專利名稱：具有低潤(rùn)滑敏感度的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的制作方法
背景技術(shù)：
在固定葉片式或旋轉(zhuǎn)柱塞式壓縮機(jī)中，對(duì)葉片加偏壓以與滾柱或活塞接觸。滾柱或活塞由曲軸上的偏心裝置所攜帶，并且沿著缸體以線接觸的方式運(yùn)動(dòng)，這樣活塞和缸體共同作用形成月牙形空間。該空間繞曲軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)、并且由于葉片與活塞的共同作用被分隔成吸氣腔和壓縮腔。在立式高壓壓縮機(jī)中，吸油管伸入油槽中并且與曲軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使待分配的油到達(dá)所需潤(rùn)滑的部位。在非CFC或非HCFC操作情況下，例如HFC情況下，就可能潤(rùn)滑不充分。不充分潤(rùn)滑的敏感區(qū)是葉片和活塞之間的線接觸部分，這可引起過(guò)度磨損。
與新致冷劑一起使用的合成潤(rùn)滑油，如由一種或多種象多元醇酯油(POE)的一元羧酸合成的多元酯油可比礦物油更快地釋放出溶解致冷劑，因此在過(guò)渡工況下要維持足夠的潤(rùn)滑油壓力是較困難。POE潤(rùn)滑油的一個(gè)特點(diǎn)是由于它們是較極性的，所以它們不會(huì)“弄濕”較極性金屬的表面，如鋁或錫，就象礦物油一樣。因此，較極性的金屬必須以來(lái)自油泵的油流連續(xù)供應(yīng)、也就是說(shuō)泵必須用POE潤(rùn)滑油以很短的間隔再補(bǔ)充油膜。
因此，非常需要一種HFC情況下適用的潤(rùn)滑油。對(duì)應(yīng)于潤(rùn)滑油的流變作用，較低的PV指數(shù)被認(rèn)為是引起POE潤(rùn)滑油無(wú)效的主要原因。因此，當(dāng)油膜破裂時(shí)，發(fā)生潤(rùn)滑能力的突然下降，并且產(chǎn)生目前的POE潤(rùn)滑油用在致冷壓縮情況下時(shí)必然存在的問(wèn)題。特別地，與采用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑的裝置相比，合成潤(rùn)滑油、如POE潤(rùn)滑油經(jīng)常會(huì)縮短使用壽命并且加快磨損速度。
發(fā)明概述潤(rùn)滑劑無(wú)效或失效的一個(gè)特征就是接觸零件之間的磨損。本發(fā)明使不充分潤(rùn)滑或潤(rùn)滑失效所造成的后果降至最小程度。這可通過(guò)減少相關(guān)零件之間的摩擦系數(shù)以及通過(guò)增加一個(gè)或多個(gè)零件的磨損阻力而實(shí)現(xiàn)。在固定葉片或旋轉(zhuǎn)柱塞式壓縮機(jī)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用金剛石類碳(DLC)涂層可減少葉片和轉(zhuǎn)子之間的摩擦系數(shù)，而顯著地降低局部溫度，從而提供趨向于兼顧磨損特性的較好狀態(tài)。雖然本發(fā)明可以延遲危害潤(rùn)滑的災(zāi)難性影響，但磨損和失效仍可能發(fā)生，就象采用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑的傳統(tǒng)裝置那樣。根本上而言，本發(fā)明可具有與使用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑相應(yīng)的使用壽命，而不是與合成潤(rùn)滑劑有關(guān)的較短的壽命。特別地，低PV指數(shù)仍允許適度的不平滑接觸，因此磨損仍將發(fā)生，只是其速度非常緩慢。
