CN105705792B - 涡旋型流体设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种涡旋型流体设备，能减小自转阻止机构的PV值，并且能以低成本抑制杂音的产生。使动涡盘构件(3)的自转阻止机构(30)包括形成在动涡盘构件(3)的端板(2a)一侧的圆形孔(31)、突出设置在前外壳(7)的推力承接部(17)一侧的销(32)、具有偏心孔(33a)且隔着间隙收容在圆形孔(31)中的圆板(33)，使销(32)隔着间隙地嵌合在偏心孔(33a)中，将由定涡盘构件(2)和动涡盘构件(3)的两个缠绕件(2b、3b)之间的接触确定的动涡盘构件(3)的回旋半径(AOR)、由圆形孔(31)与圆板(33)间的间隙以及偏心孔(33a)与销(32)间的间隙确定的动涡盘的最大容许回旋半径(LPOR)和最小容许回旋半径(SPOR)设置成满足SPOR＜AOR＜LPOR的关系。

Description

涡旋型流体设备
技术领域
本发明涉及一种涡旋型流体设备，该涡旋型流体设备具有定涡盘构件和动涡盘构件，通过使由定涡盘构件和动涡盘构件形成的密闭空间的容积发生变化来使流体压缩或膨胀，本发明特别地涉及动涡盘构件的自转阻止机构。
背景技术
一种涡旋型流体设备具有定涡盘构件与动涡盘构件，并且包括：使两个涡盘构件互相相对地啮合在一起的在涡卷状缠绕件之间形成密闭空间的涡旋单元以及对动涡盘的自转进行阻止的自转阻止机构，通过自转阻止机构对动涡盘构件的自转进行阻止，并且通过使由动涡盘构件围绕定涡盘构件的轴心进行公转回旋运动来使密闭空间的容积发生变化从而使流体进行压缩或膨胀。
作为这种涡旋型流体设备的自转阻止机构，例如有专利文献1记载的销孔式的自转阻止机构。上述自转阻止机构是将销突出设置在动涡盘构件和对该动涡盘构件的推力进行承接的外壳壁一侧中的任一方上，在另一方上形成环孔，通过销与环孔的卡合，在动涡盘构件围绕定涡盘构件的轴心进行回旋时，对动涡盘的自转进行阻止的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008－208715号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在像这样的销孔式的自转阻止机构的情况下，存在以下问题：销与环孔的周壁间的滑动接触动作的PV值(P是面压、V是周速度)高，且材料选择的自由度低，而使所能使用的材料的选择范围较窄。此外，在从外部的驱动源经由离合器输入动力的开放型的涡旋型压缩机中，存在以下问题：当关闭离合器时，因残余的高压气体的膨胀而使动涡盘构件移动，从而产生杂音。
本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种具有材料选择范围广，并能抑制杂音产生的自转阻止机构的涡旋型流体设备。
解决技术问题所采用的技术方案
因而，本发明的涡旋型流体设备包括：涡旋单元，该涡旋单元具有定涡盘构件和动涡盘构件，在使所述定涡盘构件与所述动涡盘构件彼此相对地啮合而形成的涡卷状的缠绕件之间形成密闭空间；以及所述动涡盘构件的自转阻止机构，通过所述自转阻止机构对所述动涡盘构件的自转进行阻止，并且使所述动涡盘构件围绕定涡盘构件的轴心进行公转回旋运动来使所述密闭空间的容积发生变化的涡盘型流体设备，其特征是，将所述自转阻止机构形成为在所述动涡盘构件的背面侧端面和与所述背面侧端面相对来对来自动涡盘构件的推力进行承接的外壳壁中的任意一方上形成多个圆形孔，在另一方突出设置与所述圆形孔相同数量的销，将具有偏心孔的圆板隔着间隙地收容在各所述圆形孔中，并使所述销隔着间隙地嵌合在所述偏心孔中，以对所述动涡盘构件的自转进行阻止，当将由所述定涡盘构件的所述缠绕件与所述动涡盘构件的所述缠绕件之间的接触而确定的动涡盘构件的回旋半径设为AOR，将由所述自转阻止机构的圆形孔与圆板之间的所述间隙以及偏心孔与销之间的所述间隙确定的动涡盘的最大容许回旋半径和最小容许回旋半径分别设为LPOR、SPOR时，满足SPOR＜AOR＜LPOR的关系。
