CN1077658C - 涡旋形流体机械 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供一种能最大限度地增大设计容积比而不加大涡旋部件外形的涡旋形流体机械，而且用简单的曲线构成涡旋部件的基本涡曲线。该涡旋部件的涡卷基本涡曲线由同心的半圆群、中心不同于该半圆群的圆弧群、连接上述半圆群和圆弧群的直线群或曲线群构成，固定涡旋部件的最外周侧半圆的直径为回转涡旋部件最外周侧圆弧半径的2倍。回转涡旋部件的端板的外径与回转涡旋部件的最外周侧涡卷的外径相等。

Description

涡旋形流体机械
本发明涉及容积式流体机械之一的涡旋形流体机械，特别涉及一种由圆弧和直线形成涡旋涡卷的涡旋形流体机械。
过去的涡旋形流体机械由固定涡旋部件和回转涡旋部件构成，该固定涡旋部件和回转涡旋部件具有互为偏心地组合在一起的形状相同的涡卷，其涡卷形状通常采用渐开线。该渐开线的涡卷间距是一定的，所以容积变化率也是一定的。当欲在预定尺寸内，加大最外周的密封容积(行程容积)与最内周的密封容积之比即内部容积比(设计容积比)时，如果增加涡卷的卷数，则涡卷间距减小，回转半径就减小，行程容积也就减小。其结果，内部容积的加大很有限。
另外，由于固定涡旋部件和回转涡旋部件相互偏心地组合在一起，在外周部分存在着不能利用的空间，所以，当欲减小流体机械的尺寸时，在行程容积、设计容积比的关系方面会出现各种问题。尤其是在使回转涡旋部件公转的主轴贯通回转涡旋部件及固定涡旋部件的中央部的轴贯通式涡旋形流体机械中，由于有轴贯通，最内周的密封容积(排出开始时的压缩室容积)相应减少相当于轴贯通的空间的容积，当欲减小流体机械的尺寸时，更加会产生行程容积、设计容积比关系方面的各种问题。
为了解决上述问题，在日本专利公报特开平6-213176号中揭示了一种涡旋部件结构，其涡卷的外侧部分是圆形、内侧部分是渐开线形、在外侧与内侧之间用高次曲线连接。
在上述现有技术中，涡旋部件的涡卷外侧部分是圆形，内侧部分是渐开线形，在外侧与内侧之间用高次曲线连接。因此，涡卷的加工不简单。另外，上述现有技术中，在外形及设计容积比的大小方面也存在着限界值。例如，将上述现有技术用于轴贯通式的涡旋形流体机械中时，由于在涡卷的中央部分有主轴，所以，必须将涡卷从其外侧开始卷起。而由渐开线或其它曲线构成的涡卷所形成的最小闭入室越靠外周其容积越增大，所以，为了确保一定的容积比(压缩开始时的压缩室容积与排出开始时的压缩室容积之比)，必须向外侧增多涡卷的卷数，这样，导致了涡旋部件的外形增大。另外，由于防止回转涡旋部件自转的自转防止机构形成在从涡卷结束部更往外侧方向的端板外周部，所以压缩机的外形就更加增大。因此该现有技术不可能满足以下的要求，即，例如用于制冷空调机的涡旋形压缩机中时，压缩机的额定功率为5马力、压缩机外形为直径160mm以下；用于家用空调机的涡旋形压缩机中，该压缩机的额定功率为1800瓦、压缩机的外形为直径110mm以下；用于家用电冰箱的涡旋形压缩机中，压缩机的额定功率是240瓦、压缩机外形为直径90mm以下。
本发明的第1目的是通过最大限度地利用涡旋部件外周部分周边的空间，提供一种能减小外形尺寸的涡旋形流体机械。
本发明的第2目的是将涡旋部件的涡卷基本涡曲线做成简单的构造。
本发明的第3目的是提供一种能加大设计容积比而不增大涡旋部件外形尺寸的涡旋形流体机械。
本发明的第4目的是提供一种能减小随压缩而产生的转矩变动的涡旋形流体机械。
为了实现上述目的，本发明的涡旋形流体机械由端板和直立在该端板上的涡卷形成2个涡旋部件，该2个涡旋部件的涡卷以朝向内侧的状态相互啮合着，其中的一个涡旋部件相对另一个涡旋部件从外观上看不自转地以预定回转半径公转；其特征在于，两涡旋部件的涡卷基本涡曲线的一半由同心圆形成、另一半由中心与上述同心圆圆心错开的若干个圆弧形成。另外，也可以将半径不同的若干圆弧按半径减小的顺序连接反复该连接而构成任意一方涡旋部件涡卷的基本涡曲线，用上述回转半径使上述一方涡卷的基本涡曲线作圆运动时所画出的2个包络线中的一个包络线形成另一方涡旋部件涡卷的基本涡曲线。根据情况也可以在将上述若干个圆弧按半径减小的顺序反复连接的途中设置直线。最外周的圆弧最好是半圆。
