CN1103932A - 涡壳式流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡壳式流体机械，其中采用了铝 材定涡壳的背压室，其高压室侧能完全密封。定涡壳 是铝基材料做的，排气盖是黑色金属材料做的。在背 压69室的高压室36侧和低压侧中间的任一U形密 封件35，起码是高压室36侧的U形密封件35a，是 玻璃增强聚四氟乙烯树脂做的，且在装配时紧贴铝基 材料做的定涡壳。

Description

本发明涉及兼有动涡壳及定涡壳的涡壳式流体机械。

空调装置近来已采用涡壳式压缩机（涡壳式流体机械），因为它有压缩效率高的优点。

涡壳式压缩机的结构如图4及图5所示，涡壳式压缩机部件h把定涡壳d与动涡壳g组合起来。定涡壳d包括排列在底板a上的螺旋形叶片b和围住叶片b的外壁c，动涡壳g则包括排列在底板e上的螺旋形叶片f。

另外，压缩机部件h把涡壳d和g组合后，它们的叶片b，f彼此以预定的相位角啮合，从而确定了许多闭合空间i的界限，为这些叶片间进行的压缩过程提供保证。

动涡壳g绕定涡壳d的轴线转动，例如应用转轴k端部的偏心销轴j，使闭合空间i的容积从外侧到中心逐渐变小。这就是说，压缩机部件h利用其容积的变化将气体压缩。动涡壳g上装一旋转约束机构，例如奥德姆氏环，挡住动涡壳g的自转，但奥德姆氏环未示在该图上。

这类涡壳式压缩机中，有些为了防止气体从闭合空间i中漏出来，其受支撑的定涡壳d沿轴向可移动，而且如图4所示那样在定涡壳d背面上配置了各部分压力不同的背压室m，m，这样，定涡壳d沿轴向紧贴动涡壳g。

这种涡壳式压缩机的常规结构描述于下。

在定涡壳d的背面装上排气盖n，背压室m，m就限定在排气盖n和底板a之间。

在定涡壳d的底板a的背面突出同心的大小凸缘o及p;而在排气盖n的内表面也突出同心的凸缘q及q并与凸缘o及p接合。凸缘o及p与凸缘q及q的接合在底板a及排气盖n之间隔成两个同心的背压室m，m。这样，背压室被分隔成有不同压力的压力室：例如，在中央的高压室r和高压室r周围的中压室s。将背压室被隔成高压室侧和低压侧的两凸缘之间放入密封件t以密封凸缘。由于利用了排气压力及通入高压室r和中压室s中较低压力的结果，定涡壳d紧贴动涡壳g。

密封背压室m，m用的密封件t，t由U形密封件构成，而不是o形密封圈，U形密封件适合移动部件，因为定涡壳d是可以移动的。

对于涡壳式压缩机，已经考虑由铝材制造定涡壳d及动涡壳g，同时由钢铁材料制造排气盖，以便降低价格、减轻重量。

如果定涡壳d是铝制的，则高压室r及中压室s间的密封件必须解决因铝是软材料而难以密封的问题，还必须解决高温和大压差的难题。

特别是因为背压使定涡壳d移动到动涡壳g的端面，所以与U形密封件接触的那部分铝材容易因定涡壳d的移动而磨损。

由于这个原因，只在凸缘之间放上一个U形密封件的方法不能应用到涡壳式压缩机。

所以，迫切需要一种适用于定涡壳d是铝做的压缩机部件的密封结构。

本发明是考虑了上述情况而提出的。因此，本发明的目的是提供一种涡壳式流体机械，它的定涡壳是用铝基材料做的，由该定涡壳组成的背压室的高压室侧面能完全被密封住。

为了达到上述目的，涡壳式流体机械中应包括：

压缩机部件，它的在轴向可移动的定涡壳与动涡壳接合;

排气盖，在排气盖和定涡壳底板之间形成背压室，排气盖在定涡壳底板背面上;

定涡壳，它的第一及第三凸缘从其底板背面上同心地伸出;并与排气盖内表面上伸出的同心的第二凸缘相接合;

背压室，它由第一及第三凸缘，底板，以及第二凸缘围成，其中通入的压力比同心圆中心处的排气高压室中的压力小;

