CN1865705A - 涡旋式压缩机 - Google Patents

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上田健史
两角尚哉
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Abstract

本发明廉价地提供一种通过利用吸入压力和排出压力之间的中间压力作为背压而能够防止压缩效率降低的、小型且轻量的涡旋式压缩机。在主机架(3)和止推环(8)之间设置独立的轴向上的微小间隙，以该微小间隙作为第2背压室(C2)，向其内部导入吸入压力和排出压力之间的中间压力。

Description

涡旋式压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于制冷循环等的制冷剂压缩的涡旋式压缩机，更详细地说，本发明涉及一种在旋转涡旋件的端板背面上作用背压从而防止压缩效率的较低的涡旋式压缩机。
背景技术
用于制冷循环的压缩机，大多在密闭容器的内部具有压缩部和电动机室，压缩部经由电动机的旋转驱动轴而被驱动。压缩部将低压制冷剂导入到密闭工作室中，通过减小其密闭容积而压缩成高压制冷剂，其中所述密闭工作室通过使立设于固定涡旋件和旋转涡旋件的各端板上的涡卷彼此相互啮合而形成。
当制冷剂在密闭工作室内被压缩时，工作室内部的压力变高，所以作用使旋转涡旋件从固定涡旋件离开的力。在旋转涡旋件被向下压回了的情况下，会在其与固定涡旋件之间形成微小的间隙，从而有从该间隙漏出制冷剂、压缩效率降低的可能。
鉴于此，提出了下述方案：将密闭工作室的排出压力的一部分引回而作为背压用于旋转涡旋件的端板背面上，以使得旋转涡旋件不会离开。根据该方案，通过在旋转涡旋件的端板背面上作用背压，能够将旋转涡旋件向固定涡旋件一侧推压。
但是，在利用高压的排出压力而推压旋转涡旋件的情况下，在排出压力高于额定压力的运行条件下，旋转涡旋件的推压力过大从而会导致性能和可靠性降低。相反，在排出压力比额定压力小的运转条件下，推压力太小，从而存在旋转涡旋件容易离开的问题。
鉴于此，提出了下述方案：如例如专利文献1(日本专利公报No.2000-161254)所记载的那样，以排出压力推压旋转涡旋件的端板背面中央部，进而以排出压力与吸入压力的中间压力推压其外周部。根据该方案，即使在排出压力大于或小于额定条件的情况下，也能够缓和推压力的过度增减。
但是，在现有的涡旋式压缩机中存在下述问题。即，在专利文献1记载的方案中，止推环的小径部的内侧兼作主轴承，或是利用止推环的大径部的上端面来支承奥德姆环等，从而止推环自身的构造变得复杂，从而在生产成本方面存在问题。
另外，由于止推环在内侧配置有平衡器，所以止推环的中径密封部直径必然增大。进而，由于利用设置在较中径密封部更靠外侧处的止推环大径部作为限制止推环的轴向可动量的限制机构，所以止推环自身的直径变大，不可避免地导致压缩机的大型化和重量的增加。
发明内容
鉴于此，本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的在于廉价地提供一种小型而且轻量的涡旋式压缩机，其利用吸入压力和排出压力的中间压力作为背压而能够防止压缩效率的降低。
为了达到上述目的，本发明具有以下几个特征。一种涡旋式压缩机，密闭壳的内部隔着主机架而区分为包括固定涡旋件和旋转涡旋件的制冷剂压缩室、和包括电动机的驱动室，在上述旋转涡旋件的端板背面与上述主机架之间配置有圆筒状的止推环，在上述止推环的内侧备有被导入排出压力的第1背压室，其特征在于，在上述主机架上，设置有同轴而直径不同的小径的第1内周面和大径的第2内周面、以及形成于上述第1内周面和第2内周面之间的阶梯面，上述止推环，其内径大于上述电动机的偏心轴的转动范围，设置有与上述第1及第2内周面紧密接触的第1及第2密封面、和与上述阶梯面对置地配置并且在与上述阶梯面之间形成独立的第2背压室的对置面，具备向上述第2背压室内导入吸入压力和上述排出压力的中间压力的压力导入机构。
根据该特征，通过用主机架承接电动机的主轴和奥德姆环，能够利用背压可靠地推压旋转涡旋件，并且能够简化止推环的构成，能够实现压缩机整体的小型化、轻量化和成本的降低。
