CN100541051C - 齿轮式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮式压缩机，包括电机；接受电机的驱动力压缩从蒸发器流入的冷媒的齿轮式压缩部；对从压缩部排出的经过冷凝器后被压缩机重新吸入的冷媒进行膨胀的齿轮式膨胀部。齿轮式压缩部包括固定在电机下部侧的主轴承；设置连接在主轴承下部，并在外周面上形成有油槽的环形压缩气缸；位于压缩气缸内侧空间可以旋转的外部齿轮；设置在外部齿轮内侧，并接受电机的驱动力，跟外部齿轮啮合旋转的同时压缩冷媒的内部齿轮；设置连接在压缩气缸下部的压缩板。向压缩部以及膨胀部的各气缸和外部齿轮之间供给的润滑油向接触面整个表面有效扩散以能防止接触面因摩擦而发生机械损失。

Description

齿轮式压缩机

技术领域

本发明涉及一种齿轮式压缩机，尤其是在齿轮式压缩机中，使供给到各气缸和外部齿轮之间接触面的润滑油更有效地移动到整个表面，防止整个表面因摩擦引起机械损失的齿轮式压缩机。

背景技术

一般来说，压缩机是从电机或涡轮等动力产生装置接受动力对空气或冷媒或者其他特殊气体做压缩功，提高工作流体压力的机械。压缩机在空调或电冰箱等家电领域广泛使用。

压缩机按照压缩方式分为容积式压缩机(positive displacementcompressor)和涡轮式压缩机(dynamic compressor or turbocompressor)。

在大型现场广泛使用的是容积式压缩机，它采用通过减少体积增加压力的压缩方式。容积式压缩机细分为往复动式压缩机(reciprocatingcompressor)和旋转式压缩机(rotary compressor)。

往复动式压缩机是利用活塞在气缸内部直线往复运动来压缩工作流体，具有相对简单的机械构造，能得到较高压缩效率的优点。它的缺点是：机械的尺寸以及重量增加，而且往复动式压缩机因活塞的惯性在旋转速度方面有限制，因惯性而产生较大的振动。

旋转式压缩机是利用滚动活塞在气缸内部偏心状态公转来压缩工作流体，比起往复动式压缩机，在低速也能得到较高压缩效率。但是，旋转式压缩机为了在稳定的旋转速度下改变流量，需要放出多余的空气或者轮换吸气，而且跟多余空气引发的送出压力增大对比，在安装稳定装置等方面有难度。另外，如果各部之间的缝隙不均匀，压缩气体泄漏，不能发挥固有的性能，当各部之间有磨损，出现性能急剧下降的现象，所以需要高度精确加工。另外，轴承上出现因压力急剧变化引起的偏负载，所以轴承容易破损。

旋转式压缩机和往复动式压缩机具有各自相互不同的特性以及优缺点。

另外，冷冻循环是指热力循环(thermodynamic cycle)，做功而向低温部(coldreservoir)放出热量时也叫做冷冻循环(refrigeration cycle)，进行冷冻循环的系统叫做冷冻系统，主要应用于电冰箱、空调器等。

如图1所示，冷冻系统包括把冷媒压缩为高温高压状态的压缩机30；在压缩机30压缩后排出的冷媒中吸收热量而向外部放热，使冷媒转为液态的冷凝器50；把从冷凝器50流入的冷媒绝热膨胀，使冷媒压力急剧下降的膨胀阀40；经过膨胀阀40的冷媒吸收外部的热量而成为低压气体状态的蒸发器60。

图2是图1的冷冻系统P-h线坐标。从外部接受功(Wc)，在压缩机30压缩冷媒(1→2)，压缩机30压缩的冷媒通过冷凝器50向外部放热(2→3)。另外，经过冷凝器50的冷媒在通过膨胀阀40时绝热膨胀(3→4)，经过膨胀装置的冷媒在通过蒸发器60时吸收外部的热量(4→1)，经过蒸发器60的冷媒重新流入压缩机30里。这样的冷冻系统的性能系数(COP；coefficient of performance)是对低温部，即蒸发器60吸收的热量(QH)所做的压缩机功(Wc)来定义。因此，为了构成有效的冷冻系统，要选择适当的冷媒的同时，要使用高效的压缩机。