为了实现上述目的，本发明的涡旋形流体机械也可以是这样的：即，由端板和直立在该端板上的涡卷形成2个涡旋部件，该2个涡旋部件的涡卷以朝向内侧的状态相互啮合着，其中的一个涡旋部件相对另一个涡旋部件从外观上看不自转地以预定回转半径公转；其特征在于，两涡旋部件的涡卷基本涡曲线是由同心的半圆群、中心不同于该半圆群的圆弧群、连接上述半圆群和圆弧群的直线群或曲线群形成的。也可以将其中一方涡旋部件的涡卷基本涡曲线由同心的半圆群、中心不同于该半圆群的圆弧群、连接上述半圆群和圆弧群的直线群或曲线群形成，将另一方涡旋部件的涡卷曲线由用回转半径使上述一方涡旋部件的涡卷作圆运动时所画的2个包络线中的一个包络线形成。
上述各机构也同样适用于这样的涡旋形流体机械，即，该涡旋形流体机械由在平板两面设有涡卷的一个回转涡旋部件、在平板一面设有涡卷的二个固定涡旋部件构成，上述一个回转涡旋部件和二个固定涡旋部件的涡卷以相对且偏心的形式组合着，贯通回转涡旋部件及固定涡旋部件的驱动轴使回转涡旋部件相对于固定涡旋部件从外观上看不自转地以预定回转半径公转。
主要用圆弧构成涡旋部件涡卷的最外周，并且使直立着该涡旋部件涡卷的端板直径与该圆弧的直径一致，所以，在涡旋部件涡卷的外侧不参与吸入、压缩工序的死空间减小，并且涡旋部件的涡卷的加工也容易。
图1是本发明第1实施例的回转涡旋部件的断面图。
图2是本发明第1实施例的固定涡旋部件的断面图。
图3是将图2叠合在图1上表示的图。
图4是说明本发明第2实施例的涡旋部件形状形成法的图。
图5是本发明第3实施例的回转涡旋部件的断面图。
图6是本发明第3实施例的固定涡旋部件的断面图。
图7是将图5叠合在图6上表示的图。
图8是本发明实施例与现有技术的回转涡旋部件的大小比较图。
图9是本发明实施例与现有技术的设计容积比的比较图。
图10是本发明实施例与现有技术的回转涡旋部件外径的大小比较图。
图11是适用于制冷空调机用涡旋形压缩机的本发明第4实施例整体构造图。
图12是第4实施例中的欧氏联轴节的立体图。
图13是第4实施例中的回转涡旋部件的断面图。
图14是图1 3的XIV-XIV线断面图。
图15是第4实施例中的第1固定涡旋部件的断面图。
图16是第4实施例中的第2固定涡旋部件的断面图。
图17是第4实施例中的架子的断面图。
图18是第4实施例中的压缩转矩与现有技术的压缩转矩比较图。
下面，参照附图说明本发明的几个实施例。在以下说明的实施例中，所用的半圆、圆、圆弧等术语不限于设计意义上的半圆、圆、圆弧等，即使制造结果超出了设计意义以外的半圆、圆、圆弧等，只要在涡旋形流体机械动作误差范围以内，则也包含在实施例中的术语半圆、圆、圆弧等含义内。另外，在实施例中，是作为设计意义上的半圆、圆、圆弧等。
先参照图1至图3说明本发明的第1实施例。图1是表示本实施例涡旋形流体机械涡旋形状的回转涡旋部件断面图。图2是表示本实施例涡旋形流体机械之涡旋形状的固定涡旋部件断面图。图3是将图2叠合在图1上表示的图。
参照图1说明回转涡旋部件6的涡卷6 a的形成法。
图1中，在线A-O1-B的上侧，以点O1为中心，形成半圆A-B、E-F、I-J、K-L、M-N、R-S、T-U的半圆群。其中，半圆M-N、R-S的半径比半圆A-B、E-F的半径小涡卷厚度t1。半圆T-U的半径比半圆I-J半径小涡卷厚度t2。为了与上述半圆群圆滑地连接，在线A-O1-B的下侧，分别形成以点O2为中心的圆弧B-C、F-G、N-P和以点O3为中心的圆弧S-T、J-K、U-V的圆弧群。为了与上述圆弧B-C、F-G、N-P的圆弧群圆滑地连接，分别形成了以点O4为中心的圆弧C-D、G-H、P-Q和与上述圆弧C-D、G-H、P-Q光滑连接的直线D-E、H-I、Q-R。在涡卷的中心部分，形成光滑连接的圆弧L-W、V-W。这样构成的涡卷直立地形成在端板6f上，并且涡卷间的距离(涡卷槽宽)为一定。另外，回转涡旋部件的涡卷的最外侧圆弧是半圆，回转涡旋部件6的端板6f的外径为该半圆半径的2倍。
