專利名稱：渦旋式壓縮機及其運行方式的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦旋式壓縮機及其運行方式，它除了釆用密封組件隔開 的吸氣壓力背壓腔和排氣壓力背壓腔產生的向下的第一軸向壓靠力和第二 軸向壓靠力外，采用數個彈簧壓縮產生的彈簧力作為第三軸向壓靠力。
背景技術：
現有的渦旋式壓縮機，包括在底板上設置有渦旋狀卷邊的非公轉渦旋 件，和在端板上設置有渦旋狀卷邊的公轉渦旋件，兩渦旋件相向嚙合配置，通過依次縮小形成在相互卷邊間的多個壓縮室，壓縮進入渦旋式壓縮機內的 流體。流體在壓縮過程中產生使公轉渦旋件和非公轉渦旋件互相分離的軸向力，導致公轉渦旋件和非公轉渦旋件軸向分離；流體在壓縮過程中產生的切 向氣體力使渦旋件有發(fā)生傾覆運動的趨勢。 一旦在兩卷邊的齒頂和齒底之間 出現大的間隙后，將發(fā)生泄漏。對于電機側壓力為排氣壓力結構的渦旋式壓縮機，目前廠家一般釆用的 技術是在公轉渦旋件的背側設立排氣壓力和吸氣壓力，如大金公司開發(fā)的G 系列壓縮機所釆用公轉渦旋件浮動技術；或中壓的背壓腔室，如日立公司的氣壓力氣體力作用于公轉渦旋件背側的浮動技術。這樣，通過公轉渦旋件背 側的流體的壓力來迫使非公轉渦旋件與公轉渦旋件緊密接觸，來防止公轉渦 旋的傾覆及與公轉渦旋件的分離，并防止泄漏。如附圖i所示，在公轉渦旋件背側設立排氣壓力背壓腔室501,通過設 置通道將高壓流體引導到公轉渦旋件的背側，利用流體壓力來托起公轉渦旋 件壓靠在非公轉渦旋件上，進行緊密接觸而實現密封，公轉渦旋件脫離機架 向上浮起，使用密封組件將排氣壓力背壓腔室與吸氣壓力腔室分離；為防止 公轉渦旋件發(fā)生傾覆，其背側壓力形成的力矩必須大于傾覆力矩。由于背側 壓力的作用半徑較小，為了滿足其產生的力矩大于傾覆力矩，所需背側壓力 必須很大，從而使得公轉渦旋件和非公轉渦旋件之間的軸向接觸力很大。由 于公轉渦旋件背側為排氣壓力而無法跟隨吸氣壓力變化，因此在小壓力比 時，無法在公轉渦旋件背側產生足夠的向上的作用力，此時渦旋件之間產生 傾覆和分離，冷量嚴重下降，效率大幅度降低，并且由于公轉渦旋件發(fā)生傾 覆偏磨，直接影響到壓縮機的可靠性。如果要保證在小壓力比時壓縮機可靠 運轉，那么在大壓力比時就必然會使壓靠力過剩，嚴重增加磨耗，因此大大 降低了壓縮效率和可靠性。圖中，60l表示公轉渦旋件與非公轉渦旋件端面間的軸向接觸受力面。如附圖2所示，在公轉渦旋件背側設立中間壓力的背壓腔室502,通過 設置通道將壓縮腔室中流體引導到公轉渦旋件的背側，利用流體壓力來托起 公轉渦旋件壓靠在非公轉渦旋件上，進行緊密接觸而實現密封，公轉渦旋件 脫離機架向上浮起；為防止公轉渦旋件發(fā)生傾覆，其背側壓力形成的力矩必 須大于傾覆力矩。由于背側壓力的作用半徑較小，為了滿足其產生的力矩大 于傾覆力矩，所需背側壓力必須很大，從而使得公轉渦旋件和非公轉渦旋件 之間的軸向接觸力很大，增加了摩擦功耗。此結構比較復雜，供油量大，壓 縮機吐油量大，直接影響到系統(tǒng)性能；而且中間壓力腔室與壓縮過程發(fā)生質 量交換，使壓縮過程壓力升高，增加了壓縮功耗，因此降低了壓縮效率。圖 中，602表示公轉渦旋件與非公轉渦旋件端面間的軸向接觸受力面。對于電機側壓力為低壓的吸氣壓力結構的渦旋式壓縮機，一般釆用的技 術大致分為兩種， 一種是通過在公轉渦旋件和非公轉渦旋件的渦卷的齒頂安裝密封組件來防止壓縮過程中流體的泄漏，如目前大金公司B系列和D系 列和三洋公司渦旋式壓縮機產品所釆用的技術；另一種方法是在非公轉渦旋 件的背側設立高壓的背壓腔室，如科普蘭公司的美國專利號4， 767， 293所 公開的技術；或高壓和中壓的背壓腔室，如科普蘭公司的美國專利號4, 877, 382所公開的技術，通過其中流體的壓力來迫使非公轉渦旋件壓靠公轉渦旋 件，使其緊密接觸支架上而防止傾覆、分離和泄漏。如附圖3所示，在渦卷齒頂安裝密封組件503a和503b的技術，要求在 渦卷的齒頂開槽安裝密封組件，由于渦卷的壁厚較小， 一般在3-5mm,因 此必須要求精確的加工和安裝，對密封組件的加工和材料要求高，增加了較 多的成本，另外由于密封組件產生的泄漏和接觸運動產生的摩擦導致功耗增 加，并且密封件的可靠性很難保證，導致壓縮機性能和可靠性較低。圖中， 603表示機架與公轉渦旋件背側間的軸向接觸受力面。