CN1065025C - 涡旋式流体机械 - Google Patents

Abstract

装在涡旋式流体机械的公转涡旋件端板周缘的耐磨板轴向端面与该端板的轴向端面间的高度差设定在0±10μm内。经验证明，该高度差设定在该范围时，可防止公转涡旋件的耐磨板和端板的磨损，同时可防止涡旋式流体机械性能恶化。从而获得一种具有高性能和高可靠性的涡旋式流体机械。

Description

涡旋式流体机械

本发明涉及一种由一公转涡旋件和一固定涡旋件构成的涡旋式流体机械。

由于涡旋式压缩机能有效压缩的优点，空调装置近来采用了涡旋式压缩机(涡旋式流体机械)。

上述涡旋式压缩机具有一个涡旋式压缩机部件h，它由一固定涡旋件d和一公转涡旋件g组成，该固定涡旋件包括一设置在一端板a上的一螺旋状涡卷b和围绕该涡卷的一周壁，该公转涡旋件包括一设置在一端板e上的一螺旋状涡卷f，这表示在图6和7中。

具体地说，该压缩机部件h是这样由涡旋件d和g组成的：使它们在预定的位差角相互啮合，以在两个涡卷之间形成压缩过程所需的封闭腔i。

该封闭腔i的容积随着公转涡旋件g绕固定涡旋件d的轴线公转，从外周侧向中心逐渐减小，这可借助，例如在其顶部具有偏心销轴j的旋转轴k来完成。也就是说，利用其容积的变化，压缩机部件h得以压缩气体。该公转涡旋件g设有自转阻挡机构，例如一带十字头的杯，以阻止该公转涡旋件g的自转，这在图中未示出。

在这种涡旋式压缩机中，为阻止该封闭腔i中的气体泄漏，该固定涡旋件d应支承成的以在轴向发生位移，为此，如图6所示，在该固定涡旋件d的背面侧设置了背压室m，这样，该固定涡旋件d便沿轴向压在该公转涡旋件g上。在一种替换方案中，是将背压室(未示)设置在该公转涡旋件g的背面侧，这样，该公转涡旋件g便是沿轴向从反方向压在该固定涡旋件d上的。

这种涡旋式压缩机的缺点是，其公转涡旋件g的端板e的周边部分和其固定涡旋件d的周壁c的轴向端面会发生磨损，这是由于工作期间，在使该公转涡旋件g沿反方向转动的力的作用下，上述部分相互压靠。

因此，为防止产生上述磨损，需考虑在该公转涡旋件g的周缘处镶嵌硬质耐磨板n，它与该固定涡旋件d的周壁c的轴向端面保持滑动接触。采用这种技术的方案，公开在公开号为S55-72680和H2-298686的日本专利中。

具体地说，如图8所示，在与周壁c的轴向端面滑动接触的公转涡旋件g的周缘处，沿圆周方向成形出一条连续环槽，并将制成环状的硬质耐磨板n镶嵌进该槽O中。

装有耐磨板n的这种结构，如图9所示，在耐磨板n的轴向端面和公转涡旋件g的端板e的轴向端面间产生一高度差δ。

业已发现，这一高度差δ降低了涡旋式压缩机的压缩能力，或加速了耐磨板n和端板e的磨损。

然而，可以避免这一高度差δ引起的上述问题公差尚未建立，因此问题尚未解决。

EP 0122067公开了一种具有表面处理螺旋元件的涡旋式液体位移装置，其中的涡旋件是由铝或铝合金制成，从而减轻了该装置的重量。涡旋件由端面铣制成并经电或化学抛光，由此改善了配合面的粗糙度。涡旋的至少一个表面在抛光后经过防蚀铝处理，从而减少了由于两个涡旋件的接触而产生的磨损。因此，在该设备的工作过程中，保持了两个涡旋件之间的液囊的密封。