从图1可见，直立地形成在端板6f上的涡卷6a几乎不形成无用的空间，即，在外周端涡卷位置画一个与涡卷外接的圆时，几乎不形成该圆与最外周涡卷之间的部分。
同样地，参照图2说明固定涡旋部件5的涡卷5a的形成法。图2中，在线AA-O1-BB的上侧，形成以点O1为中心的半圆AA-BB、EE-FF、II-JJ、KK-LL、MM-NN、QQ-RR、SS-TT的半圆群。设回转涡旋部件的涡卷厚度为t1、回转半径为ε，则半圆MM-NN、QQ-RR的半径比半圆AA-BB、EE-FF的半径小t1＋2ε(该距离是固定涡旋部件的涡卷槽宽)。另外，设回转涡旋部件的涡卷厚度为t2时，则半圆SS-TT的半径比半圆II-JJ的半径小t2＋2ε(该距离是固定涡旋部件的涡卷槽宽)。为了与上述半圆群圆滑连接，在线AA-O1-BB的下侧，分别形成以点O2为中心的圆弧BB-CC、FF-GG、NN-OO和以点O3为中心的圆弧RR-SS、JJ-KK、T T-U U的圆弧群。为了与上述圆弧BB-CC、FF-GG、NN-OO的圆弧群圆滑连接，形成以点O4为中心的圆弧CC-DD、GG-HH、OO-PP。为了与上述圆弧CC-DD、GG-H H、OO-PP圆滑连接，形成直线DD-EE、HH-II、PP-QQ。在涡卷的中心部分形成圆滑连接的圆弧LL-VV、UU-VV。
如前所述，回转涡旋部件6的端板6f是圆板，其直径为构成回转涡旋部件6的最外周涡卷的半圆半径的2倍，所以，成为涡卷6a的外侧的端板部分、即与固定涡旋部件之间的、不参与吸入和压缩动作的部分减少了。
在固定涡旋部件5上，以点O2为中心的圆弧群中，设最外周侧圆弧即圆弧BB-CC的半径为r，在回转涡旋部件6上，以点O1为中心的半圆群中，设最外周侧半圆即半圆A-B的直径为d时，则设定为d＝2r。通过这样的设定，当把回转涡旋部件6组合到固定涡旋部件5上时，可将回转涡旋部件6的外形减小到最小，也就是说可将流体机械的外形减至最小。
上述圆弧A-B、B-C、C-D的半径依次减小。上述圆弧B-C、F-G、N-P的中心角为90度至135度的范围；圆弧C-D、G-H、P-Q、直线D-E、H-I、Q-R的以点O4为中心的中心角为90度至45度的范围。同样地，上述圆弧BB-CC、FF-GG、NN-OO的中心角为90度至135度范围，圆弧CC-DD、GG-HH、OO-PP、直线DD-EE、HH-II、PP-QQ的以点O4为中心的中心角为90度至45度的范围。
图3是将图2叠合到图1上表示的图，表示作动室(1)和作动室(2)为最大容积即吸入行程结束了的状态。上述作动室(1)由回转涡旋部件6的涡卷6a的内侧曲线与固定涡旋部件5的涡卷5a的外侧曲线形成。上述作动室(2)由固定涡旋部件5的涡卷5a的内侧曲线与回转涡旋部件6的涡卷6a的外侧曲线形成。从图1可见，在回转涡旋部件6的周围几乎没有浪费的空间，因此从该图可见，回转涡旋部件6的外周与固定涡旋部件5的外周壁内面之间的空间在吸入、压缩工序中被充分利用，几乎没有浪费的空间。即，固定涡旋部件5的内部被有效地利用，在给定外径的情况下可使容量增至最大，在给定容量的情况下可使外径减至最小。
本实施例中，回转涡旋部件6的端板6a的最外径与以点O1为中心的半圆群中最外周侧半圆即半圆A-B的直径相同，但本发明并不局限于此，也可以与一般的回转涡旋部件同样地，将端板6a的最外径做成大于涡卷的最大径。
下面参照图4说明本发明的第2实施例。图4是说明涡旋部件的涡卷其它成形法的图。为清楚起见，图4中省掉了一部分包络线。如在第1实施例中所说明的那样作成回转涡旋部件6的涡卷6a的基本涡曲线。该基本涡曲线中，有涡卷6a的外侧曲线61和内侧曲线62，用回转半径ε使它们作圆运动时所画圆轨迹的包络线65、66被画出。该包络线中的包络线65成为固定涡旋部件5的涡卷5a的内侧曲线，而包络线66成为涡卷5a的外侧曲线。在图4中，是求得用回转半径ε使回转涡旋部件6的涡卷6a的基本涡曲线作圆运动时画出的圆轨迹的包络线，但也可求得用回转半径ε使固定涡旋部件5的涡卷5a的基本涡曲线作圆运动时画出的圆轨迹的包络线。
