帶有耐磨板機構的渦旋式流體容積裝置的製作方法
2023-12-01 08:56:06 1
專利名稱：帶有耐磨板機構的渦旋式流體容積裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種渦旋式流體容積裝置，特別是涉及一種用於渦旋式流體壓縮機中的渦旋件的螺旋形渦卷的耐磨板機構。
在現有技術中，渦旋式流體容積裝置已是公知技術。比如，美國專利第5,249,943號公報，就公開了一種帶有兩個渦旋件的渦旋式流體容積裝置的基本結構，每個渦旋件都有一端板和從端板伸出的螺旋形或漸開線形渦卷，其中公開的內容可作為參考結合在本文中。這兩個渦旋件保持一定角度和徑向的偏移量，使兩個螺旋形渦卷相互配合，在它們的螺旋曲面間形成一組線接觸，從而密封並形成至少一對流體腔。兩個渦旋件的相對公轉運動使線接觸沿著螺旋曲面移動，因此，改變了流體腔的體積。流體腔的體積根據公轉運動的方向增加或減小。這樣，渦旋式裝置可以壓縮、膨脹或泵送流體。
同傳統的活塞型壓縮機相比較，渦旋式壓縮機有一定的優點。比如，使用較少的部件，可允許流體的連續壓縮。但是，渦旋式壓縮機的問題之一是難於密封流體腔。在渦旋式壓縮機中必須保持流體腔的軸向和徑向密封以得到高效率的運轉。流體腔由相互配合的螺旋形渦卷的線接觸和一螺旋形渦卷的軸向端面與對面端板的內端面間的軸向接觸形成。
許多技術已經用於解決密封問題，特別是關於軸向密封。在美國專利第3,994,636號公報中，公開了一種安裝在形成於每一螺旋形渦捲軸向端面的槽內的密封件，其中公開的內容可作為參考結合在本文中。在每一槽內的軸向推力裝置，如彈簧，朝著面對端板的端面的方向推動密封件，從而實現軸向密封。
由於上述專利中的利用一彈簧或其它軸向推力機構朝著面對端板的端面方向推動密封件，經過一段時間，在密封件的端面和渦旋件的端板之間發生磨損，特別是當重量輕的合金，如鋁合金用作渦旋件的材料時，更是如此。
在美國專利第4,047,855號公報中，公開了關於磨損問題的一個解決方法，其中公開的內容可作為參考結合在本文中。這個專利公開了一個漸開線形耐磨板，設置在螺旋形渦卷的軸向端面和相對端板的內端面之間。這個漸開線形損耗板覆蓋了端板的表面區域，在公轉運動過程中，另一螺旋形渦卷在此處形成軸向接觸。從而防止了過度的損耗或磨損。
應該注意的是，在渦旋式壓縮機中，相互配合的螺旋形渦卷，通常由重量輕的合金，如鋁合金製造，受當流體流到壓縮機中心時壓力升高、體積減少所造成的幾個溫度區的影響。最高的溫度存在於壓縮機中心處，是由於這個腔具有最小的體積和最高溫度。這導致螺旋形渦卷中心處的熱膨脹大於其它部位。由於鋁合金的熱膨脹係數通常大於鋼，溫度變化對鋁的影響也大於鋼。當螺旋形渦卷中心熱膨脹時，漸開線形耐磨板的中心承受著比徑向外部大的應力。結果，螺旋形渦卷的中心更易受到損害和失效。
另外，日本實用新型專利第JP SHO 63-41589公報中，公開了一種渦旋式壓縮機，它的耐磨板也設置在螺旋形渦卷的端面和相對端板的內端面之間，其中公開的內容可作為參考結合在本文中。螺旋形渦卷的軸向端面帶有一形成在其中心部位的凹槽部分。這個凹槽部分使得耐磨板依據螺旋形渦卷的熱膨脹更深的放置。因此，這種結構可以利用耐磨板的局部降低而吸收熱膨脹。
但是，這種結構使漸開線形耐磨板的中心部位由於彎曲而反覆地承受高應力。這樣，耐磨板的中心部位易受到磨損、損害和失效。
本發明的一個目的是提供一種帶有耐磨板機構的渦旋式流體或冷卻容積裝置，這個耐磨板機構防止了耐磨板的過度磨損和每一渦旋件的螺旋形渦卷的損害。
