CN107683372B - 涡旋式流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明通过在压缩运转时使固定涡盘与旋转涡盘的涡圈间隙尽可能地小，抑制压缩流体从压缩室泄漏的情况，由此提高压缩效率。涡旋式流体机械包括具有涡旋状的涡圈部的固定涡盘；和与该固定涡盘相对地设置的旋转涡盘，其涡旋状的涡圈部旋转以使得在其与该固定涡盘的涡圈部之间形成多个压缩室，上述固定涡盘和上述旋转涡盘中的至少一者的涡圈部，在规定的区域中，在一个侧面设置有凹部，在另一个侧面设置有凸部。

Description

涡旋式流体机械

技术领域

本发明涉及适合用作例如空气、制冷剂等的压缩机或真空泵等的涡旋式流体机械。

背景技术

专利文献1中记载了在压缩运转时，固定涡盘或旋转涡盘的上述涡圈部的齿顶侧的温度上升比齿底侧的温度上升多的部位，与固定涡盘或旋转涡盘的涡圈部的齿底侧的温度上升比齿顶侧的温度上升多的部位相比，使与在径向外侧相对的涡盘的涡圈部之间的最接近的状态下的间隙形成为较大的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4988805号公报

发明内容

发明要解决的课题

涡旋式流体机械在压缩运转时使固定涡盘与旋转涡盘的涡圈间隙尽可能减小，抑制压缩流体从压缩室泄漏的情况，由此提高压缩效率等。此时，涡圈被因压缩而成为高温的压缩空气加热，涡圈间隙因热变形而变化。因涡圈间隙的变化，在间隙减小的部分存在涡圈接触的可能性，另外，在间隙增大的部分，压缩流体泄漏、性能恶化。

根据上述现有技术，在压缩运转时，涡圈部的齿顶侧的温度上升比齿底侧的温度上升多的部位，与齿底侧的温度上升比齿顶侧的温度上升多的部位相比，使与在径向外侧相对的涡盘的涡圈部之间的最接近的状态下的间隙形成为较大，防止热变形引起的涡圈的接触。

另一方面，对于因热变形而涡圈间隙增大的部分并未提及，压缩流体的泄漏性能恶化被列为课题。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，例如采用要求的权利范围中记载的结构。本发明包括多种解决上述课题的技术方案，举其一例，是一种涡旋式流体机械，其包括：具有涡旋状的涡圈部的固定涡盘；和与该固定涡盘相对地设置的旋转涡盘，其涡旋状的涡圈部旋转以使得在其与该固定涡盘的涡圈部之间形成多个压缩室，所述固定涡盘和所述旋转涡盘中的至少一者的涡圈部，在规定的区域中，在一个侧面设置有凹部，在另一个侧面设置有凸部。