下面参照图5至图8说明本发明的第3实施例。本实施例中与前述实施例相同的结构部件标以相同附图标记，其构造说明从略。
本实施例提供一种适用于轴贯通式(使回转涡旋部件6公转的主轴贯通回转涡旋部件和固定涡旋部件的构造)涡旋形流体机械的涡旋部件形状。作为排出开始时的压缩室容积，最内周的密封容积是重要的空间。但是该容积由于主轴的贯通而相应减少，产生了设计容积比小于设计值的问题。为了使设计容积比在设计值附近，必须加大最外周的密封容积(吸入行程结束的压缩室容积)，这样，只好加大涡旋部件外形并增加涡卷的卷数。但是用该方法导致流体机械的尺寸增大。所以，在轴贯通式的涡旋形流体机械中，如何将设计容积比接近设计值而又不增加其外形尺寸，是一个很重要的技术课题。
在回转涡旋部件6和固定涡旋部件5的中央部，设置供主轴贯通的孔6e和5d。孔6e起到支承回转轴承的保持体的作用，所以需要有一定的强度。该回转涡旋部件6的中央部，为了与以点O1为中心的半圆K-L和T-U圆滑地连接，形成以点O5为中心的圆弧L-W和U-V，以关闭涡卷槽的形式形成圆弧V-W。在固定涡旋部件5的中央部，为了与以点O1为中心的半圆KK-LL和SS-TT圆滑地连接，形成以点O5为中心的圆弧LL-VV和TT-UU，以关闭涡卷槽的形式形成圆弧UU-VV。如图7所示，被圆弧V-W和圆弧UU-VV密封住。
图8表示在中央部贯通孔6e的孔径及涡卷高度相同、行程容积为一定的条件下，本发明的涡旋部件和现有涡旋部件在大小和空间利用性方面的比较。图8(a)表示用本发明的复合曲线构成的回转涡旋部件6，图8(b)表示用现有技术中的渐开线构成的回转涡旋部件6。从图8(a)与图8(b)的对比可见，用本发明的复合曲线构成的回转涡旋部件6与现有技术中的用渐开线构成的回转涡旋部件6相比，外形明显减小。特别是相当于涡卷外周部3/4的空间被有效地利用。
下面定量地评价本发明。图9表示在涡卷高度相同、行程容积为一定、回转涡旋部件的外形及贯通孔径为一定的条件下，采用本发明复合曲线的涡旋部件与现有采用渐开线的涡旋部件在设计容积方面的比较。该比较用比率表示，将现有用渐开线的设为1.0。从图可见，本发明涡旋部件的设计容积与现有用渐开线的涡旋部件相比，可增大26％。换言之，行程容积比现有用渐开线的涡旋部件可增大26％。在作为现有技术的上述日本专利公报特开平6-213176号中，与渐开线相比，虽然有“在相同包络线状态下，可使排气量最大增加到15％”的记载，但是说明书中的比较条件不明确，假设与本实施例条件相同，则本发明比上述现有技术更能够增大行程容积。
图10表示在涡卷高度相同、行程容积为一定、回转涡旋部件的贯通孔径及设计容积比为一定的条件下，采用本发明复合曲线的涡旋部件与现有采用渐开线的涡旋部件在回转涡旋部件外径方面的比较。该比较用比率表示，将现有采用渐开线的设为1.0。从图可见，本发明涡旋部件与现有的采用渐开线的涡旋部件相比，回转涡旋部件的外径可减小17％。
在上述实施例中，是将固定涡旋部件的涡卷厚度设为一定，形成回转涡旋部件的涡卷基本涡曲线的，所以回转涡旋部件的涡卷厚度不均匀。但也可以形成回转涡旋部件的涡卷厚度为一定的基本涡曲线。
下面说明本发明的第4实施例，第4实施例适用于制冷空调机用的涡旋形压缩机。图11表示本实施例涡旋形压缩机的整体构造。图12是欧氏联轴节的立体图，图13和图14是回转涡旋部件的断面图，图15和图16分别是第1固定涡旋部件及第2固定涡旋部件5的断面图。图17是架子的断面图。
图11所示的涡旋形压缩机包含密闭容器1、架子3、第2固定涡旋部件5、回转涡旋部件6、第1固定涡旋部件4、驱动回转涡旋部件6用的电动机定子7a及电动机转子7b、曲轴8、吸入管9和排出管10。密闭容器1为两端密封且轴心基本铅直的圆筒形；架子3固定在密闭容器1内上部且轴心与该密闭容器1的轴心重合；第2固定涡旋部件5嵌装在固定架子3上，其轴心与架子3的轴心重合，涡卷5a朝向上方；回转涡旋部件6配置在第2固定涡旋部件5的上方，其涡卷6a与涡卷5a啮合；第1固定涡旋部件4配置在回转涡旋部件6的上方，其涡卷4a与涡卷6a′啮合；电动机定子7a和电动机转子7b配置在架子3的下方，其轴心与第1固定涡旋部件4及第2固定涡旋部件5的轴心重合；曲轴8固定在电动机转子7b的中心，通过回转轴6b驱动回转涡旋部件旋转；吸入管9贯穿密闭容器1的壁面，用于将被压缩气体供给到由第1固定涡旋部件4的涡卷4a与回转涡旋部件6的涡卷6a′形成的空间内；排出管10贯穿密闭容器1的壁面。