本發明的另一目的是提供一種具有長使用壽命的流體容積裝置。
依據本發明，一種流體容積裝置，包括一帶有流體入口和流體出口的殼體，第一渦旋件和第二渦旋件。每個渦旋件具有一端板和從端板的一側伸出的螺旋形渦卷。這些渦卷以一定角度和徑向偏移量相互配合，在它們的螺旋曲面間形成一組線接觸，這些線接觸形成了至少一對密封流體腔。渦旋件中的一個是公轉渦旋件，另一個是固定渦旋件。一帶有由殼體可旋轉地支撐的牽引軸的驅動機構，與公轉渦旋件可操作地連接，通過驅動軸的旋轉引起公轉渦旋件相對於另一渦旋件作公轉運動，從而改變流體腔的體積。
第一耐磨板設置在第一渦旋件的端板的內表面，並從相鄰於第一渦旋件端板的內表面徑向中心部位的第一位置延伸到第一渦旋件的螺旋形渦卷的外終端的徑向和螺旋方向向內處的第二位置，一軸向間隙在第一渦旋件端板的內表面徑向中心部位和第二渦旋件的渦卷的徑向內端之間形成，以便第二渦旋件的螺旋形渦卷的徑向內端不與第一渦旋件的端板的內表面徑向中心部位接觸。
下面通過參照附圖詳細講解本發明的最佳實施例，可以理解本發明的其它目的、特徵和優點。
圖1是依據本發明一實施例的渦旋式流體壓縮機的剖面圖。
圖2是依據本發明一實施例的渦旋式流體壓縮機的固定渦旋件的放大正視圖。
圖3是沿著圖2中線I-I的固定渦旋件的局部放大圖。
圖4是依據本發明一實施例的渦旋式流體壓縮機的固定渦旋件的正視圖。
圖5是依據本發明一實施例的渦旋式流體壓縮機的固定渦旋件的局部放大正視圖。
圖6是沿著圖5中線II-II的固定渦旋件的局部放大圖。
圖7是依據本發明一實施例的渦旋式流體壓縮機的公轉渦旋件的放大正視圖。
參見圖1，依據本發明的流體容積裝置以渦旋式流體壓縮機構100顯示。
壓縮機構單元100包括帶有安裝在杯形外殼12上的前端板11的壓縮機殼體10。
開口111在前端板11的中部形成，用於使驅動軸14穿過其中。環形突起112在前端板11的後端面上形成。環形突起112面向杯形外殼12並與開口111同心。環形突起112的外圓周表面延伸到杯形外殼12的開口內壁裡面，使得杯形外殼12的開口由前端板11遮蓋。0形環114放置在環形突起112的外圓周表面和杯形外殼12的開口內壁間，來密封前端板11和杯形外殼12的配合面。
環形襯套15從前端板11的前端表面伸出，環繞著驅動軸14。環形襯套15形成一軸密封腔。在如圖1所示的實施例中，環形襯套15與前端板11製成一體。環形襯套15也可以與前端板11相分離地形成。
驅動軸14由環形襯套15通過位於環形襯套15前端內的軸承118可旋轉地支撐著。驅動軸14在內端有一盤29。盤29由前端板11通過位於前端板11的開口111內的軸承13可旋轉地支撐著。軸密封組件16在環形襯套15的軸密封腔內與驅動軸14配合。
皮帶輪132由軸承133可旋轉地支撐，它套在環形襯套15的外表面上。電磁線圈134利用支撐板135固定於環形襯套15的外表面之上，並位於皮帶輪132的環形腔內。銜鐵板136彈性地支撐在驅動軸14的外端。皮帶輪132、電磁線圈134和銜鐵板136組成了一個磁式離合器。在工作中，由諸如汽車發動機等的外部動力源通過磁式離合器等旋轉傳動裝置帶動驅動軸14。
位於杯形外殼12內腔的若干元件包括固定渦旋件17、公轉渦旋件18、用於公轉渦旋件18的驅動機構、以及公轉渦旋件18的防止旋轉/止推軸承裝置20。杯形外殼12的內腔形成於杯形外殼12的內壁和前端板11的後端面之間。