另外，最近发现了冷媒中的氟利昂气体破坏臭氧层的问题，所以非常重视CO₂等替代冷媒，这就需要使用替代冷媒压缩时也没有泄漏的以及能确保机械可靠性的压缩机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种跟标准的压缩机结构不同的可以提高冷冻系统性能系数的新型结构压缩机，而且使供给压缩部以及膨胀部的各气缸和外部齿轮之间的润滑油有效地向接触面整个表面移动扩散，防止接触面因摩擦而机械损失的齿轮式压缩机。

为了解决技术问题，本发明采用的技术方案是：一种齿轮式压缩机，包括电机；接受电机的驱动力压缩从蒸发器入的冷媒的齿轮式压缩部；对从齿轮式压缩部排出的经过冷凝器后被压缩机重新吸入的冷媒进行膨胀的齿轮式膨胀部；

所述齿轮式压缩部包括固定在电机下部侧的主轴承；设置连接在主轴承下部，并在外周面上形成有油槽的环形压缩气缸；位于压缩气缸内侧空间可以旋转的外部齿轮；设置在外部齿轮内侧，并接受电机的驱动力，跟外部齿轮啮合旋转的同时压缩冷媒的内部齿轮；设置连接在压缩气缸下部的压缩板；

所述齿轮式膨胀部包括设置在齿轮压缩部的压缩板下部的膨胀板；设置连接在膨胀板下部，并在外周面上形成有油槽的环形膨胀气缸；位于膨胀气缸内侧空间可以旋转的外部齿轮；设置在外部齿轮内侧，并接受电机的驱动力，跟外部齿轮啮合旋转的同时膨胀冷媒的内部齿轮；设置连接在膨胀气缸下部的副轴承。

在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮外周面上形成的油槽均形成直线形态。所述在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽在垂直方向上，并与电机轴的旋转轴线平行。所述在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽沿着圆周方向相隔指定间距形成有多数个。

在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽构成锯齿(sawtooth)状。在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽构成波纹(dimple)状。在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽构成螺旋形态。所述螺旋形态的油槽构成围绕外部齿轮外周面1圈的形态。

齿轮式压缩部的外部齿轮的油槽与齿轮式压缩部的外部齿轮上部面或者下部面不连通；齿轮式膨胀部的外部齿轮的油槽与齿轮式膨胀部的外部齿轮上部面或者下部面不连通。在压缩气缸以及膨胀气缸的内部径向形成有供油孔。

本发明的有益效果是：能提高冷冻系统的性能系数。用于压缩机里的冷媒可以用二氧化碳等替代，所以体现绿色压缩机的优点。如果冷媒有二氧化碳，具有使用时间长、没有毒性、非可燃性、价格便宜、资源丰富、不必回收、跟润滑油容易溶解等优点，而且因单位容积的冷却量是CFC系列R-22的5倍，所以在产生相同制冷容量时，比其他冷媒容积小以及压缩比率也小。本发明的齿轮式压缩机，由于内部齿轮和外部齿轮之间的力和转距均衡，所以能降低压缩机起动时的振动以及噪音。本发明的齿轮式压缩机，向压缩部以及膨胀部的各气缸和外部齿轮之间供给的润滑油向接触面整个表面有效扩散，所以能防止接触面因摩擦而发生机械损失。

