螺旋壓縮機及其轉子的制造方法

專利名稱：螺旋壓縮機及其轉子的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋壓縮機，和一種制造螺旋壓縮機轉子的制造方法，特別是涉及一種沒有同步齒輪的油冷的螺旋壓縮機，當確保轉子的齒表面的可靠性時改善其性能。
但是，已經發現，如果鑄鐵用作轉子材料，以及凸形轉子由凹形轉子驅動，強度不足以支承施加到凹形轉子驅動表面的負荷，從而齒表面發生損壞，如咬住或者裂縫。
因此，本發明的目的是提供一種螺旋壓縮機，其能夠改善壓縮機的性能，降低泄漏，并且還能夠確保轉子齒表面的可靠性。
為了實現上述目的，根據本發明的第一特征，提供一種螺旋壓縮機，包括至少一對凸形和凹形轉子，其相互嚙合；一軸承件支承轉子；一電機用于驅動轉子；和一用于容納這些元件的外殼件，即轉子，軸承件和電機，其中該電機驅動上述凹形轉子，使得上述凸形轉子由該凹形轉子驅動，和至少上述的凸形轉子和凹形轉子中的一個包括一個由鑄鐵制造并受到表面硬化處理的件。
在此例中，上述的表面硬化處理較佳地是進行硫氮共滲或滲氮處理。
根據本發明的第二特征，提供一種螺旋壓縮機，包括至少一對凸形和凹形轉子，其相互嚙合；一軸承件支承轉子；一電機用于驅動轉子；和一外殼件，其容納轉子，軸承件和電機，其中該電機驅動凹形轉子，使得凸形轉子由凹形轉子驅動，和至少凸形轉子和凹形轉子中的一個包括一個由鑄鐵制造并受到包括淬火的熱處理的件，以代替上面描述的表面硬化處理。較佳的是，熱處理是奧氏體回火處理。
根據本發明的第三特征，提供一種螺旋壓縮機，包括一凸形轉子；一凹形轉子，與該凸形轉子嚙合，該凹形轉子的齒數大于該凸形轉子的齒數；一軸承件支承凸形的和凹形的轉子；一電機用于驅動上述轉子；和一外殼件，用于容納這些元件，其中該電機驅動上述凹形轉子，并且上述凸形轉子由凹形轉子驅動，和上述凸形轉子和凹形轉子包括一個由鑄鐵制造并受到淬火處理的件，該處理是在溫度為200-450℃的液體中進行。
現在較佳的是，所述熱處理的液體被保持在溫度為200-270℃，并且是包括鹽的鹽浴。特別是，更佳的是，所述鑄鐵在抗氧化環境中被加熱到溫度為800-900℃，并且在該鹽浴溫度為200-270℃的鹽浴中淬火。
根據本發明的第四特征，提供一種螺旋壓縮機轉子的制造方法，其中具有比凸形轉子多的齒數的凹形轉子被電機驅動，凸形轉子由凹形轉子驅動，該方法包括以下步驟用延性鐵制造轉子；將轉子加熱；將轉子在溫度為200-450℃的鹽浴中進行淬火處理；和然后轉子被保持在200-450℃的鹽浴爐中，保持5-240分鐘。
更佳的是，上述由球墨鑄鐵制造的轉子即用延性鐵制造的所述轉子在抗氧化環境中被加熱到800-900℃，在所述淬火處理以后，將轉子保持在200-270℃，保持5-30分鐘，和然后沖洗轉子。
通過下面結合附圖對本發明實施例的描述，本發明的其它目的、特征和優點將變得更明顯。