雖然DLC涂層可減小有害潤(rùn)滑條件的磨損情況，但它的存在可在加工誤差范圍中改變高精度加工零件的尺寸。例如，旋轉(zhuǎn)柱塞式壓縮機(jī)的葉片位于吸入腔和壓縮腔之間的槽中，從而產(chǎn)生了潛在的泄漏通道。當(dāng)葉片處于密封狀態(tài)下時(shí)，它與單個(gè)缸體裝置中的電動(dòng)機(jī)端部軸承和泵端軸承移動(dòng)接觸，與兩個(gè)缸體裝置中的軸承和分隔板移動(dòng)接觸。葉片末端與移動(dòng)活塞密封接觸。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于在邊界潤(rùn)滑或其破裂的情況下使局部磨損最小或避免其磨損。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于通過(guò)使運(yùn)動(dòng)零件之間的摩擦系數(shù)減小而降低噪音和提高性能。這些目的以及其它目的在以下將變得很明顯，可由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。大體上說(shuō)，受到局部磨損、并且一般由諸如POE潤(rùn)滑油的合成潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的一種HFC致冷壓縮機(jī)的一部分涂覆有DLC涂層，這樣可減小由于潤(rùn)滑無(wú)效而引起的磨損和敏感度。
附圖的簡(jiǎn)述為了充分地理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述，其中

圖1是本發(fā)明的壓縮機(jī)的局部剖視圖；圖2是沿圖1中線2-2的剖視圖；圖3是圖1中葉片的放大水平剖視圖；以及圖4是圖1中葉片的放大垂直剖視圖。
較佳實(shí)施例的描述圖1和2中，標(biāo)號(hào)10總的表示一種立式的高壓旋轉(zhuǎn)柱塞式壓縮機(jī)。標(biāo)號(hào)12總的表示罩子或殼體。吸入管16密封到罩殼12上，并且使致冷系統(tǒng)中的吸入貯料器(未示)與吸入腔S流體連通。吸入腔S是由缸體20中的孔20-1、活塞22、泵端部軸承24、電動(dòng)機(jī)端部軸承28以及葉片30構(gòu)成的。
偏心軸40包括支撐地容納在泵端部軸承24的孔24-1中的部分40-1、容納在活塞22的孔22-1中的偏心裝置40-2以及支撐地容納在電動(dòng)機(jī)端部軸承28的孔28-1中的部分40-3。吸油管34從部分40-1的孔伸入油槽36。定子42通過(guò)熱壓配合、焊接或其它任何適當(dāng)?shù)姆绞焦潭ǖ秸謿?2上。轉(zhuǎn)子44為通過(guò)熱壓配合適當(dāng)固定到軸40上，并且位于定子42的孔42-1中，并且與其共同作用以形成電動(dòng)機(jī)。葉片30位于葉片槽20-2中，并且由彈簧31偏壓與活塞22接觸。如上所述的，壓縮機(jī)10大致上是傳統(tǒng)形式的。
本發(fā)明在在葉片30上加了DLC涂層，特別是在接觸活塞22的葉片30的末端或鼻部。DLC涂層是通過(guò)稱為DC磁控管濺射技術(shù)的物理蒸鍍方法形成的，其中例如乙炔的含碳?xì)怏w以輝光放電形式電離。該方法形成一系列碳和碳化鎢(硬質(zhì)合金)的毫微層，一系列交替的硬質(zhì)層和潤(rùn)滑層，并且總的毫微薄涂層厚度在0.5至5.0微米范圍中，標(biāo)稱厚度為2.0微米是較佳的。這一涂層雖然非常硬，但具有潤(rùn)滑性能，并且當(dāng)施加到諸如葉片末端或鼻部的摩擦表面時(shí)，可使配合零件的磨損特征改進(jìn)。DLC涂層的較佳實(shí)施例是其顯微結(jié)構(gòu)含有光滑相和硬質(zhì)耐磨相的多重雙層，光滑相的主要成份為非結(jié)晶碳，硬質(zhì)耐磨相是碳與過(guò)渡金屬的非結(jié)晶組合?？梢允褂枚喾N過(guò)渡金屬，包括鎢(W)、釩(V)、鋯(Zr)、鈮(Nb)以及鉬(Mo)，較佳實(shí)施例有鎢(W)的成分。為了減少涂層中的固有或增加的應(yīng)力值，合成調(diào)制的雙層中的元素的厚度是重要的，可減少涂層系統(tǒng)的破裂傾向。雙層厚度范圍是1至20毫微米(nm)，且較佳地是5至10毫微米(nm)之間。圖3和4是葉片30的剖視圖，示出了葉片30末端的放大很多的DLC涂層100。將可注意到，涂層100有一重疊部分100-1在與末端相鄰的葉片側(cè)部上延伸一小段距離。當(dāng)葉片30沖程部分完全縮入葉片槽20-2時(shí)，重疊部分100-1僅在此時(shí)將與葉片槽20-2發(fā)生作用。由于壓縮腔C中的流體壓力將葉片30向吸入腔S偏置，所以這種有限的潛在干擾可通過(guò)增加葉片槽20-2吸入側(cè)上的倒角來(lái)處理。分別與電動(dòng)機(jī)端部軸承28和泵端部軸承24接觸的葉片30頂部和底部的重疊部分100-2都是最成問(wèn)題的，但都可以使這些區(qū)域上的重疊部分最小而解決。另外，整體葉片30可以都被涂覆，但這存在兩個(gè)問(wèn)題，即它可改變高精度加工的零件尺寸以及成本顯著增加。
