CN1185539A - 容积式压缩机和形成涂膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种螺杆式压缩机,由定螺杆和与之组配的来形成封闭空间的动螺杆组成,在动螺杆22的外表面上形成有厚度为50μm的锡化合物涂膜这种涂膜即使经压缩机长期使用也不会从构件上脱落,且具有良好的密封性和粘合性。

Description

容积式压缩机和形成涂膜的方法
本发明涉及一种容积式压缩机，尤其涉及一种有利于提高在空调机、冰箱以及空压机中使用的螺杆式压缩机效率的表面处理方法。
过去曾提出许多容积式压缩机的表面处理方法，容积式压缩就是随着转子的转动，定子和转子间的容积逐渐减少，这样便实现吸气，压缩、排放流体，特别是对于螺杆式压缩机来说，就是利用一对彼此间角度变化并彼此配合的螺杆(搭接头)作圆周啮合转动，带动夹于两搭接头间的封闭容积向中部移动，同时压缩其内的流动，直至从中部排出完成压缩的流体。表面处理的目的就是尽量减少位于搭接头间或搭接头和相关平盘(镜盘)之间被压缩流体的漏漏，表面处理的目的还在于使各个相互接触的部件间有良好的滑动性，由此能够防止因摩擦损失而致使效率降低。
例如，日本专利，其专利号为55-81294，公开了一种在螺杆机构中的任一部件上镀紫铜或铅青铜的方法。另外，日本专利号为58-57002的专利公开了一种进行高频率淬火和磷酸锰涂复处理(润滑(Lubrite)处理)的方法，该方法使滑动部件间的耐磨性和适应性都令人满意。同时，也公开了防止螺杆机构中的转子和镜盘直接触的方法，该方法包括如下步骤：在搭接头的顶端部分沿螺线形成沟槽，以及在这些沟槽中填充工程用的有良好的滑动性和耐磨性的塑料(顶封程序)。例如，日本专利号为3-246389的专利就公开了一种减小顶封物和沟槽之间间隙的方法。
如果螺杆式压缩机的表面上形成涂膜，例如一种镀敷涂膜，该涂膜所使用的材料与螺杆机构本身材料不同，则在压缩阶段，温度、压力增大，使外围部分和中部间产生温差以使压差等的工况变化，所以应力反复作用于涂膜，时间一长，涂膜裂解、脱落。在最不利的情况下，脱落的涂膜碎片将导致偏心磨损。
如果滑动部件表面经过了磷酸锰的表面处理，可以获得良好的特性，如可滑性和耐磨性。然而，在磷酸锰涂膜(润滑(Lubrite)涂膜)的硬度及表面粗糙度较高。相应地，在组装螺杆式压缩机的过程中，使各滑动部件彼此适应需要较长时间，所以其生产率是不高的。例如，如果一旋转螺杆位润滑(Lubrite)处理来形成大约10μm厚的涂膜，使滑动部件彼此相适应后压缩机运行平衡需要5个多小时。而且，这种自生型涂膜的最大极限厚度为15μm。
如上所述，当螺杆式压缩机运行时，因为在外围部分或气体吸入部件和中部或气体排放部件之间存在压力差和温度差，所以，动螺杆和定螺杆会产生变形、这种变形，尤其是动螺杆沿搭接高度方向的变形，致使动螺杆和与它相配合的定螺杆间的间隙增大，结果，漏损增加，压缩机效率大幅度降低。详细地说，外围部分的温度和压力都很低，向中部温度和压力都越来越高。这样，从中部到外围部分巨大的压力施加于动螺杆的搭接头上。动螺杆变形就如花叶开放。这样，动螺杆的顶端(搭接头)和定螺杆的镜面间的间隙由中部向外围部分变宽，结果漏损增大，压缩机效率降低。这种变形度(沿高度方向变形)依据压缩机的运行条件不同而不同，最大可达约20μm。因此，因为传统的自生式涂膜，如润滑(Lubrite)涂膜的最大厚度为15μm，所以，涂膜不能承受这种变形度。
也就是说，尽管在其上有一定厚度的涂膜的搭接头组装，以使搭接头的涂膜表面与滑配部件相接触，涂膜被制成与滑配部件滑动接触，使搭接头的基底金属与滑动部件相离，当作用力使搭接头沿搭接头在运行状态下压迫滑配部件的方向发生变形时，如果涂膜厚度小于搭接头变形度那么搭接头的基底金属就不可避免地与滑配部件相接触。结果，在中部位于搭接头顶端的涂膜被彻底地磨破了，所以，搭接头的基底金属就如一滑配部件一样在定螺杆的镜面上滑动。如果基底金属属于铁族，也就是说，比如它是FC250的浇铸，搭接头子几乎不会被磨破，这样，除非通过压缩机长时间运行这个部件被磨破，否则，间隙不能够变窄，所以，效率难以提高。
