專(zhuān)利名稱(chēng):渦旋機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)主要涉及渦旋機(jī)。更具體地，本公開(kāi)涉及一種用于與(X)2制冷劑一起使用的渦旋式壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
本節(jié)說(shuō)明僅提供涉及本公開(kāi)的但可不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的背景信息。
通常，渦旋機(jī)，具體地，渦旋式壓縮機(jī)，常常設(shè)置在限定了腔室的氣密殼體內(nèi)，在腔室內(nèi)設(shè)置工作流體。殼體內(nèi)的隔離件通常將腔室分為排出壓力區(qū)以及吸入壓力區(qū)。在低壓側(cè)型布置中，渦旋組件位于用于壓縮工作流體的吸入壓力區(qū)內(nèi)。通常，這些渦旋組件包括一對(duì)互相嚙合的螺旋形渦卷，使所述一對(duì)螺旋形渦卷的其中之一或二者相對(duì)于另一個(gè)繞動(dòng)以限定一個(gè)或更多個(gè)移動(dòng)室，隨著所述移動(dòng)室從外部吸入口向中心排出口移動(dòng)其尺寸逐漸減少。通常設(shè)有工作以引起這種相對(duì)繞動(dòng)的電動(dòng)馬達(dá)。
殼體內(nèi)的隔離件使從渦旋組件的中心排出口排出的壓縮流體能夠進(jìn)入殼體內(nèi)的排出壓力區(qū)并同時(shí)保持排出壓力區(qū)與吸入壓力區(qū)之間的完整性。隔離件的這種功能通常由與隔離件以及與限定中心排出口的渦旋部件互相作用的密封件實(shí)現(xiàn)。
氣密殼體的排出壓力區(qū)通常設(shè)有與制冷回路或一些其它類(lèi)型的流體回路連通的排出流體口。在封閉系統(tǒng)中，流體回路的相反端使用吸入流體口與氣密殼體的吸入壓力區(qū)連接，吸入流體口延伸穿過(guò)殼體進(jìn)入到吸入壓力區(qū)內(nèi)。因此，渦旋機(jī)接收來(lái)自氣密殼體的吸入壓力區(qū)的工作流體，在由渦旋組件限定的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)室中壓縮該工作流體，并且隨后將經(jīng)壓縮的工作流體排出到壓縮機(jī)的排出壓力區(qū)。經(jīng)壓縮的工作流體通過(guò)排出口引導(dǎo)穿過(guò)流體回路并通過(guò)吸入口返回到氣密殼體的吸入壓力區(qū)。
在具有渦旋機(jī)的制冷系統(tǒng)中已經(jīng)使用各種制冷劑。當(dāng)渦旋機(jī)在制冷、以及空氣調(diào)節(jié)及熱泵應(yīng)用中作為壓縮機(jī)使用時(shí)，在制冷劑及制冷系統(tǒng)的最佳壓力下操作渦旋機(jī)是特別有利的。通常，由于不同制冷劑的不同溶解性質(zhì)以及壓力和工作溫度的不同，設(shè)計(jì)用于一種制冷劑的渦旋機(jī)，與其它制冷劑一起使用時(shí)不能良好的工作。另外，氣密式壓縮機(jī)可能產(chǎn)生特別的設(shè)計(jì)難度，因?yàn)樗鼈兺ǔ２豢刹鹦兑詫?duì)內(nèi)部零件進(jìn)行常規(guī)維護(hù)。因此，某些部件的失效或退化可能結(jié)束氣密式壓縮機(jī)的使用壽命。因此，本公開(kāi)指向一種渦旋機(jī)，該渦旋機(jī)設(shè)計(jì)成當(dāng)使用(X)2制冷劑來(lái)工作時(shí)有效工作并且具有改進(jìn)的耐磨性。

實(shí)用新型內(nèi)容

在不同的方面中，本教示涉及渦旋機(jī)。在某些方面中，渦旋機(jī)包括具有排出口及第一螺旋形渦卷的第一渦旋部件、以及具有第二螺旋形渦卷的第二渦旋部件。第一螺旋形渦卷及第二螺旋形渦卷彼此互相嚙合。渦旋機(jī)還具有與第一渦旋部件的排出口流體連通的排出室。馬達(dá)使第二渦旋部件相對(duì)于第一渦旋部件繞動(dòng)，其中渦卷在由渦旋部件限定的外圍吸入?yún)^(qū)與排出口之間創(chuàng)建體積漸進(jìn)變化的至少一個(gè)封閉空間以產(chǎn)生加壓流體。另外，渦旋機(jī)包括與第一渦旋部件及第二渦旋部件兩者鍵聯(lián)接以防止第二渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)的奧德姆聯(lián)接件(Oldham coupling)。奧德姆聯(lián)接件由包括鋁并具有包括鈍化層的陽(yáng)極化表面的金屬材料制成。在各方面中，具有這種奧德姆聯(lián)接件的渦旋機(jī)能夠使用至少1，000小時(shí)的(X)2 渦旋機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)。
