CN109072911A - 涡旋式流体机械及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡旋式流体机械，其能有效地发挥设置于具有倾斜部的壁体的齿顶的齿顶密封的性能。所述涡旋式流体机械设有使彼此相对的两端板间的对置面间距从外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部。在形成于与倾斜部对应的壁体(3b)的齿顶的齿顶密封槽(3d)，设有与对置的齿底接触而密封流体的齿顶密封(7)。不通过涡旋盘(3)进行流体的压缩的停止时的齿顶密封(7)的倾斜高度(Ls’)小于壁体(3b)的倾斜高度(Ls)。

Description

涡旋式流体机械及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种涡旋式流体机械及其制造方法。
背景技术
通常，已知有一种涡旋式流体机械，其使在端板上设有涡旋状的壁体的固定涡旋构件与回转涡旋构件啮合，并使其进行公转回转运动来对流体进行压缩或膨胀。
作为这样的涡旋式流体机械，己知有如专利文献1所示的所谓的阶梯涡旋式压缩机。该阶梯涡旋式压缩机在固定涡旋盘和回转涡旋盘的涡旋状的壁体的齿顶面及齿底面的沿着涡旋方向的位置分别设有台阶部，以各台阶部为边界，壁体的外周侧的高度高于内周侧的高度。阶梯涡旋式压缩机不仅在壁体的周向，而且在高度方向也被压缩(三维压缩)，因此，与不具备台阶部的一般涡旋式压缩机(二维压缩)相比，能增大排量，能增加压缩机容量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-55173号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，阶梯涡旋式压缩机存在台阶部的流体泄漏大的问题。此外，存在应力集中于台阶部的根部从而强度降低的问题。
对此，发明人等正在研究设置连续的倾斜部来代替设于壁体及端板的台阶部。此外，在壁体的齿顶，为了密封与对置的齿底的间隙而设有齿顶密封。
但是，由于在壁体形成有倾斜部，因此，关于如何设置齿顶密封才能发挥所希望的性能，尚未进行研究。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种能有效地发挥设置于具有倾斜部的壁体的齿顶的齿顶密封的性能的涡旋式流体机械及其制造方法。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的涡旋式流体机械及其制造方法采用以下方案。
即，本发明的一方案的涡旋式流体机械具备：第一涡旋构件，在第一端板上设有涡旋状的第一壁体；以及第二涡旋构件，在以与所述第一端板彼此相对的方式配置的第二端板上设有涡旋状的第二壁体，该第二壁体与所述第一壁体啮合并相对地进行公转回转运动，其中，在所述涡旋式流体机械设有使彼此相对的所述第一端板与所述第二端板的对置面间距从所述第一壁体和所述第二壁体的外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部，在形成于与所述倾斜部对应的所述第一壁体和所述第二壁体的齿顶的槽部，设有与对置的齿底接触而密封流体的齿顶密封，不通过两个所述涡旋构件进行流体的压缩的停止时的所述齿顶密封的倾斜高度小于所述壁体的倾斜高度。
由于设有使第一端板与第二端板的对置面间距从壁体的外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部，因此，从外周侧吸入的流体随着朝向内周侧，不仅通过与壁体的涡旋形状对应的压缩室的减少而被压缩，而且通过端板间的对置面间距的减少而进一步被压缩。
不通过两个涡旋构件进行流体的压缩的停止时的齿顶密封的倾斜高度设定为小于壁体的倾斜高度。由此，齿顶密封设置为：在停止时，齿顶密封的内周侧比齿顶密封的外周侧更从齿顶向对置的齿底侧突出。由于齿顶密封的内周侧比外周侧更从齿顶向齿底侧突出，因此，在插入有齿顶密封的槽部内，比起外周侧流体更容易进入内周侧。然后，当从停止状态开始工作并通过两个涡旋盘进行流体的压缩时，压缩后的流体进入齿顶密封的内周侧的槽部，并从齿顶密封的背面将齿顶密封朝向齿底施力。因此，在工作时，越往流体压力变高的内周侧，齿顶密封越被按压向齿底，因此，能提高密封性能，能提高涡旋式流体机械的性能。
