專利名稱：具有減壓的推力面的蝸卷元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機(jī)，特別涉及渦旋式壓縮機(jī)。
渦旋式壓縮機(jī)廣泛地用于家用或辦公室的空調(diào)系統(tǒng)。渦旋式壓縮機(jī)典型地包括一固定的蝸形元件及相對固定蝸形元件作繞軌道運行的作繞軌道運行的蝸形元件。各蝸形元件具有設(shè)成螺旋曲線的蝸卷，其與另一個蝸形元件上的蝸卷接合以形成壓縮致冷劑的壓縮袋。壓縮袋從蝸卷的外周邊到蝸形元件的中心體積減小以壓縮致冷劑。在蝸形元件的中部發(fā)生壓縮致冷劑的高壓排出。
各蝸形元件具有一精確機(jī)加工的平表面或底部。各蝸形元件的螺旋卷的唇部與鄰近的蝸卷元件上的平表面密封接合。在吸氣壓力及排氣壓力之間的一個位置與一個壓力袋連接的一個中間壓力口供入作繞軌道運行的蝸卷元件的背室把作繞軌道運行的蝸形元件及固定蝸形元件頂入合適的密封接合。由中間壓力背室提供的力必須克服在壓縮袋中傾向分離蝸形元件的氣體力，也必須克服當(dāng)致冷劑在相配的蝸卷之間壓縮時由致冷劑的切向氣體力引起的樞轉(zhuǎn)力矩。
由于在蝸形元件的蝸卷唇部及平表面之間要求較多的機(jī)加工及精密的精度，就要求發(fā)展工藝，其能減小交界面的復(fù)雜性及高的花費，又要保持對合適操作渦旋式壓縮機(jī)必要的密封關(guān)系。
按照本發(fā)明的一方面，提供了一種蝸形元件，具有一平表面及一蝸卷，其形成從內(nèi)點延伸到外點的螺旋曲線，平表面延伸超出外點到蝸形元件的周邊。在蝸卷元件中設(shè)一非接觸區(qū)域，穿過外點和周邊之間的平表面。
按照本發(fā)明的另一方面，平表面的一部分從非接觸區(qū)域延伸到周邊。按照本發(fā)明又一方面，非接觸區(qū)域延伸到周邊。
按照本發(fā)明的再一個方面，蝸形元件是一個固定蝸形元件，通過切向的氣體力的作用，作繞軌道運行的蝸形元件繞固定蝸形元件的平表面在外點和非接觸區(qū)域之間的一部分作繞樞軸轉(zhuǎn)動。
通過下面參照附圖的詳細(xì)說明會更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，附圖中

圖1是構(gòu)成本發(fā)明第一實施例的渦旋式壓縮機(jī)中的蝸形元件的剖面圖；圖2是示出非接觸區(qū)域的固定蝸形元件的頂視圖；圖3是作用在繞軌道運行的蝸形元件上的力的示意圖；圖4是在中間壓力室中抵消由切向的氣體力產(chǎn)生的力矩的中間壓力的變化的示意圖；圖5是壓力與壓縮循環(huán)中的轉(zhuǎn)動的關(guān)系的曲線圖，示出在壓力袋中的壓力增加；圖6是要求的半徑與壓縮機(jī)曲柄角度之間的關(guān)系的曲線。
參見附圖，其中相應(yīng)的標(biāo)號表示與另外的圖，特別是圖1中相似的或相應(yīng)的零件，圖1示出了一個渦旋式壓縮機(jī)10，壓縮機(jī)可對家居、辦公室或其它應(yīng)用中致冷循環(huán)中用的致冷劑進(jìn)行壓縮。渦旋式壓縮機(jī)包括一固定蝸形元件12及一個繞軌道運行的蝸形元件14。固定蝸形元件具有一個蝸卷16，其從平表面18的底面部分18A延伸出，并限定了一個外蝸卷面20及一個內(nèi)蝸卷面21。平表面18由底面部分18A及沿著蝸形元件12的軸線123與底面部分18A隔開的同心的環(huán)形部分18B形成。繞軌道運行的蝸形元件14限定一個從平表面24延伸出的蝸卷22，該蝸卷22限定了內(nèi)蝸形表面26及外蝸形表面27。