在其它方面中，本公開(kāi)提供了一種渦旋機(jī)，其包括殼體；具有第一螺旋形渦卷并設(shè)置在殼體內(nèi)的第一渦旋部件；以及具有第二螺旋形渦卷并設(shè)置在殼體內(nèi)的第二渦旋部件。第一螺旋形渦卷與第二螺旋形渦卷彼此互相嚙合并且驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使第一渦旋部件相對(duì)于第二渦旋部件繞動(dòng)，由此，渦卷在由渦旋部件限定的外圍吸入?yún)^(qū)與由第一渦旋部件限定的排出口之間創(chuàng)建體積漸進(jìn)變化的至少一個(gè)封閉空間。設(shè)置在第一渦旋部件下方的軸承座限定了延伸穿過(guò)軸承座的圓筒形開(kāi)口，并且軸承部件容納在軸承座內(nèi)并設(shè)置為直接抵靠軸。 軸承部件包括自潤(rùn)滑軸承材料。渦旋機(jī)還包括設(shè)置在第一渦旋部件與軸承座之間以防止所述第一渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)的奧德姆聯(lián)接件。奧德姆、由包括鋁并具有陽(yáng)極化表面的金屬材料制成，陽(yáng)極化表面包括厚度大于或等于約5微米的鈍化層。
在其它方面中，本公開(kāi)提供了處理包括二氧化碳的制冷劑的二氧化碳渦旋機(jī)。該機(jī)械包括具有排出口及第一螺旋形渦卷的第一渦旋部件，以及具有第二螺旋形渦卷的第二渦旋部件。第一螺旋形渦卷與第二螺旋形渦卷彼此互相嚙合。二氧化碳渦旋機(jī)還包括用于使第二渦旋部件相對(duì)于第一渦旋部件繞動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中渦卷在由渦旋部件限定的外圍吸入?yún)^(qū)與排出口之間創(chuàng)建體積漸進(jìn)變化的至少一個(gè)封閉空間；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括以驅(qū)動(dòng)方式接合所述第二渦旋部件的曲柄軸。軸承組件與曲柄軸接合。軸承組件包括軸承座，所述軸承座限定延伸穿過(guò)其中的圓筒形開(kāi)口 ；以及自潤(rùn)滑軸承部件，所述自潤(rùn)滑軸承部件容納在軸承座內(nèi)并設(shè)置為直接抵靠軸。在某些方面中，自潤(rùn)滑軸承部件能夠使用至少1，000 小時(shí)的ω2渦旋機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)。在其它方面中，自潤(rùn)滑軸承部件能夠使用至少2，000小時(shí)的 CO2渦旋機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)。
依據(jù)本文以下提供的詳細(xì)描述，本公開(kāi)的其它應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。但是，應(yīng)當(dāng)理解，所述詳細(xì)描述和具體示例盡管說(shuō)明了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式，但僅僅意圖出于說(shuō)明的目的，因?yàn)閷?duì)于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，依據(jù)這種詳細(xì)描述，屬于本公開(kāi)的精神及范圍內(nèi)的各種變化及修改將變得明顯。


從詳細(xì)說(shuō)明及附圖中可更加充分地理解本公開(kāi)，其中
圖1是根據(jù)本公開(kāi)原理的穿過(guò)渦旋式壓縮機(jī)的中心的豎向剖視圖；
圖2是根據(jù)本公開(kāi)原理的奧德姆聯(lián)接環(huán)的俯視圖；
圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)原理的下軸承組件的橫截面視圖；
圖4是根據(jù)本公開(kāi)原理的下軸承的立體圖；以及
圖5是根據(jù)本公開(kāi)的典型的上軸承及主軸承的剖視圖。
具體實(shí)施方式
下文的描述在性質(zhì)上僅是示例性的并不是試圖限制本公開(kāi)、應(yīng)用及用途。應(yīng)當(dāng)理解，在所有附圖中，相應(yīng)的參考數(shù)字指代相似或相應(yīng)的部件及特征。
