于叶片4b和5b彼此移动而移动到压缩空间S1的中心，通过形成在固定涡旋构件5的面板5a中的孔5c并且通过簧片阀10流入排放空间S2，然后通过设置在外壳2中的排放口排出。

1-2.可移动涡旋构件的结构

可移动涡旋构件4包括：面板4a；被设置成从面板4a向着固定涡旋构件5延伸的叶片4b；和被设置在与叶片4b相对的表面上的凸起4c。在这些部件中，面板4a和叶片4b接触上述的固定涡旋构件5，以形成压缩空间S1。可移动涡旋构件4的与固定涡旋构件5接触的一些部分是面板4a的设置叶片4b的那侧的底表面40a、叶片4b的面对螺旋形状内部的内侧表面41b、面对螺旋形状外部的外侧表面42b和面对固定涡旋构件5的端表面40b。

端表面40b接触与上述的固定涡旋构件5的底表面对应的一部分，底表面40a接触与固定涡旋构件5的端表面对应的一部分。内侧表面41b接触与上述的固定涡旋构件5的外部侧表面对应的一部分，外侧表面42b接触与固定涡旋构件5的内部侧表面对应的一部分。

1-3.设置在可移动涡旋构件的接触表面上的树脂层

图2是示出可移动涡旋构件4的接触表面的剖视图。图2是图1中的区域R2的放大剖视图。可移动涡旋构件4包括由压铸铝制成的基底L0和设置在基底L0上的树脂层L1。树脂层L1包含以下中的至少一种作为粘结剂树脂：基于聚酰胺-亚胺的树脂、基于聚酰亚胺的树脂、二异氰酸酯改性的基于聚酰胺-亚胺的树脂、二异氰酸酯改性的基于聚酰亚胺的树脂、BPDA改性的基于聚酰胺-亚胺的树脂、BPDA改性的基于聚酰亚胺的树脂、砜改性的基于聚酰胺-亚胺的树脂、砜改性的基于聚酰亚胺的树脂、环氧树脂、酚树脂、聚酰胺和弹性体。另外，树脂层L1包含以下中的至少一种作为固体润滑剂：石墨、碳、二硫化钼、聚四氟乙烯、氮化硼、二硫化钨、基于氟的树脂和软金属(例如，Sn和Bi)。应该注意，基底L0可由铸铁制成或者可通过对诸如铝和不锈钢的各种材料执行诸如烧结、锻造、切割、冲压和焊接的各种工艺来制成。基底L0还可由陶瓷制成。

树脂层L1通过将上述固体润滑剂分散在粘结剂树脂中并经调节的涂覆溶液涂抹在由压铸铝制成的基底L0上来形成。还可用喷射方法、辊转印方法、冲刷方法、浸渍方法、刷涂覆方法、印刷方法等来形成树脂层L1。

树脂层L1形成在可移动涡旋构件4的与固定涡旋构件5接触的一部分(接触表面)上。在图2中示出的示例中，例如，树脂层L1形成在可移动涡旋构件4的端表面40b上。

1-4.树脂层中形成的凹槽

在树脂层L1的表面上形成多个凹槽C。图3示出图2中的树脂层L1的放大剖视图。如图3(a)中所示，多个凹槽C形成在树脂层L1的表面上。各凹槽C的横截面的形状近似于其中宽度向着更深位置减小并且宽度的变化率向着基底增大的U形或半圆形。应该注意，图3示出与凹槽C的延伸方向(凹槽C的正切方向，例如，图6中示出的箭头D6所指示的方向)正交的横截面(例如，图6中示出的表面F6)。图3中示出的树脂层L1的剖视图示出轮廓以简化描述，并且相比于实际树脂层L1，示意图中的树脂层L1在竖直方向上放大。

通过将切割工具的边缘沿着通过涂抹等初始形成在基底L0上的树脂层的表面移动来形成凹槽C。凹槽C的宽度w是指在与凹槽C延伸方向正交的横截面中的凹槽C的宽度，并且对应于连接在以上提到的横截面中的凹槽C的两个端部部分的线段的长度。凹槽C之间的节距p是指两个相邻凹槽C之间的距离，并且对应于连接在与凹槽C延伸方向正交的横截面中的这些凹槽C的中心的线段的长度。脊部分B的宽度a对应于位于凹槽C和与该凹槽C相邻形成的另一凹槽C之间的并且在与凹槽C延伸方向正交的横截面中未被切割的一部分的长度。

