CN101526084A - 壳体低压式旋转压缩机 - Google Patents

Abstract

一种壳体低压式旋转压缩机，包括压缩机和油分离器，压缩机的壳体内压力为低压侧，密封的壳体内收纳着电动机及与该电动机相接的压缩组件，压缩组件包括气缸、设置在气缸内收纳自由旋转的活塞的气缸压缩腔、驱动活塞的曲轴、支持曲轴且安装在气缸上下部的主轴承和副轴承以及设置在滑片腔内的滑片，滑片的端部抵靠在活塞的外缘，压缩机的排气管与设置在油分离器上部的气体入口管相通，设置在油分离器侧面的气体出口管与冷凝器相通，设置在油分离器底部的油出口管与壳体的内部或气缸压缩腔的内部相通。本发明具有结构简单合理、制作成本低、既能保证气缸压缩腔在压缩时得到最适量的油、又能保证滑片润滑的特点。

Description

壳体低压式旋转压缩机

技术领域

本发明涉及一种旋转压缩机，特别是一种壳体低压式旋转压缩机，适用于R410A和R407C等的HFC系冷媒、气态二氧化碳CO₂、碳氢化合物气体HC等的自然冷媒的空调机、制冷机或热水器等上的壳体低压式旋转压缩机。

背景技术

近年，从旋转压缩机在世界性普及的过程中提倡地球环保的观点来看，伴随着旋转压缩机的效率提高，相应得使用冷媒量的削减要求变得变越来越严峻，其作为把自然冷媒的CO₂或碳氢化合物HC应用在旋转压缩机上的研究加速。但是，削减给上述旋转压缩机的使用冷媒量，且把高动作压力CO₂和强可燃性的HC作为冷媒使用，与以前的壳体高压式旋转压缩机相比，壳体压力为低压侧的壳体低压式旋转压缩机具有优势。

因为下述的课题未解决，所以直到今天也未实用化。一方面需要限制给气缸压缩腔的供油量；另一方面，又存在提供给气缸压缩腔的供油量不足，从而导致旋转压缩机的效率降低的问题；并且对密封的滑片腔进行润滑也是比较困难的。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、制作成本低、既能保证气缸压缩腔在进行压缩时得到最适量的油、又能保证滑片润滑的壳体低压式旋转压缩机，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种壳体低压式旋转压缩机，包括压缩机和油分离器，压缩机的壳体内压力为低压侧，密封的壳体内收纳着电动机及与该电动机相接的压缩组件，压缩组件包括气缸、设置在气缸内收纳自由旋转的活塞的气缸压缩腔、驱动活塞的曲轴、支持曲轴且安装在气缸上下部的主轴承和副轴承以及设置在滑片腔内的滑片，滑片的端部抵靠在活塞的外缘，其特征是压缩机的排气管与设置在油分离器上部的气体入口管相通，设置在油分离器侧面的气体出口管与冷凝器相通，设置在油分离器底部的油出口管与壳体的内部或气缸压缩腔的内部相通。

所述壳体的侧壁上设置有油回收管，油回收管的一端开口于壳体内，其另一端与油分离器的油出口管相通。壳体上设置有滑片腔供油管，滑片腔供油管的一端开孔于滑片腔，其另一端与油分离器的油出口管相通，油回收管和滑片腔供油管通过油出口管相通。油回收管和油出口管之间设置有毛细管。

所述壳体侧壁上设置有主轴供油管，主轴供油管的一端与油分离器的油出口管相通，其另一端连通到主轴承，在该另一端的端部设置有开孔于气缸高压腔的喷液孔，该喷液孔通过活塞的公转运动，由活塞的上端运动面进行开闭。壳体的侧壁上设置有油回收管，油回收管的一端开口于壳体内，其另一端与油分离器的油出口管相通。

