旋转式流体装置的制作方法
专利名称：旋转式流体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及广泛适用作半导体设备用的真空泵或冷冻空调器用的压缩机等的旋转式流体装置。
在冷冻空调领域或抽取真空的半导体、光学、食品以及药品等领域，螺杆式流体机械一直普遍地被用作压缩机或真空泵。
后述的
图16为传统的螺杆式压缩机的一例，使配置在两平行轴上的凸形500转子和凹形转子501互按反向旋转。
构成螺旋状的一对转子，在壳体与螺旋槽间形成的管状沟槽随着啮合点的旋轴沿轴向移动且体积逐渐缩小并排放气体。
具体地说，如图17所示，由四个凸面的凸形转子500和六个齿的凹形转子501构成的各转子互按反向旋转，利用转子槽与壳体之间的空间体积变化而进行吸入、压缩和排放。螺杆式流体机械的螺旋槽可依次完成吸入、压缩和排放，因此具有扭矩变化和流量脉动小、旋转体平衡性能良好，从而具有无振动、适合高速旋转、结构小型等特点。
在螺杆压缩机的场合，由能将各转子间以及转子与壳体间的内部漏泄抑制到何种程度来决定压缩机的性能。发生内部漏泄的部位如下(1)通过凸形转子和凹形转子的啮合部，从排放侧向吸入侧的漏泄;
(2)通过转子侧隙的漏泄;
(3)通过转子外圆与壳体内面的间隙，从一个齿槽向下一个齿槽的漏泄;
通过转子齿形决定的相邻齿槽的连接通路，即气孔的漏泄;
为了减少这些漏泄，在考虑各构件热膨胀而进行高精度加工的同时，还用润滑油来密封该间隙部。
然而，欲使上述传统的螺杆式流体机械适用于例如民用冷库、室内空调以及汽车空调等的场合，由于排气量(每转排放量)通常处于3cc～100cc级别，致使上述内部漏泄影响而带来压缩机效率显著降低的问题。
因此，螺杆式流体机械即使具有低振动、低噪音等特点，也很难适用于上述民用机械，而主要用作以工业机械为对象的大型压缩机和真空泵等。
本发明目的在于为解决上述与传统技术有关的问题，提供无损于螺杆式流体机械的构造特征而达到高效率化的旋转式流体装置。
为解决上述问题的，本发明所指的旋转式流体装置，包括含有吸入孔与排放孔的壳体、在该壳体内以轴支承并按同步旋转方式配置相互啮合的多个螺旋形转子、驱动这些转子的驱动手段，利用及由前述多个螺旋形转子与前述壳体形成的空间体积变化，进行流体吸入、压缩和排放，在上述转子的外周面上形成使上述多个螺旋形转子相对上述壳体内面接近或在其上滑动的平坦面。
若将本发明应用于压缩机或泵，则在各转子(旋转侧)接近或沿着壳体(固定侧)内面滑动产生内部漏泄最大部分可以形成面积足够大的密封部。
同传统的螺杆式流体机械以曲面之间的组合(凹面和凸面)形成的‘线’状密封部相反，本发明可以用面密封，因此充分增大密封部分的流体阻力，从而大幅度降低内部漏泄。
此外利用此密封部分，在涡旋压缩机等上形成带状的刀型密封，可进一步降低内部漏泄。
对附图的简单说明
图1为本发明第1实施例的主视剖面图，图2为本发明采用刀型密封以防止漏泄的主视剖面图，图3为图2的局部放大图，图4为表示刀型密封形成动压槽时的主视剖面图，图5为图4的局部放大图，图6为防止流体压缩而设置可动壳体的主视剖面图，图7表示在图6上发生流体压缩时的状态，图8表示本发明用三轴构成时的主视剖面图，图9表示本发明用两轴构成时的主视剖面图，图10表示本发明用两螺旋槽和两轴构成时的主视剖面图，图11为沿图10的A-A向的剖面图，图12为各转子设置刀型密封时的转子剖面图，图13表示本发明用三螺旋槽和四轴构成时的转子剖面图，图14为本发明适用于汽车空调器压缩机时的主视剖面图，图15为本发明适用于冷藏库压缩机时的主视剖面图，图16为传统螺杆式压缩机的外观图，图17为传统螺杆式压缩机的剖面图。
