CN1150997A - 具有滑动平面推力轴承的容积式涡旋流体压缩装置 - Google Patents

Abstract

在一种容积式涡旋流体压缩装置中，一种称为双向进气、混合油气润滑平面推力轴承和单面键欧丹环的结构使得进入该流体压缩装置的油气混合物分成两个方向；大部分工作介质气体改变流动方向直接进入涡卷的吸气腔，而大部分润滑油雾经过一定的通道流经滑动平面推力轴承，并使其得到良好润滑。而单面键欧丹环的结构使得滑动平面推力轴承的支承面尽可能地增大。这样，该容积式涡旋流体装置能在广阔的速度变化范围内和各种角度位置的变化中应用。

Description

具有滑动平面推力轴承的 容积式涡旋流体压缩装置

本发明与容积式流体装置有关。更具体地说，本发明是一种具有滑动平面推力轴承的容积式涡旋流体压缩装置。

容积式涡旋流体压缩装置的技术是众所周知的，例如授与Creux的美国专利802,182揭示了一种涡旋型装置。该装置包括两个涡旋元件，每个涡旋元件有一个端板和一个螺旋形的涡卷。这两个涡卷具有相同的几何形状，彼此相互啮合且保持一定的角度和径向偏移，以在它们螺旋形的曲面之间造成多处线接触。如此，相互啮合的涡卷形成了至少一对被密封住的流体气室。当一个涡卷相对于另一个涡卷作轨道运动时，上述接触线就沿着螺旋曲面移动，因而流体气室容积随之改变。容积之增加或是减小取决于两涡卷之间相对运动的方向，这样，该装置可以用来压缩或膨胀流体。

下面参照图1a-1d所示的传统的涡旋式压缩机的一般运行原理作一些说明。图1a-1d示意性地示出了相互啮合的螺旋形的涡卷1和2作相对运动以压缩流体。涡卷1和2相互啮合并在相互之间保持一定的角度偏移和径向偏移。图1a显示了每个涡卷的外端与另一涡卷相接触，也就是吸气阶段刚好完成，一对对称的流体气室A1和A2刚好形成。

图1b-1d依次显示了驱动轴曲柄旋转了一定角度后涡卷的位置，当曲柄旋转时，流体气室A1和A2以径向和一定的角度逐渐向啮合涡卷的中心移动，同时A1和A2的容积逐步减小。当曲柄的角度从图1c所示的状态到达图1d所示的状态时，流体气室A1和A2在中心部位A处合并在一起。当驱动轴继续旋转时，上述合并后的气室进一步减少它的容积，并通过中心部位的排气孔排出高压气体。在涡卷作相对的轨道运动时，图1b-1d所示的外部空间逐步变化以形成新的密封气室，其中封闭着将被压缩的下一个流体的容积(如同图1c和1a所示的状态)。在某些应用中，例如汽车空调压缩机和应用变频技术的可变速的空调压缩机，压缩机需要在较大的速度变化范围内工作。尤其是在汽车涡旋空调压缩机应用中，压缩机要在800-6000转/分的范围内运转，因而对推力轴承提出了较高的要求。汽车在上下坡的时侯，压缩机内油面水平变化较大。用油泵供油给推力轴承是既不可靠，又浪费动力。因此，在汽车空调压缩机已有技术中广泛采用气-油雾混合物润滑。在这种润滑方式下，润滑油的供应受到很大限制。因而在全封闭的家用涡旋式空调压缩机中广泛采用的平面推力轴承并没有在涡旋式汽车空调压缩机中得到应用，而是采用了对润滑要求较低的平面推力滚动球轴承，例如日本Sanden公司的涡旋式汽车空调压缩机就采用了平面推力滚动球轴承。但是这种滚动球轴承造价昂贵，在高速时噪音较大，由于球轴承中滚球与平面滑道是处于点接触，接触应力较大，因而磨损较快。

本发明的目的提供一种改进的容积式涡旋流体压缩装置，它能够减小进气的压力损失，增大轴承有效支持面积，提高通过滑动推力轴承的混合油气的含油比例，从而达到对平面推力滑动轴承的良好润滑，确保该装置能在较大的速度变化范围内可靠地运行。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种容积式涡旋流体压缩装置，它主要包括：