所述油分离器的气体入口管与设置在油分离器内的油分离柱相接，油出口管与设置在油分离器内的开闭阀相接，油分离器内还设置有浮标。

所述主轴承的内径、比其顶端低的位置处设置有圆周槽，曲轴横孔一端开孔于位于曲轴中央的曲轴纵孔，其另一端开孔于圆周槽；设置在主轴承内径上的主轴油槽与曲轴横孔相通。

所述位于气缸下面的副轴承中设置有第一油注入孔，第一油注入孔的一端与位于压缩机底部的油池相通，其另一端与气缸内的气缸吸入腔相通，或者，位于气缸下面的副轴承中设置有第二油注入孔，第二油注入孔的一端与位于压缩机底部的油池相通，其另一端开孔于气缸压缩腔内的气缸低压腔，或者，在副轴承和主轴承与活塞接触的运动面上设置有油槽，该油槽连通到活塞的内径和外径。

本发明通过向气缸压缩腔提供压缩作用所需的最适量的油，以及限制旋转式压缩机的对外排油量，并通过油分离器将回收的油再次返回气缸压缩腔或滑片腔，在确保压缩机的效率损失降低到最小的基础上，对滑片的进行润滑手。

本发明所提供的技术是壳体低压式旋转压缩机所不可或缺的技术，其并不需要高度的生产技术，通过挪用以前的壳体高压式旋转压缩机的技术，就可以把其商品化。今后，特别从地球环境保护的观点来看，预期能广泛应用在空调机、冷冻机和热水器中。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图。

图2为本发明第一实施例中的旋转压缩机的局部剖视结构示意图。

图3为图2中的X-X向剖视结构示意图。

图4为本发明第一实施例的旋转压缩机的供油量及效率关系的数据图。

图5为本发明第二实施例中的旋转压缩机的局部剖视结构示意图。

图6为本发明第三实施例中的旋转压缩机的局部剖视结构示意图。

图7为图6中的Y-Y向剖视结构示意图。

图8为本发明第四实施例中的旋转压缩机的局部剖视结构示意图。

图中：1为压缩机，2为排气管，3为油分离器，4为毛细管，5为冷凝器，6为膨胀阀，7为蒸发器，8为吸气管，9为油回收管，11为壳体，12为电动机，13为压缩组件，14为气缸，15为主轴承，16为副轴承，17为曲轴，18为滑片，19为活塞，20为螺钉，21为偏心轴，22为螺旋弹簧，23为轴承孔，24为吸气消音器，25为气缸压缩腔，26为排气孔，27为排气阀，28为排气消音器，29为端板，30为消音器入口，31为滑片腔，33为气体入口管，34为气体出口管，35为油出口管，36为油分离柱，37为油，38为气缸吸气腔，39为气缸高压腔，40为气缸低压腔，41为主轴油槽，44为浮标，45为开闭阀，47为曲轴纵孔，48a为第一油注入孔，48b为第二油注入孔，49为滑片腔供油管，51为油池，52为曲轴横孔，53为主轴供油管，54为喷液孔，55为底盖，56为圆周槽。

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。

第一实施例

参见图1，显示搭载本发明的壳体低压式旋转形压缩机1的系统构成和压缩机配置的一例，该系统符合空调机、制冷机或热水器。压缩机1的壳体内压与压缩机的吸气压力或系统的低压侧压力相同。

被压缩机1压缩的高压冷媒气体，从配置在壳体11侧面的排气管2流入配置在油分离器3上部的气体入口管33，从气体出口管34流到冷凝器5。通过冷凝器5冷凝后的冷媒，从膨胀阀6流进蒸发器7蒸发、变为低压冷媒气体。低压冷媒气体通过安装在壳体11上部的吸入管8吸入壳体11内。高压冷媒气体所含的油被油分离器3分离，分离出来的油从配置在油分离器3底部的油出口管35、经由连结于压缩机1的壳体11上的油回收管9，能返回到压缩机1中。在该油回收回路的途中设有毛细管4，用于控制急速的油回收。

