压缩机构及包括该压缩机构的涡旋压缩机的制作方法

1.本发明涉及一种用于涡旋压缩机的压缩机构以及涡旋压缩机。


背景技术：

2.本部分的内容仅提供了与本发明相关的背景信息，，其可能并不构成现有技术。
3.涡旋压缩机可以应用于例如制冷系统、空调系统和热泵系统中。涡旋压缩机包括定涡旋部件和相对于定涡旋部件平动绕动以压缩工作流体的动涡旋部件。定涡旋部件和动涡旋部件具有在涡旋压缩机运行期间相对于彼此滑动接触的止推表面。
4.通常，会将止推表面设计为具有足够大的面积以便提供足够的支承。
5.然而，由于止推表面的面积较大，将会导致止推表面之间的润滑油供给不足，特别是在载荷较重的工况下。润滑油供给不足会导致止推表面的局部磨损严重，甚至导致涡旋部件失效，影响压缩机的性能和可靠性。
6.在动涡旋部件的端板产生倾覆时，止推表面之间的接触点距离压缩腔较远，从而形成较大的楔形区，这不利于承载和润滑，从而导致磨损(刮蹭)问题。


技术实现要素：

7.本公开的目的是提供一种能够缓解涡旋部件的止推表面的磨损问题的涡旋压缩机。
8.根据本公开的一个方面，提供一种用于涡旋压缩机的包括动涡旋部件和定涡旋部件的压缩机构。动涡旋部件包括动涡旋端板和从动涡旋端板的一侧延伸的动涡旋叶片。定涡旋部件包括定涡旋端板、定涡旋叶片、压缩区域和外周壁。定涡旋叶片从定涡旋端板的一侧延伸。在压缩区域中，定涡旋叶片与动涡旋叶片接合以形成用于压缩工作流体的一系列压缩腔。外周壁位于压缩区域的径向外侧并且具有与动涡旋端板滑动接触的止推表面。所述止推表面的外径向尺寸ro小于等于所述动涡旋端板的半径r
动
与绕动半径r
绕
的差值。
9.根据本公开的定涡旋部件，止推表面在涡旋压缩机的运行期间始终与动涡旋端板滑动接触。相比于常规定涡旋部件的止推表面，本公开的定涡旋部件的止推表面的面积大大减小，因此容易对止推表面供给足够的润滑油，并因此能够显著改善止推表面的润滑问题。此外，由于根据本公开的定涡旋部件的止推表面的外边缘朝向中心轴线偏移，因此在动涡旋部件发生倾覆时能够改善楔形区的承载和润滑问题。
10.在一些示例中，所述外周壁上设置有从其端面沿轴向延伸的止推部，所述止推部的顶面构成所述止推表面。
11.在一些示例中，所述止推表面具有非圆形形状的外边缘。
12.在一些示例中，所述压缩区域包括在所述压缩机构的进气口处以及邻近所述进气口的低压压缩区域，并且所述止推表面的至少邻近所述低压压缩区域的部分具有恒定的最小宽度。由于低压压缩区域中形成的压缩腔具有低压压力(等于或略大于吸气压力)，因此邻近低压压缩区域的止推部可以具有降低的强度要求。相应地，止推表面的邻近低压压缩
区域的部分可以具有较小的宽度，由此可以进一步减小止推表面的整个面积并进一步改善润滑。
13.在一些示例中，所述恒定的宽度等于所述定涡旋叶片的厚度。
14.在一些示例中，所述止推表面沿圆周方向延伸360度。
15.在一些示例中，所述止推部的延伸高度在0.1mm至2.0mm的范围内。
16.根据本公开的另一个方面，还提供一种涡旋压缩机。该涡旋压缩机包括上述定涡旋部件。
17.在根据本公开的涡旋压缩机中，由于包括上述定涡旋部件，因此具有与上述定涡旋部件相同的优点。
18.在一些示例中，所述定涡旋部件容置在壳体中，在所述壳体中还容置有马达，所述马达处于经过压缩的排气环境中。
19.在一些示例中，所述动涡旋部件配置成相对于所述定涡旋部件能够轴向浮动。
20.从下文的详细描述中，本发明的其它应用领域将变得更为明显。应该理解的是，这些详细描述和具体示例，虽然示出了本发明的优选实施例，但是它们旨在为了示例性说明的目的，而非试图限制本发明。
附图说明
21.通过以下参照附图的描述，本发明的一个或多个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