圖1和2是本發明的一實施例的油冷的螺旋壓縮機的視圖，其中，螺旋壓縮機包括一個外殼1，一個有吸氣口8的電機蓋2，和增壓室蝸殼3，其以密封的關系一個與另一個相連，還包括一具有一排氣口14的排氣空間4。在外殼1內，容納有一驅動電機7，形成有一圓筒孔5和一用于將氣體引入到圓筒孔5中的吸氣孔(未示出)。一對凸形和凹形的螺旋轉子6(凸形轉子用6m表示，凹形轉子用6f表示)，在圓筒孔5中相互接合，并且由滾針軸承10，11和12和球軸承13可轉動地支承。凹形轉子6f的軸直接連接到驅動電機7。滾針軸承12和球軸承13容納在增壓室蝸殼3中，其中形成有氣體的排放通道(未示出)與使圓筒孔5與排放空間4相連通。增壓室蝸殼3由螺栓或其它裝置固定到外殼1。而且在增壓室蝸殼3的一端安裝有一擋板15，用于關閉容納有滾針軸承12和球軸承13的軸承室9。在上面描述的外殼1和增壓室蝸殼3中，分別形成供油通道17，并且與設置在排放空間4的下部且設置有相關的軸承部分的油槽16相連通。
然后，下面描述各致冷氣體和油的流動。
一種低溫低壓的致冷氣體從吸氣口8被吸入，該吸氣口設置在電機蓋2上，該致冷氣體通過設置在驅動電機7和外殼1之間的氣體通道(未示出)，并且通過一定子和電機轉子之間的空氣間隙，而冷卻電機7，然后，氣體經外殼1中形成的一吸入口吸入到壓縮腔，該壓縮腔由凸形和凹形的螺旋轉子的齒表面嚙合和外殼形成。隨著與電機7相連的凹形轉子6f的轉動，吸入到壓縮腔中的致冷氣體被密封在壓縮腔中，然后隨著壓縮腔的容積的減小而被逐漸壓縮，從而變成高溫和高壓的致冷氣體，其經增壓室蝸殼3中形成的排放通道被排放到排放空間4中。油氣混合物由設置在排放空間4中的油氣分離裝置18(例如，一篩網去霧器)分別被分離成油和氣體，然后油被儲存在油槽16中，氣體經排放口14排出。至于在壓縮時作用在凸形和凹形螺旋轉子上的載荷，徑向載荷由滾針軸承10，11和12支承，軸向載荷由球軸承13支承。用于潤滑和冷卻這些軸承的油由高壓油槽16經供油通道17通過使用壓差而提供，該油槽16設置在排放空間4的下部，該供油通道17與軸承部件相連通。然后油與壓縮氣體一起被排放到排放空間4。
下面描述凸形轉子6m和凹形轉子6f的轉動。假設凸形轉子的齒數是“Zm”，凹形轉子的齒數是“Zf”。現在，螺旋壓縮機的凸形和凹形轉子的齒數(Zm，Zf)，在實際使用時采用(5，6)、(5，7)或(4，6)。在本實施例中，可以采用任何能夠構成這些齒形的組合。另外，假設電機的轉動速度是“ω0”，該速度在一個地方是不變的，而“ω0”在每一地方是可以改變的。通常在現有技術中，凸形轉子6m的軸直接與電機相連，然后凹形轉子6f由凸形轉子6m驅動。在此情況下，凸形和凹形的轉子的轉速分別如下凸形轉子6m的轉速＝電機的轉速＝ω0凹形轉子6f的轉速＝ω0×(Zm/Zf)因為“Zm”＜“Zf”，如上所述，所以凹形轉子的轉速低于“ω0”。
另一方面，在電機直接與凹形轉子6f的軸相連，凸形轉子6m由凹形轉子驅動的情況下，轉速如下計算凹形轉子6f的轉速＝電機的轉速＝ω0凸形轉子6m的轉速＝ω0×(Zm/Zf)＞ω0如上所述，當由凹形轉子6f驅動時，凸形和凹形轉子6m、6f的轉速能夠高于由凸形轉子6m驅動的情況，從而改善性能，因為轉子與外殼之間的間隙產生的泄漏能夠相對減少。
