專利名稱：渦旋壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦旋壓縮機，其中，渦卷卷片從端板升起的固定渦卷和盤旋渦卷相互嚙合，從而在它們之間形成壓縮腔室，并且在盤旋渦卷沿著圓形軌道轉動并同時通過限制旋轉機構限制轉動時，所述壓縮腔室運動并同時改變其體積，由此進行抽吸、壓縮和排放操作。
背景技術：
在這種傳統(tǒng)的渦旋壓縮機中，形成固定渦卷和盤旋渦卷的兩個渦卷卷片由漸開線曲線形成，這些曲線在許多情況中為具有恒定半徑的圓的漸開線。
在一些渦旋壓縮機中，固定渦卷和盤旋渦卷的部分或整個渦卷卷片的厚度從渦卷的中心朝著外緣變化(例如參見專利文獻1)。
在一些渦旋壓縮機中，從渦卷槽的外側纏繞一圈的具有不對稱卷片形狀的盤旋渦卷的位置在高度上增加一個臺階以形成一個階梯槽，圓柱體的中心從一端板表面進入該階梯槽，該渦旋壓縮機在從槽階梯壁面和渦卷形狀的中心設定的區(qū)域中設有具有一軸線的轉動軸承，固定渦卷的固定卷片還包括階梯狀卷片，從而它與階梯槽嚙合并且可以形成壓縮腔室(例如參見專利文獻2)。
圖6顯示出在專利文獻1中所述的傳統(tǒng)渦旋壓縮機。如圖6所示，在其中渦卷構件之一使得另一個渦卷構件轉動、由此使流體膨脹或壓縮的渦卷式流體機械中，渦卷構件22的渦卷主體22b的一部分或整個形狀的厚度從其中央朝著外側增大或減小。
(專利文獻1)日本專利申請?zhí)卦S公開No.H11-264387(專利文獻2)日本專利申請?zhí)卦S公開No.2000-329079
但是，在其中形成固定渦卷和盤旋渦卷的渦卷卷片由漸開線、即具有恒定半徑的圓的漸開線形成的傳統(tǒng)結構的情況下，如果確定出渦卷卷片的基圓半徑a、渦卷的漸開角(纏繞圈數(shù))、厚度t和高度h，則限制了相對于渦卷形狀的自由度，并且唯一地確定了行程容積和組合容積比，因此該傳統(tǒng)結構存在以下問題。
即，在工作在抽吸壓力和排放壓力之間的比值很大的條件下的用于冷凍的壓縮機的情況下，組合容積比必須很大。但是，為了增大組合容積比，必須增大漸開角(纏繞圈數(shù))，因此外形增大。如果要在保持外形尺寸和渦卷卷片的高度恒定的同時增大漸開角(纏繞圈數(shù))，則存在這樣一個問題，即渦卷卷片的厚度減小，強度消弱，或者行程容積減小。
作為提高組合壓縮比、行程容積、渦卷卷片厚度的設計自由度的已知示例，在專利文獻1中披露了一個例子。在該已知示例中，固定渦卷和盤旋渦卷的部分或整個渦卷卷片的厚度從這些渦卷的中心朝著外側變化。因此，組合容積比固定，同時減小了外部形狀，并且確保了中心強度。
另一方面，如果固定渦卷的渦卷卷片形成為其中渦卷卷片擴展至盤旋渦卷的渦卷卷片的卷繞末端部分的不對稱卷片形狀，則可以增大行程容積，因此可以減小渦卷卷片的高度或外部形狀尺寸。形成于盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁側上的壓縮腔室可以使在用于封入工作流體的抽吸過程中的熱接收損失和壓力損失最小化。因此，該渦旋壓縮機可以做得緊湊，并且可以減少在抽吸過程中的工作流體的損失。
但是，在形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁側上的壓縮腔室中的工作流體和在形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁側上的壓縮腔室中的工作流體，在保持這兩種工作流體之間的差異的狀態(tài)下被壓縮。因此，存在這樣一個問題，即，在壓縮過程中產(chǎn)生在壓縮腔室之間的泄漏損失。
在專利文獻1中，沒有涉及有關在不對稱卷片形狀方面減小在壓縮過程中的泄漏損失的思想。
對于不對稱卷片形狀，為了減小在壓縮過程中的泄漏損失，專利文獻2提供了一種已知的緊湊型高效渦旋壓縮機。在該已知示例中，卷片形成為樓梯形狀。這樣，雖然卷片的形狀不對稱，但是也能夠減小在壓縮期間的泄漏損失。
但是，由于卷片形成為樓梯形狀，所以存在這樣一個問題，即難以確保在樓梯部分的卷片之間的密封性能，生產(chǎn)步驟數(shù)增大，并且其成本增大。
