CN101438108B - 制冷剂/油分离器 - Google Patents

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Abstract

一种用于使得油与制冷剂分离的装置，其包括：壳体；用于接受制冷剂/油混合物的入口导管；分离器介质；制冷剂出口导管；和油出口导管。该入口导管具有在壳体外侧的入口和在该壳体内的出口，并且提供了用于限制由该壳体传递的外部噪音的装置。

Description

制冷剂/油分离器
技术领域
本发明涉及压缩机系统，尤其涉及具有制冷剂/油分离器的系统。
背景技术
制冷剂压缩机具有多种类型的结构形式，并且广泛地用于各种应用场。示例性的结构形式包括螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、和往复式压缩机。示例性的应用场合包括用于制冷系统、空调系统、热泵系统、制冷机系统等。典型的应用场合涉及闭环式系统。
压缩机润滑对于控制发热和磨损而言是重要的。润滑剂(润滑油)还有助于压缩机工作元件相对于壳体的密封和/或压缩机工作元件彼此之间的密封。当制冷剂流经压缩机时，对于润滑油而言往往容易被夹带在制冷剂中。对于系统效率而言，所希望的是在经压缩的制冷剂流向下游系统部件(例如冷凝器、膨胀装置、蒸发器等)之前使得所述油与所述经压缩的制冷剂分离。
现有技术中存在各种类型的制冷剂/油分离器系统。示例性的系统使得被分离出来的油返回到压缩机。示例性的系统是压力驱动的，以便使得油回到吸气状态或接近吸气的状态，或者达到接近排气的状态。
在压缩机设计中，噪音抑制也是一重要的考虑因素。已经提出了多种形式压缩机消声器。
发明内容
本发明的一方面涉及一种用于使得油与制冷剂分离的装置。该装置具有壳体；用于接受制冷剂/油混合物的入口导管；分离器介质；制冷剂出口导管；和油出口导管。该入口导管具有在壳体外侧的入口和在该壳体内的出口，并且提供了用于限制由该壳体传递的外部噪音的装置。
在不同实施形式中，该分离器介质包括丝状填料。该入口导管的入口位于该壳体出口。该壳体包括纵向延伸的大致环形截面的侧壁以及第一和第二圆盖形的端部。该入口导管的出口定位成便于引导制冷剂/油进入流，以使其撞击该第一偏离中心的圆盖形端部。该装置与压缩机一起使用，该压缩机具有与该入口导管入口连接的排气端口。入口导管是单个入口导管，并且该入口导管的出口是所述单个入口导管的单个出口。
本发明的另一方面涉及一种再造制冷剂/油分离器或重新构造该分离器的结构的方法。提供最初的这种分离器或结构，其具有：壳体；入口导管，其具有在壳体外侧的入口；分离器介质；和制冷剂出口导管；以及油出口导管。选择该入口导管的出口在该壳体定位的至少一个几何参数，以便在再造或重新构造的结构中提供对于由该壳体传递的外部噪音的所希望的控制。
在不同实施形式中，所述选择使得该入口导管的出口移动以便更靠近该壳体内表面部分。所述选择可有效地延长该入口导管的末端部分。所述选择可有效地直线延长该入口导管的末端部分。所述选择包括反复的优化过程。该优化可包括改变该入口导管的出口与该壳体的内表面部分的靠近程度。该优化还包括直接或间接地确定所述噪音的参数(例如，直到使其最小化，或者在一个或多个所需范围内确定)。所述确定包括测量处于对与该分离器相关的压缩机脉动而言的目标频率的所述噪音的强度。除了该入口导管之外，该分离器是其余部分基本上没有改变。
附图说明
参照以下的附图和详细描述来阐述本发明的一个或多个实施例。结合以下的附图和详细描述以及权利要求，可更好地理解本发明的其它的特征、目的和优点，在附图中：
图1是压缩机和分离器系统的底视图；
图2是图1所示的分离器的内侧视图；
图3是沿图2的线3-3截取的横向截面图；
图4是沿图3的线4-4截取的纵向截面图；
图5是沿图2的线5-5截取的横向截面图；
图6是替代性的压缩机和分离器系统的局部截去示意图；和
图7是替代性的压缩机和分离器系统的局部截去示意图。
