专利名称：具有缩短了高度的绕转蜗形圈的蜗形压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蜗形压缩机，其中的绕转蜗形圈的高度得已减小，以确保制造公差不比固定蜗形圈的长。
图1表示出一已知的蜗形压缩机20。蜗形压缩机广泛用于许多空调和制冷用途上，这是因为它们相对说不太昂贵，也比较紧凑。然而，蜗形压缩机确实面临着要在一较宽的工作范围内达到稳定运行的挑战。
在蜗形压缩机里遇到的一个问题是蜗形压缩机的工作稳定性。图1所示的蜗形压缩机包括一由一轴24驱动的绕转蜗管22。一固定蜗形件26有一从一与一蜗形圈27互配的底板延伸的蜗形圈28，其中的蜗形圈27从绕转蜗管22的一底板延伸。在曲轴箱33中的一对密封圈30和32限定了一背压腔36。分支道34将流体从蜗管穴38和40引到背压腔36。被引入到背压腔36中的气体用来反作用于一在轴24的中心线的附近并平行于该中心线的分离力，该分离力要将蜗管22与26分开。在背压腔36中形成的该作用力对抗这一分离力，以保持绕转蜗管22偏压于固定蜗形件26。
蜗形圈27和28沿轴向各延伸一长度，并限定多个分开的压力穴。这些压力穴当绕转蜗管22相对于固定蜗管26运动时连续收缩或膨胀。在该蜗形压缩机的径向外侧部分附近的诸腔，如腔38，比起在中心线附近通常处于一较高的或排放压力的腔，如腔40来，其内的压力为中间压力值。
蜗形压缩机运行中的一个问题可根据图2A予以解释。如图2A所示，绕转蜗管22经受到数个作用力。一大作用力Fs要向下推绕转蜗管22并想将它从固定蜗管处分开。一作用力Fb是反作用于分离力Fs的背压力。另外，由于被压缩的流体的压力，沿一朝着绕转蜗管22的中心线的方向施加了一压缩力Fc。压缩力Fc是一较大的作用力，并在轴24与其轴承41之间形成一反作用力R。而作用力Fc与R彼此间隔一距离A，这样就形成了一力矩M。迫使蜗管22转动或翻倒。为反抗此力矩Mo，背压腔36与通气口34设计得使背压力Fb明显大于分离力Fs，这就导致一反作用力Fr，该力在一反作用半径r上起作用，该半径是从中心轴线X至反作用力Fr所在处的一距离。该反作用力Fr产生了一恢复力矩Mr，该力矩有效地施加于绕转蜗管22。反作用半径r可用一等式确定，给出已知的蜗形压缩机20的设计和工作特点。
已经证明，为了蜗形压缩机20在稳定状态下运转，反作用半径r必须小于或等于绕转蜗管件22的底板22a的半径。这样，如反作用力Fr位于处在图示的42处，所需的反作用半径值就超过环绕蜗管的实际尺寸。在这种情况下，反作用半径就被限制于蜗管的实际的边缘处，Fr值不会增大。实际的恢复力力Mr小于反抗翻转力矩Mo所需的值，运转就不稳定。如此，绕转蜗管就不平衡，而会开始转动或翻转，直至它与另一机械零件相接触。与绕转蜗管的沿轨道的运动相结合的作用导致一种摆动并沿该零件的边缘发生轴向接触。这个摆动，或稳定性，导致由于蜗圈末梢分离形成开口而发生泄漏，蜗管表面的边缘部分受载，以及蜗管驱动轴承的角向不对准。所有这些问题很快使压缩机的性能降低并过早发生故障。
在Purdue大学于1992年的一个会议上发表的一篇题为“轴向背压支撑的柔性绕转蜗管的总的稳定性和设计技术参数(General Stability and DesignSpecification of the Back-Pressure Supported Axially Compliant Orbiting Scroll)”的论文中讨论了这些设计问题。
图2B表示了一蜗形压缩机20的工作图表，绘制出一蜗形压缩机的排气压力与吸气压力的关系的工作包络图。一对线L1与L2限定了排气压力与吸气压力之间的压力比，它也限定了对于一恒定的反作用半径r的运行范围。线L1和L2是针对一反作用半径r而设定的，该半径对应于一已知的绕转蜗形件的半径。一包络线P是一用于空调用途的特定的蜗形压缩机的所希望的运行特性曲线，并表示了一设计可能达到的排气压力和吸气压力比的一包络线。线L1和L2限制了该具体的压缩机的工作范围。如包络线P与线L1或L2相交，则在线L1之上而线L2之下的这一范围内该压缩机的工作就不稳定。也就是说，在这样的情况下，反作用半径将大于固定蜗管和绕转蜗管发生接触之处的最外的半径，就会发生不稳定运行。这是不希望的。
