压缩机及其压缩腔密封结构的制作方法

本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种压缩机及其压缩腔密封结构。

背景技术：

在涡旋压缩机中，压缩腔气体被压缩后会产生一个使动涡旋盘远离静涡旋盘的力。该分离力会使得动涡旋盘与静涡旋盘之间产生轴向间隙，从而引起压缩腔泄漏。

为克服该问题，现有技术通常采用以下方式：(1)在涡卷齿顶部设置浮动密封结构，以便在动涡旋盘与静涡旋盘分离时借助于齿顶密封结构抑制轴向间隙的泄漏；(2)在动涡旋盘背面引入压力介于排气压力和吸气压力之间的流体，以通过该流体产生所谓的背压力来克服压缩腔的分离力，并动涡旋盘按压在静涡旋盘上。

但是，上述现有技术均存在一些缺点，例如：在涡卷齿顶部设置浮动密封结构一方面会增加涡旋盘加工成本，另一方面分离力会将动涡旋盘推向支撑动涡旋盘的部件，造成动涡旋盘与其支撑结构产生较大的摩擦损失并引起零件磨损；在动涡旋盘背面引入背压流体的技术则存在背压腔密封困难的问题，特别是动涡旋盘背面还需设置防止自转的机构，这使得往往没有足够的空间来形成面积足够大的背压腔。

此外，对于纯电动汽车等领域来说，为了提高汽车的续航能力，减少汽车空调带来的电量消耗，不仅要求压缩机体积小、重量轻，而且还要有较高的性能，为此通常采用铝合金材料制成的涡旋压缩机。由于压缩机尺寸的限制以及铝合金耐磨性较差，在面对压缩腔泄漏以及零件磨损问题时，现有技术的缺陷更为明显，无法很好地解决防泄露的问题。

技术实现要素：

本发明实施例中提供一种压缩机及其压缩腔密封结构，以解决现有技术中压缩腔密封效果不好的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种压缩机的压缩腔密封结构，包括壳体、和与壳体连接的机盖，其中，壳体内依次设置有支架、动涡旋盘以及静涡旋盘；支架及动涡旋盘均与压缩机的曲轴连接，机盖位于静涡旋盘的远离动涡旋盘的一侧；动涡旋盘与支架的端面之间通过浮动密封组件密封连接；壳体的位于支架的远离动涡旋盘的一侧构成第一吸气腔，动涡旋盘、静涡旋盘及支架之间通过浮动密封组件围成与第一吸气腔连通的第二吸气腔，动涡旋盘与支架之间通过浮动密封组件围成背压腔，动涡旋盘与静涡旋盘之间通过啮合形成压缩腔；机盖内的储油部依次通过形成在静涡旋盘上的第一引流通路、及设置在支架上的第二引流通路流入背压腔。

作为优选，动涡旋盘包括动盘基板、动盘涡卷齿和动盘突台，动盘涡卷齿与动盘基板的一侧垂直连接，动盘突台与动盘基板的另一侧连接，浮动密封组件设置在动盘突台与支架的端面之间。

作为优选，浮动密封组件包括浮动密封圈和弹性元件，动涡旋盘的动盘突台的端面上形成有密封槽，弹性元件的至少一部分设置在密封槽内并迫使浮动密封圈具有向支架的运动趋势。

作为优选，弹性元件的截面为弧形。

作为优选，浮动密封圈的截面呈方形，弹性元件设置在浮动密封圈的远离支架的一侧。

作为优选，浮动密封圈上形成有开口朝向背压腔内部的安装槽，安装槽的至少一部分位于密封槽内，弹性元件位于安装槽内。

作为优选，密封槽的宽度大于浮动密封圈的宽度。

作为优选，支架的朝向动涡旋盘的端面上形成有凹陷部，浮动密封组件还包括环状的弹性件，弹性件的外缘夹持在凹陷部的外缘与静涡旋盘之间，浮动密封圈与弹性件的与凹陷部对应的部位滑动密封，弹性件的内缘与凹陷部的内缘接触密封。

