專利名稱：渦輪壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于空調裝置或電冰箱等冷凍機械、熱泵式熱水供給機械等的渦輪壓縮機。
背景技術：
在該種渦輪壓縮機中，為了在旋轉渦輪及固定渦輪之間的壓縮室中吸入、壓縮、排出流體，在旋轉渦輪的后部設置有背壓室，通過引導至此的背壓將旋轉渦輪向固定渦輪一側推壓，通過壓縮室中的流體壓力使旋轉渦輪不至從固定渦輪脫離，以上是在以往的渦輪壓縮機中所進行的動作。
該背壓，是通過壓縮機構的排出流體壓、壓縮過程中的流體壓、供給壓等各種方法得到的，前述供給壓是在利用與旋轉渦輪連動的泵機構、壓縮機構的排出一側和吸入一側的壓差，向壓縮機構各部分供給油時產生的。不論用哪種方式獲得的背壓，由于不能完全抑制其變動，不論在什么條件下，都有必要進行使旋轉渦輪不至從固定渦輪被推壓脫離的背壓設定。但是，由于有時背壓的變動過剩，導致將旋轉渦輪強力地向固定渦輪推壓，從而引起推力滑動部的異常磨損和輸入增加。用于解決這樣的問題的大多數技術，是通過差壓閥方式，當背壓達到一定值以上時，打開閥，將該過剩壓力向吸入一側放出。(例如，參照專利文獻1)用圖3所示的表示以往的渦輪壓縮機的背壓控制機構的剖面圖，說明其結構。
渦輪壓縮機(的背壓控制機構)，具有背壓室109、連通路112、閥室115和彈簧117，該背壓室109用于使將旋轉渦輪106向固定渦輪105一側推壓的背壓工作；該連通路112通過固定渦輪105內部連通旋轉蝸輪106、相對固定蝸輪105間的壓縮室107的吸入室111和背壓室109；該閥室115收納有連通路112途中的各種形態(tài)的閥或者球閥113；該彈簧117用于在背壓達到規(guī)定值以上之前將各種閥或者球閥113推壓在閥座116上使之處于常閉狀態(tài)，前述閥座116形成于背壓室一側連通路112a和閥室115之間。在閥室115中設置有用于限制由于球閥113的背壓而產生的最大推壓返回位置的限制器121，同時，從閥室115向側方延伸的吸入室一側的連通路112b的朝向閥室115的開口122，從閥座116一側離開地設置于球閥113在最大推壓返回位置的中心位置O以上的位置。
如此，首先，旋轉渦輪106一邊通過背壓室109的背壓被向固定渦輪105推壓一邊被旋轉驅動，通過相互間的壓縮室107能夠無泄漏地持續(xù)進行制冷劑的吸入、壓縮、排出，當背壓達到規(guī)定值以上時，包含板閥的各式閥或者球閥113頂住彈簧117被推壓返回，背壓室一側的連通路112a連通閥室115，背壓經由該閥室115、吸入室一側的連通路112b進入吸入室111；當背壓降到規(guī)定值時，通過彈簧117關閉各式閥或者球閥113，由此將背壓保持為一定值。
專利文獻1特開2000-29157號公報但是，在上述以往的結構中，從壓縮機啟動開始到背壓達到規(guī)定值為止期間，由于通過閥關閉連通路，所以會發(fā)生油不能供給到吸入室(即，壓縮室)內的情況。特別是，當所使用的制冷劑成為高壓氣體時，旋轉渦輪由于背壓一邊被緊緊向固定渦輪推壓一邊驅動旋轉，會引起由于滑動部的摩擦而導致的異常磨損和輸入增加。

發(fā)明內容
所以本發(fā)明便是用于解決這樣的問題的發(fā)明，以提供一種具有從起動開始便向輸入室(即，壓縮室)供給油、可靠性高的渦輪壓縮機為目的。
