CN109072912A - 阶梯式涡旋压缩机及其设计方法 - Google Patents

Abstract

在阶梯式涡旋压缩机中，防止缠绕壁体的破损，并提高耐久性及可靠性。在固定涡旋(16)及回旋涡旋(20)中的至少一方的端板(17、21)的一侧面设置有其高度从涡旋状缠绕壁体(18、22)的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部(BS)。在与其对应的另一方的涡旋(16、20)的涡旋状缠绕壁体(18、22)中设置有从其涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部(TS)。这些涡旋状缠绕壁体(18、22)中，只有与比齿底高低差部(BS)更靠涡旋方向外周侧的齿底面(17a、21a)相邻且至少与相对的涡旋状缠绕壁体(18、22)重叠的范围内的涡旋状缠绕壁体(18、22)的腹面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

Description

阶梯式涡旋压缩机及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种设成防止涡旋状缠绕壁体破损的阶梯式涡旋压缩机及其设计方法。

背景技术

如专利文献1等所公开，在对制冷剂或空气等进行压缩的涡旋压缩机中，己知有在沿竖立设置于固定涡旋及回旋涡旋的端板上的涡旋状缠绕壁体的齿顶面及齿底面的涡旋方向的任意位置上分别设置有高低差部，且设成该高低差部的外周侧的缠绕高度高于内周侧的缠绕高度的，所谓的阶梯式涡旋压缩机。

这种阶梯式涡旋压缩机能够沿涡旋状缠绕壁体的周向及高度方向这两个方向三维压缩被压缩流体，因此与不是阶梯式的涡旋压缩机相比，无需增加涡旋状缠绕壁体的卷数而能够提高压缩比。

因此，无需加大涡旋压缩机的外径而能够加大设计容积比，从而能够使涡旋压缩机小型轻量化。

专利文献1中记载有如下内容，即，在这种阶梯式涡旋压缩机中，在固定涡旋及回旋涡旋的端板的底面上所形成的高低差部的附近中的涡旋状缠绕壁体的侧面形成有薄壁部。通过形成这种薄壁部，能够消除由相对的涡旋的涡旋状缠绕壁体干扰在端板的底面加工形成高低差部时容易产生的毛刺扰而产生的噪音。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-224775号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

作为如所述那样的阶梯式涡旋压缩机中的另外的问题点，可举出涡旋状缠绕壁体的外周侧区间即缠绕高度高的区间中的涡旋状缠绕壁体的破损。

在阶梯式涡旋压缩机中，涡旋状缠绕壁体的缠绕高度从外周侧朝向内周侧阶段性变低，但通过加大其最靠外周侧的区间与最靠内周侧的区间的高低差，能够提高压缩比。

因此，成为如下设计趋势，即，在最靠外周侧的区间，涡旋状缠绕壁体的缠绕高度与不是阶梯式的涡旋压缩机中的涡旋状缠绕壁体的缠绕高度相比变高。

若涡旋状缠绕壁体的缠绕高度变高，则在与相对的涡旋状缠绕壁体接触时，施加于缠绕的根部的弯曲应力变大，从而涡旋状缠绕壁体破损的可能性变高。

专利文献1中所记载的阶梯式涡旋压缩机为了防止噪音而在涡旋端板的底面上所形成的高低差部的附近中的涡旋状缠绕壁体的侧面形成有薄壁部，但若在比形成有薄壁部的区域更靠外周侧涡旋状缠绕壁体彼此接触，则存在涡旋状缠绕壁体破损的风险。

本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种防止阶梯式涡旋压缩机中的涡旋状缠绕壁体的破损且提高耐久性及可靠性，并且能够将压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能下降的阶梯式涡旋压缩机及其设计方法。

用于解决技术课题的手段

本发明的第1方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，只有与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻且至少与相对的所述涡旋状缠绕壁体重叠的范围内的所述涡旋状缠绕壁体的腹面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

本发明的第2方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的设计方法在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，所述阶梯式涡旋压缩机的设计方法中，关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，仅使与其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻且至少与相对的所述涡旋状缠绕壁体重叠的范围内的所述涡旋状缠绕壁体的腹面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

