涡旋盘密封装置、涡旋压缩机和制冷装置的制作方法

1.本技术涉及压缩机技术领域，具体涉及一种涡旋盘密封装置、涡旋压缩机和制冷装置。


背景技术：

2.涡旋压缩机以其高效节能、低噪音、运行稳定等优点深受人们的青睐，被广泛应用于汽车空调及空压机产业中。涡旋压缩机主要由两个双函数方程涡卷的动、静涡旋相互啮合而成，在压缩运行过程中，静涡盘固定在机架上，动涡盘在驱动装置的带动下，同时借助防自转机构制约，使动涡旋盘围绕着静涡旋盘的轴向线做公转运动，所以两个涡旋盘之间形成的月牙形型腔的位置和容积不断变化。当气体从吸气口进入第一个月牙形密封腔室后，由于密封腔室随着动涡旋盘的转动而逐渐从涡旋盘的外围向中央运动，且容积不断缩小，因此密闭在这些密封腔室中的气体将会被不断的压缩而使其压强逐渐增大。但在压缩的过程中，会在径向和轴向间隙分别产生径向泄漏和轴向泄漏，这些泄漏都会对压缩机的压缩性能产生一系列的不利影响，诸如压缩机排气量的减少、容积效率的降低等。
3.涡旋压缩机泵体的径向密封有相应的调整机构平衡配重块等来调整，而传统的轴向密封除了通过提高零件的加工精度来实现之外，还可在动、静涡盘的涡卷齿顶部位开设密封槽，并在密封槽内放置高分子材料制成的密封条，凭借着高压气体力的作用使得密封条浮动起来，从而起到密封的作用。
4.然而对于硬度较低的密封条而言，由于高压气体只能经由涡卷板心部端面的开口进入到密封槽内，对密封条施加压力作用，使得密封条压紧密封，由于密封条较软，而密封条尾部距离头部较远，从端面开口进入的高压气体有限，无法顺利到达密封条尾端，因此导致软质密封条的尾端无法被顺利抬起，进而导致涡旋盘尾部压缩腔发生泄漏的情况。


技术实现要素：

5.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种涡旋盘密封装置、涡旋压缩机和制冷装置，能够对涡旋盘密封装置进行优化，有效避免涡旋盘尾部压缩腔发生泄漏的情况。
6.为了解决上述问题，本技术提供一种涡旋盘密封装置，包括涡盘，涡盘包括动盘和静盘，动盘和静盘的基材硬度不同，动盘的涡卷板齿顶具有动盘密封槽，动盘密封槽内设置有动盘密封条，静盘的涡卷板齿顶具有静盘密封槽，静盘密封槽内设置有静盘密封条，动盘密封槽和静盘密封槽中的至少一个在压力较高侧的密封槽侧壁上开设有贯通该侧侧壁的引流口。
7.优选地，引流口至少开设在密封槽的心部起始端。
8.优选地，引流口沿涡旋盘的涡卷型线开设，引流口在涡卷型线上的不同位置点(xi，yi)与涡卷节距pt、涡卷厚度t、渐开线角φi及型线旋转角θ之间满足关系式：
[0009][0010]
优选地，涡卷节距pt＝8～30mm，涡卷厚度t＝3～8mm，渐开线角φi＝0～20
°
，型线旋转角θ＝0～3
°
。
[0011]
优选地，动盘和静盘之间形成多个压缩区，其中与吸气口连通的压缩区为低压区，与排气口连通的压缩区为高压区，中间的压缩区为中压区，高压区的引流口数量为n1，中压区的引流口数量为n2，低压区的引流口数量为n3，n1＞n2＞n3。
[0012]
优选地，n1＝2n2，n2＝2n3。
[0013]
优选地，位于高压区心部的引流口的面积sa最大，其它引流口的面积相等。
[0014]
优选地，引流口对应密封槽的槽底设置。
[0015]
优选地，引流口对应密封槽的槽顶设置。
[0016]
优选地，引流口的高度为h，密封槽的深度为h，h＝(1/5～1/2)h。
[0017]
优选地，位于高压区的引流口对应密封槽的槽底设置，位于中压区和低压区的引流口对应密封槽的槽顶设置。
[0018]
根据本技术的另一方面，提供了一种涡旋压缩机，包括涡旋盘密封装置，该涡旋盘密封装置为上述的涡旋盘密封装置。
[0019]
根据本技术的另一方面，提供了一种制冷装置，包括涡旋盘密封装置，该涡旋盘密封装置为上述的涡旋盘密封装置。
[0020]
本技术提供的涡旋盘密封装置，包括涡盘，涡盘包括动盘和静盘，动盘和静盘的基材硬度不同，动盘的涡卷板齿顶具有动盘密封槽，动盘密封槽内设置有动盘密封条，静盘的涡卷板齿顶具有静盘密封槽，静盘密封槽内设置有静盘密封条，动盘密封槽和静盘密封槽中的至少一个在压力较高侧的密封槽侧壁上开设有贯通该侧侧壁的引流口。通过在压力较高侧的密封槽侧壁上开设贯通该侧侧壁的引流口，能够增加高压气体的接入通道，引入的高压气体量更大，使得高压气体能够更加充分地进入到密封槽内，对密封条施加足够的压力，并且可以充分到达密封条尾端，保证密封条尾端能够充分浮动抬起，进而保证涡旋盘的中压区以及低压区均能够形成有效密封。