作为优选，凹陷部的内缘形成为环状的第一凸起部，凹陷部的外缘形成为一个或多个第二凸起部。

作为优选，第一凸起部的高度大于或等于第二凸起部的高度。

作为优选，弹性件上形成有弧形通槽，弧形通槽的两侧由动盘突台及凹陷部的外缘完全夹持，弧形通槽的一端与第一引流通路连通，第二引流通路的一端与弧形通槽的另一端连通，第二引流通路的另一端与背压腔连通。

作为优选，弹性件上形成有通孔，第一引流通路依次通过通孔、第二引流通路与背压腔连通。

作为优选，支架的端面为平面，浮动密封组件还包括环状的弹性件，弹性件的外缘夹持在支架与静涡旋盘之间，浮动密封圈与弹性件的表面滑动密封。

作为优选，支架的端面为平面，浮动密封圈与支架的端面滑动密封。

作为优选，第二引流通路为形成在支架内部的引流孔，引流孔包括开口于第二凸起部端面的第一引流孔、以及沿支架的径向延伸的第二引流孔，第一引流孔与第二引流孔连通。

作为优选，第一引流孔的直径大于第二引流孔的直径。

作为优选，第二引流通路为形成在支架内部的引流孔，引流孔包括开口于支架端面的第一引流孔、以及沿支架的径向延伸的第二引流孔，第一引流孔与第二引流孔连通。

作为优选，第一引流孔的直径大于第二引流孔的直径。

作为优选，静涡旋盘包括静盘基板、静盘涡卷齿和静盘突台，静盘涡卷齿与静盘基板的一侧垂直连接，静盘突台与静盘基板的另一侧连接，且静涡旋盘通过静盘突台与机盖密封连接。

作为优选，机盖内形成有与静涡旋盘上的排气孔连通的排气通道，储油部位于排气通道下方。

作为优选，第一引流通路为贯穿静盘基板的孔。

作为优选，支架内形成有用于连通背压腔与第一吸气腔或第二吸气腔、或用于连接背压腔与压缩腔的节流通道。

作为优选，节流通道包括渐缩的流道节流结构、和/或节流通道上设置有流量控制阀。

作为优选，凹陷部的位于弹性件的远离浮动密封圈一侧的空间通过设置在支架内的通道与第一吸气腔连通。

本发明还提供了一种压缩机，包括上述的压缩腔密封结构。

本发明可在动涡旋盘背部的背压腔中引入具有中间压力的流体，以通过流体压力使动盘压紧在静盘上，从而达到了抑制分离力产生的压缩腔泄漏的效果，具有结构简单、成本低的特点。

附图说明

图1是本发明第一实施例中的压缩机的压缩腔密封结构的整体结构示意图；

图2是本发明中的浮动密封圈与弹性元件安装的第一实施例的示意图；

图3是本发明中的本发明实施例的浮动密封圈与弹性元件安装的第二实施例的示意图；

图4是本发明第一实施例中的弹性件的结构示意图；

图5是本发明第一实施例中的背压流动路径示意图；

图6是本发明第二实施例的局部结构示意图；

图7是本发明第二实施例中的弹性件的结构示意图；

图8是本发明第二实施例中的背压流动路径示意图；

图9是本发明第三实施例的局部结构示意图；

图10是本发明第三实施例中的背压流动路径示意图；

图11是本发明第四实施例的局部结构示意图。

附图标记说明：1、壳体；2、机盖；3、支架；4、动涡旋盘；5、静涡旋盘；6、曲轴；7、第一吸气腔；8、第二吸气腔；9、背压腔；10、压缩腔；11、储油部；12、第一引流通路；13、动盘基板；14、动盘涡卷齿；15、动盘突台；16、浮动密封圈；17、弹性元件；18、密封槽；19、凹陷部；20、弹性件；21、弧形通槽；23、第一凸起部；24、第二凸起部；25、通孔；26、第一引流孔；27、第二引流孔；28、静盘基板；29、静盘涡卷齿；30、静盘突台；31、排气孔；32、排气通道；33、节流通道；34、排气腔；35、通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1至图11所示，本发明实施例提供一种压缩机的压缩腔密封结构，其将浮动密封组件与背压相结合，以提高密封效果，通过对其结构的优化设计，还可解决现有技术中采用在涡卷齿顶部设置浮动密封结构时会增大成本和摩擦，采用背压时没有足够的空间来形成面积足够大的背压腔以致密封困难的问题，特别适用于纯电动车中的压缩机。

