DE102007039628B4

DE102007039628B4 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE102007039628B4
Application number: DE102007039628.9A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Iwanami; Sanemasa Kawabata; Tadashi Hotta; Takashi Inoue; Shigeru Kawano; Masato Komura; Yoshitaka Akiyama
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2027-08-23
Also published as: DE102007039629A1; DE102007039629B4; DE102007039628A1; US7878777B2; US20080050260A1

Abstract

Spiralverdichter, umfassend: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38); eine bewegliche Spirale (32), die in gegenüberliegender Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren; ein auf der Rückseitenfläche (32a) der beweglichen Spirale (32) angeordnetes Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der Axialkraft; und eine Schmierölzuführungseinrichtung zum Zuführen des Schmieröls an das Axialdrucklager (53), wobei das Axialdrucklager (53) ein donutförmiges erstes Element (53a), das mit einer Vielzahl von Rillen (85) und einer Vielzahl von durch die Vielzahl von Rillen (85) definierten inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet ist, und ein donutförmiges zweites Element (53b) in gleitendem Kontakt mit dem ersten Element (53a) umfasst, und die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) nur auf der radialen Außenseite einer Einhüllenden angeordnet ist, die von dem Innenumfangsrand des zweiten Elements (53b) durch die Relativbewegung des ersten Elements (53a) und des zweiten Elements (53b) gezeichnet wird, wobei die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) auf einer Oberfläche ausgebildet sind, die auf das zweite Element (53b) weist, die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils vieleckig sind, der gesamte Umfangsrandabschnitt jedes der druckaufnehmenden Abschnitte (83) keilförmig ist, Flächen des keilförmigen Abschnitts auf diagonalen Linien der vieleckigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) größer als Flächen des keilförmigen Abschnitts sind, der von den diagonalen Linien versetzt ist, und wobei ebene Abschnitte (83a) der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in gleitendem Kontakt mit dem zweiten Element (53b) entlang einer Achse der Drehwelle (21) betrachtet eine Form mit runden Ecken annimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Spiralverdichter.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen umfasst ein Spiralverdichter eine auf einem Gehäuse befestigte Spirale und eine bewegliche Spirale, die in entgegengesetzter Beziehung zu der festen Spirale angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale auf einer Drehwelle zu drehen, so dass ein Fluid durch die feste Spirale und die bewegliche Spirale komprimiert wird. Die bewegliche Spirale wird durch die Druckdifferenz zwischen der Rückseitenfläche der beweglichen Spirale und dem komprimierten Fluid der Kraft in Axialrichtung unterworfen. Diese Kraft in die Axialrichtung wird von einem Axialdrucklager gehalten.
Da die bewegliche Spirale umläuft, ist die Gleitgeschwindigkeit in dem Fall, in dem das Axialdrucklager mit dem Spiralverdichter verwendet wird, niedriger als in dem Fall, in dem das Axialdrucklager mit einer sich drehenden Vorrichtung verwendet wird. Als Folge ist es für das Schmieröl schwierig, einen Ölfilm auf den Gleitflächen zu bilden, was häufig zum Festfressen führt.
In einem Verdichter, der in einem Kältemittelkreislauf unter Verwendung von Kohlendioxid-Kältemittel enthalten ist, ist der Druck des komprimierten Kältemittels hoch genug, um einen großen Kraftbetrag in die Axialrichtung zu bewirken, so dass die Bildung eines Ölfilms auf den Gleitflächen des Axialdrucklagers ein kritisches Problem wird.
Auch hat der Spiralverdichter eine grolle druckaufnehmende Fläche, was zu dem Problem der Bildung des Ölfilms auf den Gleitflächen, wie vorstehend beschrieben, beiträgt.
Ein Spiralverdichter, der Kohlendioxid als ein Kältemittel für Kraftfahrzeuge verwendet, ist verfügbar, der ein Axialdrucklager mit einem Paar Gleitflächen hat, die aus ebenen flachen Platten gebildet sind. In dem Fall, in dem eine übermäßig hohe Last auf die Gleitflächen gelegt wird, wird der Ölfilm zwischen den Gleitflächen unbeständig und was zu Festfressen führt.
Ferner läuft die bewegliche Spirale in dem Spiralverdichter um, wobei sie das Fluid in dem Verdichtungsraum komprimiert und sich daher in einer radialen Richtung bewegt. Auf diese Weise wirkt das Drehmoment um eine Achse senkrecht zu der Umdrehungsachse (Kippmoment) auf die bewegliche Spirale und bewirkt eine Axialversatzlast, die härtere Lastbedingungen ergibt.
Herkömmliche Spiralverdichter, die verschiedene Konstruktionen für die Gleitflächen eingebaut haben wurden vorgeschlagen.
JP 08 035 495 A ( JP3426720B ) offenbart ein Verfahren, in dem eine Vielzahl an winzigen Ölbecken mit winzigen Löchern auf der Gleitfläche des Axialdrucklagers ausgebildet ist, das auf der Rückseitenfläche der beweglichen Spirale angeordnet ist, und das Schmieröl durch Adsorption auf der Wandoberfläche der winzigen Ölbecken gehalten wird.
Gemäß dem in JP3426720B beschriebenen Verfahren wird das Schmieröl jedoch von der Wandoberfläche der Löcher winziger Ölbecken gehalten, und die winzigen Ölbecken sind unabhängig voneinander ausgebildet. Da der Durchmesser und die Tiefe jedes winzigen Ölbeckens nicht vergrößert werden können, ist folglich die Menge des Schmieröls, die aufgenommen werden kann, begrenzt. In dem Fall, in dem der Verdichter betrieben wird, während es für eine lange Zeitspanne nicht gelingt, das Schmieröl in die winzigen Ölbecken zuzuführen, erzeugt das Fehlen der Ölzufuhr einen negativen Druck auf den Gleitflächen, was dazu führt, dass die Gleitflächen aneinander kleben, woraus sich ein mögliches Festfressen ergibt.
Das in JP3426720B beschriebene Axialdrucklager ist über die ganze hintere Oberfläche der beweglichen Spirale angeordnet. Mit der Bewegung des Axialdrucklagers aufgrund der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale wird ein Teil der winzigen Ölbecken von der Gegenseite weg verlagert, was dazu führt, dass die durch den Schmierölfilm gebildete Fläche verringert wird.
Auch in einem Spiralverdichter mit einem Axialdrucklager mit einer Gleitfläche einer beweglichen Spirale und einer festen Gleitfläche wurde ein Gegendruckmechanismus zum Anwenden eines Drucks auf die Rückseite der Welle der beweglichen Spirale vorgeschlagen, um die den Gleitflächen auferlegte Last zu verringern. Dieser Mechanismus erfordert jedoch einen komplizierten Steuerungsbetrieb und erhöht die Kosten.
JP8-319959A offenbart einen Spiralverdichter mit einer Vielzahl von Keilflächenlagermechanismen, die auf der Axialdrucklagerfläche ausgebildet sind, welche die bewegliche Spirale hält, wobei der Keilflächenlagermechanismus mit einer Vielzahl von keilförmigen Abschnitten, die in der Umlaufrichtung geneigt sind, und einer Vielzahl kreisförmiger Flächenabschnitte mit vorbestimmter Höhe ausgebildet ist.
In dem in JP8-319959A beschriebenen Spiralverdichter, der dafür gedacht ist, einen Ölfilm durch eine Schmierkeilwirkung auf den Gleitflächen des Axialdrucklagers zu bilden, sind die Abmessungen der Keilabschnitte und der Flächenabschnitte nicht angegeben, und die Fluidschmierung wird im Betrieb nicht zwangsläufig erzielt. Abhängig von den Betriebsbedingungen kann eine Mischschmierung oder Grenzschmierung stattfinden, wobei häufig die Gleitflächen des Axialdrucklagers aufgrund von Reibung und Abnutzung beschädigt werden.
JP8-319959A fehlt eine Beschreibung des Materials und der Wärmebehandlung des Lagerabschnitts, um die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung an der Grenze oder dem Mischschmierbereich sicherzustellen, die auftreten kann, wenn der Verdichter gestartet wird oder „Flüssigkeit zurückläuft” (was als eine Erscheinung definiert ist, bei der ein flüssigphasiges Kältemittel zusammen mit einem gasphasigen Kältemittel in den Spiralverdichter eingeführt wird).
26 ist eine Draufsicht, die die Gleitfläche 134a der beweglichen Spirale 132 des herkömmlichen Spiralverdichters zeigt. Diese bewegliche Spirale 132 hat eine Nabe 135 in ihrem mittleren Abschnitt, die mit einer (nicht gezeigten) exzentrischen Welle verbunden ist, eine Gleitfläche 134 auf dem Außenumfang (schraffiert) und eine kontaktfreie Innenumfangsfläche 134b, deren Höhe niedriger ist als die Gleitfläche 134a. Ein Verdrehsicherungsmechanismus, der aus einem (nicht gezeigten) Oldham-Ring besteht, ist aufgrund der begrenzten Gehäusegröße des Verdichters häufig auf der Rückseite der beweglichen Spirale angeordnet. Daher ist es erforderlich, dass eine Rille zum Einrichten des Verdrehsicherungsmechanismus auf der Gleitfläche des Gehäuses oder der beweglichen Spirale angeordnet wird. In dem in 26 gezeigten Stand der Technik sind die Keilnuten 142 länglich und in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie in den Bereich der Gleitfläche 134a eindringen. Auf diese Weise ist der Innenumfangsrand der Gleitfläche 134a segmentiert, und mit a bezeichnete Abschnitte sind an den Ecken benachbart zu den Keilnuten 142 ausgebildet, und an den Teilen a kann Abnutzung oder Festfressen auftreten.
In dem Fall, in dem das Kippmoment und die Axiallast, die vorstehend beschrieben sind, auf die umlaufende bewegliche Spirale 132 wirken, wird eine Präzession erzeugt, und die Axiallast wirkt auf die Gleitfläche 134a, wobei der Punkt, an dem die maximale Axiallast erzeugt wird, sich entlang der Umfangsrichtung bewegt, während gleichzeitig ein Abschnitt hohen Anpressdrucks entlang des Innenumfangsrands der Gleitfläche gebildet wird, was dazu führt, dass der Anpressdruck an den Teilen a auf dem Innenumfangsrand der Gleitfläche bei verringerter druckaufnehmender Fläche durch die Keilnuten 142 steigt, und auch die Teile a sind nachteiligerweise benachbart zu den Keilnuten 142 tiefer als die kontaktfreie Fläche 134b für den Ölzuführungsbetrieb.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe dieser vorliegenden Erfindung, einen Spiralverdichter zur Verfügung zu stellen, in dem die Abnutzung der Gleitfläche der beweglichen Spirale unterdrückt wird, während gleichzeitig ein Festfressen verhindert wird.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Spiralverdichter zur Verfügung zu stellen, der ein Axialdrucklager hat, das selbst in dem Fall, in dem der Verdichter bei unterbrochener Zuführung des Schmieröls an das Axialdrucklager auf der Rückseitenfläche der beweglichen Spirale betrieben wird, ausreichend mit einem durch das Schmieröl gebildeten Ölfilm geschmiert ist.
Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen leicht zu steuernden kostengünstigen Spiralverdichter zur Verfügung zu stellen, in dem die Fluidschmierung auf den Gleitflächen des Axialdrucklagers gebildet wird.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen leicht zu steuernden kostengünstigen Spiralverdichter zur Verfügung zu stellen, in dem das Axialdrucklager aus einem Lagermaterial mit Gleitflächen gebildet ist, die selbst in dem Fall, dass das Axialdrucklager in einem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird, weniger abgenutzt werden und deren Leistung nicht wesentlich verringert wird.
Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, wird gemäß dieser Erfindung ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die in entgegengesetzter Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren, und ein Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der Axialkraft, die von der beweglichen Spirale (32) empfangen wird, wobei das Axialdrucklager (53) eine Vielzahl von miteinander verbundenen Rillen (85) auf der Gleitfläche umfasst, und wobei die durch die Vielzahl der miteinander verbunden Rillen (85) definierten Flächen inselartige druckaufnehmende Abschnitte (83) bilden, die unabhängig voneinander sind und zumindest eine Hälfte der Fläche der Gleitfläche darstellen.
Als ein Ergebnis macht es die zwischen der Vielzahl an Rillen (85) aufrecht erhaltene Verbindung, selbst in dem Fall, in dem der Verdichter außer Betrieb ist, wobei das Schmieröl für eine lange Zeitspanne nicht an die Gleitflächen zugeführt wird, schwierig, den negativen Druck auf den Gleitflächen zu erzeugen, wodurch das Kleben der. Gleitflächen aneinander oder das resultierende Festfressen verringert werden. Folglich wird ein Spiralverdichter mit einem durch die Bildung eines Ölfilms aus dem Schmieröl ausreichend geschmierten Axialdrucklager zur Verfügung gestellt.
Auch ist gemäß dieser Erfindung die Vielzahl der Rillen (85) in einem Netzmuster angeordnet. Als ein Ergebnis sind die durch die Rillen (85) definierten inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils über ihren gesamten Umfang von den Rillen (85) umgeben, so dass das Schmieröl aus allen Richtungen eingeführt werden kann, und durch die Umdrehungsbewegung, der beweglichen Spirale (32) ein Ölfilm gebildet werden kann.
Auch haben die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) gemäß dieser Erfindung jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Form. In dieser Erfindung sollte der Ausdruck „im Wesentlichen kreisförmig” derart ausgelegt werden, dass er nicht nur einen Kreis im engen Sinn des Wortes umfasst, sondern auch eine Ellipse und einen Kreis mit einer Mulde. Mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale (32) kann ein Ölfilm gebildet werden, indem Schmieröl aus allen Richtungen auf die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) angezogen wird.
Auch sind die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) gemäß dieser Erfindung jeweils vieleckig. Als ein Ergebnis kann ein Ölfilm gebildet werden, indem von jeder Seite des Vielecks Schmieröl auf die druckaufnehmenden Abschnitte (83) angezogen wird.
Gemäß der Erfindung sind die Inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) in einer versetzten Weise angeordnet. Als ein Ergebnis können die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) mit einer hohen Dichte angeordnet werden, und der Ölfilm kann mit einer größeren Größe pro Einheitsfläche ausgebildet werden, um eine schwere Last zu unterstützen.
Gemäß dieser Erfindung ist der gesamte Umfangsrand jedes druckaufnehmenden Abschnitts (83) rund oder keilförmig. Auf diese Weise kann ein zufriedenstellender Ölfilm gebildet werden, indem das Schmieröl von den Rillen (85) über die runden oder keilförmigen Abschnitte in die druckaufnehmenden Abschnitte (83) angezogen wird.
Auch umfasst der Spiralverdichter gemäß dieser Erfindung eine Ölabscheidungseinrichtung (63) zum Abscheiden des Schmieröls von einem Fluid, und das Schmieröl wird durch die Druckdifferenz zwischen dem von der Ölabscheidungseinrichtung (63) abgeschiedenen Schmieröl und dem Abschnitt, an dem das Axialdrucklager (53) angeordnet ist, an das Axialdrucklager (53) zugeführt. Als ein Ergebnis kann das Schmieröl sicher in das Axialdrucklager eingeführt werden.
Auch ist das komprimierte Fluid gemäß dieser Ausführungsform Kohlendioxid, und der Druck des ausgestoßenen Kohlendioxids übersteigt seinen kritischen Druck.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die in entgegengesetzter Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren, ein auf der Rückseite der beweglichen Spirale (32) angeordnetes Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der Axialkraft und eine Schmierölzuführungseinrichtung zum Zuführen des Schmieröls an das Axialdrucklager (53), wobei das Axialdrucklager (53) ein donutförmiges erstes Element (53a), das mit einer Vielzahl von Rillen (85) und einer Vielzahl von durch die Vielzahl von Rillen (85) definierten druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet ist, und ein donutförmiges zweites Element (53b) in gleitendem Kontakt mit dem ersten Element (53a) umfasst, und wobei die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) nur auf der radialen Außenseite der Einhüllenden (H) angeordnet ist, die von dem Innenumfangsrand (53c) des zweiten Elements (53b) durch die Relativbewegung des ersten Elements (53a) und des zweiten Elements (53b) gezeichnet wird.
Selbst in dem Fall, in dem die bewegliche Spirale (32) sich durch Umlaufen bewegt, werden die auf dem ersten Element (53a) ausgebildeten druckaufnehmenden Abschnitte (83) nicht aus dem zweiten Element (53b) verschoben. Als ein Ergebnis kann das von der Vielzahl der Rillen (85) aufgenommene Schmieröl einen zufriedenstellenden Ölfilm bilden, während der Verdichter betrieben wird, wobei die Zufuhr des Schmieröls für eine lange Zeit unterbrochen ist.
Auch wird gemäß dieser Erfindung ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die in entgegengesetzter Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren, ein auf der Rückseitenfläche (32a) der beweglichen Spirale (32) angeordnetes Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der Axialkraft und eine Schmierölzuführungseinrichtung zum Zuführen des Schmieröls an das Axialdrucklager (53), wobei das Axialdrucklager (53) ein donutförmiges erstes Element (53a), das mit einer Vielzahl von Rillen (85) und einer Vielzahl von durch die Vielzahl von Rillen (85) definierten druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet ist, und ein donutförmiges zweites Element (53b) in gleitendem Kontakt mit dem ersten Element (53a) umfasst, und wobei die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) nur auf der radialen Innenseite der Einhüllenden angeordnet ist, die von dem Rand (53c) auf dem Außenumfang des zweiten Elements (53b) durch die Relativbewegung des ersten Elements (53a) und des zweiten Elements (53b) gezeichnet wird. Als ein Ergebnis wird eine ähnliche Wirkung zu der vorstehend beschriebenen erzeugt.
Auch wird gemäß dieser Erfindung eine Vielzahl von Rillen (85) in einem Netzmuster angeordnet, und inselartige druckaufnehmende Abschnitte (83) sind jeweils durch die Rillen (85) zwischen der Vielzahl der Rillen (85) definiert.
Als ein Ergebnis sind die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils über ihren gesamten Außenumfang von den Rillen (85) umgeben, so dass das Schmieröl aus allen Richtungen angezogen und durch die Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale (32) ein Ölfilm gebildet werden kann.
Auch haben die Schnittflächen (85a) der Vielzahl der Netzrillen (85) gemäß der Erfindung eine größere Rillenbreite als die anderen Teile. Als ein Ergebnis kann das Schmieröl hinreichend über die Vielzahl der Rillen (85) ausgebreitet werden.
Auch haben die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Form und sind in einer versetzten Weise angeordnet. In dieser Erfindung saute der Ausdruck „im Wesentlichen kreisförmig” derart ausgelegt werden, dass er nicht nur einen Kreis umfasst, sondern auch ein Fünfeck und ein Vieleck mit mehr Seiten und zumindest einer gekrümmten Ecke.
Als ein Ergebnis können die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) in hoher Dichte angeordnet werden, so dass die Größe des pro Einheitsfläche gebildeten Ölfilms erhöht werden kann, um eine schwere Last zu unterstützen.
Auch wird gemäß dieser Erfindung ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der eine Ölabscheidungseinrichtung (63) zum Abscheiden des Schmieröls aus einem Fluid umfasst, wobei die Schmierölzuführungseinrichtung das Schmieröl durch die Druckdifferenz zwischen dem von der Ölabscheidungseinrichtung (63) abgeschiedenen Schmieröl und dem Abschnitt (31), wo das Axialdrucklager (53) angeordnet ist, an das Axialdrucklager (53) zuführt. Als ein Ergebnis kann das Schmieröl sicher an das Axialdrucklager (53) zugeführt werden.
Gemäß dieser Erfindung ist das komprimierte Fluid auch Kohlendioxid, und der Druck des ausgestoßenen Kohlendioxids übersteigt seinen kritischen Druck.
Auch wird gemäß dieser Erfindung ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch das Fluid zu komprimieren, und ein Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der von der beweglichen Spirale (32) empfangenen Axialkraft, wobei das Axialdrucklager (53) eine erste Gleitfläche (100) mit einer Vielzahl von voneinander unabhängigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83), die durch die Rillen (85) definiert sind, und eine zweite Gleitfläche (101) mit einem im Wesentlichen ebenen Abschnitt in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) der ersten Gleitfläche (100) umfasst, wobei die erste Gleitfläche (100) oder die zweite Gleitfläche (101) auf der beweglichen Spirale (32) befestigt ist und die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils einen entlang ihres Umfangsrands ausgebildeten abfallenden Abschnitt (83b) und einen ebenen Abschnitt (83a) innerhalb des abfallenden Abschnitts (83b) haben, wobei die Standardabweichung σ1 der Oberflächenrauheit der ersten Gleitfläche (100) und die Standardabweichung σ2 der Oberflächenrauheit der zweiten Gleitfläche (101) jeweils nicht höher als 0,08 μm ist und wobei das Verhältnis zwischen der Breite W des abfallenden Abschnitts und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,05 ≤ W/R ≤ 0,98 erfüllt, wobei R der effektive Radius der druckaufnehmenden Abschnitte (83) ist und W die Breite des abfallenden Abschnitts (83b) ist, um sicherzustellen, dass die Höhe der druckaufnehmenden Abschnitte (83) 1 μm niedriger als der ebene Abschnitt (83a) ist.
Als ein Ergebnis wird der Ölfilm des Fluids zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten (83) und dem Abschnitt der zweiten Gleitfläche (101) in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet, und daher kann das Axialdrucklager (53) verwendet werden, während es mit dem Fluid geschmiert wird (worauf hier nachstehend als der Zustand der hydrodynamischen Schmierung Beziehung genommen wird). In diesem Spiralverdichter ist der Steuerungsbetrieb nicht kompliziert oder kostspielig.
Solange auch gemäß dieser Erfindung das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und dem Betrag e, um den die Mitte der beweglichen Spirale (32) von der axialen Mitte der Drehwelle (21) dezentriert ist, der Beziehung 0,8 < R/e ≤ 1 genügt, erfüllt das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,05 ≤ W/R ≤ 0,98, während in dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e der Beziehung 0,6 < R/e ≤ 0,8 genügt, andererseits das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,1 ≤ W/R ≤ 0,85 erfüllt. Auch in dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e der Beziehung 0,4 < R/e ≤ 0,6 genügt, erfüllt das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,2 ≤ W/R ≤ 0,6.
Als ein Ergebnis kann der Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers als ein Gleitlager (53) bei jedem Verhältnis zwischen der Exzentrizität e der beweglichen Spirale (32) und dem effektiven Radius der druckaufnehmenden Abschnitte (83) sicher hergestellt werden.