22.图1为根据本公开实施方式的涡旋压缩机的立体剖面示意图；
23.图2为图1的涡旋压缩机的局部放大示意图；
24.图3为图1的涡旋压缩机的定涡旋部件的涡旋叶片侧的平面示意图；
25.图4为图1的涡旋压缩机的局部放大示意图；
26.图5a为示出根据本公开的定涡旋部件的止推表面的示意图；
27.图5b为示出比较示例的定涡旋部件的止推表面的示意图；
28.图6a为根据本公开的涡旋压缩机的动涡旋部件倾覆时的局部放大示意图；以及
29.图6b为比较示例的涡旋压缩机的动涡旋部件倾覆时的局部放大示意图。
具体实施方式
30.现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
31.提供示例性实施方式以使得本公开将是详尽的并且将向本领域技术人员更全面地传达范围。阐述了许多具体细节比如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的各实施方式的透彻理解。对本领域技术人员而言将清楚的是，不需要采用具体细节，示例性实施方式可以以许多不同的形式实施，并且也不应当理解为限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，不对公知的过程、公知的装置结构和公知的技术进行详细的描述。
32.下面参照图1来描述涡旋压缩机10的总体结构。如图所示，涡旋压缩机10包括壳体11、压缩机构cm、马达16、旋转轴(也可以称为驱动轴或曲轴)14以及主轴承座15。
33.壳体11形成封闭的空间，其中，压缩机构cm、马达16、旋转轴14和主轴承座15容置在该封闭的空间中。
34.在壳体11上设置有用于将具有吸气压力的工作流体引入壳体11内的进气管12以及用于将经过压缩机构cm压缩的具有排出压力的工作流体排出壳体11的排气管13。进气管12连接至压缩机构cm的进气口112以将具有吸入压力的工作流体引入压缩机构cm的低压腔中。从压缩机构cm的排气口111排出的高压工作流体经由排气管13排出。
35.在图示的示例中，马达16处于经过压缩的工作流体的高温高压环境中。因此，图示的涡旋压缩机也被称为高压侧压缩机。另外，在本公开的高压侧压缩机中，动涡旋部件可以设置成能够轴向浮动以实现压缩机构的轴向柔性。例如，在动涡旋部件与主轴承座之间形成有背压腔，背压腔中的流体向动涡旋部件施加向上的轴向力，以将动涡旋部件朝向定涡旋部件推动。然而，应理解的是，本发明不局限于图示的具体示例，例如，可以适用于低压侧压缩机，即，马达处于具有吸入的工作流体的低温低压环境下。
36.参见图2，压缩机构cm包括连接或固定至壳体11和/或主轴承座15的定涡旋部件100和由主轴承座15支承的动涡旋部件200。马达16构造成使旋转轴14旋转，接着，旋转轴14驱动动涡旋部件200相对于定涡旋部件100绕动运动(即，动涡旋的中心轴线绕定涡旋的中心轴线运动，但是动涡旋不会绕其中心轴线旋转)以压缩工作流体。
37.定涡旋部件100包括定涡旋端板110、从定涡旋端板110的一侧延伸的定涡旋叶片120以及在定涡旋叶片120的径向外侧的外周壁130。在定涡旋端板110的大致中央处设置有排气口111以将经过压缩的高温高压工作流体排出压缩机构cm。
38.动涡旋部件200包括动涡旋端板210、从动涡旋端板210的一侧延伸的动涡旋叶片220和从动涡旋端板210的另一侧延伸的毂部230。定涡旋叶片120与动涡旋叶片220能够彼此接合，使得当涡旋压缩机运行时在定涡旋叶片120和动涡旋叶片220之间形成从径向外侧向径向内侧移动的体积逐渐减小的一系列压缩腔，从而实现对工作流体的压缩。毂部230与旋转轴14的偏心曲柄销接合并被偏心曲柄销驱动。