眾所周知，固定蝸形元件12固定在壓縮機(jī)內(nèi)，而繞軌道運行的蝸形元件14在一個圓中繞軌道半徑作繞軌道運行同時由十字聯(lián)軸節(jié)阻止其相對固定蝸形元件轉(zhuǎn)動。
各蝸卷16,22限定了密封唇28，其以足夠的力與平表面18或24接合，在它們之間產(chǎn)生密封。如圖2明顯可見，固定渦形元件12的密封唇28并入其平表面18的環(huán)形部分18B。因此環(huán)形部分18B也可稱為固定渦形元件12的密封唇18B的一部分。類似地，隨著繞軌道運行的渦形元件14相對固定渦形元件12作繞軌道運行，渦卷表面20,21,26和27相互接合限定了多個壓縮袋，使渦形元件的外邊緣30,32到渦形元件中心的體積減小。典型地，在靠近渦形元件中心線處設(shè)有排氣口，排出在中心處最大壓縮點的致冷劑。
參見圖3，說明作用在繞軌道運行的渦形元件14上的力。
作繞軌道運行的渦卷元件14有背面34，從其上延伸出圓柱形支承元件36。軸承元件36裝在渦旋式壓縮機(jī)的曲軸(未示出)內(nèi)。曲軸典型地由電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)動使繞軌道運行的渦形元件14作繞軌道運行。曲軸借助通過支承中心點44作用的支承力Fo/s驅(qū)動繞軌道運行。
渦旋式壓縮機(jī)外殼(未示出)的一部分構(gòu)成面對繞軌道運行的渦形元件14的背面34的表面。在背面34和渦卷壓縮機(jī)外殼的面對表面之間設(shè)有兩個密封件45,47，限定了一個中間壓力室38。壓力室38通過在背面34和平表面24之間延伸的中間壓力口40與渦形元件12和14的渦卷之間形成的壓縮袋中的一個連接。室38中的壓縮氣體產(chǎn)生一力Fip，其沿著繞軌道運行的渦形元件14的軸線125作用以保持渦卷的密封唇與平表面18,24密封接合。
隨著渦旋式壓縮機(jī)操作使渦形元件的渦卷之間的致冷劑壓縮，壓縮下的氣體產(chǎn)生一切向的氣體力，其由支承力Fo/s部分平衡但仍作用通過距離Z1，該距離代表切向的氣體力的有效矢量和繞軌道運行的渦形元件14之間的力矩臂。該切向的氣體力產(chǎn)生繞點44的力矩，其傾向使渦卷元件傾斜，及使渦形元件的密封唇28與元件的平的密封表面18,24分離。另外，在渦形元件之間壓縮的氣體產(chǎn)生一軸向力Fag，其傾向沿著軸線123,125分離渦形元件。(在渦卷壓縮機(jī)正常工作中軸線123,123保持平行，但是在壓縮機(jī)的繞軌道運行的半徑處，軸線125繞軸線123作繞軌道運行)。力矩及軸向力被中間室38中作用在背面34的壓縮的致冷劑的力平衡，如箭頭42所示，其形成力Fip。抵抗力矩的力是頂端止推力Ftt，其是根據(jù)Ftt=Fip-Fag計算的結(jié)果。該力Ftt作用通過限定為R(如圖1所示)的力矩臂，該處繞軌道運行的渦形元件14的平表面24相對固定的渦形元件12的平表面18作繞樞軸轉(zhuǎn)動。在普通的渦旋式壓縮機(jī)中，平表面18,24延伸到接近或在蝸形元件的外邊緣30及32，樞軸接近邊緣處。