在各个图中相同的附图标记和符号表示相同或相似的部件。
具体实施方式
图1示出了包括压缩机22的系统20，该压缩机具有一从入口23延伸到出口24的壳体并包含马达和一个或多个工作元件(例如未示出的转子)，以便沿压缩路径压缩工作流体以驱动该工作流体从该入口流向该出口。
该系统20还包括一分离器30，该分离器包括分离器容器32。分离器入口导管34具有一与压缩机出口24连接的上游端。该分离器具有制冷剂出口导管36。油返回导管40经由过滤器42连接到压缩机22上，以便使得润滑油从分离器30返回到压缩机22。在工作中，进入压缩机入口23的制冷剂(可能具有相对较少量的油)在压缩机中夹带附加的油，因此大量的油/制冷剂混合物从压缩机出口24排出。分离器30将所述附加的油分离出来，使得相对无油的制冷剂离开出口导管36并且使得分离出来的油经由油返回导管40回到压缩机。
图2示出了分离器容器32的其它细节。该容器32包括大致圆柱形(管状)的中心部分或本体50，其围绕/沿一中心纵向轴线510从上游端51延伸到下游端52。在上游端和下游端处，(例如借助焊接)固定有圆盖形的端部件或盖53和54。示例性的本体和盖材料是合金(例如钢)。在示例性实施形式中，入口导管34在本体50的相对下部且大致位于偏离中心在本体的上游侧的三分之一的范围内的位置处穿过本体50。这种定位除了作为便于实现壳体内的制冷剂流动的所需相互影响的任何工程设计之外，也是便于使用现有库存部件的人为因素。这样，替代性的导管可以按不同方式定位，(例如在侧向和垂直方向上位于中心和/或更高)。出口导管36在相对上部且居中位置处(例如在轴线510的上方)穿过盖54。油返回导管40在相对上部且下游位置处穿过本体50。一替代性的油返回导管可形成在壳体的下部排液端口处。
图3和4示出了作为从上游端30(参见图3)延伸到下游端62(参见图4)的组件的入口导管34。相对较直的上游长度部分66从在上游端60处的接头延伸，以便穿过本体50。在其下游端处，该长度部分66与第一弯头68连接。在其下游端处，第一弯头68与第二弯头70连接，第二弯头的下游端沿纵向面对上游盖53的内表面74。一直的末端导管部分/部件80具有容纳在第二弯头70的下游端部分中的上游端部分。该末端导管部分80从第二弯头70的下游端延伸，并且具有形成导管下游端/出口端62的下游端部分。该下游端/出口端62定位成离开内表面74一距离L1。该部分80有利地与该轴线510同轴或接近同轴。然而，现有的成品导管弯头部件可能影响这种位置上的便利性。
制冷剂/油的流动520离开该出口端62并且撞击到该内表面74上。这种撞击有助于使得一部分的油与制冷剂分离。这部分油粘到内表面74上并且沿该内表面向下流动到该容器底部的收集部90中。被转向的制冷剂和剩余的油作为流动522流向下游，并且遇到在该容器中大致居中设置的分离介质92。示例性的介质包括金属丝填料或丝网组件，其具有足够的孔隙率以便使得制冷剂能够流过，但是具有每单位表面积足够的体积以便收集更多的油。孔隙率还使得收集部90中的油朝向下游流经该介质92。当所述流动522从介质的上游表面流向介质的下游表面时，油逐渐地被除去并向下流经该介质以便会聚到收集部90中。基本上无油的制冷剂流524离开该下游表面以便进入该容器的下游客积中，并且经由制冷剂出口导管36流出。油返回导管40的端部98定位成浸入收集部90中以便吸取用于润滑压缩机的油。
依据本发明，入口导管34与该容器之间的关系可以调节成便于提供噪音衰减程度。所述流动520易于受到压力脉动的影响。脉动频率是压缩机转速和其工作元件的几何形状(例如螺杆式压缩机中的转子突齿的数量/组合)的函数。在特定的实施形式中，这种调节可以借助适当地选择该分开长度L1来实现。该调节可适用于各种类型的情况。例如，相同的基本分离器部件可用于不同的压缩机。在附加的或其它的情况下，对于相同的基本压缩机和分离器而言，不同的应用场合涉及不同特征的工作转速(以及由此产生的脉动频率)。在给定压缩机结构形式和目标工作状态(或多个状态或状态范围)的情况下，可选择适当的长度L1，以便使得在给定频率下脉动的影响降至最小，并且/或者在一个或多个频率下或在一频率范围内保持所希望的较低的目标水平。这种优化可以对于实际的硬件反复地执行，或者借助模拟或借助计算来执行。示例性的优化包括选择末端导管部件80的适当长度L2。这种优化可以借助例如更换不同尺寸的末端导管部件80来执行，或者通过修整或使用更复杂的结构例如可调节的伸缩末端部分来执行。