凹槽C的宽度w等于或小于凹槽C之间的节距p(w≤p)。在图3(a)中示出的示例中，凹槽C的宽度w等于凹槽C之间的节距p。在这种情况下，树脂层的原始表面被完全刮掉或者仅在形成在相邻凹槽C之间的脊部分B的顶端有保留。由于这个尖锐顶端致使与固定涡旋构件5的接触面积减小，因此涡旋构件之间的摩擦阻力减小。此外，接触固定涡旋构件5的脊部分B有可能由于其尖锐顶端而弹性变形，并且油膜有可能形成在弹性变形的脊部分B和固定涡旋构件5之间，从而改进接触部分的密封性能。在图3(b)中示出的实施例中，凹槽C的宽度w小于凹槽C之间的节距p。脊部分B位于凹槽C之间并且包括具有宽度a的平坦顶端。在这种情况下，脊部分B可以是通过被加工或通过磨损而形成的。脊部分B还可由树脂层的原始表面层形成。期望的是，宽度a小于宽度w(a<w)。当宽度a小于宽度w时，凹槽C没有被与固定涡旋构件5接触并且弹性变形的脊部分B完全填充。也就是说，即使脊部分B向着凹槽C弹性变形，凹槽C也容纳诸如油的润滑剂，因此，涡旋压缩机1的密封性能和耐磨性得到改进。

切割工具的边缘轨迹可具有线性形状或绕着特定轴线的圆弧形状或绕着轴线的螺旋形状。应该注意，当形成具有螺旋形状的凹槽C时，在将切割工具绕着轴线旋转的同时增大上述切割工具和轴之间的距离就足够了。此外，例如，上述的节距p是0.1mm至0.15mm。

期望的是，凹槽C的深度d小于相邻凹槽C之间的节距p(d<p)。在这种情况下，在相邻凹槽C之间形成的脊部分B中，基底部分的宽度(该宽度对应于节距p)比高度(该高度对应于凹槽C的深度d)长，因此，脊部分B被形成为对于图3中的横向方向上的力而言相对坚固的形状。例如，深度d是1μm至20μm。

由于在基底L0上形成树脂层L1并且在树脂层L1的表面上形成凹槽C，因此可移动涡旋构件4不需要保持密封材料，从而不必提供用于保持密封材料的保持部分。

2.变形形式

尽管以上已经描述了实施方式，但这个实施方式的内容可进行如下变化。以下的变形形式可组合使用。

2-1.设置有树脂层的构件

尽管在上述实施方式中可移动涡旋构件4设置有其中在其表面上形成凹槽C的树脂层L1，但固定涡旋构件5可设置有树脂层L1。换句话讲，在包括面板和被设置成从面板向着另一个涡旋构件延伸的螺旋叶片的基底上形成树脂层L1就足够了。然而，期望的是，其中形成凹槽C的树脂层L1不设置在其中涡旋构件彼此接触的可移动涡旋构件4和固定涡旋构件5的两个接触表面上，而是设置在接触表面中的一个上。特别地，在其中形成凹槽C的树脂层L1设置在涡旋构件的接触表面中的一个上的情况下，期望的是，树脂层L1不设置在另一个接触表面上。此外，凹槽C不必设置在整个接触表面上，并且凹槽C形成在接触表面的至少一部分上就足够了。

2-2.应用涡旋构件的流体机器和设备

尽管在上述实施方式中将涡旋压缩机1应用于汽车空调，但除了汽车空调之外，涡旋压缩机1还可应用于例如火车、房间、或建筑物的空调。此外，涡旋压缩机1还可应用于冷冻机、冰箱等，并且还可用于诸如水温调节器、恒温室、恒湿室、涂覆设备、粉末输送设备、食品加工设备和空气分离设备的各种设备中。

尽管在上述实施方式中可移动涡旋构件4应用于涡旋压缩机1，但可移动涡旋构件4可应用于诸如鼓风机、膨胀机、增压机和发电机的各种涡旋型流体机器。在可移动涡旋构件4应用于例如膨胀机的情况下，可移动涡旋构件4相对于固定涡旋构件5在上述旋转方向的相反方向上转动就足够。因此，气体在上述流动方向的相反方向上流入被涡旋构件包围的空间中，并且发生膨胀并且被排放。换句话讲，涡旋构件只需要增大和减小由彼此接合并且相对于彼此转动的构件所形成的空间的容积。

2-3.用于形成凹槽的装置

尽管通过将切割工具的边缘沿着树脂层的表面移动并且刮掉树脂层来形成凹槽C，但形成凹槽C的装置不限于此。例如，还可通过蚀刻、辊等来形成凹槽C。此外，还可通过用立体打印等在基底L0或树脂层L1的平坦表面上形成多个脊部分B，形成均位于相邻脊部分B之间的凹槽C。

2-4.形成在两个相邻表面上的凹槽

尽管在上述实施方式中树脂层L1形成在可移动涡旋构件4的端表面40b上，但树脂层L1可形成在多个接触表面上。例如，树脂层L1还可形成在端表面40b和内侧表面41b上。

