專利名稱：球墨鑄鐵渦旋壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及渦旋壓縮機，更特別是涉及一種具有改進的強度和耐 久性的渦旋壓縮機構(gòu)件。
背景技術(shù)：
渦旋壓縮機正變得廣泛應(yīng)用于制冷壓縮系統(tǒng)。如同已知的， 一對 渦旋構(gòu)件各自具有一基座和從基座延伸出通常螺旋型渦旋齒。典型地， 一個渦旋體為非繞轉(zhuǎn)的，另一個渦旋體相對于非繞轉(zhuǎn)渦旋體繞轉(zhuǎn)。繞 轉(zhuǎn)渦旋體接觸非繞轉(zhuǎn)渦旋體，以蜜封并限定出壓縮腔。當制冷劑被壓 縮時，使得兩個渦旋構(gòu)件之一相對于另一個繞轉(zhuǎn)，壓縮腔的尺寸朝向 排出口減小。
一個制冷劑壓縮系統(tǒng)實例包括空氣調(diào)節(jié)或者其他環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 如同已知的，壓縮機壓縮制冷劑并將制冷劑送至下游的熱交換器，典 型地為冷凝器。制冷劑從該冷凝器行進通過主膨脹裝置，然后進入室 內(nèi)熱交換器，典型地為蒸發(fā)器。制冷劑從該蒸發(fā)器返回壓縮機。通常， 該系統(tǒng)的性能和效率至少部分依賴于渦旋壓縮機的容量和效率，因此， 趨向于高容量和高效率的渦旋壓縮機。
設(shè)計高容量的渦旋壓縮機的關(guān)鍵為渦旋構(gòu)件的強度和耐久性。高 容量壓縮機在愈加惡劣的條件下工作，比如渦旋構(gòu)件之間較大的作用 力和增加的磨損。使用現(xiàn)有的渦旋構(gòu)件材料在許多壓縮機中被證明可 行，但是可能不適合于更加惡劣的工作條件。例如，在極限工作條件 下，渦旋構(gòu)件可能破裂或者過度磨損。因此，即使可以設(shè)計為較高容 量，還需要更強固并且更耐用的渦旋構(gòu)件材料以實現(xiàn)這樣設(shè)計的容量 優(yōu)勢。
相應(yīng)地，希望提供能夠承受更加惡劣條件的渦旋構(gòu)件，從而提高 壓縮機的性能。

發(fā)明內(nèi)容
渦旋壓縮機的一個實施例包括具有基座和通常螺旋型渦旋齒的渦 旋構(gòu)件，所述渦旋齒從所述基座延伸出以至少限定壓縮腔的一部分。 渦旋構(gòu)件由包括具有石墨球的微觀結(jié)構(gòu)的鑄鐵材料構(gòu)成。
渦旋壓縮機的一個實施例包括具有基座和通常螺旋型渦旋齒的渦 旋構(gòu)件，所述渦旋齒從基座延伸出以至少限定壓縮腔的一部分。渦旋 構(gòu)件由具有石墨球形成劑的材料構(gòu)成。
制造該渦旋壓縮機的方法的一個實施例包括如下步驟融化鑄鐵 材料以產(chǎn)生熔融的材料，向熔融的材料中添加球形成劑，并將熔融的 材料傳送到具有渦旋壓縮機構(gòu)件形狀的模具中。
在所公開的示例中，渦旋構(gòu)件相對堅固和耐用。這允許渦旋壓縮 機結(jié)合高容量壓縮機設(shè)計，能夠承受更加惡劣的工作條件。
上述示例不作為限制。以下描述額外的示例。
通過下述說明和附圖，能夠最好地理解本發(fā)明的這些以及其他特 征，其后為簡要描述。


圖1為一個渦旋壓縮機示例的剖視圖。 圖2為用于圖1的渦旋壓縮機的非繞轉(zhuǎn)渦旋構(gòu)件的透視圖。 圖3為用于圖1的渦旋壓縮機的繞轉(zhuǎn)渦旋構(gòu)件的透視圖。 圖4為用于制造該渦旋構(gòu)件的鑄鐵材料的具有石墨球的微觀結(jié)構(gòu) 的示意圖。
圖5示意性地示出了具有石墨球的微觀結(jié)構(gòu)的另一示例。 圖6示意性地示出了鑄造過程的一個示例。
具體實施例方式
圖1顯示了渦旋壓縮機20。如圖所示，壓縮機泵組22安裝在密 閉殼體24內(nèi)。吸入腔26從管28接收吸入的制冷劑?？梢岳斫獾?，該 制冷劑能夠在腔26內(nèi)循環(huán)，并流過電動機28。該電動機28驅(qū)動限定 了壓縮機20的工作軸線A的軸30。該壓縮機泵組22包括非繞轉(zhuǎn)渦旋 體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34。如同已知的，軸30驅(qū)動繞轉(zhuǎn)渦旋體34相對于非繞轉(zhuǎn)渦旋體32繞轉(zhuǎn)。
