CN110418890B - 顶封及使用该顶封的涡旋流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在壁体设置连续的倾斜部的情况下，也能够提高设置于壁体的齿尖的顶封的耐久性的顶封。本发明的顶封，其具备：顶封倾斜部(7A)，设置于高度在涡旋方向连续变化的壁体的槽部；及顶封平坦部(7B)，设置于高度在涡旋方向恒定的壁体的槽部，且与顶封倾斜部(7A)相邻，在除顶封倾斜部(7A)与顶封平坦部(7B)之间相邻区域以外的位置形成有凹部(8)。

Description

顶封及使用该顶封的涡旋流体机械

技术领域

本发明涉及一种顶封及使用该顶封的涡旋流体机械。

背景技术

通常，已知有一种使在端板上设置有涡旋状的壁体的固定涡旋部件与回旋涡旋部件啮合以进行公转回旋运动，从而将流体进行压缩或膨胀的涡旋流体机械。

作为这种涡旋流体机械，已知有一种专利文献1所示的所谓阶梯式涡旋压缩机。该阶梯式涡旋压缩机中，在沿固定涡旋及回旋涡旋的涡旋状的壁体的齿尖面及齿根面的涡旋方向的位置分别设置有阶梯部，以各阶梯部为界，壁体的外周侧的高度比内周侧的高度高。阶梯式涡旋压缩机不仅沿壁体的周向被压缩，而且沿高度方向也被压缩(三维压缩)，因此与不具备阶梯部的一般的涡旋压缩机(二维压缩)相比，能够加大排放量并增加压缩机容量。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-55173号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，阶梯式涡旋压缩机存在阶梯部的流体泄漏严重的问题。并且，存在应力集中于阶梯部的根部部分致使强度下降的问题。

针对此，发明人等对代替设置于壁体及端板的阶梯部而设置连续的倾斜部的情况进行了研究。

在壁体的前端即齿尖，用于容纳顶封的槽部沿壁体的涡旋方向形成。顶封在涡旋压缩机运转时一边与和齿尖对置的齿根滑动一边接触，从而抑制流体泄漏。

在设置有与壁体的倾斜部相邻而高度恒定的壁体的平坦部的情况下，顶封收纳于形成于壁体的倾斜部和壁体的平坦部的槽部。此时，即使在壁体进行回旋运动，顶封的平坦部与对置的端板(齿根)的距离也恒定。另一方面，顶封的倾斜部随着壁体的回旋运动而相对于对置的端板(齿根)反复地进行靠近分离。因此，在顶封的平坦部与顶封的倾斜部之间的相邻区域产生反复应力，而有可能产生破损。

并且，顶封的倾斜部相对于对置的端板(齿根)反复地进行靠近分离，因此存在磨损比平坦部更严重的问题。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种即使在壁体设置有连续的倾斜部的情况下，也能够提高设置于壁体的齿尖的顶封的耐久性的顶封及使用该顶封的涡旋流体机械。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明的顶封及使用该顶封的涡旋流体机械采用以下方案。

本发明的一方式所涉及的顶封设置于形成于涡旋流体机械的涡旋状的壁体的齿尖的槽部且为树脂制，该顶封具备：倾斜部，设置于高度在涡旋方向连续变化的所述壁体的所述槽部；及平坦部，设置于高度在涡旋方向恒定的所述壁体的所述槽部，且与所述倾斜部相邻，在除所述倾斜部与所述平坦部之间的相邻区域以外的位置形成有凹部。

即使在涡旋状的壁体进行回旋运动时，顶封的平坦部与对置的壁部(齿根) 的距离也恒定。另一方面，顶封的倾斜部随着涡旋状的壁体的回旋运动，而相对于对置的壁部(齿根)反复地进行靠近分离。因此，在顶封的平坦部与倾斜部之间的相邻区域产生反复应力，而有可能产生破损。

并且，制作顶封时，经树脂成型而脱模时，通过挤出销进行挤压而从模具中取出。此时在顶封的表面形成凹部。若该凹部形成于顶封的平坦部与倾斜部之间的相邻区域，则因产生应力集中而容易破损。

