CN105840504B - 一种涡旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡旋压缩机，包括相互连接的上支架和上盖，上支架和上盖的内部设置有动涡旋盘，动涡旋盘靠近上盖所在一侧同轴设置有静涡旋盘，动涡旋盘靠近上支架所在一侧同轴设置有弹性圆环；上支架上设置有与弹性圆环相配合的内支撑部和外支撑部，内支撑部与外支撑部之间形成悬空部，悬空部的底面具有背压密封槽，背压密封槽内设置有与弹性圆环紧密贴合的背压密封圈；上支架内部具有分别与悬空部相连通的背压腔和吸气腔，上盖内部具有与背压腔相连通的排气腔，动涡旋盘与静涡旋盘间形成分别与吸气腔和排气腔相连通的压缩腔。该涡旋压缩机的密封效果较为充分可靠，且其密封结构工艺难度较低。

Description

一种涡旋压缩机
技术领域
本发明涉及制冷系统配套设备技术领域，特别涉及一种涡旋压缩机。
背景技术
涡旋压缩机作为一种高效节能的空气能涡旋压缩机，已经在商用多联空调制冷系统中得到广泛应用。尤其是随着电动汽车的兴起，高效节能的车载空调系统变得越来越重要，而电动涡旋压缩机作为最新一代的车载涡旋压缩机，必将逐渐成为电动汽车的标配。
涡旋压缩机泵体稳定可靠的密封性是实现涡旋压缩机高效可靠的前提，现有较为成熟的解决方案是依靠动涡旋盘或静涡旋盘基板两侧产生的气体压差将动涡旋盘或静涡旋盘向另一方推压，从而实现动静涡旋盘密封面之间的密封；此外，本领域内也有一部分厂商通过在动静涡旋盘密封面处设置弹性钢片分割出背压腔区域和吸气腔区域，从而实现可靠的背压技术，但该结构要实现背压腔之间的密封，需要依靠静涡旋盘端面、密封钢片以及上支架端面三者之间的压紧密封，对密封端面的零件加工质量要求很高，同时在涡旋压缩机的工作过程中，弹性钢片受背压力的作用会产生轴向变形，弹性钢片处于外周部固定约束而中部受波动载荷作用的工作状态，这无疑会影响背压腔的可靠密封，给相关设备的稳定连续运行造成不利影响。
因此，如何使得涡旋压缩机的密封效果更加充分可靠并降低其密封结构工艺难度是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机的密封效果较为充分可靠，且其密封结构工艺难度较低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种涡旋压缩机，包括相互连接的上支架和上盖，所述上支架和所述上盖的内部设置有动涡旋盘，所述动涡旋盘靠近所述上盖所在一侧同轴设置有静涡旋盘，所述动涡旋盘靠近所述上支架所在一侧同轴设置有弹性圆环；
所述上支架上设置有与所述弹性圆环相配合的内支撑部和外支撑部，所述内支撑部与所述外支撑部之间形成悬空部，所述悬空部的底面具有背压密封槽，所述背压密封槽内设置有与所述弹性圆环紧密贴合的背压密封圈；
所述上支架内部具有分别与所述悬空部相连通的背压腔和吸气腔，所述上盖内部具有与所述背压腔相连通的排气腔，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘间形成分别与所述吸气腔和所述排气腔相连通的压缩腔。
优选地，所述背压密封圈的底部与所述背压密封槽的底面间设置有压紧装置。
优选地，所述压紧装置为波形弹簧。
优选地，所述背压密封槽与所述背压密封圈之间沿所述弹性圆环的径向具有配合间隙。
优选地，所述上支架上具有与所述吸气腔相连通的上支架辅助吸气通道。
优选地，所述静涡旋盘上具有与所述吸气腔相连通的静涡旋盘辅助吸气通道。
优选地，所述静涡旋盘上贯穿有与所述排气腔相连通的引流通道，所述上支架上具有与所述背压腔相连通的节流通路，所述引流通道与所述节流通路间连通有引流孔。
优选地，所述节流通路的延伸方向与所述上支架的径向一致。
优选地，所述节流通路的外端部设置有螺纹密封塞。