根据上述阶梯式涡旋压缩机及设计方法，只有涡旋状缠绕壁体的缠绕高度成为最高的区间即与比齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻的所述涡旋状缠绕壁体的腹面比本来的侧面轮廓更靠内侧后退。

因此，在缠绕高度最高且破损风险大的涡旋方向最外周侧的区间，固定涡旋与回旋涡旋的涡旋状缠绕壁体彼此不会接触，从而能够事先防止由涡旋状缠绕壁体彼此的接触而引起的破损。

使涡旋状缠绕壁体的腹面向内侧后退的量设为不会对被压缩流体的压缩造成恶劣影响的程度，例如设为100μm左右以下。因此，将阶梯式涡旋压缩机的压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能的下降，并且防止涡旋状缠绕壁体的破损，从而能够提高阶梯式涡旋压缩机的耐久性及可靠性。

在本发明的第1方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机及本发明的第2方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的设计方法中，所述涡旋状缠绕壁体中，除了非内旋区间以外，可以将比所述齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度设为小于360°。

换言之，当比齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度小于360°时，优选适用本发明的第1方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机及本发明的第2方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的设计方法。

根据上述结构，设为在比齿底高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间，涡旋状缠绕壁体的腹面及背面并未向内侧后退而仍保持本来的侧面轮廓。

在此，假如，即便比齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度小于360°，若合并齿顶高低差部与齿底高低差部之间的区间，则涡旋长度也会超过360°。

因此，当阶梯式涡旋压缩机工作时，在该涡旋方向内周侧的区间及与其涡旋方向外周侧连续的区间中的任一区间，涡旋状缠绕壁体彼此以2个点接触，由此回旋涡旋相对于固定涡旋的回旋轨道得以确定。

因此，即使在比齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的区间即涡旋状缠绕壁体的缠绕高度最高的区间使涡旋状缠绕壁体的内外两个侧面向内侧后退，也不会导致回旋涡旋沿其端板的面方向移动与该后退相应的量，从而能够防止由涡旋状缠绕壁体彼此的接触而引起的破损。

本发明的第3方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面，设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻的所述涡旋状缠绕壁体的腹面及背面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

本发明的第4方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的设计方法在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，所述阶梯式涡旋压缩机的设计方法中，关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，使与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻的所述涡旋状缠绕壁体的腹面及背面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

根据上述阶梯式涡旋压缩机及设计方法，在涡旋状缠绕壁体的缠绕高度变高的区间即与比齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻且至少与相对的所述涡旋状缠绕壁体重叠的范围内，涡旋状缠绕壁体的腹面及背面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

因此，在缠绕高度高的涡旋方向外周侧的区间，固定涡旋与回旋涡旋的涡旋状缠绕壁体彼此不会接触，从而能够事先防止由涡旋状缠绕壁体彼此的接触而引起的破损。

使涡旋状缠绕壁体的腹面及背面向内侧后退的量设为不会对被压缩流体的压缩造成恶劣影响的程度，例如设为100μm左右以下。

因此，将阶梯式涡旋压缩机的压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能的下降，并且防止涡旋状缠绕壁体的破损，从而能够提高阶梯式涡旋压缩机的耐久性及可靠性。

在本发明的第3方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机及本发明的第4方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的设计方法中，所述涡旋状缠绕壁体中，除了非内旋区间以外，可以将比所述齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度设为360°以上。

换言之，当比齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度为360°以上时，优选适用本发明的第3方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机及本发明的第4方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的设计方法。

根据上述结构，除了非内旋区间以外，比齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间中的涡旋长度存在360°以上，在该区间，涡旋状缠绕壁体的腹面及背面并未向内侧后退而仍保持本来的侧面轮廓。

因此，在阶梯式涡旋压缩机工作时，只在该涡旋方向内周侧的区间，涡旋状缠绕壁体彼此以2个点接触，由此回旋涡旋相对于固定涡旋的回旋轨道得以确定。

因此，即使在比齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的区间使涡旋状缠绕壁体的腹面及背面向内侧后退，也不会导致回旋涡旋沿其端板的面方向移动与该后退相应的量，从而能够防止由涡旋状缠绕壁体彼此的接触而引起的破损。

