CN1281951A - 涡卷形流体机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的涡卷形流体机械,能提高组装精度,提高性能,并且赋予涡卷体强度,提高可靠性。备有回转涡卷1和固定涡卷4;回转涡卷1具有端板3和立设在该端板3上的涡卷体2;固定涡卷4具有端板6和立设在该端板6上的涡卷体5,在与轴线方向垂直的面内方向的运动被限制;使该固定涡卷4和回转涡卷1的涡卷体2、5相互啮合,使在两涡卷之间闭塞形成的容积缩小或膨胀。形成在两涡卷体之间的侧面间隙,从中央卷绕起始点到靠中央的区间内,比从靠中央区间到靠外周区间小。
Description
本发明涉及作为容积形流体机械之一的涡卷形流体机械。
偏心量固定的固定曲轴式涡卷形流体机械，由于回转涡卷的回转半径一定，固定涡卷本身或限定固定涡卷位置的部件，固定在内腔式压缩机基座本体上。组装时，固定固定涡卷的方法，例如有一种极为简便的方法，即，一边使曲轴低速旋转、一边使回转涡卷回转，当判断为相接最少的位置即最适当位置时，慢慢地紧固固定用螺丝。这时，除了无润滑油机器(ォィルフリ-機)外，将润滑油注入间隙形成油膜，避免涡卷体相互间的过度接触。
根据该方法，由于组装完成时处于曲轴旋转的组装状态，所以固定涡卷偏离理想位置的尺寸，小于两涡卷体间的侧面间隙(回转涡卷在回转位置时，固定涡卷体和回转涡卷体相互接近而形成密封部分的间隙)的大小，平均性能不降低。
而偏心量可变的、日本特公昭60-37319号公报记载的可变曲轴式涡卷形流体机械，由于不能采用上述组装方法，需要高精度的组装工具等，所以制作、加工的费用高。
另外，日本特开平8-254191号公报中记载的涡卷形流体机械，回转轴承部不靠近回转涡卷体中央配置，吸收运转时的热变形。
固定曲轴式的涡卷形流体机械，与可变曲轴式的相比，优点是组装精度高，平均性能高，但是，具有以下缺点。
涡卷形流体机械中，由于在两涡卷间产生近似于流体膨胀、压缩的绝热变化的变化，所以，运转时两涡卷的温度值与其它部分不同，与其它部分之间产生热膨胀量差。与回转涡卷相比，固定涡卷与回转涡卷以外部分的接触部多，在接触部妨碍自由热膨胀。因此在运转时，仅回转涡卷的大小相对地变化。回转轴承或回转轴位于涡卷体中央的固定曲轴式流体机械中，回转轴承或回转轴与曲轴的偏心部组合，回转涡卷的中央部位置被规定，所以，从中央部朝着外周，热膨胀引起的变形量增大。因此，在热膨胀作用下，两涡卷成为图7和图8所示的啮合状态。
即，在温度上升、回转涡卷1相对地热膨胀的压缩机(见图7)中，偏心侧的X涡卷部的回转侧涡卷体的外侧侧面与固定侧涡卷体的内侧侧面之间的间隙，以及，在温度降低、回转涡卷1相对地热收缩的膨胀机(见图8)中，反偏心侧的Y涡卷部的回转侧涡卷体的内侧侧面与固定侧涡卷体的外侧侧面的间隙，其减少量是越往涡卷体的外周越大，即，越往外周侧面间隙越小，存在着涡卷体干扰(两涡卷的涡卷体机械地接触)的危险性。
为此，在现有技术中，为了避免该干扰的危险性，即，在热膨胀时，为了使外周侧涡卷体相互间不接触，预先加大两涡卷体间的间隙。具体地说，把固定曲轴的偏心量设定为比涡卷体的形状决定的量(回转半径的理论值)小。结果，在无热变形的组装时，涡卷体侧面的间隙扩大，该间隙的大小所决定的固定涡卷组装时的定位误差的增大。即，回转涡卷和固定涡卷的组装时，精度有偏差，使平均性能降低。
本发明的目的是提供一种能提高组装精度、提高性能(第1目的)、同时对涡卷体赋予强度而提高可靠性(第2目的)的涡卷形流体机械。
