CN106438369A - 涡旋盘、涡旋压缩机和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡旋压缩机的涡旋盘，该涡旋盘包括盘体、凸设在所述盘体上的涡旋齿，其中，所述涡旋齿的壁厚沿所述涡旋齿的凸伸方向逐渐变化。本发明还公开了一种具有该涡旋盘的涡旋压缩机以及安装有该涡旋压缩机的空调器。本发明的技术方案可降低涡旋盘上沿径向方向和轴向方向的力，从而使得涡旋压缩机的摩擦功耗降低以及曲轴轴承的可靠性提高。

Description

涡旋盘、涡旋压缩机和空调器

技术领域

本发明涉及压缩机领域，特别涉及一种涡旋盘、涡旋压缩机和空调器。

背景技术

目前，涡旋压缩机因其结构简单、体积小、重量轻、噪音低、效率高、受力平稳等优点而被广泛应用于空调系统等领域。通常，涡旋压缩机包括相互配合的静涡旋盘和动涡旋盘，以及驱动动涡旋盘的曲轴，其中，静涡旋盘和动涡旋盘均包括基板以及凸设于基板上的涡旋齿，且涡旋齿与静涡旋盘或动涡旋盘的基板之间通常呈垂直设计。在涡旋压缩机工作时，动涡旋盘主要承受曲轴驱动带来的离心力、平行于基板径向方向的径向力和切向力，以及平行于轴向方向的离心力等。其中，切向力和轴向离心力较大，同时，切向力、径向力与离心力的合力会传递到压缩机驱动轴的偏心处，导致驱动曲轴的轴承处的反作用力及摩擦力较大，从而对涡旋压缩机的性能及可靠性造成较大影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种涡旋压缩机及其涡旋盘，旨在降低涡旋盘上沿径向方向和轴向方向的力，从而使得涡旋压缩机的摩擦功耗降低以及曲轴轴承的可靠性提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种涡旋压缩机的涡旋盘，包括盘体、凸设在所述盘体上的涡旋齿，所述涡旋齿的壁厚沿所述涡旋齿的凸伸方向逐渐变化。

优选地，所述涡旋齿的壁厚自所述涡旋齿靠近所述盘体的一端朝另一端逐渐变小。

优选地，所述涡旋齿的壁厚自所述涡旋齿靠近所述盘体的一端朝另一端逐渐变大。

优选地，所述涡旋齿的凸伸方向与所述涡旋齿的中心轴线之间呈夹角设置。

优选地，所述夹角的角度为β，且0°<β≤10°。

优选地，所述0°<β≤3°。

优选地，所述涡旋盘的齿型线为圆的渐开线或者代数螺线或者变径基圆渐开线。

优选地，所述涡旋盘为动涡旋盘或者静涡旋盘。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括动涡旋盘和静涡旋盘，所述动涡旋盘和所述静涡旋盘相互啮合形成月牙形压缩腔，所述运涡旋盘和固定涡旋盘均为上述结构的涡旋盘，且所述动涡旋盘和所述静涡旋盘的涡旋齿的壁厚在沿所述涡旋齿的凸伸方向上逐渐变化的程度一致。

优选地，所述静涡旋盘的齿型线大于或等于所述动涡旋盘的齿型线。

优选地，所述静涡旋盘的涡旋齿的齿高与所述动涡旋盘的涡旋齿的齿高一致。

本发明还提出一种空调器，包括涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括动涡旋盘和静涡旋盘，所述动涡旋盘和所述静涡旋盘相互啮合形成月牙形压缩腔，所述运涡旋盘和固定涡旋盘均为上述结构的涡旋盘，且所述动涡旋盘和所述静涡旋盘的涡旋齿的壁厚在沿所述涡旋齿的凸伸方向上逐渐变化的程度一致。

本发明的技术方案中，由于涡旋齿的壁厚沿涡旋齿的凸伸方向逐渐变化，故切向力就可通过力的分解作用，分解成径向分力和轴向分力，其中，径向分力应小于原切向力，而轴向分力与轴向力的方向相反，故可有效减小轴向力。如此，在相同条件下，相比目前常见的垂直型线的设置方案，本发明的技术方案其切向力和轴向力都要小，这样，通过曲轴作用到轴承上的力就会减小，从而会降低压缩机的摩擦功耗以及提高曲轴轴承的可靠性，进而提高涡旋压缩机的性能及可靠性。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明涡旋压缩机一实施例的截面结构示意图；