同时，一种在搭接头的顶端形成螺线沟槽，可滑性和耐磨性均极好的工程用塑塑填充在沟槽内(顶封方法)的方法能保证稳定的滑动性，但是，沿螺线方向的泄漏(通过顶封后表面、侧面和沟槽之间的泄漏)不可避免。这样，很难提高压缩机的效率。
本发明目的在于提供一种应用于容积式压缩机中的涂膜，即使经长时间运行该涂膜也不会从部件上脱落，且具有良好的密封性和粘合性，因而能真正提供一种高效率的压缩机。
上述目的可以通过在两互相配合的定子和转子之一的或两者表面上形成涂膜实现。该涂膜的化学成份为锡化合物，且有一额定厚度。(锡化合物涂膜在下面将予以解释)
为形成锡化合物膜，先给予涂的构件进行碱性脱脂，然后用纯水清洗。同时，碱性脱脂溶液的温度最好加热到50-80℃。然后，构件外表面用无机酸进行氧化腐蚀。关于无机酸，可用盐酸、硫酸、硝酸、或氢氟酸中的任何一种水溶液，或其混合液也可以。同时，水溶液的温度最好是室温，但可加热到50℃，例如，在使用硝酸的情况下，最好用浓度为5％(重量百分比)的硝酸液。腐蚀后，构件用纯水清洗，然后调节用干构件表面的碱性溶液的PH值。最好用溶有0.5％～1％(重量百分比)氢氧化钠的水溶液作为碱性水溶液。PH值调节后，构件再被清洗，此外，腐蚀之后如果没有进行PH调节以及PH值调节以后的清洗、构件可用纯水清洗，然后可直接进行下面步骤。
然后，用包含锡酸盐作为主要成份的混合水溶液进行涂膜形成程序。除锡酸盐外，PH值调节剂，反应加速剂，稳定剂等最好也加入溶液。最好用锡酸钾、氢氧化钠和焦磷酸钠或醋酸钠来分别用作锡酸盐、PH调节剂和稳定剂。另外，次磷酸钠或其相似物也可加入来提高还原反应。同时，溶液的温度最好设定在80°-95℃之间，如温度低于80℃，反应率不充分，难以形成令人满意的锡酸盐化合物涂膜。另外，若温度高于95℃混合液在与构件发生反应之前其内部就先发生反应。所以也难以在构件上稳定地形成化合物。另外，涂膜形成的时间可依其需要厚度的不同而任意设定。这一过程之后，清洗，最好在150～200℃范围内干燥、烘干构件。
因为这种锡酸化合物涂膜不是通过象镀敷涂膜那样用与构件不同的材料来镀敷构件那样形成的，而是和构件反应形成一种化合物。所以能防止涂膜从构件上脱落。在这种安排中，只要通过给定子或转子涂一层锡酸盐涂膜就可获得充分的密封性和适应性，而且通过涂敷定子和转子两部件，可以获得类似的特性。这种锡酸盐化合物涂膜最好使用于铁族材料(包括铸铁和碳钢)的构件。在这种情况下，化合物是具有良好适应性的Fe-Sn化合物。
如此形成的锡酸盐化合物涂膜在由Fe-Sn组成的化合物的相对软的表面上有一定表面粗糙度，且是多孔的，因此，与镀敷涂膜不同的是，这种方法不会因压力作用于涂膜上而裂解，同时，在较短时间内可以获得良好的适应性。(过分的厚度会因磨损而减小)，也就是说，其中的摩擦系数低，因而磨擦损失也小。另外，因为该膜是多孔的，就可保持足够的油，从而在有油的情况下，使锡酸盐化合物涂膜与相关部件滑动接触。
值得注意的是，除了锡酸钾，使用锡酸钾时也可以达到同样的效果。
下面参照附图对本发明的最佳实施例予以描述，其中：
图1为解释本发明实施例步骤的流程图；
图2为本发明实施例中的螺杆压缩机的纵断面图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明锡化合物涂膜结构的断面视图；
图5用于说明本发明中的螺杆式压缩机的特性。下面参照图1至4描述本发明的实施例。
图1所示为本发明涂膜生产过程。一个需在其表面上形成锡化合物涂膜的FC250构件首先通过碱性脱脂清洗(用由Nihon Parkerizing公司生产的脱脂液FC 315，温度为65℃，时间为5分钟)，之后，用纯水清洗构件。然后，构件的外表面放入温度为30℃，浓度为5％(重量百分比)的硝酸水溶液中浸涂5分钟，氧化腐蚀之后，构件用离子交换水清洗。
