專利名稱：輕型渦旋構(gòu)件及其制造方法
在諸如泵、壓縮機(jī)或膨脹機(jī)之類的渦旋機(jī)械中，渦旋構(gòu)件之間有一基本的相互作用，即，一個(gè)渦旋件一定圍繞著另一個(gè)相對(duì)地作沿軌道的旋轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)的情況下，被壓縮的氣體對(duì)渦旋構(gòu)件施加一作用力，該作用力有使得這兩個(gè)渦旋構(gòu)件軸向分開以及使得渦旋構(gòu)件的渦卷(wrap)在徑向分開的趨勢(shì)。為了讓壓縮機(jī)有必要的密封，就需要在軸向和徑向有一定的順從或柔量。軸向的順從可以用這樣一種形式，即，利用作用在沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件的底板上的排放壓力或中間壓力，使得該旋轉(zhuǎn)渦旋件的渦卷端部受到偏置而與固定渦旋件的底面相接合。另一種形式的軸向順從是利用位于渦卷端部槽內(nèi)的端部密封件來達(dá)到密封的目的。端部密封件還可以用來防止一渦旋構(gòu)件的渦卷的端部與面對(duì)的渦旋構(gòu)件底面之間的接觸。
出于慣性考慮，有時(shí)要求沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件越輕越好?？紤]到減輕重量，鋁是一種制造沿軌道旋轉(zhuǎn)渦旋件的較理想的材料。由于鋁較易磨損，所以必須使用一端部密封件來防止渦卷端部的磨損，同時(shí)也用以防止卡住的現(xiàn)象。但是由于設(shè)置端部密封件就需要機(jī)加工出設(shè)置密封件的槽，而且在使用端部密封件時(shí)還存在泄漏問題，所以通常盡量避免使用端部密封件。然而，在已有技術(shù)中，不使用端部密封件的鋁制渦旋構(gòu)件在使用上還不能令人滿意。
本發(fā)明用諸如壓鑄或擠壓鑄造之類的壓力鑄造方法先生產(chǎn)出一種接近所需形狀、由陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料制成的部件。在壓鑄之后，該部件再被機(jī)加工至其最終的形狀。所加入的陶瓷微粒使得渦旋件的性能大為增強(qiáng)，這是因?yàn)樗鰪?qiáng)了渦旋件的硬度，增加了耐磨性，以及當(dāng)配對(duì)的渦旋件是由鑄鐵制成的情況下，該種材料制成的渦旋件還提供了與鑄鐵十分接近的熱膨脹性。在固定渦旋件和沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件兩者均由經(jīng)陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基合金材料制成時(shí)，上述的這些性質(zhì)完全一樣，如果使用不同的合金制成時(shí)特性也非常接近。如果固定渦旋件也用鋁基復(fù)合材料制成則除了上述所有的好處之外還可以使得固定渦旋件的重量進(jìn)一步減輕。此外，使用這種經(jīng)陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁還可以不用端部密封件和軸承襯套。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種鋁基復(fù)合材料制成的沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件，它與另一由鋁基金屬?gòu)?fù)合材料或鑄鐵制成的固定渦旋件配合使用，使用時(shí)可以不用端部密封件。
本發(fā)明的另一目的在于，通過降低沿軌道旋轉(zhuǎn)渦旋件的慣性負(fù)荷，來增加其速度范圍以適應(yīng)需要變速的應(yīng)用場(chǎng)合。
本發(fā)明的又一目的在于，提高其初始磨合時(shí)間并減少其泄漏通道。
本發(fā)明還有一目的在于提供一種由鋁基復(fù)合材料制成的沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件，它具有與鑄鐵件十分相近的熱膨脹系數(shù)和彈性模量。這些和其它一些在下文中行將變得更為明顯的目的將由本發(fā)明來完成。
基本上，本發(fā)明提供一種由碳化硅陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料制成的沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件，使該渦旋件具有接近鑄鐵或能與鑄鐵匹配的較理想的物理性質(zhì)，同時(shí)，使它可以與鑄鐵件或鋁基復(fù)合材料制成的固定渦旋件一起使用。


圖1是使用本發(fā)明的一密封渦旋壓縮機(jī)的部份垂直剖視圖;以及圖2示出了沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件的制作過程的流程圖。
圖1中，編號(hào)100總的表示一密封渦旋壓縮機(jī)。受壓的流體，一般是排放壓和中壓的混合物，經(jīng)過排放孔28和29進(jìn)入到環(huán)形腔室40中，該環(huán)形腔室是由沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件的背面、環(huán)形密封件32和34以及曲軸箱36所形成的。在腔室40中的受壓流體所起的作用是如所述的那樣保持沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件21和固定渦旋件20之間的配合。與沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件的背面相配合的腔室40的面積以及腔室40中的壓力決定了施加到沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件上的順從力的大小。更具體地說，渦卷22和23的末端將分別直接與面對(duì)的渦旋件21和20的底面相配合，沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件21的底面或底板110的外部則由于腔室40中的壓力的偏置作用而與固定渦旋件20的外表面27相配合。