圖2顯示了非繞轉(zhuǎn)渦旋體32的透視圖，圖3顯示了繞轉(zhuǎn)渦旋體 34的透視圖。非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體各包括一基座部分44和 從該基座部分44延伸出的通常螺旋型渦旋齒46。當組裝時，螺旋型 渦旋齒46互插裝配以在非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34之間限定壓 縮腔36 (圖1 )。
在圖示的例子中，非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34之間具有徑 向和軸向(相對于軸A)柔性(compliance).該柔性允許渦旋體32 和34在某種情況下分離，從而允許微粒通過渦旋壓縮機20。軸向的 柔性使繞轉(zhuǎn)渦旋體34的渦旋齒46保持與非繞轉(zhuǎn)渦旋體32的基座部分 44接觸，以在正常工作條件下提供密封。塞子T使壓縮后的制冷劑去 塞流出至繞轉(zhuǎn)渦旋體34的基座44后面的腔100。合成力使兩個渦旋 構(gòu)件相接觸。在其他的渦旋壓縮機中，該腔可以在非繞轉(zhuǎn)渦旋體的基 座后面。徑向的柔性使非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34的渦旋齒在 正常工作狀態(tài)下保持接觸。
參見圖4，非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34之一或者兩者由具 有包括石墨球58的微觀結(jié)構(gòu)56的鑄鐵材料制成。在圖示的例子中， 石墨球在基體60內(nèi)，例如珠光體基體。示例中的微觀結(jié)構(gòu)56為大約 36倍的放大顯示。鑄鐵材料經(jīng)過已知方式的研磨和蝕刻以顯示微觀結(jié) 構(gòu)56。
微觀結(jié)構(gòu)56包括關(guān)聯(lián)的成球率，其為基體60內(nèi)的石墨球58與包 括其它形式石墨的全部石墨的比值。在一個示例中，該成球率大于約 80%并小于100%。在圖4所示的例子中，成球率約為80%。在圖5 所示的另一個例子中，成球率約為99%。
石墨球58為非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34提供強度和耐久 性。其它的鑄鐵微觀結(jié)構(gòu)，比如那些主要包括石墨片的，由于在石墨 片的銳邊處的缺口效應(yīng)被削弱。然而，石墨球58的外形是球狀的，因 此沒有削弱材料的銳邊。通常，較高的成球率產(chǎn)生較高的強度和較高 的剛性。在一個例子中，具有石墨球58的鑄鐵材料具有至少60 kpsi的抗拉強度。例如，抗拉強度可以采用美國材料試驗學(xué)會ASTMA395 或者其他已知標準進行測試。高的強度和耐久性使得非繞轉(zhuǎn)渦旋體32 和繞轉(zhuǎn)渦旋體34相應(yīng)地堅固和耐磨，這允許渦旋壓縮機20被設(shè)計用 于相對惡劣的工作條件和大容量的情況。在一個示例中，使用具石墨 球58的鑄鐵材料允許渦旋齒46增加長度(即從基座44延伸出的長度) 以增大壓縮腔34的尺寸，從而增大渦旋壓縮機20的容量。
在一個例子中，相對惡劣的工作條件至少部分由非繞轉(zhuǎn)渦旋體32 和繞轉(zhuǎn)渦旋體34之間的軸向和徑向柔性造成。軸向和徑向的柔性使得 如上所述的非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34相接觸。在渦旋壓縮機 20的運行過程中，該接觸引起非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和繞轉(zhuǎn)渦旋體34之間 的磨損和應(yīng)力。堅固和耐用的具有石墨球的鑄鐵材料適合于承受這種 工作條件。
