专利名称：带有耐磨板机构的涡旋式流体容积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡旋式流体容积装置，特别是涉及一种用于涡旋式流体压缩机中的涡旋件的螺旋形涡卷的耐磨板机构。
在现有技术中，涡旋式流体容积装置已是公知技术。比如，美国专利第5,249,943号公报，就公开了一种带有两个涡旋件的涡旋式流体容积装置的基本结构，每个涡旋件都有一端板和从端板伸出的螺旋形或渐开线形涡卷，其中公开的内容可作为参考结合在本文中。这两个涡旋件保持一定角度和径向的偏移量，使两个螺旋形涡卷相互配合，在它们的螺旋曲面间形成一组线接触，从而密封并形成至少一对流体腔。两个涡旋件的相对公转运动使线接触沿着螺旋曲面移动，因此，改变了流体腔的体积。流体腔的体积根据公转运动的方向增加或减小。这样，涡旋式装置可以压缩、膨胀或泵送流体。
同传统的活塞型压缩机相比较，涡旋式压缩机有一定的优点。比如，使用较少的部件，可允许流体的连续压缩。但是，涡旋式压缩机的问题之一是难于密封流体腔。在涡旋式压缩机中必须保持流体腔的轴向和径向密封以得到高效率的运转。流体腔由相互配合的螺旋形涡卷的线接触和一螺旋形涡卷的轴向端面与对面端板的内端面间的轴向接触形成。
许多技术已经用于解决密封问题，特别是关于轴向密封。在美国专利第3,994,636号公报中，公开了一种安装在形成于每一螺旋形涡卷轴向端面的槽内的密封件，其中公开的内容可作为参考结合在本文中。在每一槽内的轴向推力装置，如弹簧，朝着面对端板的端面的方向推动密封件，从而实现轴向密封。
由于上述专利中的利用一弹簧或其它轴向推力机构朝着面对端板的端面方向推动密封件，经过一段时间，在密封件的端面和涡旋件的端板之间发生磨损，特别是当重量轻的合金，如铝合金用作涡旋件的材料时，更是如此。
在美国专利第4,047,855号公报中，公开了关于磨损问题的一个解决方法，其中公开的内容可作为参考结合在本文中。这个专利公开了一个渐开线形耐磨板，设置在螺旋形涡卷的轴向端面和相对端板的内端面之间。这个渐开线形损耗板覆盖了端板的表面区域，在公转运动过程中，另一螺旋形涡卷在此处形成轴向接触。从而防止了过度的损耗或磨损。
应该注意的是，在涡旋式压缩机中，相互配合的螺旋形涡卷，通常由重量轻的合金，如铝合金制造，受当流体流到压缩机中心时压力升高、体积减少所造成的几个温度区的影响。最高的温度存在于压缩机中心处，是由于这个腔具有最小的体积和最高温度。这导致螺旋形涡卷中心处的热膨胀大于其它部位。由于铝合金的热膨胀系数通常大于钢，温度变化对铝的影响也大于钢。当螺旋形涡卷中心热膨胀时，渐开线形耐磨板的中心承受着比径向外部大的应力。结果，螺旋形涡卷的中心更易受到损害和失效。
另外，日本实用新型专利第JP SHO 63-41589公报中，公开了一种涡旋式压缩机，它的耐磨板也设置在螺旋形涡卷的端面和相对端板的内端面之间，其中公开的内容可作为参考结合在本文中。螺旋形涡卷的轴向端面带有一形成在其中心部位的凹槽部分。这个凹槽部分使得耐磨板依据螺旋形涡卷的热膨胀更深的放置。因此，这种结构可以利用耐磨板的局部降低而吸收热膨胀。
但是，这种结构使渐开线形耐磨板的中心部位由于弯曲而反复地承受高应力。这样，耐磨板的中心部位易受到磨损、损害和失效。
本发明的一个目的是提供一种带有耐磨板机构的涡旋式流体或冷却容积装置，这个耐磨板机构防止了耐磨板的过度磨损和每一涡旋件的螺旋形涡卷的损害。
本发明的另一目的是提供一种具有长使用寿命的流体容积装置。
依据本发明，一种流体容积装置，包括一带有流体入口和流体出口的壳体，第一涡旋件和第二涡旋件。每个涡旋件具有一端板和从端板的一侧伸出的螺旋形涡卷。这些涡卷以一定角度和径向偏移量相互配合，在它们的螺旋曲面间形成一组线接触，这些线接触形成了至少一对密封流体腔。涡旋件中的一个是公转涡旋件，另一个是固定涡旋件。一带有由壳体可旋转地支撑的牵引轴的驱动机构，与公转涡旋件可操作地连接，通过驱动轴的旋转引起公转涡旋件相对于另一涡旋件作公转运动，从而改变流体腔的体积。
第一耐磨板设置在第一涡旋件的端板的内表面，并从相邻于第一涡旋件端板的内表面径向中心部位的第一位置延伸到第一涡旋件的螺旋形涡卷的外终端的径向和螺旋方向向内处的第二位置，一轴向间隙在第一涡旋件端板的内表面径向中心部位和第二涡旋件的涡卷的径向内端之间形成，以便第二涡旋件的螺旋形涡卷的径向内端不与第一涡旋件的端板的内表面径向中心部位接触。
