CN1075169C - 涡旋压缩机 - Google Patents
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Abstract
使可动涡形盘等可动构件具有与苛刻的运行条件相适应的足够的机械强度且可大幅度减少摩擦损耗的涡旋压缩机。可动涡形盘(2)以按重量百分比由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al所组成的合金材料构成。该可动涡形盘(2)的键槽(9)部分被浸含了二硫化钼的硬质钝化铝膜所被覆。
Description
本发明属于可动涡形盘等可动构件，具有高机械强度而且不会发生材料破坏，适用于涡旋压缩机。
涡旋压缩机的结构是，为形成对冷媒气体进行压缩的空间，将各自具有螺旋形沟道的固定涡形盘与可动涡形盘二者偏心地组合起来，在使在作为可动要素的可动涡形盘公转的同时将吸入压缩空间中的冷媒气体等流体进行压缩。
通常，为实现可动涡形盘的公转，要使用对可动涡形盘的自转进行抑制的环形欧式联轴节。安装在可动涡形盘下表面与构架上表面二者之间的欧氏环，其上表面上设有的两个键和下表面上设有的两个键分别与可动涡形盘的键槽和构架的键槽相嵌合，涡旋压缩机旋转时，欧氏环与可动涡形盘二者相对移动的同时可动涡形盘进行公转。
但是，上述可动涡形盘包括固定涡形盘大部分以Al-Si系合金制成。由于这种合金具有优异的耐腐蚀性及耐磨性，热膨胀系数也较小，迄今为止虽也取得了人们所期望的效果；然而在机械强度方面却无论如何未达到令人满意的程度。此外，Al-Si系合金特别相对于Fe系材料的耐磨性差，存在着由Al-Si系合金制作的可动涡形盘因与欧氏环的键相互摩擦而易于磨损的难点。
近年来，在空调和冷冻领域积极地进行着冷媒气体的开发，与这一新冷媒气体的开发相应地，人们还加紧开发具有比迄今为止的现有技术更高的机械强度的Al-Si合金。同时，特别是要求可动涡形盘具有比现有可动涡形盘更能耐受与欧氏环的滑动摩擦的强耐磨性。
本发明的目的是提供一种涡旋压缩机，其可动涡形盘等可动构件具有与苛刻的运行条件相适应的足够的机械强度且摩擦损耗可大幅度降低。
如权利要求1的发明是这样一种涡旋压缩机，它具有：设在构架的上方、与构架之间保持一定距离设置的具有旋涡状沟道的固定涡形盘，与该固定涡形盘面对面地、旋涡状沟道与固定涡形盘的沟道相组合地且下表面与构架相接触并设置成可滑动的可动涡形盘，将构架的与可动涡形盘相接触的滑动面围住、上表面的键与可动涡形盘的键槽嵌合、下表面的键与构架的键槽嵌合的环形的欧氏节；其特征是固定涡形盘和/或可动涡形盘以按重量百分比由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al组成的合金材料构成。
另外，权利要求2的发明的特征是可动涡形盘被浸含二硫化钼的硬质钝化铝膜所覆盖。
此外，权利要求3之发明的特征是欧式环以按重量百分比由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al组成的合金材料构成。
权利要求4之发明的特征是可动涡形盘的至少键槽部分或欧氏环的至少上表面的键被浸含二硫化钼的硬质钝化铝膜所覆盖。
图1(a)是本发明之可动涡形盘的俯视图，(b)是该可动涡形盘的剖视图。
图2是本发明之涡旋压缩机的剖视图。
图3是同时显示按照本发明的Al-Si-Cu-Mg系合金与其他对比材料的高温疲劳强度的曲线图。
下面，结合附图对本发明的实施例进行说明。图2中，涡旋压缩机具有各自有旋涡状沟道的固定涡形盘1及可动涡形盘2。为形成对冷媒气体进行压缩的空间3，将固定涡形盘1及可动涡形盘2偏心组合，固定涡形盘1与固定于外壳4上的构架5之间设置成保持一定分离距离，而可动涡形盘2的下表面与构架5相接触并与配置于构架5的中心部位的轴6相配合。