使涡旋状缠绕壁体的腹面及背面向内侧后退的量设为不会对被压缩流体的压缩造成恶劣影响的程度，例如设为100μm左右以下。因此，将阶梯式涡旋压缩机的压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能的下降，并且防止涡旋状缠绕壁体的破损，从而能够提高阶梯式涡旋压缩机的耐久性及可靠性。

在所述结构中，当将所述涡旋状缠绕壁体的所述腹面及所述背面的后退量的最大值设为δ，将所述回旋涡旋的回旋半径设为ρ时，优选以成为δ/ρ≤0.01的范围内的方式设定所述后退量的最大值δ。

只要如此设定后退量的最大值，则在各种大小的阶梯式涡旋压缩机中，能够兼顾涡旋状缠绕壁体的破损防止及由压缩泄漏而引起的性能下降的抑制。

在所述结构中，可以在所述齿底高低差部的位置上，使所述涡旋状缠绕壁体的所述腹面及前背面的后退量从涡旋方向外周侧朝向内周侧逐渐减少。由此，能够防止由相对的涡旋的涡旋状缠绕壁体干扰在端板上加工形成齿底高低差部时容易产生的毛刺而引起的噪音的产生。

在所述结构中，可以从所述涡旋状缠绕壁体的根底侧朝向末端侧加大所述涡旋状缠绕壁体的所述腹面及前背面的后退量。如此，不会导致减少涡旋状缠绕壁体的根底侧中的厚度尺寸而损坏强度，在末端侧防止涡旋状缠绕壁体彼此接触，从而能够防止涡旋状缠绕壁体的破损。

发明效果

如上所述，根据本发明所涉及的阶梯式涡旋压缩机及其设计方法，防止缠绕高度高的区间中的涡旋状缠绕壁体的破损，且提高耐久性及可靠性，并且能够将压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能的下降。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的纵剖视图。

图2是本发明的第1实施方式所涉及的固定涡旋的纵剖视图。

图3是基于图2的III-III向视的固定涡旋的仰视图。

图4是固定涡旋的示意立体图。

图5是回旋涡旋的示意立体图。

图6是表示本发明的第1实施方式的固定涡旋及回旋涡旋中的涡旋状缠绕壁体的展开图。

图7是表示涡旋状缠绕壁体的侧面后退的情况的纵剖视图。

图8是表示涡旋状缠绕壁体的侧面后退的情况的纵剖视图。

图9是本发明的第2实施方式所涉及的固定涡旋的纵剖视图。

图10是基于图9的X-X向视的固定涡旋的仰视图。

图11是组合了第2实施方式中的固定涡旋与回旋涡旋的图。

图12是表示本发明的第2实施方式的固定涡旋及回旋涡旋中的涡旋状缠绕壁体的展开图。

图13是齿底高低差部附近的局部俯视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明的实施方式所涉及的阶梯式涡旋压缩机的纵剖视图。该阶梯式涡旋压缩机1例如为HFC(氢氟碳化物)制冷剂用密封式电动涡旋压缩机，但本发明并不仅限定于该形式的涡旋压缩机。

阶梯式涡旋压缩机1具备沿上下方向较长的筒状的有底钢板制密封壳体2。在该密封壳体2内的上方部位设置有涡旋压缩机构3，在其下方部位设置有电动马达4。

密封壳体2内，比设置于涡旋压缩机构3的上部的分隔部件30更靠上部侧设为通过涡旋压缩机构3压缩的高压气体被排出的排出腔室5，且连接有排出管6。并且，比分隔部件30及涡旋压缩机构3更靠下部侧设为低压的吸入气体被吸进的吸入腔室7，且连接有吸入管8。在吸入腔室7侧，在密封壳体2内通过压入等设置有由定子9及转子10构成的电动马达4，且与该电动马达4的转子10结合的曲轴11沿上下方向延伸。

曲轴11的下端部被设置于密封壳体2内的下部轴承12支承，曲轴11的上端部旋转自如地支承于上部轴承部件15的轴颈轴承部15B。而且，涡旋压缩机构3经由上部轴承部件15固定于密封壳体2内。涡旋压缩机构3构成为具备固定于上部轴承部件15上的固定涡旋16及在上部轴承部件15上支承为相对于固定涡旋16能够公转回旋的回旋涡旋20。