这种优化可以作为对现有的分离器进行再造(remanufacturing)的一部分或作为对于现有的分离器结构进行重新构造(reengineering)的一部分。例如，基准系统可能不设置该末端导管部件80，而是终止于弯头下游端72。该末端导管部件80的设置可以增加一适当的长度，以便提供所希望的噪音衰减。在示例性的优化中，除了测量噪音参数(例如靠近壳体的噪音强度)之外，还测量了其它的参数。一个值得注意的参数是背压。如果导管出口过于靠近壳体壁，这种靠近作为一节流部，由此增大了导管中的和其上游的背压，并且降低了压缩机输出和效率。该背压是直接测量或间接测量的(例如通过测量下游压力而间接测量)。该优化可以包括选择靠近程度，这是在噪音降低的任何边界收益与背压的任何边界损失之间进行平衡。
在最初的构造中，可以确定计算所得到的理论基准分离，并且进一步进行优化。我们采用四分之一波共振器理论以便建立基准(baseline)。该理论已经在M.L.Munjal所著的Acoustics of Ductsand Muffler，John Wiley & Sons，New York，1987年出版的第68-70页中进行了详细地描述。然而，这种计算将分离器模型化为逆膨胀延伸的管共振器，这产生了过度的分离，其优化效果下降，直到产生不希望的背压时才能降低噪音。
图6示出了具有共同壳体组件202的压缩机/分离器系统200。该壳体组件具有制冷剂入口204和制冷剂出口206。该壳体组件包含有一个或多个工作元件208(例如啮合的带突齿的转子)，工作元件由壳体组件内的马达210来驱动。当被如此驱动时，工作元件将来自吸气压力腔212的制冷剂压缩到排气压力腔214。分离器入口导管220从排气压力腔出口222处的上游/入口端延伸到下游/出口端224，并且穿过分离介质226。在示例性的实施方式中，在油过滤器230的每一侧上均设置有两个导管220。
在示例性的系统200中，该壳体组件包括圆盖形的端部件232，其容纳该分离介质226并限定一在该介质226远侧的容积234。在介质226的近侧的容积236可以借助端部件232和包含工作元件208的壳体主体件238来限定。示例性的端部件232具有稍微呈圆盖形的端部240，其与侧壁242连接，并且具有与壳体主体件的匹配法兰相配合的近侧安装法兰。导管出口端224紧靠地面对沿该端部240的壳体内表面244。出口端224排出含有油的制冷剂流股250，以便撞击沿该端部240的内表面244。这种撞击使得油部分地减少，油沿该内表面244向下排到油收集部252中。所获得的油部分减少的被转向的制冷剂流股254流经介质226，该介质的工作方式与所述介质92相似。介质226还进一步分离油，以便使其流向收集部252，并且介质使得基本上无油的制冷剂流股256流入容积236并随后经由端口206排出。油可以从收集部吸出并经由一(未示出的)与吸气状态或中间状态连通的端口返回以便润滑压缩机。这种现有的常规结构的基本重新构造包括移动导管出口端/端口224以便更靠近该内表面244，(例如从附图标记224’表示的基准位置移动)。
图7示出了系统300，其形成为系统200的基准形式的范围更宽泛的重新构造。这种重新构造包括将导管重新布置成附图标记302表示的构型，并具有出口304。该重新布置还包括排气压力腔出口重新定位到位置306(例如通过重新构造排气端轴承壳体)。重新布置可以解决与出口304和内表面244分开程度减小相关的任何结构问题。例如，导管302可以比导管220更直。
