CN1071417C - 涡旋型流体机械 - Google Patents

Abstract

一种涡旋型流体机械，在一对涡卷10，14的卷板12，16的前端设置末端密封件47、48，该末端密封件由以聚苯撑硫为基本材料，其中配入碳素纤维等填充材料构成的复合塑料制成，使由铝材制造的涡卷部件10的末端密封件材料的碳素纤维调和比例比在铝材上进行表面处理，或由铁系金属或对铁系金属进行表面处理制成的另一方的涡卷部件14的末端密封件材料的碳素纤维调和比例高，减小相互组合的各个末端密封件47、48与端板11，15间的磨损量，同时使双方的磨损同等地进行。

Description

涡旋型流体机械

本发明涉及作为冷冻循环构成部分等使用的涡旋型流体机械。

近来，在空气调节装置中，因为要获得高效率的运转，使用被称为涡旋型压缩机(涡旋型流体机械)的压缩机，该涡旋型压缩机中装入了一对涡旋形卷板。

日本专利JP,A,5-240174就是本发明专利申请的最接近现有技术。

图3中表示了以往的涡旋型压缩机的一个例子。

下面说明这个涡旋型压缩机。图3中，1为密闭外壳。

这个密闭外壳1由杯状的本体2和用螺钉3与本体2连接的前端盖4，及用螺钉5与前端盖4连接的圆筒状部件6组成。另外，贯穿这个圆筒形部件6的回转轴7，通过轴承8和轴承9支承在外壳1上，可以自由回转。

在这个密闭外壳1内设有固定的涡卷件10(一对涡旋部件中的一个)和与固定涡卷件体10组合的旋转涡卷件14(一对涡旋部件中的另一个)。

详细地说，固定涡卷件体10具有端板11和垂直地设在其内面的涡旋形卷板12。端板11通过螺钉13与杯状本体2的底面连接。

另外，端板11的外周面与杯形本体2的内周面密接，将外壳1的内部分隔。由于该分隔，在密闭外壳1内的端板11外侧的空间中形成输出腔31，在端板11内侧的空间中形成吸入腔28。

又，在端板11的中央穿设着由排出阀30进行开闭的输出口29。

回转涡旋14具有端板15和垂直地设在其内表面上的涡旋形卷板16。这个涡旋形卷板16与固定涡卷件10的涡旋形卷板12基本上为同一形状。

这些回转涡卷件14和固定涡卷件10相互偏心一个公转的回转半径量，而且错开180度角度地啮合着，(如图所示)。此外，在各个涡旋形卷板12,16的前端端面上沿着涡卷件设有涡旋形的末端密封件17,18。

详细地说，末端密封件17的安装是在涡旋状的卷板12的前端端面上作出沿着涡卷的槽17a，将涡旋形的末端密封件17嵌入这个槽17a内，并使该末端密封件17的侧面部分从涡旋形卷板12的前端端面突出。末端密封件18的安装也是同样地在涡旋形卷板16的前端端面上，作出沿着涡卷件的槽18a，将涡旋形的末端密封件18嵌入槽18a中，使该末端密封件18的侧面部分从涡旋形卷板16的前端端面突出。

另外，涡旋形卷板12的末端密封件17与相对侧的回转涡卷件14的端板15的内表面密接，涡旋形卷板16的末端密封件18与相对侧的固定涡卷件10的端板11的内表面密接。

涡旋形卷板12和涡旋形卷板16的侧面之间有多个地方为线接触，在相对于涡卷中心略呈点对称的卷板间的部位，形成多个月牙形的压缩腔19a,19b(流体腔)。

驱动套筒21通过回转轴承23嵌在突设于端板15外侧中央处的圆筒形套筒20的内部，可以自由转动。在贯穿驱动套筒21的滑动槽24内嵌合着可滑动的偏心驱动销25，该销25偏心地突设在回转轴7的内端面。此外，在驱动套筒21上安装有平衡重27,它用于平衡由回转涡卷件14的公转回转运动引起的动不平衡。

又，在图3中，36为安装在端板15外侧周边与前端盖4的内表面之间的止推轴承，26为防止自转机构，它由容纳回转涡卷件14作公转回转运动、但阻止其自转的十字头连轴节构成，37为固定在回转轴7上的平衡重。

