專利名稱：渦旋式壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制冷循環設備的渦旋式壓縮機，更具體來講，本發明涉及這樣一種渦旋式壓縮機其適用于以R410A、二氧化碳(CO2)、以及其它類似物質為制冷劑的蒸汽壓縮制冷循環。
背景技術：
對于這種類型的普通渦旋式壓縮機，為了降低壓縮室的漏損并獲得高效率，使繞轉渦盤與固定渦盤相接觸，并相對于該固定渦盤滑動，在許多情況下，壓縮室是被密封的。圖5表示了常規結構的一個實例，在專利文件1(日本專利公報第2001-280252號)中介紹了該結構實例。也就是說，在普通的渦旋式壓縮機中，在繞轉渦盤5的表面處形成背壓室12，該表面位于與繞轉渦盤5的渦卷表面相反的一側(背面側)。背壓室12被環形密封件11分隔成內部區域12a和外部區域12b。處于排出壓強狀態下的潤滑油被輸送到環形密封件11的內部區域12a中，該潤滑油中的一部分經縮窄部分13輸送到外部區域12b中，外部區域12b中的潤滑油被供送到抽吸空間9中。對于這樣的構造，外部區域12b被設定為中間壓強Pm，該壓強處于吸入壓強Ps與排出壓強Pd之間，因而，在繞轉渦盤5的背面上作用有推力，由此能使繞轉渦盤5與固定渦盤4相接觸，并相對滑動。
按照上述的結構，當起動渦旋式壓縮機時，潤滑油首先被輸送到環形密封件11的內部空間12a中，然后再被輸送到外部空間12b中，但直到外部空間12b中的壓強等于設定的中間壓強Pm(＝Ps+ΔP)時，潤滑油才會被輸送到由所述兩渦盤形成的抽吸空間9中。如果在起動渦旋式壓縮機時未向抽吸空間9輸送潤滑油，則在大量液態制冷劑與氣態制冷劑一道從制冷循環返回到抽吸空間9中的條件下，會出現這樣一個問題殘留在滑動表面上的潤滑油被沖走，結果就是，固定渦盤4或繞轉渦盤5會被損壞，并會咬死卡住。
尤其是在制冷劑是諸如二氧化碳(CO2)等的高壓制冷劑的情況下，將繞轉渦盤5頂向固定渦盤4的推力的絕對值將變大，且設定背壓ΔP(Pm-Ps)的絕對值也會變大。因而，與使用R410A制冷劑的情況相比，潤滑滯后的持續時間會變長，因而，存在著固定渦盤4與繞轉渦盤5更易于卡死的問題。
因而，本發明的一個目的是提供一種可靠的渦旋式壓縮機，其能防止在渦旋式壓縮機起動時出現潤滑滯后的現象。
發明內容
本發明的第一方面在于提供一種渦旋式壓縮機，在該壓縮機中，固定渦盤與繞轉渦盤相結合而形成了多個壓縮室，其中，固定渦盤具有位于固定鏡面板上的固定渦卷體，繞轉渦盤具有位于繞轉鏡面板上的繞轉渦卷體，在繞轉渦盤上的繞轉渦卷體表面的相反側表面處形成背壓室，背壓室被環形密封件分隔成內部區域和外部區域，處于排出壓強狀態下的潤滑油被輸送到環形密封件的內部區域中，這些潤滑油的一部分在縮窄部分處減壓，并被輸送到外部區域中，位于外部區域中的潤滑油被輸送到抽吸空間中，外部區域內的壓強被設定為預定的壓強Pm，該壓強位于吸入壓強Ps與排出壓強Pd之間，在繞轉渦盤的背面上作用有推力，由此使繞轉渦盤與固定渦盤相接觸，繞轉渦盤的自轉運動受到自轉約束構件的約束，允許繞轉渦盤進行繞轉，由此在將壓縮室移向渦盤中心的同時減小其容積，制冷劑氣體被抽吸到壓縮室中，并受到壓縮，繞轉渦盤的繞轉鏡面板的直徑D與環形密封件的外徑d的比值(d/D)被設定為大于0.5。