此外，当要将蜗形压缩机用于一制冷用途时，正如与标准的空调用途相反的，则工作包络图就向低抽吸压力和低排气压力延伸。图2B中用虚线就表示了这一范围。为适应这些附加的低压力，希望在线L1与L2之间达到较大的范围。要达到此目的一条途径是增大绕转蜗管底板50的半径。但是，实际上是不可能的，因为这势必要加大压缩机20的整个尺寸，这是所不希望的。移向在第一位置的一蜗形压缩机的主要好处是其紧凑的尺寸。如此，蜗管设计者通常不想只是增大绕转蜗管底板的半径。
图3表示了一复杂的问题。蜗形圈27和28和大多数加工件一样，在成型时带有一加工公差。例如，对于一个具有一高度或沿蜗管的中心轴线延伸的距离在12毫米至75毫米之间的蜗形圈来说，通常采用数量级为几微米的加工公差。这样，保持了紧密的加工公差。即使如此，举一个具有8微米加工公差的蜗形圈例子，对于固定蜗形圈28来说它可能在公差的短极值，而对于绕转蜗形圈27来说它则可能在长极值。这样，对于一对具有正8或负8微米加工公差的蜗形件来说，可能会使绕转蜗形圈27比固定蜗形圈28长16微米。当绕转蜗形圈27比固定蜗形圈28长时，就会发生图3所示的情况。如图所示，绕转蜗形圈27的梢部43邻接于固定蜗管26的底部44。与此同时，固定蜗形圈28的梢部46则与绕转蜗管22的底部50间隔开。图中将此间隔的间距量夸大表示了，以便表示出两者间隔开这一事实。如图所示，绕转蜗管22的一周界圆柱体部分51沿径向朝外间隔于最外的蜗形圈27。当绕转蜗形圈27邻接于固定蜗管底部44并比固定蜗形圈28更进一步延伸时，绕转蜗管22的有效的最大反作用半径Rold(用于限定图2B中所示的限制线L1和L2)不包括圆柱体部分51。
由于固定蜗形圈28不接触于绕转蜗管的底部50，两个蜗管件的有效的最外表面就是绕转蜗形圈27与固定蜗管底部44相接触的位置，比起圆柱体部分51该位置更加靠近中心线X。为此原因，沿径向朝着沿径向最外的绕转蜗形圈27的那部分51实际上不会用来限定反作用半径的外侧界限以实现稳定工作。这样，由于加工公差，当绕转蜗形圈27比固定蜗形圈28长时，该特定的蜗形压缩机会有一用于计算反作用半径界限的不希望的小的有效半径Rold。该部分51对于限定如图2B所示的包络线不会有任何好处。这是不希望发生的，因为它进一步限制图2B所示的包络线P。但是，由于设计者不会预料这个界限，该压缩机将会在要导致不稳定工作的压力下工作。
在本发明揭示的一实施例中，绕转蜗形圈的高度故意做得比固定蜗形圈的短些。这样，两蜗形圈不会产生如图3所示的情况，绕转蜗管的有效半径总是包括如图4所示的外部分51。在一实施例中，绕转蜗形圈设计得比固定蜗形圈的高度低一很小距离。个高度差可小于45微米，更可取的是小于10微米。
在本发明的最佳实施例中，绕转蜗形圈被设计得使其高度小于固定蜗形圈的设计高度，此高度差是由固定和绕转蜗形圈的合成的加工公差所决定的。本发明就此可确保每个利用本发明组成的蜗形压缩机的固定蜗形圈至少象绕转蜗形圈一样长。照这样，就不会发生如图3所示的情况，绕转蜗形圈的有效半径将包括如图4所示的外部分51。这样，对于任何已给定压缩机，线L1和L2将会更加分开，而对于特定的压缩机设计，则其包络线的间隙将会尽可能地大。
在本发明的其它特点中，两蜗形圈能做成一般形，其中内蜗形圈比外蜗形圈稍为短些。已有技术中已有盘状蜗形圈。当蜗管的较多的中心部分由于中心部温度较高发生膨胀时，利这些蜗形圈的凹部容纳这种膨胀。当本发明用于一盘状蜗形圈时，至少最外的较长的蜗管的高度要如上面讨论的稍为短些。更可取的是，所有的在绕转蜗管上的蜗形圈的高度均做得短些。
通过下面的说明和诸附图钭可更好理解本发明的这些和其它的特点。
图1表示一已有的蜗形压缩机；图2A表示出已有技术中的一个问题；图2B表示已有技术的工作特点；图3表示出已有技术的另一问题；图4表示本发明的第一实施例；图5表示本发明的第二实施例。