Auch wird gemäß dieser Erfindung ein Spiralkompressor zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren, wobei die Mitte der beweglichen Spirale (32) um einen Abstand e von der axialen Mitte der Drehwelle (21) dezentriert ist, und ein Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der von der beweglichen Spirale (32) empfangenen Axialkraft, wobei das Axialdrucklager (53) eine erste Gleitfläche (100) mit einer Vielzahl von voneinander unabhängigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83), die jeweils durch die Rillen (85) definiert sind, und eine zweite Gleitfläche (101) mit einem im Wesentlichen ebenen Abschnitt in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) der ersten Gleitfläche (100) umfasst, wobei die erste Gleitfläche (100) oder die zweite Gleitfläche (101) auf der beweglichen Spirale (32) befestigt ist und die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils einen entlang ihres Umfangsrands ausgebildeten abfallenden Abschnitt (83b) und einen ebenen Abschnitt (83a) innerhalb des abfallenden Abschnitts (83b) haben, wobei die Standardabweichung σ1 der Oberflächenrauheit der ersten Gleitfläche (100) und die Standardabweichung σ2 der Oberflächenrauheit der zweiten Gleitfläche (101) jeweils nicht höher als 0,08 μm ist und wobei ein durch die untere Gleichung (1) ausgedrückter Ölfilmparameter Λ die Beziehung Λ ≥ 3 erfüllt
wobei R der effektive Radius der druckaufnehmenden Abschnitte (83) ist, hin die Höhe die Höhe des abfallenden Abschnitts (83b) an dem Fluideinlass zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten (83) und der zweiten Gleitfläche (101) ist, η die kinematische Viskosität des Fluids im Betrieb ist, ω der Wert ist, der erhalten wird, indem die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in Bezug auf die zweite Gleitfläche (101) durch die Exzentrizität e dividiert wird, Pmittel der mittlere Anpressdruck der druckaufnehmenden Abschnitte (83) ist, W die Breite des abfallenden Abschnitts (83b) ist, um die Höhe der druckaufnehmenden Abschnitte (83) auf einen 1 μm niedrigeren Wert als den ebenen Abschnitt (83a) zu verringern, γ die Funktion des effektiven Radius R und der Breite W des abfallenden Abschnitts ist und α, β die Konstanten sind, die durch die elastohydrodynamische Schmierungstheorie entsprechend den Schmierungsbedingungen berechnet werden.
Als ein Ergebnis wird der Ölfilm aus dem Fluid zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten (83) und dem Abschnitt der zweiten Gleitfläche (101) in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet, und daher kann das Axialdrucklager (53) in dem Zustand der hydrodynamischen Schmierung verwendet werden.
Solange auch gemäß dieser Erfindung das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e der Beziehung 0,8 < R/e ≤ 1 genügt, erfüllt das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,05 ≤ W/R ≤ 0,98, während in dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e der Beziehung 0,6 < R/e ≤ 0,8 genügt, andererseits das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,1 ≤ W/R ≤ 0,85 erfüllt. Auch in dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e der Beziehung 0,4 < R/e ≤ 0,6 genügt, erfüllt das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R die Beziehung 0,2 ≤ W/R ≤ 0,6.
Als ein Ergebnis kann der Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers als ein Gleitlager (53) bei jedem Verhältnis zwischen der Exzentrizität e der beweglichen Spirale (32) und dem effektiven Radius R der druckaufnehmenden Abschnitte (83) sicher hergestellt werden.
Auch ist gemäß dieser Erfindung die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in Bezug auf die zweite Gleitfläche (101) nicht kleiner als 0,5 m/s, und die Last von 0,5 bis 20 MPa an mittlerem Anpressdruck wird den druckaufnehmenden Abschnitten (83) durch die Einfügung des Fluids zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten (83) und der zweiten Gleitfläche (101) auferlegt. Folglich wird die kinematische Viskosität von 0,1 bis 10 cSt für das Fluid im Betrieb aufrechterhalten.
Als ein Ergebnis wird der Ölfilm mit einer ausreichenden Dicke zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten (83) auf der ersten Gleitfläche (100) und der zweiten Gleitfläche (101) aufrechterhalten.
Auch haben die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) gemäß dieser Erfindung im Wesentlichen die Form eines Kreises, einer Ellipse, eine längliche Form oder im Wesentlichen eines Vielecks und sind in versetzter Form, in Form eines regelmäßigen Gitters, schrägen Gitters oder mit zufälliger Form angeordnet.
Als ein Ergebnis können die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) in hoher Dichte angeordnet werden, und die Größe des Ölfilms, der pro Einheitsfläche gebildet werden kann, wird vergrößert, um eine schwere Last zu unterstützen.
Gemäß dieser Erfindung ist auch der abfallende Abschnitt (83b) über dem gesamten Umfangsrand der druckaufnehmenden Abschnitte (83) ausgebildet. Als ein Ergebnis können die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) einen Ölfilm ausbilden, wobei das Fluid von ihren gesamten Umfangrand einströmt.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren, und ein Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der von der beweglichen Spirale (32) empfangenen Axialkraft, wobei das Axialdrucklager (53) eine erste Gleitfläche (100) und eine zweite Gleitfläche (101) in entgegengesetzter Beziehung zu der ersten Gleitfläche (100) umfasst, wobei die erste Gleitfläche (100) oder die zweite Gleitfläche (101) auf der beweglichen Spirale (32) befestigt ist und wobei die erste Gleitfläche (100) und die zweite Gleitfläche (101) jeweils aus einem Stahlmaterial gebildet sind und die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der zwei Gleitflächen (100, 101) nicht weniger als 5 Volumen-% ist.
Als ein Ergebnis ist die Abnutzungsbeständigkeit der Oberfläche jeder Gleitfläche (100, 101) des Paars verbessert. Selbst in dem Fall, in dem das Axialdrucklager (53) in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird, werden die Gleitflächen (100, 101) daher weniger abgenutzt, und die Leistung des Spiralverdichters wird nicht wesentlich verringert. Auch ist dieser Spiralverdichter nicht kompliziert im Steuerungsbetrieb oder kostspielig.
In dieser Patentschrift bedeutet „die Leistung wird im Wesentlichen nicht verringert”, dass die Gleitflächen (100, 101), wenn sie abgenutzt werden, einen sehr kleinen Abriebverlust haben, und die Leistung des Spiralverdichters nicht nachteilig beeinflusst wird.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, in dem das Axialdrucklager (53) eine erste Gleitfläche (100) mit einer Vielzahl von voneinander unabhängigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83), die durch die Rillen (85) definiert sind, und eine zweite Gleitfläche (101) mit einem im Wesentlichen ebenen Abschnitt in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) auf der ersten Gleitfläche (100) umfasst, wobei die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils einen auf ihrem Umfangsrand ausgebildeten abfallenden Abschnitt (83b) und einen ebenen Abschnitt (83a) innerhalb des abfallenden Abschnitts (83b) haben, und wobei die Standardabweichung σ1 auf der Oberflächenrauheit der ersten Gleitfläche (100) und die Standardabweichung σ2 der Oberflächenrauheit auf der zweiten Gleitfläche (101) jeweils nicht höher als 0,08 μm ist.
Als ein Ergebnis wird der Ölfilm leicht ausgebildet, und der Zustand der hydrodynamischen Schmierung kann in den durch die Rillen (85) definierten inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83) leicht sichergestellt werden. Da das Paar der Gleitflächen (100, 101) auch jeweils eine kleine Oberflächenrauheit hat, ist die Verwendung in dem Grenz- oder Mischschmierbereich nur von einem kleinen Abriebverlust der Gleitflächen (100, 101) begleitet, wodurch die wesentlichen Schutzeigenschaften vor Festfressen verbessert werden. Folglich wird die Leistung des Spiralverdichters im Wesentlichen nicht verschlechtert.
Auch wird der Spiralverdichter gemäß dieser Erfindung in einer derartigen Weise verwendet, dass das Fluid einschließlich dem Schmiermittel, an die Gleitflächen (100, 101) des Axialdrucklagers (53) zugeführt wird, wobei die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in Bezug auf die zweite Gleitfläche (101) nicht geringer als 0,5 m/s ist, den druckaufnehmenden Abschnitten (83) im Mittel die Last eines Anpressdrucks von 0,5 bis 20 MPa auferlegt wird und die kinematische Viskosität des Fluids im Betrieb auf 0,1 bis 10 cSt gehalten wird.
Als ein Ergebnis wird der Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers (53) sichergestellt, und die auf den Gleitflächen (100, 101) durch die Grenz- oder Mischschmierung zum Zeitpunkt des Startens oder, wenn Flüssigkeit zurückläuft, erzeugte Abnutzung wird verringert.
Gemäß dieser Erfindung erstreckt sich auch jeweils ein Bereich, in dem die gehaltene Austenitmenge nicht weniger als 5 Volumen-% ist, in der ersten Gleitfläche (100) und der zweiten Gleitfläche (101) bis in eine Tiefe, von nicht weniger als 10 Mikrometer von der Oberfläche.
Als ein Ergebnis wird in jeder der Gleitflächen (100, 101) des Axialdrucklagers (53) bis zu einer vorgegebenen Tiefe von deren Oberfläche der Abschnitt mit einer verbesserten Abnutzungsbeständigkeit ausgebildet. Selbst in dem Fall, in dem das Axialdrucklager (53) in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird und die Gleitflächen (100, 101) abgenutzt werden, wird daher die Funktion des Axialdrucklagers (53) für eine vorgegebene Zeitspanne sicher aufrechterhalten.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32), die geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren, und ein Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der von der beweglichen Spirale (32) empfangenen Axialkraft, wobei das Axialdrucklager (53) eine erste Gleitfläche (100) und eine zweite Gleitfläche (101) in entgegengesetzter Beziehung zu der ersten Gleitfläche (100) umfasst, wobei die erste Gleitfläche (100) oder die zweite Gleitfläche (101) auf der beweglichen Spirale (32) befestigt ist und wobei die Härte der zweiten Gleitfläche (101) höher als die der ersten Gleitfläche (100) ist, und die Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen (100, 101) nicht weniger als 500 HV ist.
Als ein Ergebnis wird die Abnutzungsbeständigkeit der Oberfläche jeder der Gleitflächen (100, 101) verbessert, und daher werden die Gleitflächen (100, 101) selbst in dem Fall, in dem das Axialdrucklager (53) in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird, weniger abgenutzt, und die Leistung des Spiralverdichters wird im Wesentlichen nicht verringert. Auch ist der Steuerungsbetrieb in diesem Spiralverdichter nicht kompliziert oder kostspielig.
Gemäß dieser Erfindung umfasst das Axialdrucklager (53) auch eine erste Gleitfläche (100) mit einer Vielzahl von voneinander unabhängigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83), die durch die Rillen (85) definiert sind, und eine zweite Gleitfläche (101) mit einem im Wesentlichen ebenen Abschnitt in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) der ersten Gleitfläche (100), wobei die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils einen entlang dem Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts (83) ausgebildeten abfallenden Abschnitt (83b) und einen ebenen Abschnitt (83a) innerhalb des abfallenden Abschnitts (83b) haben, und wobei die Standardabweichung σ1 der Oberflächenrauheit der ersten Gleitfläche (100) und die Standardabweichung σ2 der Oberflächenrauheit der zweiten Gleitfläche (101) jeweils nicht höher als 0,08 μm ist.
Als ein Ergebnis werden die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) leicht mit einem Ölfilm ausgebildet, wobei gleichzeitig der Zustand der hydrodynamischen Schmierung aufgebaut wird. Auch ist die Oberflächenrauheit des Paars der Gleitflächen (100, 101) klein, und daher werden die Gleitflächen (100, 101) selbst in dem Fall, in dem der Spiralverdichter in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird, weniger abgenutzt und die wesentlichen Schutzeigenschaften vor Festfressen werden verbessert, so dass die Leistung des Spiralverdichters im Wesentlichen nicht verringert wird.
Gemäß dieser Erfindung wird der Spiralverdichter auch in einer derartigen Weise verwendet, dass ein das Schmieröl enthaltendes Fluid an die Gleitflächen (100, 101) des Axialdrucklagers (53) zugeführt wird, wobei die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in Bezug auf die zweite Gleitfläche (101) nicht geringer als 0,5 m/s ist, den druckaufnehmenden Abschnitten (83) im Mittel die Last eines Anpressdrucks von 0,5 bis 20 MPa auferlegt wird und die kinematische Viskosität im Betrieb auf 0,1 bis 10 cSt gehalten wird.
Als ein Ergebnis wird einerseits der Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers sichergestellt, und andererseits wird die zweite Gleitfläche (101) durch die Grenz- oder Mischschmierung zum Zeitpunkt des Startens oder wenn Flüssigkeit zurückläuft, weniger abgenutzt.
Gemäß dieser Erfindung wird auch die Härte der zweiten Gleitfläche (101) durch das Härtungs- oder Schichtbildungsverfahren erhöht. Als ein Ergebnis kann die Oberflächenhärte der zweiten Gleitfläche (101) wirksam verbessert werden.
Gemäß dieser Erfindung ist die Härte der zweiten Gleitfläche auch höher als die der ersten Gleitfläche (100), und die Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen (100, 101) ist nicht geringer als 500 HV.
Gemäß dieser Erfindung sind auch die erste Gleitfläche (100) und die zweite Gleitfläche (101) jeweils aus einem Stahlmaterial ausgebildet, und die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der Gleitflächen (100, 101) ist nicht weniger als 5 Volumen-%.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38), eine Drehwelle (21) zum Übertragen der Drehleistung, eine bewegliche Spirale (32), die in entgegengesetzter Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und um die Drehwelle (21) umläuft, indem sie durch eine exzentrische Welle (37), die um einen vorgegebenen Abstand von der Drehwelle (21) dezentriert ist, mit der Drehwelle (21) verbunden ist, um dadurch zusammenwirkend mit der festen Spirale (38) ein Fluid zu komprimieren, ein Lagerelement (15) mit einer Axialdruckhaltefläche (15e) in entgegengesetzter Beziehung zu der Seitenplatte (33) der beweglichen Spirale (32) zum axialen Halten der Seitenplatte (33) entlang der Achse der Drehwelle (21), und einen Verdrehsicherungsmechanismus zum Verhindern der Drehung der beweglichen Spirale (32), wobei die Seitenplatte (33) der beweglichen Spirale (32) eine Gleitfläche (34a), die geeignet ist, in Kontakt mit der Axialdruckhaltefläche (15e) zu gleiten, und eine kontaktfreie Fläche (34b) umfasst, die nicht mit der Axialdruckhaltefläche (15e) innerhalb der Gleitfläche (34a) in Kontakt ist, wobei die kontaktfreie Fläche Rillenabschnitte (42) hat, wobei die Gleitfläche (34a) und die Rillenabschnitte (42) in einer beabstandeten Beziehung oder in Kontakt miteinander sind, und die Gleitfläche (34a) in dem Fall, in dem die Gleitfläche (34a) und die Rillenabschnitte (42) in Kontakt miteinander sind, in einer derartigen Weise ausgebildet ist, dass der Flächenabschnitt und die Rille (42) benachbart zu den Rillenabschnitten (42) entlang deren Umfang um die zu den Rillenabschnitten (42) benachbarte radial innere Fläche eine kontaktfreie Fläche (34b) bilden, und auch in einer derartigen Weise, dass die Umrisslinie, die den inneren Umfangsrand der Gleitfläche (34a) anzeigt, in Punktkontakt mit der Umrisslinie der Rillenabschnitte (42) ist oder gleichmäßig mit ihr konvergiert.
Mit diesem Aufbau wird die Form des Innenumfangsrands der Gleitfläche (34a) allmählich und gleichmäßig geändert, und daher wird die lokale Zunahme des Anpressdrucks aufgrund des Kippmoments unterdrückt. Auch ist der Kontaktbereich selbst in dem Fall, in dem die Gleitfläche (34a) in Kontakt mit den Rillenabschnitten (42) ist, auf das radial äußere Ende der Rillenabschnitte (42) begrenzt, um dadurch die Bildung irgendeines Teils, wo der Ölfilm fehlt, zu unterdrücken. Auch kann die Gleitfläche (34a) derart ausgebildet werden, dass ihr radial innerer Abschnitt, wo die Axialdrucklast vergleichsweise groß ist, ausgenommen wird. Auf diese Weise wird eine Gleitfläche (34a), die ein hohes Schutzvermögen vor Festfressen oder eine hohe Abnutzungsbeständigkeit hat, erhalten.
Nun wird der vorstehend erwähnte radial innere Abschnitt, in dem die Axialdrucklast vergleichsweise hoch ist, erklärt. In dem Spiralverdichter wirkt das Kippmoment auf die bewegliche Spirale, und daher beinhaltet die Axialdrucklast sowohl auf die Gleitfläche als auch die Axialdruckhaltefläche wirkt die Auflagekraft gegen das Kippmoment. Je näher zu der Mittelachse im Inneren der Gleitfläche (34a) sich der Auflagepunkt befindet, desto größer ist die Auflagekraft.
Auch ist der Verdrehsicherungsmechanismus bevorzugt ein Oldham-Ring (36) mit axial vorstehenden Passfederabschnitten (36b, 36c), und die Rillenabschnitte (42) können mit den Passfederabschnitten (36b) kombinierte Keilnutabschnitte sein, die nachfolgend auch mit der Bezugsziffer (42) bezeichnet werden.
Auch kann die Gleitfläche (34a) gemäß dieser Erfindung in vielfältigen Formen, einschließlich im Wesentlichen einem Ring und einer Form, bei der der Durchmesser des Innenumfangsrands in die Richtung, in der die Keilnutabschnitte angeordnet sind, vergrößert ist, ausgebildet werden. Auch kann der Innenumfangsrand der Gleitfläche (34a) in dem Fall, in dem die Keilnutabschnitte (42) jeweils in der Radialrichtung länglich lang sind, derart ausgebildet werden, dass er mit dem länglichen Bogen an dem radial äußeren Ende der Keilnutabschnitte (42) als tangentiale Gerade (TL), die in Bezug auf die Längsachse der länglichen Form gekippt ist, konvergiert.
Gemäß dieser Erfindung umfasst die Gleitfläche (34a) auch zumindest teilweise eine Vielzahl von inselartigen Gleitflächen (34a ₂, 34a ₃) in beabstandeter Beziehung zueinander. Als ein Ergebnis kann das an die Gleitfläche (34a) zugeführte Schmieröl in den Rillen oder Spalten zwischen den inselartigen Gleitflächen (34a ₂, 34a ₃) aufgenommen werden, und daher kann der Ölfilm nachhaltiger aufrechterhalten werden.
Auch wird gemäß dieser Erfindung ein Spiralverdichter zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38), eine Drehwelle (21) zum Übertragen der Drehleistung, eine bewegliche Spirale (32), die in entgegengesetzter Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, um die Drehwelle (21) umzulaufen, indem sie durch eine exzentrische Welle (37), die um einen vorgegebenen Abstand von der Drehwelle (21) dezentriert ist, mit der Drehwelle (21) verbunden ist, um dadurch zusammenwirkend mit der festen Spirale (38) ein Fluid zu komprimieren, ein Lagerelement (15) mit einer Axialdruckhaltefläche (15e) in entgegengesetzter Beziehung zu der Seitenplatte (33) der beweglichen Spirale (32) zum Halten der Seitenplatte (33) entlang der Achse der Drehwelle (21), und einen Verdrehsicherungsmechanismus zum Verhindern der Drehung der beweglichen Spirale (32), wobei die Oberfläche des Lagerelementes (15), die der beweglichen Spirale (32) zugewandt ist, eine erste Axialdruckhaltefläche (15e) und eine kontaktfreie Lagerelementfläche (15g) umfasst, die nicht mit der Gleitfläche (34a) innerhalb der Axialdruckhaltefläche (15e) in Kontakt ist; wobei die kontaktfreie Lagerelementfläche (15g) Rillenabschnitte (42) hat, wobei die Axialdruckhaltefläche (15e) und die Rillen (42) in einer beabstandeten Beziehung oder in Kontakt miteinander sind, und die Axialdruckhaltefläche (15e), wenn sie mit den Rillen (42) in Kontakt ist, in einer derartigen Weise ausgebildet ist, dass die Fläche benachbart zu den Rillen (42) um den Umfang der Rillen (42) herum und die zu den Rillen (42) benachbarte Fläche radial innerhalb der Rillen (42) die lagerelementseitige kontaktfreie Fläche (15g) bilden, und auch in einer derartigen Weise, dass die Umrisslinie, die den inneren Umfangsrand der Axialdruckhaltefläche (15e) anzeigt, in Punktkontakt mit der Umrisslinie der Rillen (42) ist oder gleichmäßig mit ihr konvergiert.
Als ein Ergebnis, kann, wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Gleitfläche (34a) eine Axialdruckhaltefläche (15e) erhalten werden, die ein hohes Schutzvermögen vor Festfressen oder eine hohe Abnutzungsbeständigkeit hat.
Im Übrigen zeigen die Bezugsnummern, die an jede vorstehend beschriebene Einrichtung in den Klammern angefügt sind, ein Beispiel für die Entsprechung zu der spezifischen Einrichtung an, die in den später beschriebenen Ausführungsformen enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung kann mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, wie nachstehend dargelegt, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralverdichter gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2A ist eine schematische Darstellung, welche eine Gleitfläche auf der beweglichen Seite des Axialdrucklagers des in 1 gezeigten Spiralverdichters zeigt.
2B ist eine in einer derartigen Weise entlang der Linie B-B in 2A genommene Querschnittansicht, dass der Querschnitt der im Wesentlichen kreisförmigen konkav-konvexen Oberfläche sichtbar ist.
2C ist eine vergrößerte Ansicht des in 2A mit dem Bezugszeichen G bezeichneten Abschnitts.
3 ist ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in der der Ölfilm auf den inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten auf der in 2 gezeigten Gleitfläche der beweglichen Seite ausgebildet wird, und dessen Druck zeigt.
4A und 4B sind Diagramme, die die Art und Weise, in welcher der Ölfilm in dem Fall ausgebildet wird, in dem auf der Gleitfläche des Axialdrucklagers eine Vielzahl kreisförmiger Rillen als Ölbecken ausgebildet ist, und dessen Druck zeigen.
5 ist eine schematische Darstellung, welche die Größe der Fläche X der Rillen 85 der vier benachbarten druckaufnehmenden Abschnitte und die Größe der Fläche Y des druckaufnehmenden Abschnitts 83 zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung, welche die Art und Weise zeigt, in der die spiralseitige Platte 53a in dem zylindrischen Gehäuse 13a mit dem Umlaufen der beweglichen Spirale 32 bewegt wird.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Rauheit der Bodenfläche der Rillen 85 und der anhaftenden Ölmenge mit dem Verlauf der Zeit zeigt.
8 ist eine schematische Darstellung, welche die Gleitfläche des Axialdrucklagers 53 zeigt, das aus der druckaufnehmenden Einheit 83 besteht, deren Größe in Richtung ihrer Innenumfangsseite fortschreitend abnimmt.
9 ist eine schematische Darstellung, welche die Gleitfläche des Axialdrucklagers 53 zeigt, die in einer derartigen Weise aufgebaut ist, dass die Rillen 8 ein sechseckiges Muster annehmen.
10 ist eine schematische Darstellung, welche die Gleitfläche des Axialdrucklagers 53 zeigt, das in einer derartigen Weise aufgebaut ist, dass die druckaufnehmenden Abschnitte 83 als Kacheln angeordnet sind.