為了解決上述問題，本發(fā)明的渦輪壓縮機，具有壓縮機構，該壓縮機構，通過相互嚙合從端板立起有大致相同形狀的葉片的固定渦輪和旋轉渦輪，在兩者之間形成壓縮室，通過旋轉渦輪的相對于固定渦輪的旋轉運動，壓縮室一邊從外周一側向中心部移動，其容積一邊減小，由此進行流體的吸入、壓縮、排出，在這樣的渦輪壓縮機中，其特征在于，具有背壓室，該背壓室位于旋轉渦輪的后部，用于使背壓工作，而上述背壓用于將旋轉渦輪向固定渦輪一側推壓；閥室，該閥室連通用于謀求向前述壓縮室中吸入流體的吸入室和背壓室；彈簧，該彈簧用于推壓閥，還設有彈簧壓板和限制器，前述彈簧壓板在排出壓力和背壓及吸入壓力的壓差的作用下可以在閥室內移動。
本發(fā)明的渦輪壓縮機，在背壓控制機構中，由于設置有用于限制由背壓的變動而開閉的各種閥或者球閥的可動彈簧壓板，所以通過該結構，從壓縮機的啟動開始便能夠向吸入室、壓縮室供給油；能夠減少異常磨損、輸入增加等滑動部的摩擦損失；能夠提供一種高可靠性的渦輪壓縮機。
本發(fā)明的渦輪壓縮機，具有如下的壓縮機構，該壓縮機構，通過相互嚙合從端板立起有大致相同形狀的葉片的固定渦輪和旋轉渦輪，在兩者之間形成壓縮室，通過旋轉渦輪的相對于固定渦輪的旋轉運動，壓縮室一邊從外周一側向中心部移動，其容積一邊減小，由此進行流體的吸入、壓縮、排出；本發(fā)明的渦輪壓縮機設置有背壓室，該背壓室位于渦輪壓縮機的旋轉渦輪的后部，用于使背壓工作，而上述背壓用于將旋轉渦輪向固定渦輪一側推壓；閥室，該閥室連通用于謀求向壓縮室中吸入室和背壓室；彈簧，該彈簧用于將閥向形成于背壓室和閥室之間的閥座推壓；還設有彈簧壓板，該彈簧壓板在排出空間的壓力和背壓及吸入壓力的壓差的作用下可以在閥室內移動；限制器，該限制器將排出空間的壓力作用于彈簧壓板，同時限制彈簧壓板的移動。根據本實施方式，由于在排出壓力低的時候，彈簧以小于背壓設定值的彈力推壓閥，而背壓則向上推壓閥，所以在壓縮機的起動開始時便能向吸入室、壓縮室內供給油，由此可提供一種高可靠性的壓縮機。
此外，本發(fā)明的渦輪壓縮機，作為流體使用的制冷劑使用高壓氣體，例如二氧化碳。根據本實施方式，使用二氧化碳制冷劑作為流體時，雖然為高壓狀態(tài)，但由于能夠防止由于滑動部的摩擦而導致的異常磨損和輸入增加，所以可以使用該種有利于環(huán)保的制冷劑。


圖1表示本發(fā)明的第1實施方式的渦輪壓縮機的剖面圖。
圖2表示本實施方式的背壓控制機構的剖面圖。
圖3表示以往的渦輪壓縮機的背壓控制機構的剖面圖。
具體實施例方式
實施例1下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的渦輪壓縮機的剖面圖；圖2是表示本實施方式的背壓控制機構的剖面圖。本實施方式，是將本發(fā)明應用于密閉型渦輪壓縮機的情況下的一個例子，上述密閉型渦輪壓縮機用于空調、冷凍機器中。因此，本實施方式使用的流體是制冷劑，以下以制冷劑進行說明。但是本發(fā)明并不局限于此。
本實施方式的渦輪壓縮機，如圖1、2所示，具有壓縮機構8，該壓縮機構8，通過相互嚙合從端板1、2立起有大致相同形狀的葉片3、4的固定渦輪5和旋轉渦輪6，在兩者之間形成壓縮室7，通過旋轉渦輪6的相對于固定渦輪5的旋轉運動，壓縮室7一邊從外周一側向中心部移動，其容積一邊減小，由此進行通過吸入口32及吸入室10的制冷劑的吸入、壓縮動作和通過吸入口30的制冷劑的排出動作；還具有背壓室9，該背壓室9位于旋轉渦輪6的后面，用于使背壓工作，而上述背壓用于將旋轉渦輪6向固定渦輪5一側推壓；閥室11，該閥室11與用于向壓縮室7中吸入制冷劑的吸入室10和背壓室9相連通，并容納有各種形式的閥或者球閥13和彈簧14；彈簧14，在直徑比該閥室11小的背壓室一側的連通路12a和閥室11之間形成有閥座15，彈簧14用于將球閥13向閥座15推壓；還設有彈簧壓板18，該彈簧壓板18在排出壓力(即，排出空間22的壓力)和背壓及吸入壓力的壓差的作用下可以在閥室11內移動；限制器19，該限制器19具有與排出空間22相連通并將其壓力作用于彈簧壓板18的連通孔19a，同時該限制器19限制彈簧壓板18的移動。只要是本實施方式的渦輪壓縮機，都適用本發(fā)明并且有效，而與其他的具體的構造差異、用途差異無關。
