CN1123888A - 涡型流体机械 - Google Patents

Abstract

通过防止压缩室漏泄、增加压缩室的气密性和保证作圆周运动的涡型件平稳地运动，获得了一种具有高效率和高可靠度的涡型压缩机。支承在第一框架上并可沿轴向轻微移动的第二框架，装设在作圆周运动的涡型件背部。在第二框架的背部施加一个力，而作圆周运动的涡型件轻微的轴向移动量，受到固定涡型件和第二框架的限制。其结果是，这两个涡型件紧密接触，或带有一个小间隙地互相闭合，保证了涡型件的平稳移动，因此可以获得一种具有高效率和高可靠度的涡型压缩机。

Description

涡型流体机械

本发明涉及一种涡型流体机械，更具体地说，涉及一种适用于作为空调机和冰箱的制冷压缩机以及空气压缩机的涡型压缩机。

在传统的涡型压缩机中，一个固定的涡型件和一个作圆周运动的涡型件各由端板和垂直于端板的涡型构件部分所组成，它们在压缩机内部通过涡型构件部分互相啮合，作圆周运动的涡型件通过一根直接与电机或类似物连接的主轴被驱动旋转，于是制冷气体被吸入由这两个涡型件构成的压缩室内，压缩室向中心部分移动，以减小压缩室的容积和增加压缩室内的压力，随后制冷气体从一个在压缩机中心部分的排气口排出。

在这种涡型压缩机中，压缩是通过这两个涡型件的涡型构件部分互相啮合来完成的，将这些涡型构件部分置于垂直方向的位置是十分重要的。如果在涡型构件部分的前端与对置的端板之间形成的间隙比所需要的大，制冷气体便会从此间隙漏往低压侧，从而降低压缩机的性能。此外，若涡型构件部分的前端与对置的端板过分强劲地接触，则又会引起擦伤和磨损，并影响平稳地压缩。

还有，由于在压缩室内的气体有一个沿轴向企图使这两个涡型件彼此分离的力，所以要设置一个机构用于对抗这个分离力，保持这两个涡型件紧密接触或略有间隙。

例如，未经审查的日本专利申请63—80088号公开了一种密闭的涡型压缩机，在一密封壳体中的制冷气体被增压，然后制冷气体直接被排到密封壳体外面去。在这种压缩机中，在作圆周运动的涡型件端板背部设推力轴承，固定的涡型件通过一对板簧固定在密封壳体上，在固定涡型件的背部形成一个气密室。作用在气密室中的气体压力使固定涡卷沿其轴向轻微移动，并将这两个涡型件的涡型构件部分之间的间隙降到最小，从而可以避免压缩室的漏泄。

但是，在这种结构中，在压缩制冷气体时沿轴向施加在作圆周运动的涡型件上的全部推力都作用在推力轴承上。此外，当在固定涡型件背部施加气体压力，使此固定涡型件克服板簧的弹簧力而朝作圆周运动的涡型件轻微移动时，则有一个从施加在固定涡型件背部的气体压力中扣除板簧反作用力后得出的力，该力进一步将作圆周运动的涡卷沿轴向压，因此，推力轴承受到更大的力。

因此，需要一种耐高负荷的昂贵的推力轴承，并会在推力轴承与作圆周运动的涡型件端板背面之间滑动时引起摩擦力，从而造成巨大的滑动损失，它降低了压缩机的效率，并在上述滑动部位引起擦伤和过热等。

此外，在这种结构中，为了沿轴向移动固定涡型件，需要一种复杂的构造，以避免固定涡型件和作圆周运动的涡型件的涡型构件部分之间过度接触和紧靠，并避免中心轴偏移和这两个涡型件的涡型构件部分相位移。这会带来各种问题，例如，由于过度接触而减小流量和效率以及降低可靠性。

本发明的目的是提供一种涡型压缩机，它通过改进由作圆周运动的涡型件与固定涡型件构成的压缩室的气密性，减小此压缩室的漏泄。

为了达到上述目的，提供了一种涡型流体机械，它包括一个固定涡型件和一个作圆周运动的涡型件，它们各有一块端板和一个垂直于此端板的涡型构件部分，其中，作圆周运动的涡型件通过主轴与驱动装置相连，气体从出口排出，这些构件都装在一个密封的壳体中。此外，此涡型流体机械还包括一个第一框架，它定位在作圆周运动的涡型件上与此涡型件的涡型构件部分相对的一侧，它可旋转地支承着主轴并固定在密封壳体中，还包括一个第二框架，它置于第一框架与作圆周运动的涡型件之间，以承受气体压力，此压力用以将作圆周运动的涡型件压向固定涡型件。