以上已经描述了本发明的一个或多个实施例。然而，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出各种变型。例如当作为再造或重新构造来实施时，现有的分离器的细节可能影响任何特殊实施形式的细节。本发明的原理可应用于许多更复杂的系统形式，并且可以应用于与其它功能的部件组合的相关部件上。因此，其它的实施例也落在以下的权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种用于使得油与制冷剂分离的装置，其包括：
壳体，该壳体包括纵向延伸的大致环形截面的侧壁以及第一和第二圆盖形的端部；
入口导管，该入口导管具有入口并且具有在该壳体内的出口，并且提供用于限制由该壳体传递的外部噪音的装置；
分离器介质；
制冷剂出口导管；和
油出口导管，
其中，该入口导管的出口定位成便于引导制冷剂/油进入流，以使其撞击该第一偏离中心的圆盖形端部。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，
该分离器介质包括丝状填料。
3.如权利要求1所述装置，其特征在于，
该入口导管的入口位于该壳体外部。
4.如权利要求1所述装置，其特征在于，其与压缩机一起使用，该压缩机具有与该入口导管入口连接的排气端口。
5.一种用于使得油与制冷剂分离的装置，其包括：
壳体，该壳体包括纵向延伸的大致环形截面的侧壁以及第一和第二圆盖形的端部；
导管，该导管具有在该壳体内的出口，以便排出与油混合的制冷剂流股；
一在该壳体内的表面，以便直接地接受从该导管出口排出的所述流股并使得该流股转向，该流股的油部分地减少；
用于接受所述转向的流股并分离出另一部分的油的分离器介质，油进一步减少的流股流经该分离器介质；
用于排出该流股的制冷剂出口导管；和
油出口导管，
其中，该入口导管的出口定位成便于引导制冷剂/油进入流，以使其撞击该第一偏离中心的圆盖形端部，并基本上使得由该壳体传递的外部噪音降至最小。
6.如权利要求5所述装置，其特征在于，
入口导管是单个入口导管；和
该入口导管的出口是所述单个入口导管的单个出口。
7.一种再造制冷剂/油分离器或重新构造该分离器的结构的方法，其包括：
提供最初的这种分离器或结构，其具有：
壳体，该壳体包括纵向延伸的大致环形截面的侧壁以及第一和第二圆盖形的端部；
入口导管；
分离器介质；和
制冷剂出口；
选择该入口导管的出口在该壳体定位的至少一个几何参数，以便在再造或重新构造的结构中提供对于由该壳体传递的外部噪音的所希望的控制；以及
将该入口导管的出口定位成便于引导制冷剂/油进入流，以使其撞击该第一偏离中心的圆盖形端部。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述选择使得该入口导管的出口移动以便更靠近该壳体内表面部分。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述选择有效地延长该入口导管的末端部分。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述选择有效地直线延长该入口导管的末端部分。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述选择包括反复步骤：
改变该入口导管的出口与该壳体的内表面部分的靠近程度；和
直接或间接地确定所述噪音的参数。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述确定包括测量处于对与该分离器相关的压缩机脉动而言的目标频率的所述噪音的强度。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，除了该入口导管之外，该分离器基本上没有改变。
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