CN111630278B - 涡旋流体机械及用于该涡旋流体机械的涡旋部件 - Google Patents
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Abstract
本发明的涡旋压缩机(1)具备固定涡旋盘(3)及回旋涡旋盘(5),该涡旋压缩机(1)中,设置有相对的端板(3a)与端板(5a)的对置面之间的距离(L)从外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部。倾斜部由壁体(3b、5b)的高度从外周侧朝向内周侧连续减少的壁体倾斜部(3b1、5b1)及齿底面根据壁体倾斜部(3b1、5b1)的倾斜而倾斜的端板倾斜部(3a1、5a1)构成。倾斜部绕涡旋的中心遍及180°以上的范围而设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡旋流体机械及用于该涡旋流体机械的涡旋部件。
背景技术
通常,已知有一种使在端板上设置有涡旋状的壁体的固定涡旋部件与回旋涡旋部件啮合以进行公转回旋运动,从而将流体进行压缩或膨胀的涡旋流体机械。
作为这种涡旋流体机械,已知有一种专利文献1所示的所谓阶梯式涡旋压缩机。该阶梯式涡旋压缩机中,在沿固定涡旋盘及回旋涡旋盘的涡旋状的壁体的齿尖面及齿底面的涡旋方向的位置分别设置有阶梯部,以各阶梯部为界,壁体的外周侧的高度比内周侧的高度高。阶梯式涡旋压缩机不仅沿壁体的圆周方向被压缩,而且还沿高度方向被压缩(三维压缩),因此与不具备阶梯部的一般的涡旋压缩机(二维压缩)相比,能够加大排放量而增加压缩机容量。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-55173号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而,阶梯式涡旋压缩机存在阶梯部的流体泄漏较大的问题。并且,存在应力集中于阶梯部的根部部分致使强度下降的问题。
本发明是鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供一种不使用如阶梯式涡旋流体机械那样的阶梯部也能够实现三维压缩或三维膨胀的涡旋流体机械及用于该涡旋流体机械的涡旋部件。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题,本发明的涡旋流体机械及用于该涡旋流体机械的涡旋部件采用以下方案。
即,本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械具备:第1涡旋部件,在第1端板上设置有涡旋状的第1壁体;及第2涡旋部件,在与所述第1端板相对配置的第2端板上设置有涡旋状的第2壁体,该第2壁体与所述第1壁体啮合而相对地进行公转回旋运动,该涡旋流体机械中设置有相对的所述第1端板与所述第2端板的对置面之间的距离从所述第1壁体及所述第2壁体的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部,所述倾斜部绕涡旋的中心遍及180°以上的范围而设置。
由于设置有第1端板与第2端板的对置面之间的距离从壁体的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部,因此从外周侧吸入的流体随着朝向内周侧,不仅因与壁体的涡旋形状相应的压缩室的减少而被压缩,还因端板之间的对置面之间的距离的减少而进一步被压缩。由此,能够进行三维压缩而能够实现小型化。
而且,倾斜部连续减少,与以往的在壁体及齿底设置有阶梯部的阶梯式涡旋流体机械相比能够减少流体泄漏。