需要说明的是，“倾斜高度”是指，倾斜部的最外周端的高度与最内周端的高度之差。
而且，在本发明的一方案的涡旋式流体机械中，所述壁体的高度方向上的所述齿顶密封的高度大于所述壁体的倾斜高度与所述齿顶密封的倾斜高度之差。
由于使壁体的高度方向上的齿顶密封的高度大于壁体的倾斜高度与齿顶密封的倾斜高度之差，因此齿顶密封不会从槽部脱落而掉下。
而且，在本发明的一方案的涡旋式流体机械中，所述齿顶密封采用可弹性变形的材料。
通过使齿顶密封采用可弹性变形的材料(例如树脂)，能利用弹性变形，将其以停止时的齿顶密封的倾斜高度小于壁体的倾斜高度的方式设置于槽部内。由此，无需将齿顶密封成型为在高度方向倾斜的形状，因此，如果制造没有倾斜的平坦的齿顶密封，则齿顶密封的制造、检查变得容易。
此外，在本发明的一方案的涡旋式流体机械的制造方法中，所述涡旋式流体机械具备：第一涡旋构件，在第一端板上设有涡旋状的第一壁体；以及第二涡旋构件，在以与所述第一端板彼此相对的方式配置的第二端板上设有涡旋状的第二壁体，该第二壁体与所述第一壁体啮合并相对地进行公转回转运动，在所述涡旋式流体机械设有使彼此相对的所述第一端板与所述第二端板的对置面间距从所述第一壁体和所述第二壁体的外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部，在形成于与所述倾斜部对应的所述第一壁体和所述第二壁体的齿顶的槽部，设有与对置的齿底接触而密封流体的齿顶密封，所述涡旋式流体机械的制造方法具有：齿顶密封设置工序，以所述齿顶密封的倾斜高度小于所述壁体的倾斜高度的方式，对所述槽部设置所述齿顶密封；以及涡旋盘设置工序，在所述齿顶密封设置工序之后，使所述第一涡旋构件与所述第二涡旋构件啮合而设置。
在以齿顶密封的倾斜高度小于壁体的倾斜高度的方式设置齿顶密封之后，使两个涡旋构件啮合而设置，因此，在进行流体压缩前的停止状态下，能容易地得到齿顶密封的内周侧比外周侧更向齿底侧突出的状态。
有益效果
使不通过两个涡旋构件进行流体的压缩的停止时的齿顶密封的倾斜高度小于所述壁体的倾斜高度，由此，在工作时，越往流体压力变高的内周侧，齿顶密封越被按压向齿底，因此，能提高密封性能，能提高涡旋式流体机械的性能。
附图说明
图1表示本发明的一实施方式的涡旋式压缩机的固定涡旋盘及回转涡旋盘，图1(a)是纵剖面图，图1(b)是从固定涡旋盘的壁体侧观察的俯视图。
图2是表示图1的回转涡旋盘的立体图。
图3是表示设于固定涡旋盘的端板平坦部的俯视图。
图4是表示设于固定涡旋盘的壁体平坦部的俯视图。
图5是表示在涡旋方向伸开来表示的壁体的示意图。
图6是将图1(b)的符号Z的区域放大来表示的局部放大图。
图7表示图6所示的部分的齿顶密封间隙，图7(a)是表示齿顶密封间隙相对小的状态的侧视图，图7(b)是表示齿顶密封间隙相对大的状态的侧视图。
图8是表示无负荷状态下的设置于壁体的齿顶的齿顶密封的设置位置的纵剖面图。
图9表示变形例，图9(a)是表示与不具有台阶部的涡旋盘的组合的纵剖面图，图9(b)是表示与阶梯涡旋盘的组合的纵剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。
在图1中，示出了涡旋式压缩机(涡旋式流体机械)1的固定涡旋盘(第一涡旋构件)3和回转涡旋盘(第二涡旋构件)5。涡旋式压缩机1例如被用作压缩进行空调机等的制冷循环的气体制冷剂(流体)的压缩机。
固定涡旋盘3及回转涡旋盘5采用铝合金制、铁制等金属制的压缩机构，容纳于未图示的壳体内。固定涡旋盘3及回转涡旋盘5将引导至壳体内的流体从外周侧吸入，并将压缩后的流体从固定涡旋盘3的中央的排出口3c向外部排出。
固定涡旋盘3固定于壳体，如图1(a)所示，具备：大致圆板形状的端板(第一端板)3a、以及在端板3a的一侧面上直立设置的涡旋状的壁体(第一壁体)3b。回转涡旋盘5具备：大致圆板形状的端板(第二端板)5a、以及在端板5a的一侧面上直立设置的涡旋状的壁体(第二壁体)5b。各壁体3b、5b的涡旋形状例如用渐开曲线、阿基米德曲线来定义。