對于這一方面的方案，如果比值(d/D)被設定為大于0.5，則即使排出壓強的幅值由于工況不同而變化，也能始終獲得正的(+)的推力。因而，僅利用作用在環形密封件的內部區域中的排出壓強Pd，就能使繞轉渦盤與固定渦盤相接觸，并相對滑動。對于這樣的設計，可將作用于環形密封件的外部區域的壓強Pm設定成與吸入壓強Ps相同的數值，或設定成與吸入壓強Ps接近的數值。結果就是，當壓縮機起動時，輸送給環形密封件的外部區域的潤滑油基本上同時也被輸送到抽吸空間中。因而，可消除潤滑油供應上的滯后問題，即使從起動的初始階段開始就將液態制冷劑吸入到抽吸空間中，滑動表面也不會卡住。
根據本發明的第二方面，在第一方面的渦旋式壓縮機中，將作用在由環形密封件分隔開的外部區域上的背壓ΔP(＝Pm-Ps)設定為這樣使得背壓ΔP與制冷劑氣體在0℃時的飽和蒸氣壓強Po的比值(ΔP/Po)基本上是常數，且小于等于0.2。
按照這一方面，如果潤滑油從環形密封件的內部區域流入到外部區域中，外部區域內的壓強Pm就會上升。如果設定壓強Pm是低壓值(也就是說，等于吸入壓強Ps或接近于吸入壓強Ps)，則在短時間內就能達到這樣的壓強值。因而，壓強被設定為0.2≥ΔP/Po≥0，也就是說，Ps+0.2Po≥Pm≥Ps，其中，所采用的Po(常數)是所使用的制冷劑在處于0℃時的飽和蒸汽壓強。按照這種方式，通過將外部區域的設定背壓設為小值，環形密封件的外部區域中的壓強就能在短時間內達到設定值，從而，壓縮機構的抽吸空間也能很快就獲得潤滑油供應。因而，可減小向抽吸空間的潤滑油的供應滯后。即使從起動的初始階段開始就將液態制冷劑吸入到抽吸空間中，滑動表面也不會卡住。
根據本發明的第三方面，在第一或第二方面的渦旋式壓縮機中，被吸入到抽吸空間內的制冷劑氣體中含有液態制冷劑，且其干度系數小于等于0.5。
按照這一方面的特征，即使在起動時壓縮機吸入了含液態制冷劑的制冷劑氣體，若制冷劑氣體的干度為0.5或更小，也能在起動的同時很快獲得潤滑油供應。采用這樣的設計，能確保渦旋式壓縮機的可靠性。
根據本發明的第四方面，在第一或第二方面的渦旋式壓縮機中，可將二氧化碳用作制冷劑。
按照這一方面的特征，如果將CO2用作制冷劑，由于該氣體的壓強很高，用于將繞轉渦盤推頂到固定渦盤上的推力會增大，相應地，滑動表面易于被卡住。但是，如果外部區域內的背壓ΔP被設定為小值，則背壓短時間就能升高到設定值，而后很快就能向抽吸空間供應潤滑油，這樣就可防止滑動表面被卡住。
圖1中的垂向剖面圖表示根據本發明第一實施方式的渦旋式壓縮機。
圖2中的局部立體圖表示圖1所示渦旋式壓縮機的繞轉渦盤和環形密封件。
圖3中的圖線表示圖1所示渦旋式壓縮機的直徑比值(d/D)與推力之間的關系。
圖4中的圖線表示起動本發明第二實施方式的渦旋式壓縮機之后的時間與壓強變化。
圖5中的垂直剖面圖表示一種普通的渦旋式壓縮機。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發明的實施方式進行介紹。
(第一實施方式)圖1中的垂直剖面圖表示根據本發明第一實施方式的渦旋式壓縮機。要被壓縮的材料是制冷劑氣體。