因此，通过在除倾斜部与平坦部之间的相邻区域以外的位置形成凹部来缓和相邻区域的反复应力，由此减少相邻区域的破损的风险。

作为形成凹部的顶封的表面，可列举出对置的壁部(齿根)侧的表面或其背面或侧面。

而且，本发明的一方式所涉及的顶封中，所述凹部设置于从所述平坦部与所述倾斜部的连接位置距离所述平坦部的宽度的2倍以上的位置。

若将凹部设置于从平坦部与倾斜部的连接位置距离平坦部的宽度的2倍以上的位置，则成为在连接位置产生的反复应力不会对凹部产生较大影响的区域，因此优选。

另外，平坦部的宽度表示与顶封的长度方向正交的方向的尺寸，典型地为与倾斜部的宽度相等的尺寸。

而且，本发明的一方式所涉及的顶封中，所述倾斜部比所述平坦部厚。

倾斜部相对于对置的壁部(齿根)反复地进行靠近分离，因此磨损比平坦部更严重。因此，通过将倾斜部设为比平坦部厚来提高耐磨性。

另外，倾斜部及平坦部的厚度表示壁体的直立设置方向的尺寸。

而且，本发明的一方式所涉及的顶封中，所述倾斜部的材料比所述平坦部耐磨性高。

倾斜部相对于对置的壁部(齿根)反复地进行靠近分离，因此磨损比平坦部更严重。因此，将倾斜部设为了比平坦部耐磨性高的材料。作为耐磨性高的材料，可列举出PEEK(Poly Ether Ether Ketone：聚醚醚酮)或PTFE(poly tetrafluoroethylene：聚四氟乙烯)或对母材实施DLC(Diamond-Like Carbo n：类金刚石碳)涂层或PTFE涂层的材料。作为平坦部的材料，通常使用PPS (Poly phenylene sulfide：聚对苯硫醚)。

而且，本发明的一方式所涉及的顶封其在所述倾斜部与所述平坦部的连接位置被分割。

通过在倾斜部与平坦部的连接位置进行分割，能够避免连接位置上因弯曲而产生反复应力。

并且，本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械，其具备：第1涡旋部件，在第1端板上设置有涡旋状的第1壁体；及第2涡旋部件，在与所述第1端板面对配置的第2端板上设置有涡旋状的第2壁体，且该第2壁体与所述第1壁体啮合而相对地进行公转回旋运动，该涡旋流体机械具备：面对的所述第1端板与所述第2端板的对置面之间的距离从所述第1壁体及所述第2壁体的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部，在形成于与所述倾斜部相对应的所述第1壁体及所述第2壁体的齿尖的槽部设置有接触对置的齿根而密封流体的上述任一项中所述的顶封。

发明效果

因此，通过在除顶封的倾斜部与平坦部之间的相邻区域以外的位置形成凹部来缓和相邻区域的反复应力，由此能够减少相邻区域的破损的风险。

通过将顶封的倾斜部设为比平坦部厚，能够提高顶封的倾斜部的耐磨性。

附图说明

图1A为表示本发明的一实施方式所涉及的涡旋压缩机的固定涡旋及回旋涡旋的纵向剖视图。

图1B为从壁体侧观察固定涡旋的俯视图。

图2为表示图1A、图1B的回旋涡旋的立体图。

图3为表示设置于固定涡旋的端板平坦部的俯视图。

图4为表示设置于固定涡旋的壁体平坦部的俯视图。

图5为表示沿涡旋方向展开示出的壁体的示意图。

图6为放大示出图1B的符号Z的区域的局部放大图。

图7A表示图6中所示部分的顶封间隙，该图为表示顶封间隙相对小的状态的侧视图。

图7B表示图6中所示部分的顶封间隙，该图为表示顶封间隙相对大的状态的侧视图。

图8为壁体的齿尖周边的横向剖视图。

图9为表示顶封的倾斜部与平坦部的连接位置周边的立体图。

图10为表示图9的变形例的立体图。

图11为表示与不具有阶梯部的涡旋的组合的纵向剖视图。

图12为表示与阶梯式涡旋组合的纵向剖视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的一实施方式进行说明。

图1A、图1B中示出涡旋压缩机(涡旋流体机械)1的固定涡旋(第1涡旋部件)3 及回旋涡旋(第2涡旋部件)5。涡旋压缩机1例如被用作对进行空调等的制冷循环的气体制冷剂(流体)进行压缩的压缩机。

固定涡旋3及回旋涡旋5为铝合金制或铁制等金属制的压缩机构，其容纳于未图示的壳体内。固定涡旋3及回旋涡旋5从外周侧吸入被导入壳体内的流体，从固定涡旋3的中央的排出端口3c向外部排出压缩后的流体。