如图2～图4所示，固定涡旋16具备固定于密封壳体2内的固定端板17(端板)及在其一侧面竖立设置的涡旋状的固定缠绕壁体18(涡旋状缠绕壁体)，且设为在固定端板17的中心部设置有排出端口19的结构。并且，如图1、图5所示，回旋涡旋20具备回旋端板21(端板)及在其一侧面竖立设置的涡旋状的回旋缠绕壁体22(涡旋状缠绕壁体)，且设为在回旋端板21的背面侧一体设置有回旋凸台部23的结构。

回旋涡旋20设为如下结构，即，回旋端板21的背面支承于上部轴承部件15的推力轴承部15A上，设置成在曲轴11的上端具有偏心量ρ的曲柄销11A经由构成公知的从动曲柄机构的驱动器衬套25及回旋轴承26与该回旋凸台部23连结，由此在固定涡旋16的周围能够公转回旋。曲柄销11A的偏心量ρ即为回旋涡旋20相对于固定涡旋16的回旋半径。

在固定涡旋16的固定端板17及回旋涡旋20的回旋端板21中设置有各自的齿底面17a、21a的高度从各自的缠绕壁体18、22的涡旋方向外周侧朝向内周侧高出一级的齿底高低差部BS。与这些齿底高低差部BS对应地，在另一方的涡旋16、20的缠绕壁体18、22中设置有该齿顶面18a、22a的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部TS。

固定涡旋16及回旋涡旋20通过固定缠绕壁体18与回旋缠绕壁体22错开180度相位且以公知的方式啮合，在两个缠绕壁体18、22之间形成一对压缩室24。该一对压缩室24以如下方式构成，即，通过回旋涡旋20公转回旋，容积从外周位置向中心部减少的同时移动，并且起压缩作用。

压缩室24通过设为在各缠绕壁体18、22的外周侧该曲轴11的轴线方向的高度高于内周侧的高度，构成能够沿各缠绕壁体18、22的周向及高度方向这两个方向压缩气体的能够三维压缩的涡旋压缩机构3。在各缠绕壁体18、22的齿顶面18a、22a，用于密封与对方涡旋的齿底面17a、21a之间的密封片18b、22b(参考图5)嵌合于分别设置于齿顶面18a、22a的槽。

在回旋涡旋20的回旋端板21的背面与上部轴承部件15的推力轴承部15A之间，组装有由阻止回旋涡旋20自转的十字联轴器等构成的自转防止机构27。在固定涡旋16的固定端板17中，在其背面侧设置有排放盖28，并且设置有开闭排出端口19的簧片阀式排出阀29。

在如上述构成的阶梯式涡旋压缩机1中，若电动马达4驱动，则低压的制冷剂气体(HFC制冷剂)经由吸入管8吸入于密封壳体2内，该制冷剂气体经由设置于上部轴承部件15等的制冷剂流路吸入于涡旋压缩机构3的压缩室24。在回旋涡旋20围绕固定涡旋16被公转回旋驱动且压缩室24从外周位置向中心侧减少容积的同时移动的期间，吸入至压缩室24的制冷剂气体压缩为高温高压气体。被压缩的制冷剂气体打开排出阀29而流入于排出腔室5，并从排出管6经外部配管供给至冷凝器等换热器。

[第1实施方式]

接着，对本发明的第1实施方式进行说明。

图6是表示本发明的第1实施方式的固定涡旋16及回旋涡旋20中的缠绕壁体18、22的展开图。在该图6中示出的角度数值分别与图3所示的固定缠绕壁体18及回旋缠绕壁体22中的相同数值的位置一致。

各缠绕壁体18、22中，将其径向内周侧的面称为“腹面”，将径向外周侧的面称为“背面”。

缠绕壁体18、22的腹面能够沿其周向分为从起始点SP至0°的非内旋区间、从0°至450°的区间A1、从450°至630°的区间A2及从630°至900°近前的终点EP的区间A3这3个区间。这些3个区间A1、A2、A3中的从齿底面17a、21a至齿顶面18a、22a的缠绕高度分别成为H1、H2、H3，其大小关系成为H1＜H2＜H3。