下面，對本實施方式的渦輪壓縮機進行進一步詳細說明。在本實施方式的背壓控制機構中，如圖2放大所示，在固定渦輪5中設置有閥室11，在閥室11的內部收納有各種形狀的閥或者球閥13、彈簧14、可以在閥室11內運動的彈簧壓板18、限制彈簧壓板18的移動的限制器19。另外，閥室11還具有直徑比該閥室11小的背壓室一側的連通路12a、形成于連通路12a和閥室11之間的閥座15、從閥室11向側方延伸的吸入室一側的連通路12b、定位臺階高差面16、座面17。
如此，由于首先在壓縮機起動前進行均壓，所以排出壓力、背壓及吸入壓力沒有壓差，彈簧壓板18由于彈簧14的彈力被推壓在限制器19上。另外，球閥13也接受彈簧14的彈力作用關閉閥座15。
如果從該狀態(tài)開始起動壓縮機，則通過吸入管21，制冷劑將被吸入到吸入室10中，同時，通過吸入室一側的連通路12b被吸入閥室11中，閥室11中的壓力將降低。被吸入的制冷劑，被封閉在形成于旋轉渦輪6和固定渦輪5之間的壓縮室7內，隨著旋轉渦輪6的旋轉運動而被壓縮，并通過排出口30被排出到排出空間22。從排出空間22經由限制器19的連通孔19a到達彈簧壓板18一側的制冷劑的排出壓力，成為推壓彈簧壓板18的力(作用力)。此時的彈簧壓板18的移動，根據排出壓力和限制器19的連通孔19a的面積、背壓及彈簧彈性系數、吸入壓力的關系進行，如果排出壓力進一步升高，則彈簧壓板18將被緊緊推壓在座面17上，關閉排出空間22和閥室11之間的空間。
另一方面，裝滿排出的制冷劑的密閉容器23內的底部的油24，經由設置于曲軸25上的油供給路26，在排出壓力作用的狀態(tài)下被導入高壓背壓室27，并通過節(jié)流閥28減壓，以吸入壓力和排出壓力的中間壓力的狀態(tài)被供給到背壓室9。
另外，在排出壓力較低時，在到彈簧壓板18關閉座面17為止期間，彈簧14以小于背壓設定值的彈力推壓球閥13，所以，背壓能以小于設定值的壓力推壓球閥13，從背壓室9向壓縮室7供給油24。即，可以從壓縮機的啟動開始向壓縮室7、吸入室10中供給油24。
在該狀態(tài)下，隨著密閉容器23內的壓力上升，若彈簧壓板18關閉排出空間22和閥室11之間的空間，則彈簧14以背壓設定值的彈簧彈力推壓球閥13，關閉連通路12的閥座15和球閥13之間的空間。
伴隨著背壓室9的壓力上升，球閥13頂著彈簧14被向上推壓，連通路12的閥座15和球閥13之間的開度逐漸變大。其結果，背壓室9中的油24在連通路12中一邊被減壓一邊增加并被供給到吸入室10。同時，抑制背壓室9的壓力上升，保持對旋轉渦輪6的推壓力。另外，流入吸入室10的油24，一邊供給到壓縮室7的間隙的油膜密封一邊吸入制冷劑，同時，再次壓縮，排出。
但是，如圖1所示的實施方式，是在密閉容器23中共同收納有壓縮機構8及驅動其的電動機29的無需維護型的渦輪壓縮機的一個例子。密閉容器23的底部，作為儲存油24的儲油槽進行使用，利用將該儲油槽的油24向壓縮機構8的各個滑動部分供給的供給壓力獲得前述背壓。排出口30，開口于密閉容器23的一端部31內，在排出的制冷劑通過電動機29的部分并將其冷卻后，到達密閉容器23的排出管44并供給到外部的冷凍循環(huán)。吸入口32，與來自密閉容器23的外部的吸入管21相連通，吸入返回到此的在冷凍循環(huán)中使用后的制冷劑并向前述壓縮供給。