发明效果

根据本发明，即使涡圈间隙因热变形而存在变化，也能够保持可靠性同时实现性能改善。

附图说明

图1是本发明的涡旋式压缩机主体的外观图。

图2是本发明的实施例1的涡旋式压缩机的截面图。

图3是本发明的实施例1的涡旋式压缩机的截面图。

图4是本发明的实施例1的涡旋式压缩机的截面图。

图5是表示本发明的课题的涡旋式压缩机的截面图。

图6是表示本发明的课题的涡旋式压缩机的截面图。

图7是本发明的实施例1的涡圈部的截面图。

图8是本发明的实施例1的固定涡盘的截面图。

图9是本发明的实施例1的涡圈变形量的曲线图。

图10是本发明的实施例2的涡圈部的截面图。

图11是本发明的实施例3的涡圈部的截面图。

图12是本发明的实施例4的涡圈部的截面图。

图13是本发明的实施例5的涡圈部的截面图。

具体实施方式

以下，根据图1～8详细说明本发明的实施例1。

图1是本发明中的涡旋式压缩机主体的外观图，(A)表示正面图，(B)表示右侧面图，(C)表示左侧面图，(D)表示顶面图，(E)表示背面图。图1中，70是构成压缩机主体的外壳的壳体，形成为轴向的一侧被封闭、轴向的另一侧开口的有底筒状体。在壳体70的筒部内，收容有后述的旋转涡盘等。而且，压缩机主体具有固定地设置在壳体70的开口端一侧的作为一个涡旋部件的固定涡盘。在71的内部，具有在固定涡盘的涡圈部与旋转涡盘的涡圈部之间划分而成的多个压缩室，各压缩室以使旋转涡盘的涡圈部与固定涡盘的涡圈部重合的方式配置。72是滑轮，设置在驱动轴(未图示)的一端，与作为驱动源的电动机的输出侧经由皮带(均未图示)等连结，对驱动轴进行驱动。驱动轴使旋转涡盘相对于固定涡盘进行旋转运动。另外，也可以是采用使电动机的旋转轴与驱动轴成为一体的电动机一体型的涡旋式空气压缩机的、不需要滑轮72和皮带的结构。80是设置在固定涡盘的外周侧的吸入口，吸入口80经由吸气过滤器81从外部吸入空气，该空气在各压缩室内随旋转涡盘的旋转动作而连续地被压缩。

即，旋转涡盘被电动机(未图示)等经由驱动轴驱动，相对于固定涡盘进行旋转运动。由此，多个压缩室中的外径侧的压缩室从固定涡盘的吸入口80吸入空气，该空气在各压缩室内连续地被压缩。然后，从最内径侧的压缩室起，从位于中心侧的排出口42将压缩空气向外部排出。73是与固定涡盘的排出口42连接设置的排出配管，排出配管73构成使储罐(未图示)与排出口42之间连通的排出流路。另外，74是将后述的冷却风扇旋转产生的冷却风导向固定涡盘的固定冷却翅片75和旋转涡盘的旋转冷却翅片76的风扇导管。另外，77是覆盖固定冷却翅片75的翅片罩。上述结构是涡旋式压缩机的基本结构，在以下说明的实施例1～5中是共通的。

接着，在图2中示出本发明的涡旋式压缩机的涡盘部分的截面图。旋转涡盘1与固定涡盘2分别涡旋状地立起设置在端板上，彼此重合。通过旋转涡盘1的旋转运动，使旋转涡盘1的涡圈部3与固定涡盘2的涡圈部4之间划分而成的压缩室5连续地缩小。由此，各压缩室对从吸入端口6吸入的空气顺次压缩，并且将该压缩空气从排出端口7经由排出口42向外部的空气罐(未图示)排出。

在旋转涡盘1的涡圈部3中，将a-b之间称为外线，将a-c之间称为内线。另外同样地，在固定涡盘2的涡圈部4中，将d-e之间称为外线，将d-f之间称为内线。旋转涡盘1因旋转运动而移动时，在图2的瞬间在旋转涡盘1的涡圈部3的内线与固定涡盘2的涡圈部4的外线之间，形成有3个压缩室。这3个压缩室中，从外周侧的压缩室5起分别是压缩室Pa(5a)、压缩室Pb(5b)、压缩室Pc(5c)。另外，同样地在旋转涡盘1的涡圈部3的外线与固定涡盘2的涡圈部4的内线之间形成有3个压缩室。在这3个压缩室中，从外周侧的压缩室5起分别是压缩室Pd(5d)、压缩室Pe(5e)、压缩室Pf(5f)。各压缩室的压力随着靠近排出端口6而升高。即压力的高低顺次是5c>5b>5a。另外，同样地，是5f>5e>5d。

在图3中示出旋转涡盘1从图2的状态起移动了半转后的涡旋式压缩机截面图。在图3的瞬间各压缩室分别向排出端口6靠近了半周，压缩室Pa(5a)变化为压缩室Pa’(5a’)，压缩室Pb(5b)变化为压缩室Pb’(5b’)，压缩室Pc(5c)变化为压缩室Pc’(5c’)。另外，同样地，压缩室Pd(5d)变化为压缩室Pd’(5d’)，压缩室Pe(5e)变化为压缩室Pe’(5e’)，压缩室Pf(5f)变化为压缩室Pf’(5f’)。其中压缩室Pc’(5c’)和压缩室Pf’(5f’)与排出端口6连通并向空气罐(未图示)排出压缩空气。