为了实现上述第1目的，本发明的涡卷形流体机械，备有回转涡卷和固定涡卷；旋转涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与涡卷体立设方向的轴线方向垂直的面内不自转地进行回转运动；固定涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与轴线方向垂直的面内方向的运动被限制；还设有驱动上述回转涡卷作回转运动的偏心量固定的曲轴机构，使上述固定涡卷和上述回转涡卷的涡卷体相互啮合，使在两涡卷间闭塞形成的容积缩小或膨胀；其特征在于，
形成在上述两涡卷体间的侧面间隙，从中央的卷绕起始点到靠近中央区间内，比从该靠近中央区间到靠外周区间小，上述回转涡卷的对偶部即回转轴和上述靠中央区间，从轴方向看有重合的部分。
上述的靠中央区间，是从中央的卷绕起始点起360°的范围。
由于运转时涡卷体的侧面间隙缩小量大的涡卷体的靠外周区间的间隙，保持为组装时的大小，仅缩窄靠中央区间的侧面间隙，所以，运转时可避免涡卷体的干扰危险性，同时，在一边使曲轴旋转一边慢慢地紧固固定涡卷或固定涡卷的定位部件进行组装时，从回转涡卷作用到固定涡卷或固定涡卷定位部件上的位置调节作用，在减小了涡卷体侧面间隙的靠中央区间产生，所以，可提高组装精度和平均性能。
另外，由于该靠中央区间是从中央的卷绕起始部起360°的范围，所以，曲轴在任何旋转相位时，在回转涡卷的涡卷体的内侧或外侧的各侧面，起位置调节作用的部位限定为靠中央区间内的1个部位，因此，随着曲轴的旋转，除了在卷绕起始部移动时或在涡卷体的内侧曲线及外侧曲线间移动时，位置调节作用是连续进行的，所以，可抑制冲击的位置调节作用的发生，抑制固定涡卷的振动，提高组装精度。
为了实现上述第2目的，本发明的涡卷形流体机械，备有回转涡卷和固定涡卷；旋转涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与涡卷体立设方向的轴线方向垂直的面内不自转地进行回转运动；固定涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与轴线方向垂直的面内方向的运动被限制；还设有驱动上述回转涡卷作回转运动的偏心量固定的曲轴机构，使上述固定涡卷和上述回转涡卷的涡卷体相互啮合，使在两涡卷间闭塞形成的容积缩小或膨胀；
其特征在于，与上述回转涡卷对偶的回转轴和上述靠中央区间，从轴方向看有重合的部分，形成在上述两涡卷体间的侧面间隙，从中央的卷绕起始点到靠近中央的区间内，比该靠近中央区间到靠外周区间小，并且，设靠外周区间内的壁厚平均值(除了卷绕终了部外)为A，设靠中央区间内的壁厚平均值(除了卷绕起始部外)为B，设靠外周区间内的侧面间隙为C，设靠中央区间内的侧面间隙为D时，满足式B-A＞＞C-D。
借助上述构造，可提高运转时通过油膜相互作用力的可能性高的侧面间隙的靠中央区间的强度，可提高两涡卷体的可靠性。
图1是本发明涡卷形流体机械的实施例的断面图。
图2是图1所示涡卷形流体机械的涡卷的平面图，(a)是涡卷的涡卷体的整体平面图，(b)是涡卷体的卷绕起始部详图。
图3是表示涡卷体的加厚部的平面图。
图4是涡卷体的加厚部的说明图。
图5是将涡卷形流体机械作为压缩机使用时，表示两涡卷体的位置关系和动作原理的平面图。
图6是表示涡卷体采用圆渐开曲线例子的图。
图7是说明在回转涡卷相对热膨胀的压缩机中，涡卷体的干扰的图。
图8是说明在回转涡卷相对热收缩的压缩机中，涡卷体的干扰的图。
下面，参照图1至图4说明本发明的实施例。