U形密封圈，它放在各凸缘之间起密封作用，将背压室分隔成高压室侧和低压侧，

本发明有以下三个组成部分：

（1）在权利要求（1）中规定的涡壳式流体机械，其特征在于定涡壳是由铝基材料制成的，排气盖由黑色金属材料制成;背压室的高压室侧和低压侧中间的任一U形密封圈，起码高压室侧的U形密封件是由玻璃增强聚四氟乙烯制作的，且在装配时，紧贴铝基材料做的定涡壳。

（2）在权利要求（2）中规定的涡壳式流体机械，其特征在于低压侧的U形密封圈受到的负荷较低（低温及小压差），并由填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂制作，以便尽可能低的成本密封背压室。

（3）在权利要求（3）中规定的涡壳式流体机械，其特征在于即使承受低负荷（低温及小压差），其上的U形密封件装配时也紧贴铝基材料做的定涡壳，以尽可能地防止定涡壳的磨损。

权利要求（1）中规定的涡壳式流体机械在运转时，其玻璃增强聚四氟乙烯做的U形密封件能经受住背压室的高温室侧的高温和大压差。

此外，因为U形密封件装配时紧贴在铝基材料做的定涡壳上，所以与U形密封件滑动配合的零件不是易受玻璃增强聚四氟乙烯材料磨损的铝材，而是不易磨损的黑色金属材料做的排气盖。

本结构解决了高温、大压差及难以密封的难题。

这就是说，铝基材料做的定涡壳上构成的背压室，其高压室侧被完全密封住了。

权利要求（2）所规定的涡壳式流体机械在运转时，除了上面提到的以外，其低压侧上承受较低负荷（低温及小压差）的U形密封件是由填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂做的，其性能虽不及玻璃增强聚四氟乙烯树脂材料，也能满足上述的环境条件。填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂做的U形密封件不大会磨掉铝基材料做的零件，而且也不贵，所以密封背压室的成本是低的。

权利要求（3）中规定的涡壳式流体机械在运转时，其背压室低压侧的U形密封件在装配时能使与U形密封件作滑动配合的零件不是铝材做的定涡壳，而是不易磨损的黑色金属材料做的排气盖，这样提供了优良的密封性能。

如上所述，据本发明权利要求（1）所谈，在定涡壳采用铝基材料时，背压室的高压室侧也能密封，虽然这样的密封曾被认为是难以达到的。

据本发明的权利要求（2）所谈，填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂做的U形密封件具有必要的性能，而且也不贵，它被用于密封背压室的低压侧，因此，背压室的密封费用也不高。

据本发明的权利要求（3）所谈，背压室低压侧的U形密封件装配时，（能使与U形密封件作滑动配合的部件不是铝材做的定涡壳，而是不易磨损的黑色金属材料做的排气盖。这样能提供较可靠的、高性能的密封。

图1是表示密封背压室的U形密封件周围结构的剖面图，它示出了合乎本发明第一个实施例的涡壳式压缩机的主要部分。

图2是表示应用本发明的涡壳式压缩机结构剖面图。

图3是表示密封背压室的U形密封件周围结构的剖面图，示出了合乎本发明第二个实施例的涡壳式压缩机的主要部分。

图4是常规的涡壳式压缩机的压缩机部件示例性剖视图。

图5是表示组成压缩机部件的定涡壳与动涡壳叶片啮合情况的剖面图。

本发明第一个实施例将参照图1及图2作如下说明。

图2表示应用本发明的涡壳式压缩机的结构，图中标号1表示密封外壳。

密封外壳1做成直立的圆筒形，在密封外壳1内腔的上面安放一个黑色金属材料做的排气盖2，将密封外壳1的内腔沿轴向隔开。以此排气盖2为界线，密封外壳1的内腔被分成上下两部分：上面是高压侧3，下面是低压侧4。

在密封外壳1低压侧4的下部装上一台马达5，而在上部装上涡壳式压缩机部件6，马达5与压缩机部件6之间伸着一根转轴7。

马达5的静子8压入密封外壳1的内壁中，并由内壁支承住，转子9装在静子8的内侧。转子9固定在转轴7的下半截上，并通过转轴7输出转动。端子10装在密封外壳1的外圆上，并与静子8连接。