这样构成的涡旋型压缩机，当回转轴7转动时，通过由偏心驱动销25，驱动套筒21，圆筒形套筒20等组成的回转驱动机构，驱动回转涡卷件14。

这样，回转涡卷件14，利用防止自转机构26可以阻止其自转，同时又可以公转回转半径，即在以回转轴7与偏心驱动销25之间的偏心量为半径的圆轨道上作公转回转运动。

当这样运动时，涡旋形卷板12和涡旋形卷板16的侧面线接触部分渐渐向外壳中心方向移动，结果，压缩腔19a,19b边减小边容积并向涡卷件中心方向移动。

受到压缩腔19a,19b的作用，通过图未示的吸入口流入吸入腔28的气体(流体)，由涡旋形卷板12,16的外终端开口处进入各压缩腔19a,19b中，边受到压缩边进入中央腔22中，从那里完成压缩的气体，再通过输出口29，顶开排出阀30，向输出腔31输出，从那里，再经过图未示的输出口，流向外部。

另外，当作这样的公转运动时，回转涡卷件14所产生的动作因滑动槽24而被容许。

即，当作公转回转运动时，向着偏心方向的离心力和由于压缩腔19a,19b内的压缩气体产生的气体压力作用在回转涡卷件14上，将回转涡卷件14推向增加其回转半径的方向。

当受到这样的作用时，回转涡卷件14的涡旋形卷板16的侧面与固定涡卷件10的涡旋形卷板12的侧面紧密接触，可阻止气体从压缩腔19a,19b内泄漏。另外，当涡旋形卷板12的侧面与涡旋形卷板16的侧面紧密接触并滑动时，回转半径变化的回转涡卷件14的动作因偏心驱动销25而被容许，该偏心驱动销25沿着滑动槽24内的长度方向滑动。

可是，在涡旋型压缩机中，进一步要求固定涡卷件10和回转涡卷件14两者的重量减轻。

为了减轻重量，以往是用铝来制造固定涡卷件10和回转涡卷件14，目前提出了在由铝制成的涡卷件10,14的涡旋形卷板12,16上装上由复合塑料制成的末端密封件17,18的结构，该复合塑料以聚苯撑硫(PPS)作为基本材料，以15％重量的碳素纤维作为填充材料等构成。

但是，当采用由铝制成的固定涡卷件10，回转涡卷件14时，存在着产生显著的磨损，并发生烧接等缺点。

因此，提出了使一方涡卷件材质硬化的方案，具体地说，如表2所示那样，在一方涡卷件、例如，可动侧的回转涡卷件14的表面上进行铝阳极化处理(使铝阳极氧化，在表面上形成氧化铝薄膜)，特殊铝阳极化处理(使铝阳极氧化，在表面上形成氧化铝薄膜，将氟树脂浸透至氧化铝薄膜表面上等)等表面处理。

但是，采用这种表面处理，在回转涡卷件14的端板15的内侧表面上会形成硬化的氧化铝薄膜，表面粗糙度比用铝材时更恶化。

因此，当回转涡卷件14被驱动时，固定涡卷件10的末端密封件17与回转涡卷件14的端板15的内表面(通过表面处理，表面粗糙度变坏，并变成硬化的表面)密接，回转涡卷14的末端密封件18与固定涡卷件10的端板11的内表面(仍是铝材的软表面)密接，当两者之间产生相对滑动运动时，在相对的二表面上产生滑动磨擦损耗。

具体地说，在用复合塑料(以聚苯撑硫作为基本材料，以15％重量的碳素纤维作为填充料等组成)制成的固定涡卷件10的末端密封件17与经过表面处理的回转涡卷14的端板15密接的部分上(复合塑料与处理表面的组合)，在末端密封件17一侧，产生相当大的滑动磨擦损耗，同样地，在回转涡卷件14的末端密封件18与用铝制成的固定涡卷件10的端板11密接的部分上(复合塑料和铝材的组合)，在端板11一侧上产生相当大的滑动磨擦损耗。

