涡旋压缩机以及用于涡旋压缩机的驱动轴和卸载衬套的制作方法

本发明涉及一种涡旋压缩机以及用于涡旋压缩机的驱动轴和卸载衬套。

背景技术：

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

涡旋压缩机通常具有包括定涡旋部件和动涡旋部件的对工作流体(例如，制冷剂)进行压缩的压缩机构。该压缩机构由驱动轴的偏心曲柄销来驱动。在偏心曲柄销与压缩机构之间设置有卸载衬套。卸载衬套设置成可以由偏心曲柄销驱动且能够相对于偏心曲柄销发生相对位移，由此可以实现定涡旋部件和动涡旋部件的叶片之间的径向柔性。

然而，卸载衬套与偏心曲柄销之间的相对移动使得它们的接触面会被快速磨损，由此影响了压缩机径向柔性的性能且缩短了卸载衬套与偏心曲柄销的使用寿命。

因此，需要一种用于涡旋压缩机中的耐磨的卸载衬套与偏心曲柄销。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种具有耐磨卸载衬套和/或偏心曲柄销的涡旋压缩机。

本发明的另一个目的在于提供一种使用寿命长的涡旋压缩机。

本发明的另一个目的在于提供一种耐磨的卸载衬套。

本发明的另一个目的在于提供一种具有耐磨的偏心曲柄销的驱动轴。

根据本发明的一个方面，提供了一种涡旋压缩机，包括：构造成对 工作流体进行压缩的压缩机构以及构造成能够驱动压缩机构的驱动轴。驱动轴包括偏心曲柄销，在压缩机构与偏心曲柄销之间设置有卸载衬套，使得偏心曲柄销经由卸载衬套驱动压缩机构以实现压缩机构的径向柔性。偏心曲柄销包括与卸载衬套接触并相对位移的偏心曲柄销配合部，卸载衬套包括与偏心曲柄销接触并相对位移的卸载衬套配合部。偏心曲柄销配合部与卸载衬套配合部中的至少一者的至少一部分上设置有耐磨层。

在上述涡旋压缩机中，由于偏心曲柄销或卸载衬套的配合部上设置有耐磨层，因此提高了偏心曲柄销或卸载衬套的耐磨性，延长了偏心曲柄销或卸载衬套的使用寿命。其结果是，具有该偏心曲柄销和卸载衬套的涡旋压缩机的使用寿命得以延长。

优选地，偏心曲柄销包括平行于驱动轴的旋转轴线延伸的驱动面，偏心曲柄销配合部包括驱动面的至少一部分。

优选地，至少在位于驱动面的大致中央处且向外凸出的部分上设置有耐磨层。

优选地，卸载衬套可以包括能够容纳偏心曲柄销的孔，孔具有与偏心曲柄销的驱动面配合的从动面，卸载衬套配合部包括从动面的至少一部分。

优选地，至少在从动面的大致中央的部分上设置有耐磨层。

优选地，耐磨层为表面硬度在1500HV至3000HV的范围内的硬化层。

优选地，耐磨层的厚度在0.1微米至4.5微米的范围内。

优选地，耐磨层通过下列方法之一形成：物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体气相沉积、电镀、化学镀、渗碳、渗氮、碳氮共渗、喷丸以及表面淬火热处理。

优选地，耐磨层由下列材料之一形成：金属层、类金刚石、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物以及氧化物。可选地，耐磨层由氮化铬形成。

根据本发明的另一个方面，还涉及一种用于涡旋压缩机的驱动轴，其中，驱动轴包括设置在其一端处的用于驱动涡旋压缩机的压缩机构的偏心曲柄销，偏心曲柄销包括平行于驱动轴的旋转轴线延伸的驱动面。至少在 驱动面的大致中央且向外凸出的部分上设置有耐磨层，耐磨层为通过物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体气相沉积、电镀、化学镀、渗碳、渗氮、碳氮共渗、喷丸或表面淬火热处理形成的包含金属层、类金刚石、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物或氧化物的硬化层。