正如上面讨论的，本发明要确保绕转蜗形圈的高度几乎等于固定蜗形圈的高度。对此，图4表示了第一实施例59，其中，固定蜗管26有一延伸高度为h的蜗形圈28。绕转蜗管22有一延伸高度为(h-d)的蜗形圈27。蜗形圈27和28设计为具有这样的高度。距离d小于45微米是可取的。更可取的，该距离d小于10微米。最好是，该距离d应选择为固定蜗形圈28的高度h的加工公差，加上固定蜗形圈27的高度h的加工公差之和。这样，该距离d将等于绕转蜗形圈28的“最坏情况”，它比固定蜗形圈27长。如此，本发明确保绕转蜗形圈27不会邻接固定蜗形圈26的底部44，固定蜗形圈28的梢部46与绕转蜗管22的外部51之间不会接触。照此，本发明确保绕转蜗管22的径向外侧圆周部分51将对于限定反作用半径Rnew的最外界限起到作用。
图5表示了第二实施例，其中，固定蜗管61有一盘状蜗形圈62。如图所示，最外的蜗形圈63的高度h大于沿径向在该最外蜗形圈63的内侧与之间隔开的诸蜗形圈的高度。
类似地，绕转蜗管64有一蜗形圈66，其径向最外部分68的高度为(h-d)，它比径向内侧诸蜗形圈部分的高度高。盘形可使中心部分发生热膨胀，使可容纳受热膨胀的长度，该部分受热的程度比外侧部分受的热量高，本发明的这个特点是已知的，不属于本发明的一部分。
但是，本发明保证绕转蜗管64上的诸盘形蜗形圈66比固定蜗管61上的诸盘状蜗形圈62的相应部位短一距离d，使不会发生图3所示的情况。另外，通过加上两个蜗形圈的所需的公差来选择距离d。可取的是，环绕蜗管盘状蜗形圈的整个螺旋长度设计得比固定蜗形圈短。
已揭示了本发明的两个最佳实施例。然而，一个熟悉本领域的普通人员会承认，某些修改将落在本发明范围内。为此，要研究下述诸权利要求以确定本发明的范围和内容。
权利要求
1.一种蜗形压缩机包括一固定蜗管，它有一从一底板沿一第一轴线方向延伸的螺旋形蜗形圈；一绕转蜗管，它有一从一底板沿一与所述第一方向相反的方向延伸的螺旋形蜗形圈，在所述绕转和固定蜗管上的所述诸蜗形圈互相配合以限定多个压力穴；以及在所述固定蜗管上的所述蜗形圈从所述固定蜗管底板延伸一第一距离，在所述绕转蜗管底板上的所述蜗形圈从所述绕转蜗管底板延伸一第二距离，所述第二距离比所述第一距离短。
2.如权利要求1所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述第二距离比所述第一距离短一少于45微米的量。
3.如权利要求2所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述第二距离比所述第一距离短一等于10微米或小于10微米的量。
4.如权利要求1所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述第二距离比所述第一距离短一量，此量大致等于所述固定蜗形圈的高度的加工公差，加上所述绕转蜗形圈的高度的加工公差之和。
5.如权利要求1所述的蜗形压缩机，其特征在于，所述诸蜗形圈有一盘状外形，使所述第一和第二距离变得朝着诸所述蜗管的一径向中心线较少地移动。
6.一种形成一蜗形压缩机用的方法包括下列诸步骤设计一固定蜗管，它有一从一底板沿第一方向延伸一第一距离的螺旋形蜗形圈；设计一绕转蜗管，它有一从一底板延伸一第二距离的螺旋形蜗形圈；以及成形得使所述第二距离比所述第一距离小一量，此量应选择得使所述绕转蜗形圈的所述高度总量比所述固定蜗形圈的高度短。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过对所述固定蜗形圈的高度的加工公差，加上所述绕转蜗形圈的高度的加工公差，就可选得所述的量。
全文摘要
一种改进的蜗形压缩机有一绕转蜗形圈,它的高度总是几乎与固定蜗形圈的相等。可取的是,绕转蜗形圈做得比固定蜗形圈短一距离,该距离等于两个蜗形圈的高度的加工公差之和。这样,本发明能保证不会发生绕转蜗形圈的高度超过固定蜗形圈的高度。在绕转蜗形圈高度确定超过了固定蜗形圈的情况下,就会限制系统的稳定工作包络线。本发明通过确保绕转蜗形圈高度始终几乎等于固定蜗形圈的,就能避免这种对工作包络线的限制。
文档编号F25B1/04GK1185541SQ9712299
公开日1998年6月24日 申请日期1997年11月27日 优先权日1996年12月9日
发明者亚历山大·利夫松, 詹姆斯W·布什 申请人:运载器有限公司