本公開(kāi)在于發(fā)現(xiàn)當(dāng)在二氧化碳制冷劑壓縮機(jī)中工作時(shí)，由如下金屬材料構(gòu)成的奧德姆聯(lián)接環(huán)(Oldham coupling ring)提供了改進(jìn)的耐磨性，所述金屬材料通過(guò)陽(yáng)極化過(guò)程進(jìn)行表面處理以形成金屬氧化物的鈍化表面。本公開(kāi)也在于進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)在二氧化碳制冷劑壓縮機(jī)中工作時(shí)，與曲柄軸接合的某些自潤(rùn)滑的下軸承(例如包括聚四氟乙烯/青銅材料的那些下軸承)提供了改進(jìn)的耐磨性。盡管本公開(kāi)的原理適于與許多不同類(lèi)型的渦旋機(jī)相結(jié)合，但是出于示例說(shuō)明目的，這里將結(jié)合具有如圖1所示構(gòu)造的處理包括二氧化碳(CO2)的制冷劑的渦旋機(jī)來(lái)進(jìn)行描述。
現(xiàn)參考附圖，具體地，參考圖1，CO2制冷劑壓縮機(jī)10示出為包括大體上為圓筒形的氣密殼體12，氣密殼體12在其上端處焊接有帽14。帽14設(shè)有制冷劑排出配件18，在該制冷劑排出配件18中可具有常見(jiàn)的排出閥。其它附接于殼體的主要元件包括入口配件(未示出)以及橫向延伸的隔離件22，隔離件22繞其外圍焊接在將帽14焊接于殼體12的相同的點(diǎn)處。排出室23由帽14和隔離件22限定。兩件式主軸承座對(duì)以及具有一對(duì)徑向向外延伸的腿部的下軸承支撐部件26各自固定于殼體12。包括馬達(dá)定子30的馬達(dá)觀(guān)設(shè)置在主軸承座M與下軸承支撐部件沈之間。曲柄軸32以可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式在軸頸處支撐在與設(shè)置在動(dòng)渦旋盤(pán)58的圓筒形轂部61中的上軸承35鄰接的驅(qū)動(dòng)軸襯36以及位于下軸承支撐部件26中的下軸承組件38中，在該曲柄軸32上端具有偏心的曲柄銷(xiāo)34。曲柄軸32穿過(guò)主軸承座M的孔41并在孔41內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，在孔41內(nèi)可包括圓筒形主軸承部件37。
在各方面中，主軸承部件37、動(dòng)渦旋盤(pán)58的圓筒形轂部61內(nèi)的上軸承35、和/或下軸承組件38能夠包括用于磨損表面的自潤(rùn)滑軸承材料，如將在下面更加詳細(xì)描述的。如圖3及圖4所示，下軸承組件38包括軸承座38a以及徑向延伸的凸緣部分38b，軸承座38a 具有延伸穿過(guò)其中的圓筒形開(kāi)口，在徑向延伸的凸緣部分38b中具有使軸承座38a能夠被安裝于下軸承支撐部件26的多個(gè)安裝開(kāi)口 38c。自潤(rùn)滑的圓筒形軸承部件39容納在軸承座38a中并且設(shè)置為直接抵靠于曲柄軸32。曲柄軸32在下端處具有直徑相對(duì)較大的同心孔40，同心孔40與自該同心孔40向上延伸的徑向向外的直徑較小的孔42連通，孔42延伸自曲柄軸32的頂部。
內(nèi)部殼體12的下部限定了填充有潤(rùn)滑油的油槽46。對(duì)于與通常包括由帶有酒精的酸的酯化形成的合成多元醇酯的(X)2制冷劑一起使用而言，潤(rùn)滑油被認(rèn)為是可接受的。通過(guò)示例的方式，一種合適的二氧化碳制冷劑相容多元醇酯潤(rùn)滑油可從Croda hdustrialSpecialities/Uniqema(倫敦，英國(guó))商購(gòu)，商品名稱(chēng)為 EMKARATE RL68HB 或 ES32-178。另一種合適的二氧化碳相容多元醇酯油可通過(guò)由Fuchs (曼海姆，德國(guó))售出的產(chǎn)品名稱(chēng)為RENIS0 -C85E獲得?？?0用作為泵以強(qiáng)行使?jié)櫥黧w向上到達(dá)曲柄軸32并進(jìn)入到孔42中，并且最終到達(dá)所有需要潤(rùn)滑的壓縮機(jī)的不同部分。曲柄軸32由電動(dòng)馬達(dá) 28以可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)觀(guān)包括馬達(dá)定子30、從中穿過(guò)的繞組48、以及壓配合在曲柄軸32上的馬達(dá)轉(zhuǎn)子50，并且分別具有上部配重52及下部配重M。
主軸承座M的上表面設(shè)有平坦的止推軸承表面66，在止推軸承表面66上設(shè)置有動(dòng)渦旋盤(pán)58，在動(dòng)渦旋盤(pán)58的上表面上具有常見(jiàn)的螺旋形葉片或渦卷60。圓筒形轂部61 從動(dòng)渦旋盤(pán)58的下表面向下伸出，圓筒形轂部61具有自潤(rùn)滑上軸承35，在自潤(rùn)滑上軸承 35中容納具有內(nèi)孔66的驅(qū)動(dòng)軸襯36，曲柄銷(xiāo)34以驅(qū)動(dòng)方式設(shè)置在內(nèi)孔66中。曲柄銷(xiāo)；34在一個(gè)表面上具有平坦部，其以驅(qū)動(dòng)方式與形成在孔66的一部分中的平坦表面(未示出) 相接合以提供徑向順從的驅(qū)動(dòng)裝置，例如在受讓人的美國(guó)專(zhuān)利No. 4，877，382中所示，在此通過(guò)參引而將該專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容并入本文。浮動(dòng)密封件71由定渦旋盤(pán)70支撐并與安裝于隔離件22的座部73接合以密封地分離進(jìn)入室75和排出室23。
