CN101173664A - 二阶压缩旋转式压缩机及其控制方法和应用 - Google Patents

二阶压缩旋转式压缩机及其控制方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种二阶压缩旋转式压缩机及其控制方法和应用，密封的壳体内收纳有电机和压缩组件，压缩组件包括通过中隔板隔开的中间压气缸和高压气缸，分别装在气缸上的活塞和滑片，驱动活塞的偏心曲轴，支撑偏心曲轴的主轴承和副轴承，中间压气缸设置在主轴承上，高压气缸设置在副轴承上，副轴承上设置有消音器。主轴承上设置有消音器和排气装置，消音器覆盖在排气装置上。主轴承和副轴承分别包括第一轴承、第二轴承和第一凸缘、第二凸缘，其中，第一轴承和第二轴承支承偏心曲轴，第一凸缘和第二凸缘分别设置在中间压气缸和高压气缸上，并被主螺栓固定密封在相应气缸的开口处。本发明具有吐油量小、压缩机效率高、活塞和滑片润滑效果好的优点。

Description

二阶压缩旋转式压缩机及其控制方法和应用
技术领域
本发明涉及一种旋转式压缩机，特别是一种二阶压缩旋转式压缩机及其控制方法和应用。
背景技术
最近，使用CO2等超高压冷媒以及喷气方式来提高制热量的方式在旋转式压缩机导入二阶压缩方式的研究不断进步，二阶压缩旋转式压缩机的原理在很早以前就众所周知，但作为壳体内压力的设计主要有以下二种方式。
第一种，低压气体在中间压气缸内被压缩成中间压力气体，直接导入至第二段气缸吸入孔，在第二段气缸内进行压缩。在第二段气缸内被压缩的高压气体排入压缩机壳体内，通过安装在壳体内的排气管排出至系统侧的设计。这样，壳体内压力形成高压侧，通过高压气缸排出的气体，经由壳体流入系统侧，基本不会发生对系统的排油问题。而且，也容易对活塞和滑片进行润滑。
第二种，在中间压气缸内被压缩的中间压力气体排入壳体后，将壳体内的气体导向第二段气缸吸入孔，将在高压气缸内被压缩的高压气体直接排出壳体外部的系统侧的设计。这样，壳体内的压力就变成了中间压力。
但是，在使用CO2等超高压冷媒的时候，从壳体耐压的角度来看，推荐第二种设计，但采用第二种方式的二阶压缩方式的旋转式压缩机的应用技术方面经验不足，仍然存在吐油量增加和与由此引起的压缩机效率降低，活塞和滑片的润滑，生产效率低等几个的大课题。以下提供的技术就是关于改善和解决二阶压缩旋转式压缩机中存在的这些课题的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理、吐油量小、压缩机效率高、活塞和滑片润滑效果好、生产效率高的二阶压缩旋转式压缩机，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种二阶压缩旋转式压缩机，密封的壳体内收纳有电机和压缩组件，压缩组件包括通过中隔板隔开的中间压气缸和高压气缸，分别装在气缸上的活塞和滑片，驱动活塞的偏心曲轴，支撑偏心曲轴的主轴承和副轴承，其结构特征是中间压气缸设置在主轴承上，高压气缸设置在副轴承上，副轴承上设置有消音器。
所述的主轴承上设置有消音器和排气装置，消音器覆盖在排气装置上。
所述的主轴承和副轴承分别包括上下设置的第一轴承、第二轴承和第一凸缘、第二凸缘，其中，第一轴承和第二轴承支承偏心曲轴，第一凸缘和第二凸缘分别设置在中间压气缸和高压气缸上，并被主螺栓固定密封在相应气缸的开口处，第一凸缘和第二凸缘分别和排气孔、排气阀和限位板组装成第一排气装置和第二排气装置，和/或第二凸缘的外缘端面和第二轴承的下端面设置在同一平面上。
所述的第一消声器设置在第一凸缘上，完全覆盖第一排气装置，第一消声器的中心孔和第一轴承之间设置有间隙；端板通过主螺栓固定在第二凸缘上，在第二凸缘上被端板所密封的空间就构成了第二消声器。
