CN1249348C - 涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

一种涡旋压缩机，在固定涡旋零件(8)及旋转涡旋零件(13)的一方涡旋卷带(15)的竖立端面(15a)，设有将和与其相对的端板(14a)间予以密封的密封件(16)，不设有密封件的涡旋卷带(9)的厚度比设有密封件(16)的涡旋卷带(15)要厚，采用这种结构，可抑制涡旋零件间的制冷剂泄漏，缩小高速运转时的驱动部的离心力，提高涡旋压缩机的耐久性和压缩效率。

Description

涡旋压缩机

发明领域

本发明是有关冷暖空调或者冰箱等冷却装置中被使用的涡旋压缩机。

发明背景

一般的涡旋压缩机如图6所示，使从端板a，b上竖立有涡旋卷带c，d的固定涡旋零件e和旋转涡旋零件f啮合，二者间形成压缩室g，通过使旋转涡旋零件f在自转约束机构h的自转约束下沿圆轨道旋转、压缩室g一边改变容积一边移动，由此进行制冷剂的吸入、压缩和排出。

由吸入管i吸入的制冷剂气体，经过固定涡旋零件e的吸入室j，被封入在与旋转涡旋零件f之间的压缩室g中，向着中心一边使容积减小，一边被压缩并从排出口k被排出。由固定涡旋零件e和轴承件l围成的背压室m位于高低压的中间的压力，通过背压调整机构把这个中间压力控制成定压。背压调整机构是在从背压室m经过固定涡旋零件e的内部而与吸入室j相连通的通道中设置了阀，当背压室m压力比设定压力高时，阀门打开，背压室m的油被供给吸入室j，将背压室m维持在一定的中间压力。向吸入室j供给的油随着旋转运动而向压缩室g移动，起着防止压缩室间的制冷剂泄漏作用。旋转涡旋零件f的外周部和涡旋卷带d形成部分的背面上，由润滑用的油施加规定的背压，防止旋转涡旋零件f在运转中翻倒，固定涡旋零件e和旋转涡旋零件f分离开，防止在分离的部分发生制冷剂泄漏。

作为制冷剂的泄漏对策，在固定涡旋零件e及旋转涡旋零件f一方的涡旋卷带d的竖立端面，也象特开平6-193569号公报中公开的那样，将密封件r沿长度方向设置。

构成涡旋压缩机的固定涡旋零件e和旋转涡旋零件f的材料，二者都使用以铸铁为主的铁类或者固定涡旋零件e用铁类，旋转涡旋零件f用铝类。

可是，本申请发明者在实际中认识到，若固定涡旋零件e和旋转涡旋零件f使用相同热膨胀系数的金属、铁类材料后，因为旋转涡旋零件f的比重变大了，故运转时的离心力会变大。其结果，轴承负荷增大，滑动损失也增大。此外，因为铁类材料的切削加工性不好，安装面和滑动面的精密机械加工极其困难，故难以提高生产效率。

因此，在使用固定涡旋零件e采用铁类材料、旋转涡旋零件f采用铝类材料即所谓不同热膨胀系数的金属时，各个压缩室g在压缩作用下会产生压缩热，因为各个压缩室g中的压力从外周侧的压缩室g向着中央侧的压缩室g逐渐增高，故中央侧压缩室g比外周侧压缩室g温度高，在各个涡旋卷带c，d上，从外周侧向着中央侧产生温度梯度。由于温度上升，各个涡旋卷带c，d发生热膨胀，特别是处于中央侧高温处的涡旋卷带发生很大的热膨胀。为此，各涡旋卷带c，d的竖立端与各端板a，b的轴向方向间隙变得比组装时的间隙尺寸小，使各涡旋卷带c，d的竖立端与各端板a，b相接触。进一步讲，接触面压力增高后，互相会咬住，会损伤端板a，b和涡旋卷带c，d，使压缩机的压缩效率，耐久性下降。为了避免该问题，固定、旋转二涡旋零件e，f的轴向方向间隙必须做得很大，这样做后，作为压缩流体的制冷剂等的泄漏会增大，引起压缩机的性能下降。

又，在特开平7-197891号公报等中公开的涡旋压缩机中，通过对旋转涡旋零件或固定涡旋零件的涡旋卷带调整从端板的竖立根部至涡旋卷带的竖立端的高度尺寸，则在组装状态时，在各涡旋卷带的竖立端和相对一方的端板之间形成在中央侧最大的轴向方向间隙，或者依据所测定的竖立端面的温度分布，将轴向方向间隙设计成在多个阶段产生变化。可是，在低速运转等的中央部的温度不高时，中央部的轴向方向间隙会很大，制冷剂的泄漏也会很大。