实施例图1表示本发明的第1实施例，1a、1b分别为转子，2a、2b为旋转轴，3a、3b为前述转子a、1b上形成的螺旋槽，4a、4b为位于各转子中心部的锥形轴。因而，转子1a由螺旋槽3a和锥形轴4a构成，转子1b由螺旋槽3b和锥形轴4b构成。5为装有转子1a、1b的壳体，6为壳体5上形成的吸入孔，7为排放孔，8为吸入室，9为排放室，10a、10b为设置在旋转轴2a、2b上的浮动密封。此外，在该图中，11为上流侧的流体输送室，12为下流侧的流体输送室。
各转子配置在两平行的轴上，各转子的螺旋槽3a、3b相互啮合，且按反向旋转。
各螺旋槽外径的轮廓为锥形，而各锥形轴构成倒锥形。使由螺旋槽、锥形槽、壳体所形成的密闭空间随着两转子的旋转在减少体积的同时向上方的排放侧移动。
此外，在图1的实施例中，壳体5整体装入等于排放压力的高压容器(未图示)，按照各转子的排放侧外径D1与旋转轴的吸入侧外径D2大致相等的条件，使施加在转子上的推力负载接近于零。利用浮动密封10a、10b可以防止制冷剂从高压侧向吸入室8的漏泄。
图2表示本发明的第2实施例，在同壳体9和锥形轴接近的螺旋槽外园部的平坦表面上设置带状的刀型密封10a、10b。该刀型密封在例如涡旋压缩机中用来防止压缩机内部漏泄，提高效率。但在传统的螺杆式压缩机中，如图2所示，凸形转子、凹形转子的外园轮廓由曲面形成，且因两转子的接触点随转子的旋转角而逐渐变化，这样就难于采用刀型密封。若采用本发明，由于螺旋槽的外园部具有充分宽度的平坦表面，能在此部分设置锥形状的刀型密封。
图3表示刀型密封的动作原理。将本发明作为压缩机使用时，使上流侧输送室11的压力比下流侧输送室12的压力还大，其压差△P(如图所示)施加在刀型密封10b上的离心方向。由于前述压差△P产生的离心力F，使得刀型密封10b压住壳体5的内面，从而隔断上流侧输送室11连接下流侧输送室12的漏泄通路。
图4为刀型密封13的表面形成粘性流体的动压效应的动压槽14的实施例。图5表示其动作原理。由于刀型密封13的表面与壳体5的内面之间具有较大的相对速度，因而动压槽14产生的楔形压力△P2抗衡离心力F和压差△P1后，使刀型密封上浮数微米的程度。这样一来，刀型密封经长期使用也不易发生磨损，可靠性提高，而且机械滑动损失降低。
图6，图7所示的例子是，可使装有各转子的内面为锥状的壳体沿轴向移动，防止流体压缩时发生过剩压力、以提高可靠性。20为可动壳体，21为装有此可动壳体的固定壳体，22a，22b为使可动壳体20向下施加负载的压缩弹簧，24a，24b为转子。可动壳体20的轴向高度由固定壳体21形成的定位部23来限定。
此外，如图7所示，即使发生流体压缩也因可动壳体的向上浮动，被加压的流体从上流向下流出，能提高压缩机的可靠性。
图8表示螺旋形转子为三轴支承，中心部的转子为主轴支承，左、右转子为从动轴支承所构成的流体旋转装置例子。50为主轴转子，51a、51b为从动轴转子，52为主轴的螺旋槽，53a、53b为从动轴的螺旋槽，54为吸入孔，54a、54b为排放孔。
图9表示螺旋形转子为两轴支承、且各转子直径不同的情形。60为主轴转子，61为从动轴转子。
图10表示螺旋形转子为三轴支承、且各螺杆作成双螺旋槽的情形。
图11为图10的A-A剖面图，70为主轴转子，71a为从动轴转子a，71b为从动轴转子b，72为壳体，73为吸入孔，74a、74b为排放孔。如图10所示，主轴转子70的转子直径与从动轴转子71a、71b的转子直径d不同，且各转子以及装有各转子的壳体72形成锥状。
这样，借助于主轴和各从动轴的转子直径不同，且各螺旋槽的宽度为最优的条件，与三螺杆泵一样，将施加于各从动轴的流体压力形成的扭矩为零，因而可省去定时齿轮。
此外，与体积无变化的传统三螺杆泵相比，在本发明的流体旋转装置中，由各转子和壳体形成的密闭空间向着下流侧逐渐缩小而获得压缩作用。因此，图10的装置可用作压缩机。
图12所示的例子是三螺杆的流体旋转装置，分别在主轴转子80和从动轴转子81a、81b设置刀型密封82a、82b、83a、83b、84a、84b，以提高密封性能。