本发明正是着眼于上述情况而完成的。本发明的任务是，提供一种涡旋式流体机械，它可避免由于上述耐磨板的轴向端面和公转涡旋件的端板的轴向端面间的高度差引起的性能和磨损过程的恶化。

为完成上述发明任务，根据本发明提供一种涡旋式流体机械，包括一固定涡旋件，该件具有设置在其端板上的一螺旋状涡卷和围绕该涡卷的一周壁；一公转涡旋件，该件具有设置在其端板上并与所述固定涡旋件啮合的一螺旋状涡卷；上述涡旋件中的一件是沿轴向压在另一件上的；以及一硬质耐磨板，该板至少设置在所述公转涡旋件的端板的周缘上，该端板与所述固定涡旋件的轴向端面滑动接触，其特征在于，所述耐磨板的轴向端面与所述公转涡旋件的端板的轴向端面之间的高度差，设定在0±10μm范围内。

为完成上述任务，公转涡旋件以及装在该涡旋件上的耐磨板的表面，都是经过表面处理的。

经验表明，当高度差设定在0±10μm中时，耐磨板和公转涡旋件的端板的磨损得以防止，同时涡旋式流体机械性能恶化的问题也得以避免。

从而获得一种具有高性能和高可靠性的涡旋式流体机械。

上述高度差可以保持在能够达到预定性能和避免产生磨损的相应公差范围内。

根据本发明，可以获得一种具有高性能和高可靠性的涡旋式流体机械。

如上所述，根据本发明，由于耐磨板的轴向端面和公转涡旋件的轴向端面间的高度差引起的性能和磨损过程恶化能得到克服。

从而获得一种具有高性能和高可靠性的低磨损涡旋式流体机械。

在各附图中：

图1为一剖视图，表示出了装在公转涡旋件的端板上的一耐磨板和该端板内表面间的高度差，它是本发明的第一种实施例的主要部分；

图2为用以说明性能和磨损量作为高度差的函数，发生变化的图表；

图3为一剖视图，表示出了实施本发明的一种涡旋式压缩机结构；

图4为一放大的剖视图，表示出了耐磨板周围的部分结构，用以说明本发明的第二种实施例的主要部分；

图5为用以说明表面处理引起高度差宽度变化的视图；

图6为传统涡旋式压缩机剖视图；

图7示出构成传统涡旋式压缩机压缩部件的固定涡旋件和公转涡旋件啮合情况的剖视图；

图8为一压缩机部件剖视图，其公转涡旋件端板周缘处设有耐磨板；以及

图9为一剖视图，说明高度差引起压缩机部件出现问题。

现结合附图1至3说明本发明的第一种实施例。

图3示出采用了本发明的一种涡旋式压缩机(涡旋式流体机械)的结构。图中代号1表示一封闭外壳。

该封闭外壳1成形为沿垂直方向延伸的圆筒形。该封闭外壳1内上侧安装了一排气盖2，以将该封闭外壳1的内腔隔成一上部高压侧3和一下部低压侧4。

该封闭外壳1的低压侧4下部安装了一电动机5，而其上部安装了一涡旋式压缩机部件6。转轴7则布置在该上下两部分之间。

该电动机5具有一定子8，它通过压入该封闭外壳1的内周部分得到支承，和一装在该定子8孔中的转子9。该转子9固定在该转轴7的下部，因此转子9的旋转是通过转轴7实现的。与定子8相连的端子10设置在该封闭外壳1的外缘处。

该涡旋式压缩机部件6具有一铝质固定涡旋件11，它是由例如铝件制成的，和一与该固定涡旋件11啮合的铝质公转涡旋件16。

该固定涡旋件11具有一端板12，一设置在端板12内表面上的螺旋状涡卷13(如图7所示那样)，和一设置成环绕该涡卷13的周壁14。排气口成形在该端板12的中心处。

该公转涡旋件16具有一端板17，和一设置在该端板17内表面上的螺旋状涡卷18(如图7所示那样)。一圆柱状凸台19成形在该端板17外表面中心处。

该固定涡旋件11和该公转涡旋件16这样相互配合，该涡卷13与该涡卷18相错180度角(预定角)保持啮合，从而在两涡卷间形成多个被两端板包围的新月状封闭腔20，以完成压缩过程(与图7所示封闭腔相同)。

