涡旋流体机械的制作方法

本发明涉及构成为在后段压缩部进一步压缩在前段压缩部被压缩后的流体的涡旋流体机械。

背景技术：

以往，例如，在日本特开2003-129970号公报所记载的涡旋流体机械中，通过使设置于回转涡旋件的涡旋状的回转涡卷和设置于固定涡旋件的涡旋状的固定涡卷相互啮合并使回转涡旋件公转运动，从而从径向外侧的吸入口取入流体。通过使取入了该流体的压缩空间朝向中心侧逐渐缩小而使得流体被压缩。被压缩后的该流体从中心侧的排出口排出。在该涡旋流体机械中，压缩室被分为径向外侧的前段压缩室和径向内侧的后段压缩室这两段。在前段压缩室的终端设置的前段排出口和与后段压缩室的取入空间连通的后段吸入口，经由冷却器由配管连接。在前段压缩室被压缩后的压缩流体，从前段排出口排出，通过冷却器被冷却，经由后段吸入口被导入后段压缩室并再次被压缩。由此，防止被嵌入到在轴承、各涡卷的顶部设置的涡卷槽中的密封部件的寿命因由流体压缩产生的热而降低。

另外，在日本特开2003-129970号公报的图2所记载的发明中，密封部件由被嵌入到涡卷槽中的涡旋状的第一密封部件、以及配置在前段排出口和后段吸入口之间的中间密封部件构成。通过该中间密封部件，防止压缩气体从后段压缩室侧向前段压缩室侧泄漏。

另外，在上述日本特开2003-129970号公报的图6～图9所记载的发明中，密封部件由第一密封部件和第二密封部件构成。第一密封部件从前段压缩室侧的流体取入侧朝向后段压缩室的排出口侧呈涡旋状配置，并且配置成在其中途将前段排出口和后段吸入口之间划分。第二密封部件的端部在排出口开口附近抵接于与吸入口开口相反的一侧的第一密封部件的面。该第二密封部件从排出口开口附近包围后段压缩室而到达排出口开口附近，并抵接于与排出口开口相反的第一密封部件的面。

但是，对于日本特开2003-129970号公报的图2所记载的涡旋流体机械而言，密封部件形成为比涡卷槽的宽度稍窄，因此，随着长期使用的年久老化、回转涡旋件的公转运动等，如图14所示，恐怕会导致中间密封部件a的端面a1、a2和涡旋状的密封部件b的内侧面b1、外侧面b2的抵接状态变得不稳定。若抵接状态变得不稳定，则在中间槽c和涡旋状的涡卷槽d相互交叉的部位的角部e分别产生间隙，恐怕会导致压缩流体从该间隙泄漏。

另外，在日本特开2003-129970号公报的图6～图9所记载的涡旋流体机械中，在压缩空间压缩流体的状态下，第一密封部件本来在底面受到压缩流体的压力而被推压于回转涡旋件的镜面。但是，由于第一密封部件的长度方向的大致中间部分以弯曲的状态被嵌入到中间槽中并将前段排出口和后段吸入口之间划分，因此，第一密封部件的中间部分恐怕不会借助压缩流体的压力而均匀地被推压于回转涡旋件的镜面。因此，压缩流体通过被推压的压力较低的部分从后段压缩室向前段压缩室泄漏。