图1是本发明涡卷形流体机械实施例的断面图。图2(a)是涡卷的涡卷体的整体平面图，图2(b)是图2(a)所示涡卷体的卷绕起始部详图。图3是表示涡卷体的加厚部的平面图。图5是将涡卷形流体机械作为压缩机使用时，表示两涡卷体的位置关系和动作原理的平面图。
图1和图2(a)中，1是回转涡卷，由回转侧涡卷体2和端板3构成，回转侧涡卷体2由回转外侧曲线2a和回转内侧曲线2b形成。4是固定涡卷，由固定侧涡卷体5和端板6构成，固定侧涡卷体5由固定外侧曲线5a和固定内侧曲线5b形成。由这些涡卷体2、5形成的侧面间隙，靠中央区间的侧面间隙比其余的区间即靠外周区间的侧面间隙小。
7是形成在回转侧涡卷体2与固定侧涡卷体5之间的作动室。8是压缩后流体流出的排出口。O是回转涡卷1的中心，O′是固定涡卷4的中心。9是控制阀装置，使中间压室10的压力相对于吸入压力具有一定的压力差。为了借助回转涡卷1和固定涡卷4间的滑动形成机械摩擦损失及泄漏损失少的作动室7，该中间压室10从回转涡卷1的背面施加适当的压力。
支承在框架11上的曲轴12的回转轴12a，插入形成在回转涡卷1背面的回转轴承1a内。在框架11与回转涡卷1之间配置着欧氏环13，该欧氏环13容许回转涡卷1的公转运动而防止其自转运动。14是马达，由定子14a和转子14b构成，用于驱动曲轴12。15是吸入管，用于取入制冷剂气体等的流体。16是排出管，用于排出压缩后的流体。17是固定螺栓，用于将固定涡卷4固定在框架11上。18是密闭壳体，密闭地收容着回转涡卷1、固定涡卷4和马达14。
上述构造的涡卷形流体机械如下述地动作。
向马达14通电时，曲轴12旋转，回转涡卷1借助于欧氏环13不自转地公转，从吸入管15流入的流体如图5所示地，在回转涡卷1、固定涡卷4间进行压缩动作。
即，两涡卷体2、5间的作动室7的容积，从流体吸入终了的状态(a)0°，随着公转到90°(b)、180°(c)、270°(d)，作动室7的容积缩小，进行流体的压缩动作。
压缩后的流体从排出口8排出到压缩机的密闭壳体18内，最后从排出管16排到压缩机外。在该压缩动作中，由于两涡卷2、5的侧面间隙，是靠中央区间的侧面间隙比其余的区间即靠外周区间的侧面间隙小，所以可抑制在内部压力差大的涡卷的中央部附近产生的流体向内部泄漏，提高压缩机性能。
下面，详细说明使两涡卷体的靠中央区间的侧面间隙比其余的区间即靠外周区间的侧面间隙小，可以抑制在内部压力差大的涡卷体的中央部附近产生的流体向内部泄漏，从而提高压缩性组装性能的原因。
先参照图2(a)、(b)说明涡卷体的回转侧涡卷体2和固定侧涡卷体5的卷绕起始部、卷绕起始点。
在回转侧涡卷体2的卷绕起始部(虚线包围的部分)2d，外侧曲线2a从卷绕起始点2e开始卷绕，内侧曲线2b从卷绕起始点2f开始卷绕。在斜线所示的固定侧涡卷体5的卷绕起始部(虚线包围的部分)5d，外侧曲线5a从卷绕起始点5f开始卷绕，内侧曲线5b从卷绕起始点5e开始卷绕。
下面参照图3说明涡卷体的加厚部。
该图中是表示回转侧涡卷体2，固定侧涡卷体5也是同样的。所以，以回转侧涡卷体2为例说明。
在极座标上，设动径为r、偏角为θ、代数螺线系数为a，代数螺线的指数为k时，基本涡卷曲线用式1表示。
r=a·θk …(式1)
借助该基本涡卷曲线或偏移该基本涡卷曲线的曲线包络线，形成涡卷体的内侧曲线及外侧曲线。从回转侧涡卷体2的中央部朝着外周渐渐减薄壁厚。