如圖1所示，該實施方式的渦旋式壓縮機包括主軸承構件7，其位于曲軸6上，該曲軸6通過焊接或收縮配合而固定在容器1中；固定渦盤4，其借助于螺栓固定到主軸承構件7上；繞轉渦盤5，其與固定渦盤4相配合；以及渦旋式壓縮機構2，通過將繞轉渦盤5夾置在主軸承構件7與固定渦盤4之間來形成該壓縮機構。在繞轉渦盤5與主軸承構件7之間設置了自轉約束構件10。自轉約束構件10包括歐氏環(Oldhamring)，該構件阻止繞轉渦盤5發生自轉，并引導著繞轉渦盤5，以使得繞轉渦盤5執行繞轉運動。繞轉渦盤5由設置在曲軸6上端上的偏心部分偏心地進行驅動，由此使繞轉渦盤5實現繞轉運動。
在固定渦盤4的固定鏡面板4a上設置了固定的渦卷體(scrollwrop)4b。在繞轉渦盤5的繞轉鏡面板5a上設置了繞轉渦卷體5b。在將固定渦卷體4b與繞轉渦卷體5b相互結合起來的條件下，通過使繞轉渦盤5進行繞轉，就能形成壓縮室8。壓縮室8在從其外周側向其中心部分移動的過程中，容積將減小，利用這一情況，制冷劑氣體被從與容器1的外部相通的吸入管18以及固定渦盤4的外周抽吸空間9吸入，并受到壓縮，而且，如果制冷劑氣體的壓強變得大于等于預定的壓強，則其就被從形成在固定渦盤4的中心部分處的排出口排出到容器1中，且這些操作被重復地進行。
曲軸6的下端進入到位于容器1下端的潤滑油儲油器17中，曲軸6的下端由輔助軸承構件15支撐著，并能穩定地轉動。輔助軸承構件15被安裝在輔助軸承保持構件14上，該保持構件14通過焊接或收縮配合而固定在容器1中。電機3包括定子3a和轉子3b，電機3被設置在主軸承構件7與輔助軸承構件14之間，且利用焊接或收縮配合而固定到容器1上。轉子3b環繞著曲軸6一體地連接著。如果轉子3a與曲軸6進行轉動，繞轉渦盤5就執行繞轉運動。
繞轉渦盤5的背面處設置有背壓室12。主軸承構件7上設置有環槽，在該環槽內設置有環形的密封件11，背壓室12被該環形密封件11分隔成兩個區域，即內部區域12a和外部區域12b。向內部區域12a施加高的排出壓強Pd。向外部區域12b施加預定的中間壓強Pm，該壓強處于吸入壓強Ps與排出壓強Pd之間。受背壓室12中壓強的作用，在繞轉渦盤5上施加了推力，從而將繞轉渦盤5穩定地推頂到固定渦盤4上，由此能減小泄漏，使繞轉渦盤5穩定地繞轉運動。
在下文中，針對該實施方式渦旋式壓縮機的潤滑工作狀況，對壓縮機構2的潤滑通路進行介紹。在輔助軸承保持構件14上安裝有正壓油泵16。油泵16由曲軸6的下端驅動。被該油泵16從潤滑油儲器17中泵送上來的潤滑油，經貫通曲軸6的潤滑油輸送孔6a輸送到壓縮機構2的各個滑動部分處。經潤滑油輸送孔6a輸送到曲軸6上端的大部分潤滑油對曲軸6的偏心軸承和主軸承7a進行潤滑，然后，這些潤滑油流出到主軸承構件7的下方，并最終返回到潤滑油儲器17中。輸送到曲軸6上端的一部分潤滑油流向繞轉渦盤5中設置的通道和縮窄部分13，在此處，潤滑油被減壓，并被輸送到環形密封件11的外部區域12b中。自轉約束構件10被設置在外部區域12b中，輸送來的潤滑油對自轉約束構件10進行潤滑。隨著潤滑油在外部區域12b中蓄積，外部區域12b中的壓強將升高。為了將壓強保持在恒定的水平上，在抽吸空間9與環形密封件11的外部區域12b之間設置了壓強調節機構20。如果外部區域12b中的壓強變得高于背壓ΔP(＝Pm-Ps)，則壓強調節機構20將工作，外部區域12b中的潤滑油將被輸送到抽吸空間9中，且外部區域12b中的壓強將被保持在基本恒定的數值上。輸送到抽吸空間9的潤滑油將進入到壓縮室8中，其起到了密封物的功用，用于防止制冷劑氣體從壓縮室8泄漏出去，同時還起到了對固定渦盤4和繞轉渦盤5的滑動表面進行潤滑的作用。