根据本发明的另一个方面，还涉及一种用于涡旋压缩机的卸载衬套，其中，卸载衬套包括呈大致D形的孔，孔具有与涡旋压缩机的偏心曲柄销的驱动面配合的从动面。至少在从动面的大致中央的部分上设置有耐磨层，耐磨层为通过物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体气相沉积、电镀、化学镀、渗碳、渗氮、碳氮共渗、喷丸或表面淬火热处理形成的包含金属层、类金刚石、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物或氧化物的硬化层。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1是涡旋压缩机的纵剖视图；

图2是图1中的涡旋压缩机的驱动轴的偏心曲柄销与卸载衬套的组装示意图；

图3示出了图2的驱动轴的偏心曲柄销的立体示意图；

图4示出了图2的卸载衬套的立体示意图；

图5示意性地示出了根据本发明第一实施方式的形成耐磨层的方法；以及

图6是耐磨层的示意图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。

首先将参照图1描述涡旋压缩机的总体构造和运行原理。图1示出的是高压侧压缩机，然而，应理解的是，图1中的高压侧压缩机仅仅出于说明的目的，而非限制本发明。本发明可以适于任何类型的压缩机，包括低 压侧压缩机，立式压缩机、卧式压缩机等。

如图1所示，涡旋压缩机100(下文中有时也会称为压缩机)一般包括壳体110、设置在壳体110一端的顶盖112以及设置在壳体110另一端的底盖114。壳体110中设置有由定子122和转子124构成的马达20。转子124中设置有驱动轴30以驱动由定涡旋部件150和动涡旋部件160构成的压缩机构10。动涡旋部件160包括端板164、形成在端板一侧的毂部162和形成在端板另一侧的螺旋状的叶片166。定涡旋部件150包括端板154、形成在端板一侧的螺旋状的叶片156和形成在端板的大致中央位置处的排气口152。在定涡旋部件150的螺旋叶片156和动涡旋部件160的螺旋叶片166之间形成一系列体积在从径向外侧向径向内侧逐渐减小的压缩腔。其中，径向最外侧的压缩腔处于吸气压力，径向最内侧的压缩腔处于排气压力。中间的压缩腔处于吸气压力和排气压力之间，从而也被称之为中压腔。

动涡旋部件160的一侧由主轴承座140的上部(其构成止推表面)支撑，驱动轴30的一部分由设置在主轴承座140中的主轴承支撑。驱动轴30的一端设置有偏心曲柄销32，在偏心曲柄销32和动涡旋部件160的毂部162之间设置有卸载衬套42。通过马达20的驱动，动涡旋部件160将相对于定涡旋部件150平动转动(即，动涡旋部件160的中心轴线绕定涡旋部件150的中心轴线旋转，但是动涡旋部件160本身不会绕本身的中心轴线旋转)以实现流体的压缩。上述平动转动通过定涡旋部件150和动涡旋部件160之间设置的十字滑环来实现。

在图1所示的涡旋压缩机的示例中，在压缩机壳体的底部存储有润滑剂。相应地，在驱动轴30中形成有大致沿其轴向延伸的通道，即形成在驱动轴30下端的中心孔136和从中心孔136向上延伸到偏心曲柄销32端面的偏心孔134。中心孔136的端部浸没在压缩机壳体底部的润滑剂中或者以其他方式被供给有润滑剂。在压缩机的运转过程中，中心孔136的一端被润滑剂供给装置供给有润滑剂，进入中心孔136的润滑剂在驱动轴30旋转过程中受到离心力的作用而被泵送或甩到偏心孔134中并且沿着偏心孔134向上流动一直到达偏心曲柄销32的端面。从偏心曲柄销32的端面排出的润滑剂沿着卸载衬套42与偏心曲柄销32之间的间隙以及卸载衬套42与毂部162之间的间隙向下流动到达主轴承座140的凹部中。聚集在凹部中的一部分润滑剂流动穿过主轴承向下流动，一部分润滑剂被毂部162搅动而向上运动到达动涡旋部件160的端板164的下侧并随着动涡旋部件 160的平动转动而遍布动涡旋部件160和主轴承座140的止推表面。在压缩机的运转过程中，供给到压缩机中的各种活动部件上的润滑剂被甩出和飞溅以形成液滴或雾。

在图1所示的涡旋压缩机中，为了实现流体的压缩，定涡旋部件150和动涡旋部件160之间必须有效密封。一方面，定涡旋部件150的螺旋叶片156的顶端与动涡旋部件160的端板164之间以及动涡旋部件160的螺旋叶片166的顶端与定涡旋部件150的端板154之间需要轴向密封。涡旋压缩机的轴向柔性为本领域技术人员熟知，因此本文不再对其进行详细描述。

