CN100465446C - 齿轮型压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿轮型压缩机，该结构包括把冷媒进行压缩的齿轮型压缩部以及把冷媒进行膨胀的齿轮型膨胀部；所述齿轮型压缩部的主轴承固定在外壳内侧电机的下方并固定在电机的旋转轴上，其环形压缩气缸与主轴承连接并设置在其下方，压缩板与压缩气缸连接并设置在其下方；本发明还提供一种齿轮型压缩机，在齿轮型压缩部设置压缩板的排出口与主轴承的吸入口之间的面积比是1∶1.3～1∶3；在齿轮型膨胀部设置的副轴承一侧的吸入口与一侧排出口之间的面积比是1∶1.3～1∶3。该结构可提高压缩机制冷的性能系数，用二氧化碳做冷媒代替传统的冷媒，提供有利于环境保护的压缩机。该齿轮型压缩机其内部齿轮和外部齿轮的力和转矩比较均衡，具有可减少压缩机运行时的振动和噪音的效果。

Description

齿轮型压缩机

技术领域

本发明是有关压缩机的发明，特别是有关齿轮型压缩机的发明。

背景技术

通常，压缩机是利用电机或汽轮机的动力，向空气、冷媒等工作流体加压，提高工作流体压力的一种机器。这种压缩机广泛应用于空调、冰箱等家电领域以及生产领域。

压缩机按压缩类型，可分为容积形压缩机(positive displacementcompressor)和涡轮形压缩机。其中，广泛应用于生产领域的是容积形压缩机，容积形压缩机是通过减少体积增加压力的工作方式。容积形压缩机可分为往复式压缩机(reciprocating compressor)和旋转式压缩机。

上述往复式压缩机利用气缸内部活塞的往复运动压缩流体，其优点是可以用较小的机械构造产生较高的压缩效率。但是，往复式压缩机因活塞的往复运动，存在旋转速度受限的问题。同时，还因为活塞的惯性产生比较大的振动。

上述旋转式压缩机利用气缸内部偏心压缩辊的公转压缩工作流体。旋转式压缩机与往复式压缩机相比，可以用较低的速度得到较高的压缩效率。而且，旋转式压缩机还具备振动低，噪音小的优点。旋转式压缩机为了在一定旋转速度下变化流量，需要把剩余的空气进行排放，为了应付排出剩余空气时压力的增大，需要设置稳定装置，因此，结构比较复杂。

在旋转式压缩机中，如果各部件之间的缝隙不保持一致，则容易产生压缩气体的泄漏，导致性能下降。一旦产生磨损时，压缩机性能会急剧下降。因此，加工时需要保证很高的精度。另外，在压力急剧变化时，容易产生轴承损坏的现象。

因此，旋转式压缩机和往复式压缩机各自具有不同的性能以及优缺点。

制冷回路作为一种热力学定义上的回路，其目的在于通过作功降低低温部的温度，形成这种制冷回路的系统叫做制冷系统。制冷系统主要应用于冰箱，空调等。

如图1所示，制冷系统是由压缩机30，冷凝器50，膨胀阀40及蒸发器60组成。压缩机30把冷媒压缩成高温高压状态，从压缩机30中流出的冷媒在冷凝器50中向外放出热量后冷凝成液态，膨胀阀40使冷凝器50排出的冷媒隔热膨胀，急剧降低冷媒的压力。流过膨胀阀40的冷媒，在蒸发器60中，从外部吸收热量被蒸发成气态。

图2为图1的冷冻系统P-h关系示意图。利用外部功Wc，压缩机30压缩冷媒1→2，而压缩机30中被压缩的冷媒通过冷凝器50向外放出热量2→3。流过冷凝器50后的冷媒，流过膨胀阀40时，被隔热膨胀3→4，之后再流过蒸发器60时从外部吸收热量4→1。流过蒸发器60的冷媒从新流进压缩机30中。