固定渦旋件17包含一個環形端板171，一個固定於或突伸於環形端板171的一側面的螺旋形渦卷172，沿軸向從環形端板171的另一側面伸出的數個內螺紋凸臺173。每個凸臺173的軸向端面安裝於杯形外殼12的底板部分120的內表面上，並通過擰入凸臺173的螺栓21固定。這樣，固定渦旋件17固定於杯形外殼12的內腔。固定渦旋件17的環形端板171將杯形外殼12的內腔分成前腔23和後腔24。密封圈22位於環形端板171的圓周槽內，在杯形外殼12的內壁和環形端板171的外表面間進行密封。固定渦旋件17的螺旋形渦卷172位於前腔23內。
杯形外殼12有一流體入口和流體出口(未顯示)，它們分別與前腔23和後腔24相通。排出口174穿過靠近螺旋形渦卷172中心處的環形端板171而形成。一個簧片閥38關閉排出口174。
位於前腔23內的公轉渦旋件18包括一個環形端板181和一個固定於或突伸於環形端板181的一側面的螺旋形渦卷182。螺旋形渦卷172和182以180°的偏移角和一預定徑向偏移量相互配合。螺旋形渦卷172和182在它們的配合面之間形成了至少一對密封流體腔。公轉渦旋件18通過軸承34由軸套19可旋轉地支撐，軸承34位於軸套19的外緣面和軸向突伸於公轉渦旋件18的環形端板181端面的環形凸臺183的內表面之間。軸套19和圓盤29的內端在相對驅動軸14一徑向偏移點或偏心點處相連接。
防止旋轉/止推軸承裝置20位於前端板11的內端面與前端板11對置的環形端板181的端面之間。防止旋轉/止推軸承裝置20包括系在端板11的內端面的固定環201，系在與前端板11對置的環形端板181的端面上的公轉環202和位於由環201和環202形成的腔內的滾珠等一些軸承元件203。前端板11通過滾珠203承受公轉渦旋件18產生的軸向推力載荷。
現在參照圖1-7，每個螺旋形渦卷172和182包括一位於其軸向端面的槽41。密封件40位於槽41內，在每個環形端板171、181的端面與每個密封件40的軸向端面間進行密封。
現在參照圖2-4，固定渦旋件17包括一形成於環形端板171的內表面上的槽部分175。槽部分175具有漸開線形狀，在螺旋形渦卷172壁間的螺旋形區域內形成。槽部分175從靠近排出口174的第一位置延伸到螺旋形渦卷172外終端172t的徑向和螺旋方向向內處第二位置。
現在參照圖1-3，漸開線形耐磨板26，用硬金屬，如硬化鋼製造，緊密地插入環形端板171的內表面176的槽部分175，以防止環形端板171的內表面176和螺旋形渦卷182的軸向端部間的磨損，並使磨損最小，降低渦旋件的損耗。
另外，插入槽部分175內的漸開線形耐磨板26的徑向內端部，終止在鄰接於固定渦旋件17的排出口174的位置，以便漸開線形耐磨板26不會蓋住或堵塞排出口174。
圖3顯示了槽部分175的深度A和漸開線形耐磨板26的厚度T之間的關係。這一關係可用下面公式表示(T-α)-(A+β)＝γ(1)其中γ是形成於漸開線形耐磨板26的軸端和環形端板171的內表面176間的最小間隙。漸開線形耐磨板26的厚度T有一配合公差α，槽部分175的深度A有一配合公差β。
最好，γ的值是使螺旋形渦卷182的密封件40不與環形端板171的內表面176在環形端板171的中部接觸，γ的值最好約為20-100μm。
現在參照圖3和圖4，槽部分175帶有一對形成在其徑向兩側面的邊壁175a和175b。每個邊壁175a和175b由帶倒圓的半圓形或半圓形組成線、直線和螺旋線組成。倒圓或組成線具有大於如圖4中所示用端銑加工的曲率半徑。