固定涡旋3固定于壳体，如图1A所示具备大致圆板形状的端板(第1端板)3a及直立设置于端板3a的一侧面上的涡旋状的壁体(第1壁体)3b。回旋涡旋5具备大致圆板形状的端板(第2端板)5a及直立设置于端板5a的一侧面上的涡旋状的壁体(第2壁体)5b。各壁体3b、5b的涡旋形状例如使用渐开曲线和阿基米德曲线来定义。

固定涡旋3与回旋涡旋5距其中心分离回旋半径ρ，将壁体3b、5b的相位错开180°而啮合，并以两个涡旋的壁体3b、5b的齿尖与齿根之间在常温下具有一点点高度方向的间隙(顶隙)的方式组装。由此，在两个涡旋3、5之间被其端板3a、5a和壁体3b、5b包围而形成的多对压缩室相对于涡旋中心对称而形成。回旋涡旋5通过未图示的十字环等防自转机构绕固定涡旋3进行公转回旋运动。

如图1A所示，设置有面对的两个端板3a、5a之间的对置面之间的距离L 从涡旋状的壁体3b、5b的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部。

如图2所示，在回旋涡旋5的壁体5b设置有高度从外周侧朝向内周侧连续减少的壁体倾斜部5b1。在该壁体倾斜部5b1的齿尖所对置的固定涡旋3的齿根面设置有根据壁体倾斜部5b1的斜率而倾斜的端板倾斜部3a1(参考图1 A)。由这些壁体倾斜部5b1及端板倾斜部3a1而构成连续的倾斜部。同样，在固定涡旋3的壁体3b也设置有高度从外周侧朝向内周侧连续倾斜的壁体倾斜部3b1，与该壁体倾斜部3b1的齿尖对置的端板倾斜部5a1设置于回旋涡旋 5的端板5a。

另外，本实施方式中所说的倾斜部中的连续性的含义并不限定于平滑地连接的倾斜，也包括加工时不可避免地产生的小阶梯部连接成台阶状而倾斜部总体呈连续倾斜的情况。但是，不包括如阶梯式涡旋的大阶梯部。

在壁体倾斜部3b1、5b1和/或端板倾斜部3a1、5a1实施有涂层。作为涂层例如可举出磷酸锰处理和镀镍磷等。

如图2所示，在回旋涡旋5的壁体5b的最内周侧与最外周侧分别设置有高度恒定的壁体平坦部5b2、5b3。这些壁体平坦部5b2、5b3绕回旋涡旋5的中心02(参考图1A)遍及180°的区域设置。在壁体平坦部5b2、5b3与壁体倾斜部5b1所连接的位置分别设置有成为弯曲部的壁体倾斜连接部5b4、5b5。

在回旋涡旋5的端板5a的齿根同样也设置有高度恒定的端板平坦部5a2、 5a3。在这些端板平坦部5a2、5a3也绕回旋涡旋5的中心遍及180°的区域设置。在端板平坦部5a2、5a3与端板倾斜部5a1所连接的位置分别设置有成为弯曲部的端板倾斜连接部5a4、5a5。

如图3及图4中阴影所示，在固定涡旋3与回旋涡旋5同样设置有端板平坦部3a2、3a3、壁体平坦部3b2、3b3、端板倾斜连接部3a4、3a5及壁体倾斜连接部3b4、3b5。

图5中示出沿涡旋方向展开示出的壁体3b、5b。如该图所示，最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2遍及距离D2设置，最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3遍及距离D3设置。距离D2及距离D3分别为相当于绕各涡旋3、5的中心01、02 呈180°的区域的长度。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D1设置。若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，则壁体倾斜部3b1、5b1的斜率φ为下式。

φ＝tan^-1(h/D1)……(1)

如此，倾斜部中的斜率φ相对于涡旋状的壁体3b、5b所延伸的周向恒定。

图6中示出图1B中用符号Z表示的区域的放大图。如图6所示，在固定涡旋3的壁体3b的齿尖设置有顶封7。顶封7为PPS(Polyphenylenesulfide) 等树脂制，其与对置的回旋涡旋5的端板5a的齿根接触来将流体进行密封。顶封7容纳于在壁体3b的齿尖遍及周向而形成的顶封槽3d内。压缩流体进入该顶封槽3d内，从背面挤压顶封7而向齿根侧挤出，从而使其与对置的齿根接触。另外，在回旋涡旋5的壁体5b的齿尖也同样设置有顶封。