技术实现要素：

因此，期望能够更可靠地阻止在后段压缩室中被压缩后的压缩流体从后段压缩室向前段压缩室泄漏的结构。

根据本发明的第一实施方式，提供一种涡旋流体机械。该涡旋流体机械具有：固定涡旋件、回转涡旋件、台肩部、涡卷槽、中间槽、密封部件、以及中间密封部件。固定涡旋件具有：第一镜面、以及从第一镜面呈涡旋状突出而形成压缩室的固定涡卷。回转涡旋件具有：与固定涡旋件的第一镜面相向的第二镜面、以及从第二镜面呈涡旋状突出的回转涡卷。台肩部设置在将压缩室划分为前段压缩室和后段压缩室的位置，具有与前段压缩室连通的前段排出口以及与后段压缩室连通的后段吸入口。涡卷槽沿着固定涡卷的顶部呈涡旋状设置。涡卷槽包括：在径向外侧与前段排出口和后段吸入口邻接的外周涡卷槽、以及在径向内侧与前段排出口和后段吸入口邻接的内周涡卷槽。中间槽设置于台肩部，与外周涡卷槽以及内周涡卷槽连通。密封部件被嵌入到除外周涡卷槽以及内周涡卷槽之外的涡卷槽中。所述中间密封部件具有：被嵌入到外周涡卷槽中的外周密封部、被嵌入到内周涡卷槽中的内周密封部、以及被嵌入到中间槽中并与外周密封部以及内周密封部连结的中间密封部。

根据本发明的第二实施方式，在第一实施方式中，被嵌入到涡卷槽中的密封部件由第一密封部件、第二密封部件、以及第三密封部件构成。第一密封部件具有与外周密封部的第一端面抵接的第二端面，从第二端面向径向外侧呈涡旋状延伸。第二密封部件具有：与外周密封部的与第一端面相反的一侧的第三端面抵接的第四端面、以及与内周密封部的第五端面抵接且与第四端面相反的一侧的第六端面，从第四端面向径向内侧呈涡旋状延伸到第六端面。第三密封部件具有与内周密封部的与第五端面相反的一侧的第七端面抵接的第八端面，从第八端面向径向内侧呈涡旋状延伸。

根据本发明的第三实施方式，在第一或第二实施方式中，在中间密封部件的侧面形成有相对于与长度方向正交的方向带有角度的多个切口，由此，形成有能够弹性变形的多个唇部。

根据本发明的第四实施方式，在第一至第三实施方式中的任一实施方式中，在中间密封部件的底面，设置有由弹性材料形成的支承环。

附图说明

图1是本发明中的涡旋流体机械的纵剖视图。

图2是本发明中的固定涡旋件以及密封部件的立体图。

图3是本发明中的固定涡旋件的主视图。

图4是本发明中的回转涡旋件的立体图。

图5是图1中的V-V线剖视图。

图6是密封部件的主视图。

图7A是固定涡旋件的主要部分的放大主视图。

图7B是中间密封部件的放大立体图。

图8是图7A中的VIII-VIII线剖视图。

图9是图7A中的IX-IX线剖视图。

图10是用于说明第一其他实施例的主要部分的放大剖视图。

图11是用于说明第二其他实施例的主要部分的放大剖视图。

图12是用于说明第三其他实施例的主要部分的放大剖视图。

图13是用于说明第四其他实施例的主要部分的放大剖视图。

图14是用于说明现有技术的主要部分的放大主视图。

附图标记说明

1 涡旋流体机械

2 壳体罩

3 固定涡旋件

3A 前段压缩室

3B 后段压缩室

31 固定部

32 前段吸入口

33 第一镜面

331 冷却翅片

34 前段排出口

35 后段吸入口

36 固定涡卷

37 台肩(land)部

37a 中间槽

38、38a、38b 涡卷槽

39 后段排出口

4 驱动轴壳体

5 驱动轴

51 偏心轴部

6 回转涡旋件

61 第二镜面

62a 前段回转涡卷

62b 后段回转涡卷

63 冷却翅片

7 排出配管

8 吸入配管

9 冷却室

10 螺栓

11A 第一密封部件

11B 第二密封部件

11C 第三密封部件

12 中间密封部件

12A 上部密封部件

12B 下部密封部件

12a 唇部

12b 切口

12c 槽

121 中间密封部

122 外周密封部

123 内周密封部

13 配管

14a、14b 密封部件

15 辅助罩

16 轴承

17 轴承

18 曲柄部件

181、182 轴部

19 轴承

20、21、22 支承环

23 弹性体

具体实施方式

以下，基于图1～9说明本发明的一实施方式。以下的实施方式并非限定本申请的权利要求保护的范围所记载的发明，在实施方式中说明的特征的全部组合对于发明的解决方案不一定是必需的。另外，在以下的说明中使用的方位以图1的状态为基准。