附图说明
[0021]
图1为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置的分解结构图；
[0022]
图2为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置的分解结构图；
[0023]
图3为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置的剖视结构图；
[0024]
图4为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置的静盘结构示意图；
[0025]
图5为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置在a处的局部放大结构图；
[0026]
图6为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置在b处的局部放大结构图；
[0027]
图7为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置的静盘剖视结构示意图；
[0028]
图8为图7的c处的放大结构示意图；
[0029]
图9为本技术一个实施例的涡旋盘密封装置的引流口工作原理图。
[0030]
附图标记表示为：
[0031]
100、动盘组件；110、动盘；111、动盘涡卷板；112、动盘密封槽；120、动盘密封条；200、静盘组件；210、静盘；211、静盘涡卷板；212、静盘密封槽；212
‑
1、高压侧侧壁；212
‑
2、低压侧侧壁；213、引流口；213a、第一引流口；213b、第二引流口；213c、第三引流口；213n、第n引流口；220、静盘密封条；230、排气阀片；240、排气阀片挡板；250、泄压阀片；260、泄压阀片挡板。
具体实施方式
[0032]
结合参见图1至图9所示，根据本技术的实施例，涡旋盘密封装置包括涡盘，涡盘包括动盘110和静盘210，动盘110和静盘210的基材硬度不同，动盘110的动盘涡卷板111齿顶具有动盘密封槽112，动盘密封槽112内设置有动盘密封条120，静盘210的静盘涡卷板211齿顶具有静盘密封槽212，静盘密封槽212内设置有静盘密封条220，动盘密封条120和静盘密封条220的硬度不同，硬度较高的涡盘内装有硬度较低的密封条，硬度较低的涡盘内装有硬度较高的密封条。
[0033]
该涡旋盘密封装置根据涡旋盘基材材料的不同类型及不同硬度来选择配副各个涡旋盘的摩擦副，能够避免同种材质泵体在运行时出现粘着磨损的情况，同时软质材料与硬质材料相互作为摩擦配副的对磨效果会更好，即在运行过程中，硬质材料的基体很硬，很难被磨损，同时硬质材料的抗压程度高，软质材料很难嵌入到硬质基材中，因此软质材料也很难被磨损，同时软质材料在摩擦过程中产生的粉末也能够起到润滑的作用，这两种软硬的配副就能同时达到耐磨和自润滑的效果，从而使得压缩机泵体的长期可靠性得到提升。
[0034]
涡旋压缩机的泵体组件包括动盘组件100及静盘组件200，其中，动盘组件100包括动盘110及动盘密封条120，静盘组件200包括静盘210、静盘密封条220、排气阀片230、排气阀片挡板240、泄压阀片250、及泄压阀片挡板260。
[0035]
在动盘110的动盘涡卷板111齿顶的动盘密封槽112内装配有动盘密封条120，在静盘210的静盘涡卷板211齿顶的静盘密封槽212内装配有静盘密封条220。
[0036]
动盘110的基材和静盘210的基材不相同，且各自的材料硬度也不同，这样能够避免同种材质泵体在运行时出现粘着磨损的情况，同时软质材料与硬质材料相互作为摩擦配副的对磨效果会更好，即在运行过程中，硬质材料的基体很硬，很难被磨损，同时硬质材料的抗压程度高，软质材料很难嵌入到硬质基材中，因此软质材料也很难被磨损，同时软质材料在摩擦过程中产生的粉末也能够起到润滑的作用，这两种软硬的配副就能同时达到耐磨和自润滑的效果，从而使得压缩机泵体的长期可靠性得到提升。
[0037]
在一个实施例中，静盘210的基材硬度大于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度大于静盘密封条220的硬度。
[0038]