而且，一般情况下，这个接触压力越大，则滑动磨擦损耗进行得越快。

由于这样，当利用压缩机进行所谓高压差(输出压力与吸入压力的压力差大)运转时，末端密封件17,18的前端与端板11，15的内表面之间的接触压力增大时，一方的零件磨损很快，即固定涡卷件10的末端密封件17的磨损，该端板11的内表面的磨损比回转涡卷件14进行得快，因此产品的寿命受到损害。

本发明就是针对上述问题而作出的，其目的是要提供一种涡旋型的流体机械，它在一方用铝制造，另一方用硬的材质制造的一对涡旋部件的组合中，能使组合的各个末端密封件、端板之间的磨损量减小，同时能使双方的磨损同等地进行。

为了达到上述目的，本发明的第一方案是一种涡旋型流体机械，在各端板的一面上，垂直设置有涡旋形的卷板，一方用铝材制造、另一方在铝材上进行表面处理，或者由铁系金属，或对铁系金属进行表面处理而构成一对涡卷部件，将这样构成的一对涡卷部件错开180度相位地进行啮合，在它们之间形成流体腔，与此同时，在上述一对涡卷部件的涡旋形卷板的前端面上，作出沿着各涡卷的槽，在该槽内分别配置涡旋形的末端密封件，其特征在于，上述末端密封件由复合塑料制成，该复合塑料是以聚苯撑硫为基本材料，其中包含碳素纤维，同时，使上述用铝材制成的一方涡卷部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例比另一方涡卷部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例高。

本发明的第二方案，是在第一方案的基础上添加下列特征：为了得到更多的减小磨损量的效果，把权利要求1所述的碳素纤维调和比例限定在以下范围，即，用铝材制造的一方涡卷件部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例定在17％～50％重量范围内，另一方涡卷件部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例定在3％～12％重量范围内。

本发明的第三方案，是在第一方案的基础上添加下列特征：为了得到与末端密封件材料特性相匹配的优越的磨损量减小效果，在第一方案所述的另一涡卷件部件表面具有硬质薄膜。

本发明的第四方案，为了得到与末端密封件材料特性相适应的良好的磨损量减小效果，把第三方案所述的表面限定为氧化铝薄膜/浸透氟树脂的氧化铝薄膜。

根据第一方案所述的发明，附着在由铝材制成的涡卷件部件上的末端密封件，因构成该密封件的复合塑料的碳素纤维调和比例高，所以硬度增加，耐磨性提高。

相反，附着在经过表面处理等变硬的另一方由铝材制造的部件上的末端密封件，因构成该密封件的复合塑料的碳素纤维调和比例低，硬度降低。

根据前者，由铝材制造的涡卷件部件的末端密封件，由于其相对面即涡卷件端板内面因表面处理而粗糙度恶化，硬化造成磨损量减小。

另外，根据后者，由铝材制造的涡卷件部件的端板，由于与对方的末端密封件滑动连接，使内表面磨损量减少。

这样，相互组合的各末端密封件，端板间的磨损量减小，同时能使双方的磨损同等地进行。

由于这样，产品寿命不会受损害，产品可靠性提高。

根据第二方案所述的发明，可以确保良好的磨损量减小效果。

根据第三方案所述的发明，与末端密封件材料特性相适应，可以得到磨损量减小的效果。

根据第四方案所述的发明，更可得到与末端密封件材料特性相适应的磨损量减小效果。

图1表示适用本发明一个实施例的涡旋型压缩机的截面图。

图2为对比采用已改变碳素纤维调和比例的末端密封件的压缩机和采用以往的同一组成的末端密封件的压缩机在高压差运转试验时的固定涡卷件的末端密封件和固定涡卷件端板内表面的磨损量的线图。

图3为说明涡旋型压缩机构造的截面图。

以下，说明图1至图2所示的本发明的一个实施例。

在本实施例中，与前面的“以往的技术”、“本发明要解决的问题”各段中所述的涡旋型压缩机(涡旋型流体机械)相同的部分均标以同一符号，因此省略其说明，在本段中，只对不同的部位(本发明的主要部分)进行说明。