其特征在于，在上述主机架的第1内周面以及/或者第2内周面、与上述止推环的第1密封面以及/或者第2密封面之间，设置有用于密闭上述各背压室的密封机构。
根据该特征，通过在各密封面之间设置密封机构，能够可靠地密闭各背压室，不必将止推环和主机架的啮合精度设定得很高，所以能够更加廉价地制造。
其特征在于，上述压力导入机构包括中间压力导入孔和连通孔，所述中间压力导入孔一端朝上述制冷剂压缩室内的密闭工作室敞开，另一端朝上述旋转涡旋件的端板背面敞开，所述连通孔一端朝上述中间压力导入孔敞开，另一端朝上述第2背压室敞开，在形成于上述止推环的上端面的止推面上，同轴地设置有环状的凹槽，隔着上述凹槽而在同心圆上形成有内侧环和外侧环，上述连通孔的一端开口于上述凹槽内。
根据该特征，能够从设置于旋转涡旋件的端板的中间压力导入孔经由连通孔可靠地向第2背压室导入中间压力，能够将作为背压的中间压力均等地作用于旋转涡旋件的端板背面。
其特征在于，上述内侧环的外径比上述止推环的第1密封面的外径小。
根据该特征，相对于将旋转涡旋件向下侧推回的排斥力，能够可靠地增大向上的推压力(背压)，从而能够更加稳定地驱动旋转涡旋件。
作为更加优选的方案，其特征在于，设置有限制上述止推环在轴向上的可动范围的限制机构。更加优选地，其特征在于，上述微小间隙由上述主机架的阶梯面和上述止推环的对置面形成。另外，其特征在于，上述限制机构由上述止推环的直径大于上述第2密封面的突缘部、和上述主机架的卡止上述突缘部的卡止面形成。进而，其特征在于，具有直径小于上述第1内周面的第3内周面，上述限制机构通过使上述止推环的下端面抵接于形成在上述第1内周面和第3内周面之间的第2阶梯面上而形成。
由此，通过在止推环和主机架之间设置限制轴向上的可动范围的限制机构，而使端板和止推面之间的间隔不会大到必要程度以上，从而能够防止从止推面与端板之间的间隙漏出排出压力的问题。
附图说明
图1是本发明一实施方式的涡旋式压缩机的剖视图。
图2是上述涡旋式压缩机的主要部分放大剖视图。
图3A是采用了O形环的密封构造的局部放大剖视图。
图3B是采用了弹性密封环的密封构造的局部放大剖视图。
图3C是表示密封槽的变形例的局部放大剖视图。
图4是止推环的横剖视图。
图5A是止推环的中央纵剖视图。
图5B是表示作用于止推环的上端面的最大压力的压力分布图。
图6是说明第1限制机构的主要部分放大剖视图。
图7是说明第2限制机构的主要部分放大剖视图。
图8是说明第3限制机构的主要部分放大剖视图。
图9是说明第4限制机构的主要部分放大剖视图。
图10是将止推环抬起后的状态的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但本发明并不限于该实施方式。图1是本发明一实施方式的涡旋式压缩机的剖视图，图2是将压缩部放大了的放大图。
该涡旋式压缩机1由将圆筒状的密闭壳2纵置的压缩机构成，内部隔着主机架3而区分成压缩室21和电动机室22。密闭壳1包括圆筒状的躯干部、和安装于躯干部的上下端的盖部，通过熔接而一体化。
在本例中，涡旋式压缩机1是将在压缩室21内生成的高压制冷剂通过主机架3的制冷剂通路(未图示)而引入到电动机室22，之后向规定的制冷循环送出的、所谓内部高压型的涡旋式压缩机。
在压缩室21中，设置有包括固定涡旋件41和旋转涡旋件42的制冷剂压缩部4。在电动机室22内，设置有经由旋转驱动轴6而驱动旋转涡旋件42的电动机5。
电动机5是在定子51的中心同轴地配置有转子52的内转子型电动机，在转子52上同轴地安装着旋转驱动轴6的主轴61。在旋转驱动轴6的末端，一体地设置有相对于主轴61的轴线偏心的偏心轴62。在本发明中，电动机5和旋转驱动轴6的具体结构任意。
在固定涡旋件41上，于圆盘状的端板411的下表面上一体地立设有涡旋状的涡卷412。在固定涡旋件41的大致中央，设置有用于将内部生成的高压制冷剂排出的排出口413。
在固定涡旋件41的涡卷槽412的侧部、即涡卷槽外周部(图2中的右侧部)，形成有制冷剂吸入孔44，在该处连接着将在制冷循环中结束了工作的低压制冷剂引入到密闭工作室43中的制冷剂吸入管23。