之后，由下列成份组成的锡酸盐混合液，及上述需处理的FC 250构件放入例如温度为85℃的混合液中浸泡20分钟，目的是为了形成锡酸盐化合物涂膜。
锡酸盐混合液：
K2SnO3·3H2O：           4.5％(重量百分比)
NaOH：                       1.0％(重量百分比)
CH3COONa·3H2O：          1.0％(重量百分比)
Na4P2O7：                0.5％(重量百分比)
H2O：                       平衡(重量百分比)
然后，用纯水进行清洗，接下来在温度150℃的炉内干燥，烘烤构件30分钟。
通过对在上述条件下形成的锡化合物涂膜表面的分析表明，涂膜厚度大约50μm，且薄膜X光衍射分析给出了如下表1中的结果。
[表1]
  晶体相 FeSnO(OH)s    α-Fe    FeC    C(石墨)
  生成膜   ++++     +++     +     ++++
++++很大量  +++大量，+：少量。
其中检测到的FeSnO(OH)s是FeO(OH)·Sn(OH)4。从表1中可以知道，足够量的Fe-Sn化合物产生。值得注意的是，检测到的碳类似于Fe-Sn化合物被贮存在铸铁构件中(3～4％重量百分比)。因为在上所述的表面上存在大量碳，所以会产生良好的可滑性。
下面，以螺杆或压缩机中使用的锡化合物涂膜为例来进一步说明。参照图2，该图所示为一螺杆式压缩机结构，作为定子的定螺杆21由镜盘21a和一螺线形螺杆搭接头21b组成。在螺杆搭接头21b的外围部分设有气体吸入口23，在其中部设有排出口24。定螺杆21通过环状密封构件214与缸25相连，这样搭接头螺杆21b正对着缸25。同时作为转子的动螺杆22由在其入口处有一轴承的镜盘22a和与镜盘22a相垂直的螺线形螺杆搭接头22b组成。动螺杆22相对于定螺杆21设置，以使搭接头21b和搭接头22b相互啮合。镜盘22a的外周部分以夹心状可滑动地夹在定螺杆21和缸25之间。动螺杆25与定螺杆21啮合，使两线(动螺杆22的中心和搭接头外围边终端的连线、定螺杆21的中心和搭接头外围边终端的连线)之间夹角保持一定。因此，动螺杆25受到许多针状杆26(其一端通过轴承27固定在缸25上)的限制，不能在镜盘22a的外围部分旋转。
另外，传动轴210用来驱动动螺杆22相对于定螺杆，转动，而定螺杆设有允许同样的旋转，传动轴210通过装在缸25上的上轴承212a和下轴承212b的支承。传动轴210的顶端有个曲轴29，该曲轴29通过轴承28与动螺杆22相连。另外，在传动轴210的上轴承212a和下轴承212b之间安装有轴承密封构件213，以便堵塞流体沿传动轴的流动。传动轴210的曲轴29上配备有用来平衡因动螺杆22的旋转运动而产生的偏心力的平衡物211。另外，为确保动螺杆22的稳定运动，镜盘22a的外围部分可滑动地设置在定螺杆21和缸25之间。在轴承27，28、212a中的润滑剂用全氟聚醚族脂。另外，在曲轴29的轴承29的下端部位放置有防止脂漏泄的密封构件216。
所述螺杆式压缩机的运行方式如下，介于定螺杆搭接头21b和动螺杆搭接头22b之间的封闭空间随着动螺杆22的转动而逐渐由搭接头的外围边上向中心地带移动，结果使气体容积减小，因此，在该封闭空间内的压缩气体通过定螺杆21中心圆周上的排出孔24排出。
下面将对本发明的主要部分予以说明。图3是图2的局部放大图。在本例中，动螺杆22在其表面上形成锡化合物涂膜1。在本实施例中，动螺杆的所有表面涂敷有锡化合物涂膜，动螺杆表面与一流体通道相联系气体经吸入口23流入该通道和须该通道从排出口24排出。因此，没有气体从流体通道向其它部件流动，在这种安排下，当定螺杆和定螺杆合理地结合时，每个搭接部件保证有约10μm的合适余量。换句话说，搭接部件的尺寸设定保证动螺杆和定螺杆有10μm左右的搭接。尽管锡化合物涂膜基本上与构件中的Fe反应，但它不产生与尺寸有关的自生，因而，上述设置可以以相对简单的方式进行。
