CN107435630B - 涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括定涡旋和动涡旋的涡旋压缩机，定涡旋包括定涡旋端板和从定涡旋端板延伸的螺旋形的定涡卷，动涡旋包括动涡旋端板和从动涡旋端板延伸的且与定涡卷啮合配合以形成压缩腔的动涡卷。定涡卷包括径向外侧的第一定涡卷部和径向内侧的第二定涡卷部，第一定涡卷部在涡旋压缩机运行期间周期性地被动涡旋端板覆盖，第二定涡卷部在涡旋压缩机运行期间始终被动涡旋端板覆盖。在第一定涡卷部与动涡旋端板的对应于第一定涡卷部的第一覆盖部中的一者上设置有密封装置。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡旋压缩机。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

涡旋压缩机通常包括压缩机构、驱动轴和马达。压缩机构包括定涡旋和动涡旋。定涡旋以轴向可浮动但不可转动的方式安装至主轴承座，或者固定地安装至主轴承座。动涡旋插置在定涡旋中，并且在驱动轴的驱动下相对于定涡旋进行平动绕动(即，动涡旋的中心轴线相对于定涡旋的中心轴线旋转，但动涡旋不会绕其自身中心轴线旋转)，使得动涡旋和定涡旋的叶片(或涡卷)相互接合以形成体积逐渐减小的对工作流体(例如，制冷剂)进行压缩的一系列压缩腔。

由于一些因素，例如安装结构、背压结构、浮动结构等，动涡旋和定涡旋的叶片的型线设计受到限制，即，动涡旋和定涡旋的径向可利用空间受到限制，从而使压缩机的排量受到限制。

因此，本领域中需要一种具有改进的叶片设计的压缩机，使得压缩机构的径向空间能够被充分利用以提高排量且具有良好密封。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改进的涡卷结构的压缩机，使得其压缩机构的径向空间能够被充分利用以提高排量且具有良好密封。

本发明的另一个目的是提供一种减小涡卷与端板之间磨损的涡旋压缩机。

上述目的中的一个或多个可以通过下述方案实现：一种涡旋压缩机包括定涡旋和动涡旋，所述定涡旋包括定涡旋端板和从所述定涡旋端板延伸的螺旋形的定涡卷，所述动涡旋包括动涡旋端板和从所述动涡旋端板延伸的且与所述定涡卷啮合配合以形成压缩腔的动涡卷。所述定涡卷包括径向外侧的第一定涡卷部和径向内侧的第二定涡卷部，所述第一定涡卷部在所述涡旋压缩机运行期间周期性地被所述动涡旋端板覆盖，所述第二定涡卷部在所述涡旋压缩机运行期间始终被所述动涡旋端板覆盖。在第一定涡卷部与动涡旋端板的对应于第一定涡卷部的第一覆盖部中的一者上设置有密封装置。

根据本发明的涡旋压缩机具有改进的涡卷结构。特别地，定涡旋的定涡卷延伸靠近安装部，由此充分地利用了定涡旋的径向空间，从而能够提高压缩机的排量。另外，由于在第一定涡卷部与第一覆盖部之间设置有密封装置，由此能够良好地防止压缩腔内的气体泄漏，从而提高压缩机的工作效率。

优选地，所述密封装置包括从所述第一定涡卷部的端面和所述第一覆盖部中的一者突出的凸起部，所述第一定涡卷部的端面和所述第一覆盖部中的另一者与所述凸起部之间形成预定间隙。在该结构中，可以通过设定凸起部的高度而使凸起部与第一定涡卷部或第一覆盖部之间的间隙能够实现油密封。

优选地，所述凸起部与所述第一定涡卷部的端面和所述第一覆盖部中的所述一者为一体件。或者，所述凸起部为涂覆在所述第一定涡卷部的端面和所述第一覆盖部中的所述一者上的涂层。所述凸起部可以为耐磨层或耐腐蚀层。例如，根据应用条件和应用要求的不同，涂层可以具有不同性能，比如，耐磨性能、与润滑油兼容的性能等。