在图4中示出涡圈间隙。如图4所示，旋转涡盘1与固定涡盘2通过使在涡圈部3、4形成的径向的间隙δ(称为涡圈间隙)尽可能减小，来抑制压缩空气从各压缩室泄漏的情况，提高作为空气压缩机的效率等。

压缩后的空气成为高温，因此旋转涡盘1和固定涡盘2发生热变形。另外，也会因为承受压缩后的空气的压力而发生变形。另外，涡圈部3、4也发生同样的变形。从而，在减小涡圈间隙δ时涡圈部3、4因压缩空气的热等的影响而变形的情况下，存在涡圈部3、4接触的可能性。

图5和图6是表示本发明的课题的涡旋式压缩机的截面图。图5示出了使涡圈间隙δ较小的情况下的运转中的压缩机。在分别对压缩室Pc(5c)和压缩室Pb(5b)、以及压缩室Pb(5b)和压缩室Pa(5a)进行了划分的截面A-A上，因热等的影响而发生了变形的涡圈部4与涡圈部3接触。该情况下涡旋式压缩机会破损。另一方面，考虑为了使涡圈部3与涡圈部4不接触而使涡圈间隙δ较大的情况，但该情况下，压缩后的空气因压力差而通过涡圈间隙δ，从压缩室Pc(5c)向压缩室Pb(5b)流出，且从压缩室Pb(5b)向压缩室Pa(5a)流出，作为压缩机的效率降低。

图6中是旋转涡盘1从图5的状态起移动了半转的瞬间。其示出了与图5同样的位置的A-A截面。图6的A-A截面分别对压缩室Pf’(5f’)和压缩室Pe’(5e’)、压缩室Pd’(5d’)和压缩室Pe’(5e’)进行了划分。在图5的瞬间因热等的影响而以倒向接触的方向的方式变形的涡圈部4，在旋转涡盘1移动了半转的情况下，因该变形而成为远离对象侧的涡圈部3的形态，产生了间隙。压缩后的空气通过该间隙因压力差而从压缩室Pf’(5f’)向压缩室Pe’(5e’)流出，且从压缩室Pe’(5e’)向压缩室Pd’(5d’)流出，作为压缩机的效率降低。

背景技术中所示的专利文献1(日本特许第4988805号公报)中构成为在因变形而涡圈间隙δ减小的部位，通过将涡圈部3、4削薄而防止与涡圈部3的接触，使涡圈间隙δ保持为较小。另一方面，关于图6中所示的涡圈间隙δ增大的部位，认为间隙保持原状地存在，作为压缩机的效率降低。

在图7中示出本实施例中的涡圈部4的形状。本实施例中，如图7所示，在因热等影响引起的变形而涡圈间隙减小的部分的涡圈部4的侧面设置凹部8，防止涡圈部3、4接触(咬合)。另一方面，在设置有凹部8的相反侧的侧面，为了防止涡圈间隙增大而设置有凸部9。通过设置凸部9，即使在涡圈部3和涡圈部4变形后，也能够防止涡圈间隙的扩大、防止压缩空气的泄漏。在图8中示出本实施例中的固定涡盘2的涡圈部4的截面图。图7中为了说明而仅在一部分设置了凹部8和凸部9，但本实施例中如图8所示地在涡圈部4的整周设置凹部8和凸部9。另外，虽然未图示，但在旋转涡盘1的涡圈部3也可以同样地在整周设置凹部8和凸部9。在图9中示出压缩机运转中的涡圈部3、4的变形量。纵轴表示涡圈变形量，表示向周向外侧的变形量的大小。横轴是从涡圈中心部起的展角。关于设置凹部8和凸部9的位置，如图9所示，例如通过以对固定涡盘2的涡圈部4的齿顶侧的内线的变形量、和与其相对的旋转涡盘1的涡圈部3的齿根侧的外线的变形量进行比较的方式，对相对的涡圈部3和涡圈部4的变形量进行比较而求出。如图9所示地进行了比较的情况下，固定涡盘2的涡圈部4的齿顶侧内线的变形量比旋转涡盘1的涡圈部3的齿根侧外线的变形量大的部分是应当在固定涡盘2的涡圈部4设置凸部9的位置，小的部分是应当设置凹部8的位置。