11A ist eine schematische Darstellung, welche die Fläche eines im Wesentlichen kreisförmigen ebenen Abschnitts mit einem keilförmigen Abschnitt mit gebogenen Ecken in einer vieleckigen Insel hat.
11B ist eine entlang der Linie A-A in 11A genommene Schnittansicht.
11C ist eine entlang der Linie B-B in 11A genommene Schnittansicht.
12 ist eine Längsschnittansicht eines Spiralverdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die wesentlichen Teile des Axialdrucklagers von 1 zeigt.
14A und 14B sind Diagramme zum Erklären des effektiven Radius der druckaufnehmenden Abschnitte.
15 ist eine weiter vergrößerte Ansicht eines Teils von 13.
16 ist ein Diagramm zum Erklären der Beziehung zwischen γ und W/R.
17 ist eine schematische Darstellung, welche in einer vergrößerten Form die wesentlichen Teile der Gleitflächen des Axialdrucklagers zeigt.
18 ist eine schematische Darstellung, welche zum Erklären des Verfahrens zur Bewertung des Abriebverlusts.
19 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralverdichter gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
20 ist eine perspektivische Ansicht des Oldham-Rings, der mit dem vorstehend beschriebenen Spiralverdichter verwendet wird.
21 ist eine Vorderansicht, die die Gleitflächenseite der beweglichen Spirale des in 19 gezeigten Spiralverdichters zeigt.
22 ist eine Vorderansicht, die die Gleitflächenseite der beweglichen Spirale des Spiralverdichters gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
23 ist eine Vorderansicht, die die Gleitflächenseite der beweglichen Spirale des Spiralverdichters gemäß einer achten Ausführungsform zeigt.
24 ist eine Vorderansicht, die die Gleitflächenseite der beweglichen Spirale des Spiralverdichters gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt.
25 ist eine Vorderansicht, die die Oberfläche des Lagerelements auf der Seite in entgegengesetzter Beziehung zu der beweglichen Spirale des Spiralverdichters gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt.
26 ist eine Vorderansicht, die die Gleitflächenseite der beweglichen Spirale des herkömmlichen Spiralverdichters zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf 1 bis 7 beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Diese Ausführungsform stellt einen Kompressor für einen Warmwasserbereiter in dem Kältemittelkreislauf dar, der Kohlendioxid als ein Kältemittel verwendet und in dem der Druck von ausgestoßenem Kohlendioxid dessen kritischen Druck übersteigt. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf diesen Verdichter beschränkt.
Der Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform ist ein motorbetriebener luftdichter Verdichter mit einem geschlossenen Behälter 13, der eine Motoreinheit 27 und einen Verdichtungsmechanismus 10 unterbringt.
Der geschlossene Behälter 13 umfasst ein Zylindergehäuse 13a, ein montiertes motorseitiges Endgehäuse 13b und ein verdichtungsmechanismusseitiges Endgehäuse 13c an jedem Ende des zylindrischen Gehäuses 13a.
Die Motoreinheit 27 umfasst einen Stator 25, der auf der Innenumfangsfläche des zylindrischen Gehäuses 13a befestigt ist, und einen Rotor 23, der auf der Welle 21 befestigt ist, die von der Motoreinheit 27 drehend angetrieben wird.
Der Verdichtungsmechanismus 10 umfasst ein Mittelgehäuse 15, das an einer Position benachbart zu dem Stator 25 in dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt ist, eine bewegliche Spirale 32, die von einem Kurbelmechanismus 28 zu Umlaufen gebracht wird, der von einem auf dem Mittelgehäuse 15 angeordneten Hauptlager 17 gehalten wird, und eine feste Spirale 38, die auf dem zylindrischen Gehäuse 13a auf der Seite des Mittelgehäuses 15 weit weg von dem Stator 25 in entgegengesetzter Beziehung zu der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, um dadurch einen später beschriebenen Arbeitsraum 45 zu bilden.
Die Welle 21 wird von einem Hauptlager 17 und einem Hilfslager 19 im Wesentlichen horizontal gehalten, das auf einem scheibenförmigen Haltelement 14 befestigt ist, welches zwischen dem Stator 25 und dem motorseitigen Endgehäuse 13b in dem zylindrischen Gehäuse 13a eingefügt ist.
Die bewegliche Spirale 32 umfasst eine im Wesentlichen scheibenförmige Platte 33 auf der beweglichen Seite, eine Spirale 41 auf der beweglichen Seite, die in einer Evolventenkurve von der Endfläche der Platte 33 der beweglichen Seite in Richtung der festen Spirale 38 aufgerichtet ist, und eine Nabe 35, die von der Endfläche weit weg von der Spirale 41 auf der beweglichen Seite in Richtung des Mittelgehäuses 15 aufgerichtet ist.
Die feste Spirale 38 umfasst eine Platte 39 auf der festen Seite, die auf dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt ist und eine Spirale 43 auf der festen Seite, die aus einer spiralförmigen Rille gebildet ist, die auf der Endfläche der Platte 39 auf der festen Seite näher an der beweglichen Spirale 32 angeordnet ist.
Das Mittelgehäuse 15 nimmt die Form eines dreistufigen Zylinders mit einem von der Motoreinheit 27 in Richtung der festen Spirale 38 fortschreitend größeren Durchmesser an. Der Zylinder 15a mit dem kleinsten Durchmesser in der Nähe der Motoreinheit 27 bildet ein Hauptlager 17, und der mittlere Zylinder 15b bildet eine Kurbelkammer 29 zum Aufnehmen des Kurbelmechanismus 28. Der Zylinder 15c mit dem größten Durchmesser in der Nähe der festen Spirale 38 bildet andererseits ein Spiralgehäuse 31 zum Aufnehmen der beweglichen Spirale 32 und ist durch eine Befestigungseinrichtung, wie etwa eine Aufschrumpfung, auf der Innenumfangsfläche des Zylindergehäuses 13a befestigt.
Der Kurbelmechanismus 28 besteht aus einer exzentrischen Welle 37, die integral an dem Ende der Welle 21 näher an dem Verdichtungsmechanismus 10 angeordnet ist, und der Nabe 35 der beweglichen Spirale 32. Die exzentrische Welle 37 ist um einen gegebenen Betrag e (2A) von der axialen Mitte des Hauptlagers 17 und des Hilfslagers 19 dezentriert. Diese Exzentrizität e bildet den Kreisradius der beweglichen Spirale 32.
Eine nicht gezeigte Oldham-Kupplung ist auf der Endfläche (auf die hier nachstehend als die Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit Bezug genommen wird) der Scheibeneinheit 15d näher an der beweglichen Spirale 32 angeordnet und verbindet den Zylinder 15c mit dem größeren Durchmesser und den mittleren Zylinder 15b, wobei sie das Mittelgehäuse 15 bilden, um dadurch die Drehung der beweglichen Spirale 32 zu verhindern. Als ein Ergebnis darf die bewegliche Spirale 32 lediglich umlaufen. In dem Verdichtungsmechanismus 10 wird das Volumen des Arbeitsraums 45, das durch den Eingriff zwischen der Spirale 41 der beweglichen Seite und der Spirale 43 der festen Seite gebildet wird, durch die Umdrehung der beweglichen Spirale 32 in Bezug auf die feste Spirale 38 verringert, um dadurch das an die Ansaugkammer 46, die mit der äußersten Umfangsseite der Spirale 43 der festen Seite verbunden ist, zugeführte Kältemittel zu komprimieren.
Auch ist das Axialdrucklager 53 zwischen der Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit und der Endfläche der beweglichen Spirale 32, die mit der Nabe 35 ausgebildet ist (auf die hier nachstehend als die bewegliche Spiralrückseitenfläche 32a Bezug genommen wird), angeordnet. Dieses Axialdrucklager 53 ist ein Gleitlager zum Gleiten zwischen der beweglichen Spiralrückseitenfläche 32a und der Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit unter der axialen Kraft (in dieser Ausführungsform die Kraft, die die Platte 33 der beweglichen Seite von der festen Spirale 33 in Richtung der Scheibeneinheit 15d schiebt), die von der Platte 33 der beweglichen Seite aufgrund der Differenz zwischen der Auflagekraft, die zur Zeit der Komprimierung des Kältemittels erzeugt wird und der Kraft, die durch den Druck auf die bewegliche Spiralrückseitenfläche 32a in die Axialdruckrichtung erzeugt wird, aufgenommen wird. Dieses Axialdrucklager 53 wird später im Detail erklärt.
Die Ansaugkammer 46 ist auf der Seitenfläche der Platte 39 der festen Seite angeordnet und mit einem Ansaugrohr 47 zum Einführen des Kältemittels aus dem Kältemittelkreislauf außerhalb des geschlossenen Behälters 13 durch das zylindrische Gehäuse 13a verbunden.
Eine Auslassöffnung 49 ist axial durch die Platte 39 der festen Seite an dem Mittelabschnitt der Spirale 43 der festen Seite ausgebildet. Das von der beweglichen Spirale 32 und der festen Spirale 38 komprimierte Kältemittel wird von der Auslassöffnung 49 in eine Auslasskammer 50 ausgestoßen.
Die Auslasskammer 50 besteht aus einer Vertiefung, die von der Endfläche (auf die hier nachstehend als die feste Spiralrückseitenfläche 38a Bezug genommen wird) auf der Seite der Platte 39 der festen Seite weit weg von der beweglichen Spirale 32 und der Endfläche des Trennblocks 55 näher an der Platte 39 der festen Seite, die auf der festen Spiralrückseitenfläche 38a befestigt ist, ausgebildet wird. Im Übrigen hat die Auslasskammer 50 darin ein Auslassventil 61, um einen Rückfluss des ausgestoßenen Kältemittels zu verhindern.
Das in die Auslasskammer 50 ausgestoßene Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel wird durch einen Kältemittelweg 57, der sich von der Auslasskammer 50 nach oben erstreckt, an einen Ölabscheider 63 geleitet.
Der Ölabscheider 63 ist vom Doppelzylinder-Zentrifugaltyp und umfasst einen Innenzylinder 63a und einen Außenzylinder 63b.
Der Kältemittelweg 57 ist, nachdem er sich von der Auslassöffnung 50 entlang der festen Spiralrückseitenfläche 38a nach oben erstreckt, im Wesentlichen tangential mit dem Raum zwischen dem Innenzylinder 63a und dem Außenzylinder 63b des Zentrifugalölabscheiders 63 verbunden. Das im Wesentlichen in tangentialer Richtung in den Raum zwischen dem Innenzylinder 63a und dem Außenzylinder 63b strömende Kältemittel läuft in dem Raum zwischen dem Innenzylinder 63a und dem Außenzylinder 63b um. Nachdem das in dem Kältemittel enthaltene Öl zentrifugal abgeschieden ist, wird das Kältemittel durch den Innenzylinder 63a und das Auslassrohr 59 an den Kältemittelkreislauf außerhalb des geschlossenen Behälters 13 geschickt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Öl vorzugsweise als einen Hauptbestandteil ein Schmieröl, das aus ausgewähltem Polyglykol, Polyvinylether und Polyolester oder jeder Kombination daraus besteht.
Im Übrigen besteht der Außenzylinder 63b des Ölabscheiders 63 aus einem in dem Trennblock 55 ausgebildeten zylindrischen Loch, und der Innenzylinder 63a ist durch eine Befestigungseinrichtung, wie etwa einer Presspassung oder einem Spannring in dem zylindrischen Loch befestigt, wodurch der Außenzylinder 63b gebildet wird.
Auch ist die Auslasskammer 59 durch die Wand des geschlossenen Behälters 13 hermetisch in das obere Ende des zylindrischen Lochs eingesetzt, das den Außenzylinder 63b bildet. Im Übrigen bildet der Raum zwischen dem Trennblock 55 und dem verdichtungsmechanismusseitigen Endgehäuse 13c eine Atmosphäre mit niedrigerem Druck als das ausgestoßene Kältemittel.
Das von dem Ölabscheider 63 abgeschiedene Öl bewegt sich durch die Schwerkraft entlang der Innenwandfläche des Außenzylinders 63b nach unten und wird durch ein an dem unteren Ende des zylindrischen Lochs des Außenzylinders 63b gebildetes Loch 64 mit kleinem Durchmesser in einem Hochdrucköllager 65 gelagert.
Das Hochdrucköllager 65 ist in dem Trennblock 55 angeordnet und befindet sich unter dem zylindrischen Loch, das den Außenzylinder 63b und die Auslasskammer 50 bildet. Um die Menge des Hochdrucköls zu erhöhen, die in dem Hochdrucköllager 65 gelagert werden kann, ist der Trennblock 55 derart aufgebaut, dass sein unterer Abschnitt, der das Hochdrucköllager 65 bildet, in Richtung des verdichtungsmechanismusseitigen Gehäuses 13c weiter vorsteht als sein oberer Abschnitt, der dem zylindrischen Loch entspricht, das den Außenzylinder 63b bildet.
Das in dem Hochdrucköllager 65 gelagerte Öl wird über den Ölrücklaufweg 67 durch die Platte 39 der festen Seite unter der Spirale 43 der festen Seite zu dem Ölweg 69 in der Platte 33 der beweglichen Seite geleitet. Im Übrigen ist eine Drossel 67a mit kleinem Durchmesser an dem Auslass des Ölrücklaufwegs 67 angeordnet.
Der Einlass des Ölwegs 69 öffnet sich zu der Oberfläche der Platte 33 der beweglichen Seite mit der Spirale 41 der beweglichen Seite. Dieser Einlass ist versenkt, um eine größere Schnittfläche als die anderen Teile des Ölwegs 69 sicherzustellen. Der Einlass des Ölwegs 69 ist geeignet, durch die Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 intermittierend mit dem Auslass des Ölrücklaufwegs 67 in Verbindung zu sein. Auch ist der Auslass des Ölwegs 69 zu der Innenwand der Nabe 35 offen, um mit dem Raum zwischen dem Endabschnitt der Welle 21 und der unteren Oberfläche der Nabe 35 in Verbindung zu sein.
Im Übrigen wird das in dem Hochdrucköllager 65 gelagerte Öl trotz des hohen Drucks aufgrund des Ausstoßdrucks des Kältemittels durch die intermittierende Verbindung zwischen dem Ölrücklaufweg 67 und dem Ölweg 69 aufgrund der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 und der Drossel 67a auf den gewünschten Druckpegel verringert.
Das an den Raum zwischen dem Endabschnitt der Welle 21 und die untere Oberfläche der Nabe 35 geleitete Öl strömt in den axial durch die Welle 21 ausgebildeten Ölweg 71.
Das Öl, das den Ölweg 71 durchlaufen hat, wird zwischen dem motorseitigen Endgehäuse 13b und dem Halteelement 14 in dem geschlossenen Behälter 13 geleitet. Das Haltelement 14, das Mittelgehäuse 15 und die Platte 39 der festen Seite haben einen nicht gezeigten Spalt mit dem zylindrischen Gehäuse 13a. Das Öl, das zwischen dem motorseitigen Endgehäuse 13b und dem Halteelement 14 geleitet wurde, wird daher über dem gesamten inneren unteren Teil des geschlossenen Behälters 13 gelagert. Der innere untere Teil des geschlossenen Behälters 13 bildet ein Niederdrucköllager 66.
Das in dem Niederdrucköllager 66 gelagerte Öl erreicht das Spiralgehäuse 31 durch das Ölrücklaufloch 73, das in dem unteren Teil der Scheibeneinheit 15d des Mittelgehäuses 15 ausgebildet ist.
Der Ölweg 71 hat diametrale Löcher 71a, 71b darin angeordnet, die von dem Ölweg 71 in seinen Teilen verzweigen, die dem Hauptlager 17 und dem Nebenlager 19 entsprechen.
Der Auslass des diametralen Lochs 71a ist mit der auf der Welle 21 angeordneten Wellenrille 21a in Verbindung, und das Öl, das in das diametrale Loch 71a geströmt ist, erreicht nach dem Schmieren des Hauptlagers 17, des Kurbelmechanismus 28 und des Axialdrucklagers 53 das Spiralgehäuse 31. Eine Ölrille 72 zum Einrichten der Verbindung zwischen dem diametralen Loch 71a und dem Axialdrucklager 53 ist auf dem Mittelzylinder 15b über der Welle 21 ausgebildet, um das Öl an das Axialdrucklager 53 über der Welle 21 zu leiten.
Das Öl, das in das diametrale Loch 71b geströmt ist, fällt andererseits nach dem Schmieren des Hilfslagers 19 in das Niederdrucköllager 66 und erreicht durch das Ölrücklaufloch 73 das Spiralgehäuse 31.
Der Ölrücklaufweg 67, die Ölwege 69, 71 und das diametrale Loch 71a bilden eine Ölzuführungseinrichtung, um das Öl aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem von dem Ölabscheider 63 abgeschiedenen Öl und dem Abschnitt, wo das Axialdrucklager 53 angeordnet ist, an das Axialdrucklager 53 zuzuführen.
Das Öl, das das Spiralgehäuse 31 erreicht hat, wird an die Gleitflächen der beweglichen Spirale 32 und der festen Spirale 38 zugeführt, zusammen mit dem Kältemittel in dem Arbeitsraum 45 komprimiert und durch den Ölabscheider 63 von dem Kältemittel abgeschieden.
Als nächstes wird das Axialdrucklager 53 gemäß der Erfindung erklärt. Das erfindungsgemäße Axialdrucklager 53 besteht aus einer spiralseitigen Platte 53a, die auf der beweglichen Spiralrückseitenfläche 32a befestigt ist, und einer gehäuseseitigen Platte 53b, die auf der Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit befestigt ist.
Die spiralseitige Platte 53a ist in der Form eines Donuts ausgebildet, dessen Mittelloch von der Nabe 35 durchdrungen wird. Die Endfläche der spiralseitigen Platte 53a in gleitendem Kontakt mit der gehäuseseitigen Platte 53b ist, wie in 2A gezeigt, mit im Wesentlichen kreisförmigen konkav-konvexen Abschnitten ausgebildet.
2A ist eine entlang der Linie A-A in 1 in derartiger Weise genommene Schnittansicht, dass die Endfläche der spiralseitigen Platte 53a in gleitendem Kontakt mit der gehäuseseitigen Platte 53b sichtbar ist. 2B ist eine entlang der Linie B-B in 2A in einer derartigen Weise genommene Schnittansicht, dass der Querschnitt der im Wesentlichen kreisförmigen konkav-konvexen Abschnitte sichtbar ist, und 2C ist eine vergrößerte Ansicht des in 2A mit G bezeichneten Abschnitts. In 2A und 6, die später beschrieben wird, sind die durch eine gestrichelte Linie angezeigte gehäuseseitige Platte 53b und der radial innere Rand 53c der gehäuseseitigen Platte 53b, obwohl sie in den 2A und 6 unsichtbar sind, in 2A und 6 gezeigt, um ihre relativen Positionen zu der gehäuseseitigen Platte 53b anzuzeigen.
Die vertieften Teile der im Wesentlichen kreisförmigen konkav-konvexen Abschnitte bestehen aus einer Vielzahl von Rillen 85. Die Vielzahl der Rillen 85, an die von der Ölzuführungseinrichtung Öl zugeführt wird, sind in einem Netzmuster mit Schnittflächen 85a ausgebildet, die eine größere Rillenbreite als die anderen Teile haben. Auch ist die Oberflächenrauheit jeder in 2B gezeigten Rille 85 nicht weniger als 12,5 Rz und größer als die Oberflächenrauheit der später beschriebenen druckaufnehmenden Abschnitte 83. Von allen der Vielzahl der Rillen 85 bildet die äußerste Rille 85b, die sich auf dem äußersten Umfang befindet (auf die hier nachstehend als die äußerste Umfangsrille 85b Bezug genommen wird), eine Zickzackrunde entlang des Rands der spiralseitigen Platte 53a. Zwischen der äußersten Umfangsrille 85b und dem Rand der spiralseitigen Platte 53a ist ein Außenumfangsdichtungsabschnitt 81 ausgebildet und wird in gleitendem Kontakt mit der gehäuseseitigen Platte 53b über dem ganzen Umfang gehalten, um die Menge des Schmieröls, das von den Gleitflächen abfließt, zu verringern. Der Dichtungsabschnitt 81 hat Vorsprünge 81c, die gekrümmt sind, um sich von der spiralseitigen Platte 53a über die Zickzackform der äußersten Umfangsrille 85b radial nach innen auszudehnen. Wie in 2C gezeigt, haben die Vorsprünge 81c, wie die später beschriebenen druckaufnehmenden Abschnitte 83 die Funktion, einen Ölfilm zu bilden, indem sie das Öl aufgrund der Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale 32 aus allen Richtungen, die den Vorsprüngen 81c zugewandt sind, ansaugen.
Die zwischen der Vielzahl der Rillen 85 ausgebildeten und von diesen umgebenen Vorsprünge bilden die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83, die im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sind und entsprechend dem Zickzack der äußersten Umfangsrillen 85 in einer versetzten Weise angeordnet sind. Für die Zwecke der Ausschaltung von Fremdstoffen und der Verringerung des Anpressdrucks ist der Durchmesser der druckaufnehmenden Abschnitte 83 einerseits wünschenswerterweise nicht weniger als der Umlaufradius, aber weniger als der zweifache Umlaufradius, d. h. nicht weniger als e, aber weniger als 2e (e: Betrag der Exzentrizität der beweglichen Spirale 32), und das Flächenverhältnis der druckaufnehmenden Abschnitte 83 zu den Rillen 85 auf der Gleitfläche der spiralseitigen Platte 53a ist wünschenswerterweise nicht weniger als 50%. Auch sind die obere Oberfläche des Dichtungsabschnitts 81 und die druckaufnehmenden Abschnitte 83 als die Gleitfläche geschliffen und schließen im Wesentlichen bündig miteinander ab. Wie in 2B gezeigt, sind entlang des Rands der druckaufnehmenden Abschnitte 83 keilförmige Abschnitte oder abfallende rundliche Abschnitte 81b, 83b ausgebildet, um die Keilschmierwirkung des Ölfilms zu erzeugen, und die gehäuseseitige Platte 53b ist in gleitendem Kontakt mit den ebenen Abschnitten 81a, 83a.
Auch ist das Axialdrucklager 53 gemäß dieser Ausführungsform mit den konkav-konvexen Abschnitten auf der spiralseitigen Platte 53a, die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, ausgebildet, und daher wird die Vielzahl der Rillen 85, die die konkav-konvexen Abschnitte bilden, mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 relativ zu der Welle 21 bewegt.
Bei der gehäuseseitigen Platte 53b ist die Oberfläche in gleitendem Kontakt mit der spiralseitigen Platte 53a als eine flache ebene Oberfläche hochglanzpoliert. Die gehäuseseitige Platte 53b nimmt auf diese Weise, ähnlich der spiralseitigen Platte 53a, eine donutartige Form an.