此外，即使设置密封件r，除去卷带始端部分和卷带终端部分，固定涡旋零件e和旋转涡旋零件f的涡旋卷带c，d二者几乎全长互相相同地形成，而且因为不设置密封件r，例如固定涡旋零件e的涡旋卷带c的竖立端面的宽度与设置密封件r的涡旋卷带d的竖立端面宽度相同，故不设置密封件的涡旋卷带c的竖立端面和旋转涡旋零件f间的接触部分的宽度不充分，制冷剂气体的泄漏很多，妨碍了压缩效率的提高。

特别在对压力比以往的制冷剂R22高的制冷剂例如CO₂进行压缩以及压缩机构的旋转速度较低时，会明显地产生上述的问题。

具体地说，当将CO₂用作为制冷剂、输出于HFC系制冷剂同等制冷能力时，利用CO₂的物理性而使吸入时的制冷剂密度变大3倍左右。因此，压缩室的中央侧温度更高，而欲在电动机效率高的频率区域运行压缩机，则必须将工作缸容积作成传统技术的3分之1。作为缩小工作缸容积的方法，由于将压缩机整体做小、旋转半径变小且难以加工，故是不现实的。因此，降低涡旋卷带的竖立高度来减小工作缸容积，这样，超过涡旋卷带的竖立端面而增大泄漏的制冷剂。

在美国专利US 5122041中，公开了一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机使从端板上竖立有涡旋卷带的静涡盘12和动涡盘11相互啮合，在两者间形成压缩室，使动涡盘11在自转约束下沿圆轨道旋转、压缩室一边改变容积一边移动而进行制冷剂的吸入、压缩和排出。该涡旋压缩机只在动涡盘11或静涡盘12其中一侧设有密封盘14。但这样的压缩机密封性差。

鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种涡旋压缩机，可使滑动损失降低，耐久性提高并且使制冷剂的泄漏减少而使压缩效率提高。

发明的公开

为达到上述目的，本发明的涡旋压缩机，使从端板上竖立有涡旋卷带的固定涡旋零件和旋转涡旋零件相互啮合，二者间形成压缩室，通过使旋转涡旋零件在自转约束下沿圆轨道旋转时、一边改变压缩室容积一边移动，由此进行制冷剂的吸入、压缩和排出，其特征在于，在固定涡旋零件及旋转涡旋零件的一方的涡旋卷带的竖立端面设置将与其相对的端板间予以密封的密封件，不设置密封件的涡旋卷带的厚度比设置密封件的状卷带的厚度要厚。

通过在涡旋零件一方的涡旋卷带的竖立端面设置密封件，在与其相对的涡旋零件的端板间能确保足够的密封性，并且对于不设置密封件的另一方的涡旋卷带，由于比设置上述密封件一方的涡旋卷带要厚，竖立端面和与其相对的涡旋零件的间隙宽度，比设置密封件一方的涡旋零件的宽度要大，即使不设置密封件，也能确保完好的密封性，使涡旋压缩机的压缩效率提高，使用压力高的制冷剂时，会更显著地产生该效果。

进一步讲，本发明的涡旋压缩机的特征是，上述的固定、旋转涡旋零件是由热膨胀系数不同的金属材料构成，由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的竖立高度设置得低于由热膨胀系数小的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的竖立高度，同时这个由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的竖立端面上设置有密封件。

由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的竖立高度，虽然随着温度升高而以比由热膨胀系数小的金属材料构成的另一方涡旋零件的涡旋卷带高的比例增大，但利用竖立高度被设置得更低的端面上设置的密封件，从而使和相对的另一方涡旋零件的端板之间的密封性增大，避免端板和密封件的过度的滑动接触及涡旋卷带的接触，防止产生运转负荷异常增大，或耐久性下降。热膨胀系数小的另一方涡旋零件的涡旋卷带虽然未设有密封件，但和与其相对的上述一方涡旋零件的端板之间的间隙宽度大，密封性优异，随着温度上升，涡旋卷带的竖立高度会稍许增加，而提高密封性，同时由于通过缩小竖立高度的增大比例而避免与其相对的一方涡旋零件的端板的接触，故可防止运转中产生过度的负荷或降低耐久性。即，不降低耐久性并进一步提高压缩，对压力高的制冷剂特别有效。

此外，本发明的涡旋压缩机是，固定涡旋零件和旋转涡旋零件是用热膨胀系数不同的金属材料制成的，其特点是，使用热膨胀系数大的金属材料的一方适用于旋转侧，并且卷带厚度比使用热膨胀系数小的金属材料的厚度要厚。