图2为图1中的动涡旋盘与静涡旋盘于配合状态的齿型线示意图；

图3为图1中的动涡旋盘与静涡旋盘的截面结构示意图；

图4为图3中A处的放大示意图；

图5为本发明涡旋压缩机另一实施例的动涡旋盘与静涡旋盘的截面结构示意图；

图6为图5中B处的放大示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	机壳	101	上盖
102	下盖	103	吸气管
				104	排气管	11	动涡旋盘
111	偏心套	112	动盘体
				113	动涡旋齿	12	静涡旋盘
121	排气孔	122	静盘体
				123	静涡旋齿	13	上支架
14	下支架	15	曲轴
				16	电机	17	油池
18	导油组件	181	导油孔
				3	压缩腔	41	第一排气腔
42	第二排气腔	19	十字滑环
				20	密封圈

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明主要提出一种应用于涡旋压缩机的涡旋盘，该涡旋盘包括运动涡旋盘和固定涡旋盘。通过对现有的涡旋压缩机的涡旋盘进行改进，使得其应用于涡旋压缩机中，可有效降低涡旋盘上沿径向方向和轴向方向的力，从而使得压缩机的摩擦功耗降低以及曲轴轴承的可靠性提高。

参照图1至图6，在本发明一实施例中，该涡旋压缩机具体应用于一空调器中，当然，该涡旋压缩机也可适用于其他的制冷设备中。如图1所示，该涡旋压缩机包括由机壳10、上盖101和下盖102形成的密闭的收容空间，即压缩机的壳体。该收容空间内设有多个部件，例如但不限于动涡旋盘11、静涡旋盘12、上支架13、下支架14、曲轴15、电机16(包括定子和转子)、油池17等。其中，机壳10呈两端开口的圆筒状，上面设置有吸气管103和排气管104，其上开口与呈中部向上拱起设置的上盖101卡合，下开口与呈中部向下拱起设置的下盖102卡合，而拱起的下盖102与机壳10围合即可形成位于压缩机底部的油池17，该油池17可用于容纳润滑油。曲轴15在电机的带动下做偏心转动时，通过曲轴15下端的导油组件18将润滑油引入导油孔181，并自下而上供给压缩机的轴承以及动涡旋11和静涡旋盘12等，进行润滑。

另外，在本实施例中，上支架13位于收容空间的上端，并与机壳10固定，动涡旋盘11则位于上支架13的上方，并通过上支架13的支撑而与静涡旋盘12上下相互啮合以形成气体压缩腔3。同时，静涡旋盘12呈比动涡旋盘11更靠近上盖101设置，且静涡旋盘12的顶面与上盖101之间围合形成第一排气腔41。静涡旋盘12上设有排气孔121，并同时连接有一吸气管103。该吸气管103沿静涡旋盘12的径向方向延伸，并穿出机壳10，当然，于其他实施例中，该吸气管103也可以呈沿静涡旋盘12的轴向延伸，并穿出上盖101设置。此外，下支架14位于油池17的上方，而电机16即位于上支架13和下支架14之间，且电机16、上支架13和下支架14这三者之间围成的空间形成第二排气腔42，第一排气腔41与第二排气腔42连通，而第二排气腔42又与排气管104连通。根据以上结构描述，以空调器为例，其冷媒在该涡旋压缩机内的运行过程应如下：低压冷媒气体经吸气管103吸入至压缩腔3内，经过气体压缩后，再由静涡旋盘12的排气孔121排至排气腔，最后由排气管104排出。

特别地，在本实施例中，曲轴15的上端穿过电机16并与动涡旋盘11连接，以驱动动涡旋盘11相对静涡旋盘12平转运动，下端则支撑在下支架14上，且曲轴15的下端还通过导油组件18伸入油池17内。在此，需特别对曲轴15结构进行进一步说明，在本实施例中，曲轴15为偏心曲轴，包括与电机16的转子固定连接的偏心轴和与之相配套的轴承(未标示)，而动涡旋盘11的背离静涡旋盘12的一面上则设有偏心套111，该偏心轴的上端可通过轴承设置在偏心套111中，从而实现动涡旋盘11与曲轴15的传动连接。具体地，当电机16启动时，电机16的转子会带动曲轴15旋转，而曲轴15具有偏心轴，曲轴15则沿偏心轴做偏心旋转运动，偏心轴通过动涡旋盘11的偏心套111驱动动涡旋盘11沿一定的运动轨迹做平动运动。在此，为了使动涡旋盘11相对于静涡旋盘12仅做平行运动，在动涡旋盘11与上支架13之间设置有十字滑环19，另外，这两者之间还设置有密封圈20。

