CN216157894U - 涡旋盘、涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种涡旋盘、涡旋压缩机，其中的涡旋盘，包括涡盘基体，所述涡盘基体朝向对偶件的一侧为第一侧面，所述第一侧面上设有涡旋齿，所述第一侧面由第一区域与第二区域共同组成，其中所述第一区域为邻近压缩机泵体排气口的区域，所述第二区域为所述第一侧面除所述第一区域以外的区域，所述第一区域上覆有第一耐磨层，所述第二区域上覆有第二耐磨层，所述第一耐磨层的膜厚与所述第二耐磨层的膜厚不相等。根据本实用新型，所述第一区域与第二区域分别对应的耐磨层的膜厚不相等，从而能够在满足不同区域的耐磨需求的前提下极大程度的降低工艺的难度，并降低相应耐磨层的涂覆成本。

Description

涡旋盘、涡旋压缩机

技术领域

本实用新型属于压缩机制造技术领域，具体涉及一种涡旋盘、涡旋压缩机。

背景技术

涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机，关键工作部件包括一个固定涡旋盘和与之啮合相对运动的动涡盘。动、静涡旋盘的型线均是螺旋形(螺旋齿)，动盘相对于静盘偏心并相差180°对置安装，涡旋体型线的端部与相对的涡旋体底部相接触，在动、静盘之间形成一系列月牙形空间。动涡盘在曲轴驱动、防自转机构的作用下，动涡盘以静盘中心为旋转中心并以旋转半径ρ做高速的无自转的回转平动，形成闭死容积的连续变化，从而实现气体的吸入、压缩和排出来实现压缩气体的目的。

高可靠性和高效化是涡旋压缩机发展的一个重要趋势。为实现高可靠性或高效化，动、静涡旋盘通常全部或部分采用轻合金(如铝合金、镁合金和钛合金等)，主要目的是减小动涡盘受到的离心力，降低压缩机振动幅度，减小整机重量。不经任何处理的轻合金泵体耐磨性很差，无法满足高可靠性需求，因此泵体需进行耐磨表面改性或表面处理。耐磨表面改性或表面处理后硬质耐磨层粗糙度过大，与对偶件运行时摩擦因数过大，消耗功率(也即功耗)增加。为降低功耗，通常在耐磨层上再镀覆一层减磨功能的涂层。不匹配的复合涂层体系或者不匹配的膜厚配比，减磨涂层无法发挥最大效用同时极易出现涂层脱落的问题。脱落后的涂层作为杂质存在于压缩机本体和系统中，存在极大的安全隐患，同时也增加了成本。

因此如何选择合适的复合涂层体系发挥应有的功效，同时考虑工艺性和成本，对压缩机实现高可靠性和高能效具有重大意义。

现有技术中的耐磨层及固体润滑层在不同位置的膜厚要求往往选择同一个膜厚值，追求膜厚值的均一性，这种要求固然有利于整体涡盘的耐磨性及润滑性，但在具体的实施过程中由于涡盘结构的复杂性，其电流密度等参数在不同的位置处难以保持一致，这使相关涂层的膜厚通过单一的工艺难以达到设计要求也即技术的可实施性有待商榷，而采用多种的不同镀层工艺则极大地提升了涂层的涂覆成本。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种涡旋盘、涡旋压缩机，能够克服相关技术中的涡旋盘不同位置的耐磨层的膜厚要求一致，工艺实现较困难、涂覆成本较大的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种涡旋盘，包括涡盘基体，所述涡盘基体朝向对偶件的一侧为第一侧面，所述第一侧面上设有涡旋齿，所述第一侧面由第一区域与第二区域共同组成，其中所述第一区域为邻近压缩机泵体排气口的区域，所述第二区域为所述第一侧面除所述第一区域以外的区域，所述第一区域上覆有第一耐磨层，所述第二区域上覆有第二耐磨层，所述第一耐磨层的膜厚与所述第二耐磨层的膜厚不相等。

在一些实施方式中，所述第一耐磨层的膜厚为H1，所述第二耐磨层的膜厚为H2，(1～3)×H1＝(1～2)×H2。

在一些实施方式中，所述涡旋齿的侧立壁上覆有第三耐磨层，所述第三耐磨层的膜厚为H3，(1～3)×H1＝(1～2)×H3。

在一些实施方式中，所述涡旋盘为动涡盘，所述涡盘基体具有与所述第一侧面相对的第二侧面，所述第二侧面具有与耐磨片接触的接触环面，所述接触环面上覆有第四耐磨层，所述第四耐磨层的膜厚大于所述第一耐磨层、第二耐磨层、第三耐磨层中的任一个。