架子3固定在密闭容器1的内周壁面上。第1固定涡旋部件4通过螺栓2固定在架子3上，挟持着配置在第1固定涡旋部件4与第2固定涡旋部件5之间的回转涡旋部件6并使其可绕轴心偏心运动。
架子3具有同心地固定在密闭容器1上的架子轴承3a。在架子3上面形成有与架子轴承3a同心的环状凸部3f。架子轴承3a为上部带凸缘的轴承构造。在架子3a上面的环状凸部3f外周侧设有环形槽19，该环形槽19以环形凸部3f的外周壁作为内径侧壁面，在环形凸部3f的外周壁及内周壁上形成有密封环3e。环形槽19的外周侧为载置固定涡旋部件5的环形平面3g，其外侧为高于环形平面3g的第1固定涡旋部件安装部3h。
图15中，第1固定涡旋部件4在其中心部有与密闭容器1同心地固定的第1固定涡旋部件轴承4b，在其周围备有涡卷状的第1固定涡旋部件涡卷(以下仅称为涡卷)4a。在被第1固定涡旋部件轴承4b和涡卷4a的中心侧终端部分夹着的位置处形成排出孔4e，该排出孔4e通过排出通路4h与排出空间1a连通。第1固定涡旋部件4的最外周部分形成为高度大于涡卷4a的高环形壁，在该壁上形成轴向贯通的若干个螺纹孔4f。在挟着该壁内周面的第1固定涡旋部件轴承4b并相对着位置上，设有向半径方向外周侧削入的凹部4c、4d。
图11中，作为驱动轴的曲轴8由电动机轴8d、下支承轴8b、偏心轴8a、上支承轴8c和下端支承轴8e构成。电动机轴8d固定在电动机转子7b上；下支承轴8b从电动机轴8d向上方延伸并支承在架子轴承3a上；偏心轴8a从下支承轴8b向上方延伸并支承在回转轴承6b上；上支承轴8c从偏心轴8a向上方延伸并支承在第1固定涡旋部件轴承4b上，该第1固定涡旋部件轴承4b固定在第1固定涡旋部件4的中心；下端支承轴8e从电动机轴8d向下方延伸并支配承在辅助轴承12上，该辅助轴承12形成在辅助架11上，该辅助架11固定在密闭容器1的壁面上。偏心轴8a的中心轴线从电动机轴8d、下支承轴8b的中心轴线偏心回转半径ε。下支承轴8b、上支承轴8c、电动机轴8d及下端支承轴8e的中心轴线是同一轴线，与密闭容器1的轴线重合。为了消除回转涡旋部件6的离心力和由离心力产生的转矩，防止振动，在曲轴8的下支承轴8b和上支承轴8c上还分别安装着平衡配重13、14。另外，上述架子轴承3a为带凸缘的轴承构造，由凸缘上面承受曲轴8和电动机转子7b的自重，将其传给架子3。
回转涡旋部件6被欧氏联轴节15约束住而不自转(偏心轴8a的周围的旋转)，被驱动旋转进行偏心(回转)运动。上述欧氏联轴节15如图12所示，形成为T字形(T字形欧氏联轴节)，由矩形板状头部15a、埋设在头部15a中的圆筒部15b和设在该圆筒部15b中央部的贯通孔15c构成。随着回转涡旋部件6的回转，欧氏联轴节15的圆筒部15b沿半径方向在图13和图14所示回转涡旋部件6上的2个键孔6c、6d内滑动，头部15a沿周方向在图15所示第1固定涡旋部件4上的凹部4c、4d内滑动。当圆筒部15b在回转涡旋部件6上的2个键孔6c、6d内滑动时，圆筒部和键孔形成密闭空间，设在欧氏联轴节15的圆筒部15b中央部的贯通孔15c是为了防止这里的气体压缩而设置的孔。
图13和图15分别是本发明实施例的回转涡旋部件6及第1固定涡旋部件4的断面图。
如在图4中所述，在回转涡旋部件6的中央部形成回转轴6b，从图14也可见，在端板6f的两面形成涡卷6a、6a′，成为所谓的两齿构造。由于形成为两齿构造，能相互抵消随气体压缩产生的轴向推力。形成在端板6f两面的涡卷6a、6a′的形状与图4中所述相同，因此其说明从略。回转涡旋部件涡卷6a的外侧曲线终端部与端板6f的周缘重合，因此，可减小回转涡旋部件6的端板外形。在回转轴6b的外周部设置着排出口6e。