本发明只在使用由材料组成不同的复合塑料制造末端密封件17,18一点上与先前说明的涡旋型压缩机不同。但是，为了与以往的末端密封件17,18区别开来，本实施例中，把附着在固定涡卷件10上的末端密封件的符号标为“47”，把附着在回转涡卷件14上的末端密封件的符号标为“48”。

即，本发明中，由铝材制成的一方涡卷件部件上的末端密封件材料，亦即附着在固定涡卷件10上的末端密封件47的材料的碳素纤维调和比例比另一方的硬材质的涡卷件部件上的末端密封件材料，亦即附着在回转涡卷件14上的末端密封件48的材料的碳素纤维调和比例高。

具体地说，先前说明的，以往固定涡卷件10的末端密封件17和回转涡卷件14的末端的密封件18，如表2所示，是由同一组成的复合塑料制成的，该复合塑料是以聚苯撑硫(PPS)作为基本材料，其中配合15％重量的碳素纤维和其他的填充材料构成；而本实施例中，固定涡卷件10的末端密封件47和回转涡卷件14的末端密封件48的材料组成是不同的，例如，如表1所示，由铝材制成的固定涡卷件10的末端密封件材料，其碳素纤维调和比例提高了重量的20％，而对铝材进行表面处理制成的回转涡卷14的末端密封件材料，其碳素纤维调和比例降低了重量的10％。

另外，回转涡卷件14，其铝材表面要进行铝阳极化处理(将铝进行阳极氧化，在表面形成氧化铝薄膜)或特殊铝阳极化处理(将铝进行阳极氧化，在表面形成氧化铝薄膜，将氟树脂浸透到其表面上等)(表面处理，硬质薄膜处理)，在用铝材制成的回转涡卷件14的表面上，形成坚硬的薄膜。

这样，改变了碳素纤维调和比例后，可以减小固定涡卷件10的末端密封件47和固定涡卷件10的端板内表面的磨损，并可使该末端密封件47和端板内表面的磨损同等地进行。

通过实验，这些效果得到了确认。

这个实验是这样的：将装有以往的用同一组成(即以聚苯撑硫为基本材料，其中配入碳素纤维15％重量和其他填充材料)的复合塑料制成的末端密封件17,18的涡旋型压缩机和装有本实施例的固定涡卷件10与回转涡卷件14中材料组成不相同的末端密封件47,48的涡旋型压缩机，在高压差运转状态(即输出压力和吸入压力的压力差大的压缩运转)下运转，经过规定的运转时间后，测量各压缩机的末端密封件17、47和各压缩机的固定涡卷件10的端板内表面的磨损量，实验结果示于图2，图中的符号说明：C-运转条件：高压差运转，W-磨损量(微米)，T-运转时间(小时)，-：以往情况，……：本实施例，Δ：固定涡卷的末端密封件，O：固定涡卷的端板内表面。

从图2可看出，改变碳素纤维调和比例后，与以往的涡旋型压缩机的固定涡卷件10的末端密封件17和固定涡卷件10的端板内表面相比，本实施例的涡旋型压缩机的末端密封件47和固定涡卷件10的端板内表面的磨损量大大降低，同时两者的磨损情况大致相同。

通过实验可以证明，不仅仅限于上述的碳素纤维调和比例，当附着在固定涡卷件10上的末端密封件的材料(末端密封件材料)的碳素纤维调和比例在17％～50％重量范围内，附着在回转涡卷件14上的末端密封件48的材料(末端密封件材料)的碳素纤维配合率在3％～12％重量范围内，都可以得到优越的减小磨损量的效果。

这种末端密封件47的磨损量减小，亦即作为其对方的回转涡卷件14的端板内表面的，因表面处理而表面粗糙度恶化，硬化造成的末端密封件47的磨损量减少意味着通过提高其末端密封件材料的碳素纤维调和比例，使硬度增加、耐磨性提高。

固定涡卷件10的端板内表面磨损量的减小，亦即由于与末端密封件48的滑动接触引起的端板内表面的磨损量减少意味着通过降低作为滑动对方一侧的末端密封件48的末端密封件材料的碳素纤维调和比例，使硬度降低了。