在運(yùn)作過(guò)程中，轉(zhuǎn)子44和偏心軸40作為一個(gè)組件轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心裝置40-2使活塞22運(yùn)動(dòng)。來(lái)自油槽36的油經(jīng)過(guò)吸油管34被吸入孔40-4，該孔可相對(duì)軸40的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線歪斜，并且起到離心泵的作用。泵油作用取決于軸40的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。最好如圖2所示，送入孔40-4中的油能夠流入部分40-1、偏心裝置40-2和部分40-3中的一系列徑向延伸通道，舉例說(shuō)明如偏心裝置40-2中孔40-5，并且分別到達(dá)潤(rùn)滑軸承24、活塞22和軸承28。其它的油從孔40-4流出，并且向下流過(guò)轉(zhuǎn)子44和定子42到達(dá)油槽36，在流到油槽36之前由轉(zhuǎn)子44和定子42之間的環(huán)狀間隙流出的氣體攜帶、沖擊和集聚在蓋12-1的內(nèi)側(cè)?；钊?2與葉片30以傳統(tǒng)方式共同作用，這樣經(jīng)吸入管16吸入的氣體到達(dá)吸入腔S。在吸入腔S中的氣體被壓縮，并且經(jīng)過(guò)排出閥(未示)排入消音器32內(nèi)部。壓縮的氣體穿過(guò)消音器32進(jìn)入罩殼12的內(nèi)部，并且經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子44和定子42之間的環(huán)狀間隙以及經(jīng)過(guò)排出管路60到達(dá)致冷系統(tǒng)(未示)。
前述的運(yùn)行過(guò)程將僅通過(guò)致冷劑中所含的潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片30，即通過(guò)輸送到偏心裝置40-2等的潤(rùn)滑劑到達(dá)其返回通道中的孔20-1，并通過(guò)葉片30和葉片槽20-2之間的泄漏而實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。這種缺陷通常是用已轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)No.498，339、申請(qǐng)日為1995年7月5日(它是現(xiàn)已放棄的美國(guó)專利申請(qǐng)No.052，971、申請(qǐng)日為1993年4月27日的繼續(xù)申請(qǐng))來(lái)解決，由于高壓作用在油槽36上，在未被活塞22所覆蓋時(shí)，可將油經(jīng)過(guò)管路50注入壓縮腔C中。這解決了需要POE油情況下的輸送POE油的問(wèn)題，但并沒(méi)有解決當(dāng)合成潤(rùn)滑如POE油在致冷壓縮機(jī)中使用時(shí)所固有的失效問(wèn)題，這些都由本發(fā)明解決了。
雖然已以一立式旋轉(zhuǎn)柱塞式壓縮機(jī)對(duì)本發(fā)明作了圖示和說(shuō)明，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言，還可有其它變化。例如，本發(fā)明可應(yīng)用到臥式壓縮機(jī)上以及其它由于潤(rùn)滑失效而發(fā)生局部磨損的壓縮機(jī)中。同樣地，電動(dòng)機(jī)可以是一種變速電動(dòng)機(jī)。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.在一種由合成潤(rùn)滑油所潤(rùn)滑、并且具有由于沒(méi)有足夠潤(rùn)滑劑而受到磨損的表面的致冷壓縮機(jī)中的改進(jìn)，它包括在所述受到磨損的表面上設(shè)置金剛石形碳涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的致冷壓縮機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)是具有帶末端的葉片的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，并且所述表面位于所述末端上。