一个壳体，其上设有进气口和排气口，工作介质和润滑油雾由进气口进入压缩装置；

一个第一涡旋元件，它固定在壳体内，具有一个第一端板和从它平面垂直延伸出来的第一涡卷；

一个第二涡旋元件，它具有一个第二端板和从它平面垂直延伸出来的第二涡卷，上述两个涡卷彼此相啮合，形成密封气室和吸气腔；

一主轴，它通过驱动柱销驱动上述第二涡旋元件作相对于第一涡旋元件的非转动的轨道运动，从而使这两个涡旋元件的涡卷间产生体积逐渐变化的密封气室；

一滑动平面推力轴承，它支承第二涡旋元件的第二端板；以及

一欧丹环，它防止第二涡旋元件转动；

此外，还包括一个在壳体内的、使大部分工作介质气体改变流向、流入两个涡卷之间的吸气腔的中间通道；以及

一个在壳体内的、是进气口的直接延长、使大部分润滑油雾继续其流向而进入的油池；

而该滑动平面推力轴承表面开有至少一条使工作介质和油雾混合物从油池经由支承所述主轴的主轴承的间隙进入上述滑动平面推力轴承表面、对轴承面进行润滑后流入涡卷吸气腔的径向通道。

在所述的装置中，该径向通道的布置使得在该滑动平面推力轴承的工作表面上的任何一点到该径向通道的最小距离不大于第二涡旋元件的非转动的轨道运动的直径。

在所述的装置中，该径向通道是开在滑动平面推力轴承的静片和(或)动片上。

在所述的装置中，该径向通道是呈径向放射状开在滑动平面推力轴承的静片和(或)动片上。

在所述的装置中，工作介质气体和油雾的混合物经由支承所述主轴的主轴承的间隙流入该推力轴承的中心部，然后沿上述径向放射状的径向通道向外部流动，流入涡卷吸气腔，并润滑上述滑动平面推力轴承。

在所述的装置中，该欧丹环具有位于同一侧的第一组键和第二组键每组键具有两个键。该两个键位于欧丹环一条直径的两端。该两组键的中心线互相垂直；该欧丹环与第二涡旋元件位于上述滑动平面推力轴承的异侧；

该滑动平面推力轴承的静片上开有四条槽，其中两条槽与上述欧丹环的第一组键有良好的滑动配合；上述欧丹环的第二组键能从上述滑动平面推力轴承的另两条槽中伸出，并能自由地在槽中移动，且该第二组键与固定在第二涡旋元件的第二端板上的滑动平面推力轴承的动片的键槽有良好的滑动配合。

本发明的优点是，由于大部分气体和小部分润滑油直接进入涡卷吸气腔，大部分润滑油及其余气体通过通道润滑滑动推力轴承，然后进入吸气腔，使得推力轴承得到良好的润滑并降低了吸气的压力损失，从而提高了涡旋压缩机的能量效率。

由于它使油气混合物由通道通过滑动轴向平面推力轴承并与轴承面充分接触以达到润滑作用，使该轴承能适用于较大范围的转速变化。

由于使欧丹环位于推力轴承之下，从而增大了推力轴承的承载面积，能承受更大的负荷和更高的速度。

参照附图阅读下文的详细说明，本发明将较容易地被理解。

图1a-1d示出了已有技术中的涡旋式压缩机中涡卷作相对圆形轨道的平动情况；

图2示出了根据本发明的具有双向进气通道的涡旋式汽车空调压缩机的剖面图；

图3a-3b示出了根据本发明的由通过径向通道的混合油气润滑的滑动平面推力轴承；

图4a-4b示出了根据本发明的单面键欧丹环的结构剖面图；

图5a-5b示出了已有技术中的双面键欧丹环的结构剖面图。

图2示出了根据本发明所设计的一个具有双向进气通道的涡旋型空调压缩机。压缩机10包括主机架20，压缩机前壳21，后盖11和第一涡旋元件(或叫做静涡旋元件)60，它们构成压缩机的壳体。主机架上装有主径向轴承32。主轴40由主轴承32和装在前壳21上的轴承34所支承，并可绕其轴线S1在电磁离合器22的驱动下旋转。