图13表示从动轴三个转子90a、90b、90c且主轴转子91形成三螺旋槽的情形。92为装有各转子的圆形壳体。
图14表示本发明适用于汽车空调器压缩机时的具体构造。100为主轴转子，101a、101b为从动轴转子，102为离合器，103为机械密封，104为壳体。
图15表示本发明适用于冷库压缩机的情形。150为主轴轴子，151a、151b为从动轴转子，152为电动机转子，153为电动机定子，154为壳体，155为吸入通路，156为排放通路，157为排放侧的侧板，158为吸入侧的侧板。将主轴转子150的两端固定在侧板157，158上，使从动轴转子151a、151b与电动机转子152一起象行星齿轮那样用绕主动转子150旋转。
根据本发明制成的压缩机、真空泵等旋转式流体装置，能无损于螺杆式流体机械的低振动、低噪音特征，即使小排气量也具有很高的效率。
权利要求
1.旋转式流体装置，包括其上具有吸入孔和排出孔的壳体，配置成分别以轴支承在所述壳体内、按同步旋转且互相啮合的多个螺旋形转子，驱动这些转子的驱动机构，利用在上述这些转子和壳体间形成的空间的体积变化发挥流体吸入、压缩和排放作用，其特征在于在上述转子外周面上形成使上述多个螺旋形转子相对上述壳体内面接近或滑动的平坦面。
全文摘要
本发明旋转流体装置包括其上具有吸入孔和排放孔的壳体，以轴支承在壳体内，同步旋转互相啮合的多个螺旋形转子，驱动这些转子的驱动机构，利用这些转子和壳体形成的空间体积变化进行流体的吸入、压缩和排放，其特征在于在转子的外周面上形成使这些转子相对壳体内面接近或滑动的平坦面，不仅能保持螺杆或流体机械低振动、低噪音特征，而且消除螺杆式流体机械内部漏泄大的缺点，达到高效率化。
文档编号F04C27/00GK1095455SQ9410199
公开日1994年11月23日 申请日期1994年3月11日 优先权日1993年4月27日
发明者丸山照雄, 阿部良一 申请人:松下电器产业株式会社
技术领域：
本发明涉及广泛适用作半导体设备用的真空泵或冷冻空调器用的压缩机等的旋转式流体装置。
在冷冻空调领域或抽取真空的半导体、光学、食品以及药品等领域，螺杆式流体机械一直普遍地被用作压缩机或真空泵。
后述的
图16为传统的螺杆式压缩机的一例，使配置在两平行轴上的凸形500转子和凹形转子501互按反向旋转。
构成螺旋状的一对转子，在壳体与螺旋槽间形成的管状沟槽随着啮合点的旋轴沿轴向移动且体积逐渐缩小并排放气体。
具体地说，如图17所示，由四个凸面的凸形转子500和六个齿的凹形转子501构成的各转子互按反向旋转，利用转子槽与壳体之间的空间体积变化而进行吸入、压缩和排放。螺杆式流体机械的螺旋槽可依次完成吸入、压缩和排放，因此具有扭矩变化和流量脉动小、旋转体平衡性能良好，从而具有无振动、适合高速旋转、结构小型等特点。
在螺杆压缩机的场合，由能将各转子间以及转子与壳体间的内部漏泄抑制到何种程度来决定压缩机的性能。发生内部漏泄的部位如下(1)通过凸形转子和凹形转子的啮合部，从排放侧向吸入侧的漏泄;
(2)通过转子侧隙的漏泄;
(3)通过转子外圆与壳体内面的间隙，从一个齿槽向下一个齿槽的漏泄;
通过转子齿形决定的相邻齿槽的连接通路，即气孔的漏泄;
为了减少这些漏泄，在考虑各构件热膨胀而进行高精度加工的同时，还用润滑油来密封该间隙部。
然而，欲使上述传统的螺杆式流体机械适用于例如民用冷库、室内空调以及汽车空调等的场合，由于排气量(每转排放量)通常处于3cc～100cc级别，致使上述内部漏泄影响而带来压缩机效率显著降低的问题。
因此，螺杆式流体机械即使具有低振动、低噪音等特点，也很难适用于上述民用机械，而主要用作以工业机械为对象的大型压缩机和真空泵等。
本发明目的在于为解决上述与传统技术有关的问题，提供无损于螺杆式流体机械的构造特征而达到高效率化的旋转式流体装置。