另外，如圖5所示，插入槽部分175內的漸開線形耐磨板26的徑向最外部，終止在鄰接於固定渦旋件17的螺旋形渦卷172的外終端172t的位置，使漸開線形耐磨板26不是從螺旋形渦卷172的外終端172t上螺旋地突出或徑向向外伸出。在容積裝置工作過程中，螺旋形渦卷182的軸端不會與突伸於螺旋形渦卷172的外終端172t的漸開線形耐磨板26的部分接觸，從而允許漸開線形耐磨板26這部分搖擺。
圖6顯示了槽部分175的深度A和靠近螺旋形渦卷172的外終端172t的漸開線形耐磨板26的厚度T之間的關係。這一關係也可用圖3中的公式(1)表示。
圖7顯示了帶有類似於固定渦旋件的耐磨板機構的公轉渦旋件。公轉渦旋件18帶有一形成於其環形端板181的內表面186上的槽部分185。槽部分185具有漸開線形狀，在螺旋形渦卷182的壁間的螺旋區域中形成。槽部分185從靠近環形端板181的內表面186中心處的第一位置延伸到螺旋形渦卷182外終端182t內側的第二位置。由硬金屬，如硬化鋼製成的漸開線形耐磨板27，插入環形端板181的內表面186的槽部分185內，來減少或消除環形端板181的內表面186和螺旋形渦卷172軸端間的磨損，並減少渦旋件的磨耗、減少或消除損耗。
此外，漸開線形耐磨板27不是蓋在環形端板181的內表面186的徑向中心部位，也不是從螺旋形渦卷182的外終端182t螺旋地伸出或徑向向外伸出。
因此，如圖4和圖7中所示，儘管漸開線形耐磨板26和27放置在適當的位置，但漸開線形耐磨板26和27彼此具有相固形狀，以使它們彼此呈鏡像設置。
再回來參照圖1，在渦旋式流體壓縮機的上述結構中，流體從外部流體循環中通過入口(未顯示)導入壓縮機構中的流體腔。流體腔具有形成於螺旋形渦卷172和182之間的敞開區域。當公轉渦旋件18公轉時，流體腔中的流體運動到螺旋形渦卷的中部並被壓縮。壓縮流體通過排出口174從流體腔流出到後腔24。壓縮流體接著從流體出口(未顯示)排出到外部流體循環中。
依據本發明，一預定間隙在固定、公轉渦旋件的端板的內表面中部與固定、公轉渦旋件的螺旋形渦卷的軸端之間形成。這樣，即使當螺旋形渦卷的中部熱膨脹時，螺旋形渦卷的軸端不用承受由漸開線形耐磨板導致的應力。結果，螺旋形渦卷的中部不會受到損害和失效。
此外，這種結構由於單個漸開線形耐磨板既可用在固定渦旋件也可用在公轉渦旋件中，因而成本低、製造簡單。
儘管已經聯繫最佳實施例講述了本發明，但本發明並不限於此。實施例和特徵只是以例子的方式公開而已。對於本領域普通技術人員而言，很容易理解，利用在本發明附屬的權利要求的範圍內，可以對本發明做出多種變型和改進。
權利要求
1.一種渦旋式流體容積裝置，包括帶有流體入口和流體出口的殼體；第一渦旋件和第二渦旋件，這兩個渦旋件中的每一個都有一端板和從端板一側伸出的螺旋形渦卷，螺旋形渦卷以一定角度和徑向偏移量相互配合，以便形成一組的接觸線，從而至少形成一對密封的流體腔，其特徵在於，第一渦旋件和第二渦旋件中的一個是公轉渦旋件，另一個是固定渦旋件；驅動機構，包括由所述殼體可旋轉地支撐著的驅動軸，通過驅動軸的旋轉，引起公轉渦旋件的公轉運動，從而改變流體腔的體積；第一耐磨板，設置在第一渦旋件的端板內表面上，並從與第一渦旋件的端板內表面徑向中心部位相鄰的第一位置延伸到第一渦旋件螺旋形渦卷的外終端的徑向和螺旋方向向內處第二位置；以及，一軸向間隙，在所述第一渦旋件的端板內表面的徑向中心部位和第二渦旋件的螺旋形渦卷的徑向內端之間形成，以便第二渦旋件的螺旋形渦卷的徑向內端不會與第一渦旋件的端板內表面的徑向中心部位接觸。
2.如權利要求1所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，所述軸向間隙大於20μm，小於或等於100μm。