即，在涡卷体的外侧曲线2a中如虚线2a1所示，在内侧曲线2b中如虚线2b1所示，斜线所示的加厚部从卷绕起始点起，在360°的范围内分别加厚(通常从数μm到数百μm左右)。另外，如虚线2a2、2b2所示，外侧曲线2a和内侧曲线2b从上述360°到540°(以卷绕起始点为基准，第1周为360°，第2周为720°)、即从第1周到第1周半，渐渐地减少加厚量，使壁厚回到加厚前的厚度。
如果把靠中央区间的侧面间隙比360°大幅延长地加厚，则在曲轴12的某旋转相位，在涡卷体2的两侧面，每360°的区间产生可调节位置作用的部分，实际上起位置调节作用的部分，是这些中的一个部位，由涡卷体2的形状精度、以及组装时将固定涡卷4或固定涡卷定位部件螺固时的螺丝的固定具等的调节条件决定，所以，事实上不可能预测是哪个部分。因此，随着曲轴12的旋转，起位置调节作用的作用部很可能会不连续地移动，容易产生冲击力，增大固定涡卷的振动，使组装精度降低。
因此，如果是比上述范围大的范围、例如从卷绕起始部起450°的范围，则该部分的涡卷体的形状，与从卷绕起始部起360°的范围没有大的差，可得到良好的组装精度。
反之，如果使靠中央区间的侧面间隙比360°大幅度狭窄，则在曲轴12的某旋转相位，在侧面间隙的偏离中央区间的位置，全部集中作为位置调节作用的作用部的部分。因此，随着曲轴12的旋转，位置调节作用的作用部很可能不连续地移动，同样地容易产生冲击力，增大固定涡卷4的振动，导至组装精度降低。
因此，如果比360°范围稍狭窄的范围、例如从卷绕起始部起250°的范围，则在减少加厚量返回原来厚度的过程中，只要变化率不大，就可得到良好的组装精度。
另外，如果不是在180°范围内减少到原来的厚度，而是一直到卷绕终了部渐渐地减少加厚量，也能得到所希望的效果。
图3中，回转涡卷侧的对偶部即回转轴12a和涡卷体2的靠中央区间，从轴方向看有重合部分、即在实线圆所示的回转轴12a内，有回转侧涡卷体2的卷绕起始部2d。
下面，以回转侧涡卷体2为例说明壁厚。如图4所示，壁厚是涡卷体2的外侧曲线2a和内侧曲线2b的角α、β相等时从A1到B1的线长度。
总之，形成在两涡卷部间的、从中央卷绕起始部到靠中央区间的侧面间隙，比从该靠中央区间到靠外周区间的侧面间隙小，从中央卷绕起始部到靠中央区间的范围，是从中央卷绕起始部起250°以上450°以下的范围，最好是从中央卷绕起始部起360°的范围，并且，将该侧面间隙设定为大致上一定，比其余的区间即靠外周区间的侧面间隙小。
另外，从USP 5427512号公报和日本特开平3-11102号公报可知，将中央部的涡卷体作成厚壁，从卷绕开始到卷绕终了的侧面间隙是一样的，这些也存在着与现有技术同样的问题。
另外，为了对涡卷体赋予强度提高可靠性，壁厚与侧面间隙的关系如下地设定。
上述两涡卷体的、除了靠外周区间内的卷绕终了部以外的壁厚平均值，与两涡卷体的、除了靠中央区间内的卷绕起始部的壁厚平均值的差，比靠外周区间和靠中央区间的侧面间隙的差大很多。即，
设靠外周区间的壁厚的平均值(除了卷绕终了部外)为A
设靠中央区间的壁厚的平均值(除了卷绕起始部外)为B
设靠外周区间的侧面间隙为 C
设靠中央区间的侧面间隙为 D
则B-A＞＞C-D。
回转涡卷1和固定涡卷4的组装如下述地进行。
先往固定侧涡卷体5与回转侧涡卷体2之间注入润滑油，将它们组合起来，用固定螺栓17将固定涡卷4松松地临时固定在框架11上，借助曲轴12，使回转涡卷的中心O在固定涡卷的中心O′的周围不自转地以回转半径e(=OO′)作公转运动。固定侧涡卷体5即使不在预定的最适当位置，在靠中央区间内，也能通过油膜从回转侧涡卷体2对固定侧涡卷体5起到位置调节作用。