图15是本发明实施例的第1固定涡旋部件4的断面图。形成在第1固定涡旋部件4上的涡卷4a的形状与图2中所述相同，故此处省略其说明。在第1固定涡旋部件4的固定涡旋部件涡卷4a的最外周部附近，贯通地设有吸入口4g的开口，该吸入口4g与贯通密闭容器1壁面配置的吸入管9连通。在固定涡旋部件涡卷4a中央部的第1固定涡旋部件轴承4b附近，设有与回转涡旋部件6的排出口6e连通的排出孔4e。另外，如图11所示，形成有在该排出孔4e处开口的排出通路4h，该排出通路4h与密闭容器1的上部排出空间1a连通。在第1固定涡旋部件4的外周部，设有螺栓孔4f和凹部4i，该凹部4i是用于将密闭容器1上部的排出空间1a排出的气体及润滑油等导向排出管10的连通槽。
图16和图17分别是本发明实施例中的第2固定涡旋部件5和架子3的断面图。在第2固定涡旋部件5的外周部、与第1固定涡旋部件4的凹部4c、4d相对的位置处形成缺口部5b、5c。该缺口部5b、5c成为与上述欧氏联轴节15的头部15a的滑动面。与第2固定涡旋部件5的架子3相对的面上，形成与架子3的架子轴承3a同心的环形凹部5e，设有连通环形凹部5e底部与压缩室17的连通孔5f。在固定涡旋部件涡卷5a的最外周部附近设置着吸入口5d，该吸入口5d与设在第1固定涡旋4上的吸入口4g连通，吸入管9与吸入口4g及吸入口5d连通。
在架子3的第1固定涡旋部件安装部3h的内壁设有缺口部3b、3b′，该缺口部3b、3b′成为与欧氏联轴节15的头部15a滑动的面；在与第1固定涡旋部件4的螺栓孔4f相对的位置处设有螺纹孔3c。在第1固定涡旋部件安装部3h的外周壁上若干处，形成有沿上下方向延伸的凹部3d，该凹部3d是与第1固定涡旋部件4的凹部4i一起用于将密闭容器1上部的排出空间1a排出的气体及润滑油等导向排出管10的连通槽。
被回转涡旋部件6的涡卷6a和第1固定涡旋部件4的涡卷4a挟住的区域形成为压缩室16，被涡卷6a′和第2固定涡旋部件5的涡卷5a挟住的区域形成为压缩室17。压缩室17与排出口6e连通，压缩室16通过排出孔4e与排出通路4h连通。
在上述构造的压缩机中，曲轴8的旋转驱动使回转涡旋部件6以回转半径ε作偏心(回转)运动。由于该偏心(回转)运动，被压缩流体从吸入管9被吸入，由压缩室16和压缩室17压缩，达到预定压力(排出压力)后从排出口6e、排出孔4e及排出通路4h排到密闭容器1的上部排出空间1a，再经过排出管10排到密闭容器1外部。
下面参照图11说明固定涡旋部件的释放构造。
在架子3的第2固定涡旋部件5一侧的端面上，形成带密封环3e的环形凸部3f，该环形凸部3f通过密封环3e嵌装在环形凹部5e内并在环形凹部5e内形成作动室18，该凹部5e形成在第2固定涡旋部件5上。作动室18通过设在第2固定涡旋部件5上的连通孔5f与压缩室17相连。作动室18内的压力可任意设定但应在排出压力以外。即，可以为中间压或吸入压力。
第2固定涡旋部件5的端板最外周部轴向端面，在正常动作时与架子3的外周接触面为同一面，所以，考虑第2固定涡旋部件5的释放量、并考虑性能及可靠性要在回转涡旋部件涡卷6a′的涡卷前端与第2固定涡旋部件涡卷5a的涡卷前端留有适当间隙地决定轴向尺寸。以第1固定涡旋部件4的端板外周部的轴向端面与第2固定涡旋部件5的端板外周部轴向端面接触着作为基准，考虑性能及可靠性，设定适当的间隙，以第2固定涡旋部件涡卷5a的涡卷长度为基准，决定回转涡旋部件涡卷6a的涡卷长度。
下面说明在压缩机动作时的上述回转涡旋部件涡卷6a′的涡卷前端与第2固定涡旋部件的涡卷5a的涡卷前端之间间隙的设定。作用在第2固定涡旋部件5上的轴向力先作为将第2固定涡旋部件5往上方向(将第2固定涡旋部件5靠近回转涡旋部件6的方向)推压的力，然后
(1)在第2固定涡旋部件5的中央部，作为由曲轴8和环形凹部5e内周侧壁形成的空间5g的轴向投影面积乘以排出压力的力(F1)作用；
(2)作为作动室18的轴向投影面积乘以作动室18内压力的力(F2)作用；
(3)作为由上述环形凹部5e的外周侧壁面与架子3的壁面所形成空间的轴向投影面积乘以吸入压力的力(F3)作用。