在另一个实施例中，静盘210的基材硬度小于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度小于静盘密封条220的硬度。
[0039]
在一个实施例中，动盘110的基材密度小于静盘210的基材密度，能够确保动盘110具有较轻的材质。动盘110采用轻量化的金属材料之后，涡旋压缩机在高速运行后产生的离心力也会比现有比重较大的材料小得多，这样压缩机高频高速运行后产生的振动及噪声也
会更小，这种设计也顺应了压缩机高速化和轻量化的发展方向。
[0040]
同时，动盘110可以采用轻量化且硬度较高的材料，此时，与轻量化金属动盘110对磨的动盘密封条120更换成硬度相对较低的自润滑软质密封条，这样能够避免轻量化金属动盘110在长期运行后被磨出凹坑的情况，涡旋压缩机泵体轴向间的密封性能也不会被降低。
[0041]
在一个实施例中，硬度较高的涡盘的硬度为d1，硬度较低的涡盘的硬度为d2，d1＝(9/8～3)d2。两个摩擦副在这个配副的硬度范围内时，硬度较低的涡旋盘不会被为硬度较高的涡旋盘磨损，而且这时的摩擦系数也相对较小。
[0042]
在一个实施例中，d1＝180～288hb，d2＝96～160hb，可以更加方便地通过各种热处理工艺来控制铸铁和铝合金的硬度。
[0043]
在一个实施例中，硬度较高的密封条的硬度为d1，硬度较低的密封条的硬度为d2，d1＝(1～21/13)d2。将密封条的硬度控制在这个范围之内，而且这个范围与上述铸铁盘和铝合金盘的硬度范围相对应，并用硬度较高的密封条曲与硬度高的铸铁盘对磨，用硬度较低的密封条去与硬度低的铝合金盘对磨，这样配合之后，硬度较低的铝合金涡旋盘就不会被硬度较高的密封条磨出凹槽。
[0044]
在一个实施例中，d1＝67～84hsd，d2＝50～66hsd。控制在该硬度范围之内，硬度较高的密封条与硬度高的铸铁及硬度较低的密封条与硬度低的铝合金对磨时的摩擦系数最小，摩擦功耗也最低，同时密封条与铸铁、铝合金之间彼此的磨损率也最低。
[0045]
当静盘210的基材硬度大于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度大于静盘密封条220的硬度时，为避免硬度较高的涡旋盘基板表面被硬质密封条磨出凹坑，将该硬质密封条更换成软质密封条，即在基材硬度较高的静盘210的静盘涡卷板211齿顶的静盘密封槽212内装入软质的静盘密封条220，在基材硬度较低的动盘110的动盘涡卷板111齿顶的动盘密封槽112内装入硬度较软质密封条高的动盘密封条120。
[0046]
在一个实施例中，硬度较高的涡盘的基材为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、以及石墨钢中的一种，硬度较低的涡盘的基材为铝合金。这些铸铁材料里面都有石墨，能够起到自润滑的效果。
[0047]
在一个实施例中，铝合金为亚共晶硅铝合金和过共晶硅铝合金中的一种。这些铝合金因为硅含量都比较高，耐磨性比较好，与上述铸铁盘配副对磨时的摩擦系数都比较小。
[0048]
在本实施例中，当静盘210选择铸铁材质，动盘110选择铝合金材质时，不同的材料的涡旋盘之间就不会出现粘着磨损的情况，而且铸铁与铝合金对魔的摩擦系数和磨损量都比铝合金和钢、硬质涂层等对磨的小得多，因此能够更加有效降低磨损，延长使用寿命。
[0049]
在一个实施例中，密封条材质为树脂材料。
[0050]
作为一个优选的实施例，硬度较低的密封条的材质为聚四氟乙烯(ptfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、可溶性聚四氟乙烯(pfa)、聚六氟丙烯(pfep)、聚偏氟乙烯(pvdf)中的至少一种，硬度较高的密封条的材质为聚醚醚酮(peek)、聚碳酸酯(pc)、聚酰胺(pa)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)、聚甲醛(pom)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)中的至少一种。
[0051]
在一个实施例中，硬度较高的涡盘在压力较高侧的密封槽侧壁上开设有贯通该侧侧壁的引流口213。对于硬度较低的密封条而言，由于高压气体只能经由涡卷板心部端面的