如图1所示，本发明中的压缩机包括壳体、和安装在壳体1一端的机盖2。其中，在壳体1内依次安装支架3、动涡旋盘4和静涡旋盘5。支架3及动涡旋盘4均安装在压缩机的曲轴6的朝向机盖2的一端，机盖2位于静涡旋盘5的远离动涡旋盘4的一侧，从而将动涡旋盘4和静涡旋盘5压紧并固定起来，动涡旋盘4与支架3的端面之间通过浮动密封组件密封连接。

为了将浮动密封组件与背压结合起来，本发明形成了以下几个腔体：(1)在壳体1的位于支架3的远离动涡旋盘4的一侧形成第一吸气腔7；(2)在动涡旋盘4、静涡旋盘5及支架3之间通过浮动密封组件围成与第一吸气腔7连通的第二吸气腔8；(3)在动涡旋盘4与支架3之间通过浮动密封组件围成背压腔9；(4)在动涡旋盘4与静涡旋盘5之间通过啮合形成一个或多个压缩腔10。其中，第二吸气腔8呈环状，位于背压腔9的外侧，二者之间通过浮动密封组件实现隔离和密封。

然后，利用机盖2内的储油部11产生的压力流体，将该流体依次通过形成在静涡旋盘5上的第一引流通路12、及设置在支架3上的第二引流通路引入背压腔9中产生背压。优选地，第一引流通路12为贯穿静盘基板28的孔。

可见，本发明可在动涡旋盘背部的背压腔中引入具有中间压力的流体，以通过流体压力使动盘压紧在静盘上，从而达到了抑制分离力产生的压缩腔泄漏的效果，具有结构简单、成本低的特点。

如图1所示，本发明中的动涡旋盘4优选包括动盘基板13、动盘涡卷齿14和动盘突台15，具体地说，动盘涡卷齿14与动盘基板13的一侧垂直连接，动盘突台15与动盘基板13的另一侧连接，浮动密封组件则位于在动盘突台15与支架3的端面之间。这样，可利用安装在动盘突台15上的浮动密封组件，分隔出第二吸气腔与背压腔。

如图2和图3所示，本发明中的浮动密封组件至少包括浮动密封圈16和弹性元件17，为了安装浮动密封组件，本发明在动涡旋盘4的动盘突台15的端面上形成一个环状的密封槽18，安装时，将弹性元件17的至少一部分设置在密封槽18内，由于弹性元件17具有一定的弹性力，因此会迫使浮动密封圈16具有向支架3的运动趋势，以利于实现密封。

更优选地，弹性元件17的截面为弧形，且弧形的开口朝向背压腔的方向，这样，弹性元件17会产生一个沿壳体轴向方向的弹性变形，从而推动浮动密封圈16向支架3的方向运动。优选地，密封槽18的宽度大于浮动密封圈16的宽度。其中，浮动密封圈16一般可选用耐磨且摩擦系数较小的材料如PTFE(聚四氟乙烯)。

在图2所示的实施例中，浮动密封圈16可采用方形的截面的环体，相应地，弹性元件17设置在浮动密封圈16的远离支架3的一侧，其两边分别与密封槽18的底壁及弹性元件17的侧壁抵接。在图3所示的实施例中，本发明可在环状的浮动密封圈16上形成一个开口朝向背压腔9的安装槽，并将弹性元件17置于安装槽内。由于安装槽的至少一部分位于密封槽18内，弹性元件17在其自身弹性变形时，会使浮动密封圈16的安装槽处于向外撑开的状态，从而推动浮动密封圈16向支架3的方向运动。

在图1至图8所示的第一和第二实施例中，本发明在支架3的朝向动涡旋盘4的端面上形成凹陷部19。在这两个实施例中，浮动密封组件还包括环状的弹性件20，其中，凹陷部19具有突起的内缘和外缘，弹性件20的外缘部分夹持在凹陷部19的外缘的突起与静涡旋盘5之间，弹性件20的内缘分部则在弹性件20的弹性变形及背压的作用下与凹陷部19的内缘接触以实现密封，而浮动密封圈16则与弹性件20的与凹陷部19对应的部位滑动密封，以使弹性件20发生弹性变形。