附图说明

图1是普通冷冻系统的构成图，

图2是图1的冷冻系统P-h线坐标图，

图3是本发明的齿轮式压缩机构成剖面图，

图4a是图3的I-I线横剖面图，

图4b是图3的II-II线横剖面图，

图5是外部齿轮正面图，

图6是本发明齿轮式压缩机的冷冻系统构成图，

图7是本发明实施例的外部齿轮正面图，

图8本发明另一实施例的外部齿轮正面图，

图9是本发明又一实施例的外部齿轮正面图。

图中：1：外壳                    100：吸入管

      110：电源端子              120：底板

      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

      310h：供油孔               320：外部齿轮            320a：齿槽

      320g：油槽                 330：内部齿轮

      330a：齿牙                 340：压缩板

      340a：排出口               350：压缩部吸入管

      360：压缩部排出管          4：膨胀部

      400：膨胀板                410：膨胀气缸

      410h：供油孔    420：外部齿轮        420g：油槽     420a：齿槽

      430：内部齿轮   430a：齿牙           440：副轴承    440a：吸入口

      440b：排出口    450：膨胀部吸入管    460：膨胀部排出导管

      5：冷凝器                  6：蒸发器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图3、4a、4b、5、6、7所示，本发明的齿轮式压缩机包括在内部具有指定空间部的外壳1；设置在外壳1内部的电机2；接受电机2的驱动力压缩从蒸发器6流入的冷媒的齿轮式压缩部3；膨胀从压缩部3排出后经过冷凝器5重新吸入的冷媒的齿轮式膨胀部4。

电机2由安装在外壳1内壁的定子200；安装在定子200中心部并在通过电源端子110向定子200里导通电源时旋转的转子210构成。

齿轮式压缩部3包括固定在外壳1内的电机2下部侧的主轴承300；设置连接在主轴承300下部，并在外周面上形成有油槽320g的环形压缩气缸310；位于压缩气缸310内侧空间可以旋转的外部齿轮320；设置在外部齿轮320内侧，并接受电机2的驱动力，跟外部齿轮320啮合旋转的同时压缩冷媒的内部齿轮330；设置连接在压缩气缸310下部的压缩板340。

在压缩气缸310内侧的外部齿轮320外周面上形成的油槽320g形成直线形态，尤其油槽在垂直方向上，并与旋转轴线平行。

油槽320g在外部齿轮320外周面上沿着圆周方向相隔指定距离形成有多数个为最好。

油槽320g可以连通到外部齿轮320上部面或者下部面，但是考虑到冷媒的泄漏可能性，不要连通到外部齿轮320上部面或者下部面为最好。

外壳1一侧设有向外壳1内部引入冷媒的吸入管100，在外壳1下部配备为安装压缩机的底板120。

在主轴承300上设有为了通过压缩气缸310向外部齿轮320内侧空间输送流入外壳1内部的冷媒而连接在主轴承300上的压缩部辅助吸入管350，在压缩板340上设有向冷凝器5侧输送压缩后冷媒的压缩部排出管360。

压缩部辅助吸入管350露出在外壳1内部的润滑油A液面上面。

压缩部上部和下部的润滑油并不是各自分开储存的，而是通过压缩气缸310和主轴承300以及压缩板340外周面上的垂直方向槽3g部位相互流动。

齿轮式膨胀部4包括设置在齿轮式压缩部3的压缩板340下部的膨胀板400；设置连接在膨胀板400下部，并在外周面上形成有油槽420g的环形膨胀气缸410；位于膨胀气缸410内侧空间可以旋转的外部齿轮420；设在外部齿轮420内侧，并接受电机2的驱动力，跟外部齿轮420啮合旋转的同时膨胀冷媒的内部齿轮430；设置在膨胀气缸410下部连接的副轴承440。