固定涡旋盘3和回转涡旋盘5组装成：使其中心分开回转半径ρ，使壁体3b、5b的相位错开180°而啮合，且在两涡旋盘的壁体3b、5b的齿顶与齿底间常温下具有微小的高度方向的间隙(齿顶间隙、tip clearance)。由此，在两涡旋盘3、5之间，由其端板3a、5a与壁体3b、5b包围而形成的多对压缩室相对于涡旋盘中心对称地形成。回转涡旋盘5通过未图示的十字滑环等自转防止机构绕着固定涡旋盘3进行公转回转运动。
如图1(a)所示，设有使彼此相对的两端板3a、5a间的对置面间距L从涡旋状的壁体3b、5b的外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部。
如图2所示，在回转涡旋盘5的壁体5b设有使高度从外周侧朝向内周侧连续地减少的壁体倾斜部5b1。在该壁体倾斜部5b1的齿顶所对置的固定涡旋盘3的齿底面，设有根据壁体倾斜部5b1的倾斜而倾斜的端板倾斜部3a1(参照图1(a))。通过这些壁体倾斜部5b1及端板倾斜部3a1构成连续的倾斜部。同样，在固定涡旋盘3的壁体3b也设有使高度从外周侧朝向内周侧连续地倾斜的壁体倾斜部3b1，与该壁体倾斜部3b1的齿顶对置的端板倾斜部5a1设于回转涡旋盘5的端板5a。
需要说明的是，本实施方式中所说的倾斜部的连续的意思并不限定于平滑连接的倾斜，也包含加工时不可避免地产生的那样的小高度差连接成阶梯状，将倾斜部视为整体时连续倾斜的倾斜。但是，不包含所谓的阶梯涡旋盘那样的大高度差。
在壁体倾斜部3b1、5b1和/或端板倾斜部3a1、5a1实施了涂覆。作为涂覆，例如可列举出磷酸锰处理、镍磷镀敷等。
如图2所示，在回转涡旋盘5的壁体5b的最内周侧和最外周侧分别设有高度设为固定的壁体平坦部5b2、5b3。这些壁体平坦部5b2、5b3绕着回转涡旋盘5的中心O2(参照图1(a))遍及180°的区域而设置。在壁体平坦部5b2、5b3与壁体倾斜部5b1连接的位置，分别设有作为弯折部的壁体倾斜连接部5b4、5b5。
回转涡旋盘5的端板5a的齿底也同样设有高度设为固定的端板平坦部5a2、5a3。这些端板平坦部5a2、5a3也绕着回转涡旋盘5的中心遍及180°的区域而设置。在端板平坦部5a2、5a3与端板倾斜部5a1连接的位置，分别设有作为弯折部的端板倾斜连接部5a4、5a5。
如图3及图4中阴影线所示，固定涡旋盘3也与回转涡旋盘5同样地设有端板平坦部3a2、3a3、壁体平坦部3b2、3b3、端板倾斜连接部3a4、3a5以及壁体倾斜连接部3b4、3b5。
在图5中，示出了在涡旋方向伸开来表示的壁体3b、5b。如该图所示，最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2遍及距离D2而设置，最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3遍及距离D3而设置。距离D2及距离D3分别为与绕着各涡旋盘3、5的中心O1、O2设为180°的区域相当的长度。在最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2与最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3之间，壁体倾斜部3b1、5b1遍及距离D2而设置。当将最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2与最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3的高低差设为h时，壁体倾斜部3b1、5b1的倾斜度设为下式。
如此，倾斜部的倾斜度相对于涡旋状的壁体3b、5b所延伸的周向设为固定。
在图6中，示出了图1(b)的符号Z所示的区域的放大图。如图6所示，在固定涡旋盘3的壁体3b的齿顶设有齿顶密封(tip seal)7。齿顶密封7采用可弹性变形的树脂制，并与对置的回转涡旋盘5的端板5a的齿底接触而密封流体。齿顶密封7容纳于在壁体3b的齿顶遍及周向所形成的齿顶密封槽(槽部)3d内。
如图7所示，壁体3b的高度方向上的齿顶密封7的高度Hc在涡旋方向设为固定。此外，齿顶密封槽3d的深度也在涡旋方向设为固定。