具有上述结构的本发明的功能如下。

由第一框架支承并能沿轴向轻微移动的第二框架，定位在作圆周运动的涡型件上与此涡型件的涡型构件部分相对的一侧，而第二框架和固定涡型件则限制此作圆周运动的涡型件沿轴向的轻微移动。当压力施加在一个位于第二框架背面的气密腔中时，第二框架朝作圆周运动的涡型件轻微移动，并在此涡型件背面上滑动，因此，限制了作圆周运动的涡型件的轴向移动。作圆周运动的涡型件与固定的涡型件紧密接触或留有一个小间隙地闭合，从而避免由作圆周运动的涡型件与固定涡型件所构成的压缩室发生漏泄。因此，可以获得一种高效率和高度可靠的涡型压缩机。

图1是按本发明的一种实施例的密闭的涡型压缩机纵剖面图。

图2A和2B表示第一框架，其中图2A是平面图，图2B是纵剖面图。

图3A和3B表示第二框架，其中图3A是平面图，图3B是纵剖面图。

图4是按本发明另一种实施例的密闭的涡型压缩机纵剖面图。

图5A和5B是按本发明另一种实施例的第二框架，其中，图5A是平面图，图5B是纵剖面图。

本发明的最佳实施例借助于图1至5在下面加以说明。图1是按本发明的一种实施例的密闭的涡型压缩机纵剖面图，图2A和2B分别为表示在图1中的第一框架平面图和纵剖面图，图3A和3B分别为表示在图1中的第二框架平面图和纵剖面图，图4是按本发明另一种实施例的密闭的涡型压缩机纵剖面图，以及，图5A和5B分别为表示在图4中的第二框架平面图和纵剖面图。

如图1所示，密封的壳体10中装有压缩机械部分和电机部分。尽管在此实施例中采用电机作驱动装置，但也可以用其他驱动装置来替代电机。压缩机械部分包括一个作圆周运动的涡型件1，一个固定涡型件2，一个防转件3，一根主轴4用于驱动作圆周运动的涡型件1，一个第一框架5用于支承这些构件；以及类似构件。固定涡型件2由端板2a和垂直于端板2a的涡型构件部分2b组成。固定涡型件2还包括一个进口2c和一个排出口2d。作圆周运动的涡型件1包括一块盘式端板1a，一个垂直于端板1a的涡型构件部分1b，以及制在与涡型构件部分1b相对的表面(背面)上中凹的凸台1c。涡型件1和2的涡型构件部分1b和2b各有渐开线曲线或类似曲线的形状。固定涡型件2和作圆周运动的涡型件1互相啮合，所以它们的涡型构件部分1b和2b互相对置。

第一框架5可旋转地支承着主轴4，主轴4的一端通过在电机7中央的支承部分与电机7相连。第一框架5的外圆周面与密封壳体10的内壁相连。可旋转地支承在第一框架5的支承部分中的主轴4一端与电机7连接，主轴4的一个偏心部分插入作圆周运动的涡型件1的凸台1c中。在主轴4内制有一个输油孔41，输油孔41从偏心部分的端头贯通主轴4的全长，用来将收集在密封壳体10中的润滑油输送到上述插入部分。

在作圆周运动的涡型件1上与涡型构件部分相对的那个表面(背面)上，由作圆周运动的涡型件1的端板1a和第一框架5构成了一个气密腔，即作圆周运动的涡型件背腔11。此作圆周运动的涡型件背腔11和由涡型件1与2构成的进行压缩的压缩室通过一个制在作圆周运动的涡型件1端板1a上的通孔1d互相连通。