本發(fā)明用來解決上面的傳統(tǒng)的問題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種緊湊、簡單的渦旋壓縮機，它可以減小在不對稱卷片形狀的壓縮過程中的泄漏損失。
發(fā)明的內容本發(fā)明的第一方面提供一種渦旋壓縮機，其中，渦卷卷片從端板升起的固定渦卷和盤旋渦卷相互嚙合，從而在它們之間形成壓縮腔室，并且，當盤旋渦卷沿著圓形軌道轉動并同時通過限制旋轉機構限制轉動時，所述壓縮腔室運動并同時改變其體積，從而進行抽吸、壓縮和排放操作，其中所述固定渦卷的渦卷卷片的外壁曲線和所述盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁曲線由基圓半徑被定義為“a”的漸開線曲線形成，所述固定渦卷的渦卷卷片的內壁曲線和所述盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁曲線由基圓半徑被定義為“b”的漸開線曲線形成，并且基圓半徑a和基圓半徑b之比的數(shù)值a/b被設定為大于1.0并且小于1.5的數(shù)值。
根據(jù)這個方面，由于比值a/b超過1.0，所以形成于盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁側上的壓縮腔室比形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁側上的壓縮腔室壓縮得更快，并且可以減小在壓縮過程中的泄漏損失。由于比值a/b小于1.5，所以這兩個渦卷卷片的厚度不會變得非常薄，因此可以確保渦卷卷片的強度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在第一方面的渦旋壓縮機中，所述固定渦卷的渦卷卷片的內壁曲線終止處的漸開角θa和盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁曲線終止的漸開角θb滿足關系θb＜θa＜θb+π。
根據(jù)這個方面，可以在考慮了在抽吸過程中的熱接收損失的影響和在壓縮過程中在壓縮腔室之間的泄漏損失之間的平衡的同時，優(yōu)化設計該渦旋壓縮機。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在第一或第二方面的渦旋壓縮機中，基圓半徑的圓心位置和基圓半徑b的圓心位置相互對準。
根據(jù)這個方面，由于可以減少渦卷卷片加工操作的生產(chǎn)步驟的數(shù)目，所以可以減小在壓縮過程中的泄漏損失，并且可以降低生產(chǎn)成本。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在第一或第二方面的渦旋壓縮機中，基圓半徑的圓心位置和基圓半徑b的圓心位置相互分開。
根據(jù)這個方面，形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁側上的壓縮腔室比形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁側上的壓縮腔室壓縮得更快，從而減小了泄漏損失，并且可以改變渦卷的渦卷卷片的厚度。因此，可以自由地調節(jié)渦卷卷片的強度。
本發(fā)明的第五方面提供了一種渦旋壓縮機，其中，渦卷卷片從一端板升起的固定渦卷和盤旋渦卷相互嚙合，從而在它們之間形成壓縮腔室，并且當盤旋渦卷沿著圓形軌道轉動并同時通過限制旋轉機構限制轉動時，所述壓縮腔室運動并同時改變其體積，從而進行抽吸、壓縮和排放操作，其中固定渦卷的渦卷卷片的厚度從其中心朝著其外側增大，并且盤旋渦卷的渦卷卷片的厚度從其中心朝著其外側減小。
根據(jù)這個方面，形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁側上的壓縮腔室比形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁側上的壓縮腔室壓縮得更快，并且可以減小在壓縮過程中的泄漏損失。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在第一至第五方面的任一方面的渦旋壓縮機中，制冷劑為高壓制冷劑例如二氧化碳。