在一些实施方式中，所述第四耐磨层的膜厚为H4，H4＝(1～3)×H1。

在一些实施方式中，1≤H4/H1≤5；和/或，

H4＝(1.5～2.5)×H1＝(1～1.5)×H2＝(1～1.5)×H3。

在一些实施方式中，所述第一耐磨层的外侧覆有第一固体润滑层，所述第二耐磨层的外侧覆有第二固体润滑层，所述第三耐磨层的外侧覆有第三固体润滑层，所述第四耐磨层的外侧覆有第四固体润滑层，所述第一固体润滑层的膜厚与所述第一耐磨层的膜厚成正比例，所述第二固体润滑层的膜厚与所述第二耐磨层的膜厚成正比例，所述第三固体润滑层的膜厚与所述第三耐磨层的膜厚成正比例，所述第四固体润滑层的膜厚与所述第四耐磨层的膜厚成正比例。

在一些实施方式中，所述第一固体润滑层的膜厚为h1，所述第二固体润滑层的膜厚为h2，所述第三固体润滑层的膜厚为h3，所述第四固体润滑层的膜厚为h4，h4＝(1～3)×h1＝(1～2)×h2＝(1～2)×h3。

在一些实施方式中，所述第一耐磨层在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt1，所述第二耐磨层在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt2，所述第三耐磨层在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt3，所述第四耐磨层在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt4，h1＝(1～8)Rt1、h2＝(1～8)Rt2、 h3＝(1～8)Rt3、h4＝(1～8)Rt4；和/或，h4＝(1.5～2.5)×h1＝(1～1.5)×h2＝(1～1.5)×h3。

在一些实施方式中，2μm≤Rt1≤Rt3≤Rt2≤Rt4≤15μm。

在一些实施方式中，当所述第一耐磨层、第二耐磨层、第三耐磨层、第四耐磨层的维氏硬度N1≥500HV时，h1＝(2.5～5)Rt1、h2＝(2.5～5)Rt2、h3＝(1～3)Rt3、 h4＝(2.5～5)Rt4；或者，当所述第一耐磨层、第二耐磨层、第三耐磨层、第四耐磨层的维氏硬度N1≥500HV时，h1＝(1.5～4)Rt1、h2＝(1.5～4)Rt2、h3＝(1～2.5)Rt3、 h4＝(1.5～4)Rt4。

本实用新型还提供一种涡旋压缩机，包括上述的涡旋盘。

本实用新型提供的一种涡旋盘、涡旋压缩机，所述第一区域与第二区域分别对应的耐磨层的膜厚不相等，从而能够在满足不同区域的耐磨需求的前提下极大程度的降低工艺的难度，并降低相应耐磨层的涂覆成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的涡旋盘的平面结构示意图(第一侧面，图中的阴影区域仅示意性部分地示出了相应的耐磨层)；

图2为本实用新型实施例的涡旋盘的立体结构示意图(图中的阴影区域仅示意性部分地示出了相应的耐磨层)；

图3为本实用新型实施例的涡旋盘的平面结构示意图(第二侧面，图中的阴影区域仅示意性部分地示出了相应的耐磨层)；

图4为本实用新型实施例中的涡盘基体、耐磨层及固体润滑层的微观结构示意图；

图5为本实用新型实施例中的涡旋压缩机的内部结构示意图。

附图标记表示为：

1、涡盘基体；11、涡旋齿；21、第一耐磨层；22、第二耐磨层；23、第三耐磨层；24、第四耐磨层；31、第一固体润滑层；32、第二固体润滑层；33、第三固体润滑层；34、第四固体润滑层；10、壳体上盖；20、静涡旋盘；30、压缩腔；40、动涡盘；50、耐磨片；60、壳体下盖；70、上支架；80、曲轴。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本实用新型的实施例，提供一种涡旋盘，包括涡盘基体1，所述涡盘基体1朝向对偶件(具体的，当所述涡盘基体1为动涡盘的基体时，对偶件为静涡旋盘，反之亦然)的一侧为第一侧面，所述第一侧面上设有涡旋齿11，所述第一侧面由第一区域与第二区域共同组成，其中所述第一区域为邻近压缩机泵体排气口的区域，所述第二区域为所述第一侧面除所述第一区域以外的区域，所述第一区域上覆有第一耐磨层21，所述第二区域上覆有第二耐磨层22，所述第一耐磨层21的膜厚与所述第二耐磨层22 的膜厚不相等。该技术方案中，所述第一区域与第二区域分别对应的耐磨层的膜厚不相等，从而能够在满足不同区域的耐磨需求(满足耐磨效果)的前提下极大程度的降低工艺的难度，并降低相应耐磨层的涂覆成本。