下面通过参照附图详细讲解本发明的最佳实施例，可以理解本发明的其它目的、特征和优点。
图1是依据本发明一实施例的涡旋式流体压缩机的剖面图。
图2是依据本发明一实施例的涡旋式流体压缩机的固定涡旋件的放大正视图。
图3是沿着图2中线I-I的固定涡旋件的局部放大图。
图4是依据本发明一实施例的涡旋式流体压缩机的固定涡旋件的正视图。
图5是依据本发明一实施例的涡旋式流体压缩机的固定涡旋件的局部放大正视图。
图6是沿着图5中线II-II的固定涡旋件的局部放大图。
图7是依据本发明一实施例的涡旋式流体压缩机的公转涡旋件的放大正视图。
参见图1，依据本发明的流体容积装置以涡旋式流体压缩机构100显示。
压缩机构单元100包括带有安装在杯形外壳12上的前端板11的压缩机壳体10。
开口111在前端板11的中部形成，用于使驱动轴14穿过其中。环形突起112在前端板11的后端面上形成。环形突起112面向杯形外壳12并与开口111同心。环形突起112的外圆周表面延伸到杯形外壳12的开口内壁里面，使得杯形外壳12的开口由前端板11遮盖。0形环114放置在环形突起112的外圆周表面和杯形外壳12的开口内壁间，来密封前端板11和杯形外壳12的配合面。
环形衬套15从前端板11的前端表面伸出，环绕着驱动轴14。环形衬套15形成一轴密封腔。在如图1所示的实施例中，环形衬套15与前端板11制成一体。环形衬套15也可以与前端板11相分离地形成。
驱动轴14由环形衬套15通过位于环形衬套15前端内的轴承118可旋转地支撑着。驱动轴14在内端有一盘29。盘29由前端板11通过位于前端板11的开口111内的轴承13可旋转地支撑着。轴密封组件16在环形衬套15的轴密封腔内与驱动轴14配合。
皮带轮132由轴承133可旋转地支撑，它套在环形衬套15的外表面上。电磁线圈134利用支撑板135固定于环形衬套15的外表面之上，并位于皮带轮132的环形腔内。衔铁板136弹性地支撑在驱动轴14的外端。皮带轮132、电磁线圈134和衔铁板136组成了一个磁式离合器。在工作中，由诸如汽车发动机等的外部动力源通过磁式离合器等旋转传动装置带动驱动轴14。
位于杯形外壳12内腔的若干元件包括固定涡旋件17、公转涡旋件18、用于公转涡旋件18的驱动机构、以及公转涡旋件18的防止旋转/止推轴承装置20。杯形外壳12的内腔形成于杯形外壳12的内壁和前端板11的后端面之间。
固定涡旋件17包含一个环形端板171，一个固定于或突伸于环形端板171的一侧面的螺旋形涡卷172，沿轴向从环形端板171的另一侧面伸出的数个内螺纹凸台173。每个凸台173的轴向端面安装于杯形外壳12的底板部分120的内表面上，并通过拧入凸台173的螺栓21固定。这样，固定涡旋件17固定于杯形外壳12的内腔。固定涡旋件17的环形端板171将杯形外壳12的内腔分成前腔23和后腔24。密封圈22位于环形端板171的圆周槽内，在杯形外壳12的内壁和环形端板171的外表面间进行密封。固定涡旋件17的螺旋形涡卷172位于前腔23内。
杯形外壳12有一流体入口和流体出口(未显示)，它们分别与前腔23和后腔24相通。排出口174穿过靠近螺旋形涡卷172中心处的环形端板171而形成。一个簧片阀38关闭排出口174。
位于前腔23内的公转涡旋件18包括一个环形端板181和一个固定于或突伸于环形端板181的一侧面的螺旋形涡卷182。螺旋形涡卷172和182以180°的偏移角和一预定径向偏移量相互配合。螺旋形涡卷172和182在它们的配合面之间形成了至少一对密封流体腔。公转涡旋件18通过轴承34由轴套19可旋转地支撑，轴承34位于轴套19的外缘面和轴向突伸于公转涡旋件18的环形端板181端面的环形凸台183的内表面之间。轴套19和圆盘29的内端在相对驱动轴14一径向偏移点或偏心点处相连接。
防止旋转/止推轴承装置20位于前端板11的内端面与前端板11对置的环形端板181的端面之间。防止旋转/止推轴承装置20包括系在端板11的内端面的固定环201，系在与前端板11对置的环形端板181的端面上的公转环202和位于由环201和环202形成的腔内的滚珠等一些轴承元件203。前端板11通过滚珠203承受公转涡旋件18产生的轴向推力载荷。
现在参照图1-7，每个螺旋形涡卷172和182包括一位于其轴向端面的槽41。密封件40位于槽41内，在每个环形端板171、181的端面与每个密封件40的轴向端面间进行密封。