如附圖4所示，在非公轉渦旋件的背側同時設立排氣壓力背壓腔室504a 和中間壓力背壓腔室504b,利用其中的流體的排氣壓力和中間壓力來迫使 非公轉渦旋件緊緊壓靠在公轉渦旋件上而實現密封，公轉渦旋件被壓靠在機 架上。非公轉渦旋件背側的背壓力必須大于流體壓縮過程中產生的軸向分離 力，由于公轉渦旋件上由曲軸驅動產生的傾覆力矩的存在，故為防止公轉渦 旋件發(fā)生傾覆，非公轉渦旋件與公轉渦旋件之間的軸向壓靠接觸力產生的力 矩必須大于傾覆力矩。雖然中間壓力隨吸氣壓力而變化，可以比較好地優(yōu)化 公轉渦旋件與非公轉渦旋件端面間的接觸力，但由于公轉渦旋件的背側為低 壓的吸氣壓力，其產生的向上的托力遠小于非公轉渦旋件背側的高壓或中壓 的壓縮腔中流體壓力，因此使得公轉渦旋件對機架的壓靠力很大，摩擦功耗 增大，導致性能降低。另外，由于非公轉渦旋件背側存在一個中間壓力背壓 腔室，增加了泄漏通道和中間壓力背壓腔室對壓縮機壓縮過程的影響，導致冷量減少和功耗增加，影響壓縮效率的提髙。如附圖5所示，在非公轉渦旋件的背側僅設立高壓的排氣壓力的背壓腔 室505,利用其中的流體的排氣壓力來迫使非公轉渦旋件緊緊壓靠在公轉渦 旋件上而實現密封，公轉渦旋件被壓靠在機架上。因此非公轉渦旋件背側的 背壓力必須大于流體壓縮過程中產生的軸向分離力，并且由于公轉渦旋件上 由曲軸驅動產生的傾覆力矩的存在，故為防止公轉渦旋件發(fā)生傾覆，非公轉 渦旋件與公轉渦旋件之間的軸向壓靠接觸力產生的力矩必須大于傾覆力矩。 由于高壓的排氣壓力不能跟隨吸氣壓力變化，因此在工況發(fā)生變化時，如要 保證小壓力比時渦旋件的緊密接觸，那么大壓力比時就會產生相當多的壓力 過剩，使得渦旋件端面的接觸力惡化嚴重，并且由于公轉渦旋件的背側為低 壓的吸氣壓力，其產生的向上的托力遠小于非公轉渦旋件背側的排氣壓力壓 和吸氣壓力的流體壓力，因此使得公轉渦旋件對機架的壓靠力更加大，摩擦 功耗劇烈增大，導致性能和可靠性大幅下降。發(fā)明內容本發(fā)明的目的旨在提供一種結構簡單合理、制作成本低、工作效率高、 能在各種工況下有效防止公轉渦旋件傾覆、最大程度上對渦旋件端面間的接 觸力和公轉渦旋背側的支撐力進行優(yōu)化，工作性能和安全可靠性都很高的渦 旋式壓縮機及其運行方式，以改善現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種渦旋式壓縮機，包括壓縮機的殼體；以及非公轉渦旋件，其渦旋狀卷邊設置在端板上，端板設置在卷邊周圍，并與卷邊的前端連接；公轉渦旋件，其渦旋狀卷邊設置在端板上；非公轉渦旋件和公轉渦旋 件的卷邊組合形成多個壓縮室；用于支撐公轉渦旋件的機架；由機架內的主 軸承支撐的驅動曲軸，其驅動連接到公轉渦旋件，以驅動公轉渦旋件相對于 非公轉渦旋件作公轉運動；用于把非公轉渦旋件安裝到機架上的安裝機構； 用來防止公轉渦旋件自轉的十字滑環(huán)；非公轉渦旋件與上殼體裝配時通過密 封組件的密封在非公轉渦旋件的背側共同圍成具有彈性的排出氣體的排氣 壓力背壓腔，非公轉渦旋件背側通過密封組件與排氣壓力背壓腔的內壁滑動 壓觸，排氣壓力背壓腔與位于壓縮機下部電機側的、由機架和主殼體及密封 組件形成的排氣腔室連通；其結構特征是非公轉渦旋件上、下滑動地套設在 安裝機構中的彈性部件上，且可在一定范圍內軸向移動。作用在非公轉渦旋件背側的作用力包括由密封組件隔開的吸氣壓力和 排氣壓力產生向下的第一軸向壓靠力和第二軸向壓靠力，及彈簧產生向下的 第三軸向壓靠力；作用在公轉渦旋件背側的作用力包括由密封組件隔開的吸 氣壓力和排氣壓力產生向上的作用力。公轉渦旋件和非公轉渦旋件在各自背 側的合力的作用下緊密接觸實現軸向密封，用于把非公轉渦旋件安裝到機架 上的安裝機構允許非公轉渦旋件安裝后在軸向做一定的浮動。所述彈性部件包括穿過非公轉渦旋件外緣與機架相接的定位桿，定位桿 上設置有限位凸臺，限位凸臺位于非公轉渦旋件外緣上方，非公轉渦旋件外 緣上、下滑動地套設在定位桿上，彈簧一端壓接在非公轉渦旋件外緣上，另 一端壓接在限位臺階上。所述彈簧為蝶形彈簧，該蝶形彈簧套設在定位桿上，其一端壓接在非公 轉渦旋件外緣上，另一端壓接在限位臺階上。所述彈性部件還包括套設在定位桿上的短套，短套頂端與定位桿的限位 臺階相接，底端與機架相接，非公轉渦旋件外緣上、下滑動地套設在短套上， 套設在短套外的蝶形彈簧一端壓接在非公轉渦旋件外緣上，另 一端壓接在限 位臺階上。