制冷系统的性能系数(COP；coefficient of performance)的定义为，低温部从蒸发器60吸收的热量Q_H比压缩机的功Wc。

为了组成高效的制冷系统，需要选择适当的冷媒的同时让压缩机具有更有效的结构。

因为传统的氟利昂对臭氧层起破坏作用，最近，对CO₂等替代冷媒倍受重视。因此需要使用替代冷媒时也能确保冷媒不发生泄漏并具有机械结构上的可信度的压缩机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种提高制冷系统的性能系数的具有新结构的压缩机。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种齿轮型压缩机，包括外壳及设置在外壳内部的电机，其特征是：该压缩机还包括利用电机的动力把从蒸发器流进的冷媒进行压缩的齿轮型压缩部以及把从压缩机流出流过冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮型膨胀部；所述电机是由设置在外壳内壁上的定子以及设置在定子中心部位的转子组成；

所述齿轮型压缩部包括主轴承、压缩气缸、压缩部的外部齿轮、压缩部的内部齿轮及压缩板，主轴承固定在外壳内侧电机的下方，并固定在电机的旋转轴上；环形压缩气缸与主轴承连接并设置在其下方；压缩部的外部齿轮以可旋转的方式设置在压缩气缸的内侧空间；从电机接收动力进行旋转的压缩部的内部齿轮设置在压缩部的外部齿轮内侧，并与压缩部的外部齿轮啮合而压缩冷媒；压缩板与压缩气缸连接并设置在其下方；

所述齿轮型膨胀部包括膨胀板、膨胀气缸、膨胀部的外部齿轮、膨胀部的内部齿轮及与电机轴固定连接的副轴承，膨胀板设置在齿轮型压缩部的压缩板下方；环形膨胀气缸设置在膨胀板的下方并与之连接；膨胀部的外部齿轮以可旋转的方式设置在膨胀气缸的内侧空间；从电机接收动力进行旋转的膨胀部的内部齿轮设置在膨胀部的外部齿轮内侧，并与膨胀部的外部齿轮啮合使冷媒膨胀；副轴承设置在膨胀气缸的下方并与之连接。

所述齿轮型压缩部的外部齿轮上设有齿槽；结合在电机轴上进行旋转的内部齿轮设有齿顶，齿槽的个数大于齿顶的个数。

在所述齿轮型压缩部的主轴承上设置有与之连接的用于把冷媒送向压缩部的外部齿轮内侧空间的压缩部副吸入管。

本发明效果是通过提供齿轮型压缩机，可以提高制冷系统的性能系数。同时，用二氧化碳等冷媒代替传统的冷媒，可以提供有利于环境保护的压缩机。用二氧化碳作为冷媒使用期较长，而且没有毒性，并具有不可燃性特点。而且价格也低，资源丰富，没有回收的必要。二氧化碳容易溶解在润滑油中，而且制冷量是单位体积CFC系列R-22的5倍。因此，进行同一功率的制冷时，其工作体积非常小，压缩比率也很小。