涡壳式压缩机部件6的定涡壳11是铝基材料制造的，动涡壳16同样是铝基材料制造，它们彼此啮合。

动涡壳11包括底板12，排列在底板12内侧表面的螺旋形叶片13（与图5上所示的叶片一样），以及围绕叶片13的周壁14。底板中央是排气口15。

动涡壳16上有底板17和排列在底板17内侧表面的螺旋形叶片18（与图5上所示的叶片一样）。在其底板外侧表面中央有圆柱形轮毂19。

定涡壳11与动涡壳16组装起来，使叶片13和叶片18以180°的相位角（预先确定的角度）相啮合。因此，在两底板包住的叶片之间形成了许多月牙形闭合空间20（与图5上所示的闭合空间一样），为压缩过程的进行创造条件。

组合好的涡壳11及16装在排气盖2与框形主架21之间，主架安装在低压侧4的上端。组合涡壳中定涡壳11在上，动涡壳16在下。

动涡壳16的底板17搁在主架21上部表面上的水平支承面21a上，并可在其上滑动。

定涡壳11支承在承簧22上，因而与主架21外圈的环形壁21b能作轴向相对移动。具体地讲，定涡壳11上有卡扣23伸到环形壁21b的端面，这样，卡扣23经过承簧22就定位在环形壁21b的上部。

定涡壳11的环形壁14上的吸气孔（图上未表示）与环形壁14旁的空间29相通，进气道（图上未示）开在主架21内并与主架21的两侧相通，进气管30接到密封外壳1的外表面，直通低压侧4，因此可让外界气体进入压缩机部件6。

传动衬套25经转动轴承24插入动涡壳16的轮毂19中，此传动衬套25的导入孔25a是个有一定半径的通孔。

转轴7的上端穿过主架21伸向动涡壳16的底板中央。转轴7的上端由主架21穿孔部位内的上轴承26作滑动支承。在转轴7的上端伸出一偏心销轴27，此偏心销轴237滑进导入孔25a内，所以，当转轴7转动时，动涡壳16就绕定涡壳11的轴线旋转。

在动涡壳16的端面17与主架21的支承面21a中间装一转动约束机构，如奥德姆氏环，此机构容许动涡壳16公转，但阻止其自转。

动涡壳16在作奥德姆氏环28和偏心销轴27规定的公转时，闭合空间20的容积逐渐减小。于是，利用这一闭合空间20就可压缩气体。

在定涡壳11的底板12的顶面上，伸出一大一小两个圆筒形凸缘，即第一凸缘31和第三凸缘32，它们的中心线与底板12的轴线重合。

排气盖2的内表面上的圆筒形第二凸缘突向第一凸缘31与第三凸缘32之间的环形凹槽33。这个第二凸缘34滑入凹槽33中，换言之，第二凸缘34与第一凸缘31及第三凸缘32接合。

在第二凸缘34与滑过的两凸缘31及32的侧面之间分别放入两个U形密封件35及35。因此，排气盖2内表面与和它相对的定涡壳11底板背面中间的背压室6a被分隔成压力不同但同心的几个背压室。

于是，被U形密封件35分割的中心区，即被排气盖2中央部分覆盖的、底板12顶部以上的中心区就是高压室36，同样，被U形密封件35分割的中间区，即被排气盖2中间区覆盖的、底板12顶面上的中间区是中压区37。此外，中压室37的外侧就是低压区，它占用空间29，压力和吸气压力同。

本发明采用的结构中背压式6a，6a是密封的。

现对背压室6a，6a的密封结构作描述。高压室侧的U形密封件是玻璃增强聚四氟乙烯树脂做的U形密封件35a，适合在高温和大压差条件下使用。一种型号的聚四氟乙烯树脂是特氟隆（Teflon，杜邦公司商标名）。