在膨胀气缸410内侧的外部齿轮420外周面上形成的油槽420g也形成直线形态，尤其油槽在垂直方向上，并与旋转轴线平行。

油槽420g在外部齿轮420外部面上沿着圆周方向相隔指定距离形成有多数个为最好。

油槽420g可以连通到外部齿轮上部面或者下部面，但是考虑到冷媒的泄漏可能性，不要连通到外部齿轮420上部面或者下部面为最好。

在副轴承440一侧设有向膨胀气缸410内侧引入冷凝器5流出冷媒的膨胀部吸入管450。在副轴承440另一侧设有向蒸发器6侧输送膨胀冷媒的膨胀部排出管460。

主轴承300上形成有吸入口300a，压缩板340上形成有排出口340a。

在副轴承440的指定位置上各自形成有吸入口440a以及排出口440b。

膨胀部4的外形尺寸较压缩部3的外形尺寸小一些。副轴承440和膨胀气缸410以及膨胀板400的外形尺寸较主轴承300和压缩气缸310以及压缩板340的外形尺寸小一些为最好。因此，在构成齿轮式压缩部3的压缩板340上连接压缩部排出管360时容易进行作业。

另外，齿轮式膨胀部4的外形尺寸能比压缩部3的外形尺寸小的原因是：因为膨胀部4的齿轮尺寸较压缩部3的齿轮尺寸小一些。这是考虑压缩部3里的吸入口300a流入冷媒和膨胀部4里的吸入口440a流入冷媒的密度差后决定的，由于膨胀部4的吸入口440a流入冷媒的密度小，为了在膨胀过程中和压缩过程中的质量流量(mass flow)维持相同的质量流量，膨胀过程中的行程体积要比压缩过程中的行程体积小，由此膨胀部4的齿轮尺寸要比压缩部3的齿轮尺寸小一些。但是，齿轮尺寸之间的差跟压缩气缸310以及膨胀气缸410的外形尺寸之间差并没有直接的关系。

下面结合图3至图6说明本发明的压缩机作用：

首先，随着电机2运转，在齿轮式压缩部3进行冷媒的压缩，然后在压缩部3压缩的冷媒沿着流路流入冷凝器5里，而且在经过冷凝器5时向外部放热。

然后，经过冷凝器5的冷媒通过流路流入本发明压缩机的膨胀部4里，而且流入膨胀部4里的冷媒重新经过膨胀部的过程中膨胀。

接着，经过膨胀部4的冷媒流入蒸发器6里，而且冷媒在经过蒸发器6时从外部吸收热量。

之后，经过蒸发器6的冷媒重新流入压缩部3里。因此，反复进行这样的一连串冷媒流动，进行冷冻循环。

下面结合图3更具体说明在冷冻循环的过程中本发明压缩机进行的压缩以及膨胀作用：

首先，安装在外壳1内壁的电机2里导通电源，如果转子210在跟定子200之间的相互电磁性作用下旋转，冷媒通过外壳1上端部的吸入管100流入外壳1内部。流入外壳1内部的冷媒通过连接在主轴承300上的压缩部辅助吸入管350输送到外部齿轮320内侧空间。经过压缩部辅助吸入管350的冷媒通过跟外部齿轮320内侧空间连通的主轴承300吸入口300a流入外部齿轮320内侧空间里。随着轴连接于电机轴220上的内部齿轮330旋转，输送到外部齿轮320内侧空间里的冷媒逐渐被压缩后流向压缩板340上的排出口340a，然后通过连接在排出口340a的压缩部排出管360输送到冷凝器5里。

压缩部3的排出口340a面积当然要比吸入口300a面积小一些。

在冷凝器5经过热交换过程的冷媒再次流入本发明压缩机的齿轮式膨胀部4里。在冷凝器5经过热交换的冷媒通过连接在副轴承440一侧的膨胀部吸入管450后，通过副轴承440的吸入口440a流入外部齿轮420内侧空间里，而且根据电机轴220上轴连接的内部齿轮430旋转，流入外部齿轮420内侧的冷媒逐渐膨胀后通过连接在副轴承440另一侧排出口440b的膨胀部排出管460排出，输送到蒸发器6里。