各種力是動力的。例如，室38中的中間壓力隨著繞軌道運行的蝸形元件14的完整的繞軌道運行而改變，如圖4所示。隨著作繞軌道運行的渦形元件14相對于固定的渦形元件12的繞軌道運行，一個特殊的壓縮袋將在壓力口40上方移動。隨著作繞軌道運行的渦形元件14繼續(xù)其繞軌道的運行，壓縮袋的體積降低，在袋中及室38中的壓力增加直到在最大壓力點46壓縮袋移動到壓力口40的徑向里面。隨后下一個壓縮袋在較低的中間壓力打開在壓力口40上，使室38中的壓力突然降到最低壓力48，再開始一新的循環(huán)。在繞軌道運行的渦形元件14的各完整的軌道運行中發(fā)生最大及最小的壓力差。類似地，中間壓力室38通過其作用來對抗切向的氣體力矩的螺卷壓縮機(jī)10的半徑R隨繞軌道運行的渦形元件的轉(zhuǎn)動而變化，如圖6中線50所示。連接圖6中菱形點的線52圖示了理想的要求半徑R與曲柄的角度之間的關(guān)系，該角度對于在該曲柄角度下防止翻轉(zhuǎn)可得到的中間力是必須的。切向氣體力本身會改變，可引起變化的頂端力矩，如圖6的線52所示。由正方形數(shù)據(jù)點示出的線50表示在實際渦旋式壓縮機(jī)10中可得到的半徑，其是在任一給定的曲柄角度下形成樞轉(zhuǎn)點的點66和由形成非接觸區(qū)域56、62產(chǎn)生的渦旋式壓縮機(jī)的中心線之間任意給定的距離下限定的。在沒有非接觸區(qū)域的普通渦旋式壓縮機(jī)中，半徑是直線53(如圖6所示)，其表示在普通渦旋式壓縮機(jī)中的半徑是比較恒定的，并形成在固定的及繞軌道運行的蝸形元件的外邊緣之間的接觸線處。在普通的渦旋式壓縮機(jī)中，半徑必須超過在要求的半徑52中的最大半徑以防止翻轉(zhuǎn)。但是，隨著在完整的360°周期中要求的半徑52從最大的要求的半徑明顯地下降，在普通的渦旋式壓縮機(jī)的要求的半徑與恒定的半徑之間的任一給定的曲柄角度下的分離代表平衡力明顯地超過對簡單抵消翻轉(zhuǎn)力需要的力的狀況，這導(dǎo)致了不必要的摩擦損失。在本發(fā)明中，建議使由非接觸區(qū)域56,62限定的可得到的半徑線50盡可能如實際那樣緊密地跟蹤要求的半徑線52的輪廓。
圖5示出當(dāng)壓縮袋徑向向內(nèi)移動并由蝸形元件壓縮時壓縮袋中的氣體壓力的增加。當(dāng)壓縮袋開始形成在靠近蝸形元件外緣處在蝸形元件之間，致冷氣體在較低的吸氣壓力P1下。當(dāng)作繞軌道運行的蝸形元件14作繞軌道運行及壓縮袋朝著蝸形元件的中心線徑向向里移動，壓力升高。在點54，蝸卷袋在排氣壓力P2下開始通過排氣口排入壓縮機(jī)的高壓側(cè)。對于作繞軌道運行的蝸形元件的一轉(zhuǎn)，排氣口開口通到壓縮體積，壓力保持比較恒定。在一個典型的渦旋式壓縮機(jī)中，在壓縮袋從吸氣側(cè)移動到排氣側(cè)之前，作繞軌道運行的蝸形元件14可轉(zhuǎn)動21/2轉(zhuǎn)。雖然圖5一般地示出了氣體壓力增加到排氣壓力P2，根據(jù)渦旋式壓縮機(jī)的具體設(shè)計，在中間袋中的壓力可超過實際的排氣壓力。當(dāng)設(shè)計為較高的壓比(例如2.5)的壓縮機(jī)中用較低的壓比(例如2.0)比較容易發(fā)生這一情況。因此，雖然一般使中間壓力口40朝渦旋式壓縮機(jī)排氣口徑向向里移動會傾向使中間室中的壓力增加，但并不總是如此。如果中間壓力口的大部分停頓時間是在壓縮袋已開口到排氣壓力時的一個間隔中，并且排氣壓力低于封閉的袋開口到排氣口之前達(dá)到的壓力，那么平均的中間壓力實際是小的。