所述彈簧為壓縮彈簧，定位桿和壓縮彈簧之間設置有壓接片，該壓接片 一端壓接在定位桿的限位凸臺上，另一端壓接在壓縮彈簧另一端，壓縮彈簧 一端壓接在非公轉渦旋件外緣上。所述壓接片呈z形，壓縮彈簧設置在定位桿旁邊。所述非公轉渦旋件外緣上設置有容納壓縮彈簧的裝配凹槽。 所述彈性部件還包括套設在定位桿上的短套，短套頂端與壓接片一端相 接，壓接片一端壓接在定位桿的限位凸臺上，短套底端與機架相接，非公轉 渦旋件外緣上、下滑動地套設在短套上，壓接片另一端壓接在壓縮彈簧另一 端，壓縮彈簧一端壓接在非公轉渦旋件外緣上。一種渦旋式壓縮機的運行方式，其特征是在非公轉渦旋件背側除了釆用 密封組件隔開的吸氣壓力背壓腔和排氣壓力背壓腔分別產生的向下的第一 軸向壓靠力和第二軸向壓靠力外，釆用一個及以上的彈簧壓縮產生的彈簧力 作為第三軸向壓靠力，該三個軸向壓靠力共同作用于非公轉渦旋件的背側， 使非公轉渦旋件將公轉渦旋件壓靠在機架的上部，非公轉渦旋件和公轉渦旋 件緊密接觸實現軸向密封，非公轉渦旋件可在一定范圍內軸向移動。非公轉 渦旋件背側在無中間壓力作用的情況下，實現非公轉渦旋件與公轉渦旋件端 面間接觸力及公轉渦旋件背側支架支撐力的最優(yōu)化，即壓縮機運轉在各種工 況下均實現受力的最優(yōu)化。壓縮機的殼體內設置有高壓、低壓、高壓三個腔室；通過主殼體與機架、 非公轉渦旋件與上殼體及其相互之間的密封組件在殼體內圍成高壓和低壓 互為獨立的空間，其中，上部空間為上部高壓排出氣體的排氣壓力背壓腔， 中間空間為吸氣壓力背壓腔，下部空間為下部高壓排氣腔室，下部高壓排氣 腔室通過外部排氣導管與上部高壓排出氣體的排氣壓力背壓腔連通。排氣壓 力背壓腔與壓縮室相連通。殼體與機架及其之間的密封組件把殼體內部分隔成上、下兩個密閉且互 為獨立的空間，下部空間為壓縮流體排放的下部高壓排氣腔室，電機設置在 下部高壓排氣腔室內；上部空間內設置有非公轉渦旋件和公轉渦旋件，非公轉渦旋件與殼體及其之間的密封組件把上部空間分隔成兩個密閉且互為獨 立的空間，其中，由非公轉渦旋件與上殼體及其之間的密封組件所圍成的上 部空間為上部高壓排出氣體的排氣壓力背壓腔，由非公轉渦旋件、上殼體、 機架及其之間的密封組件圍成的空間為吸氣壓力背壓腔，十字滑環(huán)位于吸氣 壓力背壓腔中，吸氣壓力背壓腔與設置在殼體側面的吸入管相連通。非公轉渦旋件的背側設置有環(huán)形突起，該環(huán)形突起通過設置在其外側的 密封組件與上殼體上部形成密閉腔室，非公轉渦旋件的渦旋狀卷邊的中心處 設置有排出口，排出口與密閉腔室連通，構成上部高壓排出氣體的排氣壓力 背壓腔本發(fā)明的渦旋式壓縮機，作用在非公轉渦旋件背側的作用力包括由密封 組件隔開的吸氣壓力和排氣壓力產生的向下的第一軸向作用力和第二軸向作用力，及彈簧產生的向下第三軸向作用力；作用在公轉渦旋件背側的作用 力包括由密封組件隔開的吸氣壓力和排氣壓力產生的作用力。公轉渦旋件和 非公轉渦旋件在各自背側的合力的作用下， 一方面保證非公轉渦旋件背側合 力比壓縮過程中流體或氣體產生的軸向分離力要大，另一方面把公轉渦旋件 壓靠在機架的支撐面上，保證公轉渦旋件不發(fā)生傾覆。在發(fā)生液體壓縮時， 非公轉渦旋件可以沿軸向向上移動實現兩渦旋件的分離，從而有效地防止了 液體壓縮時導致兩渦旋件的損害，提高了壓縮機的可靠性。通過彈簧力作用 于非公轉渦旋件，因為彈簧力不隨工況發(fā)生變化，在小壓力比工況下就能補 償非公轉渦旋件背側氣體壓力的不足，保證了小壓力比工況下非公轉渦旋件 可靠地將公轉渦旋件壓靠在機架上，從而防止壓縮過程發(fā)生泄漏和偏磨，并氣壓力背壓腔氣體壓力作用于非公轉渦旋件的面l比公轉渦k件背側密封所封閉的面積略大或相當，使其面積比保持在1.0 1.7,從而均能保證包括 在大壓力比和小壓力比全運轉工卩兄范圍內壓縮機運轉的高效率和可靠性。由 于使用彈簧力代替非公轉渦旋件背側隨吸氣壓力變化的中間壓力，即采用彈 簧力作用后，不再采用中間壓力，這樣就避免了中間壓力腔對壓縮過程的影 響，和由于要密封中間壓力腔出現的密封泄漏問題。通過優(yōu)化設計，完全實 現了非公轉渦旋件與公轉渦旋件端面間接觸力及公轉渦旋件背側支撐力的 最優(yōu)化，即壓縮機運轉在各種工況下均實現受力的最優(yōu)化。彈簧力結構簡單 可靠，成本低廉，大大降低由于采用中間壓力腔必須采用密封件和高低壓分 隔隔板所帶來的制造及安裝成本。本發(fā)明既降低了制造和采購成本，又簡化了結構，同時保證了渦旋式壓 縮機在全運轉工況點下的可靠性和高效率。