图1是表示本发明的涡旋流体机械1的纵剖视图。在图1中，涡旋流体机械1具有：固定涡旋件3、驱动轴壳体4、驱动轴5以及回转涡旋件6。固定涡旋件3例如由铝合金等成形，在其前面固定有壳体罩2。固定涡旋件3的朝向后侧的面固定于驱动轴壳体4。驱动轴5能够旋转地支承于驱动轴壳体4，由省略图示的电机驱动而旋转。该驱动轴5沿前后方向延伸。回转涡旋件6例如由铝合金等成形，随着驱动轴5的旋转而公转。

在排出配管7和吸入配管8之间配置有冷却室9，所述排出配管7安装于在涡旋件3的后述的前段压缩室3A(图2)设置的前段排出口34(图2)，所述吸入配管8安装于在固定涡旋件3的后述的后段压缩室3B(图2)设置的后段吸入口35(图2)。排出配管7和冷却室9由配管连接。吸入配管8和冷却室9由另一配管连接。在前段压缩室3A中被压缩后的压缩流体，从前段排出口34经由排出配管7导入冷却室9而被冷却。压缩流体在冷却室9中被冷却后，经由吸入配管8从后段吸入口35被吸入到后段压缩室3B并再次被压缩。

如图2、3所示，固定涡旋件3形成为圆形托盘状。在固定涡旋件3的外周面设置有：用于利用螺栓10(参照图1)将固定涡旋件3固定于驱动轴壳体4的三个固定部31、以及用于吸入流体的前段吸入口32。

如图1所示，在固定涡旋件3的后述的第一镜面33的背侧(固定涡旋件3的前侧)，设置有很多冷却翅片331。在冷却翅片331的顶部固定有壳体罩2。另外，在壳体罩2上安装有与固定涡旋件3的前段吸入口32连通的配管13，通过配管13能够向前段吸入口32吸入流体。

在形成固定涡旋件3的凹部的底面的第一镜面33上，设置有涡旋状的固定涡卷36、台肩部37、前段排出口34、后段吸入口35、以及用于将在后段压缩室3B(图2)中被压缩后的流体排出的后段排出口39。台肩部37将由固定涡卷36形成的涡旋状的压缩室划分为径向外侧的前段压缩室3A和径向内侧的后段压缩室3B。

前段排出口34形成于台肩部37，与前段压缩室3A的终端连通。后段吸入口35形成于台肩部37，与后段压缩室3B的始端连通。后段排出口39形成在第一镜面33的实质的中心，设置成与后段压缩室3B的终端连通。

在固定涡卷36的顶部，沿着该顶部设置有涡旋状的涡卷槽38。主要如图2、6所示，由第一密封部件11A、第二密封部件11B以及第三密封部件11C构成的密封部件，沿着固定涡卷36被嵌入到除后述的外周涡卷槽38a以及内周涡卷槽38b之外的涡卷槽38中。而且，后述的中间密封部件12的外周密封部122以及内周密封部123被嵌入到后述的外周涡卷槽38a以及内周涡卷槽38b中。第一密封部件11A形成为涡旋状，位于径向的最外侧。第二密封部件11B形成为涡旋状，与第一密封部件11A的内终端间接地相连。第三密封部件11C形成为涡旋状，与第二密封部件11B的内终端间接地相连。

第一密封部件11A、第二密封部件11B、第三密封部件11C以及中间密封部件12分别由具有自润滑性的材料(例如，氟类树脂等)构成，在压缩空间压缩流体的状态下，底面受到压缩流体的压力而被推压于回转涡旋件6的第二镜面61，从而与回转涡旋件6的第二镜面61能够滑动地接触而使各压缩室3A、3B为密闭状态。