所述的第一凸缘上设置有一个及以上的条孔，条孔沿周向布置。
所述的电机转子的端环处设置有圆板，圆板下部的中央设置有圆形孔，该圆形孔和主轴承之间保持一定间隙。
所述的副轴承的第二消声器的侧壁上有设置有开孔，开孔上装配有排气管。
所述的压缩机还包括油分离器，油分离器的安装高度位于电机转子下部，或者位于偏心曲轴的电机转子下部和主轴承之间，或者位于主轴承侧面的轴承上。
按此目的设计的二阶压缩旋转式压缩机的控制方法，从低压气体吸入到高压气体排出的气流沿中间压气缸、压缩机壳体内、高压气缸和消音器的顺序依次流经。
从消音器排出的气体先从电机下部流经电机上部，再由电机上部吸入至高压气缸。
在中间压气缸中升压的中间压气体通过第一排气装置排出到第一消声器，再通过间隙到达电机下部。
中间压气缸内的气体排出至壳体内，通过设置在壳体外部的高压气体回路上的油分离器将油返回至压缩机壳体内，和/或高压气缸内。
本发明通过在主轴承侧配置中间压力汽缸、副轴承侧配置高压汽缸、为各消声器设计和制造提供便利，并且提出了防止从中间压力汽缸向高压汽缸的排油的有效方法。为了解决二阶压缩旋转式压缩机向系统侧排油的课题，对油分离器分离后的回油位置进行了说明，并证明了本发明提供的技术方案是最优化的。
本发明不仅仅可以应用在目前的氟里昂、HCFC、HFC或HC类冷媒中，也可以在今后将备受关注的CO2等超高压冷媒中发挥作用。
附图说明
图1为本发明一实施例结构示意图。
图2为本发明剖视放大结构示意图。
图3为图2的X-X剖视结构示意图。
图4为图3的局部剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图中：1为压缩机，2为排气管，3为油分离器，4为冷凝器，5为膨胀阀，6为蒸发器，7为低压吸入管，8为中间压排气管，9为中间压吸气管，10为第二回油管，11为压缩机壳体，14为第一回油管，21为中间压气缸，22为高压气缸，23.1为第一压缩腔，23.2为第二压缩腔，24.1为第一活塞，24.2为第二活塞，25.1为第一滑片，25.2为第二滑片，26为偏心曲轴，27为主轴承，28为副轴承，29为第一轴承，30为第二轴承，31为第一凸缘，32为第二凸缘，33为转子，34为定子，35为中隔板，43为第一排气装置，44为第二排气装置，45为第一消声器，46为间隙，47为端板，48为主螺栓，49为第二消声器，50为辅助螺栓，51为注油孔，54为条孔，55为油池，60为端环，61为圆板。
参见图1，在压缩机1中被压缩的高压冷媒通过排气管2流经油分离器3到达冷凝器4，在冷凝器中被冷凝的冷媒通过膨胀阀5流经蒸发器6蒸发后变成低压冷媒，最后到达压缩机的低压吸入管7。在压缩机1内被压缩的中间压力气体在压缩机内被排出后，通过中间压排气管8流经中间压吸气管9，在压缩机内再次被压缩，最后通过排气管2排出，于是，内外流动构成循环系统。另外，从油分离器3分离出来的油可以通过第二回油管10流回压缩机内部。这种循环系统被广泛用于空调或冷冻装置中。
图2为通过吸气管7吸入低压气体最终变成高压气体到达排气管2的气体流经路径的压缩机剖面图。
在压缩机壳体11内部固定有压缩机组件和电机，电机由定子34和转子33组成。另一方面，压缩组件是由压缩相关主要零部件构成。
压缩机组件是由二个气缸，即中间压气缸21和高压气缸22组成，在中间压气缸21和高压气缸22之间安装的中隔板35分别密封各气缸的第一压缩腔23.1和第二压缩腔23.2。第一压缩腔23.1和第二压缩腔23.2内分别收纳了第一活塞24.1和第二活塞24.2，第一滑片25.1和第二滑片25.2分别插入到对应的汽缸滑片槽中。由于偏心曲轴26能同时驱动二个活塞转动，故可以在相应气缸内进行气体的吸入和压缩。