而且，通過由凹形轉子6f驅動，凸形轉子6m的轉速增加，使得從壓縮機的排放量能夠增加。因此，制造同樣排放量的壓縮機，能夠比凸形轉子驅動的情況下減小體積。
下面，描述壓縮時作用在轉子上的力。由于壓縮氣體產生的反力，和由驅動軸向被驅動軸傳遞力矩的負荷作用在轉子上。在凸形轉子驅動的情況下，從凸形轉子向凹形轉子傳遞的力矩是大約電機向凹形轉子傳遞的力矩的15％。另一方面，在凹形轉子驅動的情況下，傳遞的力矩相反地是大約電機向凹形轉子傳遞的力矩的85％。因此，發現在凹形轉子驅動的情況下，轉子之間相應于傳遞力矩的負荷產生得很大，使得作用在轉子齒表面的壓力(表面壓力)過大。
常規的是，球墨鑄鐵已大量地用作轉子材料，但是發現在上述的凹形轉子驅動的情況下的表面壓力超過球墨鑄鐵的容許應力，導致齒表面的損壞，如咬住，或者裂縫。因此，在此實施例中，為了增加表面硬度，以承受過大的表面應力，轉子的齒表面要進行表面硬化處理。
通常是，表面硬化處理層的深度是幾十微米，并且因此在處理以后很難進行精加工。因此，預先地，由于處理造成的尺寸改變量，處理前的形狀應當被修正地形成。另外，硫氮共滲或者冷滲氮處理可以進行，其在表面硬化處理時尺寸改變較小。
通過硫氮共滲處理，一個軟的硫化物層被形成為一氮化二鐵層的外層。雖然層的厚度依賴于處理時間、鋼的種類或類似物，通常層厚包括硬層的范圍是5-25微米。由于硫氮共滲處理產生的尺寸改變小于層的厚度，并且在硫化鐵插入的摩擦表面之間保持光滑，甚至在高負荷或者高溫下也不被卡住。通過以此方式進行硫氮共滲處理，最外層的硫化物層塑性變形，增加摩擦表面的接觸表面，從而每單位面積的載荷能夠減小，以改善抗磨損、抗卡住和抗咬住性能。
上面描述的滲氮處理也是一種表面硬化的熱處理，其中，氮氣分散和滲透到鑄鐵表面，使鑄鐵表面硬化。例如，當該處理是在一電熔爐中進行時，氨氣(NH3)被吹入到電熔爐中，并且，當加熱到500-520℃時，一部分該氣體分解成氮(N)和氫(H)，從而氮能夠與鐵元素結合，生成硬的氮化物。通過滲氮處理，能夠將轉子制造成具有特別優越的抗摩擦性。另外，由于滲氮處理提供結構改變但是不膨脹不收縮，并且能夠采用低的滲氮處理溫度500-520℃，因此轉子的彎曲和撓曲能夠很小，以防止出現裂紋或類似情況。
進一步地，代之于上面描述的表面硬化處理，可以采取熱處理，使得轉子具有優越的抗摩擦性。奧氏體回火處理是最佳的熱處理。在奧氏體回火處理中，一轉子由球墨鑄鐵制造，并且當轉子在例如抗氧化環境中被加熱到800-900℃時，轉子在200-450℃的鹽浴爐中承受熱淬處理。然后，轉子被保持在上述的200-450℃(較佳的是200-270℃)的鹽浴爐中，保持5-240分鐘(如果需要改善硬度，較佳的是5-30分鐘，如果還需要改善抗拉強度，即使硬度在一定程度上有損失，較佳的是30-90分鐘)，然后，轉子被沖洗結束。奧氏體回火處理的特性在于轉子的剛性、抗摩擦性和抗沖擊性能夠大大改善，由于熱處理造成的撓曲和尺寸改變很小。
在采用熱處理的情況下，可以處理材料達到其基本上中心的部分，并且因此在熱處理后進行精加工。
根據本發明，一凹形轉子由電機驅動，一凸形轉子由凹形轉子驅動，并且轉子構成的材料是由鑄鐵制成的材料，并進行表面硬化處理或者熱處理包括淬火，使得一轉子的轉速增加，減小泄漏，改善性能，而轉子的可靠性能夠改善，提供允許壓縮機尺寸減小的優點。