图4是示出形成在可移动涡旋构件4的两个相邻表面上的凹槽C的立体图。端表面40b和内侧表面41b借助脊线彼此相邻。树脂层L1设置在端表面40b和内部侧表面41b上，凹槽C形成在树脂层L1的表面上。凹槽C被形成为使得形成在端表面40b上的凹槽C和形成在内侧表面41b上的凹槽C彼此连接于端表面40b和内侧表面41b之间的脊线上。因此，即使端表面40b和内侧表面41b中的任一个紧密接触固定涡旋构件5的表面，由于形成在紧密接触表面上的凹槽C连接于形成在另一表面上的凹槽C，接触表面上的凹槽C有可能容纳诸如油的润滑剂。

应该注意，在端表面40b上形成凹槽C的加工方法可以不同于在内侧表面41b上形成凹槽C的加工方法。在这种情况下，端表面40b上的凹槽C和内侧表面41b上的凹槽C可以在宽度、节距和深度中的至少一个方面不同。也就是说，端表面40b上的凹槽C和内侧表面41b上的凹槽C并非都需要以一一对应的关系彼此连接，并且一些凹槽C彼此连接就足够了。

2-5.凹槽的形成方向

尽管在上述实施方式中没有提到凹槽C的形成方向，但期望的是，凹槽C的形成方向不同于沿着叶片4b的方向。具体地，期望的是，凹槽C形成在与形成叶片4b的端表面40b的脊线交叉的方向上。

图5是说明在可移动涡旋构件构4中的凹槽C的形成方向的示意图。轴线O1是平面4a的中心并且是叶片4b和叶片5b之间的接触点。叶片4b和叶片5b二者沿着由绕着轴线O1的圆限定的渐开曲线形成，使得渐开曲线构成叶片的中线。图3中示出的树脂层L1设置在叶片4b的端表面40b上，凹槽C形成在树脂层L1的表面上。凹槽C是通过将切割工具绕着轴线O1旋转来形成的。应该注意，尽管为了方便描绘该示意图在图5中将凹槽C绘制为好像其间的节距不规则，但实际上凹槽C是以规则节距没有间隙地形成在树脂层L1的端表面40b上。

在图5中示出的实施例中，凹槽C同心地绕着轴线O1形成。因此，凹槽C形成在不同于沿着叶片4b的方向的方向上。具体地，凹槽形成在与沿着叶片4b的方向相交的任何方向上，也就是说，与叶片4b的脊线交叉的方向上。因此，当端表面40b接触固定涡旋构件5时，诸如油的润滑剂不费力地翻过上述脊线并且通过另一个表面上的凹槽C流入端表面40b上的凹槽C内。由于形成在端表面40b上的凹槽C在容纳诸如油的润滑剂时接触固定涡旋构件5，因此改进了密封性能和耐磨性。

凹槽C也可绕着不同于轴线O1的轴线形成。图6是示出将切割工具绕着轴线O2旋转而形成的凹槽C的示意图，轴线O2与轴线O1(即面板4a的中心)不同。另外，在图6中，凹槽C实际上以规则节距没有间隙地形成在树脂层L1的端表面40b上。以此方式，即使凹槽C绕着不同于轴线O1的轴线O2形成，凹槽C没有形成在沿着叶片40b的方向(诸如，图6中示出的箭头D0所指示的方向)上而是形成在不同于这个方向的方向(例如，图6中示出的箭头D6所指示的方向)上并且凹槽C形成在与叶片4b的脊线交叉的方向上也就足够了。

应该注意，尽管上述图5和图6中示出的凹槽C以规则节距没有间隙地形成在树脂层L1的端表面40b上，但凹槽C之间的节距不需要相等，并且相邻凹槽C之间可以有间隙。此外，凹槽C可具有绕着如上所述的轴线O1或轴线O2的螺旋形状。

Claims (7)

1.一种涡旋构件，所述涡旋构件包括：

基底，该基底包括面板和螺旋叶片，所述叶片被设置成从所述面板向着第二涡旋构件延伸；

树脂层，该树脂层形成在所述基底上；以及

多个凹槽，所述多个凹槽形成在所述树脂层的表面上。

2.根据权利要求1所述的涡旋构件，其中，所述凹槽的宽度小于或等于所述多个凹槽中的相邻凹槽之间的节距。

3.根据权利要求1或2所述的涡旋构件，其中，所述凹槽形成在与沿着所述叶片的方向不同的方向上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡旋构件，其中，所述凹槽为螺旋形状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡旋构件，其中，所述凹槽的深度小于所述多个凹槽中的相邻凹槽之间的节距。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡旋构件，其中，所述凹槽被形成为连接到在与形成有所述凹槽的所述表面相邻的另一表面上形成的其他凹槽。

7.一种涡旋型流体机器，所述涡旋型流体机器包括：

根据权利要求1至6中任一项所述的涡旋构件；以及

所述第二涡旋构件，所述第二涡旋构件通过与所述涡旋构件接合并且相对于所述涡旋构件旋转来增大或减小由所述涡旋构件和所述第二涡旋构件形成的空间的容积。