在作圆周运动的涡型件，背部有一个防转件奥德姆氏(Oldham’s)环3，用来防止作圆周运动的涡卷1绕它的轴线上旋转(自转)。

此外，支承在第一框架5上并能沿轴向轻微移动的第二框架6设置于作圆周运动的涡型件1背部。作圆周运动的涡型件1朝涡型构件部分方向(垂直向上)的轴向运动，受固定涡型件2的限制，它朝背部方向(垂直向下)的运动则受第二框架6的限制。

具有这种结构的涡型压缩机中，作圆周运动的涡型件，在主轴4和防转件3的作用下，与电机7的旋转相关地相对于固定涡型件转动(公转)。当由作圆周运动和固定的涡型件1与2构成的压缩室朝中心部分移动时，压缩室的容积减小，于是，从进口2c吸入压缩室的制冷气体被压缩，并从排出口2d排到密封壳体10的上部。排入密封壳体10上部的制冷气体，流过制在图2所示第一框架5外圆周上的通道5a，送到密封壳体10的下部，并经排出管15排到压缩机外。

润滑油存放在密封壳体10的底部，通过制在主轴4内的输油孔41，润滑油送往主轴4与第一框架5的支承部分之间的接合部分，和主轴4与作圆周运动的涡型件1的凸台1c之间的接合部分，因此润滑了这些接合部分。送到接合部分去的润滑油被排入作圆周运动的涡型件背腔11和密封壳体10中。排入作圆周运动的涡型件背腔11中的润滑油，用于润滑第二框架6和作圆周运动的涡型件1之间或和防转件3之间的滑动部分；或从制在作圆周运动的涡型件1上的通孔1d或从作圆周运动的涡型件1的外圆周，通入由两个涡型件1和2构成的压缩室内，用于密封涡型件1和2或压缩室的滑动部分。在完成压缩后，润滑油与制冷气体一起经排出口2d排入密封壳体10，并贮存在密封壳体10的底部。

由于制在作圆周运动的涡型件1背部的气密腔(作圆周运动的涡型件背腔11)，通过通孔1d与涡型件1和2构成的在其中进行压缩的压缩室连通，所以在作圆周运动的涡型件背腔11中的压力保持在进口压力和出口压力之间。

在另一方面，有一个大体等于出口压力或在进口压力和出口压力之间的压力被通往气密腔(第二框架背腔)12，此气密腔12支承在第一框架5上，并在可沿轴向移动的第二框架6的背部构成(在本实施例中出口压力是经通孔5b施加的)，并至少保持此气密腔中有高于在作圆周运动的涡型件背腔11中的压力。

其结果是，第二框架6沿轴向移动，并与作圆周运动的涡型件的端板1a滑动接触，因此，将作圆周运动的涡型件1压向固定涡型件2，并限制了作圆周运动的涡型件1的轴向移动。

作用在作圆周运动的涡型件1背面上的轴向力，是第二框架6的力、作用在作圆周运动的涡型件1的凸台1c内大体等于出口压力的润滑油压力、以及在作圆周运动的涡型件背腔11中的压力的总和。

在另一方面，由涡型件1和2构成的压缩室内的压力引起的轴向力，沿着使涡型件1和2分离的方向作用在作圆周运动的涡型件1上。

因此，为克服此由压缩室内的压力引起的垂直向下作用的力，有一个力施加在作圆周运动的涡型件1的背面，使作圆周运动的涡型件1沿轴向轻微移动，并与固定涡型件2进行紧密接触。在作圆周运动的涡型件背腔11中的压力，由在作圆周运动的涡型件背腔11中此作圆周运动涡型件端板1a的受压面积，以及与压缩室在压缩中途连通的通孔1d的位置任意决定。作用在第二框架6背面上的力，也可以通过改变在第二框架背腔12中的第二框架2的受压面积、或导入出口压力或在压缩室内的压缩中途的压力来调定。

因此，可以保证平稳地移动作圆周运动的涡型件1，保持由作圆周运动的涡型1和固定涡型件2构成的压缩室的气密性，以及保持有高的效率。

另一种实施例表示在图4和5中。在图4所示之实施例中，支持在第一框架5上的第二框架6轻微轴向移动，受到第二框架6的支座部分6a(表示在图5A和5B中)以及与支座部分6a接触的固定涡型件2的支承面的限制。尤其是，第二框架6在施加于第二框架背腔12中的压力作用下，朝涡型件1和2(垂直向上)移动，并停止在一个使支座部分6a紧靠着固定涡型件2的位置下。其结果是，作圆周运动的涡型件1壁免沿轴向移动，并夹心状地留有一个小间隙地夹在固定涡型件2与第二框架6之间。