该可动涡形盘2上可设置将轴6的旋转变成可动涡形盘2的公转动作的欧氏环7。设置成将构架5的与可动涡形盘2相接触的滑动面围起来的欧氏环7，其上表面上设有的2个键8(图中仅示出一个)分别与可动涡形盘2的键槽9相嵌合，而设在下表面上的两个键10(图中仅示出一个)分别与构架5的键槽11相嵌合。从而，当轴6旋转时，在欧氏环7与可动涡形盘2二者相对移动的同时可动涡形盘2进行公转。
另一方面，轴6的上端部和下端部分别受到构架5和轴承盘12的支承而能够旋转。轴6的上端部上具有曲轴部13，它插入在可动涡形盘2的轴配合部14中。轴6上设有作为动力的电机15，靠该电机15的驱动力轴6旋转。
上述构成中，固定涡形盘1及可动涡形盘2由具有表1所示成分的材料所构成。
表1
| (重量百分比)化学成分(％) | |||
| Si | Cu | Mg | Al |
| 8～10 | 2～5 | 0.5～0.8 | 其它 |
上述各成分的含量是除了考虑机械强度的提高之外还根据改善耐磨性、加工性及表面处理性等的要求而分别予以确定的。Si是为了增加机械强度，特别是高温疲劳强度所不可或缺的成分，定为8～10％。若Si含量过多，可加工性和表面处理性将降低，在后续的机械加工及表面处理工序中不能得到所期的结果，因此将上限定在10％。
另外，Cu是作为提高可加工性的同时提高高温疲劳强度所不能缺少的成分而进行添加的，为达到上述要求至少需要2％，上限定为5％。而Mg是为提高机械强度而添加的元素，最少也需要0.5％。但是，Mg含量若过多，材料将失去延展性，使可加工性劣于已有的Al-Si系合金，故上限限定在0.8％。
这种新材料的机械强度如表2所示比现有的Al-Si系合金材料有所提高。
表2
| 抗拉强度(N/mm2) | 延伸率(％) | 硬度(HRB) | |
| 发明材料 | 450～500 | 5～6 | 70～80 |
| 4032(JIS.Al-Si系材料) | 380 | 8 | 60 |
| S30C碳素钢 | 630 | 30 | 110 |
此外，对于可动涡形盘2，至少对图1(a)(b)所示的包括键槽9部分的下表面实施表面处理。本实施例中实施的是浸含二硫化钼(MoS2)的硬质钝化铝膜处理。硬质钝化铝膜处理是利用阳极氧化法生成氧化铝保护膜的方法，而本实施例则是在该硬质钝化铝膜处理过程中使之浸含二硫化钼而制成氧化铝的保护膜的。
硬质钝化铝膜处理可增加硬度而适用于提高机械要素的耐磨性，但难点在于初期的磨合性差，易产生啃咬。经微细化的二硫化钼可起到有效地减少摩擦的作用，将其埋入氧化铝层中，使之发挥大幅度减少摩擦损耗的作用。
具有上述结构的涡旋压缩机中，通过轴6的旋转使可动涡形盘2进行公转，低温低压的冷媒气体被吸入两个涡形盘1、2之间。该冷媒气体在容积逐渐缩小的空间3内被压缩，呈高温、高压状态而通过固定涡形盘1向机器外流出。
与这种高温冷媒气体相接触的可动涡形盘2上反复作用高应力而使材料疲劳。一般而言，在疲劳极限范围内即使受应力的反复作用材料也不会遭受破坏，但是在改变所使用的冷媒气体而其温度变高的情况下，因随着温度变高，材料的疲劳极限将降低，因此，迄今尚能使用的材料由于冷媒气体的改变而不能放心地使用。
由于这种理由，采用冷媒气体R410A的涡旋压缩机中，其固定及可动涡形盘1、2以采用具有高机械强度的Al-Si-Cu-Mg系合金为宜。要获得高的机械强度，可通过增加Si含量便能很容易做到，但还有必要使耐磨性、可加工性及表面处理性也得到改善。表1所示成分组成的材料则能够满足上述所有的要求。
图3是就高温疲劳强度将本实施例的Al-Si-Mg系合金与其他合金材料进行比较的结果。若仅限于高温疲劳强度，增加Si含量的确有效，但相应地，可加工性及表面处理性将降低。这是由于在钝化铝膜处理中Si粒子不被氧化而生成针孔的缘故。由表1所示成分所组成的材料，其Si含量的上限受到限制而能够获得所期望的耐磨性、可加工性及表面处理性。
