CN1090718C - 具固定与环绕蜗形件间小分离力的蜗形压缩机 - Google Patents

具固定与环绕蜗形件间小分离力的蜗形压缩机 Download PDF

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Abstract

一种蜗形压缩机在其至少一个蜗形圈的末端部里的用于减小分离两蜗形圈的作用力的结构。在一实施例中，该结构包括形成在末端部里的诸凹部，使低压流体可被引入经过该末端部与相对的蜗形基底之间的表面。低压流体减小了两蜗形圈之间的分离力。形成有诸分隔壁以限定诸分隔的凹部。在第二实施例中，将中间压力流体引入一凹槽。同样，低压流体减小了经过蜗形圈的分离力分力。该发明相对于具有厚的蜗形圈的这种情况是尤有价值。

Description

具固定与环绕蜗形件间小分离力的蜗形压缩机
技术领域本发明涉及一种在一蜗形压缩机中利用将一中间抽吸力引至至少一个蜗形构
件的末端而减小分离力用的结构。
背景技术蜗形压缩机已被广泛使用于HVAC和制冷工业。与相对的往复式压缩机相比，
蜗形压缩机较昂贵，通常效率较高，噪音较小。在过去几年里，蜗形压缩机技术得
到了较大的发展。但是，在较大范围的微吸和排放条件下为实现可靠的运转方面，
蜗形压缩机还有面临挑战的问题。一个主要的问题是减小环绕和固定的蜗形件之间
的分离力。
    图1是一已知的蜗形压缩机20。一环绕的蜗管(scroll)22通过一轴24被驱
动而相对于一固定的蜗管26运动，并压缩被吸收在该环绕蜗管22与固定蜗管26
之间的流体。固定的蜗管26有一蜗形圈(scroll wrap)28；而环绕的蜗管22有一
蜗形圈27。正如人们所知的，该两蜗形圈沿其侧面在许多点以及相对的底板彼此
相接触，而限定了在固定蜗管与环绕的蜗管之间的诸压缩腔。
    在环绕蜗管22与固定蜗管26之间的致冷剂产生一分离力，该力要使两蜗管
相互离开。而人们希望两蜗管间保持彼此接触以减少泄漏并避免不稳定。当一蜗形
压缩机变得不稳定时，环绕蜗管就不平衡了；而代之以可能使它转动或倾翻，这它
接触于另一机械构件。这种作用连同该环绕蜗管的环绕运动，导致产生一种摆动，
并产生沿该件的边缘的轴向接触。这种摆动或不稳定性导致从由分离的尖端部打开
的间隙产生泄漏、蜗管表面的边缘承载和蜗管传动承的角度误差。所有这些问题会
很快导致性能的丧失和过早产生压缩机故障。
    实际上，该分离力试图将环绕蜗管22推离固定蜗管26。为对抗这个分离力，
在安装于曲轴箱33上的密封件30与32之间有一也是固定于固定蜗管26上的背压
力腔29。该背压力腔29接收来自一分支道(tap)，如分支道34的流体。所述的压
缩机20在这一点上的情况在已有技术中是为人所知的，并不成为本发明的部分内
容。
    但是，背压腔作用力的大小是有限的，因为背压腔的空间受限制，而且其最
大背压力也有限。实质上，背压腔29里的作用力必须克服分离力并将环绕蜗管2
向上压靠于固定蜗管26，并要足够高以防环绕蜗管22不稳定。对于操作压力范围
较大的制冷方面的用途来说，这问题是最明显的。如此，最希望能减小分离力以缩
小对压缩机工作范围的限制。
    图2中以图表形式表示出在一部分蜗管内的分离力情况。点划线28表示出
蜗形圈的末端部分上的部位。如图所示，在蜗形圈28的一侧施加了一较高的压
力，而在相对的一侧的压力较低。分离力等于压力乘上该压力所施加的面积后之
积。
发明内容本发明旨在减小施加于整个蜗形圈末端部的分离力的分力。在蜗形圈28的
整个末端部范围内有一压力过渡区或递减区35。在整个蜗形圈宽度内假设存在
的一个高压与低压之间的斜直线，就是大致上估计的过渡区。尽管这种估计不总
是很准确的，总的说来是相当接近的。但是，实际上是有些变化的，压力递减不
总是一恒定的斜线。本发明所解决的问题将参考图2所示的恒定的压力斜线加以
说明。然而，可以理解的是，该斜线可是一曲线或其它非规则形状的线条。待解
决的问题还是存在。
    如图2所示，在蜗形圈28宽度内在斜线35下方的用阴影线表示的是改变的
压力。该压力乘上该压力所施加的面积形成一部分分离力。最初时，蜗形圈是薄
的且宽度恒定。在这种已有技术系统里，在蜗形圈末端部内的分离力分力是较小
的，因为蜗形圈的面积较小。
    但是，较近期内，具变化的宽度的蜗形圈得以发展(见图1)。这些变化宽度
的蜗形圈具有一些较宽的部位。在这些较宽部位，在蜗形圈末端部上的分离力分
力变得明显增大了，此时，为了上述理由而减小它是有利的。
    本发明揭示的一实施例减小了由蜗形圈末端部内的压力产生的分离力分力
(seperating force component)。在本发明的诸实施例中，将低压流体引流到位于蜗
形圈末端部与相对的蜗形板之间的一部位。这样，该蜗形圈在其大部分宽度内只
经受到低压力。高压到低压的递减只产生于较小部分的蜗形圈宽度内。如此，由
于蜗形圈的宽度使分离力的总的分力大大被减小了。本发明对于分离力和翻转力
矩较高的制冷用途是尤其有利的。
    实现本发明的一实施例使用了一些沿轴向伸入蜗形圈的浅凹部。这些浅凹部
伸向蜗形圈的低压侧，并将低压流体引流到由蜗形圈末端部上的诸浅凹部形成的
空间内。在一通过浅凹部的部位之前，基本上不开始产生高压向低压的递减区。
如此，本发明将高至低压的递减减小到在一小部分的蜗形圈内产生。蜗形圈的其
余部分保持在低压力。这样，由于作用于蜗形圈末端部上的压力而形成的总的分
离力分力就大大减小了。对于在宽度可变的蜗形圈情况下存在的、具有较宽宽度
的这类蜗形圈，使用本发明是特别有利的。
    在本发明的诸优取的特征里，各个浅凹部是彼此分隔开的。这一特征减小了