另一方面，定涡旋部件150的螺旋叶片156的侧表面与动涡旋部件160的螺旋叶片166的侧表面之间也需要径向密封。二者之间的这种径向密封通常借助于偏心曲柄销32与卸载衬套42之间的相对位移来实现。具体地，在运转过程中，通过马达20的驱动，动涡旋部件160将相对于定涡旋部件150平动转动，从而动涡旋部件160将产生离心力。另一方面，驱动轴30的偏心曲柄销32在旋转过程中也会产生有助于实现定涡旋部件150和动涡旋部件160的径向密封的驱动力分量。动涡旋部件160的螺旋叶片166将借助于上述离心力和驱动力分量贴靠在定涡旋部件150的螺旋叶片156上，从而实现二者之间的径向密封。当不可压缩物质(诸如固体杂质、润滑油以及液态制冷剂)进入压缩腔中而卡在螺旋叶片156和螺旋叶片166之间时，螺旋叶片156和螺旋叶片166能够暂时沿径向彼此分开以允许异物通过，即，在偏心曲柄销32与卸载衬套42之间产生了相对位移，因此防止了螺旋叶片156或166损坏。这种能够径向分开的能力为涡旋压缩机提供了径向柔性，提高了压缩机的可靠性。

然而，偏心曲柄销32与卸载衬套42之间的相对位移使得它们被过快、过度磨损。为了解决该问题，在本发明中，对偏心曲柄销32和/或卸载衬套42的易磨损部分涂覆耐磨层以提高其硬度和耐磨性。

下面参照图2至图4对偏心曲柄销和卸载衬套进行详细描述。

如图3所示，其示出了驱动轴的偏心曲柄销的立体示意图。驱动轴30的一端包括偏心曲柄销32。驱动轴30中形成有大致沿与驱动轴30的旋转轴线平行的第一方向(纵向方向)的偏心孔134以向偏心曲柄销32的端部供给润滑剂。驱动轴30的偏心曲柄销32经由卸载衬套42配 合在动涡旋部件160的毂部162中，如图1所示。偏心曲柄销32包括平行于驱动轴30的旋转轴线延伸的驱动面321。相应地，卸载衬套42的供偏心曲柄销32穿过的大致D形的孔包括能够与偏心曲柄销32的驱动面321配合的从动面143。在将卸载衬套42与偏心曲柄销32装配至压缩机100之后，卸载衬套42中的大致D形的孔的尺寸大于偏心曲柄销32的尺寸以确保动涡旋部件160和定涡旋部件150之间的径向柔性。

如图2所示，其示出了卸载衬套与偏心曲柄销的组装示意图。当卸载衬套42安装至偏心曲柄销32上时，偏心曲柄销32容置在卸载衬套42的D形孔中，同时，偏心曲柄销32的驱动面321与卸载衬套42的从动面143配合。通过该结构，偏心曲柄销32旋转时，由于偏心曲柄销32的驱动面321与卸载衬套42的从动面143配合，因此偏心曲柄销32可以驱动卸载衬套42旋转。另外，偏心曲柄销32的驱动面321的宽度(即，垂直于驱动轴的轴线方向的尺寸)小于卸载衬套42的从动面143的宽度(即，垂直于驱动轴的轴线方向的尺寸)。这样，偏心曲柄销32的驱动面321可以相对于卸载衬套42的从动面143发生相对运动。

在压缩机的理想工况及其理想设计和制造尺寸(即，无制造和安装误差)的情况下，当压缩机运行时，定涡旋部件和动涡旋部件的螺旋叶片可以紧密地贴合在一起。此时，卸载衬套的中心与驱动轴的中心之间的距离最大且基本恒定。

然而，发明人发现，由于制造和安装误差而导致定涡旋部件和动涡旋部件的中心距不是一致的，因此，在压缩机运行一段时间之后，卸载衬套与偏心曲柄销之间会产生相对位移(其对应于制造和安装误差)，具体地，卸载衬套的平坦。另外，发明人还发现，在实际工况下，当遇到杂质或液体制冷剂进入时，由于卸载衬套相对于偏心曲柄销发生相对运动，使得动涡旋部件的中心可以向驱动轴的中心偏移，因此定涡旋部件和动涡旋部件的螺旋叶片短暂地分离，防止其损坏。