当作用在作圆周运动的涡型件1背部的作圆周运动的涡型件背腔11中的压力，和大体等于出口压力并作用在作圆周运动的涡型件1凸台1c内的润滑油压力之总和，大于由压缩室内的压力引起并作用在作圆周运动的涡型件1涡型构件部分一侧的分离力时，作圆周运动的涡型件1受压，并与固定涡型件2紧密接触下进行转动。另一方面，若上述各轴向力的总和小于分离力，则在作圆周运动的涡型件1与固定涡型件2之间保留一个微小间隙的同时，使作圆周运动的涡型件1背面在第二框架6上滑动，这样就能够避免作圆周运动的涡型件1与固定涡型件2之间的过度接触，以及，可以获得一种具有高效率和高可靠度的涡型压缩机。

尽管在上述二种实施例中，在密封壳体中的压力等于出口压力，以及在作圆周运动的涡型件背腔11中的压力保持在进口压力与出口压力之间，但是本发明不受实施例中所示结构的限制。本发明包括这样一种情况，即在密封壳体中的压力等于出口压力，而在作圆周运动的涡型件背腔中的压力等于进口压力。在这种情况下同样可以获得类似的功能和优越的效果。

按照本发明，当第二框架的轻微轴向运动，由于它的支座部分紧靠在固定涡型件上而受到限制时，作圆周运动的涡型件可在有一个很小间隙的情况下相对于固定涡型件移动。因此，可以避免作圆周运动的涡型件1与固定涡型件2之间的过度接触，并获得一种具有高效率和高可靠度的涡卷式压缩机。

若由于在压缩室中混合大量液态制冷剂或油，使压缩室内的压力急剧增高，并超过施加于第二框架2上的压力时，作圆周运动的涡型件将第二框架朝作圆周运动的涡型件背部方向下压(垂直向下)，沿向背后方向轻微移动(垂直向下)，以及，使固定涡型件与作圆周运动的涡型件的涡型构件部分之间的间隙增大，导致气体、液态制冷剂或油从高压侧漏向低压侧，从而避免了压力过度增加。

按照本发明，可以避免由作圆周运动的涡型件与固定涡型件构成的压缩室的漏泄，并可以获得一种效率和可靠性极佳的涡型压缩机。

Claims (6)

1.一种涡型流体机械，它包括一个固定涡型件和一个作圆周运动的涡型件，它们各有一块端板和一个垂直端板的涡型构件部分，其中，作圆周运动的涡型件通过一根主轴与驱动装置相连，上述构件均装在一个密封壳体内，此涡型流体机械还有一个第一框架，它是位在作圆周运动的涡型件上与此涡型件的涡型构件部分相对侧，可旋转地支承着主轴并固定在密封壳体中，以及，有一个第二框架，设在第一框架与作圆周运动的涡型件之间，它受气体压力，用以将作圆周运动的涡型件压向固定涡型件。

2.按照权利要求1所述之涡型流体机械，还有一个设在第二框架的内圆周处作为气密腔的作圆周运动的涡型件背腔，腔内导入由固定涡型件与作圆周运动的涡型件构成的压缩室在压缩中途的压力，以便将作圆周运动的涡型件压向固定涡型件。

3.按照权利要求2所述之涡型流体机械，其中，作圆周运动的涡型件上有一个孔，用于连通作圆周运动的涡型件背腔与在压缩过程中由固定涡型件和作圆周运动的涡型件构成的压缩室。

4.按照权利要求1所述之涡型流体机械，还有一个设在第二框架和第一框架之间作为气密腔的第二框架背腔，腔中导入出口压力，以便将第二框架压向作圆周运动的涡型件。

5.按照权利要求4所述之涡型流体机械，其中，第一框架上有一个孔，用于连通第二框架背腔和密封壳体的下部空间，以便引入出口压力。

6.按照权利要求1所述之涡型流体机械，其中，在固定涡型件与第二框架之间设有一个接触面，用以限制第二框架向作圆周运动的涡型件的移动量。

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