开口进入到密封槽内，对密封条施加压力作用，使得密封条压紧密封，然而由于密封条较软，而密封条尾部距离头部较远，从端面开口进入的高压气体有限，无法顺利到达密封条尾端，因此导致软质密封条的尾端无法被顺利抬起，进而导致涡旋盘尾部压缩腔发生泄漏的情况。而通过在压力较高侧的密封槽侧壁上开设贯通该侧侧壁的引流口213，能够增加高压气体的接入通道，引入的高压气体量更大，使得高压气体能够更加充分地进入到密封槽内，对密封条施加足够的压力，并且可以充分到达密封条尾端，保证密封条尾端能够充分浮动抬起，进而保证涡旋盘的中压区以及低压区均能够形成有效密封。
[0052]
由于在基材硬度相对较高的静盘210的静盘涡卷板211齿顶的静盘密封槽212内嵌入了软质的静盘密封条220，这样该静盘密封条220在压缩机运行过程中，其中压段和低压段就会出现只有部分被抬起或完全未被抬起的情况，这就会导致该密封条在压缩机运行过程中有浮动延迟及浮动不连续的问题。在静盘210的静盘涡卷板211齿顶的静盘密封槽212的高压侧侧壁212
‑
1上开设有多个引流口213，而静盘210的静盘涡卷板211齿顶的静盘密封槽212的低压侧侧壁212
‑
2不作处理，这样不仅解决了上述问题，也杜绝高压气体不会从静盘210的静盘涡卷板211齿顶的静盘密封槽212的低压侧侧壁212
‑
2处泄露，该引流口213提升了涡旋压缩机泵体间轴向的密封性能，使得涡旋压缩机的性能得到进一步的提升。
[0053]
在一个实施例中，引流口213至少开设在密封槽的心部起始端。在本实施例中，密封槽的心部是指涡卷板心部位置，该处的气体压力最大，因此引入该处的高压气体进入到密封槽内，对密封条的抬起作用效果更加明显。
[0054]
在一个实施例中，引流口213沿涡旋盘的涡卷型线开设，引流口213在涡卷型线上的不同位置点xi，yi与涡卷节距pt、涡卷厚度t、渐开线角φi及型线旋转角θ之间满足关系式：
[0055][0056]
其中的α为涡卷型线起始展角，φ1为涡旋型线第一渐开线展角，φ2为涡旋型线第二渐开线展角，这样引流口就会一直保持在涡卷型线上，从而具有良好的分布结构。
[0057]
利用上述公式对引流口213的位置进行限定，能够保证引流口213沿型线布置，不会出现偏移的情况。
[0058]
在一个实施例中，涡卷节距pt＝8～30mm，涡卷厚度t＝3～8mm，渐开线角φi＝0～20
°
，型线旋转角θ＝0～3
°
，这样保证了压缩机动盘110和静盘210有效压缩气体，同时也保证了引流口213上沿涡卷型线由高压气、中压区及低压区依次的布置。
[0059]
在一个实施例中，动盘110和静盘210之间形成多个压缩区，其中与吸气口连通的压缩区为低压区，与排气口连通的压缩区为高压区，中间的压缩区为中压区，高压区的引流口213数量为n1，中压区的引流口213数量为n2，低压区的引流口213数量为n3，n1＞n2＞n3。
[0060]
在本实施例中，当静盘210的基材硬度大于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度大于静盘密封条220的硬度时，引流口213在高压区的数量多于中压区引流口的数量，中压区的数量多于低压区引流口的数量，即不同压力区引流口213的数量n满足：n1＞n2＞
n3，高压区引流口213的数量比中压区和低压区多之后，利于将高压区的高压气体引入到静盘密封槽212内，引入的该高压气体会更多，作用于将软质的静盘密封条220的气体力也会更大，软质的静盘密封条220的浮动密封性能也会更好。
[0061]
当静盘210的基材硬度小于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度小于静盘密封条220的硬度时，引流口213在高压区的数量多于中压区引流口的数量，中压区的数量多于低压区引流口的数量，即不同压力区引流口213的数量n满足：n1＞n2＞n3，高压区引流口213的数量比中压区和低压区多之后，利于将高压区的高压气体引入到动盘密封槽112内，引入的该高压气体会更多，作用于将软质的动盘密封条120的气体力也会更大，软质的动盘密封条120的浮动密封性能也会更好。
[0062]
作为一个优选的实施例，n1＝2n2，n2＝2n3。这样设置能够保证高压区的引流口数量比中压区的多，中压区的引流口数量比低压区的多，而分别多2倍后，引流效果达到最佳，若倍数大于2倍，高压气体充引流口的泄露就会大于引入的效果，倍数越大，泄露就会越严重。
[0063]