圖i為現有技術中公轉渦旋件背側帶有排氣壓力背壓腔室的高背壓結構示意圖。圖2為現有技術中公轉渦旋件背側帶有中間壓力背壓腔室的高背壓結構 示意圖。圖3為現有技術中渦旋件齒頂安裝密封組件的低背壓結構示意圖。 圖4為現有技術中非公轉渦旋件背側帶有中間壓力和排氣壓力背壓腔室的低背壓結構示意圖。圖5為現有技術中非公轉渦旋件背側僅帶有排氣壓力背壓腔室的低背壓結構示意圖。圖6為本發(fā)明第一實施例剖視結構示意圖。圖7為本發(fā)明第一實施例中的彈簧機構的分解結構示意圖。圖8為本發(fā)明第二實施例中的彈簧機構的局部剖視示意圖。圖9為本發(fā)明中非公轉渦旋件的主要受力分析示意圖。圖IO為本發(fā)明中公轉渦旋件的主要受力分析示意圖。圖11為本發(fā)明中的軸向接觸受力FA6與現有技術中的軸向接觸受力FA1 FA5的規(guī)一化值比較表。圖12為本發(fā)明在各運轉工況點范圍示意圖。注高壓腔結構是指電機位于排氣壓力側，低壓腔結構是指電機位于吸 氣壓力側。圖中l(wèi)為壓縮機，2為主殼體，3為上殼體，4為凹部，5a為下殼體， 5b為底座，6為上導氣接頭，7為排氣導管，8為下導氣接頭，IO為機架， ll為主軸承，12為副支撐，13為定子，14為回油扁管，15為回油孔，16 為副軸承，20為曲軸，22為偏心部，23為吸氣壓力背壓腔，28為同心孔， 29為背壓腔室，30為直徑孔，36為轉子，38為主平衡塊，40為副平衡塊， 41為機架的上部，42為排氣腔室，43為止推軸承，44為公轉渦旋件，44a 為公轉渦旋件的端板，46為公特渦旋件的渦卷，48為滑動軸承，54為非公 轉渦旋件，54a為非公轉渦旋件的端板，54.1為與十字滑環(huán)一對槽滑動裝納 的一對沿軸向凸出向下的鍵，54.2為裝配凹槽，56為非公轉渦旋件的渦卷, 65為排放通道，66為十字滑環(huán)，67為凹槽，69為排氣壓力背壓腔，73為 密封組件，78為鍵，505為圖5中的排氣壓力背壓腔室，IOO為安裝機構， 100.1為安裝機構的定位桿，100.1.1為定位桿上的限位臺階，100.2為短套， 200為壓縮彈簧，201為Z型壓板，300為蝶形彈簧，604-1和605-1分別 表示圖4和圖5中公轉渦旋件與非公轉渦旋件端面間的軸向接觸受力面， 604-2和605-2分別表示圖4和圖5中機架與公轉渦旋件背側間的軸向接觸 受力面，FA1 FA6分別表示圖1~圖6中各自接觸受力面產生的軸向接觸受 力的代數和，軸向接觸力FA6=FN+Fb，Fd—非公轉渦旋件排氣壓力背壓腔產生的軸向力，Fspring-非公轉渦旋件背側彈簧施加的作用力，決定于壓縮量，幾乎是恒定值。Fus-非公轉渦旋件背側吸氣壓力背壓腔產生的作用力，Fbd—公轉渦旋件排氣壓力背壓腔產生的軸向力，Fds—公轉渦旋件背側吸氣壓力背壓腔產生的作用力，FN-非公轉渦旋件和公轉渦旋件之間的接觸力，Fb-機架對公轉渦旋件的支撐力，Fa—軸向氣體力，Fr—徑向氣體力，Ft—切向氣體力，Fm-公轉渦旋件的離心力，F't—曲軸對公轉渦旋件的推動力，其大小幾乎與Ft與Fr的合力相等， Fgt--安裝機構對非公轉渦旋件的切向反作用力，其大小幾乎與Ft和Fr 的合力相等，具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。參見附圖6-圖12，渦旋式壓縮機1的殼體包括一個大體上呈圓柱形的 主殼體2，主殼體的上部焊有一個上殼體3，上殼體的上部中間向外突出形 成一個呈杯狀的凹部4。主殼體的下部焊接有一個下殼體5a和底座5b，底 座上安裝有多個安裝腳，圖中未示出全部安裝腳。上殼體凹部4上裝有一個 制冷劑的上導氣接頭6，主殼體上也裝有一個下導氣接頭8,排氣導管7 — 頭安裝在上導氣接頭6中，另一頭安裝在下導氣接頭8中。固定在主殼體上 的其它主要部件包括機架10，它適當地固定在主殼體上； 一個位于曲軸 20下部的副支撐12，它具有多條徑向向外伸出的腿，每條腿也適當地固定 在主殼體2上。 一個具有大體方形橫截面的馬達定子13壓配在主殼體2中， 因此由于方形截面和圓截面間形成了通路。 一根回油扁管14安裝在機架10 的回油孔15中。