当两涡旋盘3、5相对地进行公转回转运动时，齿顶与齿底的位置相对地错开回转直径(回转半径ρ×2)的量。由于该齿顶与齿底的错位，在倾斜部中，齿顶与齿底之间的齿顶间隙发生变化。例如，在图7(a)中示出了齿顶间隙T小，在图7(b)中示出了齿顶间隙T大。即使齿顶间隙T因回转运动而变化，由于进入齿顶密封槽3d的压缩流体从齿顶密封7的背面向端板5a的齿底侧按压齿顶密封7，从而也能追随密封。
需要说明的是，对于回转涡旋盘5的壁体5b的齿顶也同样设有齿顶密封。
在图8中，示出了对固定涡旋盘3设置了齿顶密封7的状态。该图所示的状态是由压缩流体产生的压力未施加于压缩室的无负荷状态、即涡旋式压缩机1的停止状态。此外，相当于在制造涡旋式压缩机1时使固定涡旋盘3相对于回转涡旋盘5啮合并安装于涡旋式压缩机1的主体之前的状态。
齿顶密封7的倾斜高度Ls’设定为小于壁体3b的倾斜高度Ls。在此，齿顶密封7的倾斜高度Ls’是指，和壁体3b的外周侧的壁体倾斜连接部3b5(参照图5)对应的位置的齿顶密封7的高度与和内周侧的壁体倾斜连接部3b4(参照图5)对应的位置的齿顶密封7的高度之差。壁体3b的倾斜高度Ls是指，外周侧的壁体倾斜连接部3b5的高度与内周侧的壁体倾斜连接部3b4的高度之差。
为了像图8那样设置齿顶密封7，准备了在未施加外力的状态下倾斜高度Ls’为零的平坦的齿顶密封7。然后，利用齿顶密封7的弹性变形，将其设置于齿顶密封槽3d内(齿顶密封设置工序)。齿顶密封7的外周面和/或内周面与齿顶密封槽3d的壁部接触而产生摩擦力，由此，齿顶密封7相对于齿顶密封槽3d的相对位置被固定。因此，即使在组装并设置固定涡旋盘3时(涡旋盘设置工序时)使固定涡旋盘3倾斜或倒置，齿顶密封7相对于齿顶密封槽3d的相对位置也不会大幅错开。但是，齿顶密封7的外周面和/或内周面与齿顶密封槽3d的壁部之间的摩擦力设为允许如下情况的程度的摩擦力：在运转涡旋式压缩机1时，流体进入齿顶密封槽3d并绕到齿顶密封7的背面的情况下，通过流体压力向对置的齿底方向(齿顶密封7从齿顶密封槽3d出来的方向)移动。
齿顶密封的高度Hc设为大于壁体3b的倾斜高度Ls与齿顶密封7的倾斜高度Ls’之差。即，以满足下式的方式来决定齿顶密封7的高度Hc。
Ls-Ls’≤Hc···(2)
此外，对于回转涡旋盘5的壁体5b的齿顶，也与图8同样地设定齿顶密封7的倾斜高度Ls’。
上述涡旋式压缩机1如下进行工作。
通过未图示的电动马达等驱动源，回转涡旋盘5绕着固定涡旋盘3进行公转回转运动。由此，从各涡旋盘3、5的外周侧吸入流体，并将流体引入至由各壁体3b、5b及各端板3a、5a包围出的压缩室。压缩室内的流体随着从外周侧向内周侧移动而依次被压缩，最终从形成于固定涡旋盘3的排出口3c排出压缩流体。流体被压缩时，在由端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1形成的倾斜部，在壁体3b、5b的高度方向也被压缩，从而被进行三维压缩。
根据本实施方式，起到以下作用效果。
不通过两个涡旋盘3、5进行流体的压缩的停止时的齿顶密封7的倾斜高度Ls’设定为小于壁体3b、5b的倾斜高度。由此，设置为：在停止时，齿顶密封7的内周侧比齿顶密封7的外周侧更从齿顶向齿底侧突出(参照图8)。由于齿顶密封7的内周侧比外周侧更向齿底侧突出，因此，在插入有齿顶密封7的齿顶密封槽3d内，比起外周侧流体更容易进入内周侧。然后，当从停止状态开始工作并通过两个涡旋盘3、5进行流体的压缩时，压缩后的流体进入齿顶密封7的内周侧的齿顶密封槽3d，并从齿顶密封7的背面将齿顶密封7朝向齿底施力。因此，在工作时，越往流体压力变高的内周侧，齿顶密封7越被按压向齿底，因此，能提高密封性能，能提高涡旋式压缩机1的性能。
由于使齿顶密封的高度Hc大于壁体3b、5b的倾斜高度Ls与齿顶密封7的倾斜高度Ls'之差(参照式(2))，因此，能防止齿顶密封7从齿顶密封槽3d脱落而掉下。
通过使齿顶密封7采用可弹性变形的树脂等材料，能利用弹性变形来设置齿顶密封7。即，能以停止时的齿顶密封7的倾斜高度Ls'小于壁体3b、5b的倾斜高度Ls的方式使齿顶密封7弹性变形并将其设置于齿顶密封槽3d内。由此，无需将齿顶密封7成型为在高度方向倾斜的形状，因此，如果制造在未施加外力的状态下没有倾斜的平坦的齿顶密封7，则齿顶密封7的制造、检查变得容易。