以空调器为例，并结合以上对于涡旋压缩机的结构描述，可知上述涡旋压缩机的工作原理如下：曲轴15在电机16的带动下，驱动运动涡旋盘11进行偏心运转，此时，低压冷媒气体经过吸气管103中吸入到由静涡旋盘12和动涡旋盘11构成的多个月牙形的压缩腔3中；伴随着动涡旋盘11的偏心运转，压缩腔3由外缘不断的向中心移动，同时腔内的冷媒气体也被推向中心，可以理解，随着压缩腔3容积的不断减小，其腔内的气体压力不断升高，直至冷媒成为高压气体后由静涡旋盘12排到排气腔中，最后由排气管104排出。

在本发明的技术方案中，动涡旋盘11与静涡旋盘12的涡旋盘结构基本一致，即均包括盘体及凸设于盘体上的涡旋齿，且涡旋齿的壁厚沿涡旋齿的凸伸方向逐渐变化。具体地，在本实施例中，动涡旋盘11包括动盘体112以及动涡旋齿113，静涡旋盘12包括静盘体122以及静涡旋齿123，动盘体112与静盘体122呈相对设置，动涡旋齿113自动盘体112的一端面朝向静盘体122凸伸形成，静涡旋齿123自静盘体122的一端面朝向动盘体112凸伸形成；动涡旋齿113的壁厚沿动涡旋齿113的凸伸方向逐渐变化，静涡旋齿123的壁厚也沿静涡旋齿123的凸伸方向逐渐变化，且两者的渐变程度一致，如此，即可使动涡旋齿113和静涡旋齿123相互啮合形成月牙形压缩腔3，而不发生气体泄漏。具体地，本实施例中，如图3和图4所示，静涡旋齿123与动涡旋齿113呈上下相对设置，静盘体122位于动盘体112的上方，静涡旋齿123的壁厚自静涡旋齿123靠近静盘体122的一端朝向另一端逐渐变大，同样地，动涡旋齿113的壁厚自动涡旋齿113靠近动盘体112的一端朝向另一端逐渐变大，换言之，从截面上看，静涡旋齿123和动涡旋齿113的截面均为一等腰梯形。

在目前常见的涡旋压缩机中，静涡旋齿123和动涡旋齿113的啮合面均呈与盘体垂直设置，在此设置方案中，当涡旋压缩机工作时，如图2所示，当动涡旋盘11的中心运行至X轴的正方向，即动涡旋盘11中心与静涡旋盘12中心的连线与X轴之间的角度为0°时，在垂直型线的压缩腔中，动涡旋盘11主要承受曲轴15驱动带来的离心力Fc、同时平行于动盘体112的径向方向和X轴的径向力Fr、平行于径向方向但垂直于X轴的切向力Ft、以及平行于轴向方向的轴向气体分离力，即轴向力Fa。其中，切向力Ft和轴向力Fa 较大，特别是切向力Ft远远大于径向力Fr，故对压缩机性能及可靠性影响较大，其切向力Ft、径向力Fr与离心力Fc的合力会传递到曲轴15的偏心处，从而导致曲轴15的轴承的反作用力及摩擦力较大。而在本发明的技术方案中，参照图3至图6，由于动涡旋齿113和静涡旋齿123的壁厚均呈沿凸伸方向逐渐变化，故切向力Ft就可通过力的分解作用，分解成径向分力Ftx和轴向分力Fty，其中，轴向分力Fty应小于原切向力Ft，而轴向分力Fty与轴向力Fa的方向相反，故可有效减小轴向力Fa。具体地，若以涡旋齿的凸伸方向与涡旋齿的中心轴线之间的夹角为β，则Ftx＝Ft×cosβ，Fty＝Ft×sinβ，可以理解，在相同条件下，本发明的技术方案相比目前常见的垂直型线的设置方案，其切向力和轴向力都要小，这样，通过曲轴15作用到轴承上的力就会减小，从而会降低压缩机的摩擦功耗以及提高曲轴15轴承的可靠性，进而提高涡旋压缩机的性能及可靠性。