优选地，所述密封装置包括设置在所述第一定涡卷部的端面上的第一密封件。

优选地，在所述第二定涡卷部的端面上设置有第二密封件，所述第一密封件的高度低于所述第二密封件的高度，使得在所述涡旋压缩机运行期间在所述第一密封件与所述第一覆盖部之间形成预定间隙。通过这样的结构，第一定涡卷部与第二定涡卷部相比受到的磨损可以减小或者可以完全避免。

优选地，在所述第一定涡卷部的端面上设置有用于容置所述第一密封件的第一凹槽，在所述第二定涡卷部的端面上设置有第二密封件和用于容置所述第二密封件的第二凹槽。

优选地，所述第一覆盖部包括厚度减小区域，在所述涡旋压缩机运行期间在所述第一定涡卷部与所述厚度减小区域之间形成预定间隙。

所述第一覆盖部的所述厚度减小区域可以具有恒定的厚度，或者可以具有变化的厚度。

所述第二密封件与所述第一密封件可以是连续的，或者可以是单独的。所述第一密封件的高度与所述第二密封件的高度的差可以在0至100微米之间。所述第一密封件和/或所述第二密封件的高度可以是恒定的，或者可以是变化的。

所述第一凹槽与所述第二凹槽可以是连续的，或者可以是单独的。所述第一凹槽和/或所述第二凹槽的深度可以是恒定的，或者可以是变化的。

优选地，所述第一覆盖部的所述厚度减小区域的厚度比所述第一覆盖部的其他部分的厚度小0至100微米。

优选地，所述预定间隙允许在所述第一定涡卷部与所述第一覆盖部之间实现油密封。优选地，所述预定间隙在0至30微米之间。

由以下结合附图、以示例方式说明本发明的原理的描述，本发明的其他方面和优点将变得明显。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1是涡旋压缩机的纵向剖视示意图；

图2是涡旋压缩机的压缩机构的立体示意图；

图3是根据本发明实施方式的定涡旋的立体示意图；

图4是图2的处于第一运行状态的压缩机构的仰视图，在第一运行状态时定涡旋的定涡卷的一部分未被动涡旋端板覆盖；

图5是图2的处于第二运行状态的压缩机构的仰视图，在第二运行状态时定涡旋的定涡卷被动涡旋端板完全覆盖；

图6是图3的局部剖视示意图；

图7是根据本发明另一实施方式的动涡旋的立体示意图；

图8是图7的局部剖视示意图；

图9是图8的变型的剖视示意图；

图10是根据本发明实施方式的安装至定涡卷端面上的密封条的示意图；以及

图11是根据本发明实施方式的压缩机构的局部剖视示意图，示出了用于安装密封条的凹槽具有不同深度。

具体实施方式

下面对本发明各种实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相似的附图标记来表示相似的部件，因此相似部件的构造将不再重复描述。

在本文中提及的方位词，例如“上、下、左、右”，指的是附图上所观察的方位，除非本文中另有明确的说明。

将参照图1描述涡旋压缩机的总体构造和运行原理。如图1所示，涡旋压缩机100(下文中有时也会称为压缩机)一般包括壳体110、设置在壳体110一端的顶盖112以及设置在壳体110另一端的底盖114。壳体110中设置有压缩机构10、驱动轴30和马达20。马达20构造成使驱动轴30旋转，接着，驱动轴30的旋转使得动涡旋160相对于定涡旋150平动绕动(即，动涡旋160的中心轴线绕定涡旋150的中心轴线旋转，但是动涡旋160不会绕其自身的中心轴线旋转)，从而实现流体的压缩。

结合图2所示，压缩机构10包括定涡旋150和动涡旋160，其中，动涡旋160插置在定涡旋150内。动涡旋160包括端板164、形成在端板一侧的毂部162和形成在端板另一侧的螺旋状的涡卷(动涡卷)166。定涡旋150包括端板154、形成在端板一侧的螺旋状的涡卷(定涡卷)156和形成在端板的大致中央位置处的排气口152。在定涡旋150的螺旋涡卷156和动涡旋160的螺旋涡卷166之间形成一系列体积在从径向外侧向径向内侧逐渐减小的压缩腔。其中，径向最外侧的压缩腔处于吸气压力，径向最内侧的压缩腔处于排气压力。中间的压缩腔处于吸气压力和排气压力之间，从而也被称之为中压腔。