发明效果
根据本发明的涡旋型流体机械，将自转阻止机构形成为将设有偏心孔的圆板隔着间隙地收容在形成于动涡盘构件一侧和外壳一侧的一方上的圆形孔中，且使与偏心孔隔着间隙地嵌合的销突出设置在动涡盘构件一侧和外壳一侧的另一方，通过偏心孔与销之间的卡合对动涡盘构件的自转进行阻止，藉此，能降低自转阻止机构的PV值，并能扩大材料的选择范围，来降低成本。此外，由于将动涡盘回旋半径AOR限制在最大容许回旋半径LPOR与最小容许回旋半径SPOR间的范围内(满足SPOR＜AOR＜LPOR的关系)，因此，通过适当地设定最大容许回旋半径LPOR和最小容许回旋半径SPOR，就能使动涡盘构件进行顺畅地回旋，且能抑制缠绕件之间的异常磨损以及杂音的产生，其中，上述动涡盘回旋半径AOR由定涡盘构件与动涡盘构件各自的缠绕件之间的接触而确定，上述最大容许回旋半径LPOR和最小容许回旋半径SPOR由圆形孔与圆板之间的间隙以及偏心孔与销之间的间隙确定。藉此，能降低现有的对动涡盘构件的回旋半径AOR的可变范围进行规定的从动曲柄机构的部件的制造成本，并能使曲柄机构的制造变得容易，而能降低制造成本。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的涡旋型压缩机的整体结构的剖视图。
图2是涡旋单元的说明图。
图3是自转阻止机构的放大剖视图。
图4是自转阻止机构的配置说明图。
图5是位于最大容许回旋半径处的自转阻止机构的状态图。
图6是位于最小容许回旋半径处的自转阻止机构的状态图。
图7是表示本实施方式的自转阻止机构与销孔式的自转阻止机构间的PV值的比较的图。
图8是表示本实施方式的自转阻止机构的噪声降低效果的实验结果的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明的涡旋型流体设备能作为压缩机或膨胀器使用，在此，以压缩机的例子来进行说明。
图1至图4示出了本实施方式的涡旋型压缩机的结构，其中，图1是表示整体结构的剖视图，图2是涡旋单元的说明图，图3是自转阻止机构的放大剖视图，图4是自转阻止机构的配置说明图。
涡旋型压缩机1包括涡旋单元4，该涡旋单元4具有沿中心轴方向相对配置的定涡盘构件2和动涡盘构件3。如图2所示，定涡盘构件2是通过在端板2a上一体形成涡卷状的缠绕件2b而成的。同样地，动涡盘构件3是通过在端板3a上一体形成涡卷状的缠绕件3b而成的。
两个涡盘构件2、3配置成使两个缠绕件2b、3b啮合，且使定涡盘构件2一侧的缠绕件2b的突出侧的端缘与动涡盘构件3一侧的端板3a接触，并使动涡盘构件3一侧的缠绕件3b的突出侧的端缘与定涡盘构件2一侧的端板2a接触。另外，在两个缠绕件2b、3b的突出侧的端缘上设有顶端密封件。
此外，两个涡盘构件2、3配置成在两个缠绕件2b、3b的周向角度相互错开的状态下使两个缠绕件2b、3b的侧壁彼此局部接触。藉此，在两个缠绕件2b、3b之间形成新月状的密闭空间、即流体凹口(日文：流体ポケット)5。
动涡盘构件3以该动涡盘构件3的中心(轴心)3c相对于定涡盘构件2的中心(轴心)2c偏心的方式安装，在通过后述的自转阻止机构30使动涡盘构件3的自转受到阻止的同时，通过驱动机构使动涡盘构件3绕着定涡盘构件2的轴心(中心c)以由两个缠绕件2b、3b间的接触而确定的回旋半径AOR来进行公转运动。藉此，通过使两个缠绕件2b、3b之间接触，且通过使形成在两个缠绕件2b、3b之间的流体凹口5从缠绕件2b、3b的外端部朝向中心部移动，从而使流体凹口5的容积朝缩小方向变化。因此，从缠绕件2b、3b的外端部侧吸入至流体凹口5内的流体(例如制冷剂气体)被压缩。
另外，在膨胀器的情况下，流体凹口5相反地从缠绕件2b、3b的中心部朝向外端部移动，从而使流体凹口5的容积朝增大方向变化，并使从缠绕件2b、3b的中心部侧吸入流体凹口5内的流体膨胀。
涡旋型压缩机1的外壳由将涡旋单元4内置的中间外壳6、配置于该中间外壳6前侧的前外壳7以及配置于上述中间外壳6后侧的后外壳8构成。