优选地，所述排气腔内设置有排气机构和集油槽。
相对上述背景技术，本发明所提供的涡旋压缩机，其工作过程中，制冷剂由排气腔通入背压腔内，形成施加于弹性圆环和动涡旋盘端面的背压，以将弹性圆环、动涡旋盘与静涡旋盘轴向压紧，之后一部分制冷剂通入悬空部和背压密封槽内并对背压密封圈形成压紧力，从而保证背压密封圈和弹性圆环间的可靠压紧和密封，从而显著提高了涡旋压缩机内部组件的密封效果，同时通过该背压密封圈和弹性圆环构成的背压密封结构使得动涡旋盘和静涡旋盘以及上支架间无需高精度加工适配即可实现可靠密封，从而大大简化了涡旋压缩机的整体加工强度和工艺难度，简化其加工工艺，并使其制造成本适当降低，加工效率适当提高。
本发明另一优选方案中，所述背压密封圈的底部与所述背压密封槽的底面间设置有压紧装置。在实际作业过程中，该压紧装置能够为背压密封圈提供足够的压紧力，始终能保持将背压密封圈推压在弹性圆环端面上，从而在涡旋压缩机未开启状态下，使得动涡旋盘与静涡旋盘之间的压缩腔以及背压腔均能保持良好的密封状态，这样的结构能够使得涡旋压缩机一开机，压缩腔即能快速实现高效压缩，实现涡旋压缩机快速制冷制热，从而大幅提高所述涡旋压缩机的工况适应能力和工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的涡旋压缩机的结构剖视图；
图2为图1中背压腔与排气腔间连通结构局部放大图；
图3为图1中动涡旋盘预紧状态的结构示意图；
图4为图1中背压密封状态形成示意图；
图5为图1中背压受力分布示意图；
图6为图1中动涡旋盘工作状态下的受力分布示意图；
图7为本发明一种具体实施方式所提供的涡旋压缩机的立体结构示意图；
图8为图1中上支架部分的结构示意图；
图9为图1中弹性圆环部分的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机的密封效果较为充分可靠，且其密封结构工艺难度较低。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1、图3和图4，图1为本发明一种具体实施方式所提供的涡旋压缩机的结构剖视图；图3为图1中动涡旋盘预紧状态的结构示意图；图4为图1中背压密封状态形成示意图。
在具体实施方式中，本发明所提供的涡旋压缩机，包括相互连接的上支架1和上盖4，上支架1和上盖4的内部设置有动涡旋盘2，动涡旋盘2靠近上盖4所在一侧同轴设置有静涡旋盘3，动涡旋盘2靠近上支架1所在一侧同轴设置有弹性圆环9；上支架1上设置有与弹性圆环9相配合的内支撑部1h和外支撑部1f，内支撑部1h与外支撑部1f之间形成悬空部9a，悬空部9a的底面具有背压密封槽1e，背压密封槽1e内设置有与弹性圆环9紧密贴合的背压密封圈10；上支架1 内部具有分别与悬空部9a相连通的背压腔11和吸气腔13，上盖4内部具有与背压腔11相连通的排气腔6，动涡旋盘2与静涡旋盘3间形成分别与吸气腔13和排气腔6相连通的压缩腔(图中未示出)。
工作过程中，制冷剂由排气腔6通入背压腔11内，形成施加于弹性圆环9和动涡旋盘2端面的背压，以将弹性圆环9、动涡旋盘2与静涡旋盘3轴向压紧，之后一部分制冷剂通入悬空部9a和背压密封槽 1e内并对背压密封圈10形成压紧力，从而保证背压密封圈10和弹性圆环9间的可靠压紧和密封，从而显著提高了涡旋压缩机内部组件的密封效果，同时通过该背压密封圈10和弹性圆环9构成的背压密封结构使得动涡旋盘2和静涡旋盘3以及上支架1间无需高精度加工适配即可实现可靠密封，从而大大简化了涡旋压缩机的整体加工强度和工艺难度，简化其加工工艺，并使其制造成本适当降低，加工效率适当提高。
在实际应用中，上述背压密封圈10优选为橡胶密封圈但不仅限于此，原则上，只要是能够满足所述涡旋压缩机的实际使用需要的密封圈类型均可。