3.如權(quán)利要求1所述的致冷壓縮機(jī)，其特征在于，所述涂層的厚度為0.5至5.0微米。
4.如權(quán)利要求3所述的致冷壓縮機(jī)，其特征在于，所述涂層是由多重厚度為1至20毫微米(nm)的雙層所構(gòu)成的。
5.如權(quán)利要求1所述的致冷壓縮機(jī)，其特征在于，所述涂層是由多重厚度為1至20毫微米(nm)的雙層所構(gòu)成的。
6.一種高壓旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，它包括；具有第一端和第二端的罩殼裝置；包含泵裝置的缸體裝置，所述泵裝置包括與所述缸體裝置共同作用的一葉片和一活塞，以形成吸入腔和壓縮腔；所述缸體裝置是固定地位于靠近所述第一端的所述罩殼裝置內(nèi)，并且與所述第一端形成具有油槽的第一腔；固定到所述缸體裝置上的第一軸承，并且伸向所述油槽；固定到所述缸體裝置上的第二軸承，并且伸向所述第二端；包括轉(zhuǎn)子裝置和定子裝置的電動(dòng)機(jī)裝置；所述定子裝置固定位于所述缸體裝置和所述第二端之間的所述罩殼裝置內(nèi)并且與所述缸體裝置和所述第二軸承裝置軸向隔開(kāi)；由所述第一和第二軸承裝置支撐的偏心軸裝置，并且包括可操作地連接到所述活塞上的偏心裝置；所述轉(zhuǎn)子裝置固定到所述軸裝置上，并形成一體，且位于所述定子中、與其形成環(huán)狀間隙；用來(lái)將氣體輸?shù)剿霰醚b置的吸入裝置；與所述罩殼裝置流體連通的排出裝置；所述葉片具有與所述活塞共同作用的末端；所述末端上具有金剛石式碳涂層，從而減小所述末端和活塞之間的摩擦系數(shù)，并且減小所述末端的磨損。
7.如權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述油槽裝有合成潤(rùn)滑油。
8.如權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述涂層厚度為0.5至5.0微米。
9.如權(quán)利要求8所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述涂層是由多重厚度為1至20毫微米(nm)的雙層構(gòu)成的。
10.如權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述涂層是由多重厚度為1至20毫微米(nm)的雙層構(gòu)成的。
11.如權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述金剛石形碳涂層是由硬質(zhì)材料層和光滑材料層交替構(gòu)成的。
12.如權(quán)利要求11所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述光滑材料為非結(jié)晶碳。
13.如權(quán)利要求12所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述硬質(zhì)材料是碳和過(guò)渡金屬的非結(jié)晶結(jié)合。
14.如權(quán)利要求11所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述硬質(zhì)材料是碳和過(guò)渡金屬的非結(jié)晶結(jié)合。
全文摘要
致冷壓縮機(jī)中與使用合成潤(rùn)滑油、如POE油有關(guān)的潤(rùn)滑失效可通過(guò)在由于潤(rùn)滑失效受到磨損的零件上施加金剛石式碳涂層而緩解。具體地說(shuō),在旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的葉片末端涂覆由碳化鎢層和0.5至5.0微米厚度的光滑材料層所交替構(gòu)成的金剛石式碳涂層。
文檔編號(hào)F04C29/00GK1172521SQ96191699
公開(kāi)日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1996年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月7日
發(fā)明者克拉克·V·科珀, 帕爾·J·布什內(nèi)爾, 馬丁·M·梅特爾 申請(qǐng)人:運(yùn)載器有限公司