装配好的涡旋件11和16插在排气盖2和固定在低压侧4的上部的壳状主机架21之间，插入时，固定涡旋件11布置在上侧，公转涡旋件布置在下侧。

公转涡旋件16的端板17借助形成在主机架21的上表面的水平支承面21a可滑动地支撑。

固定涡旋件11支撑成，可借助一支撑弹簧22，相对形成在主机架21外用的周壁21b产生垂直位移。具体地说，固定涡旋件11设置有一向周壁21b侧面凸出的支架23，并且该支架23通过支撑弹簧22固定在周壁21b的上部。

成形在固定涡旋件11周壁内的吸气口(未示)与周壁14侧面的空间29相通，并与成形在主机架21内并将主机架21两侧相互连通的一吸气通道(未示)，以及通过低压侧4与连接在封闭外壳1外周的吸气管30相通，从而外侧的气体可以进入压缩机部件6。

驱动轴套25通过转动轴承24插在公转涡旋件16的凸台19中。该驱动轴套25具有一滑孔25a，它是可沿径向延伸一定程度的通孔。

转轴7上端穿过主机架21，向公转涡旋件16端板中心延伸。转轴7上端借助装在主机架21的通孔部分的上部轴承26可转动地支承。转轴7上端还伸出一偏心销轴27。该偏心销轴27可滑动插入该滑孔25a。因此，当转轴7旋转时该公转涡旋件16便绕该固定涡旋件11的轴心线旋转。

在公转涡旋件16的端面17和主机架21的支承面21a之间插入一自转阻挡机构，例如带十字头的环28，该机构允许公转涡旋件16公转，但阻止其自转。

借助带十字头的环28和偏心销轴27产生的上述公转，封闭腔20的容积逐渐减小。这样，利用该封闭腔20便可压缩气体。

固定涡旋件11的端板顶部向上伸出一大一小的圆筒状凸缘31和32，它们的中心与端板12的轴心线对正。

排气盖2内表面成形出一圆筒状凸缘34，它向凸缘31和32间形成的环槽33伸出。该凸缘34可滑动地插入该环槽33。凸缘34可相对凸缘31和32滑动的侧面间分别插入相应的密封件35，以密封该部分。

这样，便在内密封件35隔开的中心区，即被排气盖2的中心部覆盖的端板12的顶部上方的中心部分，形成一高压室36。同时，还在外密封件35隔开的中部区，即被排气盖2的中间部分覆盖的端板12的顶部上方的中间部分，形成一中压室37。此外，借用空间29形成了具有吸入压力的低压室。

排列成与端板12同轴的上述高压室36，中压室37和低压室中，高压室与排气口15相通，中压室37通过设在端板12内的导压孔与正在进行压缩的封闭腔20相通。借助分别导入高压室36和中压室37的高压和低压气体，向上浮动的固定涡旋件11被沿轴向压在公转涡旋件16上。

涡旋件16周缘装有一个硬质耐磨板40，它成形为环状，与固定涡旋件11的周壁14的轴向端面滑动接触，如图1所示。

为了安装耐磨板40，在与周壁14的轴向端面滑动接触的公转涡旋件16的端板周缘部分设置了一条沿圆周走向的连续环槽41。如图1所示，耐磨板40嵌在该槽41中。

该耐磨板40防止工作期间沿反方向驱使公转涡旋件16转动的力造成的磨损。

如图1所示，露出的耐磨板40上表面(轴向端面)和公转涡旋件16的端板17的内表面(轴向端面)间的高度差δ，被设定在0±10μm内。

阻止回流的单向阀42装在排气口15内。排气口15与以形成高压侧3的空间为边界的排气室43相通。排气室43与连在封闭外壳1上壁上的排气管44相通，从而排入排气室43的气体可排至封闭外壳1的外侧。