這樣，減小了壓力變形，可以有效地防止磨損或異常磨損，并且可以有效減小在壓縮腔室之間的泄漏損失。


圖1為本發(fā)明第一實施方案的渦旋壓縮機的剖視圖；圖2為在該實施方案的渦旋壓縮機中的壓縮機構的剖視圖；圖3為一圖表，顯示出在該實施方案的渦旋壓縮機中壓縮腔室的容積相對于轉角的變化；圖4為一圖表，顯示出當本發(fā)明第二實施方案的渦旋壓縮機的漸開角θa在θb＜θa＜θb+π的范圍內變化時壓縮腔室的容積相對于轉角的變化；圖5為平面圖，顯示出本發(fā)明第三實施方案的渦旋壓縮機的渦卷卷片形狀；并且圖6為一平面圖，顯示出傳統(tǒng)渦旋壓縮機的渦卷主體形狀。
具體實施例方式
(第一實施方案)下面將參照這些附圖對本發(fā)明的實施方案進行說明。本發(fā)明并不限于這些實施方案。
圖1為本發(fā)明第一實施方案的渦旋壓縮機的剖視圖。與固定渦卷12嚙合的盤旋渦卷13夾在通過焊接或冷縮配合固定在容器1中的曲柄軸4的主軸承構件11和用螺栓連接在主軸承構件11上的固定渦卷12之間，由此構成一渦旋壓縮機機構2。限制旋轉機構14、例如Oldham環(huán)設在盤旋渦卷13和主軸承構件11之間。限制旋轉機構14引導盤旋渦卷13，以便阻止該盤旋渦卷13的旋轉，并且允許它沿著圓形軌道運動。盤旋渦卷13由在曲柄軸4的上端上的主軸部分4a偏心地驅動，由此使得盤旋渦卷13沿著圓形軌道運動。這樣，在從壓縮腔室15的外周邊朝著其中心運動的同時減小了形成在固定渦卷12和盤旋渦卷13之間的壓縮腔室。利用這個事實，從與容器1的外面連通的抽吸管16并且從固定渦卷12外周的抽吸口17將制冷氣體抽出，壓縮該制冷氣體以增大其壓力，壓力變得等于或大于預定值的制冷氣體從固定渦卷12的中央部分的排出口18推壓簧片閥19，并且將制冷氣體排入到容器1中，并且重復上面的動作。
圖2為該實施方案的渦旋壓縮機的壓縮機構的剖視圖。固定渦卷12的渦卷卷片12b的外壁曲線和盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁曲線由基圓半徑被定義為“a”的漸開線曲線形成。固定渦卷12的渦卷卷片12b的內壁曲線和盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的外壁曲線由基圓半徑被定義為“b”的漸開線曲線形成。作為基圓半徑a和基圓半徑b之比的比值a/b設定為大于1.0。這樣，形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁側上的壓縮腔室15b比形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的外壁側上的渦卷腔室15a壓縮得更快。
圖3為一圖表，顯示出在該實施方案的渦旋壓縮機中渦卷腔室的容積相對于轉角(曲柄軸4的轉角)的變化。實線顯示出該實施方案的渦旋壓縮機(a/b＞1.0)的容積變化，并且虛線顯示出傳統(tǒng)的不對稱渦旋壓縮機(a/b＝1.0)的容積變化。在圖3中，當轉角相同時，在壓縮腔室15b和壓縮腔室15a之間的容積比的差異與在壓縮腔室15b和壓縮腔室15a之間的壓力差成正比。也就是說，由于容積比的差異在轉角相同時更小，所以在壓縮腔室15中的泄漏更少。如果將傳統(tǒng)的不對稱渦旋壓縮機與本發(fā)明比較，則容積比更小，并且可以發(fā)現(xiàn)在壓縮腔室15中的泄漏更小。
但是，如果作為基圓半徑a和基圓半徑b之比的比值a/b設定為1.5或更大，則兩個渦卷卷片的厚度變化變得非常大，盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的卷繞末端部分的厚度和固定渦卷12的渦卷卷片12b的卷繞開始部分的厚度變得過薄，因此其強度削弱。為了確保該壓縮機的可靠性，必須將比值a/b設定為小于1.5。