在本实施方式中，中间外壳6与定涡盘构件2一体地形成为涡盘单元4的框体部(外壳罩)。但是，也可以是定涡盘构件2和中间外壳6设为不同构件，并将定涡盘构件2收纳固定在中间外壳6内的结构。中间外壳6的后侧通过端板2a封闭，而前侧开口。
前外壳7通过螺栓(未图示)紧固在中间外壳6的开口部侧。前外壳7在推力方向上对动涡盘构件3进行支承，并且对动涡盘构件3的驱动机构进行收纳。
此外，在前外壳7的内部形成有上述流体的吸入室9，该吸入室9与形成在前外壳7的外壁上的吸入端口(未图示)连接。
在前外壳7及中间外壳6的周向的一部分上形成有隆起部10。在隆起部10的内部形成有流体通路空间11，该流体通路空间11沿与压缩机中心轴平行的方向延伸，以将上述流体从前外壳7侧的吸入室9向中间外壳6侧的两个缠绕件2b、3b的外端部附近引导。
后外壳8通过螺栓12紧固在中间外壳6的端板2a侧，在后外壳8与端板2a之间形成有上述流体的排出室13。在定涡盘构件2的端板2a的中心部上形成有压缩流体的排出孔14，在排出孔14上附设有单向阀15。排出孔14经由单向阀15与排出室13连接。排出室13与形成在后外壳8的外壁上的排出端口(未图示)连接。
上述流体从吸入端口导入前外壳7内的吸入室9，经由前外壳7及中间外壳6的隆起部10内侧的流体通路空间11，从涡旋单元4的外端部侧吸入至由缠绕件2b、3b接触而形成的流体凹口4内，以供进行压缩。经压缩后的流体从穿设于定涡盘构件2的端板2a的中央部处的排出孔14排出到后外壳8内的排出室13，并从排出室13经由排出端口导出到外部。
前外壳7在通过螺栓(未图示)紧固到中间外壳6的开口部侧的外周部的内侧上，具有推力承接部17，该推力承接部17隔着推力板16对来自动涡盘构件3的端板3a的推力进行承接。
此外，前外壳7在中心部处将驱动轴20支承成能自由旋转，其中，上述驱动轴20构成动涡盘构件3的驱动机构的核心部件。驱动轴20的一端部侧突出到前外壳7的外侧，且在此处隔着电磁离合器21安装有皮带轮(日文：プーリ)22。因而，在从皮带轮22经由电磁离合器21输入的旋转驱动力的作用下，对驱动轴20进行驱动而使其旋转。驱动轴20的另一端部侧经由曲柄机构而与动涡盘构件3连接。
在本实施方式中，所述曲柄机构构成为包括：圆筒状的轴套部23，该轴套部23突出形成在动涡盘构件3的端板3a的背面上；以及偏心衬套25，该偏心衬套25以偏心状态安装在设于驱动轴20端部的曲柄24上，所述偏心衬套25经由轴承26嵌合到所述轴套部23的内部。另外，在偏心衬套25上安装有平衡配重27，该平衡配重27对抗动涡盘构件3在动作时的离心力。
如图3的放大剖视图所示，自转阻止机构30包括：圆形孔31，该圆形孔31形成在动涡盘构件3的端板3a的背面侧端面(与前外壳7的推力承接部17相对)上；销32，该销32突出设置在前外壳7的推力承接部17一侧且贯穿推力板16；以及圆板33，该圆板33具有偏心孔33a，并隔着间隙地收容在圆形孔31中，自转阻止机构30构成为使销32隔着间隙地与圆板33的偏心孔33a嵌合，且通过销32与偏心孔33a的卡合来对动涡盘构件2的自转进行阻止。
在本实施方式中，如图4所示，所述圆形孔31在端板3a的外周部附近沿周向大致等间隔地配置有四个，销32也沿推力承受部17的周向突出设置有与圆形孔31相同数量个。另外，在本实施方式中，圆形孔31以及销32的数目为四个，但通过在适当的位置处配置至少三个以上，便能作为自转阻止机构来对动涡盘构件3的自转进行阻止。
在此，形成有圆形孔31的动涡盘构件3由轻合金(例如铝合金)形成。此外，销32和圆板33例如是铁制的。另外，圆板33除了铁以外，也可以由聚苯硫醚树脂(PPS)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚醚醚酮树脂(PEEK)、聚酰亚胺树脂(PI)等树脂或是轻合金(铝合金)形成。在使用轻合金的情况下，为了避免黏附磨损，理想的是对外周面实施黏着磨损防止用的表面处理。只要在圆板33中使用树脂或轻合金，便能实现轻量化。