现在参照图2-4，固定涡旋件17包括一形成于环形端板171的内表面上的槽部分175。槽部分175具有渐开线形状，在螺旋形涡卷172壁间的螺旋形区域内形成。槽部分175从靠近排出口174的第一位置延伸到螺旋形涡卷172外终端172t的径向和螺旋方向向内处第二位置。
现在参照图1-3，渐开线形耐磨板26，用硬金属，如硬化钢制造，紧密地插入环形端板171的内表面176的槽部分175，以防止环形端板171的内表面176和螺旋形涡卷182的轴向端部间的磨损，并使磨损最小，降低涡旋件的损耗。
另外，插入槽部分175内的渐开线形耐磨板26的径向内端部，终止在邻接于固定涡旋件17的排出口174的位置，以便渐开线形耐磨板26不会盖住或堵塞排出口174。
图3显示了槽部分175的深度A和渐开线形耐磨板26的厚度T之间的关系。这一关系可用下面公式表示(T-α)-(A+β)＝γ(1)其中γ是形成于渐开线形耐磨板26的轴端和环形端板171的内表面176间的最小间隙。渐开线形耐磨板26的厚度T有一配合公差α，槽部分175的深度A有一配合公差β。
最好，γ的值是使螺旋形涡卷182的密封件40不与环形端板171的内表面176在环形端板171的中部接触，γ的值最好约为20-100μm。
现在参照图3和图4，槽部分175带有一对形成在其径向两侧面的边壁175a和175b。每个边壁175a和175b由带倒圆的半圆形或半圆形组成线、直线和螺旋线组成。倒圆或组成线具有大于如图4中所示用端铣加工的曲率半径。
另外，如图5所示，插入槽部分175内的渐开线形耐磨板26的径向最外部，终止在邻接于固定涡旋件17的螺旋形涡卷172的外终端172t的位置，使渐开线形耐磨板26不是从螺旋形涡卷172的外终端172t上螺旋地突出或径向向外伸出。在容积装置工作过程中，螺旋形涡卷182的轴端不会与突伸于螺旋形涡卷172的外终端172t的渐开线形耐磨板26的部分接触，从而允许渐开线形耐磨板26这部分摇摆。
图6显示了槽部分175的深度A和靠近螺旋形涡卷172的外终端172t的渐开线形耐磨板26的厚度T之间的关系。这一关系也可用图3中的公式(1)表示。
图7显示了带有类似于固定涡旋件的耐磨板机构的公转涡旋件。公转涡旋件18带有一形成于其环形端板181的内表面186上的槽部分185。槽部分185具有渐开线形状，在螺旋形涡卷182的壁间的螺旋区域中形成。槽部分185从靠近环形端板181的内表面186中心处的第一位置延伸到螺旋形涡卷182外终端182t内侧的第二位置。由硬金属，如硬化钢制成的渐开线形耐磨板27，插入环形端板181的内表面186的槽部分185内，来减少或消除环形端板181的内表面186和螺旋形涡卷172轴端间的磨损，并减少涡旋件的磨耗、减少或消除损耗。
此外，渐开线形耐磨板27不是盖在环形端板181的内表面186的径向中心部位，也不是从螺旋形涡卷182的外终端182t螺旋地伸出或径向向外伸出。
因此，如图4和图7中所示，尽管渐开线形耐磨板26和27放置在适当的位置，但渐开线形耐磨板26和27彼此具有相固形状，以使它们彼此呈镜像设置。
再回来参照图1，在涡旋式流体压缩机的上述结构中，流体从外部流体循环中通过入口(未显示)导入压缩机构中的流体腔。流体腔具有形成于螺旋形涡卷172和182之间的敞开区域。当公转涡旋件18公转时，流体腔中的流体运动到螺旋形涡卷的中部并被压缩。压缩流体通过排出口174从流体腔流出到后腔24。压缩流体接着从流体出口(未显示)排出到外部流体循环中。
依据本发明，一预定间隙在固定、公转涡旋件的端板的内表面中部与固定、公转涡旋件的螺旋形涡卷的轴端之间形成。这样，即使当螺旋形涡卷的中部热膨胀时，螺旋形涡卷的轴端不用承受由渐开线形耐磨板导致的应力。结果，螺旋形涡卷的中部不会受到损害和失效。
此外，这种结构由于单个渐开线形耐磨板既可用在固定涡旋件也可用在公转涡旋件中，因而成本低、制造简单。
尽管已经联系最佳实施例讲述了本发明，但本发明并不限于此。实施例和特征只是以例子的方式公开而已。对于本领域普通技术人员而言，很容易理解，利用在本发明附属的权利要求的范围内，可以对本发明做出多种变型和改进。
权利要求