U形密封件35a的装配方式示于放大剖面图图1。

标号60表示在凸缘32的外圆表面上开出的台阶。台阶60的水平面60a在凸缘32的底边上，而垂直面60b则从水平面60a连续伸到顶边。

密封槽61是由台阶60及排气盖2第二凸缘34内侧圆柱面所围成的环形槽。

密封槽61内装上U形密封件35a，其密封的短边（闭合边），即挤压方向，面向水平面60a。

这样装配的U形密封件35a受到高压室36的压力时贴紧水平面60a。这就是说，U形密封件35a装配好以后贴紧在定涡壳11上。

于是，U形密封件35a卡在定涡壳11上，其滑动配合的零件是凸缘34的内圆表面，即不易磨损的黑色金属材料做的排气盖2。

低压侧的U形密封件35b是填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂做的，适合于低温侧的密封;因为那里的温度和压差比高温室侧的小。一种型号的填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂是前面提到的特氟隆（Teflon）添加埃克诺（Econol商品名）。

U形密封件35b的装配方式如图1放大截面图所示。

标号62代表凸缘34内圆表面上形成的台阶。台阶62的水平面62a在凸缘34的底边上，垂直面62b从水平面62a连续伸到顶边。

密封槽63是由台阶62及定涡壳11第一凸缘内圆表面所围成的环形槽。

密封槽63内装上U形密封件35b，其密封短边（闭合边），即挤压方向，面向水平面62a。

这样装配的U形密封件35b受到来自中压室37的压力时，贴紧水平面62a。这就是说，U形密封件35b装配好以后紧贴在排气盖2上。

在高压室36，中压室37，及低压室三者之中，高压室36与排气口15相通，中压室37穿过底板12上的导压孔38与压力不大的闭合空间20相通。当高压气体及中压气体分别进入高压室及中压室时，U形密封件35a及35b将它们密封住，这时浮在上面的定涡壳轴沿向压紧在动涡壳16上。

动涡壳16的边缘部分与定涡壳11上环形壁14的轴向端面滑动接触，其上还装上环形抗磨薄片40。此抗磨薄片40可防止动涡壳16运转时与转动方向相反的力磨损。

止回阀42装在排气口15上，以防止倒流。排气口15与被以高压侧3的空间为界的排气室43相通。此排气室又与密封外壳1顶盖上的排气管44相通，所以，排入排气室43的气体可排放到密封外壳1的外面。

转轴7的下端部伸到密封壳体1的内底附近，且由装在低压侧4下端的下转动轴承45支撑。

转轴7的下端装一压力供给机构-油泵49，该油泵靠泵体47内动环48的摆动产生抽汲作用，例如通过偏心轴46的转动。油泵49的吸油口（图上未示）与密封外壳1内底部的油箱51相通，从而可抽汲油箱51中储存的润滑油51a。油泵49的出油口穿过转轴7中加工出来的油路通到压缩机部件6的滑动部分，因此，油箱51中的润滑油51a可在压力下供应到任何需要润滑的地方。

溢流伐49a装在油泵49的出油口，在油压超过预定值时将油51a流回到油箱51。

标号52代表露在封闭外壳1外面的端子10上的外罩。

下面说明上述结构的涡壳式压缩机的操作。当马达10通过端子10通电时，转子9就转动起来。转子9的旋转通过转轴7传递给油泵49。

然后，油泵49的偏心销轴46作偏心转动，于是动环40就摆动起来。

于是，油箱51中的润滑油51a从油泵49的吸油口被抽汲，并从出油口排出。排出的润滑油51a在压力下通过油路50输送到需要润滑油51a的零件，如压缩机部件6的滑动部分。