膨胀部4的排出口440b面积当然要比吸入口440a面积小一些

另外，齿轮式压缩部3和齿轮式膨胀部4像前述的实施例一样全都设置在一个外壳1内为最好，但是齿轮式压缩部3和齿轮式膨胀部4也可以分开设置在不同的外壳1里。电机2也可以设置在外壳1外部，而且只要是能产生驱动力的装置，不管任何一种都做为驱动装置可以代替电机2。

图4a示出构成压缩部3的内部齿轮330和外部齿轮320的几何形态，外部齿轮320具有比结合在电机轴220上旋转的内部齿轮330齿牙330a更多数量的齿槽320a，而且内部齿轮330的旋转中心和外部齿轮320的旋转中心之间有一定的偏心距e。

一般，内部齿轮330齿牙330a的数量较外部齿轮320齿槽320a的数量少，而且齿牙330a的形状构成旋轮曲线为最好。

图4b示出构成膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420的几何形态。膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420的结构跟压缩部3的内部齿轮330和外部齿轮320的结构相同，只是大小有所不同。

本发明结构的压缩机在压缩冷媒时产生的转距变化量比起配备其它结构的压缩装置明显下降。即，本发明结构的压缩机跟往复动式压缩机比起来转距变化量明显下降。而且，本发明的齿轮式压缩机，当冷媒压缩以及膨胀的时候，由于外部齿轮320，420跟内部齿轮330，430一起旋转，维持均衡转距，所以振动以及噪音下降。

本发明的齿轮式压缩机，内部齿轮330，430的多个齿牙330a，430a和外部齿轮320，420侧的多个齿槽320a、420a相互接触，所以从内部齿轮传送到外部齿轮的力不会集中在某一处，而是分散在多处的效果。

本发明的齿轮式压缩机具有内部齿轮330，430齿牙330a，430a和外部齿轮320，420侧的齿槽320a，420a相互啮合的位置速度差，即相对速度小的优点。

本发明的齿轮式压缩机也可以把二氧化碳用做冷媒。

如果把二氧化碳作为冷媒，具有使用时间长、没有毒性、非可燃性等优点。另外，还有价格便宜、资源丰富、不必回收、跟润滑油容易溶解等优点，因单位容积的冷却量是CFC系列R-22的5倍，所以在产生相同制冷容量时，比其他冷媒容积小以及压缩比率也小。因此，本发明的齿轮式压缩机把二氧化碳用作冷媒，所以能充分利用优点。

本发明的齿轮式压缩机，构成压缩部3的压缩气缸310和其内侧的外部齿轮320之间以及构成膨胀部4的膨胀气缸410和其内侧的外部齿轮420之间的接触面做相对运动，所以各接触面之间容易出现由摩擦引起的机械损失。

本发明在位于压缩气缸310以及膨胀气缸410内侧的外部齿轮320，420外周面上形成有多数个垂直线形态的油槽320g，420g，所以在外部齿轮320，420旋转时跟冷媒一起吸入而停留在外部齿轮320，420外周面的油槽320g，420g内的润滑油随着外部齿轮的旋转向接触面的整个表面移动扩散，由此可以减少各气缸310，410和外部齿轮320，420之间因摩擦发生机械损失的现象。

如图7所示，本发明另一实施例的在外部齿轮320外周面上形成的油槽320g构成锯齿(sawtooth)模样，图8是在外部齿轮外周面上形成的油槽320g构成波纹(dimple)模样的情况。，图9是在外部齿轮320外周面上形成的油槽320g构成螺旋形态的情况，例如：油槽320g是螺旋形态，可以构成围绕外部齿轮320外周面1圈的形态，也可以构成2圈以上的形态。在上述实施例中，虽然油槽的形态有所不同，但工作原理和效果跟前述的相同或者相似，所以下面不再详细说明。