进一步地，背压密封圈10的底部与背压密封槽1e的底面间设置有压紧装置15。在实际作业过程中，该压紧装置15能够为背压密封圈10提供足够的压紧力，始终能保持将背压密封圈10推压在弹性圆环9端面上，从而在涡旋压缩机未开启状态下，使得动涡旋盘2与静涡旋盘3之间的压缩腔以及背压腔11均能保持良好的密封状态，这样的结构能够使得涡旋压缩机一开机，压缩腔即能快速实现高效压缩，实现涡旋压缩机快速制冷制热，从而大幅提高所述涡旋压缩机的工况适应能力和工作效率。
具体地，压紧装置15为波形弹簧。该种波形弹簧的弹性复位力能够为背压密封圈10提供稳定可靠的压紧力，从而进一步保证涡旋压缩机的密封效果。
当然，上述压紧装置15为波形弹簧仅为优选方案，其还可以为压缩弹簧或橡胶弹性复位件等能够为背压密封圈10提供压紧力的组件，即，只要是能够满足所述涡旋压缩机的实际使用需要均可。
更具体地，背压密封槽1e与背压密封圈10之间沿弹性圆环9的径向具有配合间隙。该配合间隙能够保证设备运行过程中背压密封槽 1e内位于背压密封圈10底部的空间与背压腔11相连通，从而使背压密封圈10底部也能够收到来自背压腔11内的压力，从而进一步保证背压密封圈10与弹性圆环9间的紧密贴合和可靠密封。
为便于理解本方案，现结合附图对本发明技术方案做进一步阐述。
请参考图1，图4为图1中取料装置部分的局部放大结构示意图。
制冷剂通过吸气腔13进入动、静涡旋盘之间的压缩腔进行压缩，之后排入排气腔6，排气腔6内的制冷剂气体在排气结构5的作用下对制冷剂携带的润滑油进行分离，被分离的润滑油被聚集在集油槽7，集油槽7中的润滑油连通制冷剂通过静涡旋盘3和上支架1的节流通路3b进入背压腔11内，从排气腔6引流的制冷剂经过节流通路3b 后由排气压力降至某一中间压力，形成背压压力，将动涡旋盘2向静涡旋盘3侧压紧，实现动、静涡旋盘之间的轴向密封。同时，大量排气携带的润滑油被引入背压腔11用于润滑各摩擦副，实现涡旋压缩机的可靠运行。
请参考图2，图2为图1中背压腔与排气腔间连通结构局部放大图。
通过在静涡旋盘3内部开设引流通道3b，在上支架1的基板对应位置开设引流孔1b和上支架1径向节流通路1a。通过这类引流通道，将涡旋压缩机排气腔6的制冷剂引入背压腔11，制冷剂压力由排气压力Pd节流降压至某一合适中间压力Pb。同时，该类通道也是润滑油的主要流通通道，在制冷剂的携带下，由排气结构5分离的润滑油通过上述通路进入动涡旋盘2背面的背压区域，用于润滑主副轴承。
请参考图3，弹性圆环9设置在上支架1和静涡旋盘3腔体区域内，通过上支架1上内外侧支撑部1h和1f被支撑在上支架1上，弹性圆环9中间形成悬空部9a，动涡旋盘2通过动涡旋盘外侧圆周接触部2a与弹性圆环9密封接触，在动涡旋盘的整个运动周期内，动涡旋盘外侧圆周接触部2a始终处于弹性圆环9中间区域，即位于弹性圆环 9的悬空部9a上部。涡旋压缩机正常装配时，静涡旋盘3对动涡旋盘 2会有一定的预紧力，如图3中的F3所示作用在动、静涡旋盘的接触位置，在F3预紧力的作用下，动涡旋盘2会向下支架侧产生一个位移，迫使弹性圆环9悬空部9a也产生一定的轴向变形，正因为动涡旋盘2 在预紧力作用下有微小的轴向位移，变形的弹性圆环9在弹力的作用下会对动涡旋盘2外侧圆周接触部2a产生一个反作用力F2，使得弹性圆环9和动涡旋盘2外侧圆周接触部2a保持密封。同时，弹性圆环 9另一侧的背压密封圈10被放置在具有弹性的波形弹簧15上，在波形弹簧15安装预紧力的作用下，始终能保持将背压密封圈10推压在弹性圆环9端面上。正如上所示的背压腔11结构，在涡旋压缩机未开启状态下，动、静涡旋盘之间的压缩腔以及背压腔11均能保持良好的密封状态，这样的优势就是涡旋压缩机一开机，压缩腔即能快速实现高效压缩，实现涡旋压缩机快速制冷制热。