此外，本实施例的可动涡形盘2的键槽9部分在钝化铝膜处理时含浸了二硫化钼。因此，靠微细化了的二硫化钼使欧氏环7的键8易于在键槽9内滑动，能大幅度减少初期的摩擦损耗。
通过硬质钝化铝膜处理而获得高硬度的键槽9因磨合性有改善，故磨损降低，耐磨性大幅度提高。通过将其应用于实际机器中的试验，可以确认其耐磨性提高了50％以上。
进而对本发明的其他实施例进行说明。上述实施例中，固定及可动涡形盘1、2二者以本发明的Al-Si-Cu-Mg系合金构成，但欧氏环7也可以与此相同的合金构成。欧氏环7是环形构件，上表面上有两个键8，下表面上有两个键10，因这些键8、10分别与键槽9、11相嵌合并滑动，故至少对键8、10实施使之浸含二硫化钼的硬质钝化铝膜处理。在这种场合，对可动涡形盘2的键槽11部分进行使之浸含二硫化钼的硬质钝化铝膜处理予以省略。
本实施例也能获得与上述实施例相同的效果。在此基础上，例如欧氏环7与铁系烧结性环相比，本实施例的旋转体的质量减少，故对振动和噪音等的抑制极为有效而更富于实用性。
上述各实施例的固定及可动涡形盘1、2二者由Al-Si-Cu-Mg系合金构成，显然也可以只对反复承受高应力的可动涡形盘2采用该材料。
正如上所述，权利要求1所涉及的发明，其固定涡形盘和/或可动涡形盘以由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al所组成的合金材料所构成，故特别是可动涡形盘即使在苛刻的运行条件下使用时，应力总是在材料的疲劳极限之内，能够避免材料断裂等破坏，使可靠性提高。
再有，权利要求2所涉及的发明，其可动涡形盘被浸含有二硫化钼的硬质钝化铝膜被覆住，故可切实防止摩擦损耗变大，能够延长可动涡形盘的耐用寿命。
此外，权利要求3所涉及的发明，其欧氏环是以由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al所组成的合金材料所构成，故应力总是在疲劳极限内，能够避免材料发生断裂，提高可靠性。
还有，权利要求4所涉及的发明，其可动涡形盘的至少键槽或欧氏环的至少上表面的键被浸含二硫化钼的硬质钝化铝膜所被覆，故可切实防止可动构件的某个部位的摩擦损耗变大，能够延长可动构件的耐用寿命。
Claims (4)
1．一种涡旋压缩机，它具有：设在构架上方、设置成与该构架之间保持间距的、具有旋涡状沟道的固定涡形盘，与该固定涡形盘面对面地、旋涡状沟道与所述固定涡形盘的沟道相组合且下表面与所述构架相接触并设置成可滑动的可动涡形盘，将上述构架的与该可动涡形盘相接触的滑动面围起来、上表面的键与所述可动涡形盘的键槽相嵌合，下表面的键与所述构架的键槽相嵌合的环形欧氏节；其特征是所述固定涡形盘和/或所述可动涡形盘以按重量百分比由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al组成的合金材料所构成。
2．如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征是，所述可动涡形盘被浸含有二硫化钼的硬质钝化铝膜所被覆。
3．如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征是，所述欧氏环以按重量百分比由Si8～10、Cu2～5、Mg0.5～0.8、其余为Al组成的合金材料构成。
4．如权利要求3所述的涡旋压缩机，其特征是，所述可动涡形盘的至少该键槽部分或所述欧氏环的至少上表面的该键被浸含有二硫化钼的硬质钝化铝膜所被覆。
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