接着，一边使回转侧涡卷体公转，一边渐渐拧紧临时固定着的固定螺栓17，当偏离固定侧涡卷体5和回转侧涡卷体2的最适当位置最小时，组装完成。
具体地说，固定侧涡卷体5和回转侧涡卷体2的最适当位置，是在使回转涡卷体2公转运动时，能进行最轻的公转运动的位置。
象现有技术那样侧面间隙是一样的情况下，为了组装回转涡卷体2而使其公转运动时，两者相接的位置因其研削加工的误差而变化。例如，如果外周侧在容许范围内被加工得粗时，在该外周相接；相反地，如果内侧(中央侧)被加工得粗时，在该部位相接。这样，存在着组装精度因产品而异的问题。
另一方面，研削加工的精度例如设定为(设计值±0．05)范围，则在该±0．05的范围内。
本实施例中，是通过加厚卷绕起始部的涡卷体厚度来减小侧面间隙。比卷绕终了部厚，对于进行研削加工的机械要求的公差不变。因此，卷绕起始侧的精度相对较高。另外，由于缩窄该加工精度高的卷绕起始侧的侧面间隙，所以组装时，相接部位是该卷绕起始侧，在这里进行上述的定位，所以，可提高组装精度，减少产品的精度偏差。
但是，在靠中央区间，两涡卷体2、5通过油膜压接啮合时，因滑动摩擦使性能降低，为了避免这一点，涡卷体2、5中的至少一方的滑动面用亲合性好的覆盖膜覆盖，以缓和压接，这样，可抑制因加工精度差引起的性能及可靠性的缺陷。
另外，由于靠中央区间比靠外周区间作用大的作用力，把靠中央区间的壁厚加厚，可提高涡卷体的强度。
另外，在形成有大压力差作动室的涡卷体的靠中央区间，由于壁厚加厚，所以，涡卷体的齿尖与齿底间的流路加长，提高了密封性，可抑制内部泄漏。
另外，由于把回转侧涡卷体的中央侧的两侧，在360°范围内略均匀地加厚，所以，提高了回转侧涡卷和固定侧涡卷的组装精度，提高了压缩机的性能。
根据本实施例，能抑制性能缺陷，防止性能降低，可提供性能及可靠性好的压缩机。
上面的说明中，是只将回转侧涡卷体2的靠中央的区间加厚，但也可以将固定侧涡卷体5加厚，或者也可以将两者都加厚。
也可以不将回转侧涡卷体2或固定侧涡卷体5的靠中央区间加厚，而是将靠外周的区间减薄。
另外，当回转涡卷和固定涡卷中的一方或两方由热膨胀率高的材质构成时，在涡卷体的靠外周的区间存在着干扰的危险，但是，采用上述涡卷体，可以缓和干扰的危险，提高两涡卷体的组装精度。
上面，以高压腔式的压缩机为例说明了涡卷形流体机械，但也可以适用于膨胀机、泵，也适用于低压腔式的涡卷形流体机械。
上面的说明中，涡卷体的基本涡卷曲线是采用以式1表示的代数螺线，但是，也适用于由渐开线或其它曲线构成的涡卷体。
图6是采用圆渐开曲线的涡卷体的例子，把回转侧涡卷体2的靠中央区间的外侧和内侧加厚(斜线部)。即，在从卷绕起始点开始的260°范围内，将回转侧涡卷体2的外侧曲线2a1、内侧曲线2b1加厚，然后，在外侧曲线2a1、内侧曲线2b2所示范围(180°)渐渐减少加厚量，回到原来的壁厚。
采用圆渐开曲线的涡卷体中，基于其曲线的特征，不加厚的形状可这样加工形成：即，一边使工件以一定的速度回转，一边在偏离(偏离的值相当于与基础半径相等的加工偏置值)其旋转中心的直线上使立铣刀以一定速度移动。所以，侧面间隙变化的形状，可以仅使加工偏置值变化即可加工形成，加工用的NC机械的变更也容易。
与图3同样地，回转涡卷侧的对偶部即旋转轴12a和涡卷体2的靠中央区间，从轴方向看有重合的部分，即，在实线圆所示的回转轴12a内，有回转侧涡卷体2的卷绕起始部2d。
也可以将卷绕起始侧减薄，使侧面间隙比外周小。这时，必须提高卷绕起始侧的加工精度。