如上所述，在該實施方案的渦旋壓縮機中，固定渦卷12的渦卷卷片12b的外壁曲線和盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁曲線由基圓半徑被定義為“a”的漸開線曲線形成。固定渦卷12的渦卷卷片12b的內壁曲線和盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的外壁曲線由基圓半徑被定義為“b”的漸開線曲線形成。作為基圓半徑a和基圓半徑b之比的比值a/b設定為大于1.0的數(shù)值。這樣，形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁側上的壓縮腔室15b比形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的外壁側上的壓縮腔室15a壓縮得更快，并且可以減小壓縮過程中的泄漏損失。
如果比值a/b設定為小于1.5，則由于這兩個渦卷卷片的厚度不會變得過薄，因此可以確保渦卷卷片的強度。
在該實施方案的渦旋壓縮機中，基圓半徑b的圓心位置和基圓半徑b的圓心位置相互對準。通過這個結構，可以減少渦卷卷片加工操作的生產(chǎn)步驟的數(shù)目。因此，可以降低在壓縮過程中的泄漏損失，并且可以降低生產(chǎn)成本。
可選的是，還可以將該渦旋壓縮機構造成固定渦卷12的渦卷卷片12b的厚度從其中心朝著外側增大，并且盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的厚度從其中心朝著外側(未示出)減小。通過該結構，還與該實施方案一樣，形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁側上的壓縮腔室15b比形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的外壁側上的壓縮腔室15a壓縮得更快，并且可以減少在壓縮過程中的泄漏損失。
在上述渦旋壓縮機中，構成其渦卷卷片的曲線不限于漸開線曲線，并且該曲線可以為阿基米得曲線、其半徑隨著圓的漸開角變化的漸開線曲線等。
(第二實施方案)圖4為一圖表，顯示出當本發(fā)明第二實施方案的渦旋壓縮機的漸開角θa在θb＜θa＜θb+π的范圍內變化時，壓縮腔室的容積相對于轉角的變化。圖4顯示出當固定渦卷12的渦卷卷片12b的內壁曲線終止處的漸開角θa和盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁曲線終止處的漸開角θb在θb＜θa＜θb+π的范圍內變化時，壓縮腔室15的容積相對于曲柄軸4的轉角(轉動角)的變化。
這里，提供了其中將固定渦卷12的渦卷卷片12b的內壁曲線的基圓圓心定義為原點的坐標系，并且任意方向定義為漸開角θ＝0。從前面的方向沿著逆時針方向轉動的方向被定義為漸開角的正方向。另外，提供了其中將盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的外壁曲線的基圓圓心定義為原點的坐標系Y。坐標系Y相當于通過使坐標系X轉動180°而獲得的坐標系。在下面的說明中，在本實施方案的漸開角在固定渦卷12的渦卷卷片12b的曲線的情況中顯示出基于坐標系X測量出的角度，并且在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的曲線的情況中顯示出基于坐標系Y測量出的角度。
從圖4中可以看出，即使在漸開角θb變化的情況下也可以在相同轉角的情況下減小容積比的差。也就是說，可以在除了工作流體(制冷劑)的特性之外還考慮了在抽吸過程中的熱接收損失的影響和在壓縮過程中壓縮腔室的滑移損失之間的平衡的同時，優(yōu)化設計該渦旋壓縮機。例如，如果制冷劑具有高密度并且大壓力差，可以想到，在壓縮過程中在壓縮腔室之間的滑移損失的影響大于在抽吸過程中的熱接收損失的影響。因此，可以采用這樣一種結構，其中使?jié)u開角θa更接近漸開角θb。相反，如果制冷劑具有較低的密度和較小的壓力差，則可以采用漸開角θa更接近漸開角θb+π的結構。
(第三實施方案)圖5為平面圖，顯示出本發(fā)明第三實施方案的渦旋壓縮機的渦卷卷片形狀。在圖5中，基圓半徑a的圓心位置和基圓半徑b的圓心位置彼此分開。這樣，形成在盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的內壁側上的壓縮腔室15b比形成在盤旋渦卷13的壓縮卷片13b的外壁側上的壓縮腔室15a壓縮得更快，并且在保持這個特性的同時，可以改變渦卷卷片的厚度。因此可以自由地調節(jié)渦卷卷片的強度。