主轴承27和副轴承28分别由第一轴承29、第二轴承30和第一凸缘31、第二凸缘32组成，其中，第一轴承29和第二轴承30支承偏心曲轴26，第一凸缘31和第二凸缘32分别在中间压气缸21和高压气缸22上被主螺栓48固定密封在相应气缸的开口处。固定在偏心曲轴26的电机转子33被固定在壳体11内径上的电机定子34所驱动。
第一凸缘31、第二凸缘32分别与排气孔、排气阀及限位板组装成第一排气装置43和第二排气装置44。
将第一消声器45安装在第一凸缘31上时，必须覆盖第一排气装置。第一消声器45中心孔和第一轴承29之间形成的间隙46就是气体通道。即，在中间压气缸21中升压的中间压气体通过第一排气装置排出到第一消声器，通过间隙到达电机下部。于是，第一消声器具有降低排出气体噪音的效果。
图3-图4为副轴承28和第二消声器49的密封结构示意图。
第二凸缘32的外周设计时要和第二轴承30的下端面呈同一平面，要经过精密磨削。
同样经过精密平面磨削的端板47被主螺栓48固定在第二凸缘32上。在第二凸缘上被端板47所密封的空间就构成了第二消声器49。第二消声器内的压力是属于高压侧，第二消声器的外侧压力为中间压力，所以端板47要严格密封第二消声器，以防止通过第二消声器将气体泄漏至外面。为此端板47的外圆部需要用主螺栓48固定，而且中心部位的第二轴承30的下端面上要用数个辅助螺栓50进行固定。
图1和图2中，在副轴承28的第二消声器49上设置有开孔，开孔上装配有排气管2，该排气管的作用是伸出壳体外部将排出气体向系统的冷凝器4排出，管路中安装油分离器3的目的是将混合在排出气体中的油分离出来。分离出来的油通过壳体11安装的第一回油管14回到壳体内。或者，从第二回油管10经过中隔板35，然后从高压汽缸22压缩腔侧壁开口的注油孔51注入高压汽缸的第二压缩腔23.2中。
壳体11下部设置有油池55，油从这里向偏心曲轴26供油。另外，第一凸缘31上设计的条孔54是将主轴承或电机部分流出的油返回油池。
电机转子33的端环60处安装有圆板61。圆板下部的中央有圆形孔，该圆形孔和主轴承27之间设置有小间隙，圆板61可以和电机转子一起转动，该圆板也具有减少压缩机吐油量的作用。
压缩机一旦启动，低压气体就被从低压吸入管7向中间压汽缸21吸入，并被压缩。在这里，压缩的中间压气体从第一排出装置43向第一消声器45流出，并通过间隙46到达电机下部。这时，对第一轴承29和偏心曲轴26进行润滑的油从第一轴承的上端排出，由于圆板61的作用，油向外周方向飞出，可有效防止油和从第一消声器的间隙流出的气体混合。从第一消声器出来的气体通过电机转子和定子之间的间隙移到电机上部的空间，进一步从中间压排气管8进入中间压吸气管9。从中间压吸气管9吸入的中间压气体在高压汽缸22中被压缩成为高压气体，从第二排出装置44向第二消声器49排出。之后，从排气管2经过油分离器3在系统内循环。
通过以上说明大家可能清楚了系统低压侧的吸入气体分二次压缩。即首先变成中间压力进入壳体内。此时壳体压力为中间压力。之后，再次被压缩最终成为高压气体流入系统的冷凝器。
本文提供技术的特点是将中间压侧的第一消声器45设计在第一凸缘处，将高压侧的第二消声器设计在第二凸缘中，下面说明其优点。
第一消声器的内压和壳体压力同为中间压力，所以第一消声器不需要严格防止气体泄漏。但是，由于第二消声器49设置在高压侧，所以壳体压力(中间压侧)中间有大的压差，故必须严格防止气体泄漏。一旦高压气体向壳体内泄漏，那么与泄漏量成正比的压缩机能力将会降低。由于第二轴承的高度较低，所以进行平面磨削，以和第二凸缘的外圆部之间的高度保持一致，因此，固定同样进行平面磨削的端板就可以形成无气体泄漏的消声腔。