Mit diesem Aufbau bildet das in den Rillen 85 aufgenommene Öl, wie in 3 gezeigt, aufgrund der Keilschmierwirkung der abfallenden Abschnitte und der keilförmigen Abschnitte 81b, 83b, die um die druckaufnehmenden Abschnitte 83 herum ausgebildet sind, durch den Gleitkontakt zwischen der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b einen Ölfilm 86 auf den druckaufnehmenden Abschnitten 83. Dieser Ölfilm 86 enthält das darin gelöste Kältemittel.
Gemäß dieser Ausführungsform hat die Bodenfläche der Rillen 85 einen hohen Rauheitsgrad, und das Schmieröl kann sicher auf der rauen Oberfläche gehalten werden. Als ein Ergebnis können die Gleitflächen, selbst in dem Fall, in dem der Spiralverdichter 11 mit vorübergehend unterbrochener Ölzufuhr an die Gleitflächen des Axialdrucklagers 53 betrieben wird, durch das Öl, das auf der Bodenfläche der Rillen 85 aufgenommen ist, ausreichend geschmiert werden.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Rauheitsgrad der Bodenfläche der Rillen 85 und der Menge an anhaftendem Öl mit dem Verlauf der Zeit zeigt. In 7 sind Kreise, Quadrate, Sterne und Kreuze Symbole, die sich auf Prüfstücke mit verschiedenen Rauheitsgraden auf der Bodenfläche der Rillen 85 beziehen. Um die Menge des anhaftenden Öls zu messen, werden die Rillen 85 der Prüfstücke in vertikalen Positionen belassen und eine vorgegebene Menge des Öls, die äquivalent zu dem Kühlanlagenöl während des Betriebs des Verdichters ist, wird aufgebracht. Dann wird das Gewicht des Öls mit dem Verlauf der Zeit gemessen. Als ein Maß für die wesentlichen Merkmale, die von dem für den Warmwasserbereiter verwendeten Verdichter erfüllt werden sollen, wobei angenommen wird, dass das Betriebsmuster des Warmwasserbereiters acht Stunden in Betrieb, gefolgt von 16 Stunden außer Betrieb ist, wird verwendet, dass die Menge des anhaftenden Öls nach dem Verlauf von 16 Stunden erkennbar (ein Dreißigstel) ist. Obwohl in dem Fall der Rauheit von weniger als 12,5 Rz kein Öl erfasst wurde, wurde im Fall der Rauheit von 12,5 Rz bestimmt, dass die Ablagerung des Öls in messbarer Menge bestätigt werden kann und der Ölfilm wirksam beibehalten werden kann.
Auch ist gemäß dieser Ausführungsform eine Vielzahl der Rillen 85, die miteinander in Verbindung sind, auf der Gleitfläche des Axialdrucklagers 53 ausgebildet, um das Öl zu lagern, und die Menge des von den Gleitflächen abfließenden Öls wird durch den Dichtungsabschnitt 81 verringert. Selbst in dem Fall, in dem der Spiralverdichter 11 bei vorübergehend unterbrochener Ölzufuhr an die Gleitflächen betrieben wird, können die Gleitflächen folglich ausreichend mit dem gelagerten Öl geschmiert werden.
Auch wird die Vielzahl der Rillen 85 gemäß dieser Ausführungsform in einem Netzmuster ausgebildet und ist miteinander verbunden, und daher kann das Öl zwischen den miteinander verbundenen Rillen zugeführt werden. Auf diese Weise ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Festfressen auftritt, das andernfalls durch mangelnde Ölzufuhr verursacht werden könnte.
Wenn die auf der Gleitfläche ausgebildeten Rillen unabhängig voneinander sind, würde dem Öl das Nachfüllen nicht gelingen, und in dem Fall, in dem das Öl bei unterbrochener Ölzufuhr von den Gleitflächen abfließt, würde ein negativer Druck auf den Gleitflächen auftreten. Dann würden die Gleitflächen aneinander kleben und das Festfressen würde entstehen. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Rillen 85 jedoch miteinander verbunden, und daher wird verhindert, dass der negative Druck erzeugt wird.
Auch angesichts der Tatsache, dass die Vielzahl der Rillen 85 in einem Netzmuster ausgebildet ist und die von den Rillen 85 umgebenen druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils die Form einer Insel haben und von den Rillen über ihren gesamten Umfang definiert werden, kann der Ölfilm 86 durch die Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale 32 durch die Keilschmierwirkung aus allen Richtungen gebildet werden. Ferner ist die Breite der Schnittflächen 85a der Vielzahl der Netzrillen 85 größer als die der restlichen Abschnitte, und daher kann das Öl alle der Vielzahl der Rillen 85 ausreichend bedecken.
Die druckaufnehmenden Abschnitte 83 haben auch jeweils die Form einer im Wesentlichen kreisförmigen Insel, und daher kann das Schmieröl aus allen Richtungen in die druckaufnehmenden Abschnitte 83 eingeführt werden. Ferner können die in einer versetzten Weise ausgebildeten druckaufnehmenden Abschnitte 83 mit einer hohen Dichte angeordnet werden. Auf diese Weise kann der ölfilmbildende Teil pro Einheitsfläche erhöht werden, und eine schwere Last kann unterstützt werden.
Auch kann das Schmieröl aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem von dem Ölabscheider 63 abgeschiedenen Öl und dem Abschnitt, wo das Axialdrucklager angeordnet ist, an den Abschnitt des Axialdrucklagers über der Welle 21 zugeführt werden. Daher kann das Schmieröl selbst in dem Spiralverdichter, dessen Welle 21 im Wesentlichen in der horizontalen Richtung 21 gelagert ist, sicher an das Axialdrucklager geleitet werden.
Angesichts der Tatsache, dass die Rillen 85 auf der spiralseitigen Platte 53a ausgebildet sind, die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, werden die Rillen 85 mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 auch relativ zu der Welle 21 bewegt. Als ein Ergebnis wird das auf der Bodenfläche der Rillen 85 aufgenommene Öl leicht als Spray an die Gleitflächen zugeführt.
Wie in 4A gezeigt, würde der ausgebildete Ölfilm in dem Fall, in dem die Rillen 85 kreisförmig sind und der Abstand zwischen benachbarten Rillen 85 kurz ist, auch benachbarte Rillen 85 bedecken und den Druck verlieren. Um dieses Problem zu bewältigen, kann, wie in 4B gezeigt, ein Verfahren konzipiert werden, in dem der Abstand D zwischen den benachbarten Rillen 85 vergrößert wird. Dieser Aufbau verringert jedoch den Anteil, in dem der Ölfilm gebildet wird, was einen niedrigeren Haltedruck ergibt.
In dem Axialdrucklager 53 gemäß dieser Ausführungsform sind die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 im Gegensatz dazu in beabstandeter und isolierter Beziehung zueinander ausgebildet, und die Rillen 85 sind fortlaufend um die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 herum in beabstandeter Beziehung zueinander angeordnet. Die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 können daher von den umgebenden Rillen 85 über einen großen Bereich ausreichend mit dem Schmieröl versorgt werden. Als ein Ergebnis kann das Schmieröl selbst in dem Fall, in dem die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 in nächster Nähe zueinander mit hoher Dichte angeordnet sind, auf den Gleitflächen nachgefüllt werden. Dies vergrößert die Fläche, auf der der Ölfilm pro Einheitsfläche ausgebildet wird, und eine schwere Last kann unterstützt werden, wodurch ein Axialdrucklager mit hoher Schmierfähigkeit bereitgestellt wird.
Wie in 5 gezeigt, ist eine Quadratfläche, die durch Verbinden der Mitten der vier benachbarten druckaufnehmenden Abschnitte 83 gebildet wird, auch mit einem derartigen Flächenverhältnis konstruiert, dass die Fläche Y der druckaufnehmenden Abschnitte 83 größer als die Fläche X der Rillen 85, 85a ist. Insbesondere ist die minimale Rillenbreite mit einem kleineren Wert als der Größe der druckaufnehmenden Abschnitte 83 konstruiert.
Da sich die Rillen 85, die auf der Gleitfläche 53a auf der Seite der beweglichen Spirale 32 ausgebildet sind und die das Schmieröl aufnehmen, auch bewegen, kann das Schmieröl gleichmäßiger an die Gleitflächen zugeführt werden.
Als nächstes werden die relativen Positionen der druckaufnehmenden Abschnitte 83, die auf der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b angeordnet sind, mit der Bewegung der beweglichen Spirale 32 unter Bezug auf 6 erklärt. 6 ist ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in der die spiralseitige Platte 53a sich mit dem Umlaufen der beweglichen Spirale 32 in dem zylindrischen Gehäuse 13a bewegt. Mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 bewegt sich die spiralseitige Platte 53a in dieser Reihenfolge zu den Positionen (a), (b), (c) und (d). Es sei H die von dem inneren Umfangsrand 53c der gehäuseseitigen Platte 53b durch die relativen Bewegungen der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b gezeichnete Einhüllende. Die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist nur auf der radialen Außenseite der Einhüllenden H auf der spiralseitigen Platte 53a angeordnet. Als ein Ergebnis werden die druckaufnehmenden Abschnitte 83 selbst in dem Fall, in dem die bewegliche Spirale 32 sich durch Umlaufen bewegt, nicht aus der gehäuseseitigen Platte 53b verschoben, und durch das in der Vielzahl der Rillen 85 aufgenommene Öl wird ein ausreichender Ölfilm gebildet.
Im Übrigen bildet die Einhüllende H gemäß dieser Ausführungsform durch den Umdrehungsradius der beweglichen Spirale 32 einen größeren Kreis als den Innenumfangsrand 53c der gehäuseseitigen Platte 53b.
(Zweite Ausführungsform)
Wenngleich die Welle 21 in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform in einer horizontalen Richtung angeordnet ist, ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt und auch auf einen Verdichter anwendbar, dessen Welle 21, wie in 12 gezeigt, vertikal angeordnet ist. In 12 sind die Bestandteile, die identisch zu denen der ersten Ausführungsform sind, jeweils mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet.
In 12 schmieren das Schmieröl und das Kältemittel, die von dem Ansaugrohr 47 einströmen, das Hilfslager 19, während sie gleichzeitig durch die in dem Haltelement 14 ausgebildete Öffnung zu der Motorkammer geleitet werden, wobei die Motoreinheit 27 darin im Inneren des geschlossenen Behälters 13 angeordnet ist. Das zu der Motorkammer geleitete Kältemittel und Öl schmieren einerseits das Hauptlager 17 und den Kurbelmechanismus 28, und das Öl wird andererseits durch das in dem Mittelgehäuse 15 ausgebildete vertikale Loch an das Adialdrucklager 53 zugeführt und zu der Ansaugkammer 46 geleitet.
Gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen besteht der geschlossene Behälter 13 aus drei Gehäusen einschließlich dem zylindrischen Gehäuse 13a, dem motorseitigen Endgehäuse 13b und dem verdichtungsmechanismusseitigen Endgehäuse 13c. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und beliebige zwei der drei Gehäuse können als ein einzelner Teil aufgebaut sein.
Auch ist die feste Spirale 38 gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen auf dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt. Trotzdem kann die feste Spirale 38 alternativ auf dem verdichtungsmechanismusseitigen Endgehäuse 13c oder dem Mittelgehäuse 15 befestigt sein.
Ferner kann das Haltelement 14, wenngleich es gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen auf dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt ist, alternativ auf dem motorseitigen Endgehäuse 13b befestigt sein.
Gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird die Spirale 43 der festen Seite durch die spiraiförmige Rille gebildet, die auf der Endfläche der Platte 39 der festen Seite gebildet wird. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die Spirale 43 der festen Seite kann von der Endfläche der Platte 39 der festen Seite in Richtung der beweglichen Spirale 38 errichtet werden.
Auch ist die exzentrische Welle 37 gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen integral mit dem Endabschnitt der Welle 21 ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die exzentrische Welle 37 kann verschiebbar in Bezug auf den Endabschnitt der Welle 21 angeordnet werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die bewegliche Spiralenrückseitenfläche 32a auch in einer Niederdruckatmosphäre angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und der Druck des ausgestoßenen Kältemittels kann dazu gebracht werden, auf die bewegliche Spiralenrückseitenfläche 32a zu wirken, um dadurch die Platte 33 der beweglichen Seite gegen die feste Spirale zu drücken. In diesem Fall, wird die Platte 33 der beweglichen Seite von der Seite der Scheibeneinheit 15d gegen die feste Spirale 38 gedrückt, und daher kann das Axialdrucklager 53 zwischen der Platte 33 der beweglichen Seite und der Platte 39 der festen Seiten angeordnet werden.
Auch besteht das Axialdrucklager 53 gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen aus der spiralseitigen Platte 53a, die auf der beweglichen Spiralrückseitenfläche 32a befestigt ist, und der gehäuseseitigen Platte 53b, die auf der Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit befestigt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die bewegliche Spirale 32 kann direkt mit einer Vielzahl der Rillen 85 und den druckaufnehmenden Abschnitten 83 für den direkten Gleitkontakt ausgebildet werden. Als eine andere Alternative kann das Axialdrucklager 53 aus einer einzigen Platte mit einer Vielzahl von Rillen oder drei oder mehr Platten bestehen.
Auch sind die druckaufnehmenden Abschnitte 83 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils im Wesentlichen in einem Kreis ausgebildet und in versetzter Weise angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die druckaufnehmenden Abschnitte 83 können alternativ in der Form eines Kokons oder linear angeordnet werden. Als eine andere Alternative kann die Vielzahl der Rillen 85 aus Rillen, die sich radial von der Mitte der spiralseitigen Platte 53a erstrecken, und ringförmigen Rillen, die konzentrisch mit der spiralseitigen Platte 53a in der Form senkrecht zu den sich radial erstreckenden Rillen sind, oder einer Vielzahl spiralförmig angeordneter Rillen bestehen.
Auch ist die auf der beweglichen Spirale befestigte spiralseitige Platte 53a gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen mit konkav-konvexen Abschnitten ausgebildet, so dass die Vielzahl der Rillen 85 sich relativ zu der Welle 21 mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 bewegen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die Rillen 85 können ohne die Befestigung der spiralseitigen Platte 53a auf der beweglichen Spirale 32 derart aufgebaut werden, dass sie sich als Ergebnis der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 relativ zu der Welle 21 bewegen.
Wenngleich der Außenumfangsdichtungsabschnitt 81, die druckaufnehmenden Abschnitte 83 und die Rillen 85 gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen auf der spiralseitigen Platte 53a ausgebildet sind, können sie alternativ auch auf der Gleitfläche 53b der festen Seite der Vertiefung 31 zum Aufnehmen der Spirale ausgebildet werden.
Auch wird gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen die Ölzuführungseinrichtung verwendet, durch die das Öl aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem von dem Ölabscheider 63 abgeschiedenen Öl und dem Abschnitt, wo das Axialdrucklager 53 angeordnet ist, an das Axialdrucklager zugeführt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und jeder Aufbau, bei dem das Öl an das Axialdrucklager 53 geleitet wird, kann verwendet werden, und die Ölzuführungseinrichtung braucht nicht die Druckdifferenz zu nutzen.
Auch ist die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte 83 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur radial außerhalb der Umhüllenden H angeordnet, die durch die Relativbewegung zwischen der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b von dem inneren Umfangsrand der gehäuseseitigen Platte 53b gezeichnet wird. In dem Fall, in dem der Außendurchmesser der gehäuseseitigen Platte 53b klein ist und die spiralseitige Platte 53a Gefahr läuft, mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 außerhalb des Rands der gehäuseseitigen Platte 53b verschoben zu werden, können die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jedoch nur radial innerhalb der Umhüllenden (einem um den Umdrehungsradius kleineren Kreis als dem Außendurchmesser der gehäuseseitigen Platte 53b) angeordnet werden, die durch den Außenumfangsrand der gehäuseseitigen Platte 53b gezeichnet wird.
Wie auch in 8 gezeigt, kann das Axialdrucklager 53 aus den druckaufnehmenden Abschnitten 83 bestehen, deren Größe in Richtung des Innenumfangs fortschreitend verkleinert ist. Als ein Ergebnis können die druckaufnehmenden Abschnitte 83 mit hoher Dichte angeordnet werden.
Auch kann das Axialdrucklager 53, wie in 9 gezeigt, aus den Rillen 85 in einem Sechseckmuster bestehen. Als eine andere Alternative können die druckaufnehmenden Abschnitte 83, wie in 10 gezeigt, in Kachelform angeordnet sein. In diesem Fall kann die Breite der Rillen 85 vereinheitlicht werden. Ferner kann das Schmieröl in dem Fall, in dem die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils als ein Vieleck ausgebildet sind, von jeder Seite des Vielecks eingeführt werden, um dadurch einen Ölfilm zu bilden. Im Übrigen sind in 8 bis 10 die gleichen Bestandteile wie die in der ersten Ausführungsform jeweils mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet.
Auch kann an dem Endabschnitt des in 9 und 10 gezeigten druckaufnehmenden Abschnitts 83 ein winziger „abfallender” Keil rundherum ausgebildet werden, um den Ölfilm wirksam zu erzeugen. Dann werden viele Ränder auf den diagonalen Linien des Vielecks entfernt, und daher nehmen die ebenen Abschnitte 83a in gleitendem Kontakt mit dem Gegenelement und mit einem Ölfilm ausgebildet, wie in 11A schraffiert, eine im Wesentlichen kreisförmige Form mit runden Ecken an.
Im Übrigen ist 11A ein Diagramm, das die rechteckigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 von oben gesehen zeigt. 11B ist eine entlang der Linie A-A in 11A genommene Schnittansicht, die den Bereich des Keilabschnitts zeigt, der gegen die diagonalen Linien der rechteckigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 verschoben ist. 11C ist eine entlang der Linie B-B in 11A genommene Schnittansicht, die den Bereich des Keilabschnitts auf den diagonalen Linien der rechteckigen inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83 zeigt. Auch der „abfallende” Keil rundherum wird insbesondere durch Trommelpolieren oder Umhüllen gebildet.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erklärt. Die Teile des Verdichters, die in der dritten Ausführungsform nachstehend nicht erklärt werden, sind jeweils ähnlich denen der entsprechenden Teile des in der ersten Ausführungsform vorstehend beschriebenen Verdichters.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Axialdrucklager 53, wie in 13 gezeigt, ein Paar Gleitflächen 100 und 101. Die erste Gleitfläche 100 bildet die Oberfläche einer spiralseitigen Platte 53 in entgegengesetzter Beziehung zu der gehäuseseitigen Platte 53b. Die zweite Gleitfläche 101 bildet andererseits die Oberfläche der gehäuseseitigen Platte 53b in entgegengesetzter Beziehung zu der spiralseitigen Platte 53a.
Wie vorstehend beschrieben, ist die erste Gleitfläche 100, wie in 2A gezeigt, mit einer Vielzahl von inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten 83 ausgebildet. In der zweiten Gleitfläche 101 ist deren Abschnitt in entgegengesetzter Beziehung zu der ersten Gleitfläche 100 andererseits, wie in 13 gezeigt, im Wesentlichen eben. Gemäß dieser Ausführungsform ist die zweite Gleitfläche 101 in Ihrer Gesamtheit eben und flach.
In dieser Patentschrift bedeutet die Ausdrucksweise „im Wesentlichen eben”, dass der Abschnitt der zweiten Gleitfläche 101 entgegengesetzt zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und dem bestimmten Abschnitt in einem derartigen Maß eben ist, um den Druck aufgrund der Keilschmierwirkung in dem vermischten Fluid aus dem Schmieröl und dem Kältemittel, das zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und dem bestimmten Abschnitt eingefügt ist, zu erzeugen.
Wie in 13 gezeigt, hat die Oberfläche jedes druckaufnehmenden Abschnitts 83 näher an der zweiten Gleitfläche 101 einen abfallenden Abschnitt 83b, der entlang seines Umfangsrands ausgebildet ist, und einen ebenen Abschnitt 83a, der mit dem abfallenden Abschnitt 83b innerhalb des letzteren verbunden ist. Der abfallende Abschnitt 83b ist entlang des Umfangsrands des druckaufnehmenden Abschnitts 83 angeordnet, durch den das vermischte Fluid einströmt. Gemäß dieser Ausführungsform wirkt die Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale 32 derart, dass das vermischte Fluid von dem gesamten Umfangsrand jedes druckaufnehmenden Abschnitts 83 eingeführt wird, und daher ist der abfallende Abschnitt 83b über den gesamten Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 ausgebildet.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die druckaufnehmenden Abschnitte 83 ebenso wie die ebenen Abschnitte 83a im Wesentlichen kreisförmig. Die ebenen Abschnitte 83a und die zweite Gleitfläche 101 sind entgegengesetzt zueinander und im Wesentlichen parallel zueinander.
Der abfallende Abschnitt 83b befindet sich zwischen dem Außenumfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 und dem ebenen Abschnitt 83a. Der Außenumfangsrand des abfallenden Abschnitts 83b fällt mit dem Außenumfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 zusammen, während der Innenumfangsrand des abfallenden Abschnitts 83b mit dem Außenumfangsrand des ebenen Abschnitts 83a zusammenfällt. Mit anderen Worten ist jeder abfallende Abschnitt 83b zwischen großen und kleinen konzentrischen Kreisen mit verschiedenen Größen eingeschoben.
Jeder abfallende Abschnitt 83b ist als ein Keil ausgebildet. Wie in 13 gezeigt, nimmt der Abstand zwischen dem abfallenden Abschnitt 83b und der zweiten Gleitfläche 101 in dem druckaufnehmenden Abschnitt 83 von innen nach außen monoton zu.
Wie in 13 gezeigt, steigt der äußere Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 gemäß dieser Ausführungsform von den Rillen 85 im Wesentlichen vertikal an. Im Übrigen kann der abfallende Abschnitt 83b, wie in 13 durch Strichlinien gezeigt, von dem druckaufnehmenden Abschnitt 83 nach außen ausgedehnt werden und mit der Rille 85 verbunden werden.
Die in 13 gezeigte Rille 85 kann durch andere Rillen 85a, 85b ersetzt werden.
Der effektive Radius R des druckaufnehmenden Abschnitts 83 in Bezug auf den Betrag der Exzentrizität (Umlaufradius) e der beweglichen Spirale 32 wird wünschenswerterweise entsprechend spezifischen Anwendungen des Spiralverdichters 11 passend konstruiert. Insbesondere unter dem Gesichtspunkt des Ausschließens von Fremdstoffen und der Verringerung des Anpressdrucks erfüllt das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e wünschenswerterweise die Beziehung 0,4 ≤ R/e ≤ 1,0. Unter einem ähnlichen Gesichtspunkt ist das Flächenverhältnis der druckaufnehmenden Abschnitte 83 zu den Rillen 85 auf der ersten Gleitfläche 100 wünschenswerterweise nicht weniger als 50%.
Der effektive Radius R des druckaufnehmenden Abschnitts R ist eine Anzeige für die Größe des Abschnitts des druckaufnehmenden Abschnitts 83 einwärts von dem Umriss, der durch den Außenumfangsrand mit der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b gebildet wird. Die Breite W des abfallenden Abschnitts 83b (13) stellt den Abstand zwischen der Position des abfallenden Abschnitts 83b, wo die Höhendifferenz zu dem ebenen Abschnitt 83a der ersten Gleitfläche 100 1 μm ist, und dem Innenumfangsrand des abfallenden Abschnitts 83b dar, wie sie entlang der imaginären Linie gemessen wird, die durch die Mitte des ebenen Abschnitts 83a geht.