本发明提供的齿轮型压缩机中，内部齿轮和外部齿轮的力和转矩比较均衡，因此可以减少压缩机运行时的振动和噪音。

附图说明

图1为普通制冷系统构成框图；

图2为图1的冷冻系统P-h关系示意图；

图3为本发明提供的齿轮型压缩机结构示意图；

图4A为图3的I-I横剖面图；

图4B为图3的II-II横剖面图；

图5A为图3的III-III示意图；

图5B为图3的IV-IV示意图；

图6为采用本发明的压缩机制冷系统构成框图；

图7为本发明的压缩机中产生的转矩变化与传统压缩机中的转矩比较图。

图中：

1：外壳                   100：吸入管

110：电源端子             120：底座板

2：电机                   200：定子

210：转子                 220：轴

3：压缩部                 300：主轴承

300a：吸入口              310：压缩气缸

320：外部齿轮             320a：齿槽

330：内部齿轮             330a：齿顶

340：压缩板               340a：排出口

350：压缩部副吸入管       360：压缩部排出管

4：膨胀部               400：膨胀板

410：膨胀气缸           420：外部齿轮

420a：齿槽              430：内部齿轮

430a：齿顶              440：副轴承

440a：吸入口            440b：排出口

450：膨胀部吸入管       460：膨胀部排出管

5：冷凝器               6：蒸发器

具体实施方式

下面，参照图3至图7，对本发明提供的实施例进行详细说明。

图3为本发明的齿轮型压缩机结构示意框图，图4A为图3的I-I横剖面图，图4B为图3的II-II横剖面图，图6为采用本发明提供的压缩机制冷系统构成框图。

如图所示，本发明中的齿轮型压缩机包括外壳1、电机2、齿轮型压缩部3、齿轮型膨胀部4组成。外壳1具有一定的内部空间，电机2设置在外壳1内部。齿轮型压缩部3利用电机2提供的动力，对蒸发器6排出的冷媒进行压缩。压缩部3排出的冷媒流经冷凝器5后重新流入压缩机内部，被齿轮型膨胀部4膨胀。

电机2由设置在外壳1内壁上的定子200以及设置在定子200中心部位的转子210组成。通过电源端子110接通电源后，转子210进行旋转。

齿轮型压缩部3包括主轴承300、压缩气缸310、外部齿轮320、内部齿轮330及压缩板340组成。主轴承300固定在外壳1的电机下方的电机旋转轴上；环形压缩气缸310与主轴承300连接并设置在其下方；外部齿轮320以可旋转的方式设置在压缩气缸310的内侧空间；内部齿轮330设置在外部齿轮320内侧，从电机接收动力并与外部齿轮320啮合，进行旋转，压缩冷媒。压缩板340与压缩气缸310连接并设置在其下方。

在外壳1的一侧，设置吸入管100，用于向外壳1内部吸入冷媒。

外壳1的下部具有底座板120，用于设置压缩机。

在主轴承300上，设置与之连接的压缩部副吸入管350，主要是用于把流进外壳1内部的冷媒通过压缩气缸310送向外部齿轮320的内侧空间。在压缩板340上，设置排出管360，排出管360用于把压缩后的冷媒送向冷凝器5。

压缩部副吸入管350露在盛放在外壳1内部的润滑油液面上方。

压缩部3的上、下部的润滑油没有相互分开，而是通过槽3g相互连通。槽3g垂直设在压缩气缸310和主轴承300以及压缩板340的外圆周面上。

齿轮型膨胀部4包括膨胀板400、膨胀气缸410、外部齿轮420、内部齿轮430及副轴承440组成。膨胀板400设置在齿轮型压缩部3的压缩板340的下方；环形膨胀气缸410设置在膨胀板400的下方并与之连接；外部齿轮420以可旋转的方式设置在膨胀气缸410的内侧空间；内部齿轮430设置在外部齿轮420内侧，从电机接收动力并与外部齿轮420啮合，进行旋转，使冷媒膨胀；副轴承440设置在膨胀气缸410的下方并与之连接并固定在电机旋转轴上。

在副轴承440的一侧，设置膨胀部吸入管450，用于把流过冷凝器5的冷媒吸入到膨胀气缸410内侧。在副轴承440的另一侧，设置膨胀部排出管460，用于把膨胀后的冷媒送向蒸发器6中。

在主轴承300上，设有吸入口300a。在压缩板340上，设有排出口340a，吸入口300a的面积比排出口340a的面积大。

压缩板340的排出口340a与主轴承300吸入口300a之间的面积比范围是1：1.3~1：3。

在副轴承440的一定位置上分别形成吸入口440a和排出口440b。副轴承440一侧的吸入口440a与另一侧的排出口440b之间，面积比范围是1：1.3~1：3。

膨胀部4的外形尺寸比压缩部3的外形尺寸小，因此，副轴承440和膨胀气缸410以及膨胀板400的外形尺寸比主轴承300和压缩气缸310以及压缩板340的外形尺寸小为宜。这样，压缩部排出管360容易连接在齿轮型压缩部3的压缩板340上。