3.如權利要求1所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，還包括與第一耐磨板形狀大致相同的第二損耗板，該第二耐磨板設置在第二渦旋件的端板內表面上。
4.如權利要求1所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，所述每個第一渦旋件和第二渦旋件的螺旋形渦卷都具有一軸向端面，每個軸向端面都有一密封件設置在那裡。
5.如權利要求1所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，還包括一在固定旋件端板上徑向中心部位處形成的排出口。
6.一種渦旋式流體容積裝置，包括帶有流體入口和流體出口的殼體；第一渦旋件和第二渦旋件，這兩個渦旋件中的每一個都有一端板和從端板一側伸出的螺旋形渦卷，螺旋形渦卷以一定角度和徑向偏移量相互配合，以便形成一組的接觸線，從而至少形成一對密封的流體腔，其特徵在於，第一渦旋件和第二渦旋件中的一個是公轉渦旋件，另一個是固定渦旋件；驅動機構，包括由所述殼體可旋轉地支撐著的驅動軸，通過驅動軸的旋轉，引起公轉渦旋件的公轉運動，從而改變流體腔的體積；一槽部分，在第一渦旋件的端板內表面上形成，並從與第一渦旋件的端板內表面徑向中心部位相鄰的第一位置延伸；以及，第一耐磨板，位於第一渦旋件的端板內表面的槽部分之內，使得一一軸向間隙在第一渦旋件的端板內表面的徑向中心部位和第二渦旋件的螺旋形渦卷的徑向內端之間形成。
7.如權利要求6所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，所述槽部分延伸到第一渦旋件的螺旋形渦卷外終端的徑向和螺旋方向向內處的第二位置。
8.如權利要求6所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，所述第一耐磨板的厚度大於槽部分的深度。
9.如權利要求8所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，所述第一耐磨板的厚度與槽部分的深度之差大於20μm，小於或等於100μm。
10.如權利要求6所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，具有大致上與第一耐磨板相同形狀的第二耐磨板，該第二耐磨板設置在第二渦旋件的槽部分之內。
11.如權利要求6所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，所述第一渦旋件的螺旋形渦卷具有一軸向端面，並且該軸向端面上有一密封件設置在那裡。
12.如權利要求6所述的渦旋式流體容積裝置，其特徵在於，還包括一形成於固定渦旋件端板的徑向中心部位的排出口。
全文摘要
一種渦旋式流體容積裝置,包括一對渦旋件,每個渦旋件都有一環形端板和從環形端板的軸向端面上伸出的螺旋形渦卷。耐磨板位於至少一個渦旋件的端板內表面上,並從與端板的徑向中心部位相鄰的第一位置延伸到渦旋件的螺旋形渦卷外終端的徑向和螺旋方向向內處的第二位置。一軸向間隙在渦旋件的端板內表面的徑向中心部位和相對渦旋件的螺旋形渦卷的徑向內端之間形成,從而防止了一個渦旋件的螺旋形渦卷徑向內端與另一個渦旋件的端板內表面徑向中心部位的接觸。
文檔編號F04C18/02GK1177683SQ9711744
公開日1998年4月1日 申請日期1997年6月24日 優先權日1997年6月24日
發明者飯二郎 申請人:三電有限公司