Gemäß dieser Ausführungsform fällt der Außenumfangsrand der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b mit dem Außenumfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 zusammen. Jeder druckaufnehmende Abschnitt 83 ist im Wesentlichen kreisförmig, und sein Außenumfangsrand fällt mit dem der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b zusammen. Insbesondere ist die Draufsicht des Abschnitts innerhalb des Umrisses, der von dem Außenumfangsrand der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b gebildet wird, gemäß dieser Ausführungsform kreisförmig, und der effektive Radius R des druckaufnehmenden Abschnitts 83 ist gleich dem Radius des druckaufnehmenden Abschnitts 83.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der druckaufnehmende Abschnitt 83 kreisförmig. In dem Fall, in dem der druckaufnehmende Abschnitt 83 jedoch, wie in 14A gezeigt, länglich, elliptisch oder vieleckig ist, wird der Mittelwert des langen Durchmessers d1 und des kurzen Durchmessers d2 der von dem Außenumfangsrand der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b gebildeten Form als der effektive Radius R betrachtet. Als eine Alternative wird der äquivalente Radius des Kreises mit der gleichen Fläche S wie die bestimmte Form, wie in 14B gezeigt, als der effektive Radius R betrachtet. Insbesondere wird der effektive Radius R als der äquivalente Radius des Kreises betrachtet, der die gleiche Fläche S hat wie der Abschnitt des druckaufnehmenden Abschnitts 83 innerhalb der Position des abfallenden Abschnitts 83b, wo die Höhendifferenz zu dem ebenen Abschnitt 83a der ersten Gleitfläche 100 1 μm ist.
13 zeigt ein Beispiel, in dem die Breite W gleich der Länge zwischen den äußeren und inneren Umfangsrändern des abfallenden Abschnitts 83b ist. Insbesondere ist die Höhendifferenz zwischen dem Außenumfangsrand des abfallenden Abschnitts 83b und dem ebenen Abschnitt 83a 1 μm.
Im Hinblick auf die Höhe des druckaufnehmenden Abschnitts 83 ist der Abstand zwischen dem ebenen Abschnitt 83a und der Rille 85, wie in der Richtung senkrecht zu dem ebenen Abschnitt 83a gemessen, wünschenswerterweise 0,1 bis 0,5 mm, um einerseits den Ölfilm wirksam zu erzeugen und andererseits den Ausschluss von Fremdstoffen und die Widerstandsfähigkeit des druckaufnehmenden Abschnitts 83 gegen Lasten sicherzustellen. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Rillen 85, 85a, 85b mit der gleichen Größe ausgebildet.
Unter einem ähnlichen Gesichtspunkt ist die Höhendifferenz zwischen dem ebenen Abschnitt 83a und dem Außenumfangsrand des abfallenden Abschnitts 83b wünschenswerterweise derart, dass die in der Richtung senkrecht zu dem ebenen Abschnitt 83a gemessene Länge 0,5 bis 5 μm ist.
Der Abstand zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 ist in Form des Prozentsatzes, den die Länge zwischen deren Mitten von dem effektiven Radius R in der Umfangsrichtung der spiralseitigen Platte 53a darstellt, vorzugsweise 200 bis 500%. Auch in der radialen Richtung der spiralseitigen Platte 53a wird 200 bis 500% bevorzugt.
Das Axialdrucklager 53 mit den ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 nimmt unter vorgegebenen Betriebsbedingungen aufgrund der Keilschmierwirkung der druckaufnehmenden Abschnitte 83 den mit dem Fluid geschmierten Zustand an.
Als nächstes wird der Zustand, in dem das Axialdrucklager 53 mit dem Fluid geschmiert ist, weiter erklärt.
In dem Zustand, in dem das Axialdrucklager 53 mit dem Fluid geschmiert ist (auf den hier nachstehend als der Zustand der hydrodynamischen Schmierung Bezug genommen wird), wird aufgrund des zwischen den ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 ausgebildeten Mischfluids der (nicht gezeigte) zusammenhängende Ölfilm gebildet. Wie in 13 gezeigt, sind die ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 daher durch den Ölfilm voneinander getrennt. Mit anderen Worten sind die Gleitflächen 100 und 101 nicht in Kontakt miteinander.
In 13 ist die minimale Ölfilmdicke hmin als die Dicke des Abschnitts gegeben, wo die Länge zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 am kürzesten ist. Insbesondere ist der Abschnitt, in dem die Ölfilmdicke minimal ist, der ebene Abschnitt 83a.
Ebenfalls in 13 ist die Einlassölfilmdicke hin als die Höhe des abfallenden Abschnitts 83b an dem Einlass gegeben, wo das Mischfluid zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 einströmt. Der Ölfilmdruck beginnt von diesem Einlass, sich wirksam zu entwickeln. In 13 ist die Einlassölfilmdicke hin die Länge zwischen dem Außenumfangsrand des abfallenden Abschnitts 83b und dem ebenen Abschnitt 83a der ersten Gleitfläche 100.
Normalerweise ist die Einlassölfilmdicke hin abhängig von den Betriebsbedingungen des Spiralverdichters 11 in dem Bereich von 0,1 bis 4,0 μm variabel. Unter typischen Betriebsbedingungen ist hin 1,0 μm.
15 zeigt in vergrößerter Form die Art und Weise, in der der ebene Abschnitt 83a des druckaufnehmenden Abschnitts 83 in entgegengesetzter Beziehung zu der zweiten Gleitfläche 101 ist. Die erste Gleitfläche 100 und die zweite Gleitfläche 101 haben jeweils eine Oberflächenrauheit, und die Dicke des Ölfilms, der zwischen den Gleitflächen 100 und 101 vorhanden ist, ändert sich mit der Oberflächenrauheit der Gleitflächen 100 und 101.
Mit zunehmender Oberflächenrauheit der Gleitflächen 100 und 101 übersteigt die Oberflächenrauheit die Dicke des Ölfilms, der gebildet werden kann, und die Gleitflächen laufen Gefahr, sich gegenseitig zu berühren.
Unter diesem Gesichtspunkt ist es erforderlich, dass die Standardabweichung σ1 der Oberflächenrauheit des ebenen Abschnitts 83a der ersten Gleitfläche 100 und die Standardabweichung σ2 der Oberflächenrauheit der zweiten Gleitfläche 101 jeweils nicht höher als 0,08 μm ist.
In dem Fall, in dem die anfänglichen Standardabweichungen 01 und σ2 der Oberflächenrauheit der Gleitflächen 100 und 101 größer als 0,08 μm sind, werden die Standardabweichungen σ1 und σ2 durch Einlaufen auf nicht mehr als 0,08 μm oder bevorzugt nicht mehr als 0,04 μm verringert, bevor der Spiralverdichter 11 verwendet wird. Normalerweise ist die untere Grenze der Standardabweichungen σ1 und σ2 der Oberflächenrauheit nach dem Einlaufen etwa 0,015 μm. Zumindest nach dem Einlaufen sind die Standardabweichungen σ1 und σ2 wünschenswerterweise 0,015 bis 0,04 μm.
Die durch die nachstehende Gleichung (2) basierend auf den Standardabweichungen σ1 und σ2 angegebene zusammengefasste Oberflächenrauheit σc wird als eine Anzeige für die Oberflächenrauheit der Gleitflächen 100 und 101 verwendet.
Solange das Axialdrucklager 53 in dem Zustand der hydrodynamischen Schmierung ist, ist ein zusammenhängender Ölfilm zwischen dem ebenen Abschnitt 83a und dem Abschnitt der zweiten Gleitfläche 101 in entgegengesetzter Beziehung zu dem ebenen Abschnitt 83a vorhanden. Zu diesem Zweck erfüllt der durch die Gleichung (3) unten angegebene Ölfilmparameter Λ für die Gleitflächen 100 und 101 die Beziehung Λ ≥ 3.
Gleichung (3) wird aus dem Schmierzustand der druckaufnehmenden Abschnitte 83 der Gleitflächen 100 und 101 und aus dem, was als eine elastohydrodynamische Schmierungstheorie (EHL-Theorie) bezeichnet wird, bestimmt. Im Übrigen sind die Gleichungen (1) und (3) im Inhalt identisch zueinander.
Der Ölfilmparameter Λ, wie in Gleichung (3) gezeigt, ist das Verhältnis der minimalen Ölfilmdicke hmin zu der zusammengefassten Oberflächenrauheit σc.
In dem Fall, in dem der Ölfilmparameter A die Beziehung Λ ≥ 3 erfüllt, ist die minimale Ölfilmdicke hmin ausreichend größer als die zusammengefasste Oberflächenrauheit. Zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 ist daher immer der zusammenhängende Ölfilm vorhanden, und die Gleitflächen 100 und 101 sind voneinander getrennt. Insbesondere wird für das Axialdrucklager 53 der Zustand der hydrodynamischen Schmierung gebildet. Dieser Ölfilm ist der EHL-Ölfilm oder der Fluidschmierölfilm.
In dem Fall, in dem der Ölfilmparameter Λ andererseits die Beziehung Λ < 1 erfüllt, werden die druckaufnehmenden Abschnitte 83 und die zweite Gleitfläche 101 an einem gegebenen Punkt in Kontakt miteinander gehalten, und die Gleitflächen sind in einem Zustand, der als Grenzschmierung bezeichnet wird. In dem Fall, in dem der Ölfilmparameter Λ andererseits die Beziehung 1 ≤ Λ < 3 erfüllt, sind die Gleitflächen entweder in dem teilweisen EHL-Zustand oder einem Zustand der Mischschmierung.
Die Gleichung (3) wird nachstehend weiter erklärt.
In Gleichung (3) ist η die kinematische Viskosität auf den Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 unter den Betriebsbedingungen des Mischfluids.
Die Mitte der beweglichen Spirale 32 ist um einen gegebenen Betrag e von der axialen Mitte der Drehwelle 21 dezentriert, und ω ist der Wert, der erhalten wird, indem die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte 83 in Bezug auf die zweite Gleitfläche 101 durch die Exzentrizität e dividiert wird. Die Exzentrizität e, die der Umlaufradius der beweglichen Spirale 32 ist, ist normalerweise 2,5 bis 5 mm.
Die Zeichen Pmittel bezeichnen den mittleren Anpressdruck der druckaufnehmenden Abschnitte 83.
Die Zeichen α und β bezeichnen Konstanten, die durch die elastohydrodynamische Schmierungstheorie basierend auf den Schmierungsbedingungen berechnet werden, und angenommen, dass die Einlassölfilmdicke hin, wie in 13 gezeigt, 1 μm ist, ist α etwa –0,4, während β etwa 0,7 ist.
Auch ist γ die Funktion der Breite W und des effektiven Radius R und hat die in 16 gezeigte Beziehung mit dem Verhältnis W/R zwischen der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b und dem effektiven Radius R. Der Wert γ nimmt mit W/R zu und nimmt nach dem Erreichen der Spitze, wie in 16 gezeigt, ab.
Nach der Gleichung (3) ist der Ölfilmparameter Λ proportional zu γ. Insbesondere nimmt der Ölfilmparameter Λ mit γ zu. Dieser Wert γ ist, wie in 16 gezeigt, die Funktion von W/R. Daher wird das Axialdrucklager 53 vorzugsweise in einer derartigen Weise konstruiert, dass W/R einen Wert annimmt, der im Wesentlichen zu dem Spitzenwert von γ gehört.
Auch ist der Ölfilmparameter Λ nach der Gleichung (3) die Funktion des Verhältnisses R/e zwischen dem effektiven Radius R der druckaufnehmenden Abschnitte 83 und der Exzentrizität e. Das Verhältnis R/e ist ein Wert, der entsprechend spezifischen Anwendungen des Spiralverdichters 11 geeignet bestimmt wird.
Mit R/e als einem Parameter gibt es daher einen wünschenswerten Bereich für W/R, in dem der Ölfilmparameter Λ die die Beziehung Λ ≥ 3 erfüllt. Der wünschenswerte Bereich von W/R für den Fall, in dem die in 13 gezeigte Einlassölfilmdicke hin 1 μm ist, wird nachstehend erklärt.
In dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e zum Beispiel etwa eins ist, erfüllt das Verhältnis zwischen der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b und dem effektiven Radius R wünschenswerterweise die Beziehung 0,05 ≤ W/R ≤ 0,98. In diesem Fall, bedeutet die Tatsache, dass R/e etwa eins ist, dass R/e in dem Bereich von 0,8 < R/e ≤ 1,0 ist.
Auch in dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e etwa 0,8 ist, erfüllt das Verhältnis zwischen dem effektiven Radius R und der Breite W des abfallenden Bereichs 83b wünschenswerterweise die Beziehung 0,1 ≤ W/R ≤ 0,85. In diesem Fall bedeutet die Tatsache, dass R/e etwa 0,8 ist, dass R/e in dem Bereich von 0,6 < R/e ≤ 0,8 ist.
Ferner erfüllt das Verhältnis zwischen dem effektiven Radius R und der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b wünschenswerterweise in dem Fall, in dem das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R und der Exzentrizität e etwa 0,5 ist, die Beziehung 0,2 ≤ W/R ≤ 0,6. In diesem Fall bedeutet die Tatsache, dass R/e etwa 0,5 ist, dass R/e in dem Bereich von 0,4 < R/e ≤ 0,6 ist.
Diese Tatsachen zeigen an, dass der Ölfilmparameter Λ die Beziehung Λ ≥ 3 erfüllt, und daher der Zustand der hydrodynamischen Schmierung für das Axialdrucklager 53 gebildet wird. 16 zeigt den Bereich von W/R, in dem der Ölfilmparameter Λ die Beziehung Λ ≥ 3 erfüllt. Bei jedem Wert von R/e, scheitert der Ölfilmparameter Λ in dem Bereich dabei, die Beziehung Λ ≥ 3 zu erfüllen, in dem W/R groß und in dem W/R klein ist. Dies liegt an dem nachstehend beschriebenen Grund.
Mit der Abnahme der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b und der folgenden Abnahme von W/R werden die Keilschmierwirkung und auch die minimale Ölfilmdicke hmin verringert, was seinerseits den Ölfilmparameter Λ verringert. Mit der Zunahme der Breite W des abfallenden Abschnitts 83b und der folgenden Zunahme von W/R wird andererseits der ebene Abschnitt 83a verringert, und daher läuft der erzeugt Ölfilmdruck Gefahr, verloren zu gehen. Dies verringert die minimale Ölfilmdicke hmin, wodurch der Ölfilmparameter Λ verringert wird.
Auch wird der Zustand der hydrodynamischen Schmierung wie in den druckaufnehmenden Abschnitten 83 wünschenswerterweise zwischen dem Dichtungsabschnitt 81 und der zweiten Gleitfläche 101 gebildet.
Der Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers 53 wird nachstehend weiter beschrieben.
Um den Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers, wie vorstehend beschrieben, zwangsläufig sicherzustellen, wird der Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt in einer derartigen Weise betrieben, dass das Mischfluid, das das Schmieröl und das Kältemittel enthält, an die Gleitflächen 100 und 101 des Gleitlagers 53 zugeführt wird, wobei die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte 83 in Bezug auf die zweite Gleitfläche 101 auf nicht weniger als 0,5 m/s eingestellt wird und das Mischfluid zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 eingefügt ist. Auf diese Weise wird bevorzugt die Last mit dem mittleren Anpressdruck Pmittel von 0,5 bis 20 MPa auf die druckaufnehmenden Abschnitte 83 ausgeübt, und die kinematische Viskosität des Mischfluids unter den Betriebsbedingungen wird bei 0,1 bis 10 cSt gehalten. Das Schmieröl ist wünschenswerterweise in dem vorstehend beschriebenen Öl enthalten.
Die Betriebsbedingungen dieses Spiralverdichters 11 werden weiter erklärt. In dem Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform wird das Mischfluid durch die Ölzuführungseinrichtung an die Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 zugeführt.
Als ein Ergebnis des Umlaufens der beweglichen Spirale 32 gleitet auch die auf der beweglichen Spirale 32 befestigte erste Gleitfläche 100 in Bezug auf die auf dem Mittelgehäuse 15 befestigte zweite Gleitfläche 101. Diese Gleitgeschwindigkeit in Bezug auf die zweite Gleitfläche 101 ist bevorzugt nicht weniger als 0,5 m/s oder besser 0,6 bis 5 m/s.
Auch wird aufgrund der Differenz zwischen der Auflagekraft des komprimierten Kältemittels und der Kraft in die Axialrichtung unter dem Druck von der beweglichen Spiralrückseitenfläche 32a in Richtung der zweiten Gleitfläche 101 eine Last auf die druckaufnehmenden Abschnitte 83 des Axialdrucklagers 53 auferlegt. Der mittlere Anpressdruck der druckaufnehmenden Abschnitte 83 aufgrund dieser Last ist vorzugsweise 0,5 bis 20 MPa oder besser 2 bis 15 MPa.
Ferner hat das Mischfluid unter den vorstehend erwähnten Betriebsbedingungen des Spiralverdichters 11 vorzugsweise die kinematische Viskosität von 0,1 bis 10 cSt oder besser 4 bis 10 cSt auf den Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53, wobei 1 cSt etwa 1 × 10^–6 m²/s entspricht.
Gemäß dieser Ausführungsform wird der Spiralverdichter 11 unter den vorstehend erwähnten Betriebsbedingungen betrieben, so dass ein Ölfilm zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und dem Abschnitt der zweiten Gleitfläche 101 in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 gebildet wird. Dann wird der Druck in dem Ölfilm erzeugt und hält die auf den Gleitflächen erzeugte Last, wodurch ermöglicht wird, das Axialdrucklager 53 in dem Zustand der hydrodynamischen Schmierung zu verwenden. Als ein Ergebnis wird die Abnutzung des Axialdrucklagers 53 verhindert, und der Spiralverdichter 11 kann verwendet werden, während seine Leistung für eine lange Zeit aufrechterhalten wird.
Bei dem Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform hat das Axialdrucklager 53 den zusammenhängend ausgebildeten Ölfilm zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und kann daher im Zustand der hydrodynamischen Schmierung verwendet werden. Dieser Spiralverdichter ist im Steuerungsbetrieb nicht kompliziert und hat keine hohen Kosten.
Gemäß dieser Ausführungsform wird einerseits auch das Verhältnis R/e zwischen dem effektiven Radius R der druckaufnehmenden Abschnitte 83 und dem Umlaufradius e der beweglichen Spirale 32 gemäß einer spezifischen Anwendung konstruiert, und das Verhältnis zwischen der Breite W und dem effektiven Radius R wird andererseits in einem vorgegebenen Bereich festgelegt, um dadurch sicher den Zustand der hydrodynamischen Schmierung des Axialdrucklagers 53 einzurichten.
Auch ist die Rauheit der Bodenoberfläche der Rillen 85 gemäß dieser Ausführungsform so groß, dass das Schmieröl sicher auf dieser rauen Oberfläche aufgenommen werden kann. Als ein Ergebnis können die Gleitflächen selbst in dem Fall, in dem der Spiralverdichter 11 mit der vorübergehend unterbrochenen Ölzuführung an die Gleitflächen des Axialdrucklagers 53 betrieben wird, durch das Öl, das auf der Bodenfläche der Rillen 85 aufgenommen wird, ausreichend geschmiert werden.
Auch ist die Vielzahl der Rillen 85 in einem Netzmuster ausgebildet, und die jeweils von den Rillen 85 umgebenen druckaufnehmenden Abschnitte 83 nehmen die Form einer Insel an. Jeder der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist daher über seinen gesamten Umfang von den Rillen umgeben, mit dem Ergebnis, dass der Ölfilm 86 mit der Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale 32 durch die Keilschmierwirkung aus allen Richtungen gebildet werden kann. Ferner ist die Rillenbreite an den Schnittflächen 85a der Vielzahl der Netzrillen größer als die der anderen Abschnitte, und daher kann ausreichend Öl an die Vielzahl der Rillen 85 zugeführt werden.
Auch können die druckaufnehmenden Abschnitte 83, die jeweils die Form einer im Wesentlichen kreisförmigen Insel haben und in versetzter Weise ausgebildet sind, mit einer hohen Dichte angeordnet werden. Folglich wird die Größe des ölfilmbildenden Anteils pro Einheitsfläche vergrößert, und eine schwere Last kann unterstützt werden.
Auch sind die Rillen 85, auf der spiralseitigen Platte 53a, die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, ausgebildet und bewegen sich daher mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 relativ zu der Welle 21. Als ein Ergebnis wird das auf der Bodenfläche der Rillen 85 aufgenommene Öl leicht als ein Spray an die Gleitflächen zugeführt.
Als nächstes wird unter Bezug auf 6 eine Erklärung der relativen Positionen der auf der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b angeordneten druckaufnehmenden Abschnitte 83 mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 gegeben. 6 ist ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in der sich die spiralseitige Platte 53a mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 in dem zylindrischen Gehäuse 13a zu den Positionen (a), (b), (d) und (d) in dieser Reihenfolge bewegt. Sei H die Umhüllende, die von dem Innenumfangsrand der gehäuseseitigen Platte 53b aufgrund der Relativbewegung der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b gezeichnet wird. Die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist nur auf der radialen Außenseite der Umhüllenden H auf der spiralseitigen Platte 53a angeordnet. Als ein Ergebnis werden die druckaufnehmenden Abschnitte 83 selbst in dem Fall, in dem die bewegliche Spirale 32 durch Umlaufen bewegt wird, nicht aus der gehäuseseitigen Platte 53b verschoben, und ein ausreichender Ölfilm wird durch das in der Vielzahl der Rillen 85 aufgenommene Öl gebildet.
Gemäß dieser Ausführungsform bildet die Umhüllende H einen Kreis, der um den Umdrehungsradius der beweglichen Spirale 32 größer als der Innenumfangsrand 53c der gehäuseseitigen Platte 53b ist.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind vorstehend erklärt, und diese Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Jeder druckaufnehmende Abschnitt 83 kann, wenngleich gemäß dieser Erfindung kreisförmig, alternativ zum Beispiel länglich, elliptisch, dreieckig, rechteckig oder ansonsten vieleckig sein.
Auch wird der abfallende Abschnitt 83b gemäß dieser Ausführungsform über dem gesamten Umfangsrand der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ausgebildet. Nichtsdestotrotz kann der abfallende Abschnitt 83b nur entlang des Umfangsrands ausgebildet sein, wo das Mischfluid einströmt. Auch kann der abfallende Abschnitt 83b, wenngleich in dieser Ausführungsform in einem Keil ausgebildet, alternativ in einer Krümmung ausgebildet sein.
Gemäß diesen Ausführungsform sind die druckaufnehmenden Abschnitte 83 in einer versetzten Weise angeordnet. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die druckaufnehmenden Abschnitte 83 können alternativ in einem regelmäßigen Gitter, einem schiefen Gitter oder zufällig angeordnet werden.