定渦旋盤(pán)部件70設(shè)置成具有渦卷72，渦卷72定位成與動(dòng)渦旋盤(pán)58的渦卷60嚙合地接合。定渦旋盤(pán)70具有由基板部分76限定的居中設(shè)置的排出通道74。定渦旋盤(pán)70 還包括圍繞排出通道74的環(huán)形轂部77。在排出通道74中設(shè)置簧片閥組件78或其它已知的閥組件。
奧德姆聯(lián)接件68設(shè)置在動(dòng)渦旋盤(pán)58與軸承座M之間。奧德姆聯(lián)接件68與動(dòng)渦旋盤(pán)58及定渦旋盤(pán)70鍵聯(lián)接以防止動(dòng)渦旋盤(pán)部件58的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，奧德姆聯(lián)接件 68能夠是公開(kāi)于受讓人的美國(guó)專(zhuān)利No. 5，320，506中的類(lèi)型，在此通過(guò)參引而將該專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容并入本文。這種奧德姆聯(lián)接件68在壓縮機(jī)中經(jīng)歷特別苛刻的條件，因?yàn)樗鼈兂掷m(xù)地經(jīng)受制冷劑材料、高溫、以及高物理性應(yīng)力，尤其是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因此奧德姆聯(lián)接件68由具有足以耐受這種環(huán)境中的疲勞以及應(yīng)力的強(qiáng)度的耐磨材料制成。當(dāng)制冷劑包括二氧化碳時(shí)，出現(xiàn)特別的困難。在某些工作狀態(tài)下，二氧化碳制冷劑可能是亞臨界的、跨臨界的或在一些工作條件(例如高壓條件)期間可能處于超臨界狀態(tài)，其中CO2對(duì)于某些材料特別具有侵蝕性和腐蝕性。在某些方面中，二氧化碳用作為溶劑或腐蝕劑并且可穿透材料的表面從而引起不期望的逆反應(yīng)，導(dǎo)致腐蝕、脆化等。另外，包含鹵素(尤其是氯化物)的常規(guī)制冷劑易于在零件之間提供更顯著的潤(rùn)滑性。在某些二氧化碳渦旋機(jī)中，由常規(guī)鐵基或鋁基金屬材料制成的奧德姆聯(lián)接件在長(zhǎng)期暴露于二氧化碳時(shí)過(guò)早地退化并且可能在壓縮機(jī)內(nèi)形成不利地污染某些軸承(特別是下軸承39)的微粒以及碎片，從而減少軸承及奧德姆聯(lián)接件的使用壽命。因?yàn)閵W德姆聯(lián)接件或軸承的維護(hù)以及替換通常不是任選項(xiàng)，所以這在氣密渦旋式設(shè)備中尤其是問(wèn)題，氣密渦旋式設(shè)備要求被氣密地密封在外殼殼體12中的所有內(nèi)部部件的長(zhǎng)期的耐久性。
因此，在各方面中，奧德姆聯(lián)接件68的一個(gè)或更多個(gè)部分由與包括二氧化碳的制冷劑相容的金屬材料構(gòu)成，意味著所述材料在存在二氧化碳的情況下不會(huì)經(jīng)歷過(guò)度的物理或化學(xué)退化從而過(guò)早地失效。另外，所選擇用于奧德姆聯(lián)接件68的材料具有合適的抗磨性、耐磨性以及耐受渦旋機(jī)中的工作條件的強(qiáng)度。在某些方面中，奧德姆聯(lián)接件68的金屬材料包括鋁，包括鋁合金。奧德姆聯(lián)接件68的材料可以是以現(xiàn)有技術(shù)中公認(rèn)的常規(guī)方式鍛造、鑄造或燒結(jié)的。應(yīng)當(dāng)理解，鋁可以與其它常見(jiàn)的合金元素一起制成合金，所述合金元素包括硅(Si)、銅(Cu)、鎂(Mg)、鐵(Fe)Jl (Mn)、鎳(Ni)、錫(Sn)及它們的組合。
特別合適的鋁合金包括重量百分比為大于或等于約79%至小于或等于約84%的鋁，并且任選地還包括重量百分比為大于或等于約7. 5%并且小于或等于約12%的硅；重量百分比為大于或等于約2%至小于或等于約4%的銅；重量百分比為大于或等于約并且小于或等于約2%的鐵，可選地為重量百分比為約1.3%的鐵；以及重量百分比為大于或等于約2. 5%并且小于或等于約3. 5%的鋅，可選地為重量百分比為約3%的鋅。