另外，虽然未图示，但同样地对固定涡盘2的涡圈部4的齿顶侧的外线的变形量、和与其相对的旋转涡盘1的涡圈部3的齿根侧的内线的变形量进行比较，确定设置凸部和凹部的位置。进而，能够对固定涡盘2的涡圈部4的齿根侧的内线和外线的变形量、和与其相对的旋转涡盘1的涡圈部3的齿顶侧的内线和外线的变形量进行比较，确定设置凸部和凹部的位置。

另外，也可以与变形量相应地调整凸部和凹部的大小。例如，在图9所示的固定涡盘2的涡圈部4的齿顶侧内线的变形量与旋转涡盘1的涡圈部3的齿根侧外线的变形量的差比其他区域大的区域中，使凸部形成得较大。

图8中在固定涡盘2上设置有凸部和凹部，但也可以基于图9所示的变形量，在旋转涡盘2上设置凸部和凹部，也可以在固定涡盘2和旋转涡盘1双方设置。关于本实施例中的凹部8和凸部9的大小，基于运转时的热变形量预先计算出，根据需要对切削加工时的切削量进行调整而形成。通过在形成凹部8的情况下，增大切削量，在形成凸部9的情况下减少切削量而形成凹部8和凸部9。另一方面，作为构成凹部8和凸部9的方法，也可以不使用切削加工而是通过预先调整涡圈部3、4的材料的模具而通过铸孔形成。另外，在涡圈部3或涡圈部4、或者双方的侧面涂敷有涂层剂的情况下，也可以通过调整该涂层剂的膜厚而构成凹部8和凸部9。

关于凹部或凸部，能够认为在涡圈部的齿厚相对于其他区域的涡圈部相对地减小的方向(如果是内线则是径向外侧，如果是外线则是径向内侧)上加工的部分是凹部，在齿厚相对地增大的方向(如果是内线则是径向内侧，如果是外线则是径向外侧)上加工的部分是凸部。另外，关于凹部或凸部，也可以认为是作为相对于涡旋状的涡盘的基准即渐开线和齿厚的凹凸的凹部或凸部。

接着对于实施例2，用图10进行说明。在图10中示出本实施例中的涡圈部的形状。与实施例1同样地在因涡圈的变形而涡圈间隙减小的部分的涡圈部4的侧面设置凹部8，防止涡圈部3与涡圈部4接触。另一方面，在与设置凹部8的相反侧的侧面相对的涡圈部3的侧面设置有凸部9a。不在设置凹部8的相反侧的侧面设置凸部，而是在其相对的侧面设置凸部9a，由此分别仅在涡圈部的单侧设置凸部或凹部。从而，在涡圈部的加工中，能够以未设置凸部或凹部的一侧为基准进行加工，加工精度的确认变得容易、生产效率提高。

接着对于实施例3，用图11进行说明。在图11中示出本实施例中的涡圈部的形状。与实施例1、2同样地在因涡圈的变形而涡圈间隙减小的部分的涡圈部4的侧面设置有凹部8a。其范围是从涡圈部4的齿根(g)起到齿顶(g’)的方向(齿高方向)上的齿顶侧的一部分。这一点例如在设置凹部8a的涡圈部4的g-g’部，观察与和g-g’部相对的涡圈部3的h-h’部的涡圈间隙时，在g’-h之间涡圈间隙减小，与此相对，在g-h’之间涡圈间隙几乎不变的情况下，具有将凹部8a的范围抑制为必要最低限度的效果。通过使凹部8a的范围成为必要最低限度，消除了涡圈间隙不必要地扩大的情况，泄漏减少、性能改善。