转轴7的下部向封闭外壳1的内底部延伸，并用安装在低压侧4下部的下轴承45可转动地支承。

油泵49安装在转轴7下部。该油泵49采用了一种强制供油机构，通过转动一偏心轴46之类的构件，和使封装在缸体47中的转环48摆动，产生泵送作用。油泵49的吸入区(未示)与形成在封闭外壳1内底部中的油池51相通，从而吸入收集在油池51中的油51a。油泵49的排出区通过形成在转轴7中的油路50与压缩机部件6的滑动部分相通，从而油池51中的油51a可被强制供往需要润滑的部位。

油泵49的排出区装有一个溢流阀49a，以在超过预定压力时，使油51a回流至油池51。

代号52表示一端子盖，用以遮盖暴露在封闭外壳1外侧的端子10。

以下说明具有上述结构的该涡旋式压缩机的工作过程。

电动机5通过端子10供电后，转子9开始旋转。

这一旋转运动通过转轴7传至油泵49。

然后油泵49的偏心销轴46作偏心转动，使转环48摆动。

这样，油池51中的油51a便从油泵49的吸入区吸入，并从排出区排出。排出的油51a通过油路50强制送至压缩机部件6的滑动部分和其它需要油51a的部位。

另一方面，电动机5的转动又通过转轴7，偏心销轴27和凸台19，传至公转涡旋件16。

由于公转涡旋件16的转动是被带十字头的环28阻挡的，该公转涡旋件本身不能自转，但却可绕与固定涡旋件11轴心线对正的中心沿具有一定回转半径的圆形轨道旋转。

随着上述旋转的进行，形成在固定涡旋件11和公转涡旋件16间的封闭腔的容积不断减小。

吸入气体顺序通过吸入管30，低压侧4，吸入通道(未示)和吸入口(未示)，送入涡卷13和18最外面的周围区域，并由该区域供入封闭腔20。

随着公转涡旋件16的旋转使封闭腔20的容积减小，吸入的气体到达中心同时逐渐被压缩。

这时，在供至高压室36的排出压力和供至中压室37的中压作用下，固定涡旋件11被压在公转涡旋件16上，从而产生了封闭腔20中的压缩过程，同时避免了气体的泄漏。

压缩至预定压力的气体通过单向阀42，排出室43和排出管44，自排出口15排至封闭外壳1外侧。

工作期间，由使公转涡旋件16反向转动的力引起的固定涡旋件11的周壁14和公转涡旋件16的端板17的磨损，借助设置在端板17周缘处的耐磨板40防止。

已经发现，涡旋式压缩机性能和磨过程的恶化明显取决于耐磨板40顶面和公转涡旋件16的端板17的顶面间的高度差δ的变化。

鉴于未建立解决这一问题的公差，本申请人作过多种技术偿试。

结果发现，如果该高度差如前所述那样设定在0±10μm(公差)内，涡旋压缩机呈现出高性能，同时周壁14和耐磨板40的磨损过程可保持最低水平。

涡旋式压缩机性能与磨损量间的关系，可绘图表示，前者作纵座标，后者作横座标。结果，如图2曲线所示，当高度差δ超过10μm，磨损量将增加。如果该高度差δ超过20μm，公转涡旋件16是相对(固定涡旋件11)周壁14的轴向端面倾斜的，这样，槽41的边缘41a和耐磨板40的周缘40a将与周壁14的轴向端面发生接触，导致加快磨损。如果该高度差δ形成在反方向，超过-10μm的高度差将加宽涡卷端与端板内表面间的间隙，封闭腔20中的气体压缩比将下降。特别是当该高度差δ达到-20μm时，涡旋式压缩机的性能将显著恶化。