根据本发明的涡卷形流体机械，使回转涡卷和固定涡卷的两涡卷体成为最适当位置关系地进行组装，可抑制组装误差引起的性能偏差，提高平均的性能水平。
另外，在涡卷体侧面的干扰危险性高的靠中央区间，加厚壁厚，可加强涡卷体的强度，提供可靠性高的涡卷形流体机构。
Claims (7)
1．涡卷形流体机械，备有回转涡卷和固定涡卷；旋转涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与涡卷体立设方向的轴线方向垂直的面内不自转地进行回转运动；固定涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与轴线方向垂直的面内方向的运动被限制；还设有驱动上述回转涡卷作回转运动的偏心量固定的曲轴机构，使上述固定涡卷和上述回转涡卷的涡卷体相互啮合，使在两涡卷间闭塞形成的容积缩小或膨胀；其特征在于，
形成在上述两涡卷体间的侧面间隙、在中央的卷绕起始点到靠近中央的区间的部分，比从靠近该中央的区间到靠外周的区间的部分小，与上述回转涡卷配对的回转轴和上述靠中央的区间，从轴方向看有重合的部分。
2．涡卷形流体机械，备有回转涡卷和固定涡卷；旋转涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与涡卷体立设方向的轴线方向垂直的面内不自转地进行回转运动；固定涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与轴线方向垂直的面内方向的运动被限制；还设有驱动上述回转涡卷作回转运动的偏心量固定的曲轴机构，使上述固定涡卷和上述回转涡卷的涡卷体相互啮合，使在两涡卷间闭塞形成的容积缩小或膨胀；其特征在于，
上述涡卷体中任一方或两方的壁厚、在中央卷绕起始点到靠中央的区间的部分比从该靠中央的区间到靠外周的区间的部分厚，与上述回转涡卷配对的回转轴和上述靠中央区间，从轴方向看有重合的部分。
3．如权利要求2所述的涡卷形流体机械，其特征在于，在上述靠外周的区间内，使上述已加厚的涡卷体的壁厚渐渐减薄，回到加厚前的壁厚。
4．如权利要求1或2所述的涡卷形流体机械，其特征在于，上述靠中央区间，是从中央的卷绕起始点起250°以上、450°以下的范围。
5．如权利要求1或2所述的涡卷形流体机械，其特征在于，上述靠中央区间，是从中央的卷绕起始点起360°的范围。
6．如权利要求1或2所述的涡卷形流体机械，其特征在于，由两涡卷体形成的侧面间隙大体上为一定值。
7．涡卷形流体机械，备有回转涡卷和固定涡卷；回转涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与涡卷体立设方向的轴线方向垂直的面内不自转地进行回转运动；固定涡卷具有端板和立设在该端板上的涡卷体，在与轴线方向垂直的面内方向的运动被限制；还设有驱动上述回转涡卷作回转运动的偏心量固定的曲轴机构，使上述固定涡卷和上述回转涡卷的涡卷体相互啮合，使在两涡卷间闭塞形成的容积缩小或膨胀；
其特征在于，与上述回转涡卷配对的回转轴和上述靠中央区间，从轴方向看有重合的部分，形成在上述两涡卷体间的侧面间隙、在中央的卷绕起始点到靠近中央的区间的部分，比该靠近中央区间到靠外周区间的部分小，并且，设靠外周区间内的壁厚平均值(除了卷绕终了部外)为A，设靠中央区间内的壁厚平均值(除了卷绕起始部外)为B，设靠外周区间内的侧面间隙为C，设靠中央区间内的侧面间隙为D时，满足式B-A＞＞C-D。
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