另外，关于凸部9b，也仅使i-i’部的内齿顶(i’)一侧成为凸部9b。由此即使在齿根侧的i-j’之间的涡圈间隙减小或不变的情况下，也能够适当地防止齿顶(i’)侧的涡圈间隙扩大。

接着对于实施例4，用图12进行说明。与实施例1、2同样地在因涡圈的变形而涡圈间隙减小的部分的涡圈部4的侧面设置有凹部8b。与实施例3同样地将设置凹部8b和凸部9的范围设为齿高方向上的一部分。但是，特征在于其形状不限于直线，也由曲线构成。该曲线的形状由与相对的涡圈部3的侧面h-h’之间的涡圈间隙决定。从而，如果需要，则也可以不是在一部分、而是在g-g’之间全部设置凹部8b。因为涡圈部3和涡圈部4的变形中曲线状地变形的情况较多，所以通过使凹部8b成为曲线状能够形成最优的涡圈间隙。这一点在凸部9c也是同样的，凸部9c的大小和形状由与相对的涡圈部3的侧面中的j-j’之间的涡圈间隙决定。从而，g-g’之间的凹部8b的大小和形状与i-i’之间的凸部9c的大小和形状不一定一致。另外，通过曲线状地形成凸部8b，能够尽可能地抑制涡圈间隙的扩大。

另外，在涡圈部4的i-i’之间和涡圈部3的j-j’之间，在i-j’之间的涡圈间隙减小，i’-j之间的涡圈间隙增大的情况下，也可以在涡圈部4的i-i’之间同时设置凸部9c和凹部8c。该情况下，通过在涡圈部3的j-j’之间和涡圈部4的i-i’之间形成最优的涡圈间隙，能够兼顾可靠性和性能改善。这一点在涡圈部4的g-g’之间也是同样的。

本实施例中，为了说明而将凹部8b、8c和凸部9c的形状设为曲线状，但也可以使成形性优先，仅由直线构成。

接着对于实施例5，用图13进行说明。在图13中示出本实施例中的涡圈部的形状。实施例5中，特征在于在设置有迷宫(突起10)的涡圈侧面设置了凹部8和凸部9。迷宫是如图13所示地在涡圈侧面设置的突起10。设置有迷宫的情况下，即使在涡圈部3与涡圈部4接触的情况下，也仅有突起10的前端接触，防止了涡圈侧面整体接触，防止了压缩机破损。从而在设置有迷宫(突起10)的情况下，能够减小涡圈间隙δ，提高作为压缩机的效率。迷宫(突起10)是为了防止涡圈部3与涡圈部4整体地接触而设置的，因此特征在于从涡圈侧面突出的范围在周向上非常小。

本实施方式中，如图13的形状1所示地在设置有迷宫(突起10)的涡圈部4，在设置有凹部8的相反侧的涡圈侧面设置有凸部9。凸部9目的在于防止涡圈部4的变形引起的涡圈间隙δ的扩大，所以特征在于在从涡圈侧面突出的范围在周向上比较大。另外，本实施例中在设置凸部9的范围中，涡圈部4在远离相对的涡圈部3的侧面(涡圈间隙增大)的方向上变形。从而，与涡圈部3接触的可能性较低。于是，使凸部9的突出量形成为比突起10大。因此，在设置有凸部9的范围中，不再存在迷宫的突起10。另外，因为比突起10的前端更高地设置凸部9，所以消除了通过突起10a与突起10b之间泄漏的压缩空气，能够进一步提高作为压缩机的效率。在未设置凸部的区域中设置有突起10。

或者也可以如图13的形状2所示地在凸部9上设置突起10。该情况下，虽然作为压缩机的性能降低，但是万一发生在设置有凸部9的范围中与涡圈部3接触这样的情况，也不会破损，能够提高可靠性。