39.下面结合图3和图4对根据本技术实施方式的定涡旋部件100进行详细描述。
40.如图3所示，定涡旋叶片120呈螺旋形并且限定了从进气口112至排气口111的螺旋形的压缩区域140。在压缩区域140中，定涡旋叶片120与动涡旋叶片220接合以形成从径向外侧朝向径向内侧移动的一系列压缩腔。压缩区域140在进气口112处以及邻近进气口112的部分可以称为低压压缩区域。
41.参见图2和图3，定涡旋部件100包括位于压缩区域140的径向外侧的外周壁130。外周壁130具有面向动涡旋端板210的端面133、位于端面133径向外侧的用于安装的凸缘部137、以及支承在动涡旋端板210上的止推部150。
42.止推部150从端面133沿轴向(图2中向下)延伸。止推部150的轴向高度h可以在0.1mm至2.0mm的范围内，如图4所示。应理解的是，止推部150的轴向高度h可以根据涡旋压缩机10的工作条件、压缩机构cm的结构等而变化。
43.止推部150的顶面152支承在动涡旋端板210上。当涡旋压缩机10运行时，动涡旋端板210在支承止推部150的同时还相对于其顶面152滑动。因此，止推部150的顶面152形成了止推表面s。
44.本文中所述的“定涡旋部件的止推部”包括定涡旋叶片的外径向部分(即，紧邻压缩区域140的外径向部分)，如图3所示。换言之，本文中所述的“定涡旋部件的止推部”的一部分用作定涡旋叶片。本文中所述的“止推表面”指的是止推部的支承在动涡旋端板上并经
受滑动摩擦的表面。
45.止推部150位于压缩区域140的径向最外圈(360度)部分的径向外侧。如图3的阴影线所示，止推表面s沿着圆周方向延伸360度。换言之，顶面152沿圆周方向360度与动涡旋端板210滑动接触，由此形成了沿圆周方向延伸360度的止推表面s。
46.然而，在未示出的示例中，止推表面s在圆周方向上也可以不延伸360度。例如，止推部150的顶面152在进气口处具有缺口而与动涡旋端板210不滑动接触。
47.止推部150的止推表面s包括具有内径向尺寸ri的内边缘和具有外径向尺寸ro的外边缘。即，止推表面s的宽度为外径向尺寸ro与内径向尺寸ri的差值ro-ri。
48.止推表面s的内径向尺寸ri可以由定涡旋叶片120的螺旋形型线来确定。因此，沿着圆周方向，止推表面s的内径向尺寸ri可以是变化的。类似地，止推表面s的外径向尺寸ro沿着圆周方向也可以是变化的。这种情况下，止推表面s具有沿压缩区域140延伸的非圆形形状。因此，止推表面s的宽度沿着圆周方向是可以变化的。
49.在图3所示的示例中，止推表面s在进气口112两侧的宽度是不同的。止推表面s的邻近压缩区域140的低压压缩区域的部分具有基本恒定的宽度。该恒定的宽度大致等于定涡旋叶片120的厚度。止推表面s在与压缩区域140的低压压缩区域相反的一侧具有较大的宽度，这是由于例如在其上具有油槽132的原因。应理解的是，在没有外部因素的影响下，止推表面s基本上整体在圆周方向上可以具有恒定的宽度。
50.为了确保稳定支承，止推表面s的宽度可以大于等于定涡旋叶片120的厚度。也就是说，止推表面s的最小宽度可以为定涡旋叶片120的厚度。例如，止推表面s的邻近低压压缩区域的部分具有最小宽度。因为低压压缩区域中形成的压缩腔处于低压压力(等于或略大于吸气压力)，因此止推表面s的邻近低压压缩区域的部分的强度要求较低并因此可以具有最小宽度。应理解的是，在满足支承和强度要求的情况下，止推表面s的宽度也可以小于定涡旋叶片120的厚度。
51.根据本公开的定涡旋部件100，止推表面s的外径向尺寸ro小于等于动涡旋端板210的半径r
动
与绕动半径r
绕
的差值，即，ro≤r
动-r
绕
。换言之，在圆周方向上的任何部分处，止推表面s的最大的外径向尺寸rmax可以等于动涡旋端板210的半径r