所谓连续的倾斜部并不限定于平滑连接的倾斜部,还包括小的台阶连接成阶梯状而使倾斜部整体上看起来像连续倾斜的倾斜部。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,所述第1壁体与所述第2壁体中的至少任一个具有该壁体的高度从外周侧朝向内周侧连续减少以便形成所述倾斜部的壁体倾斜部,所述第1端板与所述第2端板中的至少任一个具有与所述壁体倾斜部的齿尖对置的齿底面根据该壁体倾斜部的倾斜而倾斜的端板倾斜部。
设置壁体的高度从外周侧朝向内周侧减少的壁体倾斜部及与该壁体倾斜部的齿尖对置的齿底面根据壁体倾斜部的倾斜而倾斜的端板倾斜部,由此能够形成端板之间的对置面之间的距离从外周侧朝向内周侧减少的倾斜部。
壁体倾斜部及端板倾斜部可以设置于第1涡旋盘及第2涡旋盘的两侧,也可以设置于任一个涡旋盘。在一个壁体设置壁体倾斜部而在另一个端板设置端板倾斜部时,另一个壁体与一个端板可以设为平坦,也可以设为与以往的阶梯式形状相组合的形状。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,在与所述倾斜部对应的所述第1壁体及第2壁体的齿尖设置有与对置的齿底接触来将流体进行密封的顶端密封件。
若两个涡旋部件相对地进行公转回旋运动,则倾斜部上齿尖与齿底的位置错开相当于回旋直径(回旋半径×2)的距离。由于该齿尖与齿底的错位,齿尖与齿底之间的间隙(顶端间隙)发生变化。为了抑制由该顶端间隙的变化的影响所致的流体泄漏,在与倾斜部对应的各壁体的齿尖设置顶端密封件。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,在构成所述倾斜部的所述壁体的齿尖和/或齿底实施有涂层。
在构成倾斜部的所述壁体的齿尖和/或齿底实施涂层,由此能够以涂层膜厚弥补难以提高加工精度的倾斜部的加工不均。由此,能够抑制流体泄漏。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,在所述第1壁体及所述第2壁体的最外周部和/或最内周部设置有高度不变的壁体平坦部,在所述第1端板及所述第2端板设置有与所述壁体平坦部对应的端板平坦部。
若壁体的齿尖倾斜,则难以进行计测点的设定而难以提高计测精度。因此,在壁体及端板的最外周部和/或最内周部设置平坦部,且高精度地进行形状测定。由此,涡旋盘形状的尺寸管理和顶端间隙管理变得轻松。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,所述壁体平坦部及所述端板平坦部绕所述涡旋部件的中心遍及180°的区域而设置。
遍及180°的区域而设置壁体平坦部及端板平坦部,由此能够铜通过隔着涡旋部件的中心的两侧的平坦部进行测定。由此能够适当地测定涡旋部件的形状尺寸。
并且,若平坦部的范围大大超过180°,则导致倾斜部的区域减少且倾斜部的斜率变大。若斜率变大,则有可能使由公转回旋运动时的回旋直径所致的顶端间隙的变化量增加且流体泄漏增加。因此,壁体平坦部及端板平坦部优选设为180°的区域。但是,180°不是严格意义上的180°,允许在流体泄漏不增加的范围内稍微超出180°的角度。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,所述倾斜部的斜率在涡旋状的所述壁体所延伸的圆周方向上恒定。
使倾斜部的斜率在涡旋状的壁体所延伸的圆周方向上恒定。由此,能够使由公转回旋运动时的回旋直径所致的顶端间隙在倾斜部的各位置相等,从而能够抑制流体泄漏。
而且,根据本发明的一方式所涉及的涡旋流体机械,所述倾斜部的斜率在涡旋状的所述壁体所延伸的圆周方向上设定为外周侧比内周侧大。
内周侧与外周侧相比压力差大,因此流体泄漏比外周侧多。外周侧与内周侧相比压力差小,因此流体泄漏的影响小。因此,将倾斜部的斜率在涡旋状的壁体所延伸的圆周方向上设定为外周侧比内周侧大,以将外周侧的流体泄漏限制在必要最小限度上并抑制内周侧的流体泄漏。由此,能够增大容积比还能够增大排放量。