参见图3，其示出了根据本发明实施方式的定涡旋150的立体示意图。如图3所示，定涡旋150沿周缘包括安装部151。定涡旋150通过安装部151可以被安装至主轴承座或者直接固定地连接至压缩机壳体110。定涡旋150的定涡卷156以螺旋的形式从定涡旋的大致中央处朝向径向外侧延伸至靠近安装部151的位置处。

由于定涡卷156尽可能地延伸靠近安装部151，因此，在根据本发明的压缩机100的运行期间，当动涡旋160(特别地，端板164)远离定涡旋150的定涡卷156的径向最外侧部分运动时，该径向最外侧部分则不会被动涡旋160的端板164覆盖，即，暴露于外部；当动涡旋160(特别地，端板164)朝向定涡卷156的径向最外侧部分运动时，该径向最外侧部分则渐渐被动涡旋160的端板164覆盖，直至定涡卷156完全被动涡旋160的端板164覆盖。

图4和图5示出了压缩机构在压缩机运行期间处于不同状态下的仰视示意图。在图4所示的状态(第一运行状态)下，定涡卷156的径向最外侧部分未被动涡旋端板164覆盖；在图5所示的状态(第二运行状态)下，定涡卷156被动涡旋端板164完全覆盖。

为便于描述，将定涡卷156的周期性暴露于外部的径向最外侧部分称为第一定涡卷部156a；将定涡卷156的始终被动涡旋端板164覆盖的部分称为第二定涡卷部156b；将动涡旋160的端板164的对应于第一定涡卷部156a的部分称为第一覆盖部164a。当第一定涡卷部156a被第一覆盖部164a覆盖时形成了封闭的压缩腔。根据本发明的压缩机100通过上述结构充分地利用了定涡卷156(压缩机构)的径向空间，从而提高了压缩机100的排量。

定涡旋150的第二定涡卷部156b的径向最外端的展角A(弧度)可以通过如下公式获得：A＝((D/2-Ror)²-Rg²)^0.5/Rg，其中，D为动涡旋160的端板164的外径，Ror为涡旋压缩机的回转半径，Rg为涡卷的基圆半径。第二定涡卷部156b的径向最外端的最大半径为D/2-Ror，其对应的最大展开半径为((D/2-Ror)²-Rg²)^0.5。

通常，为了防止压缩腔内的气体泄漏至压缩机构外部和/或为了防止压缩腔内的气体泄漏至另外的压缩腔中，可以在动涡卷与定涡旋端板之间以及在定涡卷与动涡旋端板之间设置密封装置。在本发明的另一实施方式中，至少在定涡旋150的第一定涡卷部156a与第一覆盖部164a之间可以设置有密封装置。

图6为压缩机构10的局部剖面示意图，示出了根据本发明的密封装置的一个实施方式。参见图3和图6，可以在第一定涡卷部156a的端面上设置凸起部157。在一个示例中，凸起部157可以从第一定涡卷部156a的端面突出并且与第一定涡卷部156a一体地形成。如图6所示，在凸起部157与动涡旋160的端板164(特别是第一覆盖部164a)之间形成间隙G。间隙G设定成在压缩机正常运行期间可以通过润滑油实现凸起部157与动涡旋160的端板164之间的密封。在另一示例中，凸起部157可以由涂覆在第一定涡卷部156a的端面上的涂层形成。应理解的是，在合适的情况下，凸起部157也可以设置在动涡旋160的端板164的第一覆盖部164a上。根据应用环境，凸起部157可以是耐磨层或者可以是耐腐蚀层。

如图10所示，可以在动涡卷166和定涡卷156的整个端面或部分端面上设置密封条(或称为密封件)120。例如，密封条120可以是PTFE密封圈。在另一示例中，可以在动涡卷166的端面上设置用于容置密封条120的凹槽165(如图1所示)，并且可以在定涡卷156的端面上设置用于容置密封条120的凹槽155(如图1、图3所示)。