为解决上述问题的，本发明所指的旋转式流体装置，包括含有吸入孔与排放孔的壳体、在该壳体内以轴支承并按同步旋转方式配置相互啮合的多个螺旋形转子、驱动这些转子的驱动手段，利用及由前述多个螺旋形转子与前述壳体形成的空间体积变化，进行流体吸入、压缩和排放，在上述转子的外周面上形成使上述多个螺旋形转子相对上述壳体内面接近或在其上滑动的平坦面。
若将本发明应用于压缩机或泵，则在各转子(旋转侧)接近或沿着壳体(固定侧)内面滑动产生内部漏泄最大部分可以形成面积足够大的密封部。
同传统的螺杆式流体机械以曲面之间的组合(凹面和凸面)形成的‘线’状密封部相反，本发明可以用面密封，因此充分增大密封部分的流体阻力，从而大幅度降低内部漏泄。
此外利用此密封部分，在涡旋压缩机等上形成带状的刀型密封，可进一步降低内部漏泄。
对附图的简单说明
图1为本发明第1实施例的主视剖面图，图2为本发明采用刀型密封以防止漏泄的主视剖面图，图3为图2的局部放大图，图4为表示刀型密封形成动压槽时的主视剖面图，图5为图4的局部放大图，图6为防止流体压缩而设置可动壳体的主视剖面图，图7表示在图6上发生流体压缩时的状态，图8表示本发明用三轴构成时的主视剖面图，图9表示本发明用两轴构成时的主视剖面图，图10表示本发明用两螺旋槽和两轴构成时的主视剖面图，图11为沿图10的A-A向的剖面图，图12为各转子设置刀型密封时的转子剖面图，图13表示本发明用三螺旋槽和四轴构成时的转子剖面图，图14为本发明适用于汽车空调器压缩机时的主视剖面图，图15为本发明适用于冷藏库压缩机时的主视剖面图，图16为传统螺杆式压缩机的外观图，图17为传统螺杆式压缩机的剖面图。
实施例图1表示本发明的第1实施例，1a、1b分别为转子，2a、2b为旋转轴，3a、3b为前述转子a、1b上形成的螺旋槽，4a、4b为位于各转子中心部的锥形轴。因而，转子1a由螺旋槽3a和锥形轴4a构成，转子1b由螺旋槽3b和锥形轴4b构成。5为装有转子1a、1b的壳体，6为壳体5上形成的吸入孔，7为排放孔，8为吸入室，9为排放室，10a、10b为设置在旋转轴2a、2b上的浮动密封。此外，在该图中，11为上流侧的流体输送室，12为下流侧的流体输送室。
各转子配置在两平行的轴上，各转子的螺旋槽3a、3b相互啮合，且按反向旋转。
各螺旋槽外径的轮廓为锥形，而各锥形轴构成倒锥形。使由螺旋槽、锥形槽、壳体所形成的密闭空间随着两转子的旋转在减少体积的同时向上方的排放侧移动。
此外，在图1的实施例中，壳体5整体装入等于排放压力的高压容器(未图示)，按照各转子的排放侧外径D1与旋转轴的吸入侧外径D2大致相等的条件，使施加在转子上的推力负载接近于零。利用浮动密封10a、10b可以防止制冷剂从高压侧向吸入室8的漏泄。
图2表示本发明的第2实施例，在同壳体9和锥形轴接近的螺旋槽外园部的平坦表面上设置带状的刀型密封10a、10b。该刀型密封在例如涡旋压缩机中用来防止压缩机内部漏泄，提高效率。但在传统的螺杆式压缩机中，如图2所示，凸形转子、凹形转子的外园轮廓由曲面形成，且因两转子的接触点随转子的旋转角而逐渐变化，这样就难于采用刀型密封。若采用本发明，由于螺旋槽的外园部具有充分宽度的平坦表面，能在此部分设置锥形状的刀型密封。
图3表示刀型密封的动作原理。将本发明作为压缩机使用时，使上流侧输送室11的压力比下流侧输送室12的压力还大，其压差△P(如图所示)施加在刀型密封10b上的离心方向。由于前述压差△P产生的离心力F，使得刀型密封10b压住壳体5的内面，从而隔断上流侧输送室11连接下流侧输送室12的漏泄通路。
图4为刀型密封13的表面形成粘性流体的动压效应的动压槽14的实施例。图5表示其动作原理。由于刀型密封13的表面与壳体5的内面之间具有较大的相对速度，因而动压槽14产生的楔形压力△P2抗衡离心力F和压差△P1后，使刀型密封上浮数微米的程度。这样一来，刀型密封经长期使用也不易发生磨损，可靠性提高，而且机械滑动损失降低。