对上述结构的涡旋型压缩机1的动作进行简单说明。当通过来自外部的旋转驱动力而使皮带轮22旋转时，经由电磁离合器21使驱动轴20旋转，并经由曲柄机构使动涡盘构件3在自转受到自转阻止机构30阻止的同时，绕着定涡盘构件2的轴心进行公转回旋运动。因动涡盘构件3的公转回旋运动，流体(制冷剂气体)从吸入端口经由吸入室9及流体通路空间11，而从涡旋单元4的外端部侧流入至缠绕件2b、3b之间的流体端口5内，因流体端口5的容积的缩小变化而被压缩的流体从定涡盘构件2中央部的排出孔21排出至排出室13。排出到排出室13的流体经由排出端口导出到外部。
在此，对自转阻止机构30进行详细说明。
如图6及图7所示，自转阻止机构30通过圆形孔31与圆板33之间的间隙及偏心孔33a与销32之间的间隙，来确定动涡盘构件3的最大容许回旋半径LPOR和最小容许回旋半径SPOR。然后，由动涡盘构件3的中心3c相对于定涡盘构件2的中心2c的偏心量确定的动涡盘构件3的回旋半径AOR、即由定涡盘构件2和动涡盘构件3的两个缠绕件2b、3b之间的接触而确定的动涡盘构件3的回旋半径AOR满足SPOR＜AOR＜LPOR的关系。
接着，自转阻止机构30的最大容许回旋半径LPOR是考虑与两个涡盘构件2、3的中心2c、3c的标准偏心量间的偏差量(芯偏差量)，在将该芯偏离量的公差设为β时，满足AOR+β≤LPOR的关系，其中，上述标准偏心量是由定涡盘构件2和动涡盘构件3的制造、组装而产生的。
此外，最小容许回旋半径SPOR是为了确保当在动涡盘构件3的公转回旋运动中异物被咬入缠绕件2b、3b之间或是缠绕件2b、3b之间存在液压缩时的退避量而设定的。因此，最小容许回旋半径SPOR设定成相对于由定涡盘构件2的缠绕件2b与动涡盘构件3的缠绕件3b的接触而确定的动涡盘构件3的回旋半径AOR具有些许游隙，在将该游隙量设为γ时，使SPOR≤AOR―γ。
此外，在本实施方式的自转阻止机构30中，圆形孔31与圆板33之间的间隙A设定成比圆板33的偏心孔33a与销32之间的间隙B大(A＞B)。藉此，能将偏心孔33a与销32之间的曲率半径差设置成比圆形孔31与圆板33之间的曲率半径差小，并且能降低面压高的偏心孔33a与销32的接触部的PV值。
根据所述自转阻止机构30，即便是在定涡盘构件2和动涡盘构件3的两个缠绕件2b、3b之间产生间隙或是产生强烈地碰撞，也能利用自转阻止机构30良好地吸收，能防止压缩效率降低，并且能抑制两个缠绕件2b、3b之间的磨损。因此，在以往是通过具有偏心衬套的从动曲柄机构使动涡盘构件3的回旋半径AOR可变，以避免两个缠绕件2b、3b之间的过大或过小的接触，但在本实施方式中，自转阻止机构30具有限制动涡盘构件3的回旋半径的作用。因而，不用对曲柄机构的部件的加工精度进行严密地管理，并且能使曲柄机构的制造变得容易，并能降低生产成本。
此外，在上述自转阻止机构30中，如图7所示，与通过销与环孔的卡合来阻止动涡盘构件的自转的销孔式的自转阻止机构的PV值相比，销32与圆板33之间的嵌合面以及圆板33的外表面的PV值会特别小。因而，材料的选择范围变广，能伴随曲柄机构的生产简单化来降低涡旋型流体设备1的制造成本。另外，图7是使用轴承钢作为滑动件且在汽车的空调装置中使用的情况下的实验结果。
此外，通过使圆形孔31与圆板33之间的间隙A比圆板33的偏心孔33a与销32之间的间隙B大，除了能减小PV值之外，还能使润滑油的供给变得良好来提高耐久性。
此外，在像本实施方式的开放型涡旋型压缩机1的情况下，因关闭电磁离合器21时的残余的高压气体的膨胀，会使动涡盘构件3移动而产生杂音。在最小容许回旋半径SPOR的设定中，经实验得知通过减小游隙量γ能降低上述杂音图8是表示采用现有的从动曲柄机构，并在抑制从动曲柄机构的最小回旋半径一侧的间隙中放入厚度不同的隔板来测定声压水平的结果。与图8中不放入隔板的情况(图中用初始数据来表示)相比，可知在减小间隙的情况下声压水平会降低。在上述实验结果的基础上，在本实施方式中，将动涡盘构件3的回旋半径AOR的最小回旋半径SPOR一侧的游隙量γ设为0.15mm以下。藉此，与现有的销孔式的自转阻止机构相比，能抑制涡旋单元4的杂音，且能降低从涡旋型压缩机1发出的噪声。