沿着蜗形圈沿外周方向从高压侧向低压侧泄漏的可能性。在本发明的诸优取特征
里，浅凹部的深度小于200微米。更可取的是，浅凹部的深度为20微米或更浅
些。为便于制造，这一系列浅凹部可换用一连续的凹部。
    在本发明的第二实施例中，中间压力流体被引流到在蜗形圈末端部上形成的
诸凹槽或一系列凹槽中。通向低压流体的分支道与该凹槽相通。蜗形圈末端部将
承受在该凹槽与朝着蜗管的低压侧向外延伸的一构件之间的低压力。高向低压的
递减将从该凹槽至蜗形圈的侧向排放压力发生。由于在一较小的宽度部分产生压
力递减，由该压力递减决定的总的分离力分力就得以减小。
    在本发明的诸特征中，该凹槽较浅，其深度与上述的浅凹部相同或比较而言
稍大些。压力分支道与蜗形圈的低压侧连通以复盖流向该凹槽的流体。该凹槽还
分为多个每个与一压力分支道相通的凹槽。
    在本实施例的诸优取特征中，分支道的形状做成一位于蜗形圈末端部上的凹
部。为进一步减小在该凹槽内的压力，将该凹部以一斜角沿斜向制出，并在接近
于低压的位置与该凹槽相连。
附图说明本发明的这些和其它特征可从下述说明部分和附图更好地理解。诸附图的简
要说明如下：
    图1是一已有技术的蜗形压缩机视图；
    图2表示出已有技术蜗形压缩机的局限性；
    图3表示本发明的第一实施例；
    图4是沿图3中“4-4”线的剖视图；
    图5以图表显示出第一实施例的改进；
    图6表示本发明的第二实施例；
    图7是沿图5中“6-6”线的剖视图；
    图8表示第三实施例；
    图9以图表显示出第三、四实施例的改进。
具体实施方式图3表示了一蜗形圈41。尽管该蜗形圈41可代表环绕的或固定的蜗形圈，
而在多数最佳实施例中，至少是固定蜗形圈具有该发明结构，因为它常比环绕蜗
形圈厚些。固定蜗形圈41的末端上形成有诸个浅凹部42。这些浅凹部42延伸
至一与蜗形圈41的高压侧45邻近的内壁44。诸凹部42延伸至蜗形圈41的低压
侧46。如此，低压流体从低压侧46流入凹部42并流至壁44。在诸凹部42之间
形成诸分隔壁48。诸分隔壁48限定了诸分离开的凹部，它减小了沿该蜗形圈41
沿圆周方向的泄漏。
    如图4所示，凹部42从边缘46延伸至一与侧面45间隔开的壁44。每个分
隔壁48在相邻的两个凹部42的中间延伸。诸凹部42延伸分布于整个蜗形圈的
圆周长范围内。为便于制造，用单个凹部也可以达到同样的目的，然而，将会沿
着蜗形圈发生附加的泄漏。
    凹部42是浅的，图4所示的深度已被夸大而仅为便于图示说明而已。对于一通常具有至少为0.5英寸最大为几英寸的轴向高度的蜗形圈，其凹部深度最好为小于200微米。更可取的是，凹部深度为20微米或更小些。深度不必非一致不可，可朝着高压侧变小。
当开动带有无论是固定的还是环绕的蜗管的蜗形圈41的蜗形压缩机时，整个分离力得以减小，这在下面将描述。图3和4所示的第一实施例的好处可从图5看出。图5类似于图2，其中以图表方式显示出在一部分蜗管上的分离力的分力情况。高压力延伸至外缘45。低压力43向里经过蜗形圈41延伸至壁44。在壁44与外缘45之间，是从高压力向低压力的递减区47。通过减小高压力所作用的面积而可减小分离力。线条49表示出已有技术结构的高压到低压的递减情况。发生在本发明的、由在斜线47和线43之下的阴影线部分复盖的区域，与采用本发明的蜗形圈时发生的分离力成正比。由在斜线47、线条43和斜线49之间的部分复盖的区域，与本发明该实施例达到的分离力的减小情况成正比。
图6表示出一具有一蜗形圈53的第二实施例。该蜗形圈53设有一由数条位于一接近并间隔于蜗形圈53的排放压力侧51的位置的分凹槽组成的凹槽50。该凹槽50伸及该蜗形圈53的全长范围。如图所示，该凹槽50有一靠近并间隔于高压力侧51的壁52。从该凹槽50朝外延伸出一通向蜗形圈53的低压侧54的分支道58。凹槽50在壁52与一外侧壁55之间延伸。另有一分支道56伸入蜗形圈53中且与分支道58相连。经过分支道58和56使低压流体被引流到凹槽50。在凹槽50中形成有数个分隔壁59以进一步减小泄漏。这样，最终使具有多条互相分离的分凹槽部分，每个部分有各自的分支道56和58。
如图7所示，分支道58朝外延伸至蜗形圈49的侧面54。如图7所示，凹槽50最好是以一斜角度连通于低压力区域。如图中还表示的，该凹槽50是靠近并间隔于蜗形圈53的排放压力侧51。
同样，利用这种结构后使经过蜗形圈49的总的分离力得以减小。
图8表示了在第三实施例中的一小部分蜗形圈69，其上具有与图6实施例中相同的凹槽部分72。在蜗形圈末端部表面上形成有分支道74并延伸至外边缘75。这些分支道74可象图6实施例中的诸分支道一样沿斜方向延伸。
图9以图表形式表示出图6、7所示的第二实施例和图8所示实施例的益处。如图8所示，在凹槽50的壁51与壁52之间是一排放压力递减区。如线条66所示，通过凹槽50并通向蜗形圈49的中间压力侧54的所有压力均为低压力。已有技术的高至低压力递减为斜线68。在本发明的这一实施例中，斜线64、线条66和斜线68之间的范围与分离力的减小成正比。
图3至6所示的本发明对厚的蜗形圈尤其有价值。这些是如图3至6诸实施例所图示的那些类蜗形圈。出于几个原因，近来在许多方面用途上采用了具有较厚部分的可变宽度的蜗形圈(varying width scroll wrap)。在这些类蜗形圈里，通过蜗形圈末端部的分离力成为总的分离力的较大部分。正是在这样一些用途方面，采用本发明会取得尤为显著的益处。
虽然已揭示了本发明的几个最佳实施例，一个在该技术领域里的普通技术人员会认识到：在本发明范围内可作一定的修改。为此，必须研究下述权利要求以确定本发明的真实范围及其内容。