與傳統(tǒng)技術(shù)一樣，渦旋件21通過歐氏聯(lián)軸節(jié)50來保持其沿軌道的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。沿軌道作旋轉(zhuǎn)的渦旋件21的一個(gè)轂件26設(shè)置于一滑塊52中，無需軸承襯套，它由與一電動(dòng)機(jī)(未畫出)的轉(zhuǎn)子相連的曲軸60驅(qū)動(dòng)。滑塊52可以相對(duì)曲軸60作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而可使渦旋件21作徑向順從以使得渦卷22和23的側(cè)面不管流體的撞擊或其他類似情況仍能保持密封接觸。曲軸60繞著軸Y-Y旋轉(zhuǎn)，該軸同時(shí)也是固定渦旋件20的中心軸，而具有中心軸Z-Z的渦旋件20則環(huán)繞Y-Y軸作沿軌道的圓周運(yùn)動(dòng)。壓縮空氣經(jīng)過排氣口25進(jìn)入殼內(nèi)，隨即被排入制冷或空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)(未畫出)。
繞軌道作圓周運(yùn)動(dòng)的渦旋件21與已有技術(shù)的渦旋件的區(qū)別在于，它由一種通過碳化硅微粒加強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料制成，該渦旋件在使用時(shí)與一鑄鐵制成的固定渦旋件相配合，用不著端部密封件或耐磨板。固定渦旋件也同樣可以由通過碳化硅微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料制成。另外，在轂件26和滑塊52之間無需單獨(dú)的軸承。
通過陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料中含有體積百分比為10%-25%的碳化硅微粒。對(duì)380鋁，最好混以體積百分比為20%的碳化硅微粒。在這種混合比的情況下，彈性模量(單位106磅/平方英吋)為16.5，鑄鐵則為15.5。類似地，其熱膨脹系數(shù)(單位×10-6/F)為9.2，而鑄鐵則為6.0。如方框200所示，所述的混合物被加熱以形成熔融金屬。再對(duì)熔融的金屬進(jìn)行壓鑄，如方框210所示的那樣，通過壓鑄來生產(chǎn)出接近所需形狀的沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件。由于該鋁基復(fù)合材料制件的耐磨性好，給機(jī)加工帶來了較大的困難，因而用壓鑄來獲得接近所需的形狀使要用機(jī)加工去掉的金屬量降為最低是很重要的。鑄造之后，所述部件如方框220所示那樣被機(jī)加工至最終形狀。此時(shí)就可以將該部件裝配到壓縮機(jī)100中去。
雖然本發(fā)明是針對(duì)一沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件進(jìn)行描述的，但同樣也可以應(yīng)用到其它一些場(chǎng)合，即鋁是一種較好的原料，但它必需和鑄鐵的特性相匹配和/或需具有耐磨性的應(yīng)用場(chǎng)合。而且，雖然上面陶瓷微粒用的是碳化硅，但也可以用其它一些原料，如碳化鈦、氧化鋁、鈦、氮化鋁或其它一些微粒材料。這些可以根據(jù)特定的需要來進(jìn)行選擇。所以，本發(fā)明的保護(hù)范圍只受所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種渦旋機(jī)械(100)，包括一由經(jīng)陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料制成的第一渦旋裝置(21)，它包括一渦卷(22)以及一底部，所述渦卷具有側(cè)面和一末端；一第二渦旋裝置(20)，它包括一渦卷和一底部，所述第二渦旋裝置的渦卷具有側(cè)面和一末端；用來驅(qū)動(dòng)所述第一渦旋裝置的裝置(60)，用以使所述第一和第二渦旋裝置的側(cè)面密封地相接觸；軸向的順從裝置(28，40)，它們使得所述第一渦旋裝置的所述末端與第二渦旋裝置的所述底部直接密封接觸，以及，使得所述第二渦旋裝置的所述末端與所述第一渦旋裝置的所述底部直接密封接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的渦旋機(jī)械裝置，其特征在于，所述經(jīng)陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料包含體積百分比為10-25%的碳化硅微粒。
3.如權(quán)利要求1所述的渦旋機(jī)械裝置，其特征在于，所述第二渦旋裝置由鑄鐵制成。
4.如權(quán)利要求1所述的渦旋機(jī)械裝置，其特征在于，所述第二渦旋裝置由鋁基復(fù)合材料制成。
5.一種制造經(jīng)陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料構(gòu)件的方法，包括以下步驟加熱體積百分比為10-25%的碳化硅微粒和鋁的混合物，直至其熔化;壓鑄熔融金屬混合物以生產(chǎn)出接近其所需形狀的鑄件;以及對(duì)鑄件進(jìn)行機(jī)加工，以達(dá)到最終所需的形狀。
全文摘要
一沿軌道旋轉(zhuǎn)的渦旋件，由經(jīng)陶瓷微粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料制成。所制成的部件具有很好的耐磨性和與鑄鐵相匹配的熱膨脹性，在使用時(shí)可以不用端部密封，并且還能使質(zhì)量減輕。在生產(chǎn)制造這種部件時(shí)，先用壓鑄生產(chǎn)出一接近所需的形狀，再用機(jī)加工最終達(dá)到所需的形狀。
文檔編號(hào)F04C18/02GK1112988SQ9510035
公開日1995年12月6日 申請(qǐng)日期1995年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月22日
發(fā)明者文森特·C·納爾多內(nèi), 卡爾·M·普魯沃, 詹姆斯·R·斯特里夫 申請(qǐng)人:運(yùn)載器有限公司