另外，本发明的技术方案还具有以下优点：其一，由于轴向力Fa要通过设计的背压力进行抵消，故当轴向力Fa较大时，会增加背压力设计的困难，而本发明的技术方案可有效减小轴向力Fa，故可使背压设计更简单，从而降低压缩机成本；其二，由于动涡旋齿113和静涡旋齿123的壁厚均呈沿轴向渐变设置，故还可以在其他结构设计相同的基础上提升压缩机的吸气容积，进而提升压缩机能力。

在此需特别说明的是，对于涡旋压缩机的涡旋盘的型线类型，通常有圆的渐开线、线段渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、阿基米德螺线、代数螺线、变径基圆渐开线、包络线等通用型线及组合型线等等，以上型线类型均可适用于本发明的技术方案中，其中，圆的渐开线、代数螺线、以及变径基圆渐开线是常用的三种型线类型。而在本实施例中，由于圆的渐开线形式设计简单且加工工艺容易控制，故本实施例中涡旋盘的型线类型优选采用圆的渐开线形式。

进一步地，如图2所示，在本实施例中，静涡旋盘12的齿型线大于动涡旋盘的齿型线，且动涡旋盘11的齿型线与静涡旋盘12的齿型线呈相错180°的非对称型设置。当然，于其他实施例中，静涡盘的型线还可呈等于动涡旋盘的型线的对称型设置。当压缩机工作时，动涡旋盘11按顺时针或逆时针方向(本实施例中为顺时针方向)绕静涡旋盘12平转运动，动涡旋盘11的型线外侧与静涡旋盘12型线内侧即可形成第一压缩腔，而动涡旋盘11型线内侧与静涡旋盘12型线外侧即可形成第二压缩腔。

进一步地，如图3所示，在本实施例中，静涡旋齿123的齿高与动涡旋齿113的齿高应一致，如此，即可使静涡旋齿123与动涡旋齿113之间的啮合间隙尽可能的小，从而降低了冷媒气体泄漏的风险。

在本实施例中，考虑到常见的涡旋压缩机的相关参数，例如涡旋齿的齿高等，β的范围可优选为0°<β≤10°，进一步地，在大部分空调器中，β的优选范围可进一步缩至0°<β≤3°。

参照图6，于本发明的又一实施例中，其与上面的实施例的主要不同之处在于：静涡旋齿123的壁厚自静涡旋齿123靠近静盘体122的一端朝向另一端逐渐变小，同时，动涡旋齿113的壁厚自动涡旋齿113靠近动盘体112的一端朝向另一端也逐渐变小。其技术效果与上面的实施例相同，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种涡旋压缩机的涡旋盘，包括盘体、凸设在所述盘体上的涡旋齿，其特征在于，所述涡旋齿的壁厚沿所述涡旋齿的凸伸方向逐渐变化。

2.如权利要求1所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋齿的壁厚自所述涡旋齿靠近所述盘体的一端朝另一端逐渐变小。

3.如权利要求1所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋齿的壁厚自所述涡旋齿靠近所述盘体的一端朝另一端逐渐变大。

4.如权利要求2或3所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋齿的凸伸方向与所述涡旋齿的中心轴线之间呈夹角设置。

5.如权利要求4所述的涡旋盘，其特征在于，所述夹角的角度为β，且0°<β≤10°。

6.如权利要求5所述的涡旋盘，其特征在于，所述0°<β≤3°。

7.如权利要求1所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋盘的齿型线为圆的渐开线或者代数螺线或者变径基圆渐开线。

8.如权利要求1-7任一项所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋盘为动涡旋盘或者静涡旋盘。

9.一种涡旋压缩机，其特征在于，包括动涡旋盘和静涡旋盘，所述动涡旋盘和所述静涡旋盘相互啮合形成月牙形压缩腔，所述动涡旋盘和所述静涡旋盘均为如权利要求1-7任一项所述的涡旋盘，且所述动涡旋盘和所述静涡旋盘的涡旋齿的壁厚在沿所述涡旋齿的凸伸方向上逐渐变化的程度一致。

10.如权利要求9所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述静涡旋盘的齿型线大于或等于所述动涡旋盘的齿型线。

11.如权利要求10所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述静涡旋盘的涡旋齿的齿高与所述动涡旋盘的涡旋齿的齿高一致。

12.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求9至11任意一项所述的涡旋压缩机。