因为将热膨胀系数大的金属材料用于旋转侧，减轻了高速运转时驱动部的离心力，故能减轻与轴承材料间的磨擦和滑动损失，能期望提高耐久性及运转效率。同时，因为仅将涡旋卷带的厚度做大，使升温时的热膨胀量增大，随着温度升高而缩小与由热膨胀系数小的金属材料构成的对方之间的间隙，提高密封性，故在运转全过程中，能有效地减少泄漏，提高压缩性能。

本发明，除上述特征外，还具有如下特征：为使由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带和由热膨胀系数小的金属材料构成的涡旋零件的端板之间的轴向方向间隙从外周侧向内周侧逐渐增加，使用热膨胀系数大的金属材料的涡旋卷带的竖立端设置成沿长度方向的倾斜。

由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件，随着温度升高产生热膨胀，而涡旋卷带的竖立端，因为在温度高、热膨胀量大的中央侧竖立高度较低，热膨胀量小的外周侧竖立高度较高，从而使外周侧和中央侧的因每次温升不同而产生的热膨胀量的差异相抵消，涡旋卷带的外周侧至中央侧的各部分的与对方的轴向方向的间隙不会发生过多或过小，不会发生因过度接触而增大滑动损失，能有效降低泄漏损失。

本发明除此之外的特征，通过下面详细说明及图纸记载而加以清楚说明，本发明的各特征，只要有可能能单独或者以各种组合进行使用。

采用本发明，仅在涡旋零件的一方设置密封件就能确保足够的密封性，即使在使用压力高的制冷剂的情况下，也能提高压缩效率。

此外，通过减小高速运转时的离心力，在不降低耐久性的情况下，减少滑动损失，并且在整个运转过程中能有效地降低制冷剂的泄漏损失。

附图的简单说明

图1表示涡旋压缩机整个结构的剖视图。

图2表示本发明的一种实施形态的固定涡旋零件和旋转涡旋零件的涡旋卷带的啮合状态的俯视图。

图3表示图2中固定涡旋零件和旋转涡旋零件的啮合状态的局部剖视图。

图4表示本发明的另一种实施形态的固定涡旋零件和旋转涡旋零件的涡旋卷带的啮合状态的俯视图。

图5表示图4中固定涡旋零件和旋转涡旋零件的啮合状态的剖视图。

图6表示传统涡旋压缩机的剖视图。

发明实施的形式

以下，对于本发明的实施形态的涡旋压缩机，参照图1-图5详细说明，供本发明的理解之用。

本发明的实施形态的涡旋压缩机如图1所示，在具有吸入管2和排出管3的容器1中上下收纳着涡旋式的压缩机构部7和驱动它的电动机4，是一种在纵向配置的制冷循环用的涡旋压缩机。可是，本发明并不限定于此，能有效适用于具备涡旋式压缩机构部的全部涡旋压缩机。

压缩机构部7的结构是，使从端板14a，14b上竖立有涡旋卷带9，15的固定涡旋零件8及旋转涡旋零件13啮合，二者间形成压缩室40。固定涡旋零件8被直接固定在容器1内，或者如图所示那样，安装在通过热压配合或焊接等被固定于主轴承件19上而间接地固定。旋转涡旋零件13被夹在主轴承件19和固定涡旋零件8之间，通过主轴承件19和旋转涡旋零件13之间配置的自转约束零件20来约束自转，通过一端轴承支承在主轴承件19上的曲轴22的驱动而沿圆轨道旋转。为了该旋转，在旋转涡旋零件13和曲轴22的嵌合部设置有旋转轴承件17。

旋转涡旋零件13被旋转驱动后，在与固定涡旋零件8之间形成的压缩室40从外周侧向中央侧一边移动，一边容积变小，由此从与吸入管2相通的外周部吸入口41吸入制冷剂，进行压缩，每到规定压力，压开处于中央部的排出口10的簧片阀(リ一ド弁)11，排入容器1内，这样重复进行。

电动机4具有用热压配合和焊接等被固定在容器1内的定子5和从定子5内侧相对地固定在曲轴22周围的转子6。电动机4，将排入上述容器1内的制冷剂经位于压缩机构部7上部的消声器12、压缩机构部7的气体通道26而引入压缩机构部7的下部，导向到转子6的气体通道27，并一边附加旋转力，一边向下方放出，将油离心分离后，从转子6下部迂回到定子5和容器1之间形成的气体通道28，油分离后的制冷剂通过图2所示气体通道29，再经压缩机构7的下部到上部并经排出管3供给于制冷循环等。同时电动机4通过与制冷剂接触而被冷却。

曲轴22的下端由经热压配合和焊接等而固定在容器1内的副轴承件42所支承，同时驱动浸没在形成于容器1下部的积油部内的5中的油泵24和压缩机构7。积油部内的油25由油泵24通过曲轴22内的油通道23而首先到达旋转轴承件17的部分将其润滑。

润滑旋转轴承件17后的油25，到达端板146的背面，因为在背面在与主轴承件19之间设置有圆环状的密封件21，故油25被密封件21堵住。被堵住的油25的一部分向下方离开旋转轴承件17而返回到曲轴22的主轴部已润滑的回到容器1内，但由于被密封件21堵住，压力设定得比制冷剂的压缩压力高。被堵住的剩余油25因收缩通道43等而降下压力，成为比制冷剂压力高的中间压力，离开端板14b背面的密封件21的范围而存在，因为这二个压力，可防止旋转涡旋零件13离开固定涡旋零件8发生翻倒的现象。上述中间压力由压力调整阀30控制，可防止压力超过规定值以上。

本发明的第1实施形态，固定涡旋零件8及旋转涡旋零件13的一方如图3所示，在旋转涡旋零件13的涡旋卷带15的竖立端面15a，设有将与其相对另一方、即固定涡旋零件8的端板14a之间予以密封的密封件16，如图3所示那样，不设有密封件的固定涡旋零件8的涡旋卷带9的厚度Tf大于设有密封件的涡旋卷带15的厚度Tm。设有密封件16的涡旋卷带15的厚度Tm与传统技术设成一样，不设有密封件的涡旋卷带9的厚度Tf设置得比传统技术的厚。

旋转涡旋零件13的涡旋卷带15的竖立端面15a，对于由密封件16确保与相对的固定涡旋零件8的端板14a之间足够的密封性、且不设置密封件16的另一方涡旋卷带9，厚度比上述涡旋卷带15要厚，即比传统技术做得厚，竖立端面9a和与其相对的旋转涡旋零件13的端板14b的间隙宽度Bf如图3所示那样，因为做得比设有密封件16的旋转涡旋零件13的涡旋卷带15的竖立端面15a与固定涡旋零件8的端板14a的间隙宽度Bm要大，即使不设置密封件也能确保足够的密封性，故和传统技术的相比，压缩效率提高。如果使用比R22压力更高的制冷剂R410A，CO₂等，侧特别明显地会产生上述效果。

本发明的第2的实施形态中，固定涡旋零件8和旋转涡旋零件13由热膨胀系数不同金属材料构成，图3所示的由热膨胀系数大的金属材料构成的一方、例如旋转涡旋零件13的涡旋卷带15的竖立高度Hm被设置得比由热膨胀系数小的金属材料构成的另一方、例如固定涡旋零件8的涡旋卷带9的竖立高度Hf要低，同时在由这个热膨胀系数大的金属材料构成的旋转涡旋零件13的涡旋卷带15的竖立端面15a具有的密封件16的热膨胀系数大的金属材料以铝类金属材料较为合适，热膨胀系数小的金属材料以铁类金属材料较为合适，但不限定于此类材料。

如上所述，在由热膨胀系数大的金属材料构成的旋转涡旋零件13的涡旋卷带15的竖立端面15a具有的密封件16，并随着温度上升而以比由热膨胀系数小的金属材料构成的固定涡旋零件8的涡旋卷带9高的比例增大竖立高度Hm，竖立高度Hm比涡旋卷带9设定得低，既可通过密封件16来增大与相对的固定涡旋零件8的端板14a的密封性，同时避免端板14a和密封件16间的过度的滑动接触或涡旋卷带15的接触，从而防止在运转中产生过度的负荷和降低耐久性的现象。又，热膨胀系数小的固定涡旋零件8的涡旋卷带9虽然没有密封件，但因为与相对的旋转涡旋零件13的间隙宽度Bf较大，故密封性优异，随着温度上升，涡旋卷带9的竖立高度Hf会稍许增加，进一步提高密封性，并由于竖立高度的增大比例较小，故可避免与相对的旋转涡旋零件13的端板14b的接触，由此防止在运转中产生过度的负荷和降低耐久性的现象。因此，由于在不降低耐久性的情况下进一步提高了压缩机的压缩效率，所以使用压力高的制冷剂时特别有效。

关于本发明的第3的实施形态，参照图4进行说明。

固定涡旋零件8和旋转涡旋零件13用热膨胀系数不同的金属材料制成，使用热膨胀系数大的金属材料的一方适合于旋转侧，此外，旋转涡旋零件13的卷带厚度T1与热膨胀系数小的固定涡旋零件8的卷带厚度T2相比如凸4、5所示那样做得较厚。

使用热膨胀系数大的金属材料适用于旋转涡旋零件13，可减轻重量，减轻在高速运转时的驱动部的离心力，降低与支承驱动轴的轴承件之间的摩擦及滑动损失，能期望提高耐久性和运转效率。同时，只要将由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋卷带15的厚度T1做得比由热膨胀系数小的金属材料构成的涡旋卷带9要厚，这样，升温时的热膨胀量会增大，随着温度升高，和热膨胀量小的对方的固定涡旋零件8之间的间隙会变小，从而提高密封性，使得在整个运转过程中有效地减少泄漏损失，提高压缩性能。使用热膨胀系数不同的材料所产生的密封效果，热膨胀系数高的金属材料所构成的一方即使是固定涡旋零件8及旋转涡旋零件13的任何一方都能发挥作用。

此外，在本发明的第4的实施形态中，为使由热膨胀系数大的金属材料构成的旋转涡旋零件13中的涡旋卷带15与由热膨胀系数小的金属材料构成的固定涡旋零件8中的端板14a之间的轴向方向的间隙G从外周侧涡旋卷带15a朝中央侧的涡旋卷带15b逐渐增加，旋转涡旋零件13一侧的涡旋卷带15的竖立端15c如图5所示那样，设成沿着长度方向倾斜。

旋转涡旋零件13随着温度升高产生热膨胀从而缩小与热膨胀系数小的对方、即固定涡旋零件8的端板14a的轴向方向间隙G而使密封性提高，涡旋卷带15的竖立端15c竖立高度在热膨胀量较大的中央侧较低，热膨胀量较小的外周侧竖立高度较高，这样由外周侧和中央侧的每次升温的不同所引起的热膨胀量的差异相互抵消，随着温度升高，从涡旋卷带15的外周侧至中央侧的各个部位的、与固定涡旋零件8的端板14a的轴向方向的间隙G不会产生过大与不足，不会因过度接触而增大滑动损失，能有效地降低泄漏损失。

即，可防止因在压缩过程中的中央处产生的压缩热使温度变得更高，而使涡旋卷带15的中央侧的竖立端15c因热膨胀变高后，与固定涡旋零件8的端板14a发生接触，并可将越过竖立端15c的制冷剂等的压缩流体的泄漏能限止在最小限度。或者通过在制冷剂压缩程度高于压缩程度低的外周侧的中央侧提高竖立端15c，则更能有效地防止在中央侧容易产生的制冷剂泄漏。

Claims (5)

1.一种涡旋压缩机，使从端板上竖立有涡旋卷带的固定涡旋零件和旋转涡旋零件相互啮合，在两者间形成压缩室，使旋转涡旋零件在自转约束下沿圆轨道旋转、压缩室一边改变容积一边移动而进行制冷剂的吸入、压缩和排出，在固定涡旋零件和旋转涡旋零件的一方的涡旋卷带端面，设有将和与其相对的端板之间予以密封的密封件，其特征在于，不设有密封件的涡旋卷带的厚度比设有密封件的涡旋卷带要厚。

2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述固定、旋转各个涡旋零件，是由热膨胀系数不同的金属材料构成，由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的高度设置得比由热膨胀系数小的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的高度低，且密封件被设置在由热膨胀系数大的金属材料构成的涡旋零件的涡旋卷带的端面上。

3.一种涡旋压缩机，使从端板上竖立有涡旋卷带的固定涡旋零件和旋转涡旋零件相互啮合，在二者间形成压缩室，使旋转涡旋零件在自转约束下沿圆轨道旋转、压缩室一边改变容积一边移动而进行制冷剂的吸入、压缩和排出，并在旋转涡旋零件的外周部及背面施加规定背压，其特征在于，

所述固定涡旋零件和所述旋转涡旋零件由热膨胀系数不同的金属材料构成，使用热膨胀系数大的金属材料的涡旋零件的涡旋卷带的厚度比使用热膨胀系数小的金属材料的涡旋零件的涡旋卷带要厚。

4.如权利要求3所述的涡旋压缩机，其特征在于，为使使用热膨胀系数大的金属材料形成的涡旋零件的涡旋卷带与使用热膨胀系数小的金属材料形成的涡旋零件的端板之间的轴向方向的间隙从外周侧向中央侧逐渐增加，使用热膨胀系数大的金属材料一方涡旋卷带的竖立端设成长度方向倾斜。

5.如权利要求1～4中任一项所述的涡旋压缩机，其特征在于，使用压力比R22更高的CO₂等制冷剂。

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