并且,本发明的一方式所涉及的涡旋部件,其用于涡旋流体机械,该涡旋流体机械具备端板及设置于该端板上的涡旋状的壁体,所述涡旋部件中,所述壁体具有该壁体的高度从外周侧朝向内周侧连续减少的壁体倾斜部,所述端板具有根据所述壁体倾斜部的高度的减少而该端板的高度从外周侧朝向内周侧连续增大的端板倾斜部,所述壁体倾斜部及所述端板倾斜部绕涡旋的中心遍及180°以上的范围而设置。
使用具有壁体倾斜部及端板倾斜部的涡旋部件,由此能够构成端板之间的对置面之间的距离从外周侧朝向内周侧连续减少的涡旋流体机械。
发明效果
由于设置了端板之间的对置面之间的距离从壁体的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部,因此能够三维压缩或三维膨胀。而且,倾斜部连续减少,如阶梯式涡旋流体机械那样不具备阶梯部,因此能够减少流体泄漏,从而不导致壁体的强度下降。
附图说明
图1A为表示本发明的一实施方式所涉及的涡旋压缩机的固定涡旋盘及回旋涡旋盘的纵向剖视图。
图1B为从壁体测观察图1A所示的固定涡旋盘的俯视图。
图2为表示图1的回旋涡旋盘的立体图。
图3为表示设置于固定涡旋盘的端板平坦部的俯视图。
图4为表示设置于固定涡旋盘的壁体平坦部的俯视图。
图5为表示沿涡旋方向展开示出的壁体的示意图。
图6为放大示出图1B的符号Z的区域的局部放大图。
图7A表示图6中所示部分的顶端密封件间隙,该图为表示顶端密封件间隙相对小的状态的侧视图。
图7B表示图6中所示部分的顶端密封件间隙,该图为表示顶端密封件间隙相对大的状态的侧视图。
图8为表示图5的变形例的示意图。
图9A表示一实施方式的变形例,该图为表示与不具有阶梯部的涡旋盘的组合的纵向剖视图。
图9B表示一实施方式的变形例,该图为表示与阶梯式涡旋盘组合的纵向剖视图。
具体实施方式
以下,参考附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。
图1中示出涡旋压缩机(涡旋流体机械)1的固定涡旋盘(第1涡旋部件)3及回旋涡旋盘(第2涡旋部件)5。涡旋压缩机1例如可用作对进行空调等的制冷循环的气体制冷剂(流体)进行压缩的压缩机。
固定涡旋盘3及回旋涡旋盘5为铝合金制或铁制等金属制的压缩机构,其容纳于未图示的壳体内。固定涡旋盘3及回旋涡旋盘5从外周侧吸入被导入壳体内的流体,从固定涡旋盘3的中央的排出端口3c向外部排出压缩后的流体。
固定涡旋盘3固定于壳体,如图1A所示具备大致圆板形状的端板(第1端板)3a及直立设置于端板3a的一侧面上的涡旋状的壁体(第1壁体)3b。回旋涡旋盘5具备大致圆板形状的端板(第2端板)5a及直立设置于端板5a的一侧面上的涡旋状的壁体(第2壁体)5b。各壁体3b、5b的涡旋形状例如使用渐开曲线或阿基米德曲线来定义。
固定涡旋盘3与回旋涡旋盘5以将其中心隔开回旋半径ρ的距离,来将壁体3b、5b的相位错开180°而啮合,使两个涡旋盘的壁体3b、5b的齿尖与齿底之间在常温下稍微具有高度方向的间隙(顶端间隙)的方式组装。由此,在两个涡旋3、5之间被该端板3a、5a和壁体3b、5b包围而形成的多对压缩室相对于涡旋中心对称地形成。回旋涡旋盘5通过未图示的十字环等自转防止机构而绕固定涡旋盘3进行公转回旋运动。
如图1A所示,设置有相对的两个端板3a、5a之间的对置面之间的距离L从涡旋状的壁体3b、5b的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部。