请参考图4和图8，图4为图1中背压密封状态形成示意图；图 8为图1中上支架部分的结构示意图。
上支架1上沿其径向开设内侧连通槽1c和外侧连通槽1d连通弹性圆环悬空部9a，在弹性圆环9和动、静涡旋盘正常装配后，背压腔11内的气体能够通过上支架1内侧连通槽1c进入背压密封圈10内侧，吸气腔13内的气体能够通过上支架1外侧连通槽1d进入背压密封圈 10外侧。在涡旋压缩机运行时，背压腔11内的压力为高于吸气压力的某一中间压力，背压密封圈10在其内外侧压差(即如图所示 Fpb-Fps)作用下，使得其外侧与背压密封槽1e的外侧密封，形成密封力(即如图所示Mt3)。同时，背压腔11内的气体从背压密封槽1e 内侧泄露到背压密封圈10底部，气体作用在背压密封圈10底部的作用力Fpb将背压密封圈10上部与弹性圆环9下端面密封，形成密封力Mt1。在背压力的作用下，弹性圆环9支撑动涡旋盘2向静涡旋盘 3侧推压，弹性圆环9上端面与动涡旋盘2外侧圆周接触部2a始终保持紧密密封，形成密封力Mt2。通过形成的三道密封力Mt1、Mt2以及Mt3，使得背压腔11和吸气腔13之间实现可靠密封，背压腔11内形成合适的中间压力。
应当说明，内侧连通槽1c和外侧连通槽1d并不仅限于如图所示的结构，具体到实际应用中，凡是能够将吸气腔13和背压腔11中的气体引入背压密封圈10内外侧并能够满足所述涡旋压缩机实际使用需要的结构均可。
请参考图5和图6，图5为图1中背压受力分布示意图；图6为图1中动涡旋盘工作状态下的受力分布示意图。
本发明实现动涡旋盘2、静涡旋盘3以及压缩腔之间密封的手段是在动涡旋盘基板2b背部形成的背压力克服基板2b上部的压缩腔压力，将动涡旋盘2推压向静涡旋盘3。动涡旋盘基板2b上部主要受压缩腔和吸气腔13的气体压力，动涡旋盘基板2b下部主要受排气腔6 和背压腔11的气体压力，其中背压密封圈10内部受背压力，背压密封圈10外侧则受吸气背压力。如图6所示，Db为背压密封圈10有效直径，Dr为涡旋压缩机泵体装配腔体外侧有效直径。当吸排气压力确定后，动涡旋盘基板2b上部的轴向气体力合力为定值，动涡旋盘基板2b下部的轴向气体力合力与Db、Dr值以及背压力Pb有关，根据涡旋压缩机的运行情况，调整选取合适的Db数值或者背压力Pb数值以保证涡旋压缩机高效的性能。
请参考图7并继续参考图8，图7为本发明一种具体实施方式所提供的涡旋压缩机的立体结构示意图。
在上支架1和静涡旋盘3的吸气口位置开设上支架辅助吸气通道 1g和静涡旋盘辅助吸气通道3a，通过上述两辅助吸气通道结构使得涡旋压缩机吸气更充分，吸气阻力小，特别是在高频运转下，吸气阻力对涡旋压缩机的性能影响更明显，因此，具有上述上支架辅助吸气通道1g和静涡旋盘辅助吸气通道3a的涡旋压缩机具有更高的性能水平。由于本发明提供的背压结构使得上支架1端面与静涡旋盘3端面不要求密封，所以静涡旋盘3和上支架1外周都能开设如图所示的辅助吸气通道。
当然，具体到实际应用中，上述上支架辅助吸气通道1g和静涡旋盘辅助吸气通道3a的结构并不局限于如图所示，原则上，只要是能够满足所述涡旋压缩机的实际使用需要均可。
请参考图9，图9为图1中弹性圆环部分的结构示意图。
弹性圆环9为具有一定弹性的刚体结构件，为了减少摩擦，其与动涡旋盘2接触摩擦的上端面可进行表面耐磨处理，以提高涡旋压缩机的可靠性。