值得注意的是，刚组装的压缩机在初运行时最好以低速运行，使各滑动部件间彼此适应。另外，在使用一种机器的情况下，该机器专门用于磨合，而且可以改变动螺杆相对于定螺杆的偏心距，组装时动螺杆与定螺杆之间偏心距为零。然后，随着动螺杆按低速旋转，偏心距逐步开为一个正常值，结果使两螺杆之间彼此适应。
Fe-Sn化合物涂膜(锡化合物涂膜)相对较软，且具有良好的可滑性，与传统的Lnbrite涂膜不同，因此上述搭接部分在相对短的时间内被定螺杆表面擦亮，从而使二者相适应。这样，因搭接头变形在其顶端形成的间隙减小，气体泄漏量基本上为零。这样，压缩机的效率有很大的提高，各滑动部件在组装期间内的磨合时间缩短，因此，可以提高生产效率。通过将动螺杆22或定螺杆21浸入锡酸盐混合液中而形成的锡化合物涂膜1的厚度的设定，应当与螺杆搭接头的变形度结合考虑。然而，出于为搭接留有余地的考虑，将涂膜厚度设定在20μm左右是较理想的。
图4为带有厚为约为60μm的锡化合物涂膜的螺杆的断面图。这样，根据本发明，涂膜厚度可以增大，相应地，尽管搭接头顶端的变形度在运行状态下约20μm，但涂膜的厚度足以能够承担这样的变形。
图5所示为如上所述生产的螺杆式压缩机的特性。在图中，以压缩机的运行时间作为横座标，用以显示适应程度的磨擦系数作为纵坐标、为了便于比较，在图中也表示了传统的Lubrite涂膜的特性，从图中可以清楚地看到，本发明中的带有锡化合物涂膜的压缩机使其磨擦系数稳定的时间不到2小时，而且其摩擦系数同带有Lubrite涂膜的压缩机的磨擦系数相比还要低。至于这种压缩机的运行，其总绝热效率为η＝88％。
上述实施例反映了螺杆式压缩机在其滑动表面上形成锡化合物涂膜的情况。然而，在螺旋式压缩机，回转式压缩机、往复式压缩机等类似压缩机的滑动部件上涂敷锡化合物涂膜，可以获得同样的效果。
另外，当在空调机中使用这种高效压缩机时，可以获得良好的空调效果。
如上所述，根据本发明，在定子和转子以相对简单的方式接触处的构件表面上可以形成锡化合物涂膜、而且，经长时间的运转，涂膜也不会脱落，也就是说，涂膜有良好的密封性和粘合性，因而，能够真正地提供一种高精度的压缩机。此外，因为它们彼此滑动摩擦，相互适应，使构件在装配过程中不需要很高的尺寸精度，这一点在传统的装配中是必需的。另外，在大量生产中不会产生不均匀性。

Claims (9)

1、一种容积式流体压缩机，随着转子的转动，封闭于定子和转子之间的空间逐渐减小，从而实现吸入、压缩和排出流体过程，其特征在于，至少在定子和转子相接触处的部件的一个表面上形成有锡化合物涂膜。
2、如权利要求1所述的容积式压缩机，其特征在于，锡化合物涂膜的厚度不小于20μm。
3、如权利要求1所述的容积式压缩机，其特征在于，所述的锡化合物是由锡和制造定子和转子所用的金属组成。
4、如权利要求1所述的容积式压缩机其特征在于，定子和转子的每一个外表面均涂有锡化合物涂膜。
5、如权利要求2所述的容积式压缩机，其特征在于锡化合物是由铁族材料和锡的化合物组成。
6、如权利要求1至4中的任一项权利要求所述的容积式压缩机，其特征在于，锡化合物涂膜是在以锡酸盐为主要成份的混合溶液中形成的。
7、如权利要求5所述的容积式压缩机，其特征在于，该锡酸盐为锡酸钾。
8、使用如权利要求1至7所述的任一种压缩机的空调装置。
9、一种至少在容积式压缩机的定子和转子之一上形成锡化合物涂膜的方法，该压缩机随着转子的转动，封闭于定子和转子之间的空间逐渐减小，从而实现吸入、压缩和排出流体过程，其特征在于，该方法包括如下步骤：碱性脱脂目标构件，用纯水清洗上述碱性脱脂过的目标构件：氧化腐蚀用纯水清洗过的目标构件，将氧化腐蚀过的目标构件浸入以锡酸盐为主要成份的混合液中，来形成锡化合物涂膜，用纯水清洗涂有锡化合物涂膜的目标构件，干燥、烘烤用纯水清洗过的目标构件。
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