在一个实施例中，位于高压区心部的引流口213的面积sa最大，其它引流口213的面积相等。为了更利于将高压区的高压气体引入到静盘密封槽212内，将静盘210的高压区心部的引流口213a的面积sa设置成最大，而其他高压区引流口、中压区引流口及低压区引流口的面积sb、sc
…
、sn基板一致，即sa＞sb＝sc＝
…
＝sn，其中sa为第一引流口213a的面积，sb为第二引流口213b的面积，sc为第三引流口213c的面积
……
sn为第三引流口213n的面积。这样设计更加利于引流口213的加工成型。此处的高压区心部是指高压区与排气口连通的中心区域。当静盘210的基材硬度小于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度小于静盘密封条220的硬度时，其原理相同，此处不再详述。
[0064]
在一个实施例中，引流口213对应密封槽的槽底设置，能够使得高压气流直接经引流口213进入到密封条与密封槽的底部之间的间隙，减小高压气体的流动路径，使得高压气体快速作用与密封条，减低气体压力损耗，提高高压气体的工作效率，更加有效地保证涡旋盘密封装置的轴向密封效果。
[0065]
在一个实施例中，引流口213对应密封槽的槽顶设置。当引流口213分别在高压区、中压区和低压区设置时，引流口213对应密封槽的槽顶设置，能够使得中压区和低压区的引流口213主要作为辅助补气通道，此种情况下，使得引流口设置在密封槽的槽顶位置，能够有效避免从高压区进入到密封槽内的高压气体在中压区或者低压区发生泄漏，保证密封条的轴向密封效果。
[0066]
在一个实施例中，位于高压区的引流口213对应密封槽的槽底设置，位于中压区和低压区的引流口213对应密封槽的槽顶设置。该种结构能够根据不同区域引流口213的作用进行不同的位置设置，既能够保证引入足够的高压气流量，对密封条施加足够的压力，又能够避免发生高压气体在中压区和低压区的泄漏问题，提高高压气体的利用效率。
[0067]
在一个实施例中，引流口213的高度为h，密封槽的深度为h，h＝(1/5～1/2)h。这样能够保证引流口213不会贴近密封槽的底部，这样高压气体就受到阻挡，从引流口泄漏的高压气体就会比较少。
[0068]
结合参见图9所示，当静盘210的基材硬度大于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度大于静盘密封条220的硬度时，涡旋压缩机在运行过程中，高压区压缩腔内高压
侧的高压气体的压强为p1，该高压气体从引流口213及动盘110与静盘210之间的间隙先通过静盘密封条220的高压侧，再进入到静盘密封槽212的底部，该高压气体将软质的静盘密封条220抬起，使得静盘密封条220紧贴动盘110的基板表面，从而使得动盘110及静盘210之间的轴向密封性能提升，使得涡旋压缩机泵体的容积效率提高，压缩机性能得到提升。
[0069]
当静盘210的基材硬度小于动盘110的基材硬度，动盘密封条120的硬度小于静盘密封条220的硬度时，涡旋压缩机在运行过程中，高压区压缩腔内高压侧的高压气体的压强为p1，该高压气体从引流口213及动盘110与静盘210之间的间隙先通过动盘密封条120高压侧的一侧，再进入到动盘密封槽112的底部，该高压气体将软质的动盘密封条120抬起，使得动盘密封条120紧贴静盘210的基板表面，从而使得动盘110及静盘210之间的轴向密封性能提升，使得涡旋压缩机泵体的容积效率提高，压缩机性能得到提升。
[0070]
本技术实施例的涡旋盘密封装置，在硬质基材涡旋盘涡卷板齿顶密封槽高压侧的侧壁上开设了引流口213，使得动、静盘轴向涡卷板上密封槽内的软质密封条更容易被高压气体抬起来，避免中压段和低压段软质密封条出现只有部分被抬起或完全未被抬起的情况，也解决了软质密封条浮动延迟及浮动不连续的问题，涡旋压缩机泵体间轴向的密封性能得到保证，涡旋压缩机的性能也得到一定的提升。
[0071]
根据本技术的实施例，涡旋压缩机包括涡旋盘密封装置，该涡旋盘密封装置为上述的涡旋盘密封装置。
[0072]
根据本技术的实施例，制冷装置包括涡旋盘密封装置，该涡旋盘密封装置为上述的涡旋盘密封装置。
[0073]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0074]
以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。