固定涡旋件3中的台肩部37设置在划分前段压缩室3A和后段压缩室3B的位置。台肩部37具有将在径向上相互邻接的固定涡卷36的侧面彼此连结的形状。在台肩部37的、与回转涡旋件6的第二镜面61面对的面上，设置有直线状的中间槽37a。主要如图7A所示，中间槽37a的径向外侧的一端，与涡卷槽38中的、在径向外侧与台肩部37、前段排出口34以及后段吸入口35邻接的外周涡卷槽38a连通。同样地，中间槽37a的径向内侧的另一端，与涡卷槽38中的、在径向内侧与台肩部37、前段排出口34以及后段吸入口35邻接的内周涡卷槽38b连通。另外，上述“径向”意思是沿着固定涡旋件3的第一镜面33的半径的方向。而且，“径向外侧”意思是“径向”中的朝向第一镜面33的外周的方向，“径向内侧”意思是“径向”中的朝向第一镜面33的中心的方向。

主要如图2、5、6所示，在俯视时呈大致H形的中间密封部件12被嵌入到中间槽37a、外周涡卷槽38a、以及内周涡卷槽38b中。中间密封部件12防止在后段压缩室3B中被压缩后的压缩气体从后段压缩室3B向前段压缩室3A泄漏并且其再次被压送到后段压缩室3B。

图7A是固定涡旋件的主要部分的放大主视图、图7B是中间密封部件的放大立体图、图8是图7A中的VIII-VIII线剖视图、图9是图7A中的IX-IX线剖视图。

中间密封部件12具有中间密封部121、外周密封部122以及内周密封部123，它们一体地形成有。中间密封部121具有直线状的形状，被嵌入到中间槽37a中。外周密封部122与中间密封部121的径向外侧的端部连结。另外，外周密封部122被嵌入到外周涡卷槽38a中，沿着固定涡卷36的顶部延伸规定距离。内周密封部123与中间密封部121的径向内侧的端部连结。另外，内周密封部123被嵌入到内周涡卷槽38b中，沿着固定涡卷36的顶部延伸规定距离。

如图7A、7B所示，在中间密封部121、外周密封部122以及内周密封部123的各个侧面上，以在该侧面上沿长度方向形成多个唇部12a的方式，设置有相对于与长度方向正交的方向带有角度地被切入的多个切口12b。由此，在压缩空间压缩流体的状态下，受到流入到了各切口12b的间隙中的压缩流体的压力，在中间密封部121上形成的唇部12a被推压于中间槽37a的侧壁面，在外周密封部122上形成的唇部12a被推压于外周涡卷槽38a的侧壁面，在内周密封部123上形成的唇部12a被推压于内周涡卷槽38b的侧壁面。由此，可以将各密封区域密闭从而更可靠地防止压缩流体的泄漏。

如图3所示，第一密封部件11A被嵌入到形成前段压缩室3A的固定涡卷36的涡卷槽38中，并沿着固定涡卷36的顶部延伸。第一密封部件11A的内端的端面即第二端面，与中间密封部件12的外周密封部122的一端面(在图3中朝向上方的端面)即第一端面实质上没有间隙地抵接。该第一密封部件11A从第二端面沿着固定涡卷36的顶部朝向径向外侧呈涡旋状延伸。第二密封部件11B具有与中间密封部件12的外周密封部122的与第一端面相反的一侧的另一端面(在图3中朝向下方的端面)即第三端面实质上没有间隙地抵接的第四端面。另外，第二密封部件11B具有与第四端面相反的一侧的第六端面，该第六端面与中间密封部件12的内周密封部123的一端面(在图3中朝向上方的端面)即第五端面实质上没有间隙地抵接。而且，第二密封部件11B从第四端面沿着固定涡卷36的顶部朝向径向内侧呈涡旋状延伸到第六端面。第三密封部件11C具有与中间密封部件12的内周密封部123的与第五端面相反的一侧的另一端面(在图3中朝向下方的端面)即第七端面抵接的第八端面。而且，第三密封部件11C从第八端面沿着固定涡卷36的顶部朝向径向内侧呈涡旋状延伸到后段排出口39附近。