1.一种涡旋式流体容积装置，包括带有流体入口和流体出口的壳体；第一涡旋件和第二涡旋件，这两个涡旋件中的每一个都有一端板和从端板一侧伸出的螺旋形涡卷，螺旋形涡卷以一定角度和径向偏移量相互配合，以便形成一组的接触线，从而至少形成一对密封的流体腔，其特征在于，第一涡旋件和第二涡旋件中的一个是公转涡旋件，另一个是固定涡旋件；驱动机构，包括由所述壳体可旋转地支撑着的驱动轴，通过驱动轴的旋转，引起公转涡旋件的公转运动，从而改变流体腔的体积；第一耐磨板，设置在第一涡旋件的端板内表面上，并从与第一涡旋件的端板内表面径向中心部位相邻的第一位置延伸到第一涡旋件螺旋形涡卷的外终端的径向和螺旋方向向内处第二位置；以及，一轴向间隙，在所述第一涡旋件的端板内表面的径向中心部位和第二涡旋件的螺旋形涡卷的径向内端之间形成，以便第二涡旋件的螺旋形涡卷的径向内端不会与第一涡旋件的端板内表面的径向中心部位接触。
2.如权利要求1所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，所述轴向间隙大于20μm，小于或等于100μm。
3.如权利要求1所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，还包括与第一耐磨板形状大致相同的第二损耗板，该第二耐磨板设置在第二涡旋件的端板内表面上。
4.如权利要求1所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，所述每个第一涡旋件和第二涡旋件的螺旋形涡卷都具有一轴向端面，每个轴向端面都有一密封件设置在那里。
5.如权利要求1所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，还包括一在固定旋件端板上径向中心部位处形成的排出口。
6.一种涡旋式流体容积装置，包括带有流体入口和流体出口的壳体；第一涡旋件和第二涡旋件，这两个涡旋件中的每一个都有一端板和从端板一侧伸出的螺旋形涡卷，螺旋形涡卷以一定角度和径向偏移量相互配合，以便形成一组的接触线，从而至少形成一对密封的流体腔，其特征在于，第一涡旋件和第二涡旋件中的一个是公转涡旋件，另一个是固定涡旋件；驱动机构，包括由所述壳体可旋转地支撑着的驱动轴，通过驱动轴的旋转，引起公转涡旋件的公转运动，从而改变流体腔的体积；一槽部分，在第一涡旋件的端板内表面上形成，并从与第一涡旋件的端板内表面径向中心部位相邻的第一位置延伸；以及，第一耐磨板，位于第一涡旋件的端板内表面的槽部分之内，使得一一轴向间隙在第一涡旋件的端板内表面的径向中心部位和第二涡旋件的螺旋形涡卷的径向内端之间形成。
7.如权利要求6所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，所述槽部分延伸到第一涡旋件的螺旋形涡卷外终端的径向和螺旋方向向内处的第二位置。
8.如权利要求6所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，所述第一耐磨板的厚度大于槽部分的深度。
9.如权利要求8所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，所述第一耐磨板的厚度与槽部分的深度之差大于20μm，小于或等于100μm。
10.如权利要求6所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，具有大致上与第一耐磨板相同形状的第二耐磨板，该第二耐磨板设置在第二涡旋件的槽部分之内。
11.如权利要求6所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，所述第一涡旋件的螺旋形涡卷具有一轴向端面，并且该轴向端面上有一密封件设置在那里。
12.如权利要求6所述的涡旋式流体容积装置，其特征在于，还包括一形成于固定涡旋件端板的径向中心部位的排出口。
全文摘要
一种涡旋式流体容积装置,包括一对涡旋件,每个涡旋件都有一环形端板和从环形端板的轴向端面上伸出的螺旋形涡卷。耐磨板位于至少一个涡旋件的端板内表面上,并从与端板的径向中心部位相邻的第一位置延伸到涡旋件的螺旋形涡卷外终端的径向和螺旋方向向内处的第二位置。一轴向间隙在涡旋件的端板内表面的径向中心部位和相对涡旋件的螺旋形涡卷的径向内端之间形成,从而防止了一个涡旋件的螺旋形涡卷径向内端与另一个涡旋件的端板内表面径向中心部位的接触。
文档编号F04C18/02GK1177683SQ9711744
公开日1998年4月1日 申请日期1997年6月24日 优先权日1997年6月24日
发明者饭二郎 申请人:三电有限公司