非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和/或繞轉(zhuǎn)渦旋體34的鑄鐵材料包括一種石墨球 成球劑，在鑄造過程中促進石墨球59的形成。在一個例子中，鑄鐵材 料的成分包括3.20wt。/o-4.10wt。/o的石墨，1.80wt。/。-3.00wty。的硅， 0.10wto/。-1.00wt。/。的錳，高達0.050w。/。的磷和一定量的石墨球形成劑。 在另一個例子中，鑄鐵材料的成分包括大約3.60w。/。-3.80wt。/o的石墨。
在一個例子中，石墨球形成劑包括鎂。鎂以介于約0.02wt。/。至約 0.08wt。/。的量存在于非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和/或繞轉(zhuǎn)渦旋體34的鑄鐵材料 中。在另一個例子中，鎂以介于大約0.03wt。/o至大約0.06wt。/o的量存在。
在另一個例子中，石墨球形成劑為合金，比如鎂合金。在一個例 子中，該合金包括鎂和鎳。鎂構(gòu)成該合金的約4wt。/。到約18wt%，其 余為鎳和可能存在的微量的其他材料。
在另一個例子中，石墨球形成劑包括兩者鎂和銫。在一個例子中， 鎂以如上所述的量、銫以約0.0005wt。/o到約0.01wt。/。的量存在于非繞 轉(zhuǎn)渦旋體32和/或繞轉(zhuǎn)渦旋體34的鑄鐵材料中。如上所述，鎂和銫被 加入到熔融的鑄鐵中。替代地，或者除了鎂和銫以外，使用高達 0.300wt"/。的量的稀土金屬用于形成石墨球58。稀土金屬包括例如鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧、釷和 鋯，盡管使用這些可能受到可獲得性和/或成本的限制。
在非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和/或繞轉(zhuǎn)渦旋體34的鑄造過程中，石墨球形 成劑被加入到熔融的鑄鐵中。例如，加入的量適合于產(chǎn)生上述的成分 范圍。
加入到熔融的鑄鐵中的石墨球形成劑的量通常大于上述的成分范 圍。在一個例子中，加入了大約0.3wt"/o的石墨球形成劑。這提供了以 下益處，即加入足夠多的石墨球形成劑以促進石墨球58的形成，同時 允許石墨球形成劑的消耗，比如經(jīng)過揮發(fā)。本說明書假定，本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員能夠確定適當?shù)募尤氲饺廴诘蔫T鐵中的石墨球形成劑的 量，以滿足他們特定的需要。
石墨球形成劑的量控制微觀結(jié)構(gòu)56的成球率。例如，相對少的量 導(dǎo)致低的成球率，相對多的量導(dǎo)致較高的成球率。如此，這里描述的 石墨球形成劑的成分范圍可以被用于調(diào)節(jié)非繞轉(zhuǎn)渦旋體32和/或繞轉(zhuǎn) 渦旋體34的性能參數(shù)，比如強度、磨損和磨耗(galling),以適應(yīng)渦 旋壓縮機20的特定操作需要。
圖6示意地顯示了鑄造過程的示例。鑄模70限定了用于形成非繞 轉(zhuǎn)渦旋體32或者繞轉(zhuǎn)渦旋體34的形狀的模腔72。容器74,比如鋼包， 容納將被倒入鑄模70并凝固的熔融的鑄鐵材料76。在澆注前，石墨 球形成劑78被加入到熔融的鑄鐵76中?？蛇x地，從添加石墨球形成 劑到將熔融的鑄鐵材料76注入鑄模70之間經(jīng)過了預(yù)先設(shè)定的時間間 隔，以允許石墨球形成劑78在熔融的鑄鐵材料中分散。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)公開，本領(lǐng)域普通技術(shù)工人應(yīng)當承 認某些修改將歸入本發(fā)明的范圍內(nèi)。基于上迷理由，應(yīng)當研究以下的 權(quán)利要求以決定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種渦旋壓縮機，包括具有基座和通常螺旋型渦旋齒的渦旋構(gòu)件，所述渦旋齒從所述基座延伸出以限定至少部分壓縮腔，其中所述渦旋構(gòu)件包括具有石墨球的微觀結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求l所述的渦旋壓縮機，其中所述石墨球在鐵素體-珠光體基體中。