参照图2，制冷剂吸入孔44由从固定涡旋件41的端板411上表面沿轴向形成的有底的纵孔形成，其侧部与压缩室43的涡卷槽外周部连通。在制冷剂吸入孔44中，设置有防止制冷剂的倒流的倒流防止阀441、用于在停止时将该倒流防止阀441向上方推压的压缩弹簧442。
旋转涡旋件42，在圆盘状的端板421的上表面上一体地形成有涡旋状的涡卷422，在端板421的背面中央，形成有插入旋转驱动轴6的偏心轴62的凸出部423。
在旋转涡旋件42上，设置有一端朝密闭工作室43开口、另一端朝端板421的背面开口的中间压力导入孔424。中间压力导入孔424是贯通旋转涡旋件42的端板421的贯通孔，从密闭工作室43侧朝端板背面侧倾斜地形成。
通过使该固定涡旋件41和旋转涡旋件42的各涡卷412、422彼此相互啮合，而形成用于在内部压缩制冷剂的密闭工作室43。
如图2所示，主机架3形成为沿密闭壳2的内周面卡止的圆盘状，在中央设置有轴支承主轴61的主轴承31。主轴承31由同轴地形成于主机架3的中央的贯通孔构成，旋转驱动轴6的主轴61可旋转地轴支承于其中。
主机架3的上表面，从主机架3的上表面朝向下侧凹陷，其内部形成为包括小径的第1内周面32和大径的第2内周面33的阶梯状。第1内周面32和第2内周面33均沿轴向同轴地设置。
在第1内周面32和第2内周面33之间，设置有在与后述的止推环8之间形成第2背压室C2的水平的阶梯面34。在第2内周面33的上端侧，设置有安装用于防止自转的奥德姆环7而使其能够沿规定方向滑动的卡止面35。
一并参照图3A，第1内周面32的内径大于主轴承31的内径，是与后述的止推环8的第1密封面82紧密接触的垂直面。在第1内周面32上，沿其内周面设置有环状的密封槽321，在该密封槽321内嵌入有相对于第1密封面82紧密接触的O形环322。
第2内周面的内径大于上述第1内周面32的内径，是与止推环8的第2密封面83紧密接触的垂直面。在第2内周面上，也沿其内周面设置有环状的密封槽331，在该密封槽331内嵌入有相对于第2密封面83紧密接触的O形环332。
在本例中，在各密封槽321、331中，使用了例如橡胶或树脂制成的O形环322、332，但也可以如图3B所示，使用截面U字形的弹性密封环322a、332a进行密封。
另外，在本实施例中，各密封槽321、331设置于主机架3侧，但也可以如图3C所示，设置于止推环8侧，只要能够在第1内周面32与第1密封面82之间、第2内周面33与第2密封面83之间可靠地密封，其密封机构并没有特别限定。
下面，一并参照图4和图5，止推环8由其内周81具有大于旋转涡旋件42的凸出部423的旋转直径的内径的圆筒体构成，在上端设置有沿旋转涡旋件42的端板421背面滑动接触的止推面80。在本例中，止推环8的内径形成得大于旋转涡旋件42的凸出部423的旋转直径。
止推面80由沿着旋转涡旋件42的端板421背面滑动接触的高精度面构成，在其一部分上同轴地设置有环状的凹槽801。凹槽801起到在旋转涡旋件42的中间压力导入孔424的旋转轨迹中与中间压力导入孔424间歇地连通，而将中间压力导入后述止推环8的连通孔85中的作用。另外，凹槽801还起到使旋转涡旋件42背面与止推环8的滑动接触面的压力均等分布的作用。
在止推面80上，隔着凹槽801而在同心圆上形成有内侧环802和外侧环803。优选地，内侧环802的外径D1设定为小于后述第1密封面的外径D2。
由此，如图5A所示，相对于作用在旋转涡旋件42上的推压力(在图5A中朝下)，能够切实地增大朝上(端板方向)的推压力，从而能够更加稳定地驱动旋转涡旋件42。
在图5A中，压力线倾斜的部分、即存在压力梯度的部分，是止推环上端面与旋转涡旋件背面滑动接触的部分。在该滑动接触部分中，由于两平面的面精度和表面粗糙度的影响，产生很少量的制冷剂或润滑油的泄漏，由此产生了压力梯度。
在图5A中，简单地以直线方式表示了压力梯度，但实际上根据两平面的面精度和表面粗糙度的状况的不同，不一定是直线。进而，在起动时等、排出压力和吸入压力之间几乎不存在差值的情况下，旋转涡旋件的动作变得不稳定。即，由于从同一平面上的动作脱离，所以产生止推环上端面和旋转涡旋件背面局部地稍稍离开的状态，从而止推环上端面的压力分布不同于图5A。