缠绕壁体18、22的背面能够沿其周向分为从起始点SP至0°的非内旋区间、从0°至270°的区间B1、从270°至450°的区间B2、从450°至720°近前的点P1的区间B3及从点P1至900°近前的终点EP的区间B4这4个区间。在区间B4中，相对的缠绕壁体的腹面不会重叠。这些4个区间B1、B2、B3、B4中的从齿底面17a、21a至齿顶面18a、22a的缠绕高度分别成为H1、H2、H3，其大小关系成为H1＜H2＜H3。

该固定缠绕壁体18及回旋缠绕壁体22除了比其齿顶高低差部TS更靠涡旋方向内周侧的区间的有效涡旋长度即从起始点SP至0°的非内旋区间以外，在腹面，区间A1的涡旋长度设为360°以上，在背面，区间B1+B2的涡旋长度设成360°以上。即，当组合了固定缠绕壁体18与回旋缠绕壁体22时，两者的缠绕壁体18、22的腹面的区间A1与背面的区间B1+B2彼此沿其涡旋方向重叠1周以上。

在这些缠绕壁体18、22中，与比其齿底高低差部BS更靠涡旋方向外周侧的齿底面17a、21a相邻的腹面侧的区间A3及背面侧的区间B2、B3的各面以不会对被压缩流体即制冷剂的压缩造成恶劣影响的程度比本来的腹面及背面的面轮廓稍微向内侧后退。换言之，缠绕壁体18、22的厚度薄于以往。在图3中，以记号×××示出了使面后退的范围，在图6中，以网格表示使面后退的范围。

另外，可以使背面侧的区间B4向内侧后退，但在该面上相对的涡旋状缠绕壁体18、22(无接触顾虑)不会重叠，因此可以使面不后退。

该后退量以如下方式设定，即，将其最大值设为δ，将回旋涡旋20的回旋半径设为ρ时，成为δ/ρ≤0.01的范围内。作为具体数值，例如设为100μm以下，优选设为10～20μm左右。作为使面后退的方法，可考虑以从最初开始后退的形状进行制作，或对没有后退的缠绕壁体18、22进行后加工。作为进行后加工的方法，可考虑研磨及切削等机械方法，或蚀刻等化学方法。

固定涡旋16及回旋涡旋20以以上方式构成。由此，在缠绕壁体18、22的缠绕高度变高的区间即比齿底高低差部BS更靠涡旋方向外周侧的区间A3(腹面侧)及B2、B3(背面侧)，缠绕壁体18、22这两面比本来的腹面的面轮廓更向内侧后退，因此在缠绕高度H2、H3高的涡旋方向外周侧的区间，固定缠绕壁体18与回旋缠绕壁体22不会接触。因此，能够事先防止由缠绕壁体18、22彼此的接触而引起的破损。

在上述结构中，比齿顶高低差部TS更靠涡旋方向内周侧的区间A1(腹面侧)及B1、B2(背面侧)中的涡旋长度存在360°以上，在该区间，缠绕壁体18、22的腹面及背面这两面没有向内侧后退而仍保持本来的侧面轮廓。

因此，当阶梯式涡旋压缩机1工作时，只在该涡旋方向内周侧的区间A1、B1、B2，缠绕壁体18、22彼此以2个点接触，由此回旋涡旋20相对于固定涡旋16的回旋轨道得以确定。

因此，即使在比齿底高低差部BS更靠涡旋方向外周侧的区间A3、B2、B3，使缠绕壁体18、22的腹面及背面向内侧后退，也不会导致回旋涡旋20沿其端板21的面方向移动与该后退相应的量，从而能够防止由缠绕壁体18、22彼此的接触而引起的破损。

使缠绕壁体18、22的腹面及背面向内侧后退的量设定为不会对制冷剂的压缩造成恶劣影响的程度，例如设定为100μm左右以下，因此将阶梯式涡旋压缩机1的压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能的下降，并且防止缠绕壁体18、22的破损，从而能够提高阶梯式涡旋压缩机1的耐久性及可靠性。在压缩压力成为最高的涡旋方向内周侧的区间A1、B1，缠绕壁体18、22的腹面及背面并未后退，两者的缠绕壁体18、22之间没有出现间隙，因此在这一点上也能够防止制冷剂的压缩泄漏。