之所以把齿轮型膨胀部4的外形尺寸设计成比压缩部的外形尺寸小，其原因是膨胀部4的齿轮尺寸比压缩部3侧齿轮尺寸小。这是因为，与通过吸入口440a流入膨胀部4的冷媒相比，通过吸入口300a流入压缩部3中的冷媒具有更小的密度，在质量相同时压缩部内的冷媒体积更大。从而，为了让膨胀过程和压缩过程的质量流量相同，需要使膨胀过程的工作体积小于压缩过程中的工作体积。因此，膨胀部4的齿轮尺寸比压缩部3的齿轮尺寸小。但是，齿轮尺寸之间的差异与压缩气缸310和膨胀气缸410之间的外形尺寸差并没有直接的关联。

下面，参照图3到图7，对本发明的压缩机作用进行说明。

如图3到图6所示，随着电机2的工作，在齿轮型压缩部3中进行冷媒的压缩。在压缩部3中被压缩的冷媒通过通路流进冷凝器5中，并在流过冷凝器5时，向外放出热量。

流过冷凝器5后的冷媒，通过通路流进本发明的压缩机膨胀部4中。冷媒流过膨胀部4时进行膨胀。流过膨胀部4后的冷媒，流进蒸发器6中。冷媒流过蒸发器6时，从外部吸收热量。

流过蒸发器6后的冷媒重新流进压缩部3中，反复进行这种循环流动，形成制冷回路。

参照图3，在制冷回路中，本发明提供的压缩机对冷媒进行压缩以及膨胀的过程加以详细说明。

首先，安装在外壳1内壁的电机上接通电源，使定子200和转子210之间产生电磁作用，使转子210进行旋转。这时，通过设置在外壳1上端部的吸入管100，向外壳1内部流进冷媒。

流进外壳1内部的冷媒，通过连接在主轴承300上的副吸入管350，流进外部齿轮320的内侧空间。这时，流过压缩部副吸入管350的冷媒，通过与外部齿轮320内侧空间连通的主轴承300吸入口300a，流进外部齿轮320的内侧空间。

流进外部齿轮320的内侧空间后，冷媒在与电机轴220结合的内部齿轮330旋转作用下被逐渐压缩，之后流过形成在压缩板340上的排出口340a，通过与排出口340a连接的压缩部排出管360流出，被送向冷凝器5。这里，压缩部3的排出口340a面积比吸入口300a小。

在冷凝器5中进行热交换后的冷媒，重新流进本发明提供的压缩机齿轮型膨胀部4中。在冷凝器5中进行热交换后的冷媒，流过连接在副轴承440一侧的膨胀部吸入管450，通过副轴承440的吸入口440a流进外部齿轮420内侧空间。冷媒流进外部齿轮420内侧空间后，在与电机轴220结合的内部齿轮430旋转作用下，渐渐膨胀。之后，通过形成在副轴承440另一侧的排出口440b被排出，流过连接在排出口440b的排出管460流向蒸发器。膨胀部4的排出口440b面积比吸入口440a面积大。

与上述实施例的情况相同，齿轮型压缩部3和齿轮型膨胀部4最好是设置在同一外壳1内部，但也可以分别设置在不同的外壳1内。电机2也可以设置在外壳1外部，只要能产生动力即可采用任何驱动装置。

另外，图4A是图3的I-I剖面图，显示组成压缩部3的内部齿轮330和外部齿轮320几何学意义上的形态。

外部齿轮320的齿槽320a个数比内部齿轮330齿顶330a的个数多，与电机轴220结合在一起进行旋转的内部齿轮330旋转中心位于偏心位置，外部齿轮320的旋转中心也位于偏心位置。

通常，内部齿轮330齿顶330a的个数比外部齿轮320齿槽320a的个数少，而齿顶具有圆滑的弯曲形状为宜。

图4B为图3的II-II剖面图，显示组成膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420几何学意义上的形态。膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420结构与压缩部3的内部齿轮和外部齿轮结构相同，只是大小不同。

图7为本发明提供的压缩机中产生的转矩变化与传统压缩机中的转矩比较图。纵轴为旋转时产生的转矩平均值(Tm)，是各转矩T平均后的力矩比，横轴代表旋转角度。如图所示，本发明提供的压缩机压缩冷媒是产生的转矩变化量，与具有其他结构的压缩机相比，被明显降低。