在图1所示的实施例中，凹陷部19的位于弹性件20左侧的区域通过一个通道35与第一吸气腔7连通，从而使得弹性件20左侧的压力与吸气压力Ps相同。

在上述两个实施例中，凹陷部19的内缘突起为环状的第一凸起部23，凹陷部19的外缘则由一个或多个第二凸起部24形成。更优选地，第一凸起部23的高度大于或等于第二凸起部24的高度。

在图1至图5所示的实施例中，特别是如图4所示，弹性件20上形成一道弧形通槽21，弧形通槽21的两侧则完全由动盘突台15及凹陷部19的外缘夹持、从而将弧形通槽21的两侧密封起来。这样，弧形通槽21的一端与第一引流通路12连通，第二引流通路的一端与弧形通槽21的另一端连通，第二引流通路的另一端与背压腔9连通。

在图6至图8所示的实施例中，还可以在弹性件20上形成一个通孔25，以使第一引流通路12依次通过通孔25、第二引流通路与背压腔9连通。其中，图6至图8所示的实施例与图1至图5所示的实施例相比，除了通孔25处的结构不同外，其他结构均可相同。

如图4和图7所示，弹性件20的表面可划分成三各区域：第一区域S1为被静涡旋盘5及第二凸起部24所夹持区域，第二区域S2为浮动密封圈16的滑动范围，第三区域S3为第一凸起部23与弹性件20的接触区域。弹性件的S1区域内开设有弧形通槽21或通孔25，且其被第二凸起部24和静涡旋盘5所完全夹持，从而与凹陷部、第一吸气腔、第二吸气腔完全隔离。优选地，弹性件20可选用具有弹性且耐磨金属材料，以避免浮动密封圈16在其表面滑动时造成的零件磨损。

如图1所示，在压缩机运转过程中，制冷剂首先进入第一吸气腔，然后经过静涡旋盘5的吸气口进入第二吸气腔。制冷剂在压缩腔内被压缩并向中心移动，然后经过静涡旋盘5的排气孔31排出到排气腔34中，最后通过机盖2上的排气通道32排出压缩机外。

请参考图1，在排气通道32内，当制冷剂进入排气通道32内旋转、撞击管壁时，会将携带的润滑油分离出来，润滑油在重力作用下沿管壁聚集在底部的储油部11中。于是，处于排气压力状态的润滑油及制冷剂，会通过第一引流通路12、第二引流通路进入背压腔9中，从而产生背压。

在背压流体的作用下，浮动密封圈16被按压在弹性件20的表面，从而形成背压腔的第一密封区，弹性件20的内缘与第一凸起部23接触并形成第二密封区，凹陷部被弹性件20所围成的腔体与第一吸气腔连通、且其内的压力处于吸气压力状态。

请参考图4，假设动涡旋盘的动盘基板的外径为D1，浮动密封圈16的直径为D2，弹性件20的第一区域S1的内径为d1、第三区域S3的外径为d3，则背压腔的第一密封区的轴向投影面积A1＝π*D2²/4，第二密封区轴向投影面积A2＝π*d3²/4。

则图1中，弹性件20的右侧面受到的流体作用力Fa和左侧面受到的流体作用力Fb分别为：

Fa＝Ps*(π*d1²/4-π*D2²/4)+Pb*π*D2²/4

＝Ps*π*d1²/4+(Pb-Ps)*π*D2²/4

Fb＝Ps*(π*d1²/4-π*d3²/4)+Pb*π*d3²/4

＝Ps*π*d1²/4+(Pb-Ps)*π*d3²/4

由于D2>d3，显然Fa>Fb，因此，弹性件20的左侧面受到流体的作用力小于右侧面受到流体的作用力，于是弹性件20被压向支架的第一凸起部23，并形成背压腔第二密封区。这样，使得具有较高压力的背压腔与具有较低压力的吸气腔被密封区所隔开，实现了背压腔的有效密封。