如图7A、图7B所示，壁体3b的高度方向上的顶封7的高度Hc在周向上恒定。

若两个涡旋3、5相对地进行公转回旋运动，则齿尖与齿根的位置相对地错开相当于回旋直径(回旋半径ρ×2)的量。由于该齿尖与齿根的错位，在倾斜部，齿尖与齿根之间的顶隙发生变化。例如图7A中示出的顶隙T小，图7 B中示出的顶隙T大。关于顶封7，该顶隙T即使因回旋运动发生变化，也通过压缩流体从背面挤压到端板5a的齿根侧，因此能够进行跟踪密封。

图8中示出从与固定涡旋3的壁体3b的涡旋方向正交的切割面观察的齿尖周边的横向剖视图。另外，回旋涡旋5的齿尖及顶封7也呈相同的结构。形成于壁体3b的前端的顶封槽3d内容纳有顶封7。顶封7的横截面大致呈矩形形状，其具有对置的端板侧即齿尖侧的表面7a以及其背面7b及侧面7c。顶封 7的表面7a与所对置的端板的齿根接触来进行密封。

图9中示出顶封7的顶封倾斜部7A与顶封平坦部7B的连接区域周边。顶封倾斜部7A设置于壁体倾斜部3b1、5b1(参考图5)，顶封平坦部7B设置于壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3(参考图5)。

顶封倾斜部7A与顶封平坦部7B成型为一体，且固定于连接位置C1。另外，在连接位置C1，可以为了平滑地连接而在表面7a或背面7b设置倒角。

在顶封7的表面7a，沿顶封7的长度方向隔着规定间隔而形成有多个凹部 8。凹部8在将顶封7进行树脂成型而脱模时，通过挤出销进行挤压而从模具中取出时，在顶封7的表面7a作为轨迹形成挤出销的头部形状。

顶封倾斜部7A如使用图7A、图7B所说明的，顶隙T根据涡旋3、5的回旋运动而变化，因此相对于对置的齿根进行靠近分离。因此，在顶封倾斜部7A与顶封平坦部7B的连接位置C1，因弯曲而产生反复应力。考虑这个因素，各凹部8 避开夹着连接位置C1的相邻区域而设置。作为相邻区域，设定为从连接位置C 1距离与顶封7的长度方向正交的尺寸即顶封宽度Tw的2倍的区域。因此，凹部8设置于从连接位置C1距离顶封宽度Tw的2倍以上的位置。

上述涡旋压缩机1如下进行工作。

通过未图示的电动马达等的驱动源，回旋涡旋5绕固定涡旋3进行公转回旋运动。由此，从各涡旋3、5的外周侧吸入流体，向被各壁体3b、5b及各端板3a、5a包围的压缩室吸收流体。压缩室内的流体随着从外周侧朝向内周侧移动而依次被压缩，最终从形成于固定涡旋3的排出端口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，也沿壁体3b、5b的高度方向被压缩而进行三维压缩。

根据本实施方式，起到以下作用效果。

通过在除顶封倾斜部7A与顶封平坦部7B之间的相邻区域以外的位置形成凹部8来缓和相邻区域的反复应力，由此能够减少相邻区域的破损的风险。

另外，对在顶封7的表面7a形成凹部8的结构进行了说明，但也可以在顶封7的背面7b或侧面7c设置凹部8。

并且，作为本实施方式的变形例，如图10所示，也可以将顶封倾斜部7A 的高度设为比顶封平坦部7B的高度大，即加大厚度来提高耐磨性。

并且，顶封倾斜部7A的材料也可以使用比顶封平坦部7B耐磨性高的材料。例如，可以在顶封倾斜部7A中采用PEEK(Poly Ether Ether Ketone)或PTF E(polytetrafluoroethylene)，也可以对PPS(Poly phenylene sulfide) 等的母材实施DLC(Diamond-Like Carbon)涂层或PTFE涂层。此时，作为顶封平坦部7B的材料使用PPS等。

并且，也可以在顶封倾斜部7A与顶封平坦部7B之间的连接位置C1进行分割。由此，能够避免在连接位置C1因弯曲而产生反复应力。

并且，本实施方式中，将端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1设置在了两个涡旋3、5，但也可以设置于其中任一个上。