此外，这种磨损量的减少还会使相互组合的各末端密封件47,48与各个涡卷件10,14的端板11,15之间的磨损动作均等化。

又，当采用表面上进行硬度薄膜处理的回转涡卷件14时，可得到与末端密封件材料特性相适应的、优越的磨损量减小的效果的，特别是，表面处理为铝阳极化处理(即将铝进行阳极氧化，在表面上形成氧化铝薄膜)或为特殊铝阳极化处理(将铝进行阳极氧化，在表面上形成氧化铝薄膜，将氟树脂浸透至其表面上等)时，更可得到与末端密封件材料特性相适应的，磨损量减小的效果。

当然，回转涡卷件14不仅仅是在铝材上进行表面处理来制造的，用铁系金属制造或在铁系金属上进行表面处理，使它变硬化也可得到同样的效果。

另外，在本实施例中举出了利用铝来制造固定涡卷件10的一对涡卷件组合的例子，但不仅限于此，用铝材来制造回转涡卷件14，对铝材进行表面处理来制造固定涡卷件10，用铁系金属或在铁系金属上进行表面处理来制造，也可得到同样的效果。

当然，不言而喻，本发明适用于涡旋型压缩机，但不仅仅限于此，也适用于其他的涡旋型流体机械。

如以上所述，根据用第一方案所述的发明，一方用铝制成，另一方用硬材质制成的一对涡卷件部件的组合中，所减小相应组合的各个末端密封件、端板间的磨损量。

而且，相互组合的末端密封件和端板内表面双方的磨损可以同等地进行，因此可以抑制象以往那样的、涡卷件的一方磨损快的不良的情况。

结果，产品的寿命可延长，产品的可靠性可以提高。

根据第二方案所述的发明，在上述第一方案的发明的效果基础上，还可得到优越的磨损量减小的效果。

根据第三方案所述的发明，在上述第一方案的发明的效果的基础上，还可得到与末端密封件材料特性相适应的，优越的磨损量减小的效果。

根据第四方案所述的发明，在上述第三方案的发明的效果基础上，还可得到与末端密封件材料特性更加相适应的，更优越的磨损量减小的效果。

表1

末端密封件和与它接触的涡卷的材料

符号	名称	材料		符号	名称	材料	表面处理
								基本材料	填充料
		47	末端密封件							聚苯撑硫(PPS)	碳素纤维20％重量等	14	回转涡卷件	铝	有
48	末端密封件			同上	碳素纤维10％重量等	10	固定涡卷件	铝	无

表2

末端密封件和与它接触的涡卷的材料

符号	名称	材料		符号	名称	材料	表面处理
								基本材料	填充料
		17	末端密封件							聚苯撑硫(PPS)	碳素纤维15％重量等	14	回转涡卷件	铝	有
18	末端密封件			同上	同上	10	固定涡卷件	铝	无

Claims (4)

1．一种涡旋型流体机械，在各端板的一面上，垂直设置有涡旋形的卷板(12,16)，一方用铝材制造、另一方在铝材上进行表面处理，或者由铁系金属，或对铁系金属进行表面处理而构成一对涡卷部件，将这样构成的一对涡卷部件(10,14)错开180度相位地进行啮合，在它们之间形成流体腔(19a,19b)，与此同时，在上述一对涡卷部件的涡旋形卷板的前端面上，作出沿着各涡卷的槽，在该槽内分别配置涡旋形的末端密封件(47,48)，其特征在于，上述末端密封件(47,48)由复合塑料制成，该复合塑料是以聚苯撑硫为基本材料，其中包含碳素纤维，同时，使上述用铝材制成的一方涡卷部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例比另一方涡卷部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例高。

2．如权利要求1所述的涡旋型流体机械，其特征在于，上述铝材制成的涡卷部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例为重量的17％～50％，另一方涡卷部件的末端密封件材料的碳素纤维调和比例为重量的3％～12％。

3．如权利要求1所述的涡旋型流体机械，其特征在于，在上述另一方涡卷部件表面上具有硬质薄膜。

4．如权利要求3所述的涡旋型流体机械，其特征在于，上述另一方的用铝材制成的涡卷部件的表面具有氧化铝薄膜/浸透氟树脂的氧化铝薄膜。

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