本領域技術人員還應當明白，上面對本發明的實施例進行了描述，但是本發明不限于此，不離開本發明的精神和權利要求的保護范圍，可以進行各種改變和改造。
權利要求
1.一種螺旋壓縮機，包括至少一對凸形和凹形轉子，其相互嚙合；一軸承件支承轉子；一電機用于驅動轉子；和一外殼件，其容納轉子，軸承件和電機，其中該電機驅動凹形轉子，使得凸形轉子由凹形轉子驅動，和至少凸形轉子和凹形轉子中的一個包括一個由鑄鐵制造并受到表面硬化處理的件。
2.根據權利要求1的螺旋壓縮機，其中表面硬化處理包括硫氮共滲處理。
3.根據權利要求1的螺旋壓縮機，其中表面硬化處理包括滲氮處理。
4.一種螺旋壓縮機，包括至少一對凸形和凹形轉子，其相互嚙合；一軸承件支承轉子；一電機用于驅動轉子；和一外殼件，其容納轉子，軸承件和電機，其中該電機驅動凹形轉子，使得凸形轉子由凹形轉子驅動，和至少凸形轉子和凹形轉子中的一個包括一個由鑄鐵制造并受到包括淬火的熱處理的件。
5.根據權利要求4的螺旋壓縮機，其中熱處理包括奧氏體回火處理。
6.一種螺旋壓縮機，包括一凸形轉子；一凹形轉子，與該凸形轉子嚙合，該凹形轉子的齒數大于該凸形轉子的齒數；一軸承件支承凸形的和凹形的轉子；一電機用于驅動轉子；和一外殼件，其容納凸形的和凹形的轉子，軸承件和電機，其中該電機驅動凹形轉子，使得凸形轉子由凹形轉子驅動，和凸形轉子和凹形轉子包括一個由鑄鐵制造并受到淬火處理的件，該處理是在溫度為200-450℃的液體中進行。
7.根據權利要求6的螺旋壓縮機，其中所述熱處理的液體是一種鹽浴，該鹽浴溫度為200-270℃，并且包括鹽。
8.根據權利要求7的螺旋壓縮機，其中所述鑄鐵在抗氧化環境中被加熱到溫度為800-900℃，并且在該鹽浴溫度為200-270℃的鹽浴中淬火。
9.一種螺旋壓縮機轉子的制造方法，其中具有比凸形轉子多的齒數的凹形轉子被電機驅動，凸形轉子由凹形轉子驅動，該方法包括以下步驟用延性鐵制造轉子；將轉子加熱；對轉子在溫度為200-450℃的鹽浴中進行淬火處理；和然后轉子被保持在200-450℃的鹽浴爐中，保持5-240分鐘。
10.根據權利要求9的螺旋壓縮機轉子的制造方法，包括步驟將用延性鐵制造的所述轉子在抗氧化環境中被加熱到800-900℃，在所述淬火處理以后，將轉子保持在200-270℃，保持5-30分鐘，和然后沖洗轉子。
全文摘要
一種螺旋壓縮機，其中一凹形轉子由一電機驅動，一凸形轉子由一凹形轉子驅動。凸形或者凹形轉子包括一個由鑄鐵制造并受到表面硬化處理或者包括淬火的熱處理的件。表面硬化處理可以包括硫氮共滲或者滲氮處理。在鑄鐵受到熱處理的情況下，使用奧氏體回火處理。
文檔編號F04C18/16GK1425853SQ0215599
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月12日 優先權日2001年12月12日
發明者肥田毅士, 浦新昌幸, 野澤重和, 大住元博基, 龜谷裕敬, 渡邊淳 申請人:日立空調系統株式會社