参见图2-图3，压缩机1由安装在壳体11内的电动机12以及被电动机12驱动的压缩组件13组成。

压缩组件13由外形为圆形的气缸14，安装在气缸14上下部的主轴承15与副轴承16，安装在主轴承15与副轴承16上的偏心轴17，与偏心轴17的偏心部21的外径相连接并在气缸压缩腔25内作偏心旋转的活塞19，通过螺旋弹簧22致使其端部挤压在活塞19外缘的滑片18构成。在滑片18背部的可用空间，由主轴承15和副轴承16共同构成密封的滑片腔31，见图5所示。螺旋弹簧22设置在滑片腔31内部，其一端抵靠滑片腔31的内壁，其另一端安装在滑片18的背部。在主轴承15的上部设置有吸气消音器24；在副轴承16上设置有开孔于气缸压缩腔25的排气孔26、以及开闭排气孔26的排气阀27，见图5。在副轴承16的底部，通过安装在副轴承16下端的端板29，构成排气消音器28。在气缸14的侧面安装有开孔于排气消音器28内部的排气管2，排气消音器28内的高压冷媒气体可以从排气管2向油分离器3排出。

以上各零部件通过螺钉20装配后，共同组成为压缩组件13。

气缸14的外径被焊接固定在壳体11的内径上，底盖55的外周被焊接到壳体11的内径上，壳体11被密封。当油37注入后，在壳体11的底部构成油池51。

从吸气管8吸入的低压冷媒气体，从电动机12的上部到达电动机12与压缩组件13之间的可用空间腔；然后，低压冷媒气体从开孔于主轴承15的轴承部外径的消音器入口30，流入吸气消音器24的内部；接着，低压冷媒气体从设置在主轴承15中的轴承孔23、经由气缸吸气腔38，到达构成气缸压缩腔25的气缸低压腔40。气缸低压腔40内的低压冷媒气体，通过活塞19的公转旋转、被气缸高压腔39压缩，变为高压冷媒气体，排出到排出消音器28、到达排气管2。在气缸压缩腔25中，气缸低压腔40与气缸高压腔39被活塞19与滑片18二分，在压缩机1的运转中，气缸低压腔40与气缸高压腔39的容积经常发生变化。

在主轴承15的内径、比其顶端低的位置处设置有圆周槽56。曲轴横孔52一端开孔于曲轴纵孔47，其另一端开孔于圆周槽56。加工在主轴承15内径上的主轴油槽41，从其上端到下端设置有螺旋角度，通过曲轴纵孔47的旋转，从油池51吸上的油经由曲轴横孔52与圆周槽56，从主轴油槽41的上端流向下端，润滑曲轴17的外径与主轴承15的内径。由于从曲轴横孔52排出的油不能从主轴油槽41的上端流出主轴承15的外部，所以油不能从消音器入口30流进消音器24。在副轴承16中设置有第一油注入孔48a，第一油注入孔的一端开孔于油池51，其另一端开孔于气缸吸入腔38。

当压缩机1运转时，从吸气消音器24到气缸吸入腔38和气缸低压腔40的回路中，吸入气体的吸入阻力经常比壳体11的内部压力低。因此，与壳体的内部压力相等的油池51的油37，从第一油注入孔48a、经由气缸吸入腔38，吸入到气缸低压腔40。此时，从吸入消音器24吸入的低压冷媒气体和从油池51吸入的油，在气缸吸入腔38或气缸低压腔40内混合。

上述经混合后的气体在气缸压缩腔25内被压缩后，成为高压冷媒气体，混入排出到排气消音器28的高压冷媒气体中的油，从排气管2排出到压缩机1的外部，流入油分离器3中。油从气体中分离，并跌落到油分离器3底部，从油出口管35、经由连接壳体11侧面的油回收管9，返回油池51。

油分离器3包括一个密封的圆柱容器，其内设置有把从气体入口管33流入的排出气体与油分离的油分离柱36、根据分离的油面高度的上下浮动的浮标44、和由此开闭的开闭阀45。因为通过浮标44和开闭阀45可以将油分离器3中积存的油返回压缩机1内，所以分离器3内积存的油量相对比较稳定。设置在油出口管35与油回收管9之间的毛细管4，根据需要，也可省略。