參照圖1及2，說明本發(fā)明的一個明顯的優(yōu)點。渦形元件12，14的以前設(shè)計一般有平表面18,24，其在蝸形元件的中心線與蝸卷元件的外卷30,32之間延伸。特別是，平表面18的環(huán)形部分18B設(shè)成在其整個范圍為精確的平表面(向外到線86)。但是，固定的蝸形元件12具有環(huán)形的非接觸區(qū)域56，其徑向在平表面18的一部分58和在外緣30處的平表面18的部分60之間延伸。類似地，一個環(huán)形的非接觸區(qū)域62設(shè)成穿過作繞軌道運行的蝸卷元件14的平表面24，該區(qū)域從平表面24的部分64延伸到作軌道運行的蝸形元件14的外緣32。
參見圖2，圖中示出固定蝸形元件12的外緣30。線86代表普通設(shè)計中平表面18的精確機(jī)加工部分的外緣。在線86及外緣30之間的環(huán)形空間通常設(shè)有螺栓孔以把蝸形元件用螺栓固定在壓縮機(jī)中，其是沒有精確地機(jī)加工的。線88代表對在車加工操作中防止與蝸卷密封唇28干涉所需要在車床上的旋轉(zhuǎn)圓。因此，本發(fā)明的一個可能的實施例是使非接觸區(qū)域56成形為線86和88之間的環(huán)形區(qū)域。線90代表避免與蝸卷密封唇28干涉的最大的潛在的非接觸區(qū)域的極限，本發(fā)明的另一個實施例可產(chǎn)生在線86和90之間的非接觸區(qū)域56。點92代表工作的螺旋或蝸卷16的端部。
該設(shè)計有很多優(yōu)點。過去，從部分56到靠近外緣30的線86的整個平表面18和從蝸卷22到外緣32的整個平表面24必須以比較高的精度形成。在平表面上的任何凸起、凹槽或波會中斷渦旋式壓縮機(jī)的光學(xué)操作。雖然隨著渦旋式壓縮機(jī)操作，這些表面缺陷會磨平，但是這使得有比較長的工作時間蝸卷壓縮不是在最大的效率下工作。另外，靠近作繞軌道運行的蝸形元件14的邊緣32處，通過形成蝸形元件14必要的操作，包括夾住蝸形元件進(jìn)行機(jī)加工常會產(chǎn)生豎起的卷邊。在對渦旋式壓縮機(jī)加工時，卷邊也要求相當(dāng)?shù)募庸ひ恢钡骄磉吥テ降狡奖砻妗?br> 在本發(fā)明的設(shè)計中，作繞軌道運行的蝸形元件14將繞在固定蝸形元件12的部分58處設(shè)的樞轉(zhuǎn)點66作樞轉(zhuǎn)，使力矩半徑R從現(xiàn)有的設(shè)計再往里移動。由于有非接觸區(qū)域56,62，樞轉(zhuǎn)點66的位置更加可預(yù)測及是穩(wěn)定的，允許渦旋式壓縮機(jī)有最大效率的理想設(shè)計。唯一要求的密封是在蝸形元件的密封唇28及在平表面18,24上的與唇接合的部分。非接觸區(qū)域要足夠深以防止在正常操作中蝸形元件在包括點66的一個圓的外面接觸。當(dāng)然，當(dāng)作繞軌道運行的蝸形元件相對固定蝸形元件作繞軌道轉(zhuǎn)動時，點66沿部分58的整個外緣移動。如果非接觸區(qū)域56足夠深，對實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點，另一非接觸區(qū)域62就不是必須的。平表面18,24在蝸卷唇徑向外面的大的部分之間的接合對要求的密封作用是沒有幫助的。但是，在過去的沒有非接觸區(qū)域56,62的設(shè)計中，這些表面18,24是相接合的，產(chǎn)生摩擦力并產(chǎn)生了泄漏通道。