其中，图5B示出了作用于止推环上端面的总压力最大的情况。即，作为作用于止推环上端面的总压力最大的情况，需要假设图5A中压力倾斜表示的部分全部成为较高一侧的压力的情况，需要构成为，即使在这种状态下，也能够使得从图中下方将止推环上推的总压力占优势。
由此，通过将内侧环的外径设定得小于密封面的直径，即使在作用于止推环上端面的总压力最大的情况下，也能够使得将止推环从图中下方上推的总压力占优势。
在止推环8的外周，设置有由同轴而直径不同的小径的第1密封面82和大径的第2密封面83构成的带阶梯的面。在第1密封面82和第2密封面83之间，还形成有对置面84。
第1密封面82形成于止推环8的下端侧，形成能够沿着主机架3的第1内周面32插入的小径密封面。在第1密封面82的末端侧(在图5A为下端侧)设置有锥面部，以便容易插入到第1内周面32上。
第2密封面83形成于止推环8的上端侧，形成能够沿着主机架3的第2内周面33插入的大径密封面。在该第2密封面83的下端侧也形成有锥面部。
对置面84由沿阶梯面34平行的水平面构成，后述连通孔85的一端在其上开口。
在止推环8的内部，设置有沿轴向贯通的连通孔85。连通孔85如图5所示，上端朝止推面80的凹槽801内开口，下端朝对置面84开口。
再次参照图2，通过沿着主机架3的第1内周面32和第2内周面33安装该止推环8，在止推环8的内侧形成第1背压室C1。
第1背压室C1经由主机架3的主轴承31而与电动机室22连通，借助排出到电动机室22内的高压制冷剂形成排出压力的空间。由此，在止推环8的下端面上作用由排出压力成分构成的背压。
在主机架3的阶梯面34和止推环8的对置面84之间，形成独立且密闭的第2背压室C2。第2背压室C2经由止推环8的连通孔85以及旋转涡旋件42的中间压力导入孔424而与密闭工作室43连通，被引入在密闭工作室43中生成的中间压力。
由此，在止推环8上，于中心侧作用第1背压室C1的由排出压力成分(高压)构成的背压，且以环绕其外周的方式作用第2背压室C2的由中间压力成分构成的背压，从而能够均等地推压旋转涡旋件42的端板421背面。
参照图6～图9，对限制止推环8的轴向可动范围的限制机构进行说明。如图6所示，在主机架3的阶梯面34与止推环8的对置面83之间，形成有用于限制止推环8的轴向可动范围的微小间隙。
这里所说的微小间隙是指下述程度的间隙：在止推环8位于下方而在止推环8的上表面与旋转涡旋件42的背面之间于原本滑动接触密封的部分上产生间隙，从而从内侧的高压部向外侧的低压部产生了气体泄漏的情况下，其泄漏量相对于作为压缩机的循环流量来说很小，对产生规定的压力差来说不存在问题。在一般的空调用压缩机中，该微小间隙为0.1mm以下的程度。
由此，即使止推环8向下方移动而在止推环8的上表面和旋转涡旋件42的端板背面之间产生间隙，通过起动压缩机1，也会在排出侧和吸入侧之间产生压力差，所以在压力差的作用下止推环8被抬起，止推环8和旋转涡旋件42正常地滑动接触，能够防止气体泄漏，防止压缩效率的降低。
作为其他方案，也可以如图7所示，在主机架3的阶梯面34的一部分上设置凸部341，通过使止推环8的对置面84与该凸部341抵接，而形成微小间隙。
另外，如图8所示，设置直径比主机架3的第1内周面32小的第3内周面32a，在第1内周面32和第3内周面32a之间形成第2阶梯面34a，用第2阶梯面32a承接止推环8的下端面。由此，也能够限制止推环8的轴向可动范围，在止推环的下端面与第2阶梯面34a之间形成微小间隙。
进而，也可以如图9所示，在止推环8的上端同轴地设置直径比第2内周面33(第2密封面83)大的突缘部86，将突缘部86用作限制机构。
即，该突缘部86，上端面用作止推面80的一部分，下端面沿主机架3的卡止面35卡止。突缘部86的轴向长度优选设为下述长度：在沿着卡止面35卡止了的时候，为了吸收运转时的热变形、压力变形，而在突缘部86的上端面与旋转涡旋件42的背面之间形成微小间隙。