(第四實施方案)在本發(fā)明的第四實施方案的渦旋壓縮機中，制冷劑為高壓制冷劑，例如二氧化碳制冷劑(未示出)。該高壓制冷劑在壓縮過程中在壓力腔室15之間具有較大的壓力差。因此，可以更加有效地降低滑移損失。在高壓制冷劑的情況中，盤旋渦卷13由于該壓力差而變形較大，并且產(chǎn)生磨傷或異常磨損，但是在本實施方案的渦旋壓縮機中，由于可以增大盤旋渦卷13的渦卷卷片13b的中央部分的厚度，所以可以抑制壓力變形，并且有效地防止磨傷和異常磨損。
具有不對稱渦卷卷片的渦旋壓縮機具有緊湊和簡單的結構，并且可以降低在壓縮期間的泄漏損失。
工業(yè)實用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的渦旋壓縮機，由于可以降低在壓縮過程中的泄漏損失并且可以將渦旋壓縮機做得緊湊，所以工作流體不限于制冷劑，并且本發(fā)明可以應用于渦卷式流體機械例如空氣渦旋壓縮機、無油壓縮機和渦旋式膨脹機。
權利要求
1.一種渦旋壓縮機，其中，渦卷卷片從端板升起的固定渦卷和盤旋渦卷相互嚙合，從而在它們之間形成壓縮腔室，并且，當所述盤旋渦卷沿著圓形軌道轉動并同時通過限制旋轉機構限制轉動時，所述壓縮腔室運動并同時改變其體積，從而進行抽吸、壓縮和排放操作，其中所述固定渦卷的渦卷卷片的外壁曲線和所述盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁曲線由基圓半徑被定義為“a”的漸開線曲線形成，所述固定渦卷的渦卷卷片的內壁曲線和所述盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁曲線由基圓半徑被定義為“b”的漸開線曲線形成，并且基圓半徑a和基圓半徑b之比的數(shù)值a/b被設定為大于1.0并且小于1.5的數(shù)值。
2.如權利要求1所述的渦旋壓縮機，其特征在于，所述固定渦卷的所述渦卷卷片的內壁曲線終止處的漸開角θa和所述盤旋渦卷的所述渦卷卷片的內壁曲線終止的漸開角θb滿足關系式θb＜θa＜θb+π。
3.如權利要求1或2所述的渦旋壓縮機，其特征在于，所述基圓半徑的圓心位置和所述基圓半徑b的圓心位置相互對準。
4.如權利要求1或2所述的渦旋壓縮機，其特征在于，所述基圓半徑的圓心位置和所述基圓半徑b的圓心位置相互分開。
5.一種渦旋壓縮機，其中，渦卷卷片從端板升起的固定渦卷和盤旋渦卷相互嚙合，從而在它們之間形成壓縮腔室，并且當所述盤旋渦卷沿著圓形軌道轉動并同時通過限制旋轉機構限制轉動時，所述壓縮腔室運動并同時改變其體積，從而進行抽吸、壓縮和排放操作，其中所述固定渦卷的渦卷卷片的厚度從其中心朝著其外側增大，并且所述盤旋渦卷的渦卷卷片的厚度從其中心朝著其外側減小。
6.如權利要求1至5中任一項所述的渦旋壓縮機，其特征在于，制冷劑為高壓制冷劑、例如二氧化碳。
全文摘要
一種渦旋壓縮機，其中，固定渦卷的渦卷卷片的外壁曲線和盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁曲線由基圓半徑被定義為“a”的漸開線曲線形成，固定渦卷的渦卷卷片的內壁曲線和盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁曲線由基圓半徑被定義為“b”的漸開線曲線形成，并且基圓半徑a和基圓半徑b之比的數(shù)值a/b被設定為大于1.0并且小于1.5的數(shù)值。通過這種結構，形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的內壁側上的壓縮腔室比形成在盤旋渦卷的渦卷卷片的外壁側上的壓縮腔室壓縮得更快，并且可以減小在壓縮過程中的泄漏損失。
文檔編號F04C29/02GK1748086SQ20048000384
公開日2006年3月15日 申請日期2004年10月14日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者鶸田晃, 澤井清, 森本敬, 二上義幸, 辻本力 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社