关于缠绕壁体18、22的腹面及背面的后退量，当将其最大值设为δ，将回旋涡旋20的回旋半径设为ρ时，以成为δ/ρ≤0.01的范围内的方式设定最大值δ。因此，在各种大小的阶梯式涡旋压缩机中，能够兼顾缠绕壁体18、22的破损防止及由压缩泄漏而引起的性能下降的抑制。

缠绕壁体18、22的腹面及背面的后退未必一定要遍及腹面及背面的高度方向整个区域均等进行，也可以设为从缠绕壁体18、22的根底侧朝向末端侧而后退量逐渐变大。例如，可考虑如图7所示，设为缠绕壁体18、22的纵剖面形状从根底侧朝向末端侧逐渐变细的锥形状，或如图8所示，设为缠绕壁体18、22的纵剖面形状从根底侧朝向末端侧阶段性变细的形状。

如此，不会减少缠绕壁体18、22的根底侧中的厚度尺寸而导致损坏强度，在末端侧防止缠绕壁体18、22彼此接触，从而能够防止缠绕壁体18、22的破损。只要相对的固定缠绕壁体18和回旋缠绕壁体22均为相同的锥形剖面形状或阶梯式剖面形状，则两者的缠绕壁体18、22的剖面形状相等，且为彼此反方向，因此能够将缠绕壁体18、22之间的啮合间隔抑制在必要最小限度而防止制冷剂的泄漏。

[第2实施方式]

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。

图9是本发明的第2实施方式所涉及的固定涡旋16的放大纵剖视图，图10是固定涡旋16的仰视图。并且，图11是组合了固定涡旋与回旋涡旋的图。而且，图12是表示本发明的第2实施方式的固定涡旋及回旋涡旋中的缠绕壁体18、22的展开图。在此示出的固定涡旋16及回旋涡旋20只有其缠绕壁体18、22的卷数(角度数值)与第1实施方式不同，缠绕壁体18、22的高度及各部的基本结构相同。因此，对相同结构的各部标注相同的符号，并省略说明。

缠绕壁体18、22的腹面能够沿其周向分为从起始点SP至0°的非内旋区间、从0°至齿顶高低差部TS(点P1)的区间A1、从齿顶高低差部TS(P1)至齿底高低差部BS(点P2)的区间A2及从齿底高低差部BS(P2)至终点EP的区间A3这3个区间。这些3个区间A1、A2、A3中的从齿底面17a、21a至齿顶面18a、22a的缠绕高度分别成为H1、H2、H3，其大小关系成为H1＜H2＜H3。

缠绕壁体18、22的背面能够沿其周向分为从起始点SP至0°的非内旋区间、从0°至齿底高低差部BS的区间B1、从底高低差部BS至齿顶高低差部TS(点P1)的区间B2及从齿顶高低差部TS(P1)至终点EP的区间B3这3个区间。这些3个区间B1、B2、B3中的从齿底面17a、21a至齿顶面18a、22a的缠绕高度也分别成为H1、H2、H3，其大小关系成为H1＜H2＜H3。

该固定缠绕壁体18及回旋缠绕壁体22除了比其齿顶高低差部TS更靠涡旋方向内周侧的区间的有效涡旋长度即从起始点SP至0°的非内旋区间以外，从0°至齿顶高低差部TS的区间B1的涡旋长度设为小于360°。即，当组合了固定缠绕壁体18与回旋缠绕壁体22时，各自的缠绕壁体18、22的内周侧的区间A1与B1+B2重叠的周长不足1周，整体的卷数也变少，按与其相应的量，加大设定回旋涡旋的回旋半径ρ。