如图2所示,在回旋涡旋盘5的壁体5b设置有高度从外周侧朝向内周侧连续减少的壁体倾斜部5b1。在该壁体倾斜部5b1的齿尖所对置的固定涡旋盘3的齿尖面设置有根据壁体倾斜部5b1的倾斜而倾斜的端板倾斜部3a1(参考图1A)。由这些壁体倾斜部5b1及端板倾斜部3a1构成连续的倾斜部。同样,在固定涡旋盘3的壁体3b也设置有高度从外周侧朝向内周侧连续倾斜的壁体倾斜部3b1,与该壁体倾斜部3b1的齿尖对置的端板倾斜部5a1设置于回旋涡旋盘5的端板5a。
另外,本实施方式中所说的倾斜部上的连续的含义并不限定于平滑连接的倾斜,也包括加工时不可避免地产生的小的台阶连接成阶梯部而使倾斜部整体上看起来像连续倾斜的情况。但是,不包括如阶梯式涡旋盘那样的大的阶梯部。
在壁体倾斜部3b1、5b1和/或端板倾斜部3a1、5a1实施有涂层。作为涂层例如可列举磷酸锰处理和镀镍磷等。
如图2所示,在回旋涡旋盘5的壁体5b的最内周侧与最外周侧分别设置有高度恒定的壁体平坦部5b2、5b3。这些壁体平坦部5b2、5b3绕回旋涡旋盘5的中心O2(参考图1A)而设置于180°的区域。在壁体平坦部5b2、5b3与壁体倾斜部5b1相连接的位置分别设置有成为弯曲部的壁体倾斜连接部5b4、5b5。
在回旋涡旋盘5的端板5a的齿底同样也设置有高度恒定的端板平坦部5a2、5a3。这些端板平坦部5a2、5a3也绕回旋涡旋盘5的中心而设置于180°的区域。在端板平坦部5a2、5a3与端板倾斜部5a1相连接的位置分别设置有成为弯曲部的端板倾斜连接部5a4、5a5。
如图3及图4中阴影所示,固定涡旋盘3也与回旋涡旋盘5同样地设置有端板平坦部3a2、3a3、壁体平坦部3b2、3b3、端板倾斜连接部3a4、3a5及壁体倾斜连接部3b4、3b5。
图5中示出沿涡旋方向展开示出的壁体3b、5b。如上述图5所示,最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2遍及距离D2而设置,最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3遍及距离D3而设置。距离D2及距离D3分别为相当于绕各涡旋盘3、5的中心O1、O2呈180°(180°以上360°以下,优选为210°以下)的区域的长度。在最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2与最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3之间,壁体倾斜部3b1、5b1遍及距离D1而设置。若最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2与最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3的高低差为h,则壁体倾斜部3b1、5b1的斜率如下式。
例如,本实施方式中,涡旋盘3、5的规格如下。
(1)回旋半径ρ[mm]:2以上15以下,优选3以上10以下
(2)壁体3b、5b的盘数:1.5以上4.5以下,优选2.0以上3.5以下
(3)高低差h[mm]:2以上20以下,优选5以上15以下
(4)h/Lout(最外周侧的壁体高度):0.05以上0.35以下,优选0.1以上0.25以下
(5)倾斜部的角度范围(相当于距离D1的角度范围)[°]:180以上1080以下,优选360以上720以下
图6中示出图1B中用符号Z表示的区域的放大图。如图6所示,在固定涡旋盘3的壁体3b的齿尖设置有顶端密封件7。顶端密封件7为树脂制,与对置的回旋涡旋盘5的端板5a的齿底接触来将流体进行密封。顶端密封件7容纳于在壁体3b的齿尖遍及圆周方向而形成的顶端密封件槽3d内。压缩流体进入该顶端密封件槽3d内,从背面按压顶端密封件7而向齿底侧挤出,由此使其与对置的齿底接触。另外,在回旋涡旋盘5的壁体5b的齿尖同样也设置有顶端密封件7。