图6，图7所示的例子是，可使装有各转子的内面为锥状的壳体沿轴向移动，防止流体压缩时发生过剩压力、以提高可靠性。20为可动壳体，21为装有此可动壳体的固定壳体，22a，22b为使可动壳体20向下施加负载的压缩弹簧，24a，24b为转子。可动壳体20的轴向高度由固定壳体21形成的定位部23来限定。
此外，如图7所示，即使发生流体压缩也因可动壳体的向上浮动，被加压的流体从上流向下流出，能提高压缩机的可靠性。
图8表示螺旋形转子为三轴支承，中心部的转子为主轴支承，左、右转子为从动轴支承所构成的流体旋转装置例子。50为主轴转子，51a、51b为从动轴转子，52为主轴的螺旋槽，53a、53b为从动轴的螺旋槽，54为吸入孔，54a、54b为排放孔。
图9表示螺旋形转子为两轴支承、且各转子直径不同的情形。60为主轴转子，61为从动轴转子。
图10表示螺旋形转子为三轴支承、且各螺杆作成双螺旋槽的情形。
图11为图10的A-A剖面图，70为主轴转子，71a为从动轴转子a，71b为从动轴转子b，72为壳体，73为吸入孔，74a、74b为排放孔。如图10所示，主轴转子70的转子直径与从动轴转子71a、71b的转子直径d不同，且各转子以及装有各转子的壳体72形成锥状。
这样，借助于主轴和各从动轴的转子直径不同，且各螺旋槽的宽度为最优的条件，与三螺杆泵一样，将施加于各从动轴的流体压力形成的扭矩为零，因而可省去定时齿轮。
此外，与体积无变化的传统三螺杆泵相比，在本发明的流体旋转装置中，由各转子和壳体形成的密闭空间向着下流侧逐渐缩小而获得压缩作用。因此，图10的装置可用作压缩机。
图12所示的例子是三螺杆的流体旋转装置，分别在主轴转子80和从动轴转子81a、81b设置刀型密封82a、82b、83a、83b、84a、84b，以提高密封性能。
图13表示从动轴三个转子90a、90b、90c且主轴转子91形成三螺旋槽的情形。92为装有各转子的圆形壳体。
图14表示本发明适用于汽车空调器压缩机时的具体构造。100为主轴转子，101a、101b为从动轴转子，102为离合器，103为机械密封，104为壳体。
图15表示本发明适用于冷库压缩机的情形。150为主轴轴子，151a、151b为从动轴转子，152为电动机转子，153为电动机定子，154为壳体，155为吸入通路，156为排放通路，157为排放侧的侧板，158为吸入侧的侧板。将主轴转子150的两端固定在侧板157，158上，使从动轴转子151a、151b与电动机转子152一起象行星齿轮那样用绕主动转子150旋转。
根据本发明制成的压缩机、真空泵等旋转式流体装置，能无损于螺杆式流体机械的低振动、低噪音特征，即使小排气量也具有很高的效率。
权利要求
1.旋转式流体装置，包括其上具有吸入孔和排出孔的壳体，配置成分别以轴支承在所述壳体内、按同步旋转且互相啮合的多个螺旋形转子，驱动这些转子的驱动机构，利用在上述这些转子和壳体间形成的空间的体积变化发挥流体吸入、压缩和排放作用，其特征在于在上述转子外周面上形成使上述多个螺旋形转子相对上述壳体内面接近或滑动的平坦面。
全文摘要
本发明旋转流体装置包括其上具有吸入孔和排放孔的壳体，以轴支承在壳体内，同步旋转互相啮合的多个螺旋形转子，驱动这些转子的驱动机构，利用这些转子和壳体形成的空间体积变化进行流体的吸入、压缩和排放，其特征在于在转子的外周面上形成使这些转子相对壳体内面接近或滑动的平坦面，不仅能保持螺杆或流体机械低振动、低噪音特征，而且消除螺杆式流体机械内部漏泄大的缺点，达到高效率化。
文档编号F04C27/00GK1095455SQ9410199
公开日1994年11月23日 申请日期1994年3月11日 优先权日1993年4月27日
发明者丸山照雄, 阿部良一 申请人:松下电器产业株式会社
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