另一方面，将第2固定涡旋部件5向下方(将第2固定涡旋部件5离开回转涡旋部件6的方向)推压的力作为
(4)压缩室17的压力乘以压缩室面积的力(F4)作用。其结果，作用在第2固定涡旋部件5上的轴向力由从上述力(F1)到(F3)的合力和(F4)的平衡决定。如果压缩机的运转条件一定，则决定力是F1、F3和F4，回转涡旋部件涡卷6a′的涡卷前端与第2固定涡旋部件涡卷5a的涡卷前端之间的间隙由力F2决定。换言之，考虑到性能及可靠性而决定的适当间隙，决定力F2即决定作动室18的轴向投影面积或作动室18的内压力。
下面说明动作。上述构造的涡旋形压缩机运转时，通常上述力的平衡设定为F1＋F2＋F3≥F4，在与回转涡旋部件涡卷6a、6a′的涡卷前端、第2固定涡旋部件涡卷5a及第1固定涡旋部件涡卷4a的涡卷前端分别相对的面之间，保持适当的(设定)间隙值地，第1固定涡旋部件4及第2固定涡旋部件5的端板外周部轴向端面与回转涡旋部件6的端板外周部轴向端面滑接地运转。
从该状态当发生例如液压缩或压缩室内压力异常升高等现象时，上述力的平衡成为F1＋F2＋F3＜F4，在使第2固定涡旋部件5离开回转涡旋部件6的力的作用下，第2固定涡旋部件5的端板外周部轴向端面从第1固定涡旋部件4的端板外周部轴向端面被推下上述的释放量，避免了第2固定涡旋部件5的端板外周端面与回转涡旋部件6的端板外周端面的接触，避免了在该滑接面上的异常荷载。
图11所示实施例中，是将第2固定涡旋部件5向轴向释放的构造，但本发明并不局限于该构造。例如，也可以做成将第1固定涡旋部件4分成为涡旋部件和架部件，将涡旋部件向轴向释放的构造。这样，做成为将第1固定涡旋部件或第2固定涡旋部件相对于回转涡旋部件在轴向释放的构造，可以使回转涡旋部件的涡卷前端与固定涡旋部件的涡卷前端之间常时保持适当间隙地运转压缩机，并且，当例如液压缩或压缩机内压力异常升高等现象发生时，由于将固定涡旋部件从回转涡旋部件处释放，所以，可避免回转涡旋部件的端板外周部轴向端面与固定涡旋部件的端板外周部轴向端面的滑接面上的异常荷载。
从图11可见，现有技术中的压缩机外形尺寸较大，并且由于有贯通轴而很难充分得到设计容积比，从该点而言，这种构造的压缩机最适合采用本发明。另外，如本实施例所示，回转涡旋部件的防止自转机构使用T字形的欧氏联轴节也可以减小压缩机的外形尺寸。另外，当将本发明用于额定功率为5马力的制冷空调用涡旋形压缩机时，压缩机的外径可在160mm直径以下；当用于家用空调的涡旋形压缩机时，压缩机的额定功率为1800瓦，该压缩机的外径可在110mm直径以下；当用于家用电冰箱的涡旋形压缩机时，压缩机的额定功率为240瓦，该压缩机的外径可在90mm直径以下。
关于本发明的外形或设计容积比方面的效果已在上文中描述，下面说明本发明的其它效果。
图18表示在一定的压力及行程容积相同的条件下，本实施例的涡旋部件和现有涡旋部件在相对于曲轴旋转角的压缩转矩(对于平均转矩的转矩比率)变化方面的比较，该压缩转矩是随压缩机的气体压缩产生的。本实施例用实线表示，采用渐开线的现有技术用虚线表示。在涡旋形压缩机中，随气体压缩而产生的压缩转矩可通过将在涡卷接触点的切线方向的气体力乘回转半径求得。从图18可见，本实施例与采用渐开线的现有技术相比，可减小压缩转矩的变化率。
本实施例是适用于两齿、轴贯通式涡旋形压缩机的例子，但本发明并不局限于两齿、轴贯通式涡旋形压缩机，也可适用于一般的单齿、单侧支承(不贯通曲轴)构造的压缩机，也能充分发挥其效果。
如上所述，采用本发明，即使在外形尺寸大、有贯通轴而不能充分得到设计容积比的压缩机中，通过采用复合曲线或回转涡旋部件的防自转机构使用T字形欧氏联轴节，也可以充分得到设计容积比，并且能减小压缩机的外形尺寸。还可以减小压缩转矩的变动率。
此外，上述说明中，在涡旋部件的涡卷基本曲线的最外周部分是采用的半圆，但并非一定要采用半圆，也可以采用稍小于或稍大于半圆的圆弧。例如，当在最外周部分采用稍小于半圆的圆弧时，与采用半圆时的情形相比，在端板外周缘与涡旋部件涡卷之间虽然会产生一些无用的空间，但与采用渐开线作为基本曲线的情形相比，无用的空间小，涡卷的加工也容易。