一根其上部帶有偏心部22的驅動軸或曲軸20,可轉動地支承在機架10 內的主軸承11和下部副支撐12內的副軸承16中。曲軸20的下端有一個直 徑較大的同心孔28,它與一個向上延伸到曲軸頂部的徑向向外偏移的較小 直徑孔30連通。主殼體2下部內裝有潤滑油，同心孔28及孔內的上油葉片 作為一臺泵，將潤滑油向曲軸20的上部泵送，使?jié)櫥瓦M入直徑孔30并最 終到達壓縮機中需要潤滑的所有都件。曲軸20由一臺電動馬達旋轉驅動， 該馬達包括定子13和壓配在曲軸20上的轉子36，轉子帶有副平衡塊40， 安裝在曲軸20上。機架10的上部41為圓柱形，其上表面與一個平的止推軸承43下表面 相接，止推軸承上表面支承著一個公轉渦旋件44，公轉渦旋件44具有一個普通的端板44a和從端板的上表面伸出的渦巻46。 一個圓柱形輪轂從公轉 渦旋件44的端板的下表面向下伸出，其內裝有一個滑動軸承48，軸承內轉 動地安裝著驅動軸20的偏心部22。一個非公轉渦旋件54，它具有一個端板54a和一個從此向下伸出的靜 渦卷56，靜渦卷56定位成與公轉渦旋件44上的動渦卷46相嚙合。非公轉 渦旋件54上、下滑動地套設在安裝機構100中的彈性部件上，且可在一定 范圍內軸向移動。彈性部件包括穿過非公轉渦旋件54外緣與機架IO相接的 定位桿100.1，定位桿上設置有限位凸臺100.1.1，限位凸臺位于非公轉渦旋 件54外緣上方，非公轉渦旋件54外緣上、下滑動地套設在定位桿100.1上， 彈簧一端壓接在非公轉渦旋件54外緣上，另 一端壓接在限位臺階上。彈簧為壓縮彈簧200，見圖6-圖7，定位桿100.1和壓縮彈簧200之間 設置有Z形的壓接片201，該壓接片一端壓接在定位桿100.1的限位凸臺 100.1.1上，另一端壓接在壓縮彈簧200另一端，壓縮彈簧一端壓接在非公 轉渦旋件54外緣上。壓縮彈簧200設置在定位桿100.1旁邊。非公轉渦旋 件54外緣上設置有容納壓縮彈簧200的裝配凹槽54.2。該彈性部件還包括 套設在定位桿100.1上的短套10P.2,壓接片201 —端壓接在短套100.2頂端 和定位桿100.1的限位凸臺100.1.1之間，短套100.2底端與機架IO相接， 非公轉渦旋件54外緣上、下滑動地套設在短套100.2上，壓接片201另一 端壓接在壓縮彈簧200另一端，壓縮彈簧200 —端壓接在非公轉渦旋件54 外緣上。彈簧也可為蝶形彈簧300,見圖8,該蝶形彈簧300套設在定位桿100.1 上，其一端壓接在非公轉渦旋件.54外緣上，另一端壓接在限位臺階100.1.1 上。該彈性部件還包括套設在定位桿100.1上的短套100.2,短套頂端與定 位桿100.1的限位臺階100.1.1相接，底端與機架10相接，非公轉渦旋件54 外緣上、下滑動地套設在短套100.2上，套設在短套外的蝶形彈簧300—端 壓接在非公轉渦旋件54外緣上，另 一端壓接在限位臺階100.1.1上。以上定位桿為螺桿。非公轉渦旋件54具有一條同軸設置的排放通道65，排放通道65與 一個 朝上開口的凹槽67連通，凹槽67設置在非公轉渦旋件54的背側，而凹槽 67又與由上殼體3的凹部4和凹槽67所共同限定的排氣壓力背壓腔69連 通。該排氣壓力背壓腔接受來自由公轉渦旋件的渦卷46和非公轉渦旋件的 渦巻56共同壓縮后的加壓流體，以便向非公轉渦旋件54施加一個軸向壓力， 并和彈簧施加的向下軸向力及吸氣壓力背壓腔產生的氣體力一起，迫使相應 的動渦卷46和靜渦卷56的頂端'與相對的端板表面構成密封咕合。當非公轉渦旋件54背側通過密封組件73與排氣壓力背壓腔69的內壁 或外壁上、下滑動壓觸時，非公轉渦旋件54背側與上殼體3共同圍成排出 氣體的排氣壓力背壓腔69的容積在一定范圍內來回變化，呈現出彈性狀態(tài)。排氣壓力背壓腔與位于壓縮機下部電機側的、由機架和主殼體及密封組件密封形成的排氣腔室42連通。為了防止公轉渦旋件44和非公轉渦旋件54之間的相對轉動，設置了十 字滑環(huán)66,它環(huán)繞著機架10的圓柱形上部41、并位于公轉渦旋件44的端 板的下面。在十字滑環(huán)上設置有一對鍵78(另一鍵圖中未示出)，這對鍵沿 直徑方向對稱，并沿壓縮機軸向伸出。在十字滑環(huán)上相對于兩鍵中心垂直方 向有一對槽(圖中未示出)，這對槽與非對稱渦旋件的一對鍵54.1滑動裝納。