另外，也可以将自转阻止机构30的圆形孔31形成在前外壳7一侧，而将销32突出设置在动涡盘构件3一侧。但在这种情况下，销32的插入长度需要比动涡盘构件3的端板3a的厚度短，存在销32发生脱落的风险。因而，理想的是像本实施方式这样，将圆形孔31形成在动涡盘构件3一侧，而将销32突出设置在前外壳7一侧。
符号说明
1 涡旋型压缩机
2 定涡盘构件
2a 端板
2b 缠绕件(定涡盘构件侧)
2c 定涡盘构件的中心
3 动涡盘构件
3a 端板
3b 缠绕件(动涡盘构件侧)
3c 动涡盘构件的中心
4 涡旋单元
5 流体凹口(密闭空间)
6 中间外壳
7 前外壳
8 后外壳
9 吸入室
13 排出室
14 排出孔
15 单向阀
16 推力板
17 推力承接部
20 驱动轴
24 曲柄
25 偏心衬套
27 轴套部
30 自转阻止机构
31 圆孔
32 销
33 圆板
33a 偏心孔
AOR 动涡盘的回旋半径
LPOR 最大容许回旋半径
SPOR 最小容许回旋半径。

Claims (10)

1.一种涡旋型流体设备，包括：涡旋单元，该涡旋单元具有定涡盘构件和动涡盘构件，在使所述定涡盘构件与所述动涡盘构件彼此相对地啮合而形成的涡卷状的缠绕件之间形成密闭空间；以及所述动涡盘构件的自转阻止机构，通过所述自转阻止机构对所述动涡盘构件的自转进行阻止，并且使所述动涡盘构件围绕定涡盘构件的轴心进行公转回旋运动来使所述密闭空间的容积发生变化，
其特征在于，
将所述自转阻止机构形成为在所述动涡盘构件的背面侧端面和与所述背面侧端面相对来对来自动涡盘构件的推力进行承接的外壳壁中的任意一方上形成多个圆形孔，在另一方上突出设置与所述圆形孔相同数量的销，将具有偏心孔的圆板隔着间隙地收容在各所述圆形孔中，并使所述销隔着间隙地嵌合在所述偏心孔中，以对所述动涡盘构件的自转进行阻止，
当将由所述定涡盘构件的所述缠绕件与所述动涡盘构件的所述缠绕件之间的接触而确定的动涡盘构件的回旋半径设为AOR，将由所述自转阻止机构的圆形孔与圆板之间的所述间隙以及偏心孔与销的之间的所述间隙确定的动涡盘的最大容许回旋半径和最小容许回旋半径分别设为LPOR、SPOR时，满足SPOR＜AOR＜LPOR的关系。
2.如权利要求1所述的涡旋型流体设备，其特征在于，当将所述定涡盘构件的轴心与动涡盘构件的轴心的芯偏差量的公差设为β时，所述最大容许回旋半径LPOR满足AOR+β≤LPOR的关系。
3.如权利要求1或2所述的涡旋型流体设备，其特征在于，考虑因定涡盘构件的缠绕件与所述动涡盘构件的缠绕件之间的接触而确定的所述回旋半径AOR的游隙量，并将该游隙量设为γ时，所述最小容许回旋半径SPOR满足SPOR≤AOR－γ的关系。
4.如权利要求3所述的涡旋型流体设备，其特征在于，将所述游隙量γ设为0.15mm以下。
5.如权利要求1所述的涡旋型流体设备，其特征在于，使圆形孔与圆板之间的所述间隙设为比偏心孔与销之间的所述间隙大。
6.如权利要求1所述的涡旋型流体设备，其特征在于，形成所述圆形孔的构件是轻合金制的，且所述销是铁制的，并且由选自铁、树脂以及轻合金中的任一种材料来形成所述圆板。
7.如权利要求6所述的涡旋型流体设备，其特征在于，当所述圆板是轻合金制的时，在外周围实施黏着防止用表面处理。
8.如利要求7所述的涡旋型流体设备，其特征在于，所述轻合金是铝合金。
9.如权利要求6所述的涡旋型流体设备，其特征在于，所述树脂是选自聚苯硫醚树脂(PPS)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚醚醚酮树脂(PEEK)、聚酰亚胺树脂(PI)中的任一种树脂。
10.如权利要求1所述的涡旋型流体设备，其特征在于，将所述圆形孔形成在所述动涡盘构件的背面侧端面，而将所述销形成于所述外壳壁。
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