如果，与本文提供的技术相反，在主轴承侧设置高压汽缸和消声器，那么，主轴承的第一轴承的高度比第一凸缘的外圆部分的高度要高出数倍，进行平面磨削就显得非常困难，甚至是不可能的。即安装平面形状的端板设计成消声器比较有难度。其结论是：在将壳体内压作为中间压力的二阶压缩旋转式压缩机中，将中间压汽缸设置在主轴承侧，将高压汽缸设置在副轴承侧，则比较容易设计出第一消声器和第二消声器，并能较好的解决消声器的制造问题。
从中间压汽缸排出的、由第一消声器向电机和主轴承之间流出的混入在中间压气体中的油，经由电机的间隙流进电机上部空间。此时，大部分油从气体中分离并滴下，最后回到油池被回收。这种结构对于将油从气体中分离出来具有很好的效果。
为利用该效果，使从第一消声器流出的中间压气体经过电机上部空间吸入高压汽缸中就可以了。
如果高压汽缸吸入的气体中含有大量的油，油会在高压汽缸中被压缩，最后经由排气管向系统流出，这样就会大大降低系统中热交换器(蒸发器和冷凝器)的性能。但是，压缩机启动时压力过高，或者低压气体本身的压力较高，壳体就不能回收所有的油，而需要下述的油分离器3。
油分离器3安装在排气管和冷凝器之间。在这里，油分离器分离出的油返回压缩机的部位有下面三种情况。
(A)返回压缩机的低压侧，比如返回低压吸入管。
由于油分离器(处于高压侧)和低压吸入管之间存在较大的压差，油容易回到低压吸入管，之后，在中间压汽缸内被压缩的油可以保证处于壳体内。但是，溶于油的冷媒会再次膨胀，中间压汽缸吸入的有效气体量(在系统中循环的气体量)会减少。故这种状态下的压缩机能力会下降。由于压缩机能力降低和回油量成正比，推测会降低压缩机约5％左右的工作能力或效率。
(B)返回压缩机壳体内。
这个设计如图2所示将第一回油管14设在壳体11侧面。和(A)相同即使通过(B)的方法，也可以高效地将油分离器排出的油回收到壳体内的油池中。即使溶入油中的冷媒发生再次膨胀，壳体内压力会稍有上升，但是也不会发生如(A)中所示的大幅度的工作能力下降。而且，壳体回油位置设计在电机和主轴承之间的空间或其下侧，从油回收率的观点来看也是最合适的。
(C)回到高压汽缸压缩腔时。
图2和图3所示第二回油管14为(C)方法的一个案例。第二回油管一端插入到中隔板35，其端部连通在高压汽缸22的第二压缩腔23.2处设置有注油孔51。注油孔51开口于高压汽缸的气体压缩行程中，从油分离器出来的油可以注入汽缸压缩气体中。
这时候，注入高压汽缸中的油不能回到壳体内，会再次流到油分离器中。在这里分离出的油会再次回到汽缸中，在油分离器和高压汽缸之间形成循环。另一方面，高压汽缸将会吸收壳体不能分离的微量油，油分离器内的油量会增加。因此，如果对(A)和(B)进行比较的话对系统侧流出的吐油量就较多。这个方法中的油会返回到高压汽缸压缩腔的压缩气体中去，虽然不会降低工作能力，但推测可能会发生约1％～2％的电机输入功率增加。油直接供应到高压汽缸，则活塞和滑片都可以得到润滑。
综上所述，从防止对系统侧的排油、确保压缩机性能、改善活塞和滑片润滑性这三个方面来考虑，就会得到(B)或者(C)方案最好的结论，除了可以单独采用(B)或(C)之外，建议可同时采用(B)和(C)。这种情况下，推荐通过(B)方法以提高回油量的比例，减少(C)方法的返回量比例从而防止排油，保持压缩机效率、活塞和滑片的润滑性，达到平衡。

Claims (13)

1.一种二阶压缩旋转式压缩机，密封的壳体(11)内收纳有电机和压缩组件，压缩组件包括通过中隔板(35)隔开的中间压气缸(21)和高压气缸(22)，分别装在气缸上的活塞和滑片，驱动活塞的偏心曲轴(26)，支撑偏心曲轴的主轴承(27)和副轴承(28)，其特征是所述的中间压气缸设置在主轴承上，高压气缸设置在副轴承上，副轴承上设置有消音器。