接下来，对经由副轴承16上的第一油注入孔48a，吸进气缸压缩腔25的油的作用与效果进行说明。

油在气缸压缩腔25中能够润滑运动的活塞19与滑片18，其不仅能减少磨耗，还能防止从活塞19的上下间隙到位于低压侧的活塞19的内径的气体泄漏，并能防止气缸高压腔39内的高压冷媒气体经由活塞19的外径与气缸压缩腔25的内径之间的活塞外周间隙泄漏到气缸低压腔40，并也能防止气缸高压腔39内的气体从与活塞19的外缘相接的滑片18的端部，泄漏到低压腔。因此，气缸压缩腔25内的油具有防止运动的零部件的磨耗及防止气体泄漏引起的效率降低的重要作用。

关于上述的气缸压缩腔25中的高压冷媒气体的泄漏损失，将通过实验结果中的一例进行说明。

参见图4，在以CO₂作为冷媒的壳体低压式旋转压缩机中，显示了提供给气缸压缩腔25的供油量G1oil(％)与压缩机的效率COP(ratio)之间的关系。

G1oil(％)是指在一个制冷循环周期内，从排气管排出的高压冷媒气体中所夹带的油的总量与高压冷媒气体的总量的质量比率，其中，高压冷媒气体的总量称为冷媒循环量Gr。

纵轴COP(ratio)表示把G1oil(％)为1％时的COP作为基准，此时的COP＝1。

根据图4，当G1oil(％)为6％时，COP(ratio)显示约1.2的最高值，这与G1oil(％)为1％的情况相比，有约0.2(即20％)的改善。

当G1oil(％)在5％～11％的范围内，能获得稳定的良好的COP。COP的改善具体表现为：制冷能力既能很大幅度地改善，且输入也比较稳定。通过给气缸压缩腔25的供油，改善COP，其结果是气体泄漏减少、压缩机1的容积效率大幅度改善。

接下来，通过图1的制冷循环，对油的循环进行说明。

从压缩机1的排气管2与高压冷媒气体同时排出、并流入油分离器3的油量，与供油给气缸压缩腔25的油量G1oil(％)相同。通过油分离器3后，从气体中分离出的油从油出口管35经由油回收管9，回收到压缩机1的内部。把该回收油量与相对于冷媒循环量Gr的比率，称为G2oil(％)。

不能从气体中分离的油则从气体出口管34转向冷凝器5。与气体共同流出的油是循环排油量，当制冷周期循环一周后返回到压缩机1的内部。

循环排油量与冷媒循环量Gr的比率为OCR(％)，

即G1oil(％)＝G2oil(％)+OCR(％)，公式一

OCR(％)与油分离器3的油分离效率η和G1oil(％)有关，即OCR(％)＝(1-η)xG1oil(％)。

假设η为0.9，G1oil(％)的90％作为G2oil(％)、被回收进压缩机1的内部。剩余的10％作为OCR(％)，制冷周期循环一周，通过压缩机的吸气管8、返回壳体11的内部。

如上述，壳体低压式旋转压缩机的COP与给气缸压缩腔25的供油量G1oil(％)存在很大的相关性，需要大量的供油。但是，当制冷周期的循环排油量变大后，将造成换热器的性能降低。一般情况下，OCR需要控制在1％以下。

从油分离器3到压缩机1的油返回量增多后，通过油的溶解及冷媒的再膨胀，将造成压缩机1的容积效率降低，制冷能力减少。

为了防止出现压缩机1的容积效率降低，制冷能力减少的情况，首先需要正确地控制供油量G1oil(％)。

为了达到该目的，通过改变第一实施例中的第一油注入孔48a的内径，能轻松地调整G1oil(％)。另外，油不能从设置在主轴承15内径上的主轴油槽41进入吸入消音器24的内部，故能使供油量的离散度达到最少。