若两个涡旋3、5相对地进行公转回旋运动,则齿尖与齿底的位置相对地错开相当于回旋直径(回旋半径ρ×2)的量。由于该齿尖与齿底的错位,而在倾斜部上齿尖与齿底之间的顶端间隙发生变化。顶端间隙变化量Δh[mm]例如为0.05以上1.0以下,优选设为0.1以上0.6以下。例如图7A中示出的顶端间隙T较小,图7B中示出的顶端间隙T较大。关于顶端密封件7,即使该顶端间隙T因回旋运动而发生变化,也会通过压缩流体从背面按压于端板5a的齿底侧,因此能够进行追踪密封。
上述涡旋压缩机1如下进行工作。
通过未图示的电动马达等驱动源,回旋涡旋盘5绕固定涡旋盘3进行公转回旋运动。由此,从各涡旋3、5的外周侧吸入流体,向被各壁体3b、5b及各端板3a、5a包围的压缩室吸收流体。压缩室内的流体随着从外周侧朝向内周侧移动而依次被压缩,最终从形成于固定涡旋盘3的排出端口3c排出压缩流体。流体被压缩时,在由端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1形成的倾斜部,还沿壁体3b、5b的高度方向被压缩而进行三维压缩。
如上所述,根据本实施方式的涡旋压缩机1可起到以下作用效果。
由于设置了端板3a、5a间的对置面之间的距离L从壁体3b、5b的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部,因此能够三维压缩,进而能够实现小型化。
而且,倾斜部连续减少,与以往的在壁体及齿底设置有阶梯部的阶梯式涡旋流体机械相比能够减少流体泄漏。
由于在各壁体3b、5b的齿尖设置有顶端密封件7,因此即使倾斜部中的齿尖与齿底之间的顶端间隙T(参考图7)根据回旋运动发生变化,也能够追踪顶端密封件7,进而能够抑制流体泄漏。
在构成倾斜部的壁体倾斜部3b1、5b1和/或端板倾斜部3a1、5a1实施了涂层。由此,能够以涂层膜厚弥补难以提高加工精度的倾斜部的加工不均,并进一步抑制流体泄漏。
在壁体3b、5b及端板3a、5a的最外周部及最内周部设置了壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3。由此,能够避免壁体的齿尖倾斜时难以进行计测点的设定而难以提高计测精度而高精度地进行形状测定。而且,涡旋盘形状的尺寸管理和顶端间隙管理变得轻松。
在180°的区域设置壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3,由此能够在隔着涡旋盘3、5的中心01、02的两侧的平坦部进行测定。由此能够适当地测定涡旋部件的形状尺寸。
并且,若平坦部的范围大大超出180°,则导致倾斜部的区域减少且倾斜部的斜率变大。若斜率变大,则有可能使由公转回旋运动时的回旋直径所致的顶端间隙T的变化量增加而流体泄漏增加。因此,壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3处于180°的区域。但是该180°不是严格意义上的180°,允许在流体泄漏不增加的范围内稍微(例如30°左右)超出180°的角度。
另外,本实施方式能够如下进行变形。
如图8所示,也可以将倾斜部的斜率在涡旋状的壁体3b、5b所延伸的圆周方向上设定为外周侧的斜率比内周侧的斜率大。由此,能够将流体的压力差比内周侧小的外周侧的流体泄漏限制在必要最小限度上,并且抑制流体的压力差比外周侧大的内周侧的流体泄漏。由此,能够增大容积比还能够增大排放量。
本实施方式中,将端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1设置在了两个涡旋盘3、5上,但也可以设置于其中任一个上。
具体而言,如图9A所示,在一个壁体(例如回旋涡旋盘5)设置壁体倾斜部5b1,在另一个端板3a设置端板倾斜部3a1时,另一个壁体与一个端板5a可以设为平坦。