综上可知，本发明中提供的涡旋压缩机，包括相互连接的上支架和上盖，所述上支架和所述上盖的内部设置有动涡旋盘，所述动涡旋盘靠近所述上盖所在一侧同轴设置有静涡旋盘，所述动涡旋盘靠近所述上支架所在一侧同轴设置有弹性圆环；所述上支架上设置有与所述弹性圆环相配合的内支撑部和外支撑部，所述内支撑部与所述外支撑部之间形成悬空部，所述悬空部的底面具有背压密封槽，所述背压密封槽内设置有与所述弹性圆环紧密贴合的背压密封圈；所述上支架内部具有分别与所述悬空部相连通的背压腔和吸气腔，所述上盖内部具有与所述背压腔相连通的排气腔，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘间形成分别与所述吸气腔和所述排气腔相连通的压缩腔。工作过程中，制冷剂由排气腔通入背压腔内，形成施加于弹性圆环和动涡旋盘端面的背压，以将弹性圆环、动涡旋盘与静涡旋盘轴向压紧，之后一部分制冷剂通入悬空部和背压密封槽内并对背压密封圈形成压紧力，从而保证背压密封圈和弹性圆环间的可靠压紧和密封，从而显著提高了涡旋压缩机内部组件的密封效果，同时通过该背压密封圈和弹性圆环构成的背压密封结构使得动涡旋盘和静涡旋盘以及上支架间无需高精度加工适配即可实现可靠密封，从而大大简化了涡旋压缩机的整体加工强度和工艺难度，简化其加工工艺，并使其制造成本适当降低，加工效率适当提高
以上对本发明所提供的涡旋压缩机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种涡旋压缩机，其特征在于：包括相互配合的上支架和上盖，所述上支架和所述上盖的内部设置有动涡旋盘，所述动涡旋盘靠近所述上盖所在一侧同轴设置有静涡旋盘，所述动涡旋盘靠近所述上支架所在一侧同轴设置有弹性圆环；
所述上支架上设置有与所述弹性圆环相配合的内支撑部和外支撑部，所述内支撑部与所述外支撑部之间形成悬空部，所述悬空部的底面具有背压密封槽，所述背压密封槽内设置有与所述弹性圆环紧密贴合的背压密封圈；
所述上支架内部具有分别与所述悬空部相连通的背压腔和吸气腔，所述上盖内部具有与所述背压腔相连通的排气腔，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘间形成分别与所述吸气腔和所述排气腔相连通的压缩腔。
2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述背压密封圈的底部与所述背压密封槽的底面间设置有压紧装置。
3.如权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述压紧装置为波形弹簧。
4.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述背压密封槽与所述背压密封圈之间沿所述弹性圆环的径向具有配合间隙。
5.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述上支架上具有与所述吸气腔相连通的上支架辅助吸气通道。
6.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述静涡旋盘上具有与所述吸气腔相连通的静涡旋盘辅助吸气通道。
7.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述静涡旋盘上贯穿有与所述排气腔相连通的引流通道，所述上支架上具有与所述背压腔相连通的节流通路，所述引流通道与所述节流通路间连通有引流孔。
8.如权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述节流通路的延伸方向与所述上支架的径向一致。
9.如权利要求8所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述节流通路的外端部设置有螺纹密封塞。
10.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所述排气腔内设置有排气机构和集油槽。
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