根据本发明，由于将若干圆弧和直线、或若干圆弧分别组合成的复合曲线作为涡旋部件涡卷的基本曲线，能最大限度地利用涡旋部件外周部分周边的空间，所以，可减小压缩机的外形尺寸。能得到大的设计容积比而不增加涡旋部件的外形尺寸。另外，还可减小随压缩力产生的转矩变动率。

Claims (16)

1.一种涡旋形流体机械，由端板和直立在该端板上的涡卷形成2个涡旋部件，该2个涡旋部件以使其涡卷朝向内侧的状态相互啮合着，其中的一个涡旋部件相对另一个涡旋部件从外观上看不自转地以预定的回转半径公转；其特征在于，两涡旋部件的涡卷基本涡曲线的一半由同心圆形成、另一半由中心与上述同心圆圆心错开的若干个圆弧形成。
2.一种涡旋形流体机械，由端板和直立在该端板上的涡卷形成2个涡旋部件，该2个涡旋部件以使其涡卷朝向内侧的状态相互啮合着，其中的一个涡旋部件相对另一个涡旋部件从外观上看不自转地以预定的回转半径公转；其特征在于，将半径不同的若干圆弧按半径减小的顺序连接、并反复这一连接而构成任意一方涡旋部件涡卷的基本涡曲线，用上述回转半径使上述一方涡卷的基本涡曲线作圆运动时所画出的2个包络线中的一个包络线形成另一方涡旋部件涡卷的基本涡曲线。
3.如权利要求1所述的涡旋形流体机械，其特征在于，在上述反复连接中途设有用直线连接的部分。
4.如权利要求2或3所述的涡旋形流体机械，其特征在于，最大半径的圆弧是半圆。
5.一种涡旋形流体机械，由端板和直立在该端板上的涡卷形成2个涡旋部件，该2个涡旋部件以使其涡卷朝向内侧的状态相互啮合着，其中的一个涡旋部件相对另一个涡旋部件从外观上看不自转地以预定回转半径公转；其特征在于，两涡旋部件的涡卷基本涡曲线是将至少1个半圆、中心不同于该半圆中心的至少1个圆弧、连接上述半圆和圆弧的至少一根直线或曲线依次地连接起来而形成的。
6.如权利要求5所述的涡旋形流体机械，其特征在于，两涡旋部件的涡卷基本涡曲线是将一个半圆、中心不同于该半圆中心的一个圆弧、连接上述半圆和圆弧的一根直线或曲线依次地连接起来而形成的。
7.如权利要求5所述的涡旋形流体机械，其特征在于，两涡旋部件的涡卷基本涡曲线是由同心的一个以上的半圆群、中心不同于该半圆群的中心的一个以上的圆弧群、连接上述半圆群和圆弧群的一根以上的直线群或曲线群形成的。
8.如权利要求5所述的涡旋形流体机械，其特征在于，贯通回转涡旋部件及固定涡旋部件的驱动轴使回转涡旋部件相对于固定涡旋部件从外观上看不自转而以预定回转半径公转。
9.如权利要求8所述的涡旋形流体机械，其特征在于，压缩机的外径为直径160mm以下。
10.如权利要求8所述的涡旋形流体机械，其特征在于，压缩机的外径为直径90mm以下。
11.如权利要求8所述的涡旋形流体机械，其特征在于，压缩机的外径为直径110mm以下。
12.如权利要求7所述的涡旋形流体机械，其特征在于，上述圆弧群的中心与上述半圆群的中心间距离为回转半径ε。
13.如权利要求7所述的涡旋形流体机械，其特征在于，在另一方涡旋部件即固定涡旋部件的半圆群中，最外侧半圆的直径，是一方涡旋部件即回转涡旋部件的圆弧群中最外周侧圆弧的半径的2倍。
14.如权利要求7所述的涡旋形流体机械，其特征在于，上述圆弧群的中心角在90度至135度范围，上述直线群或曲线群的中心角在90度至45度范围。
15.如权利要求7、13、14中任一项所述的涡旋形流体机械，其特征在于，上述半圆群中最外周侧半圆的直径与上述端板外周缘的直径相等。
16.一种涡旋形流体机械，由端板和直立在该端板上的涡卷形成2个涡旋部件，该2个涡旋部件以使其涡卷朝向内侧的状态相互啮合着，其中的一个涡旋部件相对另一个涡旋部件从外观上看不自转地以预定回转半径公转；其特征在于，两个涡旋部件的各自的涡卷的一侧的曲线由同心的半圆群、中心不同于该半圆群的中心的圆弧群、连接上述半圆群与圆弧群的直线群或曲线群形成；各个涡卷的另一侧曲线由用上述回转半径使上述曲线群作圆运动时所画的2个包络线中的一个包络线形成。
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