另外，在上述实施方式中，设置了微小间隙，但是也可以设置较大的间隙。即，这是因为，如图10所示意性地示出的那样，通过在组装后初次驱动压缩机1，止推环8由于压力差而被抬起，一旦被抬起，即使在停止后也会借助弹性密封件322、332支承止推环8而使其不会落下。即，如果弹性密封件322具有始终将止推环8推压到旋转涡旋件42的背面上的功能，则不需要将间隙设置得很微小。
使该涡旋式压缩机1工作时，从密闭工作室43排出到压缩室21内的高压制冷剂通过设置于固定涡旋件31和主机架3的一部分的制冷剂通路(未图示)而被输送到电动机室22的马达上部空间中。输送到电动机室22内的高压制冷剂从制冷剂排出管24被向制冷循环送出。
输送到电动机室22内的高压制冷剂的一部分经由主轴承31而被导入到第1背压室C1中，由此，第1背压室C1内成为排出压力气氛，从而对止推环8的下端面作用由排出压力构成的背压。
导入到密闭工作室43内的低压制冷剂从外侧朝向中心而逐渐被压缩，吸入压力和排出压力之间的中间压力通过形成于旋转涡旋件42的端板421上的中间压力导入孔424而被传到端板421的背面，进而通过连通孔85而被导入第2背压室C2。由此，第2背压室C2内成为中间压力气氛，而在对置面84上作用由中间压力构成的背压。
在本实施方式中，对于涡旋式压缩机1，例示了将高压制冷剂引回到电动机室22中然后放出到机器外部的内部高压型压缩机，但是除此之外，也可以在内部低压型的涡旋式压缩机中应用本发明的主机架3和止推环8而形成第2背压室C2，而形成将排出压力或中间压力导入第2背压室C2中的压力导入机构。

Claims (8)

1.一种涡旋式压缩机，密闭壳的内部隔着主机架而区分为包括固定涡旋件和旋转涡旋件的制冷剂压缩室、和包括电动机的驱动室，在上述旋转涡旋件的端板背面与上述主机架之间配置有圆筒状的止推环，在上述止推环的内侧备有被导入排出压力的第1背压室，其特征在于，
在上述主机架上，设置有同轴而直径不同的小径的第1内周面和大径的第2内周面、以及形成于上述第1内周面和第2内周面之间的阶梯面，
上述止推环，其内径大于上述电动机的偏心轴的转动范围，设置有与上述第1及第2内周面紧密接触的第1及第2密封面、和与上述阶梯面对置地配置并且在与上述阶梯面之间形成独立的第2背压室的对置面，
具备向上述第2背压室内导入吸入压力和上述排出压力的中间压力的压力导入机构。
2.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，在上述主机架的第1内周面以及/或者第2内周面、与上述止推环的第1密封面以及/或者第2密封面之间，设置有用于密闭上述各背压室的密封机构。
3.如权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其特征在于，上述压力导入机构包括中间压力导入孔和连通孔，所述中间压力导入孔一端朝上述制冷剂压缩室内的密闭工作室敞开，另一端朝上述旋转涡旋件的端板背面敞开，所述连通孔一端朝上述中间压力导入孔敞开，另一端朝上述第2背压室敞开，在形成于上述止推环的上端面的止推面上，同轴地设置有环状的凹槽，隔着上述凹槽而在同心圆上形成有内侧环和外侧环，上述连通孔的一端开口于上述凹槽内。
4.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其特征在于，上述内侧环的外径比上述止推环的第1密封面的外径小。
5.如权利要求1～4中任一项所述的涡旋式压缩机，其特征在于，在上述止推环和上述主机架之间，设置有限制上述止推环在轴向上的可动范围的限制机构。
6.如权利要求5所述的涡旋式压缩机，其特征在于，上述限制机构由上述主机架的阶梯面和上述止推环的对置面形成。
7.如权利要求1～5中任一项所述的涡旋式压缩机，其特征在于，上述限制机构由上述止推环的直径大于上述第2密封面的突缘部、和上述主机架的卡止上述突缘部的卡止面形成。
8.如权利要求1～5中任一项所述的涡旋式压缩机，其特征在于，具有直径小于上述第1内周面的第3内周面，上述限制机构通过使上述止推环的下端面抵接于形成在上述第1内周面和第3内周面之间的第2阶梯面上而形成。
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