回转涡旋件6具有与固定涡旋件3的第一镜面33相向的第二镜面61。如图4所示，在第二镜面61上设置有径向外侧的涡旋状的前段回转涡卷62a和径向内侧的涡旋状的后段回转涡卷62b。在各回转涡卷62a、62b的顶部设置有涡旋状的涡卷槽，径向外侧的密封部件14a和径向内侧的密封部件14b被嵌入到该涡卷槽中。密封部件14a、14b分别由具有自润滑性的材料(例如，氟类树脂等)形成为涡旋状。该密封部件14a、14b通过与固定涡旋件3的第一镜面33能够滑动地接触，从而将各压缩室3A、3B密闭。

如图5所示，前段回转涡卷62a与固定涡卷36的侧面重叠地啮合，从而使在前段压缩室3A内形成在固定涡旋件3和回转涡旋件6之间的压缩室的容积随着沿周向去往径向内侧而逐渐减小。后段回转涡卷62b与固定涡卷36的侧面相向地啮合，从而使在后段压缩室3B内形成在固定涡旋件3和回转涡旋件6之间的压缩室的容积随着沿周向去往中心侧而逐渐减小。

如图1所示，在回转涡旋件6的第二镜面61的背侧(回转涡旋件6的后侧)设置有很多冷却翅片63。辅助罩15固定在该冷却翅片63的顶部(后部)。

在辅助罩15的中心，设置有供驱动轴5的偏心轴部51能够旋转地嵌入的轴承16。在辅助罩15的径向外侧的、在周向上被3等分的区域中的一个区域，配置有对用于防止回转涡旋件6自转的曲柄部件18进行支承的轴承17。另外，虽然省略图示，但在被3等分的区域中的另外两个区域，也分别配置有对用于防止回转涡旋件6自转的曲柄部件18进行支承的轴承17。

曲柄部件18的前侧的轴部181被插入到辅助罩15侧的轴承17。曲柄部件18的后侧的轴部182相对于轴部181处于偏心的位置，被插入到设置于驱动轴壳体4的轴承19。借助驱动轴5的偏心轴部51的偏心旋转，回转涡旋件6相对于固定涡旋件3公转运动。

在如上所述构成的涡旋流体机械1中，借助驱动轴5的旋转，偏心轴部51绕驱动轴5的中心旋转，从而使回转涡旋件6公转。由此，流体从固定涡旋件3的前段吸入口32被吸入。从前段吸入口32被吸入的流体由前段回转涡卷62a取入，随着在前段压缩室3A内沿周向趋向径向内侧而逐渐被压缩，并从前段排出口34排出。此后，流体通过排出配管7、冷却室9、吸入配管8被冷却后，从后段吸入口35被取入到后段压缩室3B。被取入到了后段压缩室3B的压缩流体，随着在后段压缩室3B内沿周向趋向中心侧而进一步逐渐被压缩，最终被输送到中心部并从后段排出口39排出。

在该流体压缩过程中，在现有技术中，在前段排出口和后段吸入口之间设置有中间密封部件。但是，现有技术如上所述存在如下问题：在后段压缩室中被压缩后的流体，从中间槽和涡卷槽相互交叉的角部附近，向相比后段压缩室处于低压环境的前段压缩室泄漏。与此相对，对于本实施方式的中间密封部件12而言，被嵌入到在前段排出口34和后段吸入口35之间形成的中间槽37a中的中间密封部121、被嵌入到径向外侧的涡卷槽38a中的外周密封部122、以及被嵌入到径向内侧的涡卷槽37b中的内周密封部123一体成形，中间密封部件12具有在俯视时呈大致H形的形状。因此，不会在中间槽37a和涡卷槽38a、38b相互交叉的角部产生间隙。由此，可以借助中间密封部件12可靠地阻止压缩流体从后段压缩室3B向前段压缩室3A泄漏。即，可以防止泄漏的压缩流体混入到前段压缩室3A内的压缩流体并再次在后段压缩室3B中被压送。