公轉渦旋件44的端板44a帶有一對向外伸出的凸緣部分，每個凸緣部 分上帶有一個朝外開口的槽。槽的尺寸加工成能滑動地裝納相應的鍵78。 鍵78具有一適當的軸向長度或高度，以防止它伸出公轉渦旋件44端板的上 表面。下面說明其工作原理。首先'，通過電機轉動驅動軸或曲軸20,該曲軸 20的偏心部22,經由滑動軸承48,傳遞給公轉渦旋件44。公轉渦旋件44 以非公轉渦旋件54的軸線為中心，設定偏心距離的旋轉半徑作平移運動。 在曲軸20旋轉運動時，通過十字滑環(huán)66約束公轉渦旋件44,使其不自轉， 通過公轉渦旋件44的平移運動，在非公轉渦旋件54和公轉渦旋件44的卷 邊之間形成的壓縮室連續(xù)的向中央移動，隨著移動，壓縮室的容積連續(xù)縮小。在壓縮過程剛開始時，由于i縮室的容積連續(xù)縮小，其內的壓力升高， 壓縮流體對公轉渦旋件44和非公轉渦旋件54產生互相分離的軸向作用力， 此作用力迫使公轉渦旋件44緊靠在機架10中心突出的止推軸承43上，同 時對非公轉渦旋件54產生向上的軸向推力，此時由于從排放通道65排出的 流體流入上部排氣壓力背壓腔69，其內的流體壓力及吸氣壓力背壓腔和彈 簧壓縮產生的作用力作用在非公轉渦旋件54的背側，迫使非公轉渦旋件54 的端板面緊靠在公轉渦旋件44的端板面上。在各壓縮室內依次壓縮從吸入口吸入的流體，被壓縮的流體從排放通道 65排出。排出的流體流入到上部排氣壓力背壓腔69內，使得排出流體經過 排放通道65產生的噪音被降低。排出流體通過殼體與外界環(huán)境進行熱交換， 使得排出流體被降溫而除去排出流體中攜帶的部分潤滑油。在排氣壓力背壓 腔69內的流體經過與下部髙壓排氣腔室42連通的排氣導管7排出到殼體下 部高壓排氣腔室42中，通過排氣導葉的導向使得氣流沿壁面向下流動冷卻 電機，然后再從對稱方向從電機的底部向上流動冷卻電機，在其流動過程中， 經過冷卻高壓排氣腔室42內的電機而溫度升高，最后從排出管排出，例如 供給冷凍循環(huán)，完成制冷劑流體在壓縮機內的一個循環(huán)。潤滑油儲存在下殼體5a的底部，周圍的壓力成為排出壓力。由機架IO、 曲軸20、非公轉渦旋件54、公轉渦旋件44形成的吸氣壓力背壓腔23內的 壓力低于排出壓力，上油組件由上油管路和上油葉片組成，上油管路設置在 曲軸中，上油葉片設置在上油管路底端，公轉渦旋件44的端板上開設有一個及以上的供油孔。存儲在下殼體5a的底部的潤滑油，通過設置在曲軸20 上的同心孔28和直徑孔30,沿著曲軸向上流動。部分潤滑油通過設在曲軸 20上的橫向油孔， 一邊潤滑主軸承l(wèi)l， 一邊到達背壓腔室29。此外，其它 潤滑油通過同心孔28和直徑孔30,到達曲軸20的偏心部，潤滑滑動軸承 48,然后進入背壓腔室29。此外，潤滑油在通過主軸承11及滑動軸承48 后進入背壓腔室29。進入背壓腔室29的潤滑油，通過公轉渦旋件44在相 對機架10的止推軸承43表面平移過程中把潤滑油帶入吸氣壓力背壓腔23。 此處，潤滑油被節(jié)流，進入吸氣壓力背壓腔23并混合在吸氣壓力背壓腔23 的吸入流體中，然后被吸入進入到壓縮室內。另外，開設在公轉渦旋件44 端板內供油孔，設置在腔室開始壓縮后約180度角的位置，使得氣體在壓縮 時從端板供油孔上來的潤滑油能潤滑渦卷及端面，以減少壓縮功耗，降低壓 縮氣體溫度，從而實現壓縮機的高效及高可靠性。從排放通道65排出的潤滑油， 一部分從排出管排入冷凍循環(huán)，另一部 分則分別在上部排氣壓力背壓腔69和下部高壓排氣腔室42內與制冷劑分 離，儲存在下殼體5a的底部。非公轉渦旋件54及壓縮室內的流體對公轉渦旋件44產生向下的壓靠機 架10中心平的止推軸承面43的軸向壓力，同時背壓腔室29的壓力對公轉 渦旋件44產生向上的軸向推力，此向上的推力抵消了大部分向下的軸向壓 力，從而減少了公轉渦旋件44的端板和機架10的平的止推軸承面43之間 的摩擦，其結果是減少電機的功耗，提高壓縮機的性能。對于在非公轉渦旋件54背側設立背壓腔室，保證非公轉渦旋件54軸向 浮動的低背壓結構，前面已經述及，如附圖4和圖5所示，由于公轉渦旋件 44的背側為低壓的吸氣壓力，其產生的向上的托力遠小于非公轉渦旋件44 背側較高的背側壓力，因此使得公轉渦旋件44對機架的壓靠力很大，摩擦 功耗增大，導致性能降低。