由于能控制从油分离器3回到压缩机1的回油量，使压缩机的效率损失最小，所以油分离器3有显著效果。

作为第一油注入孔48a的代替技术，如第二油注入孔48b所示，其一端开孔于油池，其另一端开孔于气缸压缩腔25内的气缸低压腔40。通过活塞19下端的运动面，使第二油注入孔48b开闭，可以调整给气缸压缩腔25的供油量。

在副轴承16和主轴承15与活塞19接触的运动面上设置有油槽，该油槽连通到活塞19的内径和外径，因此可以从活塞19的内径供油给气缸低压腔40，该方案也有同上述第一油注入孔48a或第二油注入孔48b的效果。也就是说，可以把活塞19内径看作是油池51的一部分。

第二实施例

在第二实施例中，关于供油给气缸压缩腔25的手段，挪用第一实施例中的第一油注入孔48a及其相关方案，在此省略说明，后面的第三实施例和第四实施例也同样省略。

如图5所示，设置在壳体11上的滑片腔供油管49的一端开孔于滑片腔31，其另一端与油分离器3的油出口管35相通，即油回收管9和滑片腔供油管49通过油出口管35相通。

通过油分离器3分离并存积在其底部的油，能从油回收管9和滑片腔供油管49分别返回到压缩机1的壳体11及滑片腔31。

因为密封的滑片腔31内的压力是与油分离器3相同的高压侧的压力，所以经常比气缸压缩腔25内的压力高。因此，供给滑片腔31的油能在滑片18及收纳滑片的滑片槽间，通过极小的间隙，流出气缸压缩腔25。因从滑片腔31供油给气缸压缩腔25的油量大致由上述间隙所决定，故该供油量的增减可以通过调整间隙的大小。

设定经由滑片腔31供油给气缸压缩腔25的油量为G3oil(％)，则有G1oil(％)＝G2oil(％)′+G3oil(％)+OCR(％)，公式二；

G2oil(％)′为此时通过油分离器3后，从气体中分离出的油从油出口管35经由油回收管9，回收到压缩机1的内部的回收油量与相对于冷媒循环量Gr的比率。

又因：G1oil(％)＝G2oil(％)+OCR(％)，公式一

所以：G2oil(％)＝G2oil(％)′+G3oil(％)，

G2oil(％)′＜G2oil(％)，故压缩机1的再膨胀损失减少。

G3oil(％)的油，在油分离器3、滑片腔31与气缸压缩腔25间构成的回路中循环。

因为通过油分离器3的气体入口管33的油量无变化，所以在第二实施例中的OCR(％)与第一实施例相同。而且，因返回压缩机1壳体11的油量G2oil(％)减少G3oil(％)，成为了G2oil(％)′，此时，压缩机1的再膨胀损失减少。

也可以简单理解为：G3oil(％)是G2oil(％)中的一部分，如没有G3oil(％)时，就只有G2oil(％)；如果有G3oil(％)时，就是从G2oil(％)中分出一部分来，成为G3oil(％)，剩余的则为G2oil(％)′。

通过从油分离器3向滑片腔31供油，如上述，既可以降低压缩机的效率损失，还可以进行滑片18的两侧面和上下面、甚至活塞19外周及上下面等的运动面的润滑，其在防止磨耗和防止间隙引起的高压冷媒气体的泄漏中有显著效果。也就是说，通过防止滑片18及活塞19的运动面引起的高压冷媒气体的泄漏，能达到改善压缩机效率的效果。

第三实施例

参见图6和图7，壳体11侧壁上设置有主轴供油管53，主轴供油管的一端与油分离器3的油出口管35相通，其另一端连通到主轴承15，在该另一端的端部设置有开孔于气缸高压腔39的喷液孔54，该喷液孔54通过活塞19的公转运动，由活塞19的上端运动面进行开闭。位于高压侧的油分离器3的油，经由主轴供油管53，注入喷液孔54。此时，因喷液孔54通过活塞19的上端运动面进行开闭，油间歇地注入气缸高压腔39。结果，壳体控制供油量。