例如，一種用于奧德姆聯(lián)接件68的特別合適的鋁合金指定為A380型鋁合金 (ANSI/AA標(biāo)號(hào)為A380. 0)，其典型地包括重量百分比為大于或等于約7. 5%至小于或等于約9. 5%的硅(標(biāo)稱(chēng)重量百分比為約8. 5%的Si)；重量百分比為大于或等于約3%至小于或等于約4%的銅(標(biāo)稱(chēng)重量百分比為約3. 5%的Cu)；重量百分比為約3%的鋅；重量百分比為約1. 3%的鐵；重量百分比為約0. 5%的錳；重量百分比為約0. 的鎂；重量百分比為約0. 5%的鎳；重量百分比為約0. 35%的錫；其它雜質(zhì)及稀釋劑的重量百分比為小于或等于約0. 5%，其余為鋁(重量百分比在從約80%至約83. 25%的范圍內(nèi)變化)。其它合適的鋁合金包括383型(ANSI/AA標(biāo)號(hào)為383. 0)以及384型(ANSI/AA 384. 0)。合金383 包括重量百分比為大于或等于約9. 5%至小于或等于約11. 5%的硅(標(biāo)稱(chēng)重量百分比為約10. 5%的Si)；重量百分比為大于或等于約2%至小于或等于約3%的銅(標(biāo)稱(chēng)重量百分比為約2. 5%的Cu)；重量百分比為約3%的鋅；重量百分比為約1.3%的鐵；重量百分比為約0. 5%的錳；重量百分比為約0. 的鎂；重量百分比為約0. 3%的鎳；重量百分比為約0. 15%的錫；其它雜質(zhì)及稀釋劑的重量百分比為小于或等于約0.5%，其余為鋁(重量百分比在從約79. 5%至約82. 75%范圍內(nèi)變化)。384型包括重量百分比為大于或等于約10. 5%至小于或等于約12%的硅(標(biāo)稱(chēng)重量百分比為約11%的Si)；重量百分比為大于或等于約3%至小于或等于約4. 5%的銅(標(biāo)稱(chēng)重量百分比為約3. 8%的Cu)；重量百分比為約3%的鋅；重量百分比為約1. 3%的鐵；重量百分比為約0. 5%的錳；重量百分比為約 0. 的鎂；重量百分比為約0. 5%的鎳；重量百分比為約0. 35%的錫；其它雜質(zhì)及稀釋劑的重量百分比為小于或等于約0. 5%，其余為鋁(重量百分比在從約77. 25%至約80. 25% 的范圍內(nèi)變化)。
盡管像A380型這樣的鋁合金特別適于形成奧德姆聯(lián)接件68，但是因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬?duì)較好的流動(dòng)性、氣密性、熱強(qiáng)度以及高溫強(qiáng)度，所以當(dāng)被暴露于二氧化碳環(huán)境時(shí)，這些鋁合金可能不呈現(xiàn)足夠的耐腐蝕性和/或耐磨性。事實(shí)上，由鋁金屬材料制成的奧德姆聯(lián)接件的顯著退化可能在(X)2壓縮機(jī)中發(fā)生導(dǎo)致壓縮機(jī)失效。在某些方面中，奧德姆聯(lián)接件68 的金屬材料進(jìn)一步通過(guò)陽(yáng)極化過(guò)程或電解轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行表面處理從而產(chǎn)生鈍化層，當(dāng)在CO2 制冷劑壓縮機(jī)中工作時(shí)該鈍化層提供改進(jìn)的耐磨性。然而，某些期望的鋁合金，如A380型、 383型或384型已知為形成僅具有差到普通品質(zhì)的陽(yáng)極化表面覆層。盡管未將當(dāng)前教示局限于任何特別理論，但是相信，具有特別高的硅含量的鋁合金(通過(guò)非限制性示例的方式， 硅呈現(xiàn)為大于約7. 5%的重量百分比)在陽(yáng)極化期間形成穩(wěn)定的高質(zhì)量鈍化層方面可能潛在地產(chǎn)生問(wèn)題。
陽(yáng)極化或鈍化通常指通過(guò)陽(yáng)極氧化來(lái)處理金屬以形成堅(jiān)韌的、硬化的和/或比下層金屬更具有電化學(xué)惰性的轉(zhuǎn)換覆層或表面鈍化層的轉(zhuǎn)換過(guò)程。其中所述金屬包括例如鋁，形成由諸如氧化鋁之類(lèi)的金屬氧化物構(gòu)成的鈍化表面層，其為比基底鋁金屬具有顯著較小的電化學(xué)反應(yīng)活性、更加耐久、并且更加耐磨的反應(yīng)產(chǎn)物(與基底金屬結(jié)合并且粘結(jié))?，F(xiàn)有技術(shù)中已公知鋁陽(yáng)極化的許多種不同方法。
選擇陽(yáng)極化過(guò)程取決于合金性質(zhì)以及用于(X)2壓縮機(jī)中的工作條件所需的保護(hù)層。在陽(yáng)極化期間，通常將要鈍化的材料表面暴露于電解質(zhì)。電極與將要陽(yáng)極化的材料電連通以形成陽(yáng)極，而具有相反極性的電極與電解質(zhì)接觸，并且施加電流。最常見(jiàn)的常規(guī)陽(yáng)極化電解質(zhì)包括鉻酸或硫酸的溶液。