從圖ll中可以明顯看出，當低背壓結構僅釆用 排氣壓力和吸氣壓力作為非公轉渦旋件背側的壓靠力時，當工況發(fā)生變化 時，圖12中1 10工況點對應圖11橫坐標1~10,軸向受力FA變化相當劇烈，極大地降低壓縮機效率和可靠性；當釆用中間壓力腔+排氣壓力腔+吸氣壓力腔作用時，雖然能對軸向受力進行較好的優(yōu)化，但是由于增加了中間 壓力腔，其與壓縮腔發(fā)生質量交換，提高了壓縮過程的壓力和增加了壓縮功 耗，并且中間壓力腔需要很好的密封，增加了泄漏和材料成本。對于在公轉渦旋件44背側設立背壓腔室，保證公轉渦旋件44軸向浮動 的高背壓結構，前面已經述及，由于背側壓力的作用半徑較小，約等于公轉 渦旋件44的半徑，為了滿足其產生的力矩大于傾覆力矩，則背側壓力必須 很大。從而使得公轉渦旋件44和非公轉渦旋件54之間的軸向接觸力很大， 由于該接觸力在非公轉渦旋件54和公轉渦旋件44的端板面上產生滑動摩 擦，在接觸力過大的情況下，摩擦功耗增加較多，導致性能降低。13對于在公轉渦旋件和非公轉渦旋件的渦卷的齒頂安裝密封組件來防止 壓縮過程中流體的泄漏的渦旋式壓縮機結構，同樣由于公轉渦旋件背側的作 用半徑較小，軸向氣體力必須設計得很大以保證運轉過程中公轉渦旋件不發(fā) 生傾覆運動，這樣公轉渦旋件背側的作用力就比較大，導致摩擦功耗很大， 并且由于齒頂密封組件密封效果有限，大大降低壓縮效率，使冷量減少和功 耗增加，壓縮機效率低下。本發(fā)明的渦旋式壓縮機，非公轉渦旋件54背側的背壓腔室的面積與公 轉渦旋件44背側背壓腔室的面積相當，非公轉渦旋件54和公轉渦旋件44 在各自的背壓腔室內壓力，并在非公轉渦旋件背側彈簧力作用下，使得非公 轉渦旋件54把公轉渦旋件44壓靠在機架10上。公轉渦旋件44的鏡板面壓 靠在機架10上，如果公轉渦旋件44發(fā)生傾覆，則傾覆力矩必須大于由兩渦 旋件之間的接觸力及其他合力產生的壓緊公轉渦旋件44到機架IO的支撐面 上的力矩，由于接觸力的作用力臂比較長，其約等于公轉渦旋件44的半徑 +機架IO支撐面的半徑，因此接觸力較小的情況下就可以保證此力矩大于 傾覆力矩，即保證了公轉渦旋件44不發(fā)生傾覆。增加彈簧力作為第三軸向 壓靠力后，當工況發(fā)生變化時，如從小壓力比工況點5或6到大壓力比工況 點7或8時，可以保證軸向接觸受力波動比較小，從圖ll中可以看到，彈 簧力+排氣壓力+吸氣壓力方案，圖中未標示出吸氣壓力部分，即圖中只標 示FA6 (高背壓)排氣壓力+彈簧力；軸向接觸力在各方案為最優(yōu)方案， 不僅在額定工況點10和11上軸向接觸受力很小，而且在整個運轉工況范圍 內均能保證很小。采用本發(fā)明所述渦旋式壓縮機，結構簡單，成本低，能在 壓縮機全運轉工況范圍內摩擦力得到最好優(yōu)化，因此能得到效率和可靠型都 非常高的新型渦旋式壓縮機。綜上所述，本發(fā)明中的非公轉渦旋件背側的作用力除了由密封組件隔開 的由吸氣壓力和排氣壓力產生的向下的第一和第二軸向壓靠力外，還包括由 數個彈簧壓縮產生的彈簧力作為'第三軸向壓靠力；公轉渦旋件背側的作用力 包括由密封組件隔開的吸氣壓力和排氣壓力產生的作用力。公轉渦旋件和非 公轉渦旋件在各自背側的合力的作用下緊密接觸實現軸向密封，用于把非公 轉渦旋件安裝到機架上的安裝機構允許非公轉渦旋件安裝后沿軸向做一定 的浮動。通過彈簧力作為第三壓靠力作用于非公轉渦旋件背側，實現了在無 中間壓力作用于非公轉渦旋件背側的條件下，非公轉渦旋件與公轉渦旋件端 面間接觸力及公轉渦旋件背側支撐力的最優(yōu)化，即壓縮機運轉在各種工況下 均實現受力的最優(yōu)化；由于無中壓腔對壓縮機壓縮過程和中壓腔密封泄漏的 影響，最大程度地實現了壓縮的高效率。釆用本發(fā)明，降低了制造和釆購成 本，簡化了結構，保證了渦旋式壓縮機在全運轉工況點下的可靠性和高效率。
權利要求
1.一種渦旋式壓縮機，包括壓縮機(1)的殼體；以及非公轉渦旋件(54)，其渦旋狀卷邊(56)設置在端板(54a)上，端板設置在卷邊周圍，并與卷邊的前端連接；公轉渦旋件(44)，其渦旋狀卷邊(46)設置在端板(44a)上；非公轉渦旋件和公轉渦旋件的卷邊組合形成多個壓縮室；用于支撐公轉渦旋件的機架(10)；由機架內的主軸承(11)支撐的驅動曲軸(20)，其驅動連接到公轉渦旋件，以驅動公轉渦旋件相對于非公轉渦旋件作公轉運動；用于把非公轉渦旋件安裝到機架上的安裝機構(100)；用來防止公轉渦旋件自轉的十字滑環(huán)(66)；非公轉渦旋件背側與上殼體共同圍成彈性的排出氣體的排氣壓力背壓腔(69)，非公轉渦旋件背側通過密封組件(73)與排氣壓力背壓腔的內壁滑動壓觸，排氣壓力背壓腔與位于壓縮機下部電機側的、由機架和主殼體及密封組件形成的排氣腔室(42)連通；其特征是非公轉渦旋件上、下滑動地套設在安裝機構中的彈性部件上，且可在一定范圍內軸向移動。