如此，当比齿顶高低差部TS更靠涡旋方向内周侧的区间A1、B1+B2的涡旋长度不满足360°时，仅对与比齿底高低差部BS更靠涡旋方向外周侧的齿底面17a、21a相邻的涡旋状缠绕壁体18、22的腹面，以不会对制冷剂的压缩造成恶劣影响的程度，比本来的侧面轮廓稍微向内侧后退。即，对于缠绕壁体18、22的腹面侧的区间A3，使面后退。在图10中，以记号×××表示使面后退的范围，在图12中，以网格表示使面后退的范围。该后退量的设定条件等与第1实施方式相同。

由此，在缠绕壁体18、22的缠绕高度成为最高的区间即比齿底高低差部BS更靠涡旋方向外周侧的区间A3，缠绕壁体18、22的腹面比本来的侧面轮廓更向内侧后退，因此在缠绕高度H3最高且破损风险大的涡旋方向最外周侧的区间A3、B3，缠绕壁体18、22彼此不会接触，从而能够事先防止由缠绕壁体18、22彼此的接触而引起的破损。

在上述结构中，在腹面侧中的比齿底高低差部BS更靠涡旋方向内周侧的区间A1+A2及背面侧中的整个区间B1+B2+B3，涡旋状缠绕壁体(18、22)的侧面没有向内侧后退而仍保持本来的侧面轮廓。

在本实施方式中，比齿顶高低差部TS更靠涡旋方向内周侧的区间即腹面侧的区间A1及背面侧的区间B1+B2的涡旋长度均小于360°，但在腹面侧，若合并齿顶高低差部TS与齿底高低差部BS(点P2)之间的区间A2，则涡旋长度超过360°。并且，在背面侧，若合并区间B3中的相当于从点P1至点P2的区间，则涡旋长度超过360°(也参考图11)。

因此，当阶梯式涡旋压缩机1工作时，如图11所示，各缠绕壁体18、22中的从0°至点P2的区间(网格显示的范围)彼此超过360°，在该两个区间内的任意位置上，缠绕壁体18、22彼此以T1、T2这2个点接触，由此回旋涡旋20相对于固定涡旋16的回旋轨道得以确定。

因此，在比齿底高低差部BS更靠涡旋方向外周侧的区间A3即缠绕壁体18、22的缠绕高度H3最高的区间，即便使缠绕壁体18、22的腹面向内侧后退，也不会导致回旋涡旋20沿其端板21的面方向移动与该后退相应的量，从而能够防止由缠绕壁体18、22彼此的接触而引起的破损。

根据本结构及设计方法，在缠绕壁体18、22的整周中，在缠绕高度最高的最外周侧的区间A3，只有腹面侧后退，而关于其他区间A1、A2及背面侧的区间B1、B2、B3，腹面侧及背面侧均没有后退。因此，与第1实施方式的结构相比，能够抑制制冷剂的压缩泄漏，尤其能够防止缠绕壁体18、22的卷数少的阶梯式涡旋压缩机中的压缩效率的下降。

但是，如图13所示，在齿底高低差部BS的位置上，可以将缠绕壁体18、22的腹面的后退量设为从涡旋方向外周侧朝向内周侧逐渐减少。由此，能够防止由相对的涡旋16、20的缠绕壁体18、22干扰在端板17、21中加工形成齿底高低差部BS时容易产生的毛刺而引起的噪音的产生。

如以上进行的说明，根据本发明所涉及的阶梯式涡旋压缩机及其设计方法，防止缠绕高度高的区间中的涡旋状缠绕壁体的破损，且提高耐久性及可靠性，并且能够将压缩泄漏抑制为最小而防止压缩性能的下降。

另外，本发明并不仅限定于上述实施方式的结构，能够加以适当变更及改良，如此加以变更及改良的实施方式也视为包含于本发明的权利要求范围。

例如，阶梯式涡旋压缩机1的内部结构；竖式、卧式等姿势配置；用途；被压缩流体的种类，进而固定涡旋16及回旋涡旋20的详细形状等，无需一定要按照上述实施方式。

并且，在本实施方式中，对在固定涡旋16及回旋涡旋20这两者的齿底面17a、21a设置有齿底高低差部BS，且在这两者的齿顶面18a、22a设置有齿顶高低差部TS的机种进行了说明，但对于在一方的涡旋中仅设置有齿底高低差部BS，且在另一方的涡旋中仅设置有齿顶高低差部TS的机种，也能够适用本发明。