3，如權(quán)利要求l所述的渦旋壓縮機，其中所述微觀結(jié)構(gòu)具有大于 約80%并小于100%的成球率。
4. 如權(quán)利要求1所述的渦旋壓縮機，其中所述石墨球為球狀的。
5. 如權(quán)利要求1所述的渦旋壓縮機，包括具有基座和從其基座延 伸出的通常螺旋型渦旋齒的第二渦旋構(gòu)件，所述第二渦旋構(gòu)件被驅(qū)動 以相對于所述渦旋構(gòu)件繞轉(zhuǎn)，所述兩個渦旋構(gòu)件的所述渦旋齒互插裝 配以限定所述壓縮腔，其中所述渦旋構(gòu)件是軸向和徑向柔性的。
6. —種渦旋壓縮機，包括具有基座和通常螺旋型渦旋齒的渦旋構(gòu)件，所述渦旋齒從所述基 座延伸出以限定至少部分壓縮腔，其中所述渦旋構(gòu)件包括具有石墨球 形成劑的材料。
7，如權(quán)利要求6所述的渦旋壓縮機，其中所述石墨球形成劑以適 合于形成具有石墨球的微觀結(jié)構(gòu)的量存在在所述材料中。
8. 如權(quán)利要求6所述的渦旋壓縮機，其中所述的石墨球形成劑包 括鎂。
9. 如權(quán)利要求8所述的渦旋壓縮機，其中所述的石墨球形成劑包 括鎳和所述鎂的合金。
10. 如權(quán)利要求9所述的渦旋壓縮機，其中所述鎂構(gòu)成所述合金 的約4wt。/。到約18wt%。
11. 如權(quán)利要求8所述的渦旋壓縮機，其中所述的鎂構(gòu)成所述材 料的約0.02wt。/。到約0.08wt%。
12. 如權(quán)利要求ll所述的渦旋壓縮機，其中所述鎂構(gòu)成所述材料 的約0.03wt。/o到約0.06wt%。
13. 如權(quán)利要求6所述的渦旋壓縮機，其中所述石墨球形成劑包 括鈰和鎂。
14. 如權(quán)利要求13所述的渦旋壓縮機，其中所述鈰構(gòu)成所述材料 的約0.0005wt。/o到約0.01wt%，所述鎂構(gòu)成所述材料的約0.03wt。/o到 約0.06wt%。
15. 如權(quán)利要求6所述的渦旋壓縮機，其中所述石墨球形成劑包 括一種稀土金屬。
16. 如權(quán)利要求15所述的渦旋壓縮機，其中所述稀土金屬構(gòu)成所 述材料的高達0.300wt%。
17. 如權(quán)利要求15所述的渦旋壓縮機，其中所述稀土金屬選自鐠、 釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧、釷和 鋯。
18. 如權(quán)利要求6所述的渦旋壓縮機，其中所述材料具有大于60 kpsi的抗拉強度。
19. 一種制造渦旋壓縮機的方法，包括(a) 將鑄鐵材料融化為熔融的材料；(b) 在熔融的材料中加入石墨球形成劑；并(c) 將熔融的材料傳送到具有形成渦旋壓縮機構(gòu)件的形狀的模具。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，包括冷卻熔融的材料以形成渦旋 壓縮機構(gòu)件，所述壓縮機構(gòu)件包括基座和通常螺旋型渦旋齒，所述渦 旋齒從基座延伸出以限定至少部分壓縮腔。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中步驟(b)包括向熔融的材 料中添加一定量的鈰以適合于在渦旋壓縮構(gòu)件中產(chǎn)生約0.0005wt。/o到 約0.01wt。/o殘留的鈰，并添加一定量的鎂以適合于在渦旋壓縮構(gòu)件中 產(chǎn)生約0.03wt。/o到約0.06wt。/。殘留的鎂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦旋構(gòu)件，具有基座和通常螺旋型渦旋齒，所述渦旋齒從基座延伸出從而限定出部分壓縮腔。該渦旋構(gòu)件由包括具有石墨球的微觀結(jié)構(gòu)的鑄鐵材料制成。
文檔編號F04C29/00GK101294564SQ200710100930
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日
發(fā)明者孫自立 申請人:蝸卷技術(shù)公司