在密封装置的另一实施方式中，可以在第一定涡卷部156a上设置密封条而在第一定涡卷部156a与第一覆盖部164a之间实现密封。在压缩机100运行期间，由于第一定涡卷部156a周期性地被动涡旋端板164覆盖以及暴露于外部，即，第一定涡卷部156a相对于动涡旋端板164周期性地滑进和滑出，因此，设置在第一定涡卷部156a与动涡旋端板164之间的密封件(例如，密封条120)自身会被快速磨损，或者致使动涡旋端板164快速磨损。

为了减小或消除第一定涡卷部156a与动涡旋端板164之间的磨损，第一定涡卷部156a上的密封条(第一密封件或第一密封条)121的高度可以小于第二定涡卷部156b上的密封条122(第二密封件或第二密封条)，如图10所示。第一密封条121的高度与第二密封条122的高度的差可以在0至0.1毫米的范围内。应理解的是，第一密封条121的高度可以是恒定的，或者可以是变化的。

在图10所示的示例中，第一密封条121和第二密封条122是一体的。然而，应理解的是，在另外的示例中，第一密封条121和第二密封条122可以是单独的。在另一示例中，如图11所示，在第一密封条121和第二密封条122具有相同高度的情况下，用于容置第一密封条121的第一凹槽155a的深度可以大于用于容置第二密封条122的第二凹槽155b的深度。第一凹槽155a的深度与第二凹槽155b的深度的差可以在0至0.1毫米的范围内。应理解的是，第一凹槽155a的深度可以是恒定的，或者可以是变化的。通过降低第一密封条121的高度或者通过增加第一凹槽的深度能够减小或者避免第一定涡卷部156a与第一覆盖部164a之间的磨损。例如，可以通过降低第一密封条121的高度或者通过增加第一凹槽的深度而在密封件与第一覆盖部164a之间形成预定间隙，从而可以避免密封件与第一覆盖部164a之间的磨损问题，同时还可以实现油密封。

在另一实施方式中，动涡旋端板164的第一覆盖部164a可以具有厚度减小区域，其中，厚度减小区域的厚度可以相比动涡旋端板164的其他部分的厚度更小，如图7所示。厚度减小区域可以是第一覆盖部164a的一部分区域，或者可以是第一覆盖部164a的整个区域。厚度减小区域的厚度与动涡旋端板164的其他部分的厚度的差可以在0至0.1毫米(100微米)之间的范围内，由此减小或者避免第一定涡卷部156a与第一覆盖部164a之间的磨损。例如，可以通过去除面向定涡卷的表面的材料的方式形成第一覆盖部164a的厚度减小区域。通过第一覆盖部164a的厚度减小区域能够在第一定涡卷部156a(或密封件)与第一覆盖部164a之间形成预定间隙，从而能够避免第一定涡卷部156a(或密封件)与第一覆盖部164a之间的磨损问题，同时还可以实现油密封。应理解的是，厚度减小区域的厚度可以是恒定的(如图8所示)，或者可以是变化的(如图9所示)。

根据本发明的密封装置可以构造成在密封装置与第一定涡卷部156a或第一覆盖部164a之间形成间隙G。间隙G可以在0至30微米之间的范围内，以便能够实现密封装置与第一定涡卷部156a或第一覆盖部164a之间的油密封并且能够避免密封装置与第一定涡卷部156a或第一覆盖部164a之间的磨损。

此外，可以理解的是，凸起部或密封件可以具有合适的轮廓、形状或材料，以便能够缓解或者避免密封件与第一定涡卷部或第一覆盖部之间的磨损和/或有利于实现其间的油密封。另外，凸起部或密封件的位置、尺寸等也可以根据具体应用需求而改变。

上面的描述内容和附图所示的示例仅仅是出于说明性目的，而非限制本发明。应理解的是，上面描述的一个实施方式中的各个特征可以与另一实施方式中的各个特征相结合或相互替换使用。另外，在一个实施方式中描述的某个(或某些)特征可以省去。

本发明特别适用于具有以固定方式安装的定涡旋的压缩机，例如，将定涡旋固定地连接至主轴承座的压缩机。这样的压缩机可以省去提供轴向柔性的结构(例如包括螺栓和套筒的结构)，由此可以扩展涡旋部件的径向利用空间，从而针对给定空间(特别是给定径向空间)的压缩机壳体可以实现更大的压缩机排量。然而，应理解的是，本发明也可以适用于其他类型的压缩机，例如，具有轴向柔性的压缩机、具有背压结构的压缩机、不具有背压结构的压缩机、不在涡卷上设置密封圈的压缩机等。

尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims (14)

1.一种涡旋压缩机，包括：

定涡旋(150)，所述定涡旋(150)包括定涡旋端板(154)和从所述定涡旋端板(154)延伸的螺旋形的定涡卷(156)；以及

动涡旋(160)，所述动涡旋(160)包括动涡旋端板(164)和从所述动涡旋端板(164)延伸的且与所述定涡卷(156)啮合配合以形成压缩腔的动涡卷(166)；

其中，所述定涡卷(156)包括径向外侧的第一定涡卷部(156a)和径向内侧的第二定涡卷部(156b)，

所述第一定涡卷部(156a)在所述涡旋压缩机(100)运行期间周期性地被所述动涡旋端板(164)覆盖，

所述第二定涡卷部(156b)在所述涡旋压缩机(100)运行期间始终被所述动涡旋端板(164)覆盖，

在所述第一定涡卷部(156a)与所述动涡旋端板(164)的对应于所述第一定涡卷部(156a)的第一覆盖部(164a)中的一者上设置有密封装置。

2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，所述密封装置包括从所述第一定涡卷部(156a)的端面和所述第一覆盖部(164a)中的所述一者突出的凸起部(157)，所述第一定涡卷部(156a)的端面和所述第一覆盖部(164a)中的另一者与所述凸起部(157)之间形成预定间隙。

3.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其中，所述凸起部(157)与所述第一定涡卷部(156a)的端面和所述第一覆盖部(164a)中的所述一者为一体件，或者

所述凸起部(157)为涂覆在所述第一定涡卷部(156a)的端面和所述第一覆盖部(164a)中的所述一者上的涂层。

4.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其中，所述凸起部(157)为耐磨层或耐腐蚀层。

5.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，所述密封装置包括设置在所述第一定涡卷部(156a)的端面上的第一密封件(121)。

6.根据权利要求5所述的涡旋压缩机，其中，在所述第二定涡卷部(156b)的端面上设置有第二密封件(122)，所述第一密封件(121)的高度低于所述第二密封件(122)的高度，使得在所述涡旋压缩机运行期间在所述第一密封件(121)与所述第一覆盖部(164a)之间形成预定间隙。

7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其中，在所述第一定涡卷部(156a)的端面上设置有用于容置所述第一密封件(121)的第一凹槽(155a)，在所述第二定涡卷部(156b)的端面上设置有第二密封件(122)和用于容置所述第二密封件(122)的第二凹槽(155b)。

8.根据权利要求5所述的涡旋压缩机，其中，所述第一覆盖部(164a)包括厚度减小区域，在所述涡旋压缩机运行期间在所述第一定涡卷部(156a)与所述厚度减小区域之间形成预定间隙。

9.根据权利要求8所述的涡旋压缩机，其中，所述第一覆盖部(164a)的所述厚度减小区域具有恒定的厚度，或者具有变化的厚度。

10.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其中，所述第二密封件(122)与所述第一密封件(121)是连续的，或者是单独的；以及/或者

所述第一密封件(121)的高度与所述第二密封件(122)的高度的差在0至100微米之间；以及/或者

所述第一密封件(121)和/或所述第二密封件(122)的高度是恒定的，或者是变化的。

11.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其中，所述第一凹槽(155a)与所述第二凹槽(155b)是连续的，或者是单独的；以及/或者

所述第一凹槽(155a)和/或所述第二凹槽(155b)的深度是恒定的，或者是变化的。

12.根据权利要求8所述的涡旋压缩机，其中，所述第一覆盖部(164a)的所述厚度减小区域的厚度比所述第一覆盖部(164a)的其他部分的厚度小0至100微米。

13.根据权利要求2至4、6至12中任一项所述的涡旋压缩机，其中，所述预定间隙允许在所述第一定涡卷部(156a)与所述第一覆盖部(164a)之间实现油密封。

14.根据权利要求2至4、6至12中任一项所述的涡旋压缩机，其中，所述预定间隙在0至30微米之间。