一驱动柱销42由主轴40的尾端伸出。该驱动柱销中心轴线S2与主轴的中心轴线S1彼此之间有一偏移。该偏移距离等于第二涡旋元件绕轨道运动的半径Ror。所谓绕轨道运动半径是第二涡旋元件(或叫动涡旋元件)50相对于第一涡旋元件60作圆形轨道的平动时的轨道半径。

第一涡旋元件60具有一个端板61，第一涡卷62由此延伸，第一涡旋元件60固定在主机架20上。第一涡旋元件60与轴线S1相垂直并固定在主机架20的一个平面64上。这样在一个涡旋元件的涡卷的前端和另一个涡旋元件的端板的底部之间就保持了恰当的间隙。

这种间隙必须足够大，以便即使在制造上有容差以及在正常运行下有热膨胀存在仍能避免一个涡卷的前端和另一端板的底部之间的互相接触。另一方面，这种间隙又必须足够小，以保证在压缩气室之间的径向泄漏能被位于涡卷前端的螺旋槽内的前端密封磨擦片66所密封。

第二涡旋元件50包括有一端板51，第二涡卷52由此延伸，而自端板后表面延伸出轴承座53。涡卷52和62互相啮合，并在角度上保持180度的相位差而在径向则保持绕轨道运动半径Ror的位移。如此，涡卷52和62以及端板51和61之间至少形成一对密封气室。第二涡旋元件50通过驱动柱销轴承43以及驱动关节41和驱动柱销42连接，欧丹环45的作用是防止第二涡旋元件50转动。在主轴40的驱动下，第二涡旋元件50以绕动半径Ror相对于第一涡旋元件60作轨道运动以压缩流体。工作流体从进气口91经中间通道93进入由涡旋元件50，60所形成的吸气室95，然后被涡卷所压缩，最后由排气孔70，经过排气通道71和通道72排出。润滑油雾和冷媒气的混合物进入进气口91以后，大部分冷媒气体改变流动方向，如图2中箭头A所示，冷媒气体携带少量润滑油经过中间通道93进入吸气腔95。大部分润滑油，尤其是以油雾形态存在的润滑油，由于其密度较高，由吸气口进入压缩机以后则继续向着中心部位流动，这部分富含润滑油雾的气油混合物则由主径向轴承32的空隙进入中心空腔82，然后再通过滑动平面轴承的静片84的通道以润滑推力轴承。

平衡重物97，98平衡了第二涡旋元件50，推力轴承的动片27，驱动关节41以及驱动柱销42在公转运动中产生的离心力。

图3a-3b示出了主机架20上的滑动平面推力球轴承的静片84的结构，其中图3a是其正视图，图3b是沿图3a中的A-A线的剖面图。平面推力轴承的材料是在铸铁底座401上挂上了巴氏合金402。在巴氏合金的轴承面上开有多条径向的通道86。这径向通道如图3a-3b所示是开在主机架20的滑动平面推力轴承的静片84上，也可以开在固定于动涡旋元件上的平面推力轴承的动片27上(见图2)，或者二者都开有径向通道。但不管怎样，通道86的布置要遵循以下原则：

(1)通道要能使油气混合物经过整个轴承面并向吸气腔95流动；

(2)平面滑动推力轴承的工作表面上任何一点到通道的最小距离不大于动涡旋元件的非转动的轨道运动半径Ror的两倍，这样，动涡旋元件上的平面滑动推力轴承的动片27上的每一点，在每一次公转过程中都有机会与径向通道中的油气混合物接触，从而得到润滑。而它们又把润滑油带给主轴承座上的平面推力轴承的静片84。这样保证了两个推力轴承的承力面得到充分润滑。油气混合物通过通道86后进入吸气腔95。通道的布置方法可以有许多种，但只要符合上面两条原则就能达到充分润滑平面推力轴承的目的。此外积存在油池96中的润滑油被平衡铁98溅起形成油雾，由冷媒气携带由主轴承32的间隙进入中心空腔82，然后再通过滑动平面推力轴承的静片84的通道86并对该推力轴承进行润滑。