在本實施方式中，通過縱向貫通曲軸25的油供給路26，將油24向壓縮機構8的各滑動部分供給，前述曲軸25與電動機29的轉子45相接合，經由防止自轉用的例如十字環(huán)33以旋轉運動的形式驅動旋轉渦輪6。油供給壓是通過與曲軸25連動的旋輪線泵34得到的，通過將油吸入并使其處于高壓然后向供給路26供給。油供給路26分支并到達壓縮機構8的各個滑動部分，進行必要的潤滑。
另外，電動機29的定子35，熱裝配于密閉容器23的內周，通過焊接等進行固定，根據需要在外周設置有切槽，該切槽用于在定子和密閉容器23之間形成用于通過冷卻用制冷劑的通路。曲軸25的主軸36和與之相反一側的連結有旋輪線泵34的副軸37，由以焊接等形式固定在密閉容器23內的主、副軸承38、39進行支承，主軸承38上以螺栓固定有固定渦輪5，在主軸承38和固定渦輪5之間嵌入夾持有旋轉渦輪6及十字環(huán)33，在固定渦輪5和主軸承38之間形成有前述背壓室9。
另外，油供給路26的一部分，經由節(jié)流閥28連通背壓室9，由旋輪線泵34供給的高壓油24，通過節(jié)流閥28的節(jié)流作用徐徐到達背壓室9，在背壓室9中油24的供給壓力，以通過節(jié)流閥降低其變動的狀態(tài)，推壓旋轉渦輪6，使其不能從固定渦輪5脫離。
在此，如圖2所示，閥室11設置于固定渦輪5的葉片3的卷曲終點部分附近。由此，因背壓過剩而進入閥室11的油24，由于返回到吸入室10的葉片3的卷曲終點部分一端的附近位置，所以該油24從吸入室一側的連通路12b被順利供給到壓縮室7，在有利于葉片3的滑動的同時，還能夠提高壓縮室7的密封，提高壓縮機構的效率。
另外，圖2所示的球閥13的外周和閥室11的內周之間的間隙41的通路橫截面積，設定為比背壓室一側的連通路12a的通路橫截面積大。由此，從背壓室一側的連通路12a進入閥室11內的油24等流體，由于在與背壓室一側連通路12a大致相同的通路阻力或者比其小的通路阻力的作用下，不難通過閥室11的內周和球閥13之間的間隙41，所以由于通路的阻力而使球閥13不穩(wěn)定、橫向搖擺等現象不會發(fā)生，能夠更安靜，且開閉動作穩(wěn)定地將背壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內。
另外，如圖2所示，閥座15是以從背壓室一側的連通路12a向閥室11一側延伸的鈍角形圓錐面形成的，該圓錐面與背壓室一側的連通路12a構成的棱部20以阻擋并密封球閥13的形式構成。
由此，由于球閥13以球面與線狀的棱部20相接觸，所以和面與面相接觸的情況相比不容易卡住異物，球閥13在開閉的時候相對于閥座15也不易滑動，且不容易發(fā)生橫向搖動，所以，與球閥13的背壓的變動相對的開閉功能及開閉時的動作保持穩(wěn)定，能夠將背壓保持在適當的范圍內，且壓縮機構中不會產生過剩磨損、過剩負荷。而且，由于棱部20只在短暫的使用過程中與球閥13互相摩擦，并且與球閥13的曲面結合得很緊密，所以能夠提高密封性。
另外，如圖2所示，彈簧14最好由螺旋彈簧構成，因為螺旋彈簧能夠限制球閥13的橫向移動。
此外，如圖2所示，彈簧壓板18形成有相對于用于移動閥室11的密封孔40滑動的滑動間隙42；彈簧壓板18的角部18a具有不損傷密封性程度的圓角面，由此能夠平穩(wěn)地在閥室11內移動。彈簧壓板18的端部18b，為了確保密封性，通過高精度的加工而制成。
另外，在用于阻擋彈簧14的基端部14a的彈簧壓板18的彈簧座18c上，具有嵌入基端部14a內的彈簧壓板18的錐部18d，所以可引導錐部18d的錐面，能夠容易地將該錐部18d插入基端部14a內，而且用錐部18d的基部能夠將基端部14a定位于中心位置等規(guī)定的位置上。