具体而言，如图11所示，在一个壁体(例如回旋涡旋5)设置壁体倾斜部 5b1，在另一个端板3a设置端板倾斜部3a1的情况下，另一个壁体与一个端板 5a可以为平坦。

并且，如图12所示，也可以是与以往的阶梯式形状组合的形状即与在固定涡旋3的端板3a设置端板倾斜部3a1，另外在回旋涡旋5的端板5a设置有阶梯部的形状进行组合。

并且，本实施方式中，设置了壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3，但也可以省略内周侧或外周侧的平坦部而将倾斜部延长至整个壁体3b、5b来设置。

并且，本实施方式中，作为涡旋压缩机进行了说明，但在用作膨胀机的涡旋膨胀机中也能够应用本发明。

符号说明

1-涡旋压缩机(涡旋流体机械)，3-固定涡旋(第1涡旋部件)，3a-端板(第1端板)，3a1-端板倾斜部，3a2-端板平坦部，3a3-端板平坦部，3a4- 端板倾斜连接部，3a5-端板倾斜连接部，3b-壁体(第1壁体)，3b1-壁体倾斜部，3b2-壁体平坦部，3b3-壁体平坦部，3b4-壁体倾斜连接部，3b5-壁体倾斜连接部，3c-排出端口，3d-顶封槽，5-回旋涡旋(第2涡旋部件)，5a-端板(第2端板)，5a1-端板倾斜部，5a2-端板平坦部，5a3-端板平坦部，5a4- 端板倾斜连接部，5a5-端板倾斜连接部，5b-壁体(第2壁体)，5b1-壁体倾斜部，5b2-壁体平坦部，5b3-壁体平坦部，5b4-壁体倾斜连接部，5b5-壁体倾斜连接部，7-顶封，7a-表面，7b-背面，7c-侧面，7A-顶封倾斜部，7B-顶封平坦部，8-凹部，C1-连接位置，L-对置面之间的距离，T-顶隙，Tw-顶封宽度，φ-斜率。

Claims (6)

1.一种顶封，其用于涡旋流体机械，所述涡旋流体机械具备：

第1涡旋部件，在第1端板上设置有涡旋状的第1壁体；及

第2涡旋部件，在与所述第1端板面对配置的第2端板上设置有涡旋状的第2壁体，且该第2壁体与所述第1壁体啮合而相对地进行公转回旋运动，

所述顶封为设置于形成于所述涡旋流体机械的涡旋状的所述第1壁体及所述第2壁体的齿尖的槽部的树脂制顶封，该顶封具备：

倾斜部，设置于高度在涡旋方向连续变化的所述第1壁体及所述第2壁体的所述槽部；及

平坦部，设置于高度在涡旋方向恒定的所述第1壁体及所述第2壁体的所述槽部，且与所述倾斜部相邻，

所述倾斜部以在进行所述公转回旋运动期间即使所述第1壁体及所述第2壁体的齿尖与所述第1端板及所述第2端板的齿根之间的顶隙发生变化，也与所述第1端板及所述第2端板的齿根接触的方式，相对于所述平坦部倾斜，

在除所述倾斜部与所述平坦部之间的相邻区域以外的位置形成有凹部。

2.根据权利要求1所述的顶封，其中，

所述凹部设置于从所述平坦部与所述倾斜部的连接位置距离所述平坦部的宽度的2倍以上的位置。

3.根据权利要求1或2所述的顶封，其中，

所述倾斜部比所述平坦部厚。

4.根据权利要求1或2所述的顶封，其中，

所述倾斜部的材料比所述平坦部耐磨性高。

5.根据权利要求1或2所述的顶封，其在所述倾斜部与所述平坦部的连接位置被分割。

6.一种涡旋流体机械，其具备：

第1涡旋部件，在第1端板上设置有涡旋状的第1壁体；及

第2涡旋部件，在与所述第1端板面对配置的第2端板上设置有涡旋状的第2壁体，且该第2壁体与所述第1壁体啮合而相对地进行公转回旋运动，

该涡旋流体机械具备：

倾斜部，面对的所述第1端板与所述第2端板的对置面之间的距离从所述第1壁体及所述第2壁体的外周侧朝向内周侧连续减少，

在形成于与所述倾斜部相对应的所述第1壁体及所述第2壁体的齿尖的槽部设置有与对置的齿根接触来将流体进行密封的权利要求1至5中任一项所述的顶封。

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