如前所述，所述第一区域为邻近所述压缩机的泵体排气口的区域，而所述第二区域则可以理解为邻近所述压缩机的泵体吸气口的区域，而所述第一区域与所述第二区域则共同构成了所述涡盘基体1朝向对偶件的一侧(除去其上具有的所述涡旋齿11所占据的区域)，具体参见图1所示出，所述第一区域与所述第二区域的边界为涡旋盘(例如动涡盘)靠近吸气侧的涡旋齿11开始啮合的部位。此时，所述第一耐磨层的膜厚小于所述第二耐磨层的膜厚，进一步地，所述第一耐磨层21的膜厚为H1，所述第二耐磨层22的膜厚为H2， (1～3)×H1＝(1～2)×H2。所述涡旋齿11的侧立壁上覆有第三耐磨层23，所述第三耐磨层23的膜厚为H3，(1～3)×H1＝(1～2)×H3，需要说明的是，所述涡旋齿11 的侧立壁包括其内外的整体侧立壁，而其朝向对偶件的端部的耐磨层的膜厚不加特别限定，厚度适中即可。

在一些实施方式中，所述涡旋盘为动涡盘，所述涡盘基体1具有与所述第一侧面相对的第二侧面，所述第二侧面具有与耐磨片接触的接触环面，所述接触环面上覆有第四耐磨层24，所述第四耐磨层24的膜厚大于所述第一耐磨层 21、第二耐磨层22、第三耐磨层23中的任一个。该技术方案中，所述动涡盘的基体1的第二侧面相对平整，且其与所述耐磨片之间接触磨损风险较大，因此将其膜厚设计较大，利于提高所述动涡盘的整体耐磨性。作为一种优选地实现方式，所述第四耐磨层24的膜厚为H4，H4＝(1～3)×H1。

在一些实施方式中，1≤H4/H1≤5，以保证对所述涡旋盘的各耐磨层的膜厚彼此之间差异处于一个合理的范围，防止某些区域膜厚过小导致短时间内磨耗见基体降低涡旋盘的使用寿命，而某些区域膜厚过大带来的成本浪费。

在一些实施方式中，H4＝(1.5～2.5)×H1＝(1～1.5)×H2＝(1～1.5)×H3，使各个区域对应的耐磨层在膜厚方面更加匹配，使各个区域对应的耐磨层的磨耗所需时长相对一致，涡旋盘寿命相对较优。

在一些实施方式中，所述第一耐磨层21的外侧覆有第一固体润滑层31，所述第二耐磨层22的外侧覆有第二固体润滑层32，所述第三耐磨层23的外侧覆有第三固体润滑层33，所述第四耐磨层24的外侧覆有第四固体润滑层34，所述第一固体润滑层31的膜厚与所述第一耐磨层21的膜厚成正比例，所述第二固体润滑层32的膜厚与所述第二耐磨层22的膜厚成正比例，所述第三固体润滑层33的膜厚与所述第三耐磨层23的膜厚成正比例，所述第四固体润滑层 34的膜厚与所述第四耐磨层24的膜厚成正比例，也即在膜厚较大的区域对应的固体润滑层的厚度也较大。所述涡盘基体1的表面通过耐磨(也即前述的各个耐磨层)和减磨(也即前述的各个固体润滑层)的复合涂层处理可同时改善泵体耐磨和减磨的问题，保证动盘和静盘、动盘和耐磨片两个摩擦副的可靠性最高，功率损失最小。具体的，所述第一固体润滑层31的膜厚为h1，所述第二固体润滑层32的膜厚为h2，所述第三固体润滑层33的膜厚为h3，所述第四固体润滑层34的膜厚为h4，h4＝(1～3)×h1＝(1～2)×h2＝(1～2)×h3。与前述耐磨层相匹配的，h4＝(1.5～2.5)×h1＝(1～1.5)×h2＝(1～1.5)×h3。

所述第一耐磨层21在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt1，所述第二耐磨层22在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt2，所述第三耐磨层23 在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt3，所述第四耐磨层24在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt4，h1＝(1～8)Rt1、h2＝(1～8)Rt2、h3＝(1～8)Rt3、 h4＝(1～8)Rt4，使所述固体润滑层能够完全覆盖于对应的耐磨层的朝向所述对偶件的一侧，充分发挥所述固体润滑层的润滑作用，减小相对运动的两个部件之间的磨耗。在一个具体的实施方式中，2μm≤Rt1≤Rt3≤Rt2≤Rt4≤15μm。需要说明的是，所述耐磨层的设定评定长度内最大峰-谷垂直距离(也即Rt)不宜过小，过小时耐磨层与扶梯润滑涂层之间的机械嵌合作用微弱。