动
与绕动半径r
绕
的差值，即，rmax＝r
动-r
绕
。这样，在压缩机的运行期间，止推表面s始终与动涡旋端板210滑动接触。即，止推表面s整体为有效支承表面。
52.图5a为示出根据本公开的定涡旋部件的止推表面的示意图；图5b为示出比较示例的定涡旋部件的止推表面的示意图。如图5a所示，根据本公开的定涡旋部件100具有止推表面s(如阴影线所示)。止推表面s在涡旋压缩机运行期间始终与动涡旋端板滑动接触。如图5b所示。比较示例的定涡旋部件100’具有止推表面s’(如阴影线所示)。止推表面s’包括在涡旋压缩机运行期间始终与动涡旋端板滑动接触的第一部分以及与动涡旋端板间歇地滑动接触的第二部分。将图5a和图5b进行比较可知，本公开的定涡旋部件的止推表面s相当于比较示例的止推表面s’的第一部分。因此，比较示例的止推表面s’的面积比本公开的止推表面s的面积大，具体地，大了第二部分的面积。换言之，止推表面s的面积相对于止推表面s’的面积减小了，例如可以减小35％至40％。
53.如上所述，根据本公开的定涡旋部件的止推表面s具有显著减小的支承面积，同时可以有效确保支承力。具有减小面积的止推表面s可以降低润滑要求，即，容易解决润滑问
题，特别是在载荷较重的工况下。因此，可以减小涡旋部件的失效概率，提高压缩机的整体性能和可靠性。
54.此外，根据本公开的定涡旋部件100仅仅通过改变止推表面的结构(外径向尺寸)就能够显著改善其润滑问题，而无需设置额外的供油结构等。因此，定涡旋部件100结构简单、操作可靠且便于加工。
55.此外，根据本公开的定涡旋部件100还可以解决或缓解在动涡旋部件发生倾覆时的润滑和磨损问题，下面将参见图6a和图6b进行描述。图6a为根据本公开的涡旋压缩机的动涡旋部件倾覆时的局部放大示意图；图6b为比较示例的涡旋压缩机的动涡旋部件倾覆时的局部放大示意图。
56.如图6a所示，当动涡旋部件的动涡旋端板210发生倾覆时，定涡旋部件100的止推表面s在接触点p与动涡旋端板210发生点接触，由此形成楔形区w。接触点p由止推表面s的外边缘确定。
57.如图6b所示，当动涡旋部件的动涡旋端板210’发生倾覆时，定涡旋部件100’的止推表面s’在接触点p’与动涡旋端板210’发生点接触，由此形成楔形区w’。接触点p’由动涡旋端板210’的止推表面的外边缘确定。
58.与图6b中的接触点p’相比，图6a中的接触点p相对于中心轴线的距离近得多。因此，与图6b中的楔形区w’相比，图6a中的楔形区w小得多。相比之下，对于图6a中示出的定涡旋部件100而言，有利于在楔形区w中形成油压以帮助承载和润滑，从而改善磨损(刮蹭)问题。
59.另外，在比较示例中，在动涡旋部件发生倾覆时，，限定楔形区w’的动涡旋部件的止推表面离开接触点p’方向移动(即，图6b中向右侧移动)，这不利于在楔形区形成油压以帮助承载和润滑，，从而导致磨损。相比之下，在如图6a所示的本公开的示例中，由于在突出的止推部150的径向外侧形成有凹槽并且接触点p由止推表面s的外边缘确定，因此，在动涡旋部件发生倾覆时，限定楔形区w的动涡旋部件的止推表面可以朝向接触点方向移动(即，图6a中向左侧移动)，这有利于在楔形区形成油压以帮助承载和润滑，从而改善磨损。
60.虽然已经参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式。在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对示例性实施方式做出各种改变。例如，定涡旋部件100的外周壁130可以省去凸缘部137，而仅具有止推部150。还应理解的是，在技术方案不矛盾的情况下，各个实施方式的特征可以相互结合或者可以省去。