相应地，动涡旋盘受到的背压力

Fc＝Ps*(π*D1²/4-π*D2²/4)+Pb*π*D2²/4

＝Ps*π*D1²/4+(Pb-Ps)*π*D2²/4

其中，D1与D2较为接近，通过控制背压腔压力Pb的大小，可以形成足够大的背压力以克服压缩腔压缩气体产生的分离力，并使得动涡旋盘向静涡旋盘移动、而远离弹性件20和支架3。

可见，本发明通过在动涡旋盘背面形成一个面积几乎与动涡旋盘基板面积相当的背压腔，并将排气侧流体经节流降压后引入背压腔中，形成压力介于排气压力与吸气压力之间的背压压力，通过背压力抵消压缩腔产生的分离力并将动涡旋盘压向静涡旋盘，从而有效抑制压缩腔的泄漏。这样，主要的摩擦仅存在于动涡旋盘与静涡旋盘之间，从而可有效地降低运动部件的摩擦损失及零件磨损，提高压缩机的性能及可靠性。

在图9和图10所示的第三实施例中，支架3的端面可采用平面结构，浮动密封组件中也包括一个环状的弹性件20，弹性件20与该支架3端面的平面完全贴合，弹性件20的外缘夹持在支架3与静涡旋盘5之间，浮动密封圈16与弹性件20的表面滑动密封，其余结构与第一实施例或第二实施例中的相应结构相同。其工作原理及前上述实施例的类似，在此不再赘述。

在图11所示的第四实施例中，支架3的端面也采用平面，但是却不具备第三实施例中的弹性件20，其浮动密封圈16与支架3的端面滑动密封，其他结构则可以与上述各实施例中的相应结构相同。其工作原理及前上述实施例的类似，在此不再赘述。

在上述第一和第二实施例中，第二引流通路均可为形成在支架3内部的引流孔，引流孔包括开口于第二凸起部24端面的第一引流孔26、以及沿支架3的径向延伸的第二引流孔27，第一引流孔26与第二引流孔27连通。第一引流孔26的直径大于第二引流孔27的直径，从而形成一个节流结构，使处于排气压力的流体经节流减压后成为压力介于排气压力Pd与吸气压力Ps之间的中间压力Pb的背压流体进入背压腔，从而产生背压。

对于第三和第四实施例来说，第二引流通路为形成在支架3内部的引流孔，引流孔包括开口于支架3端面的第一引流孔26、以及沿支架3的径向延伸的第二引流孔27，第一引流孔26与第二引流孔27连通。优选地，第一引流孔26的直径大于第二引流孔27的直径，从而形成一个节流结构，使处于排气压力的流体经节流减压后成为压力介于排气压力Pd与吸气压力Ps之间的中间压力Pb的背压流体进入背压腔，从而产生背压。

请参考图1，本发明各实施例中的静涡旋盘5可以包括静盘基板28、静盘涡卷齿29和静盘突台30，其中，静盘涡卷齿29与静盘基板28的一侧垂直连接，静盘突台30与静盘基板28的另一侧连接，且静涡旋盘5通过静盘突台30与机盖2密封连接。此外，本发明还在机盖2内形成一个与静涡旋盘5上的排气孔31连通的排气通道32，储油部11位于排气通道32下方。静盘突台30上还可形成一个密封槽，其内放置进行密封的密封圈，以利用该密封圈形成一个密封区域，将静盘突台30内侧的空间与外侧的空间隔离开来。

优选地，支架3内形成有用于连通背压腔9与第一吸气腔7或第二吸气腔8、或用于连接背压腔9与压缩腔10的节流通道33，用以将过多的背压流体排出背压腔之外，从而使背压腔压力Pb维持在合理范围内。优选地，节流通道33包括渐缩的流道节流结构、和/或节流通道33上设置有流量控制阀。

本发明还提供了一种压缩机，包括上述的压缩腔密封结构。该压缩机具有本发明中的可有效抑制涡旋压缩机压缩腔泄漏的机构，并能减少动涡旋盘运动时产生的摩擦和磨损，提高压缩机性能及可靠性。本发明的结构简单、紧凑，特别适合汽车空调所用的卧式涡旋压缩机，但也可以用于如房间空调等其它用途的涡旋压缩机。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。