另外，在本实施方式中，关于固定涡旋16的固定缠绕壁体18及回旋涡旋20的回旋缠绕壁体22这两者，使其腹面及背面后退，但也可以考虑仅对其中任一方的涡旋的缠绕壁体使面后退。在该情况下，仅对缠绕壁体的腹面或背面中的任一方，防止与相对的缠绕的接触。

符号说明

1-涡旋压缩机，16-固定涡旋，17-固定端板(端板)，17a、21a-齿底，18-固定缠绕壁体(涡旋状缠绕壁体)，18a、22a-齿顶面，20-回旋涡旋，21-回旋端板(端板)，22-回旋缠绕壁体(涡旋状缠绕壁体)，24-压缩室，BS-齿底高低差部，TS-齿顶高低差部，ρ-回旋涡旋的回旋半径。

Claims (11)

1.一种阶梯式涡旋压缩机，

在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，

在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，

在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，所述阶梯式涡旋压缩机中，

关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，只有与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻且至少与相对的所述涡旋状缠绕壁体重叠的范围内的所述涡旋状缠绕壁体的腹面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

2.一种阶梯式涡旋压缩机，

在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，

在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，

在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，所述阶梯式涡旋压缩机中，

关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻的所述涡旋状缠绕壁体的腹面及背面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

3.根据权利要求1所述的阶梯式涡旋压缩机，其中，

所述涡旋状缠绕壁体中，除了非内旋区间以外，比所述齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度小于360°。

4.根据权利要求2所述的阶梯式涡旋压缩机，其中，

所述涡旋状缠绕壁体中，除了非内旋区间以外，比所述齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度为360°以上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阶梯式涡旋压缩机，其中，

当将所述涡旋状缠绕壁体的所述腹面及所述背面的后退量的最大值设为δ，将所述回旋涡旋的回旋半径设为ρ时，以成为δ/ρ≤0.01的范围内的方式设定有所述后退量的最大值δ。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的阶梯式涡旋压缩机，其中，

在所述齿底高低差部的位置上，所述涡旋状缠绕壁体的所述腹面及所述背面的后退量从涡旋方向外周侧朝向内周侧逐渐减少。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的阶梯式涡旋压缩机，其中，

所述涡旋状缠绕壁体的所述腹面及所述背面的后退量从所述涡旋状缠绕壁体的根底侧朝向末端侧逐渐变大。

8.一种阶梯式涡旋压缩机的设计方法，

在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，

在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，

在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，所述阶梯式涡旋压缩机的设计方法中，

关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，仅使与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻且至少与相对的所述涡旋状缠绕壁体重叠的范围内的所述涡旋状缠绕壁体的腹面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

9.一种阶梯式涡旋压缩机的设计方法，

在各自的端板的一侧面竖立设置有涡旋状缠绕壁体的固定涡旋及回旋涡旋通过啮合彼此的所述涡旋状缠绕壁体而形成压缩被压缩流体的一对压缩室，在所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方的所述端板的所述一侧面设置有其齿底面的高度从所述涡旋状缠绕壁体的涡旋方向外周侧朝向内周侧变高的齿底高低差部，

在与所述齿底高低差部对应的另一方的所述涡旋的所述涡旋状缠绕壁体中设置有其齿顶面的高度从涡旋方向外周侧朝向内周侧变低的齿顶高低差部，所述阶梯式涡旋压缩机的设计方法中，

关于所述固定涡旋及所述回旋涡旋中的至少一方，使与比其所述齿底高低差部更靠涡旋方向外周侧的齿底面相邻的所述涡旋状缠绕壁体的腹面及背面比其本来的侧面轮廓更向内侧后退。

10.根据权利要求8所述的阶梯式涡旋压缩机的设计方法，其中，

所述涡旋状缠绕壁体中，除了非内旋区间以外，将比所述齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度设为小于360°。

11.根据权利要求9所述的阶梯式涡旋压缩机的设计方法，其中，

所述涡旋状缠绕壁体中，除了非内旋区间以外，将比所述齿顶高低差部更靠涡旋方向内周侧的区间的涡旋长度设为360°以上。