所述设定评定长度依据业内相关的粗糙度参数评定规程选取即可，具体所取的位置以及取样长度的段数根据实际需求灵活选择，本实用新型不做特别限定。实用新型人发现，固体润滑层由于与对应附着的耐磨层的表面状态、膜厚及表面活化状态不同，脱落程度也不一样，在一些实施方式中，当所述第一耐磨层21、第二耐磨层22、第三耐磨层23、第四耐磨层24的维氏硬度N1≥500HV 时，h1＝(2.5～5)Rt1、h2＝(2.5～5)Rt2、h3＝(1～3)Rt3、h4＝(2.5～5)Rt4；或者，当所述第一耐磨层21、第二耐磨层22、第三耐磨层23、第四耐磨层24的维氏硬度 N1≥500HV时，h1＝(1.5～4)Rt1、h2＝(1.5～4)Rt2、h3＝(1～2.5)Rt3、h4＝(1.5～4)Rt4。本实用新型的复合涂层体系(也即耐磨层以及对应的固体润滑层)依据不同硬度耐磨层，通过耐磨层的设定评定长度内最大的峰谷垂直距离Rt值限定减磨涂层的膜厚，同时将Rt值限定范围，可保证减磨涂层与耐磨层基体之间的结合力在最佳范围内，确保固体润滑层发挥最大效用，解决了固体润滑层容易脱落的问题。

所述涡旋盘的涡盘基体1的材料优选为铝合金、钛合金、镁合金材料中的至少一种。所述耐磨层(也即前述的第一耐磨层21、第二耐磨层22、第三耐磨层23、第四耐磨层24)为氧化铝(阳极氧化、硬质阳极氧化、微弧氧化)、氧化钛、氧化锆、金属陶瓷涂层如WC-Co系、Ni-P二元或三元合金、Ni-B二元或三元合金中的至少一种。所述耐磨层制备工艺可以为化学镀、化学氧化、热喷涂、电镀、PVD/CVD/PECVD中的至少一种。所述固体润滑层可以为软金属类固体润滑剂(Sn、Pb等)、金属化合物类固体润滑剂(氧化物、硫化物、卤化物、硼酸盐等)、无机物类固体润滑剂(包括石墨、氟化石墨等)、有机物黏结固体润滑干膜(聚合物掺杂MoS2/PTFE/石墨或它们的组合)中的至少一种。

以下给出几个具体的实施例，以对采用本实用新型技术方案的压缩机的能效进行评定。

实施例1至实施例4分别采用的涡盘基体1的材料、耐磨层及对应区域的膜层厚度、固体润滑层及对应区域的膜层厚度范围如表1中所示出，其中可以看到，实施例2中的涡盘基体1的材质选择铝硅系列的铝合金，耐磨层为微弧氧化涂层，固体润滑层选取有机物黏结固体润滑干膜，内含MoS2/PTFE/石墨固体润滑颗粒组合；实施例4中涡盘基体1的材质选取TC4钛合金，耐磨涂层为二氧化钛涂层，固体润滑涂层选取有机物黏结固体润滑干膜，内含MoS2/PTFE/石墨固体润滑颗粒组合。

表1方案采用的相关技术参数

按照新国标对压缩机进行额定频率(60Hz)下测试，测试结果如表2所示。

表2测试结果

从表2中可知，当耐磨层硬度＞500HV时，在额定工况下，实施例1中固体润滑层相较实施例2膜厚较薄时，能效仅为3.3。采用实施例2能效高达3.48， COP提升5.32％。当耐磨层硬度＜500HV时，在额定工况下，采用实施例4 能效为4.9，COP提升4.9％。实施例3为固体润滑层相较实施例1及实施例2、实施例4膜厚较厚时的技术方案，60HZ时的能效为3.39，尽管较实施例1提升2.69％，但涂层存在严重的脱落问题。

根据本实用新型的实施例，还提供一种涡旋压缩机，包括上述的涡旋盘。具体的如图5所示，所述涡旋压缩机包括壳体上盖10、静涡旋盘20、压缩腔 30、动涡盘40、耐磨片50、壳体下盖60、上支架70、曲轴80，其中所述静涡旋盘20以及所述动涡盘40皆可以采用所述涡旋盘。在压缩机运行时，所述曲轴80驱动动涡盘40并使动涡盘40按照一定轨迹平动，与静涡旋盘20按照设计好的间隙配合并形成相对公转运动形成不断周期变化的压缩腔，冷剂气体在这类压缩腔内完成吸气、压缩以及排气的过程，进而实现压缩气体的目的。

压缩机运行时，动涡盘40在气体力的作用下与静涡旋盘20、耐磨片50 形成摩擦副。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种涡旋盘，其特征在于，包括涡盘基体(1)，所述涡盘基体(1)朝向对偶件的一侧为第一侧面，所述第一侧面上设有涡旋齿(11)，所述第一侧面由第一区域与第二区域共同组成，其中所述第一区域为邻近压缩机泵体排气口的区域，所述第二区域为所述第一侧面除所述第一区域以外的区域，所述第一区域上覆有第一耐磨层(21)，所述第二区域上覆有第二耐磨层(22)，所述第一耐磨层(21)的膜厚与所述第二耐磨层(22)的膜厚不相等。

2.根据权利要求1所述的涡旋盘，其特征在于，所述第一耐磨层(21)的膜厚为H1，所述第二耐磨层(22)的膜厚为H2，(1～3)×H1＝(1～2)×H2。

3.根据权利要求2所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋齿(11)的侧立壁上覆有第三耐磨层(23)，所述第三耐磨层(23)的膜厚为H3，

(1～3)×H1＝(1～2)×H3。

4.根据权利要求3所述的涡旋盘，其特征在于，所述涡旋盘为动涡盘，所述涡盘基体(1)具有与所述第一侧面相对的第二侧面，所述第二侧面具有与耐磨片接触的接触环面，所述接触环面上覆有第四耐磨层(24)，所述第四耐磨层(24)的膜厚大于所述第一耐磨层(21)、第二耐磨层(22)、第三耐磨层(23)中的任一个。

5.根据权利要求4所述的涡旋盘，其特征在于，所述第四耐磨层(24)的膜厚为H4，H4＝(1～3)×H1。

6.根据权利要求5所述的涡旋盘，其特征在于，1≤H4/H1≤5；和/或，H4＝(1.5～2.5)×H1＝(1～1.5)×H2＝(1～1.5)×H3。

7.根据权利要求4所述的涡旋盘，其特征在于，所述第一耐磨层(21)的外侧覆有第一固体润滑层(31)，所述第二耐磨层(22)的外侧覆有第二固体润滑层(32)，所述第三耐磨层(23)的外侧覆有第三固体润滑层(33)，所述第四耐磨层(24)的外侧覆有第四固体润滑层(34)，所述第一固体润滑层(31)的膜厚与所述第一耐磨层(21)的膜厚成正比例，所述第二固体润滑层(32)的膜厚与所述第二耐磨层(22)的膜厚成正比例，所述第三固体润滑层(33)的膜厚与所述第三耐磨层(23)的膜厚成正比例，所述第四固体润滑层(34)的膜厚与所述第四耐磨层(24)的膜厚成正比例。

8.根据权利要求7所述的涡旋盘，其特征在于，所述第一固体润滑层(31)的膜厚为h1，所述第二固体润滑层(32)的膜厚为h2，所述第三固体润滑层(33)的膜厚为h3，所述第四固体润滑层(34)的膜厚为h4，h4＝(1～3)×h1＝(1～2)×h2＝(1～2)×h3。

9.根据权利要求7所述的涡旋盘，其特征在于，所述第一耐磨层(21)在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt1，所述第二耐磨层(22)在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt2，所述第三耐磨层(23)在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt3，所述第四耐磨层(24)在设定评定长度内最大峰-谷垂直距离为Rt4，h1＝(1～8)Rt1、h2＝(1～8)Rt2、h3＝(1～8)Rt3、h4＝(1～8)Rt4；和/或，h4＝(1.5～2.5)×h1＝(1～1.5)×h2＝(1～1.5)×h3。

10.根据权利要求9所述的涡旋盘，其特征在于，2μm≤Rt1≤Rt3≤Rt2≤Rt4≤15μm。

11.根据权利要求9或10所述的涡旋盘，其特征在于，当所述第一耐磨层(21)、第二耐磨层(22)、第三耐磨层(23)、第四耐磨层(24)的维氏硬度N1≥500HV时，h1＝(2.5～5)Rt1、h2＝(2.5～5)Rt2、h3＝(1～3)Rt3、h4＝(2.5～5)Rt4；或者，当所述第一耐磨层(21)、第二耐磨层(22)、第三耐磨层(23)、第四耐磨层(24)的维氏硬度N1≥500HV时，h1＝(1.5～4)Rt1、h2＝(1.5～4)Rt2、h3＝(1～2.5)Rt3、h4＝(1.5～4)Rt4。

12.一种涡旋压缩机，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的涡旋盘。

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