所謂的“硬質(zhì)陽(yáng)極化”是形成增強(qiáng)了表面硬度以及抗磨性的鈍化層的一種特殊陽(yáng)極化類(lèi)型。通過(guò)硬質(zhì)陽(yáng)極化形成的鈍化層通常被稱(chēng)為III型陽(yáng)極化硬覆層，其具有相對(duì)較高的耐磨性以及硬度，例如，具有在洛氏硬度計(jì)上的從約60C至約70C的范圍內(nèi)變化的硬度。在某些方面中，留下陽(yáng)極化表面上的鈍化層不密封以維持多孔性以及期望的耐磨性。硬質(zhì)陽(yáng)極化可能需要特定的陽(yáng)極化條件，例如包括低溫、高電流密度、和/或特殊的電解質(zhì)以減少陽(yáng)極覆層的可能更軟且更多孔的外層的形成。根據(jù)本實(shí)用新型的某些方面，某些合適的鋁合金(例如A380型或替代的383或384型)可根據(jù)本公開(kāi)來(lái)處理以通過(guò)硬覆層陽(yáng)極化技術(shù)形成高品質(zhì)、持久耐磨的鈍化層。
通過(guò)示例的方式，一種用于鋁合金的合適的硬覆層陽(yáng)極化處理在溫度約為0°C至 10°C且電流密度約為2A/ft2 (安/平方英尺)至3. 6A/ft2的狀態(tài)下使用包括磷酸的電解質(zhì)(例如，重量百分比為從約10%至15%的酸溶液)。在另一種用于鋁合金的特別合適的陽(yáng)極化處理中，鋁上的鉻酸的電解質(zhì)通過(guò)陽(yáng)極化形成氧化鋁，這在“Metals Handbook (金屬材料手冊(cè))”第八版，卷2，621頁(yè)(美國(guó)金屬學(xué)會(huì)，1964)以及“Metal sHandbook Desk Edition (金屬材料手冊(cè)簡(jiǎn)裝版)”pp. 29. 44-29. 45(美國(guó)金屬學(xué)會(huì)，1985)中更詳細(xì)地描述， 在此通過(guò)參引而將其分別并入本文。根據(jù)所使用的陽(yáng)極化方法，形成鈍化層的處理的持續(xù)時(shí)間從約5分鐘變化至超過(guò)4小時(shí)。
因此，在某些方面中，陽(yáng)極化過(guò)程提供厚度大于或等于約5微米且小于或等于約 15微米(μ m)的III型陽(yáng)極化硬覆層；并且在某些方面中，可選地為大于或等于約5 μ m且小于或等于約ΙΟμπι。在各方面中，鈍化層的厚度至少為5μπι厚，可選地為大于或等于約 5μπι至小于或等于約15 μ m，取決于所形成的鈍化層的完整性及耐磨特性。根據(jù)本公開(kāi)所形成的鈍化層具有相對(duì)較高的耐磨性及硬度，例如，具有洛氏硬度值在從約60C至約70C的范圍內(nèi)變化的硬度并且在存在二氧化碳制冷劑的情況下更加穩(wěn)定。鈍化層覆層(例如，金屬氧化物層)穿透鋁合金大致等于所建立的表面的量，其中，厚度包括所建立的部分以及穿透部分。此外，在各方面中，陽(yáng)極化表面由鈍化層完全覆蓋，不具有不均勻的覆層的積聚、 銷(xiāo)孔或有缺口區(qū)。鈍化層的厚度能夠例如在作為基準(zhǔn)面的示例性的奧德姆聯(lián)接件的鍵表面上通過(guò)ASTM標(biāo)準(zhǔn)B244測(cè)量，其命名為"Measurement of Thickness ofAnodic Coating on Aluminum and of Other Nonconductive Coatings onNonmagnetic Basis Metals with Eddy-Current hstruments (使用渦流設(shè)備對(duì)鋁上陽(yáng)極覆層以及非磁性基底金屬上的其它非傳導(dǎo)性覆層的厚度的測(cè)量)”。在各方面中，包括鈍化層的陽(yáng)極化表面能夠使用至少 1，000小時(shí)的渦旋機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)，可選地為至少約1，500小時(shí)的渦旋機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)，優(yōu)選地為至少約2，000小時(shí)或更長(zhǎng)的處理包括二氧化碳的制冷劑的渦旋機(jī)工作/服務(wù)時(shí)長(zhǎng)。
壓縮機(jī)部件壽命的另一種測(cè)量是對(duì)制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)的性能系數(shù)(COP)進(jìn)行量化，其通常指示壓縮機(jī)的效率。隨著內(nèi)部部件在它們的性能方面的潛在退化，COP同樣將減小。COP通常定義為壓縮機(jī)/系統(tǒng)的發(fā)熱容量Ok或進(jìn)入系統(tǒng)的焓)與壓縮機(jī)的功/電功率消耗(并且在一些情況下，也是風(fēng)扇的功率消耗)的比率。因此，COP通常定義為系統(tǒng)的發(fā)熱容量除以輸入到系統(tǒng)的功率并且能夠成為壓縮機(jī)性能的有用量度。在各方面中，壓