Claims (9)

1.一种蜗形压缩机包括：
一环绕的蜗形构件，它具有一从一基底延伸的蜗形圈；
一非环绕的蜗形构件，它具有一从一基底延伸的蜗形圈，所述环绕的蜗管的所述蜗形圈互配于所述固定的蜗管的所述蜗形圈以限定多个压力腔，包括有在所述蜗形圈的一第一侧面上限定的高压力腔和在所述蜗形圈的一第二侧面上限定的低压力腔，每个所述蜗形圈有一面对另一所述蜗形构件的所述基底的末端部，
其特征在于，至少一个蜗形圈的所述末端部具有从一个所述低压力腔将压力引入所述末端部用的、位于在所述一蜗形圈的所述两侧面之间的一部位的结构，用以减小所述两蜗形圈之间的总的分离力。
2.如权利要求1所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述结构包括一从在所述一蜗形圈的所述天端部里的一壁延伸到所述第二侧面的凹部。
3.如权利要求2所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述凹部沿着所述蜗形圈的长度延伸。
4.如权利要求3所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述凹部利用诸分隔壁分隔为多个凹部。
5.如权利要求1所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述结构包括至少一进入所述末端部的一端面而形成的凹槽。
6.如权利要求5所述的蜗形压缩机，其特征在于，在所述凹槽里形成有诸分隔壁，用以将所述凹槽分为诸分隔开的凹槽单元。
7.如权利要求6所述的蜗形压缩机，其特征在于，一流体分支道从所述蜗形圈的所述第二侧面延伸至每个所述凹槽单元。
8.如权利要求5所述的蜗形压缩机，其特征在于，一流体分支道从所述蜗形圈的所述第二侧面延伸至所述凹槽。
9.如权利要求5所述的蜗形压缩机，其特征在于，一分支道形成在所述末端部的所述端面且从所述凹槽到所述低压力腔。
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