并且,也可以如图9B所示设为与以往的阶梯式形状组合的形状,即与在固定涡旋盘3的端板3a设置端板倾斜部3a1,另外在回旋涡旋盘5的端板5a设置有阶梯部的形状进行组合。
本实施方式中,设置了壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3,但也可以省略内周侧和/或外周侧的平坦部而将倾斜部延长至整个壁体3b、5b来设置。
并且,本实施方式中,作为涡旋压缩机进行了说明,但也能够将本发明应用于用作膨胀机的涡旋膨胀机中。
符号说明
1-涡旋压缩机(涡旋流体机械),3-固定涡旋盘(第1涡旋部件),3a-端板(第1端板),3a1-端板倾斜部,3a2-端板平坦部(内周侧),3a3-端板平坦部(外周侧),3a4-端板倾斜连接部(内周侧),3a5-端板倾斜连接部(外周侧),3b-壁体(第1壁体),3b1-壁体倾斜部,3b2-壁体平坦部(内周侧),3b3-壁体平坦部(外周侧),3b4-壁体倾斜连接部(内周侧),3b5-壁体倾斜连接部(外周侧),3c-排出端口,3d-顶端密封件槽,5-回旋涡旋盘(第2涡旋部件),5a-端板(第2端板),5a1-端板倾斜部,5a2-端板平坦部(内周侧),5a3-端板平坦部(外周侧),5b-壁体(第2壁体),5b1-壁体倾斜部,5b2-壁体平坦部(内周侧),5b3-壁体平坦部(外周侧),5b4-壁体倾斜连接部(内周侧),5b5-壁体倾斜连接部(外周侧),7-顶端密封件,L-对置面之间的距离,T-顶端间隙,
Claims (6)
1.一种涡旋流体机械,其具备:
第1涡旋部件,在第1端板上设置有涡旋状的第1壁体;及
第2涡旋部件,在配置成与所述第1端板相对的第2端板上设置有涡旋状的第2壁体,且该第2壁体与所述第1壁体啮合而相对地进行公转回旋运动,
所述涡旋流体机械中,设置有相对的所述第1端板与所述第2端板的对置面之间的距离从所述第1壁体及所述第2壁体的外周侧朝向内周侧连续减少的倾斜部,
所述倾斜部绕涡旋的中心遍及180°以上的范围而设置,
在所述第1壁体及所述第2壁体的最外周部和/或最内周部设置有高度不变的壁体平坦部,
在所述第1端板及所述第2端板设置有与所述壁体平坦部对应的端板平坦部,
所述壁体平坦部及所述端板平坦部绕所述涡旋部件的中心遍及180°的区域而设置,
所述第1壁体与所述第2壁体中的至少任一个具有该壁体的高度从外周侧朝向内周侧连续减少以形成所述倾斜部的壁体倾斜部,
所述第1端板与所述第2端板中的至少任一个具有与所述壁体倾斜部的齿尖对置的齿底面根据该壁体倾斜部的倾斜而倾斜的端板倾斜部。
2.根据权利要求1所述的涡旋流体机械,其中,
在与所述倾斜部对应的所述第1壁体及所述第2壁体的齿尖设置有与对置的齿底接触来将流体进行密封的顶端密封件。
3.根据权利要求1所述的涡旋流体机械,其中,
在构成所述倾斜部的所述壁体的齿尖和/或齿底实施有涂层。
4.根据权利要求1所述的涡旋流体机械,其中,
所述倾斜部的斜率在涡旋状的所述壁体所延伸的圆周方向上恒定。
5.根据权利要求1所述的涡旋流体机械,其中,
所述倾斜部的斜率设定为在涡旋状的所述壁体所延伸的圆周方向上外周侧比内周侧大。
6.一种涡旋部件,其用于涡旋流体机械,该涡旋流体机械具备端板及设置于该端板上的涡旋状的壁体,所述涡旋部件中,
所述壁体具有该壁体的高度从外周侧朝向内周侧连续减少的壁体倾斜部,
所述端板具有根据所述壁体倾斜部的高度的减少,该端板的高度从外周侧朝向内周侧连续增大的端板倾斜部,
所述壁体倾斜部及所述端板倾斜部绕涡旋的中心遍及180°以上的范围而设置,
在所述壁体的最外周部和/或最内周部设置有高度不变的壁体平坦部,
在所述端板设置有与所述壁体平坦部对应的端板平坦部,
所述壁体平坦部及所述端板平坦部绕所述涡旋部件的中心遍及180°的区域而设置。
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