下面將利用圖2和圖3對第一實施方式的渦旋式壓縮機作更為詳細的描述。如圖2所示，在第一實施方式的渦旋式壓縮機中，繞轉渦盤5的繞轉鏡面板5a的直徑D與環形密封件11的外徑d的比值(d/D)關系被設定為大于0.5。如圖2所示，環形密封件11被布置在繞轉渦盤5上與繞轉渦卷體5b的相反側，也就是說，位于背壓室12一側。
在諸如空調器或熱泵型熱水器等空氣調節系統的制冷循環中，排出壓強Pd與吸入壓強Ps之間的壓強比Pd/Ps隨著工況的不同而在約2到6的范圍內變動。圖3表示了一種情況，在該圖中，Pd是作用在環形密封件11內部區域12a中的壓強，其中，環形密封件11位于繞轉渦盤5的背壓室12中，Ps是作用于外部區域12b中的壓強。更具體來講，圖3表示了在工況改變的情況下、推力與直徑比d/D之間的關系，且可根據作用于繞轉渦盤5的繞轉鏡面板5a上的壓強平衡而計算出推力。
從圖3中的圖線可發現當壓強比Pd/Ps在2-6之間的范圍變動時，為了使繞轉渦盤5與固定渦盤4接觸，并相對滑動，只需要使推力始終為正(+)即可，因而，環形密封件11的外徑應當被設定為大于繞轉渦盤5的繞轉鏡面板5a直徑的約0.5倍。
也就是說，如果直徑比d/D被設定為大于0.5，則不論排出壓強的幅值多大，始終都能獲得正的(+)推力。因而，僅利用作用于環形密封件11的內部區域12a的排出壓強Pd，就能使繞轉渦盤5與固定渦盤4相接觸，并相對滑動。對于這樣的設計，可將作用于環形密封件11的外部區域12b的中間壓強Pm設定成與吸入壓強Ps為同樣的數值，或者設定為與吸入壓強Ps接近的數值。因而，在第一實施方式的渦旋式壓縮機中，壓強調節機構20被設定成這樣即使當背壓ΔP約為0時，渦旋式壓縮機也進行工作。
對于該實施方式中壓縮機構2的這種結構，當壓縮機構2起動時，輸送到環形密封件11的外部區域12b中的潤滑油無延遲地供送到抽吸空間9中。因而，在起動操作的初始階段，即使有大量的液態制冷劑被吸入到抽吸空間9中、且液態制冷劑沖走了潤滑油，但由于立即就有新的潤滑油被輸送到抽吸空間9中，因而對防止滑動表面的卡住起了很大的作用。
(第二實施方式)下文將對本發明第二實施方式的渦旋式壓縮機進行描述。在第二實施方式中，按照如下的方式來設定作用在圖1所示第一實施方式的渦旋式壓縮機中的環形密封件11的外部區域12b上的背壓ΔP(＝Pm-Ps)。那些與第一實施方式中渦旋式壓縮機的構件具有相同功能的組成構件將由相同的附圖標號指代，并略去對這些構件的描述。
潤滑油從環形密封件11的內部區域12a流入到外部區域12b中，外部區域12b中的壓強將升高，但由于背壓的設定值較低，外部區域12b中的壓強在短時間內就能達到該設定值。當環形密封件11的外部區域12b中的壓強被升高到設定背壓時，潤滑油將被輸送到壓縮機構2的抽吸空間9中。因而，在第二實施方式中，背壓ΔP的數值是由嵌置在固定渦盤4中的壓強調節機構20限定的，以使得背壓ΔP與飽和蒸氣壓Po的比值(ΔP/Po)變得基本上是常數，并小于等于0.2，其中的飽和蒸氣壓Po是指所使用的制冷劑在處于0℃時的蒸氣壓。也就是說，通過將外部區域12b的背壓設定為小值(0.2≥ΔP/Po≥0)，在起動時，潤滑油很快就能輸送到抽吸空間9中。也即是，具有縮短向抽吸空間9的潤滑油供應延遲的效果，并且，即使從起動操作的初始階段開始就將液態制冷劑吸入到抽吸空間中，滑動表面也不會被卡住。