本发明提供的齿轮型压缩机压缩以及膨胀冷媒时，内部齿轮330、430和外部齿轮320、420一起旋转，保持力矩上的均衡，从而振动和噪音比较低。

本发明提供的齿轮型压缩机中，内部齿轮330、430的多个齿顶330a、430a和外部齿轮320，420的多个齿槽320a，420a啮合，可以防止内部齿轮向外部齿轮传送的力集中在某一点。

本发明的齿轮型压缩机中，内部齿轮330、430的齿顶330a、430a和外部齿轮320、420的齿槽320a、420a之间在啮合点上的速度差非常小。

本发明提供的齿轮型压缩机可以把二氧化碳作为冷媒使用。

二氧化碳作为冷媒使用期比较长，而且没有毒性，并具有不可燃性特征。而且价格低，资源丰富，没有回收的必要。二氧化碳容易溶解在润滑油中，而且制冷量是单位体积CFC系列R-22的5倍。因此，进行同一功率的制冷时，其工作体积非常小，压缩比率也很小。

本发明提供的齿轮型压缩机，可以通过采用二氧化碳做为冷媒，是其优点充分发挥。

Claims (11)

1、一种齿轮型压缩机，包括外壳及设置在外壳内部的电机，其特征是：该压缩机还包括利用电机的动力把从蒸发器流进的冷媒进行压缩的齿轮型压缩部以及把从压缩机流出流过冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮型膨胀部；所述电机是由设置在外壳内壁上的定子以及设置在定子中心部位的转子组成；

所述齿轮型压缩部包括主轴承、压缩气缸、压缩部的外部齿轮、压缩部的内部齿轮及压缩板，主轴承固定在外壳内侧电机的下方，并固定在电机的旋转轴上；环形压缩气缸与主轴承连接并设置在其下方；压缩部的外部齿轮以可旋转的方式设置在压缩气缸的内侧空间；从电机接收动力进行旋转的压缩部的内部齿轮设置在外部齿轮内侧，并与压缩部的外部齿轮啮合而压缩冷媒；压缩板与压缩气缸连接并设置在其下方；

所述齿轮型膨胀部包括膨胀板、膨胀气缸、膨胀部的外部齿轮、膨胀部的内部齿轮及与电机轴固定连接的副轴承，膨胀板设置在齿轮型压缩部的压缩板下方；环形膨胀气缸设置在膨胀板的下方并与之连接；膨胀部的外部齿轮以可旋转的方式设置在膨胀气缸的内侧空间；从电机接收动力进行旋转的膨胀部的内部齿轮设置在外部齿轮内侧，并与膨胀部的外部齿轮啮合使冷媒膨胀；副轴承设置在膨胀气缸的下方并与之连接。

2、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：所述齿轮型压缩部的外部齿轮上设有齿槽；结合在电机轴上进行旋转的内部齿轮设有齿顶，齿槽的个数大于齿顶的个数。

3、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：在所述齿轮型压缩部的主轴承上设置有与之连接的用于把冷媒送向压缩部的外部齿轮内侧空间的压缩部副吸入管。

4、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：在所述齿轮型压缩部主轴承上设有吸入口，在所述压缩板上设有排出口。

5、根据权利要求4所述的齿轮型压缩机，其特征是：所述压缩板的排出口与主轴承吸入口之间的面积比范围是1：1.3~1：3。

6、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：在所述压缩板上设置有用于把压缩后的冷媒送向冷凝器的排出管。

7、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：在所述齿轮型膨胀部的副轴承的一侧，设置有用于把流过冷凝器的冷媒吸入到膨胀气缸内侧的膨胀部吸入管。

8、根据权利要求7所述的齿轮型压缩机，其特征是：在所述齿轮型膨胀部的副轴承的另一侧设置用于把膨胀后的冷媒送向蒸发器中的膨胀部排出管。

9、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：在所述齿轮型膨胀部副轴承的一定位置上分别设置吸入口和排出口。

10、根据权利要求9所述的齿轮型压缩机，其特征是：所述齿轮型膨胀部副轴承的吸入口与排出口之间的面积比范围是1：1.3~1：3。

11、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：所述齿轮型膨胀部的外形尺寸小于齿轮型压缩部的外形尺寸。

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