Auch gemäß dieser Ausführungsform sind der Außenumfangsdichtungsabschnitt 81, die druckaufnehmenden Abschnitte 83 und die Rillen 85 auf der spiralseitigen Platte 53a ausgebildet. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und sie können auf der Gleitfläche 53b der festen Seite der Vertiefung 31 zum Aufnehmen der Spirale ausgebildet werden. Mit anderen Worten kann die zweite Gleitfläche 101 auf der beweglichen Spirale 32 befestigt sein.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Ölzuführungseinrichtung verwendet, durch das Öl aufgrund der Differenz zwischen dem Druck des von dem Ölabscheider 63 abgeschiedenen Öls und dem Druck des Abschnitts, wo das Axialdrucklager 53 angeordnet ist, an das Axialdrucklager 53 zugeführt wird. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und jeder Aufbau kann verwendet werden, bei dem das Öl ohne Verwendung der Druckdifferenz an das Axialdrucklager 53 zugeführt wird.
Die betrieblichen Auswirkungen des Spiralverdichters gemäß der Erfindung werden nachstehend weiter erklärt.
Der in 1 gezeigte Spiralverdichter 11 wird hergestellt, und die Abnutzungsbeständigkeit des Axialdrucklagers 53 wird bewertet. Die folgenden Bewertungsbedingungen werden verwendet.
Die Standardabweichungen σ1 und σ2 der Oberflächenrauheit der ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 sind etwa 0,02 μm. Der effektive Radius der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist etwa 2,25 mm. Die Einlassölfilmdicke hin ist 1 μm. Die kinematische Viskosität der Mischfluids unter den Betriebsbedingungen ist 4 bis 8 cSt. Der Wert, der durch Dividieren der Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte 83 durch den Betrag der Exzentrizität e erhalten wird, ist 260 bis 314 1/s. Der mittlere Anpressdruck Pmittel der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist 6 bis 10 MPa. Die Breite W der abfallenden Abschnitte 83b ist etwa 1 mm. Die Exzentrizität e ist 2,5 mm. Der Ölfilmparameter A ist 4 bis 6.
Das Ergebnis der Auswertung der Abnutzungsbeständigkeit zeigt, dass die Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 selbst nach der Bewegung für 3700 Stunden nicht abgenutzt sind. Dies zeigt an, dass der Zustand der hydrodynamischen Schmierung der Gleitflächen 100 und 101 während der Zeitspanne der Bewertung der Abnutzungsbeständigkeit aufrechterhalten wird.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung erklärt. Im Übrigen sind die Teile des Verdichters, die nachstehend in der vierten Ausführungsform nicht beschrieben werden, ähnlich den jeweils entsprechenden Teilen des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verdichters.
Gemäß der vierten Ausführungsform hat das Axialdrucklager 53, wie in 17 gezeigt, ein Paar Gleitflächen 100 und 101. Die erste Gleitfläche 100 bildet die Oberfläche der spiralseitigen Platte 53a in entgegengesetzter Beziehung zu der gehäuseseitigen Platte 53b. Die zweite Gleitfläche 101 bildet die Oberfläche der gehäuseseitigen Platte 53b in entgegengesetzter Beziehung zu der spiralseitigen Platte 53a.
Wie vorstehend beschrieben, ist die erste Gleitfläche 100 mit einer Vielzahl inselartiger druckaufnehmender Abschnitte 83 ausgebildet. Auch ist der Abschnitt der zweiten Gleitfläche 101 in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 der ersten Gleitfläche 100, wie in 17 gezeigt, im Wesentlichen eben. Gemäß dieser Ausführungsform ist die zweite Gleitfläche 101 in ihrer Gesamtheit eine ebene flache Oberfläche.
Die in 17 gezeigten Rillen 85 können durch die Rillen 85a, 85b ersetzt werden.
Wie in 17 gezeigt, hat die Oberfläche jedes druckaufnehmenden Abschnitts 83 näher an der zweiten Gleitfläche 101 einen abfallenden Abschnitt 83b entlang seines Umfangsrands ausgebildet und einen mit dem abfallenden Abschnitt 83b verbundenen ebenen Abschnitt 83a. Der abfallende Abschnitt 83b ist auf dem Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83, wo das Mischfluid einströmt, angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Mischfluid mit der Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale 32 von dem ganzen Umfangrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 eingeführt, und daher ist der abfallende Abschnitt 83b über dem gesamten Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 ausgebildet.
Auf den ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 wird der Zustand der hydrodynamischen Schmierung durch die Keilschmierwirkung der druckaufnehmenden Abschnitte 83 leicht aufgebaut. Zur Zeit des Startens des Spiralverdichters 11 oder des Flüssigkeitsrücklaufs kann jedoch die Grenz- oder Mischschmierung auftreten.
Der „Flüssigkeitsrücklauf” ist eine Erscheinung, bei der ein flüssigphasiges Kältemittel zusammen mit einem gasphasigen Kältemittel von dem Ansaugrohr 47 in den Spiralverdichter 11 eingeführt wird, und das bestimmte flüssigphasige Kältemittel strömt zu den Gleitflächen 100 und 101 ein. Das flüssigphasige Kältemittel verdünnt das Schmieröl auf den Gleitflächen 100 und 101, und daher besteht die Gefahr, dass auf den Gleitflächen die Grenz- oder Mischschmierung auftritt.
Die erste Gleitfläche 100 und die zweite Gleitfläche 101 haben jeweils eine Oberflächenrauheit, und die Dicke des zwischen den Gleitflächen 100 und 101 vorhandenen Ölfilms ändert sich mit der Oberflächenrauheit der zwei Gleitflächen 100 und 101.
Wenn die Oberflächenrauheit der Gleitflächen 100 und 101 groß ist, überwindet sie die Dicke des Ölfilms, der gebildet werden soll, und die Gleitflächen kommen leicht miteinander in Kontakt.
Unter diesem Gesichtspunkt sind die Standardabweichung σ1 der Oberflächenrauheit auf dem ebenen Abschnitt 83a der ersten Gleitfläche 100 und die Standardabweichung σ2 der Oberflächenrauheit auf der zweiten Gleitfläche 101 bevorzugt nicht größer als 0,08 μm.
In dem Fall, in dem die Standardabweichungen σ1 und σ2 der anfänglichen Oberflächenrauheit der Gleitflächen 100 und 101 größer als 0,08 μm sind, werden die Standardabweichungen σ1 und σ2 der Oberflächenrauheit durch Einlaufen vor dem Verwenden des Spiralverdichters 11 wünschenswerterweise auf nicht mehr als 0,08 μm oder bevorzugt auf nicht mehr als 0,04 μm verringert. Normalerweise ist die untere Grenze der Standardabweichungen σ1 und σ2 der Oberflächenrauheit nach dem Einlaufen etwa 0,015 μm. Zumindest nach dem Einlaufen sind die Standardabweichungen σ1 und σ2 daher bevorzugt 0,015 bis 0,04 μm.
Die druckaufnehmenden Abschnitte 83 haben bevorzugt die vorstehend erwähnte Beziehung zwischen ihrem Durchmesser und dem Umlaufradius e. Auch ist die Länge des abfallenden Abschnitts 83b der druckaufnehmenden Abschnitte 83, wie entlang der durch die Mitte des ebenen Abschnitts 83a gehenden imaginären Linie gemessen, vorzugsweise 5 bis 98% des Radius des druckaufnehmender Abschnitts 83 oder besser 30 bis 50%, um die Keilschmierwirkung auf das Mischfluid wirksam sicherzustellen.
Die Abstände zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 im Hinblick auf die Länge der Linie zwischen ihren Mitten ist vorzugsweise 200 bis 500% des Durchmessers des druckaufnehmenden Abschnitts 83 entlang der Umfangsrichtung der spiralseitigen Platte 53a. Ebenso ist sie bevorzugt 200 bis 500% entlang der radialen Richtung der spiralseitigen Platte 53a.
Die erste Gleitfläche 100 und die zweite Gleitfläche 101 des Axialdrucklagers 53 sind jeweils aus einem Stahlmaterial ausgebildet. Mit anderen Worten sind die spiralseitige Platte 53a und die gehäuseseitige Platte 53b jeweils aus einem Stahlmaterial ausgebildet.
Beispiele für das Stahlmaterial, das die Gleitflächen 100 und 101 bildet, umfassen bevorzugt einen kohlenstoffreichen Chromlagerstahl, legierten Stahl für den Maschinenbau, kaltgewalzte Stahlplatte, Chromnickelstahl, Chromnickelmolybdänstahl, Chromstahl, Chrommolybdänstahl, Manganstahl für den Maschinenbau, Chrommanganstahl und andere verschiedene Stahlmaterialien, die durch JIS zum Beispiel als der Stahl mit einer garantierten Härtbarkeit für den Maschinenbau spezifiziert sind.
Insbesondere entspricht der kohlenstoffreiche Chromlagerstahl bevorzugt SUJ2, SUJ3 oder SUJ4. Auch der Kohlenstoffstahl für den Maschinenbau ist bevorzugt SCr415, SCr420, SCr440, SCM415, SCM 420, SNCM420, SCM435, SCM440 oder SNCM630. Auch ist die kaltgewalzte Stahlplatte bevorzugt SPCC, SPCD, SPCE oder SPCEN.
Das Stahlmaterial, das die Gleitflächen 100 und 101 bildet, hat die Austenitphase als eine der Fe-C-Phasen des Stahls. Die Austenitphase existiert als eine Vielzahl von Kristallpartikeln in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 und ist bevorzugt zwischen den anderen Fe-C-Phasen (zum Beispiel der Martensitphase) verteilt. Die Austenitphase ist, was als der als der zurückbehaltene Austenit bezeichnet wird, der nach dem Härten des Stahlmaterials nicht in Martensit umgewandelt wurde.
In der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 ist der andere Fe-C-Zustand außer Austenit bevorzugt zum größten Teil die Martensitphase.
Das vorstehend erwähnte Stahlmaterial hat bevorzugt ein oder eine Vielzahl an Elementen, die aus der Gruppe aus C, N, Mn, Ni und Pd als Elemente, die die Austenitphase erzeugen, ausgewählt werden. Durch Einstellen des Gehalts der Elemente, welche die Austenitphase in dem Stahlmaterial erzeugen, kann eine vorgegebene Menge an gehaltenem Austenit erhalten werden.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Austenitphase in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 verteilt, und daher wird der Abriebverlust der Gleitflächen verringert. Der Grund wird nachstehend beschrieben.
Das Axialdrucklager 53 wird in dem Grenz- oder Mischschmierbereich zur Zeit der Einschaltung oder des „Flüssigkeitsrücklaufs” verwendet. Daher sind die Gleitflächen 100 und 101 teilweise oder ganz miteinander in Kontakt, und die Austenitphase ihrer sich berührenden Abschnitte wird schnell kaltverfestigt. Diese Kaltverfestigung findet in einem Teil der Kristallpartikel der Austenitphase statt. Als ein Ergebnis wird einerseits der gehärtete Teil der Kristallpartikel nicht leicht abgenutzt, und die nicht kaltverfestigte Austenitphase um den bestimmten Abschnitt herum bildet ein Polster, um die Abnutzung der Gleitflächen 100 und 101 zu verhindern.
Auch wird selbst in dem Fall, in dem Fremdstoffe, wie etwa Staub, zwischen den Gleitflächen 100 und 101 eindringen und die Grenz- oder Mischschmierung auftritt, ebenso verhindert, dass die Gleitflächen 100 und 101 abgenutzt werden.
Die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 ist nicht weniger als 5 Volumen-%, vorzugsweise 5 bis 40 Volumen-% oder am besten 5 bis 20 Volumen-%.
Die Tatsache, dass die gehaltene Austenitmenge nicht weniger als 5 Volumen-% ist, verringert die Abnutzung der Gleitflächen 100 und 101 wirksam. Die gehaltene Austenitmenge der Gleitflächen 100 und 101 kann sich aufgrund des Anstiegs der Temperatur der Gleitflächen oder der auf die Gleitflächen wirkenden Spannung, während der Spiralverdichter 11 in Betrieb ist, ändern. Zur Zeit der Herstellung des Spiralverdichters 11 wird die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 daher auf einen Wert festgelegt, der über die gesamte Lebensdauer des Spiralverdichters 11 auf nicht weniger als 5 Volumen-% aufrechterhalten wird.
In dem Fall, in dem die gehaltene Austenitmenge andererseits 40 Volumen-% oder mehr ist, wird die Härte der Gleitflächen 100 und 101 verringert, und der Abriebverlust wird unerwünschterweise verringert. Dies liegt an der geringen Härte der Austenitphase im Vergleich zu der Martensitphase.
Die Bereiche der ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101, wo die gehaltene Austenitmenge nicht weniger als 5 Volumen-% ist, erstrecken sich in eine Tiefe von nicht weniger als 10 μm oder bevorzugt 10 bis 200 μm von der Oberfläche. Ferner können die Bereiche, in denen die gehaltene Austenitmenge nicht weniger als 5 Volumen-% ist, die gesamte spiralseitige Platte 53a und die gehäuseseitige Platte 53b bedecken.
In dem Fall, in dem vor der Verwendung des Spiralkompressors 11 der Einlaufbetrieb durchgeführt wird, sind die Bereiche der ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101, wo die gehaltene Austenitmenge nicht weniger als 5 Volumen-% ist, nach dem Einlaufen nicht weniger als 10 μm tief von der Oberfläche.
Die gehaltene Austenitmenge auf jeder der zwei Gleitflächen 100 und 101 kann unter Verwendung eines wohlbekannten Verfahrens gemessen werden. Zum Beispiel kann das durch Röntgenmessung erhaltene Spitzenverhältnis zwischen α-(Ferrit-)Phase und γ-(Austenit-)Phase verwendet werden.
Um die zwei Gleitflächen 100 und 101 mit der gehaltenen Austenitmenge in dem vorstehend erwähnten Bereich in der Nachbarschaft der Oberfläche zu erhalten, wird das Stahlmaterial vorzugsweise dem Härtungsverfahren, Vergütungsverfahren, Aufkohlungsverfahren, Nitrierverfahren oder Karbonitrierverfahren unterzogen. Die wohlbekannten Bedingungen können für die Wärmebehandlung verwendet werden.
In jedem der vorstehend beschriebenen Verfahren werden zuerst die spiralseitige Platte 53a und die gehäuseseitige Platte 53b vorzugsweise maschinell aus einem Stahlmaterial auf die Form einer vorgegebenen Größe bearbeitet und dann feinbearbeitet.
Das Aufkohlungsverfahren umfasst, wie wohlbekannt, das feste Aufkohlungsverfahren, das Flüssigaufkohlungsverfahren, das Gasaufkohlungsverfahren und das Vakuumaufkohlungsverfahren.
Anstelle des Aufkohlungsverfahrens kann das Stahlmaterial vorzugsweise dem Nitrierverfahren unterzogen werden. Ein wohlbekanntes Nitrierverfahren verwendet Ammoniak oder Nitrid. Der Stickstoffgehalt in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 nach dem Nitrierverfahren liegt bevorzugt in dem vorstehend beschriebenen Bereich.
Um ferner das Nitrierverfahren zusammen mit dem Aufkohlungsverfahren für das Stahlmaterial durchzuführen, wird bevorzugt das Karbonitrierverfahren verwendet. In dem Karbonitrierverfahren wird das Stahlmaterial zum Beispiel dem Nitrierverfahren in der Aufkohlungsatmosphäre ausgesetzt.
In dem Verfahren zur Erhöhung des Gehalts an Kohlenstoff oder Stickstoff in der Nachbarschaft der Stahlmaterialoberfläche wird die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der Oberfläche einerseits auf den vorstehend erwähnten Bereich eingestellt, und die Härte in der Nachbarschaft der Stahlmaterialoberfläche wird erhöht, während gleichzeitig die innere Weichheit beibehalten wird. Daher ist dieses Verfahren wünschenswert, um die Abnutzungsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b, die aus dem Stahlmaterial ausgebildet sind, zu verbessern.
In dem Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform enthält das Axialdrucklager 53 die Austenitphase mit einem vorgegebenen Gehalt in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101, und daher wird die Abnutzungsbeständigkeit verbessert. Selbst in dem Fall, in dem das Gleitlager 53 zur Zeit des Einschaltens oder des „Flüssigkeitsrücklaufs” des Spiralverdichters 11 in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird, werden die Gleitflächen 100 und 101 daher weniger abgenutzt, und die Leistung des Spiralverdichters wird im Wesentlichen nicht verschlechtert. Auch benötigt dieser Spiralverdichter keinen komplizierten Steuerungsbetrieb und hat keine hohen Kosten.
Gemäß dieser Ausführungsform haben die Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 jeweils auch einen Abschnitt mit einer vorgegebenen Tiefe von ihrer Oberfläche, in der die Austenitphase für eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit gehärtet ist. Selbst in dem Fall, in dem das Axialdrucklager 53 in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird und die Gleitflächen 100 und 101 abgenutzt werden, können die Funktionen des Axialdrucklagers 53 daher für eine vorgegebene Zeitlänge sicher aufrechterhalten werden.
Auch ist die Oberflächenrauheit des Gleitflächenpaars 100 und 101 gemäß dieser Ausführungsform so niedrig, dass die Verwendung in dem Grenz- oder Mischschmierbereich für eine verbesserte Festfress-Schutzeigenschaft nur von einer geringen Abnutzung der Gleitflächen 100 und 101 begleitet wird.
Auch hat die Bodenfläche der Rillen 85 gemäß dieser Ausführungsform eine große Rauheit, und daher kann das Schmieröl sicher auf der rauen Oberfläche aufgenommen werden. Selbst in dem Fall, in dem der Spiralverdichter 11 mit unterbrochener Ölzufuhr an die Gleitflächen des Axialdrucklagers 53 betrieben wird, können die Gleitflächen durch das auf den Bodenflächen der Rillen 85 aufgenommene Öl ausreichend geschmiert werden.
Auch angesichts der Tatsache, dass die Vielzahl der Rillen 85 in einem Netzmuster ausgebildet ist, sind die von den Rillen 85 umgebenen druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils in der Form einer Insel ausgebildet. Auf diese Weise sind die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils über ihren gesamten Umfang von den Rillen umgeben, und als Ergebnis der Umdrehungsbewegung der beweglichen Spirale 32 kann durch die Keilschmierwirkung aus allen Richtungen ein Ölfilm 86 gebildet werden. Ferner haben die Schnittflächen der Vielzahl der Rillen 85 eine größere Breite als die restlichen Abschnitte, und daher kann das Öl in einem ausreichenden Maß über die Vielzahl der Rillen 85 zugeführt werden.
Auch können die druckaufnehmenden Abschnitte 83, die im Wesentlichen in der Form einer Insel ausgebildet und in versetzter Weise angeordnet sind, in hoher Dichte angeordnet werden. Als ein Ergebnis kann die Größe des Ölfilmanteils pro Einheitsfläche erhöht werden, um eine schwerere Last zu unterstützen.
Auch bewegen sich die Rillen 85, die auf der spiralseitigen Platte 53a ausgebildet sind, die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 relativ zu der Welle 21. Als ein Ergebnis wird das auf der Bodenfläche der Rillen 85 aufgenommene Öl ohne weiteres als Spray an die Gleitflächen zugeführt.
Als nächstes wird unter Bezug auf 6 eine Erklärung bezüglich der relativen Positionen der druckaufnehmenden Abschnitte 83, die auf der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b angeordnet sind, mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 gegeben. 6 ist ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in der sich die spiralseitige Platte 53a mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 in dem zylindrischen Gehäuse 13a bewegt. Mit der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 nimmt die spiralseitige Platte 53a die Positionen (a), (b), (c) und (d) in dieser Reihenfolge ein. Sei H die Umhüllende, die von dem Innenumfangsrand 53c der gehäuseseitigen Platte 53b entsprechend der Relativbewegung der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen Platte 53b gezeichnet wird. Die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist nur auf der radialen Außenseite der Umhüllenden H auf der spiralseitigen Platte 53a angeordnet. Selbst in dem Fall, in dem die bewegliche Spirale 32 durch Umlaufen bewegt wird, werden die druckaufnehmenden Abschnitte 83 daher nicht aus der gehäuseseitigen Platte 53b verschoben, und ein ausreichender Ölfilm wird durch das in der Vielzahl der Rillen 85 aufgenommene Öl gebildet.
Im Übrigen ist die Umhüllende H gemäß dieser Ausführungsform ein Kreis, der um einen Betrag gleich dem Umdrehungsradius der beweglichen Spirale 32 größer als der Innenumfangsrand 53c der gehäuseseitigen Platte 53b ist.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird der Spiralverdichter 11 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung erklärt. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform in dem Aufbau der Gleitflächen 100 und 101 und ist in den anderen Punkten ähnlich der vierten Ausführungsform.
In dem Spiralverdichter 11 gemäß der bevorzugten fünften Ausführungsform der Erfindung ist die Härte der zweiten Gleitfläche 101 des Axialdrucklagers 53 höher als die der ersten Gleitfläche 100. Auch ist die Vickershärte der zwei Gleitflächen 100 und 101 nicht geringer als 500 HV, vorzugsweise nicht geringer als 700 HV.
Die Vickershärte der ersten Gleitfläche 100 ist bevorzugt 700 bis 850 HV, während die Vickershärte der zweiten Gleitfläche 101 bevorzugt 1500 bis 2500 HV ist.
Das Axialdrucklager 53 gemäß dieser Ausführungsform wird nachstehend weiter erklärt.
Die spiralseitige Platte 53a und die gehäuseseitige Platte 53b, die das Axialdrucklager 53 bilden, sind vorzugsweise wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus einem Stahlmaterial ausgebildet.
Die gehäuseseitige Platte 53b, die die zweite Gleitfläche 101 bildet, kann aus einem Stahlmaterial wie es ist oder einem Stahlmaterial, dessen Härte durch ein Härtungs- oder Schichtbildungsverfahren erhöht wurde, ausgebildet werden. Das Stahlmaterial, das die zweite Gleitfläche 101 bildet, hat, wenn es wie es ist für die zweite Gleitfläche 101 verwendet wird, bevorzugt eine um wenigstens 500 HV höhere Vickershärte als das Stahlmaterial, das die erste Gleitfläche 100 bildet.
In dem Fall, in dem die Härte in der Nachbarschaft der zweiten Gleitfläche 101 durch die Oberflächenbehandlung, wie etwa Härten, vergrößert wird, ist die Tiefe von der Oberfläche des bestimmten Abschnitts mit vergrößerter Härte, d. h. der Bereich mit mindestens 500 HV höherer Vickershärte als die erste Gleitfläche 100, vorzugsweise nicht weniger als 10 μm oder besser 10 bis 200 μm. Ferner kann die Vickershärte der gesamten gehäuseseitigen Platte 53b um nicht weniger als 500 HV unterschiedlich zu der der ersten Gleitfläche 100 sein.