需要说明的是，在上述实施方式中，将端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1设于两个涡旋盘3、5，但也可以设于任意一方。
具体而言，如图9(a)所示，在一方的壁体(例如回转涡旋盘5)设有壁体倾斜部5b1、在另一方的端板3a设有端板倾斜部3a1的情况下，另一方的壁体和一方的端板5a也可以设为平坦。
此外，如图9(b)所示，也可以是与以往的阶梯形状组合的形状，即，与在固定涡旋盘3的端板3a设置端板倾斜部3a1、另一方面在回转涡旋盘5的端板5a设有台阶部的形状组合。
在上述各实施方式中，设有壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3，但也可以省略内周侧和/或外周侧的平坦部并将倾斜部延长至整个壁体3b、5b而设置。
在上述各实施方式中，以涡旋式压缩机进行了说明，但对于用作膨胀机的涡旋式膨胀机也可以适用本发明。
符号说明
1涡旋式压缩机(涡旋式流体机械)
3固定涡旋盘(第一涡旋构件)
3a端板(第一端板)
3a1端板倾斜部
3a2端板平坦部(内周侧)
3a3端板平坦部(外周侧)
3a4端板倾斜连接部(内周侧)
3a5端板倾斜连接部(外周侧)
3b壁体(第一壁体)
3b1壁体倾斜部
3b2壁体平坦部(内周侧)
3b3壁体平坦部(外周侧)
3b4壁体倾斜连接部(内周侧)
3b5壁体倾斜连接部(外周侧)
3c排出口
3d齿顶密封槽(槽部)
5回转涡旋盘(第二涡旋构件)
5a端板(第二端板)
5a1端板倾斜部
5a2端板平坦部(内周侧)
5a3端板平坦部(外周侧)
5b壁体(第二壁体)
5b1壁体倾斜部
5b2壁体平坦部(内周侧)
5b3壁体平坦部(外周侧)
5b4壁体倾斜连接部(内周侧)
5b5壁体倾斜连接部(外周侧)
7齿顶密封
Hc齿顶密封的高度
L对置面间距
Ls壁体的倾斜高度
Ls’齿顶密封的倾斜高度
T齿顶间隙
倾斜度

Claims (4)

1.一种涡旋式流体机械，具备：
第一涡旋构件，在第一端板上设有涡旋状的第一壁体；以及
第二涡旋构件，在以与所述第一端板彼此相对的方式配置的第二端板上设有涡旋状的第二壁体，所述第二壁体与所述第一壁体啮合并相对地进行公转回转运动，其中，
在所述涡旋式流体机械设有使彼此相对的所述第一端板与所述第二端板的对置面间距从所述第一壁体和所述第二壁体的外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部，
在形成于与所述倾斜部对应的所述第一壁体和所述第二壁体的齿顶的槽部，设有与对置的齿底接触而密封流体的齿顶密封，
不通过两个所述涡旋构件进行流体的压缩的停止时的所述齿顶密封的倾斜高度小于所述壁体的倾斜高度。
2.根据权利要求1所述的涡旋式流体机械，其中，
所述壁体的高度方向上的所述齿顶密封的高度大于所述壁体的倾斜高度与所述齿顶密封的倾斜高度之差。
3.根据权利要求1或2所述的涡旋式流体机械，其中，
所述齿顶密封采用可弹性变形的材料。
4.一种涡旋式流体机械的制造方法，其中，
所述涡旋式流体机械具备：
第一涡旋构件，在第一端板上设有涡旋状的第一壁体；以及
第二涡旋构件，在以与所述第一端板彼此相对的方式配置的第二端板上设有涡旋状的第二壁体，所述第二壁体与所述第一壁体啮合并相对地进行公转回转运动，
在所述涡旋式流体机械设有使彼此相对的所述第一端板与所述第二端板的对置面间距从所述第一壁体和所述第二壁体的外周侧朝向内周侧连续地减少的倾斜部，
在形成于与所述倾斜部对应的所述第一壁体和所述第二壁体的齿顶的槽部，设有与对置的齿底接触而密封流体的齿顶密封，
所述涡旋式流体机械的制造方法具有：
齿顶密封设置工序，以所述齿顶密封的倾斜高度小于所述壁体的倾斜高度的方式，对所述槽部设置所述齿顶密封；以及
涡旋盘设置工序，在所述齿顶密封设置工序之后，使所述第一涡旋构件与所述第二涡旋构件啮合而设置。
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