縮機(jī)的性能具有COP損失，所述COP損失定義為L(zhǎng)COP (%) =其
中COPinitial是在壓縮機(jī)開(kāi)始工作時(shí)測(cè)量的初始C0P，而COPfinal是在可靠性試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的壓縮機(jī)性能。在某些方面中，具有帶有包括鈍化層的陽(yáng)極化表面的奧德姆聯(lián)接件的壓縮機(jī)的性能在1，000小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約5%的COP損失；可選地為在1，000小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約4%的COP變化；可選地為在1，000小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約3%的COP變化。在某些方面中，壓縮機(jī)具有這樣的COP損失在1，500小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約5%的COP變化；可選地為在1，500小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約4%的COP變化；可選地為在1，500小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約3%的COP變化。在某些方面中，壓縮機(jī)具有這樣的COP損失可選地為在2，000小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約5%的COP變化；可選地為在2，000小時(shí)的壓縮機(jī)性能時(shí)長(zhǎng)期間具有小于或等于約4%的 COP變化。
在某些方面中，在處理包括二氧化碳的制冷劑的壓縮機(jī)中，選擇如下金屬材料能夠提供顯著的性能益處，該金屬材料包括被陽(yáng)極化以在奧德姆聯(lián)接件上形成鈍化層的鋁。 在可替代的方面中，二氧化碳渦旋機(jī)可具有同樣進(jìn)一步改進(jìn)壓縮機(jī)性能的一種或更多種軸承材料，具體地，與陽(yáng)極化的奧德姆(Oldham)表面實(shí)施方式組合。然而，使用陽(yáng)極化的奧德姆聯(lián)接件或自潤(rùn)滑的二氧化碳相容的軸承材料能夠獨(dú)立地提供顯著的壓縮機(jī)性能益處。
如上所述，在各方面中，下軸承組件38包括下軸承部件39，下軸承部件39包括自潤(rùn)滑軸承材料。動(dòng)渦旋盤(pán)58的圓筒形轂部61內(nèi)的主軸承部件37和/或上軸承35可同樣可選地包括這種自潤(rùn)滑軸承材料。這種材料在避免了因暴露于二氧化碳制冷劑(具體地， 跨臨界的或超臨界的二氧化碳或亞臨界二氧化碳的液體相)而造成的退化的同時(shí)必須滿(mǎn)足某些性能標(biāo)準(zhǔn)。如上所述，二氧化碳可用作為有機(jī)溶劑和/或腐蝕劑，以使二氧化碳可滲透到材料中并引起物理或化學(xué)改變。因此，根據(jù)本公開(kāi)，期望提供一種自潤(rùn)滑軸承材料，該自潤(rùn)滑軸承材料當(dāng)在所有壓縮機(jī)工作條件下暴露于二氧化碳制冷劑時(shí)始終是穩(wěn)定的。具體地，氣密壓縮機(jī)需要具有長(zhǎng)的使用壽命以及優(yōu)良的長(zhǎng)期耐磨性的軸承材料；因?yàn)檫@種材料通常不能通過(guò)維修被更換。
在某些方面中，特別合適的自潤(rùn)滑軸承材料包括覆蓋有滑動(dòng)層的鋼襯層、或者可替代地包括覆蓋有滑動(dòng)層的青銅襯層。在某些方面中，經(jīng)燒結(jié)的多孔青銅金屬層能夠形成于鋼襯層上，例如，包括重量百分比為約88%至約90%的銅以及重量百分比為約10%至約 12%的錫的青銅金屬。這種青銅金屬層可選地充滿(mǎn)有樹(shù)脂，所述樹(shù)脂在暴露于二氧化碳時(shí)是穩(wěn)定的，如含氟聚合物。充滿(mǎn)經(jīng)燒結(jié)的青銅材料的孔的聚合樹(shù)脂形成滑動(dòng)層。某些自潤(rùn)滑軸承部件材料還包括至少一種固體潤(rùn)滑劑，該固體潤(rùn)滑劑包括從鉛、鉬、碳、錫以及它們的組合中選擇的元素。例如，能夠分散在充滿(mǎn)多孔青銅層的樹(shù)脂中的固體潤(rùn)滑材料的合適的非限制性示例包括石墨顆粒、碳纖維、鉛顆粒、二硫化鉬顆粒、錫顆粒以及它們的組合。這些類(lèi)型的合適的軸承被描述于以下美國(guó)專(zhuān)利McDonald(麥克唐納)等人的No. 6，425，977， Davies (戴維斯)的No. 5,911, 514，以及McMeekin (麥克米金)等人的No. 6，461，679，在此通過(guò)參引而將這些專(zhuān)利中每一個(gè)的的相關(guān)部分并入本文。下面的表1通過(guò)示例的方式列出了用于本公開(kāi)的渦旋機(jī)的多種合適的可商購(gòu)的自潤(rùn)滑軸承材料。