Die vorstehend beschriebene Oberflächenbehandlung umfasst das Härten, Auskohlen, Nitrieren oder Karbonitrieren, wie vorstehend in der vierten Ausführungsform erklärt. Das Verfahren der Oberflächenbehandlung des Stahlmaterials ist ähnlich dem in der vierten Ausführungsform beschriebenen.
In dem Fall, in dem die Härte in der Nachbarschaft der zweiten Gleitfläche 101 andererseits durch das Schichtbildungsverfahren erhöht wird, ist die Dicke der auf diese Weise ausgebildeten Schicht bevorzugt 1 bis 5 μm.
Die Arten der auf der zweiten Gleitfläche 101 ausgebildeten Schicht umfassen vorzugsweise eine Chromnitridschicht (CrN), eine diamantartige Kohlenstoffschicht (DLC) und eine Titannitridschicht (TiN).
Die Chromnitridschicht (CrN) oder die diamantartige Kohlenstoffschicht (DLC) kann mit einem wohlbekannten Verfahren, wie etwa durch physikalische Dampfabscheidung (PVC) oder chemische Dampfabscheidung (CVD) auf der zweiten Gleitfläche 101 ausgebildet werden.
In dem Spiralverdichter 11 gemäß dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Vickershärte der zweiten Gleitfläche 101 des Axialdrucklagers 53 mindestens 500 HV höher als die der ersten Gleitfläche 100. Selbst in dem Fall, in dem das Gleitlager 53 zur Zeit des Einschaltens oder des „Flüssigkeitsrücklaufs” des Spiralverdichters 11 in dem Grenz- oder Mischschmierbereich verwendet wird, bildet die zweite Gleitfläche 101 daher nur eine kleine oberflächliche Vertiefung. Als ein Ergebnis ist der Abriebverlust der zweiten Gleitfläche 101 klein, und daher wird die Leistung des Spiralverdichters 11 nicht wesentlich verringert.
Auch kann die Härte der zweiten Gleitfläche 101 gemäß dieser Ausführungsform durch die Oberflächenbehandlung, wie etwa das vorstehend beschriebene Härtungs- oder das Schichtbildungsverfahren, entsprechend erhöht werden, wobei man sich an die Betriebsbedingungen des Axialdrucklagers 53 hält. Insbesondere kann durch Einstellen der Bedingungen für die Oberflächenbehandlung ein Bereich mit der gewünschten Härte bis in eine vorgegebene Tiefe von der zweiten Gleitfläche 101 ausgebildet werden. Auch kann durch Einstellen der Bedingungen für das Schichtbildungsverfahren eine Schicht mit der gewünschten Härte und einer vorgegebenen Dicke auf der zweiten Gleitfläche 101 ausgebildet werden.
Der Spiralverdichter 11 gemäß den vorstehend beschriebenen vierten oder fünften Ausführungsformen kann unter verschiedenen Betriebsbedingungen verwendet werden, die für eine bestimmte Anwendung passend sind. Insbesondere wird das Axialdrucklager 53 des Spiralverdichters 11 wünschenswerterweise ausschließlich in dem Fluidschmierbereich verwendet, um seine Haltbarkeit sicherzustellen.
Unter diesem Gesichtspunkt wird an die Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers, welches das Gleitlager 53 ausmacht, in dem Spiralverdichter 11 gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein Mischfluid zugeführt, welches das Schmieröl und das Kältemittel enthält, während die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte 83 in Bezug auf die zweite Gleitfläche 101 auf nicht weniger als 0,5 m/s festgelegt ist. Dann wird den druckaufnehmenden Abschnitten 83 die Last von 0,5 bis 20 MPa mittlerem Anpressdruck auferlegt, und die kinematische Viskosität des Mischfluids im Betrieb wird auf 0,1 bis 10 cSt gehalten. Das Schmieröl ist wünschenswerterweise in dem vorstehend beschriebenen Öl enthalten.
Die Betriebsbedingungen dieses Spiralverdichters 11 werden weiter erklärt. In dem Spiralverdichter 11 gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Mischfluid durch die Ölzuführungseinrichtung an die Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 zugeführt.
Auch gleitet die erste Gleitfläche 100, die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, mit dem Umlaufen der beweglichen Spirale 32 in Bezug auf die zweite Gleitfläche 101, die auf dem Mittelgehäuse 15 befestigt ist. Diese Gleitgeschwindigkeit mit der zweiten Gleitfläche 101 ist nicht geringer al 0,5 m/s oder vorzugsweise 0,6 bis 5 m/s.
Auch in diesem Axialdrucklager 53 wird den druckaufnehmenden Abschnitten 83 durch die Differenz zwischen der Auflagekraft des komprimierten Kältemittels und die Kraft in die Axialrichtung aufgrund des Drucks auf der beweglichen Spiralrückseitenfläche 32a eine Last in Richtung der zweiten Gleitfläche 101 auferlegt. Der mittlere Anpressdruck der druckaufnehmenden Abschnitte 83 unter dieser Last ist 0,5 bis 20 MPa oder vorzugsweise 2 bis 15 MPa.
Ferner ist die kinematische Viskosität des Mischfluids auf den Gleitflächen 100 und 101 des Axialdrucklagers 53 unter den Betriebsbedingungen des vorstehend beschriebenen Spiralverdichters 11 0,1 bis 10 cSt oder vorzugsweise 4–10 cSt, wobei 1 cSt etwa gleich 1 × 10^–6 m²/s ist.
Unter Verwendung des Spiralverdichters 11 gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unter den vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen wird ein Ölfilm zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 gebildet, und daher kann das Axialdrucklager 53 ausschließlich im Zustand der hydrodynamischen Schmierung verwendet werden. Als ein Ergebnis wird die Abnutzung des Axialdrucklagers verhindert, und die Leistung des Spiralverdichters 11 kann für eine lange Nutzungsdauer aufrechterhalten werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind vorstehend beschrieben, und die Erfindung ist nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt.
Obwohl die druckaufnehmenden Abschnitte 83 in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils im Wesentlichen kreisförmig sind, können die druckaufnehmenden Abschnitte 83 alternativ zum Beispiel länglich, elliptisch, dreieckig, rechteckig oder ansonsten vieleckig sein. Auch kann jeder der druckaufnehmenden Abschnitte 83, wenngleich in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen im Wesentlichen in einem Kreis und in versetzter Weise ausgebildet, alternativ in der Form eines Kokons oder linear ausgebildet sein.
Auch bedeckt der Abschnitt, wo die Menge des gehaltenen Austenits nicht weniger als 5 Volumen-% ist, gemäß der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform die gesamte erste Gleitfläche 100. Als eine Alternative kann der Abschnitt, wo die Menge des gehaltenen Austenits nicht weniger als 5 Volumen-% ist, nur in der Nachbarschaft der Oberfläche der druckaufnehmenden Abschnitte 83 sein.
Ferner können gemäß der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform die ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 beide aus einem Stahlmaterial ausgebildet sein, und die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der Gleitflächen 100 und 101 kann nicht weniger als 5 Volumen-% sein.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind der Außenumfangsdichtungsabschnitt 81, die druckaufnehmenden Abschnitte 83 und die Rillen 85 auf der spiralseitigen Platte 53a ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und sie können auf der Gleitfläche 53b der festen Seite der Vertiefung 31 zum Aufnehmen der Spirale ausgebildet werden. Mit anderen Worten kann die zweite Gleitfläche 101 auf der beweglichen Spirale 38 befestigt sein.
Auch wird gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Ölzuführungseinrichtung verwendet, um das Öl an das Axialdrucklager 53 zuzuführen, wobei die Druckdifferenz zwischen dem von dem Ölabscheider 63 abgeschiedenen Öl und dem Abschnitt, wo das Axialdrucklager 53 angeordnet ist, ausgenutzt wird. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und jeder andere Aufbau, durch den das Öl an das Axialdrucklager 53 geleitet wird, kann verwendet werden, und die Ölzuführungseinrichtung muss nicht notwendigerweise die Druckdifferenz nutzen.
Die Anforderungen einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können durch die entsprechenden Anforderungen jeder anderen Ausführungsform entsprechend ersetzt werden.
[Bespiele]
Die betrieblichen Auswirkungen der Gleitflächen 100 und 101 des Spiralverdichters 11 gemäß der Erfindung werden unter Bezug auf die Beispiele der Erfindung und Vergleichsbeispiele zum Vergleich mit dieser Erfindung weiter beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
[Beispiel 1]
Das erste Beispiel wird hergestellt unter Verwendung von SUJ2 (Nitrierhärtungsvergütungsverfahren) als ein Prüfstück für die spiralseitige Platte 53a mit der ersten Gleitfläche 100 und ebenso unter Verwendung von SUJ2 (Nitrierhärtungsvergütungsverfahren) als ein Prüfstück für die gehäuseseitige Platte 53b mit der zweiten Gleitfläche 101. Die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der ersten Gleitfläche 100 ist 10 Volumen-%, während die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der zweiten Gleitfläche 101 ebenfalls 10 Volumen-% ist. Diese gehaltenen Austenitmengen werden mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemessen.
[Beispiel 2]
Das zweite Beispiel wird ähnlich dem ersten Beispiel hergestellt unter Verwendung von SCr415 (Karbonitrierhärtungsverfahren) als ein Prüfstück für die spiralseitige Platte 53a mit der ersten Gleitfläche 100 und unter Verwendung von SUJ2 (Härtungsvergütungsverfahren) als ein Prüfstück für die gehäuseseitige Platte 53b mit der zweiten Gleitfläche 101. Die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der ersten Gleitfläche 100 ist 8 Volumen-%, während die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der zweiten Gleitfläche 101 10 Volumen-% ist.
[Beispiel 3]
Als ein Prüfstück für die spiralseitige Platte 53a mit der ersten Gleitfläche 100 wird SUJ2 (Nitrierhärtungsvergütungsverfahren) verwendet, während als ein Prüfstück für die gehäuseseitige Platte 53b mit der zweiten Gleitfläche 101 SUJ2 (Nitrierhärtungsvergütungsverfahren) verwendet wird. Dann wird eine CrN-Schicht mit der Dicke 3 ± 1 μm auf der zweiten Gleitfläche 101 ausgebildet. Auf diese Weise wird das dritte Beispiel erhalten.
Die Vickershärte der ersten Gleitfläche 100 ist 700 HV, die Vickershärte der zweiten Gleitfläche 101 ist 1500 HV, und die Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen ist 800 HV.
[Beispiel 4]
Abgesehen davon, dass auf der zweiten Gleitfläche 101 eine DLC-Schicht mit der Dicke von 2 ± 1 μm ausgebildet wird, wird das vierte Beispiel ähnlich dem dritten Beispiel erhalten.
Die Vickershärte der ersten Gleitfläche 100 ist 700 HV, die Vickershärte der zweiten Gleitfläche 101 ist 2000 HV, und die Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen ist 1300 HV.
[Vergleichsbeispiel 1]
Das erste Vergleichsbeispiel wird ähnlich dem ersten Beispiel unter Verwendung von SK5 (Härtungsvergütungsverfahren) als ein Prüfstück für die spiralseitige Platte 53a mit der ersten Gleitfläche 100 und unter Verwendung von SUJ2 (Härtungsvergütungsverfahren) als ein Prüfstück für die gehäuseseitige Platte 53b mit der zweiten Gleitfläche 101 hergestellt. Die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der ersten Gleitfläche 100 ist 4 Volumen-%, während die gehaltene Austenitmenge in der Nachbarschaft der zweiten Gleitfläche 101 10 Volumen-% ist. Die Vickershärte der ersten Gleitfläche 100 ist 650 HV, die Vickershärte der zweiten Gleitfläche 101 ist 700 HV, und die Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen ist 50 HV.
[Bewertung des Abriebverlusts]
Unter Bezug auf die ersten bis vierten Beispiele und das erste Vergleichsbeispiel, die vorstehend beschrieben sind, wird der Abriebverlust, wie nachstehend beschrieben, bewertet.
Der Abriebverlust wird unter Verwendung des in 18 gezeigten Hantelplattenprüfgeräts bewertet. Das Hantelplattenprüfgerät umfasst eine Hantel 103 mit einem Paar Scheiben, die, die auf einer zylindrischen Achse in beabstandeter Beziehung zueinander befestigt sind, und eine Platte 104, auf der die Hantel montiert ist.
Das Paar Scheiben ist jeweils aus einem Prüfstück der gehäuseseitigen Platte 53b hergestellt, und die Platte 104 ist aus dem Prüfstück der spiralseitigen Platte 53b als eine Kombination hergestellt (worauf hier nachstehend auch als ein Satz A Bezug genommen wird). Ebenso wird das Paar der Scheiben jeweils aus einem Prüfstück der spiralseitigen Platte 53a hergestellt, und die Platte 104 wird aus dem Prüfstück der gehäuseseitigen Platte 53b als eine Kombination hergestellt (worauf hier nachstehend auch als ein Satz B Bezug genommen wird).
Jede Scheibe des Scheibenpaars hat 14 mm Außendurchmesser und ist 5 mm dick. Der Abstand zwischen dem Paar der Scheiben der Hantel 103 ist 21 mm. Die vier Seiten der Platte 104 haben jeweils die Länge 30 mm, und die Dicke der Platte 104 ist 1,5 bis 6 mm, was von einem Prüfstück zum anderen verändert wird.
Die Platte 104 wird in das Schmieröl eingetaucht, und die Gleitflächen zwischen der Hantel 103 und der Platte 104 werden ebenfalls in das Schmieröl eingetaucht. Die Prüfung wird in einer derartigen Weise durchgeführt, dass die Platte 104 bei einer vorgegebenen Last, die von oben auf die Hantel 103 auferlegt wird, für eine vorgegebene Zeit mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht wird, woraufhin der Abriebverlust der Prüfstücke der Hantel 103 und der Platte 104 gemessen wird.
Eine Vielzahl der Messbedingungen, welche die Last und Drehzahl verknüpfen, wird verwendet. Auch werden die Messbedingungen für jedes Prüfstück geeignet eingestellt. Insbesondere ist die Last in dem Bereich von 0 bis 1000 N (0 bis 500 MPa Anpressdruck), und die Drehzahl im Bereich von 0 bis 2000 U/min (0 bis 2 m/s Gleitgeschwindigkeit).
Zuerst wird der spezifische Abriebverlust des ersten Beispiels, wie nachstehend beschrieben, gemessen.
Die Messung wird für verschiedene Produkte aus Anpressdruck und Gleitwegstrecke eine Vielzahl von Malen unter Verwendung des Hantelplattenprüfgeräts ausgeführt, um dadurch den Abriebverlust des Prüfstücks der Hantel 103 und den Abriebverlust des Prüfstücks der Platte 104 zu messen. Die Gleitwegstrecke wird aus dem Produkt der Drehzahl und der Zeit bestimmt. Es wird angenommen, dass der Abriebverlust das Volumen ist, das durch die Abnutzung des Prüfstücks gemindert wird. Die Messung wird für den Satz A und den Satz B des ersten Beispiels ausgeführt. Die Hantel 103 und die Platte 104 werden grenzgeschmiert.
Das Messergebnis ist mit dem Produkt des Anpressdrucks und der Gleitwegstrecke als Abszisse und dem Abriebverlust als Ordinate gezeichnet, und aus der Neigung der Kurve wird der spezifische Abriebverlust bestimmt. Der spezifische Abriebverlust wird für jede der ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 bestimmt.
Als nächstes wird der geschätzte Abriebverlust gemäß dem ersten Beispiel, wie nachstehend beschrieben, bestimmt. Der geschätzte Abriebverlust ist ein Wert des Abriebverlusts, der für eine tatsächliche Maschine unter Verwendung des spezifischen Abriebverlusts geschätzt wird.
Unter Verwendung des Anpressdrucks und der Gleitwegstrecke des Axialdrucklagers 53 im Betrieb einer tatsächlichen Maschine unter vorgegebenen Bedingungen wird der Abriebverlust A unter den Grenzschmierungsbedingungen aus dem Produkt des spezifischen Abriebverlusts, des Anpressdrucks und der Gleitwegstrecke bestimmt. Wenn der Ölfilmparameter berücksichtigt wird, wird der geschätzte Abriebverlust in dem Mischschmierungszustand aus dem Abriebverlust A bestimmt. Der geschätzte Abriebverlust wird für jede der ersten und zweiten Gleitflächen 100 und 101 bestimmt.

Der geschätzte Abriebverlust wird ebenso für die zweiten bis vierten Beispiele und das erste Vergleichsbeispiel bestimmt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

		Beispiel				Vergleichsbeispiel
		1	2	3	4	1
Austenitmenge in Volumen-%	Erste Gleitfläche	10	8	-	-	4
Austenitmenge in Volumen-%	Zweite Gleitfläche	10	10	-	-	10
Differenz der Vickershärte HV				800	1300	50
Geschätzter Abriebverlust in μm	Erste Gleitfläche	0,35	0,40	0,20	0,20	6,0
	Zweite Gleitfläche	0,40	0,50	0,00	0,00	2,00
	Gesamt	0,75	0,90	0,20	0,20	8,0

Der geschätzte Abriebverlust gemäß den ersten bis vierten Beispielen, wie in Tabelle 1 gezeigt, ist dafür bekannt, dass er kleiner als der des ersten Vergleichsbeispiels ist. Insbesondere ist in den dritten und vierten Beispielen der Abriebverlust minimal, und die Abnutzungsbeständigkeit ist hoch.
(Sechste Ausführungsform}
Die sechste Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf 19 bis 25 erklärt. Die Bestandteile, die ähnlich oder identisch zu denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind, sind jeweils mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet.
19 ist eine Längsschnittansicht, die den Spiralverdichter 11 gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Ein Verdichter, der in einem Kühlkreislauf verwendet wird, der das Kohlendioxid-Kältemittel verwendet, wobei das ausgestoßene Kohlendioxid den kritischen Druck übersteigt, wird als ein Beispiel erklärt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Der Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform ist ein motorbetriebener hermetischer Verdichter, der eine Motoreinheit 27 und einen Verdichtungsmechanismus 10 in einem geschlossenen Behälter 13 aufnimmt.
Der geschlossene Behälter 13 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 13a, ein motorseitiges Endgehäuse 13b, das an den Enden des zylindrischen Gehäuses 13a montiert ist, und ein verdichtungsmechanismusseitiges Endgehäuse 13c.
Die Motoreinheit 27 umfasst einen Stator 25, der auf der Innenumfangsfläche des zylindrischen Gehäuses 13a befestigt ist, und einen Rotor 23, der auf der Welle 21 befestigt ist, die von der Motoreinheit 27 drehend angetrieben wird.
Der Verdichtungsmechanismus 10 umfasst ein Lagerelement 15, das an einer zu dem Stator 25 benachbarten Position in dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt ist, eine bewegliche Spirale 32, die von dem Kurbelmechanismus 28 zum Umlaufen gebracht wird, welcher auf dem Hauptlager 17 gehalten wird, das auf dem Lagerelement 15 angeordnet ist, und eine feste Spirale 38, die auf dem zylindrischen Gehäuse 13a in entgegengesetzter Beziehung zu der beweglichen Spirale 32 angeordnet ist, um zusammen mit der beweglichen Spirale 32 einen später beschriebenen Verdichtungsraum 45 zu bilden.
Die Welle 21 wird von dem Hilfslager 19 horizontal gehalten, welches auf dem scheibenförmigen Halteelement 14 befestigt ist, das in der Nachbarschaft des motorseitigen Endgehäuses 13b und des Hauptlagers 17 angeordnet ist.
Die bewegliche Spirale 32 umfasst eine scheibenförmige Platte 33 der beweglichen Seite, ein Spiralblatt 41 der beweglichen Seite, das in einer Evolventenkurve von der Endfläche der Platte 33 der beweglichen Seite in Richtung der festen Spirale 38 aufgerichtet ist, und eine Nabe 35, die zylindrisch von der Endfläche der Platte 33 der beweglichen Seite in Richtung des Lagerelements 15 weit weg von dem Spiralblatt 41 der beweglichen Seite aufgerichtet ist.
Die feste Spirale 38 umfasst eine Platte 39 der festen Seite, die auf dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt ist, und ein Spiralblatt 43 der festen Seite, das in einer Evolventenkurve auf der Endfläche der Platte 39 der festen Seite in der Nähe der beweglichen Spirale 32 angeordnet ist.
Das Lagerelement 15 nimmt die Form eines Dreifachzylinders an, dessen Durchmesser von der Motoreinheit 27 in Richtung der festen Spirale 39 fortschreitend zunimmt. Der zylindrische Abschnitt 15a mit kleinem Durchmesser nahe der Motoreinheit 27 bildet ein Hauptlager 17, der zylindrische Abschnitt 15b mit mittlerem Durchmesser benachbart zu dem zylindrischen Abschnitt 15a mit kleinem Durchmesser bildet eine Kurbelkammer 29 zum Aufnehmen des Kurbelmechanismus 28, und der zylindrische Abschnitt 15c mit großem Durchmesser nahe der festen Spirale 38 bildet eine Spiralenaufnahmeeinheit 31 zum Aufnehmen der beweglichen Spirale 32 darin, während er gleichzeitig von einer Befestigungseinrichtung, wie etwa einer Aufschrumpfung auf der Innenumfangsfläche des zylindrischen Gehäuses 13a befestigt ist.
Der Kurbelmechanismus 28 besteht aus einer Nabe 35 der beweglichen Spirale 32 und einer exzentrischen Welle 37, die integral an dem Endabschnitt der Welle 21 nahe dem Verdichtungsmechanismus 10 ausgebildet sind. Die exzentrische Welle 37 ist um einen gegebenen Betrag von der axialen Mitte des Hauptlagers 17 und des Hilfslagers 19 dezentriert.
Ein Oldham-Ring 36 zum Verhindern der Drehung der beweglichen Spirale 32 ist zwischen dem scheibenförmigen Abschnitt 15d, der den zylindrischen Abschnitt 15c mit großem Durchmesser und den zylindrischen Abschnitt 15b mit mittlerem Durchmesser verbindet, angeordnet, wobei einerseits das Lagerelement 15 und andererseits die bewegliche Spirale 32 gebildet wird. Als ein Ergebnis ist es der beweglichen Spirale 32 nur gestattet, umzulaufen. In dem Verdichtungsmechanismus 10 wird das Volumen des Verdichtungsraums 45, der durch das Spiralblatt 41 der beweglichen Seite und das Spiralblatt 43 der festen Seite, die miteinander in Eingriff sind, gebildet wird, durch die Umdrehung der beweglichen Spirale 32 in Bezug auf die feste Spirale 38 verringert, wodurch das von dem Ansaugrohr 47 in die Ansaugkammer 46, die mit der äußersten Umfangsseite des Spiralblatts 43 der festen Seite verbunden ist, zugeführte Kältemittel, komprimiert wird.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Oldham-Ring 36, wie in 20 gezeigt, ein Paar erster Passfederabschnitte 36b, das entlang der Normalen auf eine der Oberflächen der ringförmigen Platte 36a vorsteht, und ein Paar zweiter Passfederabschnitte 36c, die von deren anderer Oberfläche vorstehen. Das Liniensegment, welches das Paar der ersten Passfederabschnitte 36b verbindet, ist orthogonal zu dem Liniesegment, welches das Paar der zweiten Passfederabschnitte 36c verbindet. Die ersten Passfederabschnitte 36b sind, wie in 19 gezeigt, in einem Paar länglicher erster Keilnutabschnitte 42 aufgenommen, die auf der Rückseitenfläche 32a der beweglichen Spirale ausgebildet sind, während die zweiten Passfederabschnitte 36c in einem nicht gezeigten Paar länglicher Abschnitte mit einem zweiten Lauf aufgenommen sind, die auf der scheibenförmigen Einheit 15d des Lagerelements ausgebildet sind. Die Passfederabschnitte 36b, 36c und die Keilnutabschnitte 42 sind in einer derartigen Weise ausgebildet, dass die Passfederabschnitte 36b, 36c in die Keilnuten eingepasst sind und radial zu dem Oldham-Ring gleiten.