圖4中的圖線表示在以CO2為制冷劑的渦旋式壓縮機起動時，吸入壓強Ps、排出壓強Pd、以及環形密封件11的外部區域12b的壓強(背壓ΔP)隨時間的變化關系。也就是說，對于使用CO2的三臺渦旋壓縮機，若改變壓強調節機構20的設定，則環形密封件11的外部區域12b的壓強ΔP也被設定為三個不同的數值，例如為0.5Mpa、1.0Mpa、1.5Mpa。圖4表示出了試驗驗證的結果。
圖4中表示出了背壓隨時間的變化，在起動操作的約30秒之后，背壓達到0.5Mpa，在約45秒之后達到1.0Mpa，在約60秒之后達到1.5Mpa。換言之，如果背壓ΔP被設定為0.5Mpa，則在約30秒之后就能向抽吸空間9供應潤滑油，但如果背壓ΔP被設定為1.0Mpa，則直到起動操作的45秒之后才向抽吸空間9供應潤滑油。
作為該起動試驗的結果，在背壓ΔP分別被設定為1.0Mpa和1.5Mpa的渦旋式壓縮機中，發現滑動表面出現了卡死，其中的滑動表面也即是指繞轉渦盤5的鏡面板5a和固定渦盤4的鏡面板4a。但是，在背壓ΔP被設定為0.5Mpa的壓縮機中，未發現卡死現象。
如果制冷劑是CO2，則在0℃時的飽和蒸氣壓強Po為3.5Mpa(絕對壓強)，假定設定背壓ΔP為0.5Mpa，ΔP與Po的比值(ΔP/Po)為0.143。
從這些試驗可以看出在第二實施方式的渦旋式壓縮機中，通過設定ΔP以使得ΔP/Po的數值小于等于0.2，在起動時就可以很快地向抽吸空間供應潤滑油，可防止出現滑動故障或卡住，從而能提高壓縮機的可靠性。
如果將背壓ΔP也設定為小值(在使用CO2制冷劑的情況下，且ΔP被設定為0.5Mpa)，為了使渦旋式壓縮機在額定工況等的各種工況下穩定、高效地工作，優選地是如第一實施方式中那樣，將環形密封件11的外徑d設定為繞轉渦盤5的繞轉鏡面板5a的直徑D的0.5倍或更大。
已經確認當背壓ΔP被設定為小值時，即使抽吸空間9中吸入了含有大量液態制冷劑的制冷劑(也就是說，制冷劑的干度系數小于等于0.5)，在繞轉渦盤5和固定渦盤4的滑動表面上也不會發生卡死現象。
從上文的描述可清楚地看出，在本發明中，繞轉渦盤的繞轉鏡面板的直徑D與環形密封件的外徑的比值(d/D)被設定為0.5或更大的值。采用這樣的設計，作用于環形密封件的外部區域的壓強Pm只需被設定為與吸入壓強Ps相同或接近于吸入壓強Ps即可。結果就是，當壓縮機被起動時，輸送到環形密封件的外部區域中的潤滑油基本上同時就能輸送到抽吸空間中。因而，可消除潤滑油供應的延遲，從而即使從起動的初始階段就將液態制冷劑吸入到抽吸空間中，也能獲得滑動表面不卡住的效果。
另外，在本發明中，背壓ΔP被設定成小值，以使得作用于環形密封件的外部區域的背壓ΔP(＝Pm-Ps)與制冷劑氣體在0℃時的飽和蒸氣壓強Po的比值(ΔP/Po)基本上是小于等于0.2的常數。采用這樣的設計，環形密封件的外部區域中的壓強在短時間內就能達到設定值，潤滑油很快就能輸送到壓縮機構的吸入空間中，從而可縮短向抽吸空間的潤滑油的供應延遲。即使從起動的初始階段開始就將干度系數小于或等于0.5的制冷劑吸入到抽吸空間中，也能獲得滑動表面不卡住的效果。