在压缩机的实际运行期间，卸载衬套42的从动面143与偏心曲柄销32的驱动面321均受到法向载荷，且两个从动面143、321之间存在相对运动。因此，在卸载衬套42的从动面143与偏心曲柄销32的驱动面321产生了严重的磨损，由此缩短了其使用寿命，影响了压缩机的工作效率。

为此，根据本发明可以在卸载衬套42的从动面143和/或偏心曲柄销32的驱动面321上设置有耐磨层(也可以称为“硬化涂层”或“硬化薄膜”) 50以提高其耐磨性。

下面参见图5和图6对根据本发明的耐磨层及其工艺工程的示例进行描述。

如图5所示，将待涂覆涂层的基材S(例如为本文中的卸载衬套42的从动面143和/或偏心曲柄销32的驱动面321)容置于腔室中并且将其接地或者连接至负极电源，同时将靶材T(例如，铬靶材)也容置于腔室中并且将其连接至正极电源。对腔室抽真空，同时向其内填充氮气。靶材物质与氮气在低电压、大电流产生的电弧作用下发生电离，并被电场加速，撞击工件形成氮化铬薄膜层附着在基材表面上。

上述工艺过程仅仅是物理气相沉积的一个示例，并非意在限制本发明。本发明的耐磨层50可以通过本领域中已知的其他工艺过程而形成，例如，化学气相沉积、等离子体气相沉积、电镀、化学镀、渗碳、渗氮、碳氮共渗、喷丸、表面淬火热处理等。根据各种工艺过程，耐磨层50可以由金属层、类金刚石、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物或氧化物等形成，例如，耐磨层50可以由氮化铬形成。

在本发明中，偏心曲柄销32和/或卸载衬套42可以由粉末冶金材料制成，其表面硬度大致在600HV至800HV的范围内。当根据图5和图6所示的工艺过程在偏心曲柄销32和/或卸载衬套42上(例如，在偏心曲柄销32的驱动面321和/或卸载衬套42的从动面143上)涂覆有大致2至4微米厚的氮化铬耐磨层50时，该氮化铬耐磨层50的表面硬度可以达到1500HV至3000HV的范围，可选地达到1700HV至2700HV的范围。由此，可以明显提高偏心曲柄销32的驱动面和/或卸载衬套42的从动面的表面硬度，并且可以大大增强其耐磨损性能。另外，耐磨层50的厚度可以在0.1微米至4.5微米的范围内。

发明人对上述涂覆有氮化铬耐磨层50的偏心曲柄销32和卸载衬套42进行了可靠性试验。具体地，将该偏心曲柄销32和卸载衬套42安装至压缩机，使压缩机在高速重载工况下运行500小时，发现偏心曲柄销32的驱动面和卸载衬套42的从动面几乎没有发生磨损。

上述试验表明：通过在偏心曲柄销32的驱动面和/或卸载衬套42的从动面上涂覆耐磨层50之后，耐磨层50可以阻止偏心曲柄销32和卸载衬套42的粉末冶金材料直接接触，从而可以防止粉末冶金材料脱落。因此，耐磨层50大大提高了偏心曲柄销32和/或卸载衬套42的耐磨性能。

此外，在某些情况下，为了使偏心曲柄销32与卸载衬套42根据其运动形式可以良好配合，偏心曲柄销32的驱动面321可以具有大致位于中央处的略微凸起的部分。耐磨层50可以仅设置在驱动面321的大致中央处的略微凸起的部分上或者从动面143的大致中央处。或者，可以设置在整个驱动面321和/或从动面143上。另外，除了驱动面321和/或从动面143之外，也可以对偏心曲柄销32和/或卸载衬套42的经受磨损的其他部分涂覆耐磨层。

应理解的是，耐磨层50的外形轮廓和/或设置位置可以根据实际需要而成形。

上文已经具体描述了本发明的各种实施方式和变型，但是本领域技术人员应该理解，本发明并不局限于上述具体的实施方式和变型而是可以包括其他各种可能的组合和结合。

尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。