2.根据权利要求1所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的主轴承(27)上设置有消音器和排气装置，消音器覆盖在排气装置上。
3.根据权利要求2所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的主轴承(27)和副轴承(28)分别包括上下设置的第一轴承(29)、第二轴承(30)和第一凸缘(31)、第二凸缘(32)，其中，第一轴承和第二轴承支承偏心曲轴(26)，第一凸缘和第二凸缘分别设置在中间压气缸(21)和高压气缸(22)上，并被主螺栓(48)固定密封在相应气缸的开口处，第一凸缘、第二凸缘分别与排气孔、排气阀及限位板组装成第一排气装置(43)和第二排气装置(44)，和/或第二凸缘的外缘端面和第二轴承的下端面设置在同一平面上。
4.根据权利要求3所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的第一消声器(45)设置在第一凸缘(31)上，完全覆盖第一排气装置(43)，第一消声器的中心孔和第一轴承(29)之间设置有间隙；端板(47)通过主螺栓(48)固定在第二凸缘(32)上，在第二凸缘上被端板所密封的空间就构成了第二消声器(49)。
5.根据权利要求3所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的第一凸缘(31)上设置有一个及以上的条孔(54)，条孔沿周向布置。
6.根据权利要求1所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的电机转子(33)的端环(60)处设置有圆板(61)，圆板下部的中央设置有圆形孔，该圆形孔和主轴承(27)之间保持一定间隙。
7.根据权利要求1所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的副轴承(28)的第二消声器(49)的侧壁上设置有开孔，开孔上装配有排气管(2)。
8.根据权利要求1所述的二阶压缩旋转式压缩机，其特征是所述的压缩机还包括油分离器(3)，油分离器的安装高度位于电机转子(33)下部，或者位于偏心曲轴(26)的电机转子下部和主轴承(27)之间，或者位于主轴承侧面的轴承上，和/或第一回油管(14)一端与油分离器相接，另一端与壳体(11)内部连通，和/或第二回油管(10)一端与油分离器相接，另一端经过中隔板35，然后从高压汽缸(22)压缩腔侧壁开口的注油孔(51)与高压汽缸的第二压缩腔(23.2)相通。
9.根据权利要求1所述的二阶压缩旋转式压缩机的控制方法，从低压气体吸入到高压气体排出的气流沿中间压气缸、压缩机壳体内、高压气缸和消音器的顺序依次流经。
10.根据权利要求9所述的二阶压缩旋转式压缩机的控制方法，其特征是所述的从消音器排出的气体先从电机下部流经电机上部，再由电机上部吸入至高压气缸。
11.根据权利要求9或10所述的二阶压缩旋转式压缩机的控制方法，其特征是所述的在中间压气缸(21)中升压的中间压气体通过第一排气装置排出到第一消声器，再通过间隙(46)到达电机下部。
12.根据权利要求9所述的二阶压缩旋转式压缩机的控制方法，其特征是所述的中间压气缸(21)内的气体排出至壳体(11)内，通过设置在壳体外部的高压气体回路上的油分离器(3)将油返回至压缩机壳体内，和/或高压气缸内。
13.根据如权利要求1所述的二阶压缩旋转式压缩机的应用，可采用氟利昂、HCFC、HFC、HC或CO2作为冷媒。
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