此外，如圖2所示，在限制器19上形成有與定位臺階高差面16相接觸并用于定位的被定位臺階高差面19c，限制器19以比密封孔40大的直徑以JIS規(guī)格的過盈配合插入密封孔40中。另外，在大致中心部位加工有連通孔19a。
另外，閥室11，在固定渦輪5的端板1的背面開口有直徑比閥室11大的密封孔40，同時，在閥室11和密封孔40之間形成有用于對限制器19進行定位的定位臺階高差面16，上述限制器19朝向閥室11與密封孔40之間的上述開口，并限制彈簧壓板18的移動。
限制器19的導引部19b，以和密封孔40之間具有導引間隙43的形式形成，并且不會發(fā)生由于阻力或者過度的松動而導致振動、中心接觸、傾斜地簡單地嵌合于密封孔40中，前述導引間隙43為JIS規(guī)格的從過渡配合至間隙配合程度的幾乎沒有松動的狀態(tài)。
此外，本實施方式的渦輪壓縮機，作為流體使用的制冷劑最好使用高壓氣體例如二氧化碳。在本實施方式的渦輪壓縮機中，使用二氧化碳那樣的高壓制冷劑，能夠防止由于滑動部的摩擦而導致的異常磨損和輸入增加，同時使用二氧化碳作為制冷劑也有利于環(huán)保。
如以上所述，通過本發(fā)明的渦輪壓縮機，能夠從壓縮機的啟動開始向吸入室供給油，能夠減少異常磨損、輸入增加等滑動部的摩擦損失，能夠提供可靠性高的渦輪壓縮機，因此適用于空調裝置或電冰箱等冷凍機械、熱泵式熱水供給機械等用途。
權利要求
1.一種渦輪壓縮機，該渦輪壓縮機具有如下的壓縮機構，通過相互嚙合從端板立起有大致相同形狀的葉片的固定渦輪和旋轉渦輪，在兩者之間形成壓縮室，通過旋轉渦輪相對于固定渦輪的旋轉運動，壓縮室一邊從外周一側向中心部移動，其容積一邊減小，由此進行流體的吸入、壓縮、排出，其特征在于，具有背壓室、閥室和彈簧，該背壓室位于所述旋轉渦輪的后部，用于使背壓工作，所述背壓用于將所述旋轉渦輪向所述固定渦輪一側推壓；該閥室連通用于謀求向所述壓縮室中吸入所述流體的吸入室和所述背壓室；該彈簧用于將閥向形成于所述背壓室和所述閥室之間的閥座推壓；還設有彈簧壓板，該彈簧壓板在排出空間的壓力和背壓及吸入壓力的壓差的作用下可以在閥室內移動。
2.如權利要求1所述的渦輪壓縮機，其特征在于，設置有限制器，該限制器將所述排出空間的壓力作用于彈簧壓板，同時限制該彈簧壓板的移動。
3.如權利要求1所述的渦輪壓縮機，其特征在于，作為所述流體使用的制冷劑為二氧化碳。
全文摘要
提供從起動開始便向吸入室供給油、可靠性高的渦輪壓縮機。渦輪壓縮機設有位于旋轉渦輪6的后部、用于使將旋轉渦輪6向固定渦輪5一側推壓的背壓工作的背壓室9；連通用于謀求向旋轉渦輪6和固定渦輪5之間的壓縮室7中吸入流體的吸入室10和背壓室9的閥室11；用于將球閥13向形成于背壓室9和閥室11之間的閥座15推壓的彈簧14；還設有在排出空間22的壓力和背壓及吸入壓力的壓差的作用下可以在閥室11內移動的彈簧壓板18；將排出空間22的壓力作用于彈簧壓板18、同時限制彈簧壓板18的移動的限制器19。在起動開始時，由于彈簧14以小于背壓設定值的彈力推壓球閥13，而背壓則將球閥13向上推壓，所以可以從背壓室9向壓縮室7、吸入室10供給油24。
文檔編號F04C18/02GK1609450SQ20041008707
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權日2003年10月22日
發(fā)明者西岡敏浩, 饗場靖, 新宅秀信, 米川哲史, 島田賢志, 飯?zhí)锏? 二上義幸, 鶸田晃 申請人:松下電器產業(yè)株式會社