另一方面，马达5的旋转经过转轴7传递给动涡壳16，偏心销轴27，以及轮毂19。

由于动涡壳16的旋转受到奥德姆氏环28的约束，所以整个动涡壳16不是作自转，而是以定涡壳11的轴心为中心，在一定回转半径的圆形轨迹上作公转。

定涡壳11与动涡壳16之间形成的闭合空间20由于这样的回转运动而发生变化，结果其容积变小。

按这样的转动方式，被吸气体经吸气管30，低压侧40，吸气道及吸气口（后二者均未在图上表示），进入叶片13及18的最外层，并从该区吸入到闭合空间20。

由于动涡壳16的回转运动使闭合空间20的容积减小，吸入的气体逐渐受压缩，同时到达动涡壳的中心部位。

这时，达到出口压力的气体经过排气孔15送到高压室36，而压力稍低的中间压力的气体经过导压孔38送到中压室37。

定涡壳11受高压室36中的排气压力及中压室7中的中压的作用压紧动涡壳16。

这时，高压室中的排气压力将U形密封件35a贴紧定涡壳11，而中间压力将U形密封件35b贴紧排气盖2。

在定涡壳11移向动涡壳16的同时，U形密封件35a与凸缘34（排气盖2）之间，U形密封件35b与凸缘31（定涡壳11）之间均发生滑移。

这样，在闭合空间中进行着压缩过程，而漏气也被阻止。

压缩到预定压力的气体由排气口15，经止回阀42，排气室43，及排气管44，最终排列密封外壳1的外面。

涡壳式压缩机工作时，在高压室36和中压室37之间起密封作用的U形密封件35a受到高温及大压差的作用。但是高温和大压差不会损害U形密封件35a的密封性，因为它是用玻璃增强聚四氟乙烯树脂制造的。

装配好的U形密封件35a，其受压推进方向是对着定涡壳11的。所以，U形密封件35a的滑动配合零件不是那易被玻璃增强聚四氟乙烯树脂材料磨损的铝基材料做的定涡壳，而是不易磨损的黑色金属材料做的排气盖2。

因此，当定涡壳11采用铝基材料时，虽然这样的密封曾被认为难以实现，但高压室36侧还是达到了密封。

背压室16a低压侧的温度和压差均比高压室36侧为小，低压侧的密封件的性能满足上述环境条件，虽然其性能不如玻璃增强聚四氟乙烯树脂做的密封件。U形密封件35b是填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂做的，它不大会磨坏铝材做的零件，而且还不贵，因此密封背压室6a的成本低。

图3示出本发明的第二个实施例。

在此实施例中，低压侧的U形密封件35b被安装好，以便压住定涡壳11，而不是压住排气盖2。

特殊之处是，密封槽70是在凸缘31内圆面旁边切成的环形凹槽。U形密封件35b装在密封槽70内，其根部面向凹槽底面。在凸缘34外周表面旁边切出的环形凹槽71外侧有一凸台71a，它插在U形密封件35b的外侧表面和与此表面相对的凹槽侧面之间。

如果U形密封件35b按上面描述那样装配，则其滑动配合零件将不是铝基材料做的定涡壳11，而是不易磨损的黑色金属材料做的排气盖2。这样提供了较为可靠且性能好的密封，并确保有长的使用期限（安全性）。

在第二实施例中，和上述第一实施例的标号相同时，表示的元件也相同，对这些元件的说明也就省略了。

虽然本发明已应用于两个上面提到的实施例中的涡壳式压缩机，但本发明不限于应用在涡壳式压缩机，而能应用到其它涡壳式流体机械，包括膨胀机。

Claims (3)

1、一种涡壳式流体机械包括：

压缩机部件，其中可轴向移动的定涡壳与动涡壳相啮合；

排气盖，它位于所说的定涡壳的底板背面上，与该定涡壳底板共同构成背压室；

所说的定涡壳从所说的底板背面上凸出两个同心的第一凸缘和第三凸缘；

所说的排气盖从其内侧表面凸出一个与定涡壳上所说的凸缘同心的第二凸缘，并与所说的第一及第三凸缘接合；

在所说的第一及第三凸缘，所说的底板，及所说的第二凸缘中间形成了所说的背压室，其中常引入比同心圆中央的排气高压室内压力为低的压力；以及

U形密封件，它放在将所说的背压室分隔成高压室侧和低压侧的诸凸缘之间，在所说的凸缘之间起密封作用，

其特征在于：

所说的定涡壳是铝基材料制造的，而所说的排气盖是钢铁材料制成的，还有

放在所说的背压室的高压室侧和低压侧中间任一U形密封件，起码是高压室侧的U形密封件，是用玻璃增强聚四氟乙烯树脂做的，且在装配时紧贴所说的铝材做的定涡壳。

2、根据权利要求1的涡壳式流体机械，其特征在于，低压侧的所说的U形密封件是填充芳香族树脂的聚四氟乙烯树脂做的。

3、根据权利要求1或2的涡壳式流体机械，其特征在于，低压侧的U形密封件装配时紧贴所说的铝基材料做的定涡壳。

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