Die bewegliche Spirale 32 wird der axialen Kraft (in dieser Ausführungsform der Kraft, die die Platte 33 der beweglichen Seite von der Seite der festen Spirale 38 in Richtung des Scheibenabschnitts 15d schiebt) ausgesetzt, die aufgrund der Differenz zwischen der Auflagekraft des komprimierten Kältemittels und der Kraft entlang der Axialrichtung unter dem Druck auf der Rückseitenfläche 32 der beweglichen Spirale von der Platte 33 der beweglichen Seite empfangen wird. Um die bewegliche Spirale umlaufen zu lassen, während gleichzeitig diese axiale Kraft (Axialdruck) stabil gehalten wird, ist an der Endfläche des scheibenförmigen Abschnitts 15c in entgegengesetzter Beziehung zu der beweglichen Spirale 32 eine Axialdruckhaltefläche 15e ausgebildet, während auf der Rückseitenfläche 32 der beweglichen Spirale eine Gleitfläche 34a ausgebildet ist, die geeignet ist, im Kontakt mit der Axialdruckhaltefläche 15e zu gleiten.
Eine Auslassöffnung 49 ist axial durch die Platte 39 der festen Seite in dem Mittelabschnitt des Spiralblatts 43 auf der festen Seite ausgebildet, und das von der beweglichen Spirale 32 und der festen Spirale 38 komprimierte Kältemittel wird aus der Auslassöffnung 49 in die Auslasskammer 50 ausgestoßen.
Das in die Auslasskammer 50 ausgestoßene Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel wird durch den Kältemittelweg 57, der sich von der Auslasskammer 50 nach oben erstreckt, zu dem Zentrifugalölabscheider 63 geleitet. Das in den Ölabscheider 63 geströmte Kältemittel wird, nachdem es zentrifugal von dem in dem Kältemittel enthaltenen Öl getrennt wurde, durch das Auslassrohr 59 an einen äußeren Kältemittelkreislauf geschickt.
Das Öl, das andererseits von dem Ölabscheider 63 abgeschieden wurde, wird unter der Schwerkraft nach unten bewegt und durch das Loch 64 mit kleinem Durchmesser in dem Hochdrucköllager 65 gelagert.
Das Öl mit relativ hohem Druck, das in dem Hochdrucköllager 65 gespeichert wurde, wird über den durch die Platte 39 der festen Seite ausgebildeten Ölrücklaufweg 47 an den in der Platte 33 der beweglichen Seite ausgebildeten Ölweg 69 geleitet. Dann strömt das Öl durch den Ölweg 69 in den Raum zwischen dem Endabschnitt der Welle 21 und der unteren Fläche der Nabe 35 und ferner in den axial durch die Welle 21 ausgebildeten Ölweg 71.
Ein Teil des Öls, das in den Ölweg 71 geströmt ist, strömt aus einem diametralen Loch 71a in die auf der Welle 21 ausgebildete Wellenrille 21a und erreicht nach dem Schmieren des Hauptlagers 17, des Kurbelmechanismus 28, der Axialdruckhaltefläche 15e und der Gleitfläche 34a die Spiralgehäuseeinheit 31. Im Übrigen ist der zylindrische Abschnitt 15b mit dem mittleren Durchmesser mit einer Ölrille 72 zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem diametralen Loch 71a und der Axialdruckhaltefläche 15e über der Welle 21 ausgebildet, um das Öl an die Axialdruckhaltefläche 15e über der Welle 21 zu leiten.
Auch schmiert ein Teil des Öls, das in 19 durch den Ölweg 71 nach links geströmt ist, das Hilfslager 19, während der Hauptteil des Öls in das Niederdrucköllager 66 strömt, das sich von der gesamten Innenfläche des geschlossenen Behälters 13 von dem Ende des Ölwegs 71 nach unten ausdehnt. Das in dem Niederdrucköllager 66 gelagerte Öl erreicht die Spiralgehäuseeinheit 31 durch das Ölrücklaufloch 73, das in dem unteren Teil des Lagerelements 15 ausgebildet ist, und wird, während es an die Gleitflächen der beweglichen Spirale 32 und der festen Spirale 38 zugeführt wird, zusammen mit dem Kältemittel in der Verdichtungskammer 45 komprimiert.
Als nächstes wird unter Bezug auf 21 die Rückseitenfläche 32a der beweglichen Spirale im Detail erklärt. Gemäß dieser Ausführungsform hat die Rückseitenfläche der beweglichen Spirale einen kreisförmigen Umriss, dessen Mittelabschnitt mit einer Nabe 35 ausgebildet ist, die mit einer (nicht gezeigten) exzentrischen Welle 37 verbunden ist. Eine in 21 schraffierte ringförmige Gleitfläche 34a ist radial außerhalb der Mittellinie der Nabe 35 ausgebildet, und eine vertiefte Oberfläche 34b, deren Höhe niedriger als die Gleitfläche 34a ist, ist in der Fläche zwischen der Gleitfläche 34a und der Nabe 35 (auf diese vertiefte Oberfläche, die nicht in Kontakt mit der Axialdruckhaltefläche 15e ist, wird nachstehend als die kontaktfreie Fläche 34b Bezug genommen) ausgebildet. Auch ist das Paar der länglichen ersten Keilnutabschnitte 42 auf der kontaktfreien Fläche 34b ausgebildet, so dass ihr radial äußeres Ende in Kontakt mit dem Innenumfangsrand der Gleitfläche 34a sein kann. Als ein Ergebnis bildet die Fläche, die mit dem ersten Keilnutabschnitt 42 in Nachbarkontakt ist, abgesehen von der Fläche, die zu dem radial äußeren Ende der Mittellinie benachbart ist, in ihrer Gesamtheit die kontaktfreie Fläche 34b.
In dem Fall, in dem die Gleitfläche 34a auf diese Weise ausgebildet ist, wie durch a in 26 gezeigt, ist benachbart zu dem ersten Keilnutabschnitt 42 kein Eckabschnitt ausgebildet, und daher wird die Erzeugung eines Bereichs, wo der Anpressdruck lokal hoch ist und der Gefahr läuft, den Ölfilm zu zerschneiden, unterdrückt. Im Übrigen kann das radial äußere Ende des ersten Keilnutabschnitts 42, wenngleich gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen in Kontakt mit dem Innenumfangsrand der Gleitfläche 34a, gemäß dieser Erfindung vollständig von der Gleitfläche 34a beabstandet sein.
(Siebte Ausführungsform)
Als nächstes wird die Gleitfläche 34a der beweglichen Spirale gemäß der siebten Ausführungsform unter Bezug auf 22 erklärt. Die Gleitfläche 34a gemäß dieser Ausführungsform hat, wenngleich ringförmig, eine innere Umfangsgrenze, die nicht kreisförmig, sondern im Wesentlichen elliptisch ist. Als ein Ergebnis ist die Gleitfläche 34a in einer derartigen Weise ausgebildet, dass der Durchmesser L₁ der Grenzlinie in der ersten Richtung, um mit dem Paar der ersten Keilnutabschnitte (vertikale Richtung in 22) zu verbinden, größer als der Durchmesser L₂ der Grenzlinie in der Richtung senkrecht zu der ersten Richtung (horizontale Richtung in 22) ist.
(Achte Ausführungsform)
Als nächstes wird die Gleitfläche 34a der beweglichen Spirale gemäß der achten Ausführungsform unter Bezug auf 23 erklärt. Der größere Teil der inneren Umfangsgrenze der Gleitfläche 34a gemäß dieser Ausführungsform ist kreisförmig und läuft im Inneren des radial äußeren Endes der ersten Keilnutabschnitte 42. Die Grenzlinie des Abschnitts in Kontakt mit dem Paar der ersten Keilnutabschnitte 42 geht jedoch als eine Tangententlinie T_L in etwa 45 Grad zu dem Liniensegment, welches das Paar der ersten Keilnutabschnitte 42 gemäß dieser Ausführungsform verbindet, in den Bogen der ersten Keilnutabschnitte 42 über.
(Neunte Ausführungsform)
Als nächstes wird die Gleitfläche 34a der beweglichen Spirale gemäß der neunten Ausführungsform unter Bezug auf 24 erklärt. Die Gleitfläche 34a gemäß dieser Ausführungsform besteht aus einer ringförmigen Gleitfläche 34a ₁, die auf dem Außenumfangsrand der Rückseitenfläche 34 der beweglichen Spirale ausgebildet ist, einer Vielzahl erster inselartiger Gleitflächen 34a ₂, die radial innerhalb der ringförmigen Gleitfläche 34a ₁ ausgebildet sind, und einer Vielzahl zweiter inselartiger Gleitflächen 34a ₃ mit kleinerem Durchmesser als die ersten inselartigen Gleitflächen 34a ₂. Die Oberseite der ersten und zweiten inselartigen Gleitflächen 34a ₂, 34a ₃ und die Oberseite der ringförmigen Gleitfläche 34 ₁ sind bündig miteinander. Die ersten und zweiten inselartigen Gleitflächen 34a ₂, 34a ₃ sind in beabstandeter Beziehung zueinander und zu der ringförmigen Gleitfläche 34a ₁. Das Schmieröl kann auf diese Weise durch die Spalte oder Rillen strömen, die durch die Abstandsbeziehung gebildet werden. Auch haben die Keilnutabschnitte 42 gemäß dieser Ausführungsform die Form eines Rechtecks mit vier gebogenen Ecken, und jeder hat ein radial äußeres Ende in beabstandeter Beziehung zu der Gleitfläche (ringförmigen Gleitfläche 34a ₁).
Wenngleich die Gleitfläche in dieser Ausführungsform eine ringförmige Gleitfläche enthält, kann die Gleitfläche alternativ nur aus inselartigen Gleitflächen bestehen.
(Zehnte Ausführungsform)
Als nächstes wird die zehnte Ausführungsform unter Bezug auf 25 erklärt. 25 ist ein Diagramm, das die Oberfläche des Lagerelements auf der Seite in entgegengesetzter Beziehung zu der beweglichen Spirale zeigt. Diese Oberfläche besteht aus einer Endfläche 15f eines zylindrischen Abschnitts 15c mit großem Durchmesser auf dem äußersten Umfang, einer kreisförmigen Kurbelkammer 29 in dem Mittelabschnitt, einer Axialdruckhaltefläche 15e benachbart zu der Endfläche 15f des zylindrischen Abschnitts 15c mit großem Durchmesser und einer lagerelementseitigen kontaktfreien Fläche 15g, die vertieft ist und eine niedrigere Höhe als die Axialdruckhaltefläche 15e hat, im Inneren der Axialdruckhaltefläche 15e, während ein Paar länglicher zweiter Keilnutabschnitte 42 auf der kontaktfreie Fläche 15g ausgebildet ist. Der Innenumfangsrand der Axialdruckhaltefläche 15e, wenngleich größtenteils gebogen, ist nicht gebogen und geht mit etwa 30 Grad in der Nachbarschaft der zweiten Keilnutabschnitte 42 tangential in den Bogen des radial äußeren Endes der zweiten Keilnutabschnitte 42 über. Als ein Ergebnis bildet die Fläche benachbart zu den zweiten Keilnutabschnitten 42, abgesehen von der vorstehend beschriebenen Fläche benachbart zu dem radial äußeren Ende, in ihrer Gesamtheit die kontaktfreie Fläche 15g.
Die Gleitfläche 34a und die Axialdruckhaltefläche 15e gemäß dieser Erfindung können vielfältige andere Formen als die in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen gezeigten annehmen, und die ersten und zweiten Keilnutabschnitte sind nicht auf ein Langloch oder Rechteck beschränkt.
Auch ist die Rückseitenfläche der beweglichen Spirale 32 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit der Gleitfläche 34a in Gleitkontakt mit der Axialdruckhaltefläche 15e ausgebildet, und die und die kontaktfreie Fläche 34b ist nicht in Kontakt mit der Axialdruckhaltefläche 15e im Inneren der Gleitfläche 34a. Trotzdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, sondern die Axialdruckhaltefläche kann zwischen der beweglichen Spirale und der festen Spirale angeordnet sein, und die kontaktfreie Fläche und die Gleitfläche können auf dem Außenumfang des Spiralblatts der beweglichen Spirale ausgebildet sein.
Während die Erfindung unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, die für Veranschaulichungszwecke gewählt wurden, sollte offensichtlich sein, dass von Fachleuten der Technik zahlreiche Modifikationen daran vorgenommen werden könnten, ohne vom Grundkonzept und dem Bereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Spiralverdichter, umfassend: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38); eine bewegliche Spirale (32), die in gegenüberliegender Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren; ein auf der Rückseitenfläche (32a) der beweglichen Spirale (32) angeordnetes Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der Axialkraft; und eine Schmierölzuführungseinrichtung zum Zuführen des Schmieröls an das Axialdrucklager (53), wobei das Axialdrucklager (53) ein donutförmiges erstes Element (53a), das mit einer Vielzahl von Rillen (85) und einer Vielzahl von durch die Vielzahl von Rillen (85) definierten inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet ist, und ein donutförmiges zweites Element (53b) in gleitendem Kontakt mit dem ersten Element (53a) umfasst, und die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) nur auf der radialen Außenseite einer Einhüllenden angeordnet ist, die von dem Innenumfangsrand des zweiten Elements (53b) durch die Relativbewegung des ersten Elements (53a) und des zweiten Elements (53b) gezeichnet wird, wobei die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) auf einer Oberfläche ausgebildet sind, die auf das zweite Element (53b) weist, die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils vieleckig sind, der gesamte Umfangsrandabschnitt jedes der druckaufnehmenden Abschnitte (83) keilförmig ist, Flächen des keilförmigen Abschnitts auf diagonalen Linien der vieleckigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) größer als Flächen des keilförmigen Abschnitts sind, der von den diagonalen Linien versetzt ist, und wobei ebene Abschnitte (83a) der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in gleitendem Kontakt mit dem zweiten Element (53b) entlang einer Achse der Drehwelle (21) betrachtet eine Form mit runden Ecken annimmt.
Spiralverdichter, umfassend: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38); eine bewegliche Spirale (32), die in gegenüberliegender Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38) auf einer Drehwelle (21) zu drehen, um dadurch ein Fluid zu komprimieren; ein auf der Rückseitenfläche (32a) der beweglichen Spirale (32) angeordnetes Axialdrucklager (53) zum Aufnehmen der Axialkraft; und eine Schmierölzuführungseinrichtung zum Zuführen des Schmieröls an das Axialdrucklager (53), wobei das Axialdrucklager (53) ein donutförmiges erstes Element (53a), das mit einer Vielzahl von Rillen (85) und einer Vielzahl von durch die Vielzahl von Rillen (85) definierten inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet ist, und ein donutförmiges zweites Element (53b) in gleitendem Kontakt mit dem ersten Element (53a) umfasst, und die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) nur auf der radialen Innenseite einer Einhüllenden angeordnet ist, die von dem Außenumfangsrand des zweiten Elements (53b) durch die Relativbewegung des ersten Elements (53a) und des zweiten Elements (53b) gezeichnet wird, wobei die Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte (83) auf einer Oberfläche ausgebildet sind, die auf das zweite Element (53b) weist, die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils vieleckig sind, der gesamte Umfangsrandabschnitt jedes der druckaufnehmenden Abschnitte (83) keilförmig ist, Flächen des keilförmigen Abschnitts auf diagonalen Linien der vieleckigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) größer als Flächen des keilförmigen Abschnitts sind, der von den diagonalen Linien versetzt ist, und wobei ebene Abschnitte (83a) der druckaufnehmenden Abschnitte (83) in gleitendem Kontakt mit dem zweiten Element (53b) entlang einer Achse der Drehwelle (21) betrachtet eine Form mit runden Ecken annimmt.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Rillen (85) in Netzform angeordnet ist und miteinander in Verbindung steht.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 3, wobei die Schnittflächen (85a) der Vielzahl der Rillen (85) in Netzform eine größere Rillenbreite als die anderen Teile haben.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 4, wobei die inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte (83) im Wesentlichen eine Kreisform haben und in versetzter Weise angeordnet sind.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, der ferner eine Ölabscheidungseinrichtung (63) zum Abscheiden des Schmieröls von dem Fluid umfasst; wobei die Schmierölzuführungseinrichtung (63) das Schmieröl durch die Druckdifferenz zwischen dem von der Ölabscheidungseinrichtung abgeschiedenen Schmieröl und dem Abschnitt, wo das Axialdrucklager (53) angeordnet ist, an das Axialdrucklager zuführt.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, wobei das Fluid Kohlendioxid ist, und der Druck des ausgestoßenen Kohlendioxids dessen kritischen Druck übersteigt.
Spiralverdichter, umfassend: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38); eine Drehwelle (21) zum Übertragen der Drehleistung; eine bewegliche Spirale (32), die in gegenüberliegender Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und die geeignet ist, um die Drehwelle (21) umzulaufen, indem sie durch eine exzentrische Welle (37), die um einen vorgegebenen Abstand von der Drehwelle (21) dezentriert ist, mit der Drehwelle verbunden ist, um dadurch zusammenwirkend mit der festen Spirale (38) ein Fluid zu komprimieren; ein Lagerelement (15) mit einer Axialdruckhaltefläche (15e) in gegenüberliegender Beziehung zu einer Seitenplatte (33) der beweglichen Spirale (32) zum axialen Halten der Seitenplatte (33) entlang der Achse der Drehwelle (21); und einen Verdrehsicherungsmechanismus zum Verhindern der Drehung der beweglichen Spirale (32); wobei die Seitenplatte (33) der beweglichen Spirale (32) eine Gleitfläche (34a), die geeignet ist, in Kontakt mit der Axialdruckhaltefläche (15e) zu gleiten, und eine kontaktfreie Fläche (34b) umfasst, die nicht mit der Axialdruckhaltefläche (15e) innerhalb der Gleitfläche (34a) in Kontakt ist, wobei die kontaktfreie Fläche Rillenabschnitte (42) hat, und wobei die Gleitfläche (34a) und die Rillenabschnitte (42) in Kontakt miteinander sind, und die Gleitfläche (34a) in einer derartigen Weise ausgebildet ist, dass die zu den Rillenabschnitten (42) benachbarte Fläche um den Umfang der Rillenabschnitte (42) herum und die zu den Rillenabschnitten (42) benachbarte Fläche innerhalb der Rillenabschnitte (42) die kontaktfreie Fläche (34b) bilden, und auch in einer derartigen Weise, dass die Umrisslinie, die den inneren Umfangsrand der Gleitfläche (34a) anzeigt, in Punktkontakt mit der Umrisslinie der Rillenabschnitte (42) ist oder gleichmäßig mit ihr konvergiert.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 8, wobei der Verdrehsicherungsmechanismus ein Oldham-Ring (36) mit axial vorstehenden Passfederabschnitten ist, und die Rillenabschnitte (42) mit den Passfederabschnitten kombinierte Keilnutabschnitte bilden.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 8, wobei die Gleitfläche (34a) im Wesentlichen ringförmig ist.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 10, wobei die Rückseitenfläche (32a) der beweglichen Spirale (32) ein Paar Rillen (42) umfasst und die Gleitfläche (34a) in einer derartigen Weise gebildet ist, dass der Durchmesser des Innenumfangsrands der Gleitfläche (34a) in der ersten Richtung, die das Rillenpaar verbindet, größer als der Durchmesser des Innenumfangsrands in der zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung ist.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 11, wobei das Paar der Rillen (42) jeweils länglich ist, und wobei der Innenumfangsrand der Gleitfläche (34a) mit dem länglichen Bogen an dem radial äußeren Ende jeder Rille (42) als Tangentiallinie konvergiert, die in Bezug auf die Längsachse des Langlochs geneigt ist.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 12, wobei die Gleitfläche (34a) zumindest teilweise eine Vielzahl inselartiger Gleitflächen (83) in beabstandeter Beziehung zueinander umfasst.
Spiralverdichter, umfassend: eine auf einem Gehäuse (13) befestigte feste Spirale (38); eine Drehwelle (21) zum Übertragen der Drehleistung; eine bewegliche Spirale (32), die in gegenüberliegender Beziehung zu der festen Spirale (38) angeordnet ist und geeignet ist, in Bezug auf die Drehwelle (21) umzulaufen, indem sie durch eine exzentrische Welle (37), die um einen vorgegebenen Abstand von der Drehwelle (21) dezentriert ist, mit der Drehwelle verbunden ist, um dadurch zusammenwirkend mit der festen Spirale (38) ein Fluid zu komprimieren; ein Lagerelement (15) mit einer Axialdruckhaltefläche (15e) in gegenüberliegender Beziehung zu der Seitenplatte (33) der beweglichen Spirale (32) zum Halten der Seitenplatte (33) in der Axialrichtung der Drehwelle (21); und einen Verdrehsicherungsmechanismus zum Verhindern der Drehung der beweglichen Spirale (32); wobei die Oberfläche auf der Seite des Lagerelementes (15), die in gegenüberliegender Beziehung zu der beweglichen Spirale (32) ist, die Axialdruckhaltefläche (15e) und eine kontaktfreie lagerelementseitige Fläche (15g) umfasst, die nicht mit der Gleitfläche (34a) in der Axialdruckhaltefläche (15e) in Kontakt ist, wobei die kontaktfreie lagerelementseitige Fläche (15g) Rillenabschnitte (42) hat; und wobei die Axialdruckhaltefläche (15e) und die Rillenabschnitte (42) in Kontakt miteinander sind, und die Axialdruckhaltefläche (15e) in einer derartigen Weise ausgebildet ist, dass die Fläche benachbart zu den Rillenabschnitten (42) um den Umfang der Rillenabschnitte (42) herum und die zu den Rillenabschnitten (42) benachbarte Fläche radial innerhalb der Rillenabschnitte (42) die lagerelementseitige kontaktfreie Fläche (15g) bilden, und auch in einer derartigen Weise, dass die Umrisslinie, die den inneren Umfangsrand der Axialdruckhaltefläche (15e) anzeigt, in Punktkontakt mit der Umrisslinie der Rillenabschnitte (42) ist oder gleichmäßig mit ihr konvergiert.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 8, wobei das Fluid Kohlendioxid ist, und der Druck des ausgestoßenen Kohlendioxids dessen kritischen Druck übersteigt.