2. 根據權利要求1所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述彈性部件包括穿 過非公轉渦旋件外緣與機架相接的定位桿(100.1)，定位桿上設置有限位凸 臺(100.1.1),限位凸臺位于非公轉渦旋件外緣上方，非公轉渦旋件外緣上、 下滑動地套設在定位桿上，彈簧一端壓接在非公轉渦旋件外緣上，另一端壓 接在限位臺階上。
3. 根據權利要求2所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述彈簧為蝶形彈簧 (300),蝶形彈簧套設在定位桿上，其一端壓接在非公轉渦旋件外緣上，另 一端壓接在限位臺階上。
4. 根據權利要求3所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述彈性部件還包括 套設在定位桿上的短套(100.2),短套頂端與定位桿的限位臺階相接，底端 與機架相接，非公轉渦旋件外緣上、下滑動地套設在短套上，套設在短套外 的蝶形彈簧一端壓接在非公轉渦旋件外緣上，另 一端壓接在限位臺階上。
5. 根據權利要求2所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述彈簧為壓縮彈簧 (200)，定位桿和壓縮彈簧之間設置有壓接片(201)，該壓接片一端壓接在定位桿的限位凸臺上，另一端壓接在壓縮彈簧另一端，壓縮彈簧一端壓接在 非公轉渦旋件外緣上。
6. 根據權利要求5所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述壓接片呈Z形， 壓縮彈簧設置在定位桿旁邊。
7. 根據權利要求5所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述非公轉渦旋件外緣上設置有容納壓縮彈簧的裝配凹槽(54.2)。
8. 根據權利要求5所述的渦旋式壓縮機，其特征是所述彈性部件還包括 套設在定位桿上的短套(100.2)，短套頂端與壓接片一端相接，壓接片一端 壓接在定位桿的限位凸臺上，短套底端與機架相接，非公轉渦旋件外緣上、 下滑動地套設在短套上，壓接片另一端壓接在壓縮彈簧另一端，壓縮彈簧一 端壓接在非公轉渦旋件外緣上。
9. 根據權利要求1所述的渦旋式壓縮機的運行方式，其特征是在非公轉 渦旋件(54)背側除了釆用密封組件(73)隔開的吸氣壓力背壓腔(23)和 排氣壓力背壓腔(69)分別產生的向下的第一軸向壓靠力和第二軸向壓靠力 外，采用一個及以上的彈簧壓縮產生的彈簧力作為第三軸向壓靠力，該三個 軸向壓靠力共同作用于非公轉渦旋件的背側，使非公轉渦旋件將公轉渦旋件 壓靠在機架(10)的上部(41)上，非公轉渦旋件和公轉渦旋件緊密接觸實 現軸向密封，非公轉渦旋件可在一定范圍內軸向移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦旋式壓縮機及其運行方式，渦旋式壓縮機包括殼體，非公轉渦旋件、公轉渦旋件、機架、驅動曲軸、安裝機構和十字滑環(huán)；非公轉渦旋件與上殼體裝配時，通過密封組件的密封在非公轉渦旋件的背側共同圍成具有彈性的排出氣體的排氣壓力背壓腔，非公轉渦旋件背側通過密封組件與排氣壓力背壓腔的內壁滑動壓觸，非公轉渦旋件上、下滑動地套設在安裝機構中的彈性部件上，且可在一定范圍內軸向移動。通過彈簧力作為第三壓靠力作用于非公轉渦旋件背側，在無中間壓力作用于非公轉渦旋件背側的條件下，實現非公轉渦旋件與公轉渦旋件端面間接觸力及公轉渦旋件背側支撐力的最優(yōu)化。本發(fā)明具有制作成本低、工作效率高的特點。
文檔編號F04C29/00GK101324233SQ200810029290
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權日2008年7月1日
發(fā)明者邵海波 申請人:美的集團有限公司