在本实施例中，通过直接给气缸高压腔39供油，可减少通过第一油注入孔48a供油的油量，且能减少从油出口管35返回到壳体11的油量。因此，除了没有滑片18的润滑及滑片槽气体泄漏改善的效果，能获得与第二实施例的其它同等效果的结果。

第四实施例

参见图8，壳体11的侧壁上设置有主轴供油管53，主轴供油管的一端与油分离器3的油出口管35相通，其另一端连通到主轴承15，在该另一端的端部设置有开孔于气缸高压腔39的喷液孔54，该喷液孔54通过活塞19的公转运动，由活塞19的上端运动面进行开闭。其结果是通过油分离器3分离的油，能只注入气缸压缩腔25。

本实施例的效果与第三实施例相比。在第三实施例中将发生压缩机1的再膨胀损失。而在本实施例中没有再膨胀损失，不损失制冷能力。

Claims (9)

1.一种壳体低压式旋转压缩机，包括压缩机(1)和油分离器(3)，压缩机的壳体(11)内压力为低压侧，密封的壳体内收纳着电动机(12)及与该电动机相接的压缩组件(13)，压缩组件包括气缸(14)、设置在气缸内收纳自由旋转的活塞(19)的气缸压缩腔(25)、驱动活塞的曲轴(18)、支持曲轴且安装在气缸上下部的主轴承(15)和副轴承(16)以及设置在滑片腔内的滑片(18)，滑片的端部抵靠在活塞的外缘，其特征是压缩机的排气管(2)与设置在油分离器(3)上部的气体入口管(33)相通，设置在油分离器侧面的气体出口管(34)与冷凝器(5)相通，设置在油分离器底部的油出口管(35)与壳体的内部或气缸压缩腔的内部相通。

2.根据权利要求1所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述壳体(11)的侧壁上设置有油回收管(9)，油回收管的一端开口于壳体内，其另一端与油分离器(3)的油出口管(35)相通。

3.根据权利要求2所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述壳体(11)上设置有滑片腔供油管(49)，滑片腔供油管的一端开孔于滑片腔(31)，其另一端与油分离器(3)的油出口管(35)相通，油回收管(9)和滑片腔供油管通过油出口管相通。

4.根据权利要求2或3所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述油回收管(9)和油出口管(35)之间设置有毛细管(4)。

5.根据权利要求1所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述壳体(11)侧壁上设置有主轴供油管(53)，主轴供油管的一端与油分离器(3)的油出口管(35)相通，其另一端连通到主轴承(15)，在该另一端的端部设置有开孔于气缸高压腔(39)的喷液孔(54)，该喷液孔通过活塞(19)的公转运动，由活塞的上端运动面进行开闭。

6.根据权利要求5所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述壳体(11)的侧壁上设置有油回收管(9)，油回收管的一端开口于壳体内，其另一端与油分离器(3)的油出口管(35)相通。

7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述油分离器(3)的气体入口管(33)与设置在油分离器内的油分离柱(36)相接，油出口管(35)与设置在油分离器内的开闭阀(45)相接，油分离器内还设置有浮标(44)。

8.根据权利要求7所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述主轴承(15)的内径、比其顶端低的位置处设置有圆周槽(56)，曲轴横孔(52)一端开孔于位于曲轴(17)中央的曲轴纵孔(47)，其另一端开孔于圆周槽；设置在主轴承(15)内径上的主轴油槽(41)与曲轴横孔相通。

9.根据权利要求7所述的壳体低压式旋转压缩机，其特征是所述位于气缸(14)下面的副轴承(16)中设置有第一油注入孔(48a)，第一油注入孔的一端与位于压缩机(1)底部的油池(51)相通，其另一端与气缸内的气缸吸入腔(38)相通，或者，位于气缸下面的副轴承中设置有第二油注入孔(48b)，第二油注入孔的一端与位于压缩机底部的油池相通，其另一端开孔于气缸压缩腔(25)内的气缸低压腔(40)，或者，在副轴承和主轴承与活塞(19)接触的运动面上设置有油槽，该油槽连通到活塞的内径和外径。

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