另外，根據本發明，即使被吸入到抽吸空間中的制冷劑中含有液態制冷劑，且其干度系數小于等于0.5，但在第一或第二實施方式中，由于在起動時很快就能供應潤滑油，所以提高了渦旋式壓縮機的可靠性。如果以CO2作為制冷劑，由于CO2自身壓強的絕對值高，所以，滑動表面相應地易于被卡住，但如果將環形密封件的外部區域的背壓ΔP設定為小值，則背壓在短時間內就能升高到設定值。采用這樣的設計，潤滑油能被迅速輸送到抽吸空間中，因而可防止滑動部分出現卡死現象。
如上所述，按照本發明的設計，提供了一種可靠的渦旋式壓縮機，其能防止在起動時出現潤滑油供應延遲的問題。
權利要求
1.一種渦旋式壓縮機，在該壓縮機中，固定渦盤與繞轉渦盤相結合而形成了多個壓縮室，其中，固定渦盤具有位于固定鏡面板上的、固定渦卷體，繞轉渦盤具有位于繞轉鏡面板上的繞轉渦卷體，在所述繞轉渦盤的所述繞轉渦卷體表面的相反側表面處形成了背壓室，所述背壓室被環形密封件分隔成內部區域和外部區域，處于排出壓強狀態下的潤滑油被輸送到所述環形密封件的所述內部區域中，這些潤滑油的一部分在縮窄部分處減壓并被輸送到所述外部區域中，位于外部區域中的潤滑油被輸送到抽吸空間中，所述外部區域內的壓強被設定為預定壓強Pm，該預定壓強Pm位于吸入壓強Ps與排出壓強Pd之間，在所述繞轉渦盤的背面上作用有推力，由此使所述繞轉渦盤與所述固定渦盤相接觸，所述繞轉渦盤的自轉運動受到自轉約束構件的約束，允許所述繞轉渦盤進行繞轉，由此在將所述壓縮室移向渦盤中心的同時減小其容積，制冷劑氣體被抽吸到所述壓縮室中，并受到壓縮，所述繞轉渦盤的所述繞轉鏡面板的直徑D與所述環形密封件的外徑d的比值(d/D)被設定為大于0.5。
2.根據權利要求1所述的渦旋式壓縮機，其特征在于將作用在由所述環形密封件分隔開的所述外部區域上的背壓ΔP(＝Pm-Ps)設定為這樣使得背壓ΔP與所述制冷劑氣體在0℃時的飽和蒸氣壓強Po的比值(ΔP/Po)基本上是常數，且小于等于0.2。
3.根據權利要求1或2所述的渦旋式壓縮機，其特征在于被吸入到所述抽吸空間內的制冷劑氣體中含有液態制冷劑，且其干度系數小于等于0.5。
4.根據權利要求1或2所述的渦旋式壓縮機，其特征在于二氧化碳被用作所述制冷劑。
全文摘要
環形密封件(11)將形成于繞轉渦盤(5)背面側的背壓室(12)分隔成內部區域(12a)和外部區域(12b)。該環形密封件(11)的直徑(d)被設定為大于等于繞轉鏡面板(5a)直徑(D)的0.5倍。這樣的設計能實現這樣的效果不論作用于內部區域(12a)的排出壓強(Pd)為何值，都能在繞轉渦盤(5)上作用有正推力，從而，可以通過排出壓強的背壓將繞轉渦盤(5)頂壓到固定渦盤(4)上。外部區域(12b)中的設定壓強(Pm)被減小為接近于吸入壓強(Ps)的數值，在渦旋式壓縮機起動之后，壓強調節機構(20)被迅速地開啟。因而，可無遲滯地從外部區域(12b)將潤滑油供送到抽吸空間(9)中。
文檔編號F04C23/00GK1823227SQ20048002005
公開日2006年8月23日 申請日期2004年6月9日 優先權日2003年6月12日
發明者澤井清, 飯田登, 二上義幸, 鶸田晃, 赤澤輝行 申請人:松下電器產業株式會社