由于本發(fā)明減小了半徑R，可調(diào)節(jié)中間壓力以補(bǔ)償力矩臂的減小。為實現(xiàn)這一點，中間壓力口40可從位置68徑向向內(nèi)移到位置70，位置68用以使無非接觸區(qū)域56,62的渦旋式壓縮機(jī)性能最佳化。在位置70，中間壓力口40與壓力袋連通，該袋對排氣壓力更敏感，導(dǎo)致在高壓比狀態(tài)有高的平均中間壓力，使室38有較高的平均壓力。因此，較高的平均壓力產(chǎn)生了對高的壓比操作必要的附加力Fip。
雖然附圖中示出了本發(fā)明的一個實施例，并在上面作了詳細(xì)說明，但應(yīng)明白本發(fā)明不局限于上述的實施例，在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)可以作出很多種安排，改型及零部分的替換。
權(quán)利要求
1．一種渦旋式壓縮機(jī)的蝸形元件，具有一平表面及一蝸卷，蝸卷具有從蝸形元件的內(nèi)點延伸到外點的蝸卷表面；所述的平表面延伸超出蝸卷表面的外點到蝸形元件的周邊；一個非接觸區(qū)域設(shè)在蝸形元件中通過蝸卷表面的外點及周邊之間的平表面。
2．按照權(quán)利要求1的蝸形元件，其特征在于所述的平表面的一部分從蝸卷的外點延伸到所述的非接觸區(qū)域，所述的非接觸區(qū)域延伸到周邊。
3．按照權(quán)利要求1的蝸形元件，其特征在于所述的平表面的一部分從非接觸區(qū)域延伸到蝸形元件的周邊。
4．按照權(quán)利要求1的蝸形元件，其特征在于它是一個固定的蝸形元件。
5．按照權(quán)利要求1的蝸形元件，其特征在于它是一個繞軌道運行的蝸形元件。
6．一個渦旋式壓縮機(jī)，包括一個固定的蝸形元件，具有一平表面及一個蝸卷，所述的蝸卷具有一蝸卷表面，從平表面的內(nèi)點延伸到外點，平表面從外點延伸到固定蝸形元件的周邊，非接觸區(qū)域設(shè)在蝸卷元件中，通過外點及周邊之間的平表面；一個繞軌道運行的蝸形元件，具有一平表面及一蝸卷，所述的蝸卷具有一蝸卷表面，從平表面的內(nèi)點延伸到外點，所述的平表面延伸超出外點到作繞軌道運行的蝸形元件的周邊，一非接觸區(qū)域設(shè)在蝸形元件中，通過外點及作繞軌道運行的蝸形元件的周邊之間的平表面；所述的作繞軌道運行的蝸形元件具有一背面，其一部分暴露到中間壓力中抵抗切向的氣體壓力的頂端力矩，所述的作繞軌道運行的蝸形元件繞著設(shè)在固定蝸形元件上在固定的蝸形元件的外點及固定蝸形元件的非接觸區(qū)域之間的一點相對于固定蝸形元件作繞樞軸轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種渦旋式壓縮機(jī),包括固定的蝸形元件(12)及作繞軌道運行的蝸形元件(14)。各蝸形元件有一平表面(18,24),從元件的蝸卷延伸到元件的周邊。在各蝸形元件設(shè)非接觸區(qū)域(56,62)通過平表面,使與徑向氣體力對抗的中間壓力的有效樞轉(zhuǎn)點徑向向里朝蝸形元件的中心移動。結(jié)果摩擦力減小,蝸形元件中工作要求工作的時間減小。
文檔編號F04C18/02GK1209862SQ97191449
公開日1999年3月3日 申請日期1997年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月17日
發(fā)明者約翰·羅伯特·威廉斯, 喬·托德·黑爾, 吉恩·邁克爾·菲爾德斯 申請人:蝸卷技術(shù)公司