在上述实施例1～5的方式中，以将涡旋式流体机械用作空气压缩机的情况为例进行了说明。但是，本发明不限于此，也可以应用于例如包括对制冷剂进行压缩的制冷剂压缩机、真空泵等的其他涡旋式流体机械。

符号说明

1 旋转涡盘

2 固定涡盘

3 旋转涡盘涡圈部

4 固定涡盘涡圈部

5、5a、5b、5c、5a’、5b’、5c’、5d、5e、5f、5d’、5e’、5f’ 压缩室

6 吸入端口

7 排出端口

8、8a、8b、8c 凹部

9、9a、9b、9c 凸部

10、10a、10b 突起。

Claims (13)

1.一种涡旋式流体机械，其特征在于，包括：

具有涡旋状的涡圈部的固定涡盘；和

与该固定涡盘相对地设置的旋转涡盘，其具有涡旋状的涡圈部，

在与所述固定涡盘和所述旋转涡盘的涡圈部中的一个涡圈部的齿根侧外线的变形量相比，与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧内线的变形量大的部分，在所述一个涡圈部的齿根侧外线和与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧内线的至少一方设置有凸部，

在与所述一个涡圈部的齿根侧外线的变形量相比，与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧内线的变形量小的部分，在所述一个涡圈部的齿根侧外线和与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧内线的至少一方设置有凹部。

2.一种涡旋式流体机械，其特征在于，包括：

具有涡旋状的涡圈部的固定涡盘；和

与该固定涡盘相对地设置的旋转涡盘，其具有涡旋状的涡圈部，

在与所述固定涡盘和所述旋转涡盘的涡圈部中的一个涡圈部的齿根侧内线的变形量相比，与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧外线的变形量大的部分，在所述一个涡圈部的齿根侧内线和与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧外线的至少一方设置有凹部，

在与所述一个涡圈部的齿根侧内线的变形量相比，与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧外线的变形量小的部分，在所述一个涡圈部的齿根侧内线和与所述一个涡圈部相对的涡圈部的齿顶侧外线的至少一方设置有凸部。

3.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凹部或凸部仅形成在设置于该凹部或凸部的涡圈部的高度方向的一部分上。

4.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

在所述固定涡盘和所述旋转涡盘中的至少一者的涡圈部的规定的区域中，在一个侧面的齿底到齿顶之间设置有所述凹部和所述凸部。

5.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凸部或所述凹部通过对所述涡圈部进行切削加工而形成。

6.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凹部或所述凸部的凹陷量或凸出量在齿底到齿顶之间改变。

7.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

在所述涡圈部的设置有所述凸部的区域之外的区域设置有多个突起。

8.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

在所述涡圈部的包括设置有所述凸部的区域在内的区域设置有多个突起。

9.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凸部设置于如下区域，在所述区域中，与运转时所述固定涡盘和所述旋转涡盘中一者的涡圈部的外线向外周方向的变形量相比，在与外侧相对的另一者的涡盘部的涡圈部的内线向外周方向的变形量大。

10.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凸部和凹部设置于涡圈部的多个区域。

11.如权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凸部与所述固定涡盘和所述旋转涡盘运转时的变形量相应地，以根据区域的不同而不同的大小形成。

12.一种涡旋式流体机械，其特征在于，包括：

具有涡旋状的涡圈部的固定涡盘；和

与该固定涡盘相对地设置的旋转涡盘，其具有涡旋状的涡圈部，

所述固定涡盘和所述旋转涡盘中的至少一者的涡圈部，在与运转时所述固定涡盘和所述旋转涡盘中一者的涡盘的涡圈部的外线向外周方向的变形量相比，在与外侧相对的另一者的涡盘部的涡圈部的内线向外周方向的变形量大的区域中，在一个侧面设置有凹部，

在与该区域的涡圈的另一个侧面相对的涡盘的涡圈部的侧面设置有凸部。

13.如权利要求12所述的涡旋式流体机械，其特征在于：

所述凸部和所述凹部仅设置在所述固定涡盘和所述旋转涡盘的内线与外线中的一者一侧。

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