因此，通过将该高度差设定在0±10μm以内，上述压缩性能和耐磨板40磨损过程变坏的问题可以迅速而可靠地得到克服。

从而获得一种具有高性能和高可靠性的低磨损涡旋式压缩机。

图4和5是本发明的第二种实施例。

在这个实施例中，不是通过设定高度差δ，而是通过表面处理来减小高度差δ的变化。这样，该高度差可以保持在一定公差范围内，在该范围内，压缩机呈现预定性能，并且可以防止磨损。

具体地说，表面处理不仅在公转涡旋件16侧进行，以防止由于与涡卷端面滑动接触产生的磨损，而且在整个安装耐磨板40表面40b上进行。

下面将详细说明这种结构。在铝制的公转涡旋件16上，如同齿底表面的表面处理一样，例如塔夫拉姆(Tuframe)那样的表面处理，也在端板17的内表面和涡卷18的侧面进行。

在塔夫拉姆表面处理过程中，在铝质基材上生成阳极氧化涂层，该过程产生的微孔，用聚四氟乙烯填充。

和其它表面处理方法一样，塔夫拉姆表面处理如图5所示，也改变被处理表面的厚度。

塔夫拉姆表面处理过程中，由于涂层厚度d的出现，与处理前的体积相比，体积会增加，在生成阳极氧化涂层的过程中发生了这样的反应： 。

与其它表面处理方法情况一样，体积随表面处理层厚度d的变化而变化。

高度差δ随涂层厚度a的变化而变化到难以控制的程度时，结果如上所述，涡旋式压缩机的性能或磨损过程明显变坏。解决这一问题的公差尚未建立。

本申请人不仅将塔夫拉姆表面处理应用于公转涡旋件16的齿底面，还用于安装耐磨板40的所有安装面40b，即构成安装面40b的水平面40c，和从该水平面40c向上延伸的垂直面40d。代号53表示出这样生成的表面处理层。

这样，端板18上产生的偏差得到补偿，高度差得以减少。具体地说，高度差δ可以基本保持在一定公差带范围内，在该范围内，压缩机呈现预定性能，耐磨板40的磨损被阻止。

结果，与第一种实施例情况一样，获得一种具有高性能和高可靠性的低磨损涡旋式压缩机。

此外，这一作用也可通过仅在安装耐磨板40的整个表面进行表面处理而获得。

在第二种实施例中，塔夫拉姆工艺作为表面处理是在铝制涡旋件16上进行的。但表面处理并不局限塔夫拉姆工艺，其它表面处理方法，如氧化铝膜处理法，亦可获得同样效果。

在第二种实施例中，与第一种实施例相同的零件，采用相同的代号，其解释则省略。

如果第二种实施例结构中高度差δ与第一种实施例一样也设定在0±10μm范围内，也可获得一种具有最高可靠性的涡旋式压缩机。

上述两个实施例中，本发明都是用于涡旋式压缩机的，但本申请并不局限于涡旋式压缩机，本发明可应用于其它涡旋式流体机械。

Claims (2)

1．一种涡旋式流体机械，包括一固定涡旋件，该件具有设置在其端板上的一螺旋状涡卷和围绕该涡卷的一周壁；一公转涡旋件，该件具有设置在其端板上并与所述固定涡旋件啮合的一螺旋状涡卷；上述涡旋件中的一件是沿轴向压在另一件上的；以及一硬质耐磨板，该板至少设置在所述公转涡旋件的端板的周缘上，该端板与所述固定涡旋件的轴向端面滑动接触，其特征在于，所述耐磨板的轴向端面与所述公转涡旋件的端板的轴向端面之间的高度差，设定在0±10μm范围内。

2．如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，对所述公转涡旋件进行表面处理，并且该表面处理还在安装所述耐磨板的安装表面上进行。

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