表 1
權(quán)利要求
1.一種渦旋機(jī)，包括第一渦旋部件，所述第一渦旋部件具有排出口以及第一螺旋形渦卷； 第二渦旋部件，所述第二渦旋部件具有第二螺旋形渦卷，所述第一螺旋形渦卷與第二螺旋形渦卷彼此互相嚙合；排出室，所述排出室與所述排出口流體連通；馬達(dá)，所述馬達(dá)用于使所述第二渦旋部件相對(duì)于所述第一渦旋部件繞動(dòng)，由此，所述渦卷在由所述渦旋部件限定的外圍吸入?yún)^(qū)與所述排出口之間創(chuàng)建體積漸進(jìn)變化的至少一個(gè)封閉空間；其特征在于，所述渦旋機(jī)還包括奧德姆聯(lián)接件，所述奧德姆聯(lián)接件與所述第二渦旋部件和所述第一渦旋部件鍵聯(lián)接以防止所述第二渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述奧德姆聯(lián)接件由具有陽(yáng)極化表面的金屬材料形成，所述陽(yáng)極化表面包括鈍化層。
2.如權(quán)利要求
1所述的渦旋機(jī)，其中，所述鈍化層的厚度為大約5微米至大約15微米。
3.如權(quán)利要求
1所述的渦旋機(jī)，其中，所述陽(yáng)極化表面形成洛氏硬度為大約60C至大約 70C的III型硬覆層陽(yáng)極化鈍化層。
4.如權(quán)利要求
1所述的渦旋機(jī)，其中，所述金屬材料為A380型鋁合金。
5.一種渦旋機(jī)，包括 殼體；第一渦旋部件，所述第一渦旋部件設(shè)置在所述殼體內(nèi)并具有第一螺旋形渦卷； 第二渦旋部件，所述第二渦旋部件設(shè)置在所述殼體內(nèi)并具有第二螺旋形渦卷，所述第一螺旋形渦卷與第二螺旋形渦卷彼此互相嚙合；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于使所述第一渦旋部件相對(duì)于所述第二渦旋部件繞動(dòng)，由此，所述渦卷在由所述渦旋部件限定的外圍吸入?yún)^(qū)與由所述第一渦旋部件限定的排出口之間創(chuàng)建體積漸進(jìn)變化的至少一個(gè)封閉空間；軸承座，所述軸承座設(shè)置在所述第一渦旋部件下方并限定延伸穿過(guò)其中的圓筒形開(kāi)Π ；其特征在于，所述渦旋機(jī)還包括自潤(rùn)滑軸承部件，所述自潤(rùn)滑軸承部件容納在所述軸承座內(nèi)并設(shè)置為直接抵靠軸； 奧德姆聯(lián)接件，所述奧德姆聯(lián)接件設(shè)置在所述第一渦旋部件與所述軸承座之間以防止所述第一渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述奧德姆聯(lián)接件由具有陽(yáng)極化表面的金屬材料形成，所述陽(yáng)極化表面包括厚度大于或等于約5微米的鈍化層。
6.如權(quán)利要求
5所述的渦旋機(jī)，其中，所述陽(yáng)極化表面形成洛氏硬度為大約60C至大約 70C的III型硬覆層陽(yáng)極化鈍化層。
7.如權(quán)利要求
5所述的渦旋機(jī)，其中，所述金屬材料為Α380鋁合金。
8.如權(quán)利要求
5所述的渦旋機(jī)，其中，所述自潤(rùn)滑軸承部件包括覆蓋有經(jīng)燒結(jié)的青銅材料層的鋼襯墊，所述經(jīng)燒結(jié)的青銅材料層是多孔的，在所述經(jīng)燒結(jié)的青銅材料層的孔中充滿(mǎn)有形成滑動(dòng)層的聚四氟乙烯。
9.如權(quán)利要求
5所述的渦旋機(jī)，其中，所述軸承座是設(shè)置在所述軸的末端處的下軸承座。
專(zhuān)利摘要
一種渦旋機(jī)，其具有耐磨性特征，當(dāng)處理CO2制冷劑時(shí)為渦旋機(jī)提供改進(jìn)的操作性。在某些方面，渦旋機(jī)具有包括鋁的奧德姆聯(lián)接件，其中鋁具有陽(yáng)極化表面，在陽(yáng)極化表面上形成鈍化層。渦旋機(jī)可選地還具有自潤(rùn)滑軸承，自潤(rùn)滑軸承能夠在CO2渦旋機(jī)中使用至少1000小時(shí)的工作時(shí)長(zhǎng)。
文檔編號(hào)F04C18/02GKCN201972923SQ200890100171
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2008年10月24日
發(fā)明者安妮-弗朗斯·方丹, 柯克·E·庫(kù)柏 申請(qǐng)人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan