CN1262762C - 具有用于减少流体泄漏的台阶部分的涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

一种减少台阶部分的流体泄漏并提高压缩效率的涡旋压缩机，该涡旋压缩机在不必提高部件的制造精度的情况下可实现减少泄漏并得到较高的压缩效率。在配合的涡旋部件之间形成有距螺旋中心较近的高压空间，在最内闭合空间立即与高压空间相连通之前，涡旋部件的螺旋壁在接触点处相互接触，最内接触点被确定为一个基点。沿螺旋壁的内圆周面从基点至每个螺旋壁的外端所测量的角距离约为4πrad。沿着螺旋壁的内圆周面从基点至每个端盘的台阶部分所测量的角距离等于或大于约3πrad。

Description

具有用于减少流体泄漏的台阶部分的涡旋压缩机

                        技术领域

本发明涉及一种构建在空调器、致冷机等设备中的涡旋压缩机，具体地说，本发明涉及安装的上述设备中的涡旋部件的形状。

                        背景技术

图8所示为一种已知涡旋压缩机的剖视图。该涡旋压缩机包括固定安装在壳体100上的一个固定涡旋部件101，和可转动地自由支撑在壳体100中的一个旋转涡旋部件102。

固定涡旋部件101具有固定端盘101a和螺旋壁101b，旋转涡旋部件102具有旋转端盘102a和螺旋壁102b。固定涡旋部件101和旋转涡旋部件102以一种方式相互面对，这样螺旋壁101b和102b就以180°的相位差相互配合，旋转涡旋部件102借助于轴103而围绕固定涡旋部件101的轴线进行转动，因此在螺旋壁101b和102b之间形成的压缩室的容积逐渐减小并对压缩室中的流体进行压缩，最后将高压流体从布置在固定端盘101a中间部分处的排放孔104中排出。

在该涡旋压缩机中，在螺旋区域最外部形成的月牙形闭合空间的容积与逐步被压缩的引入流体的体积是相对应的。因此，为增大引入流体的体积即被压缩流体的体积，必须增大螺旋的圈数(或环数)，或采取另一种可选择的方式即必须增大螺旋壁的高度。

但是，增大螺旋的圈数会使压缩机的直径增大，而增大螺旋壁的高度会降低与压缩流体的压力相关联的螺旋壁的硬度。

日本专利No.1296413(参考日本审查的专利申请，第二公开号No.Sho 60-17956)中披露了解决这些问题的一种示例性结构。图6A和6B分别显示了在该例子中使用的固定涡旋部件1和旋转涡旋部件2的透视图。固定涡旋部件1具有一个端盘1a及在端盘1a的一面上形成的螺旋壁1b。同样，旋转涡旋部件2具有一个端盘2a及在端盘2a的一面上形成的螺旋壁2b。在上述端盘1a和2a的面上均形成有台阶部分3和3，在每个台阶部分3中，距螺旋的中心较近的一侧高于距螺旋的外端较近一侧。此外，与台阶部分3和3相对应的台阶部分4和4均形成于涡旋部件1和2的螺旋壁1b和2b的上端。在每个台阶部分4中，距螺旋的中心较近的一侧低于距螺旋的外端较近的一侧。

因此，上述涡旋压缩机具有这样一个特征，即形成的螺旋壁和端盘分别具有台阶部分，也就是说，在螺旋壁中，其外侧(螺旋的)较高而中心侧较低，在端盘中，其外侧较低而中心侧较高，从而与螺旋壁相对应。

图7显示了螺旋壁1b和2b以180°的相位差相互配合的配合状态。如图所示，通过端盘和/或端盘与螺旋壁的台阶部分的滑动平面，在螺旋壁1b和2b之间形成有压缩室C2和C3等。在这种状态下，当旋转涡旋部件2围绕固定涡旋部件1的轴线转动时，压缩室的容积逐渐减小，从而对相关的流体进行压缩。

在上述的涡旋压缩机中，与螺旋的外侧较近的压缩室的高度较高；这样，在不增加压缩机的外径的情况下就可增大引入的流体的体积。此外，距中心较近的压缩室的高度可较低，这样就可使螺旋壁具有较高的硬度。

但是，与具有一致高度的壁的常用涡旋压缩机相比较，在台阶部分配合时，每个台阶部分3及相应的台阶部分4在相互配合的部分上均产生部分滑动。因此，即使由于涡旋部件的加工或组装公差而在配合的部分之间存在非常微小的间隙，流体也可通过该间隙泄漏出来，从而降低压缩效率。

此外，为解决上述问题，应以非常高的精度制造涡旋部件；这样就会使生产率较低而生产成本较高。

                        发明内容

考虑到上述情况，本发明涉及一种包括具有台阶部分的涡旋部件的涡旋压缩机，本发明的一个目的是提供一种涡旋压缩机，用以在台阶部分尽量较小流体的泄漏并提高压缩效率。本发明的另一个目的是提供一种具有较小流体泄漏量的涡旋压缩机，该涡旋压缩机在不必提高涡旋部件的制造精度的情况下可实现较高的压缩效率。

因此，本发明提供的涡旋压缩机包括：

一个固定涡旋部件，该固定涡旋部件具有一个端盘及布置在该端盘的一个面上的螺旋壁，并安装在特定位置处；

一个旋转涡旋部件，该旋转涡旋部件具有一个端盘及布置在该端盘的一个面上的螺旋壁，旋转涡旋部件以一定的方式进行支撑，使螺旋壁相互配合，且旋转涡旋部件可进行回转而阻止自转，其中：

其上布置有螺旋壁的每个涡旋部件的所述面分为多个区域，包括距螺旋的中心较近的较高部分、距螺旋的外端较近的相邻较低部分，以及在较高部分和较低部分的边界处形成的一个台阶部分，较高部分高于较低部分；

每个螺旋壁的边缘具有一个低缘、一个高缘和一个台阶部分，所述低缘与上述较高部分相对应，且距螺旋的中心较近，所述高缘与上述较低部分相对应，且距螺旋的外端较近，所述台阶部分形成于高缘和低缘的边界处；

当涡旋部件相互配合时，所述端盘、螺旋壁和台阶部分进行部分相互接触，这样在涡旋部件之间就产生了闭合空间；

旋转涡旋部件进行回转，这样闭合空间逐渐从螺旋的外侧向中心侧移动，闭合空间的容积逐渐减小，从而对闭合空间内的流体进行压缩；

在配合的涡旋部件之间形成有靠近螺旋中心的、与排放室相连通的一个高压空间，在最内闭合空间立即与高压空间相连通之前，各涡旋部件的螺旋壁彼此接触的接触点中的最内接触点被确定为一个基点；

沿着对应螺旋壁的内周面所测量的从基点至每个螺旋壁的外端的角距离约为4πrad；

沿着相应螺旋壁的内周面所测量的、从基点至每个端盘的台阶部分的角距离等于或大于约3πrad。

根据上述结构，可将每个台阶部分放置在涡旋部件的一个优选区域中。因此，在最内闭合空间(也称为第一闭合空间)与高压空间(与排放室相连通)相连通之后，台阶部分就可不参与第一闭合空间的形成。由于第一闭合空间与高压空间相连通，使高压流体从高压空间中反向流动，从而使第一闭合空间中的流体的压力增大。因此即使当第一闭合空间和第二闭合空间(该第二闭合空间与第一闭合空间相邻，且距螺旋的外端较近)之间的压力差增大时，台阶部分也不参与第一闭合空间的形成；这样就可避免由于台阶部分的存在而导致的流体泄漏。也就是说，台阶部分可参与第二闭合空间或更远的闭合空间的形成，从而尽量减小由于台阶部分的存在而产生的流体泄漏，并提高压缩效率。在不提高涡旋部件的加工精度的情况下就可实现压缩效率的提高。

                        附图说明

图1显示作为本发明的一个实施例的涡旋压缩机的构成的固定涡旋部件的视图，该图是从形成有涡旋壁的一个面上观看；

图2显示作为本实施例的涡旋压缩机的另一个构成的旋转涡旋部件的视图，该图是从形成有一个涡旋壁的一面观看；

图3为涡旋压缩机的固定涡旋部件和旋转涡旋部件处于相配合状态时的截面视图，该图是从与排放孔的轴线相垂直的截面向固定涡旋部件观看；

图4A为图3中的区域A的放大视图，而图4B所示为图3中的区域B的放大视图；

图5A为一个图表，该图表显示在本实施例的涡旋压缩机的运行中，每个压缩室中的压力与旋转涡旋部件的转动角度的对比关系的变化，图5B显示在常用涡旋压缩机的运行中，每个压缩室中的压力随着旋转涡旋部件的转动角度的变化情况的图表；

图6A和6B分别显示常用涡旋压缩机中使用的一个固定涡旋部件和一个旋转涡旋部件；

图7为常用涡旋压缩机的固定涡旋部件和旋转涡旋部件处于相互配合状态的截面视图，该图是从与排放孔的轴线相垂直的截面朝着固定涡旋部件观看；

图8为常用涡旋压缩机的整体结构的剖视图。

                      具体实施方式

在下面的内容中将参考附图对根据本发明的涡旋压缩机的一个实施例进行描述。本发明并不仅限于该实施例。此外，在下面的内容中将省略对除涡旋部件之外而与上述常用涡旋压缩机具有相同结构的其他部分的描述，因此将对具有本发明区别特征的涡旋部件的构造，特别是每个台阶部分的形成位置进行详细描述。

图1所示为作为本实施例的涡旋压缩机的构成部分的固定涡旋部件的视图，该图是从形成有一个涡旋壁的一面看去所得到的。图2所示为作为本实施例的涡旋压缩机的另一个构成部分的旋转涡旋部件的视图，该图是从形成有一个涡旋壁的一面看去所得到的。图3所示为固定涡旋部件和旋转涡旋部件处于相配合状态时的截面视图，该图是从与排放孔的轴线相垂直的截面向固定涡旋部件看去所得到的。图4A所示为图3中的区域A的放大视图，而图4B所示为图3中的区域B的放大视图。图5A所示为一个图表，该图表显示了在本实施例的涡旋压缩机的运行中，每个压缩室中的压力与旋转涡旋部件的转动角度的对比关系的变化。图5B显示了在常用涡旋压缩机的运行中，每个压缩室中的压力随着旋转涡旋部件的转动角度的变化情况的图表。

如图1所示，在固定涡旋部件12的端盘12a上形成有一个螺旋壁12b，布置有螺旋壁12b的表面具有一个距涡旋的中心较近的较浅底面12f，以及距螺旋的外端较近的一个较深底面12g。在较浅部分12f和较深部分12g的边界处形成有一个台阶部分42，在底面12f和12g之间布置有一个相对于涡旋轴线垂直竖立的结合壁12h。

此外，螺旋壁12b的边缘具有距螺旋的中心较近的一个低缘12c，以及距螺旋的外端较近的一个高缘12d。因此，在相邻的边缘12c和12d之间也形成有一个台阶部分，并在边缘12c和12d之间形成有一个结合缘12e，结合缘12e相对于螺旋轴线垂直形成。

如图2所示，旋转涡旋部件13具有与固定涡旋部件12基本成镜像对称的形状。更具体地说，旋转涡旋部件13的端盘13a具有较深的底面13g，和一个较浅的底面13f，所述底面13g和13f分别与固定涡旋部件12的高缘12d和低缘12c相对应，旋转涡旋部件13的端盘13a还具有在较深底面13g和较浅底面13f之间形成的一个台阶部分43。在底面13f和13g之间的边界处也形成有一个垂直竖立的结合壁13h。

此外，旋转涡旋部件13的涡旋壁13b，具有分别与固定涡旋部件12的端盘12a的较深底面12g和较浅底面12f相对应的高缘13d和低缘13c，在高缘13d和低缘13c的边界处，也形成有一个相对于涡旋轴线垂直竖立的一个结合缘13e。

当旋转涡旋部件13与固定涡旋部件12相配合时，低缘13c与较浅底面12f相接触，高缘13d与较深底面12g相接触。同时，高缘12d与较深底面13g相接触，低缘12c与较浅底面13f相接触。因此，如图3所示，固定涡旋部件12和旋转涡旋部件13之间的空间，由端盘12a和13a(它们相互面对)及螺旋壁12b和13b分为多个压缩室。根据旋转涡旋部件13的旋转情况，这些压缩室的容积逐渐减小，压缩室逐渐从螺旋的外侧移向螺旋的中心侧，从而对流体进行压缩，最后，从布置在固定涡旋部件12的端盘12a的中心区域的排放孔25排放高压流体。

下面将对台阶部分42和43的位置(它们是本发明的区别技术特征)进行描述。在固定涡旋部件12和旋转涡旋部件13中，螺旋壁12b和13b具有相互对称的形状，端盘12a和13a也具有相互对称的形状。因此，下面将对固定涡旋部件12的结构进行详细描述，省略了对旋转涡旋部件13的结构(即台阶部分43的位置)的详细描述。

图3显示了固定涡旋部件12和旋转涡旋部件13相配合的状态。在螺旋壁12b和13b之间形成有一个与固定涡旋部件12的排放孔25相连通的高压室C1，和两个月牙形压缩室C2和C3(与本发明的闭合空间相对应)，压缩室C2和C3均与高压室C1相邻。图3显示了立即在压缩室C2与高压室C1相连通之前的一种特殊状态。在下面的解释内容中将该状态称为“立即与高压室相通之前的配合状态”。在该状态下，将高压室C1和压缩室(即闭合空间)C2之间的一个密闭位置，即螺旋壁12b和13b之间密闭点确定为基点P1。

在本实施例的涡旋部件中，螺旋壁13b的螺旋端13i以4πrad的角距离远离基点P1，所述4πrad的角距离是沿着螺旋壁13b的内圆周面测出的。因此，螺旋的圈数(或环数)较少。此外，P2是以3πrad的角距离远离基点P1的一个位置，所述3πrad的角距离是沿着螺旋壁12b的内圆周面测出的，基点P1和台阶部分42之间的角距离为3πrad或更多，也就是说，台阶部分42位于点P2或更远的点处。

如上所述，基点P1是根据压缩室C2与在点P3(参见图4A)处的排放孔25(即高压室C1)立即相连通之前的状态确定的。因此，如果旋转涡旋部件13再进行稍微转动就产生了所述的连通。在这种“立即与高压室相通之前的配合状态”下，在螺旋壁12b中心侧的端部12E的内圆周面12x，与在螺旋壁13b的中心侧的端部13E的外圆周面13x，在基点P1处进行线性接触(即在图4A的观察方向中所看到的“点接触”)。基点P1是用于测量角距离和确定上述位置P2的起始点；因此，将基点P1的位置确定为0rad。

当从基点P1沿着内圆周面12x朝着螺旋壁12b的外端作一个螺旋图形时(参见图4B)，就将与螺旋图形相对应的渐开线所作的基本曲线，和渐开线上的基点P1之间的线确定为0rad。从基点P1至位置P2的角距离为3πrad。在螺旋壁12b中，台阶部分42和内圆周面12x的接触位置x，位于P2或距螺旋的外端较近的一个位置。在图4中，在这种状态下即位置P2与接触位置x相重叠的状态下，台阶部分42位于最内位置处。

图4B中，参考符号12y是指与包含点P2的壁相邻的内壁的外圆周面。台阶部分42和外圆周面12y之间的接触位置y，位于上述基本曲线(用于渐开线)和接触位置x之间的线上。台阶部分42为半环形，且其两端点与接触位置x和y相对应。此处，接触位置y不与压缩室C3相重叠，因此，在上述“立即与高压室相通之前的配合状态”下，台阶42不处于压缩室C3的区域中。

图5A和5B所示为利用具有上述结构的涡旋压缩机所得到的效果图。图5A显示了本发明中每个压缩室的压力与曲柄轴的转角之间的关系。图5B显示了在一个结构中的每个压缩室的压力与曲柄轴的转角之间的关系，其中，台阶部分42和43移动至螺旋的中心侧(即与图7中所示的常用涡旋压缩机的例子相对应)。在使用的压缩机的运行状态下，限定的低压为0.4Mpa而限定的高压为2.5Mpa。

压缩室的容积的变化率取决于台阶部分42和43的位置；因此，即使曲柄轴具有同样的转动角度，压缩室的压力升高点P也根据台阶部分42和43的位置而变化。在图5A中，由参考号200所指示的线(即实线)显示了在本发明的台阶部分42和43形成时的压力变化。如果台阶部分42和43的位置，沿着螺旋朝着具有常用涡旋压缩机(参见图7)例子中所示的结构的中心侧移动，压力的变化就如图5B中的线201(即实线)所示。

图5A和5B中的每个点P均与上述“立即与高压室相通之前的配合状态”相对应。在压力范围高于P(即在每个图中的P点的右侧)的情况下，压缩室与高压室C1相连通，因此，在高压室C1中仍存的高压流体反向流入压缩室。这样，压缩室的压力突然增大，也就是说，在刚过点P后压缩室的压力突然增大。

参考号300所指示的线(即虚线)，显示了在本实施例的涡旋压缩机中距螺旋的外侧较近的相邻压缩室(即与压力变化由参考号200所指示的压缩室相邻)的变化。同样，由参考号301所指示的线(即虚线)显示了在常用涡旋压缩机的例子中距螺旋的外侧较近的相邻压缩室(即与压力变化由参考号201所指示的压缩室相邻)的变化。

参考图5A和5B，下面将对与常用压缩机的例子进行比较的本实施例的区别特征进行描述。在由图5B所示的常用涡旋压缩机中，台阶部分42和43上(与图7中的台阶部分3、3相对应)参与压缩室的形成的配合部分的范围为L1，该范围L1与180°的曲柄轴转角相对应。相反，在由图5A所示的根据本发明的涡旋压缩机中，台阶部分42和43上参与压缩室的形成的配合部分的范围为L0，该范围L0与180°的曲柄轴转角相对应。

由于机械加工或组装公差而使台阶部分42和43处的每个配合部分均具有一个很小的间隙。通过该间隙的流体泄漏与在台阶部分42和43处参与压缩室形成的配合部分范围内的流体压力差相对应，即(i)常用涡旋压缩机的例子中的线201和301之间的压力差ΔP1及(ii)在所述范围内的本实施例中的线200和300之间的压力差ΔP0。参考图5A和5B，明显地，ΔP1＞ΔP0。因此，在本实施例中可减小通过在台阶部分42和43(布置在涡旋部件中)处的配合部分的间隙所产生的流体泄漏，从而提高压缩效率。

也就是说，在具有本实施例的台阶部分42和43的涡旋压缩机中，台阶部分42位于位置P2或接近螺旋的外端的一个位置处，从基点P1至位置P2的角距离(沿着螺旋壁12b的内圆周面进行测量)为3πrad，同样，台阶部分43位于相应的位置(3πrad)或更远的一个位置处。根据该结构，如图5A所示，台阶部分42和43处的配合部分，与压力高于点P的压力范围内的压缩室的形成无关，而在点P处的压缩室的压力很高。因此，这样就可尽量减小通过台阶部分42和43处的间隙产生的流体泄漏，从而提高压缩效率。

在本实施例中，沿螺旋壁13b的内圆周面所测量的从基点P1至螺旋端13i的角距离为4πrad。但是，在实际运用中，该角距离可在3.3πrad至5πrad之间进行选择，以得到本发明的相似效果。此外，对螺旋壁12b也可施加类似的变化。

另外，在本实施例中，沿螺旋壁12b的内圆周面所测量的从基点P1至台阶部分42的角距离为3πrad或更多。但是，如果该角距离稍微小于3πrad(例如：2.7πrad，即距螺旋的中心近了0.3πrad)，则压缩效率的降低很少，且可得到与本发明相似的效果。此外，可对台阶部分43施加相似的变化。

Claims (1)

1、一种涡旋压缩机，包括：

一固定涡旋部件，该固定涡旋部件具有一端盘及布置在该端盘的一面上的螺旋壁，并安装在特定位置处；

一旋转涡旋部件，该旋转涡旋部件具有一个端盘及布置在该端盘的一面上的螺旋壁，旋转涡旋部件以一定的方式进行支撑，以使螺旋壁相互配合，且旋转涡旋部件可进行回转而阻止自转，其中：

其上布置有螺旋壁的每个涡旋部件的所述面分为多个区域，包括距螺旋的中心较近的较高部分、距螺旋的外端较近的相邻较低部分，以及在较高部分和较低部分的边界处形成的一台阶部分，较高部分高于较低部分；

每个螺旋壁的边缘具有一个低缘、一个高缘和一个台阶部分，所述低缘与所述较高部分相对应，且距螺旋的中心较近，所述高缘与所述较低部分相对应，且距螺旋的外端较近，所述台阶部分形成于高缘和低缘的边界处；

当涡旋部件相互配合时，所述端盘、螺旋壁和台阶部分进行部分相互接触，这样在涡旋部件之间就产生了闭合空间；

旋转涡旋部件进行回转，因此闭合空间逐渐从螺旋的外侧向中心侧移动，闭合空间的容积逐渐减小，从而在闭合空间内对流体进行压缩；

在配合的涡旋部件之间形成有一靠近螺旋中心的、与排放室相连通的高压空间，在最内闭合空间立即与高压空间相连通之前，各涡旋部件的螺旋壁彼此接触的接触点中的最内接触点被确定为一个基点；

沿着相应螺旋壁的内周面所测量的、从基点至每个螺旋壁的外端的角距离为4πrad；

沿着相应螺旋壁的内周面所测量的、从基点至每个端盘的台阶部分的角距离等于或大于3πrad。

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