另外，油槽的形态除了所给的几种实施例形态以外，在没有脱离权利要求范围内可以有多种变形，下面不再一一说明。

虽然没有单独示出，几种实施例中的油槽形态当然也同样适用于膨胀气缸410内侧的外部齿轮420上。

另外，跟外部齿轮320外周面上形成的油槽320g分开，如果在压缩气缸310追加形成供油孔310h，向接触面供给的润滑油流入效果进一步提高。

如图4a的扩大部所示，旋转的外部齿轮320外周面上的润滑油220的流动速度较快，离外部齿轮320外周面远的供油孔310h出口侧的润滑油220流动速度较慢，所以根据速度差，压缩气缸310外侧的润滑油220通过供油孔310h持续不间断流入压缩气缸310和外部齿轮320之间。

而且，根据相同的原理，润滑油也流入膨胀气缸410和其内侧的外部齿轮420之间。

这时，润滑油A的最低油位应该要高于从外壳1底面到压缩气缸310顶部的高度。

另外，在压缩气缸310或者膨胀气缸410的主体内部沿着径向形成的供油孔310h，410h也可以形成径向外侧高并径向内侧低的倾斜结构。

在这种状态下，除了外部齿轮320，420周围的速度差之外，还存在供油孔310h，410h入口和出口之间的位能差，所以向外部齿轮320，420和气缸310，410之间能更加流畅地供给润滑油。

Claims (10)

1、一种齿轮式压缩机，其特征在于，包括电机(2)；接受电机(2)的驱动力压缩从蒸发器(6)流入的冷媒的齿轮式压缩部(3)；对从齿轮式压缩部(3)排出的经过冷凝器后被压缩机重新吸入的冷媒进行膨胀的齿轮式膨胀部(4)；

所述齿轮式压缩部(3)包括固定在电机下部侧的主轴承(300)；设置连接在主轴承(300)下部，并在外周面上形成有油槽(320g)的环形压缩气缸(310)；位于压缩气缸(310)内侧空间可以旋转的外部齿轮(320)；设置在外部齿轮(320)内侧，并接受电机的驱动力，跟外部齿轮(320)啮合旋转的同时压缩冷媒的内部齿轮(330)；设置连接在压缩气缸下部的压缩板(340)；

所述齿轮式膨胀部(4)包括设置在齿轮式压缩部(3)的压缩板下部的膨胀板(400)；设置连接在膨胀板(400)下部，并在外周面上形成有油槽(420g)的环形膨胀气缸(410)；位于膨胀气缸(410)内侧空间可以旋转的外部齿轮(420)；设置在外部齿轮(420)内侧，并接受电机的驱动力，跟外部齿轮(420)啮合旋转的同时膨胀冷媒的内部齿轮(430)；设置连接在膨胀气缸下部的副轴承(440)。

2、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于在齿轮式压缩部的外部齿轮(320)和齿轮式膨胀部的外部齿轮(420)外周面上形成的油槽(320g，420g)均形成直线形态。

3、根据权利要求2所述的齿轮式压缩机，其特征在于所述在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽(320g，420g)在垂直方向上，并与电机轴的旋转轴线平行。

4、根据权利要求3所述的齿轮式压缩机，其特征在于所述在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽沿着圆周方向相隔指定间距形成有多数个。

5、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽构成锯齿(sawtooth)状。

6、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽构成波纹(dimple)状。

7、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于在齿轮式压缩部的外部齿轮和齿轮式膨胀部的外部齿轮的外周面上形成的油槽构成螺旋形态。

8、根据权利要求7所述的齿轮式压缩机，其特征在于所述螺旋形态的油槽构成围绕外部齿轮外周面1圈的形态。

9、根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的齿轮式压缩机，其特征在于齿轮式压缩部的外部齿轮的油槽(320g)与齿轮式压缩部的外部齿轮(320)上部面或者下部面不连通；齿轮式膨胀部的外部齿轮的油槽(420g)与齿轮式膨胀部的外部齿轮(420)上部面或者下部面不连通。

10、根据权利要求1所述的齿轮式压缩机，其特征在于在压缩气缸(310)以及膨胀气缸(410)的内部径向形成有供油孔(310h，410h)。

Images