图4a示出了一个单面键欧丹环的示意图，图4b是其局部剖视的侧视图。在单面键欧丹环45上，4个呈十字型分布的键位于环的同一侧，这是不同于传统的双面键欧丹环的(见图5a和5b)。欧丹环45的环圈144位于推力轴承84之下(参看图2)。欧丹环45的二个低键145和146(图4a和4b)伸入推力轴承84并可在滑动平面推力轴承84(见图3a)上的键槽188和189中滑动。其高键147和148则从键槽186和187中穿过并可在推力轴承动片27上的键槽中滑动。已有技术中的双面键欧丹环46可见图5a和5b所示。双面键欧丹环46的圆环与滑动平面推力轴承位于同一平面上，该圆环在运行中要有足够的空间。因而就会减小滑动平面推力轴承的承力面积。这与图3a中所示的使用单面键欧丹环45的滑动平面推力轴承84的负荷支承面积来比，显然后者要增加许多。

上面所描述的，虽然是本发明的较佳实施例，但本技术领域中的熟练人员将能据此而作出属于本发明范围之内的对结构、布局、另件的改变或变化。本发明由所附的权利要求书所限定。权利要求书要求保护的范围将包括与权项在意义或结构相等效的一切装置。

Claims (6)

1.一种容积式涡旋流体压缩装置，它主要包括：

一个壳体，其上设有进气口和排气口，工作介质和润滑油雾由进气口进入压缩装置；

一个第一涡旋元件，它固定在壳体内，具有一个第一端板和从它平面垂直延伸出来的第一涡卷；

一个第二涡旋元件，它具有一个第二端板和从它平面垂直延伸出来的第二涡卷，上述两个涡卷彼此相啮合，形成密封气室和吸气腔；

一主轴，它通过驱动柱销驱动上述第二涡旋元件作相对于第一涡旋元件的非转动的轨道运动，从而使这两个涡旋元件的涡卷间产生体积逐渐变化的密封气室；

一滑动平面推力轴承，它支承第二涡旋元件的第二端板；以及

一欧丹环，它防止第二涡旋元件转动；

其特征在于，还包括一个在壳体内的、使大部分工作介质气体改变流向、流入两个涡卷之间的吸气腔的中间通道；以及

一个在壳体内的、是进气口的直接延长、使大部分润滑油雾继续其流向而进入的油池；

而该滑动平面推力轴承表面开有至少一条使工作介质和油雾混合物从油池径由支承所述主轴的主轴承的间隙进入上述滑动平面推力轴承表面、对轴承面进行润滑后流入涡卷吸气腔的径向通道。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该径向通道的布置使得在该滑动平面推力轴承的工作表面上的任何一点到该径向通道的最小距离不大于第二涡旋元件的非转动的轨道运动的直径。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该径向通道是开在滑动平面推力轴承的静片和(或)动片上。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该径向通道是呈径向放射状开在滑动平面推力轴承的静片和(或)动片上。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，工作介质气体和油雾的混合物经由支承所述主轴的主轴承的间隙流入该推力轴承的中心部，然后沿上述径向放射状的径向通道向外部流动，流入涡卷吸气腔，并润滑上述滑动平面推力轴承。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该欧丹环具有位于同一侧的第一组键和第二组键，每组键具有两个键，该两个键位于欧丹环一条直径的两端，该两组键的中心线互相垂直；该欧丹环与第二涡旋元件位于上述滑动平面推力轴承的异侧；

该滑动平面推力轴承的静片上开有四条槽，其中两条槽与上述欧丹环的第一组键有良好的滑动配合；上述欧丹环的第二组键能从上述滑动平面推力轴承的另两条槽中伸出，并能自由地在槽中移动，且该第二组键与固定在第二涡旋元件的第二端板上的滑动平面推力轴承的动片的键槽有良好的滑动配合。

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