并且，第一、第二、第三密封部件11A、11B、11C各自的长度方向的端面，分别与中间密封部件12的外周密封部122以及内周密封部123的端面抵接，因此，在彼此的抵接面之间难以产生间隙。由此，可以阻止压缩流体从下游侧的压缩室泄漏到上游侧的压缩室。

并且，中间密封部件12与相比于该中间密封部件12为长条的第一、第二、第二密封部件11A、11B、11C分体形成。因此，在压缩空间压缩流体的状态下，中间密封部件12在底面受到压缩流体的压力，可以将中间密封部件12实质上均匀地推压于回转涡旋件6的第二镜面61。在此“实质上均匀”意思是与现有技术相比在压缩流体从后段压缩室向前段压缩室的泄漏得以抑制的程度上是“均匀”的。

并且，在中间密封部件12的侧面上设置有：相对于与长度方向正交的方向带有角度地被切入的多个切口12b、以及能够弹性变形的唇部12a。因此，受到流入到了各切口12b的间隙中的压缩流体的压力，各唇部12a分别被推压于中间槽37a、涡卷槽38a以及涡卷槽38b的侧壁面。其结果是，可以将各密封区域密闭从而可靠地防止压缩流体的泄漏。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的要点的范围内，可以对本实施方式实施下述那样的各种变形、变更。

(1)第一、第二、第三密封部件11A、11B、11C以及中间密封部件12中的、至少中间密封部件12例如也可以如图10中剖视图所示，在与第二镜面61平行的方向上被一分为二为与回转涡旋件6的第二镜面61能够滑动地接触的上部密封部件12A、以及与中间槽37a、涡卷槽38a、38b的一部分底面10a面对的下部密封部件12B。由弹性材料形成的支承环20也可以嵌合于在上部密封部件12A以及下部密封部件12B的分割面上形成的半圆形的槽中。若采用该结构，则借助流入到中间槽37a、涡卷槽38a、38b内的上部密封部件12A和下部密封部件12B之间的间隙的压缩流体的压力、以及支承环20的弹力，上部密封部件12A的接触面被推压于第二镜面61。由此，可以更可靠地防止压缩流体的泄漏。

(2)如图11所示，由弹性材料形成的横截面呈圆形的支承环21也可以嵌合于在中间密封部件12的底面设置的半圆形的槽12c中。或者，如图12所示，由弹性材料形成的横截面呈圆形的支承环22也可以设置在中间密封部件12的平坦的底面和中间槽37a、涡卷槽38a、38b的底面之间。若采用该结构，则借助流入到中间密封部件12的底面和中间槽37a、涡卷槽38a、38b的底面之间的间隙的压缩流体的压力、以及支承环21或22的弹力，中间密封部件12的接触面被推压于第二镜面61。由此，可以可靠地防止压缩流体的泄漏。

(3)如图13所示，具有比中间密封部件12大的弹性作用的横截面呈矩形的弹性体23也可以设置在中间密封部件12的底面和中间槽37a、涡卷槽38a、38b的底面之间。在采用该结构的情况下，借助流入到弹性体23的底面和中间槽37a、涡卷槽38a、38b的底面之间的间隙的压缩流体的压力、以及弹性体23的弹力，中间密封部件12的接触面被推压于第二镜面61。由此，可以可靠地防止压缩流体的泄漏。

(4)中间密封部件12的外周密封部122以及内周密封部123的、沿着固定涡卷36的顶部延伸的长度也可以适当变更。

(5)压缩室也可以被分为3段以上。

另外，在能够解决上述问题的至少一部分问题的范围内或实现至少一部分效果的范围内，可以进行权利要求保护的范围以及说明书中记载的各形态要素的任意组合或省略。