CN102052324B - 卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统 - Google Patents

Abstract

为解决卧式旋转式中低温压缩机存在的汽缸内壁和活塞外壁的润滑问题，本发明在压缩机密闭壳体内部设置油分离器和回油润滑机构，油分离器包括安装于电机定子绕组线圈头部与泵体上法兰之间且固定在上法兰的消音引流罩和油分离滤芯，消音引流罩安装在上法兰和滤芯之间，消音引流罩上设有用于将从泵体排气阀排出的制冷剂排放到压缩机电机这一侧的引流管，滤芯上设有与引流管相匹配的定位通孔；回油润滑机构包括设置在泵体下法兰上的一段供油管路，该供油管路包括位于下法兰侧壁上且没入冷冻油内的吸油孔和位于朝向气缸一侧的下法兰侧壁上且在压缩机吸气过程中与吸气腔相通的喷油孔。本发明能提高汽缸的润滑效果以及压缩机稳定性和使用寿命。

Description

卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统

技术领域

本发明涉及一种旋转式压缩机，特别涉及一种卧式中低温旋转式压缩机的油分离及回油润滑系统。

背景技术

旋转式压缩机是一种通过电机驱动，带动下部的偏心曲轴滚动转子，沿汽缸内周面公转及自转的运动来吸入低压蒸气进行压缩并排出的机械装置。这种机械结构被安装在一个密闭的壳体内，旋转式压缩机的安装方式有立式和卧式两种，如专利申请号为CN93120143.8的中国发明专利申请即公开了一种卧式旋转式压缩机。卧式旋转压缩机主要部件由密闭壳体、电机、传动轴、压缩机泵体、供油机构构成。压缩机是高速的旋转机构，为保证可靠运行许多关键部位都需要进行润滑，供油机构从压缩机底部吸油，提供到各个需要供油的部位如上下法兰、曲轴等部位，冷冻油在磨合表面间形成一层油膜，降低了运动摩擦力，从而减少了摩擦耗功和摩擦热量，最终减小了零件的磨损量，提高了压缩机的可靠性和耐久性。

旋转式压缩机的运转过程中都需要冷冻油的介入。与普通的运转机构不同，制冷压缩机都会有一个共同的问题需要解决，那就是走油量的控制，由于在压缩机内循环的制冷剂是一种可以和冷冻油溶解的气体，在压缩机的密闭容器内循环往复的过程中，制冷剂会将一部分飞溅起来的油雾随着高压气体带出压缩机，进入到制冷系统内。一方面制冷系统管路中油的存在会影响传热效果，又会增加管路中气体的流动阻力，另一方面油被带出压缩机，压缩机整体油面下降，一旦低于吸油孔位置，压缩机的运动部件就会因为得不到有效润滑而磨损加剧直至损坏。

中低温压缩机除了以上问题外还存在回油的问题。一台压缩机制冷量的大小主要取决于它的压缩比ε，普通空调的压缩比在5∶1，低温压缩机通常要在10∶1以上。由于压缩机压缩比增加，通过节流装置后，制冷剂中所含冷冻油大大减少，进入到蒸发器内的冷冻油在低温作用下粘度进一步增大，并且和制冷剂的互溶性随着蒸发温度的降低而下降，从而导致压缩机在吸气过程制冷剂中的含油比较低。

压缩机泵体内所有的部件都是通过间隙配合来达到密封效果。为了减少泵体内部活塞和汽缸之间的磨损，冷冻油会存在于活塞与汽缸壁面间，起到润滑压缩机汽缸内壁和活塞外壁的作用，同时起到密封效果，阻止或减少了高压蒸气向低压部分泄漏，提高了压缩机的输气系数。由于压缩机的汽缸腔体相对密闭，气缸内以及活塞的润滑主要通过气体膨胀过程中制冷剂所含有的冷冻油来达到密封和润滑的效果。由于气体膨胀过程中制冷剂含油不足，压缩机汽缸及活塞的润滑和密封就得不到有效保证，容易造成汽缸密封效果差、磨损加剧和抗液击能力下降等现象。

另一方面，对于卧式中低温压缩机，其电机部分是和泵体一起被安装在密闭的容器内，电机的发热量较大，压缩机主要通过制冷剂气体的循环来进行降温，卧式中低温压缩机的制冷剂回气量较小，最低时只有普通空调压缩机回气量的1/10，而压缩机电机功率变化并不大，流量的不足会导致压缩机电机无法进行有效冷却，其结果是压缩机温度急剧上升直至电机过热保护或烧毁。因此，对于卧式旋转式压缩机现有技术是特别加装喷液冷却装置，该装置通过分流一部分经过冷凝的制冷剂，经毛细管节流直接引入压缩机汽缸，液体制冷剂进入到汽缸后，遇热蒸发，吸收了一部分的热量，从而使得压缩机温度得以降低。即该装置是通过丧失一部分冷量来使得压缩机温度得以降低。然而，采用该喷液冷却装置会带来另一负面效果，即经过毛细管节流后进入容积有限的压缩机汽缸的液体制冷剂，会稀释原本就偏少的汽缸内润滑油的比例，使得压缩机汽缸和活塞表面得不到有效润滑，缺少润滑的汽缸内壁和活塞外壁会加速旋转式压缩机磨损。

为了控制压缩机排气过程的走油量和增加汽缸回油效果，现有一些厂家的通常做法是在压缩机外部增加一组特殊的油分离器，如公开号CN1782629的中国发明专利申请，公开了一种外置的油分离器，该种装置是通过在压缩机的排气管路中增设一只密闭容器，在容器内加装缓冲或阻尼装置，使得制冷剂流速减慢，进而使得冷冻油因为重力作用从制冷剂分离，再通过细小的管路将分离出来的冷冻油供到低压管路中。为防止高低压串气，该种装置通常还会在回油管路上设置一个控制回油的电磁阀或者其他定时排油的装置，当冷冻油累计到一定程度后再一次性排到回气管路中。该种外置油分离器有一定的油分离效果，分离出来的油可以对吸气腔进行有效润滑，同时保证压缩机内部油位的稳定。但采用上述这种油分离和回油装置存在如下缺点：1、外置的油分离器通常价格较高，体积较大，安装在系统管路中会对系统造成压力损失，使得压缩机排气阻力增加，另外，压缩机冷冻油进入到外置油分离器后，还需通过油分离器上的一套辅助的回油管路及油量控制机构来配合使用才能实现回油，安装复杂，会存在一定的故障率；2、外置油分离器在压缩机刚开启时，需要一段时间间隙来保证容器内达到合理的油位才会开始回油，因此回油存在一定的滞后性，并不是持续不间断的。由于不能保证对汽缸的均匀供油，一旦控制回油的阀体故障无法顺利回油，会导致压缩机内的冷冻油排出后无法顺利回到压缩机气缸内，势必对压缩机造成巨大的损害。

需要提出的是，在中低温制冷系统运行过程中，其系统内压力较环境压力高出好几倍，因此会出现泄漏现象，当系统内制冷剂泄露完后，压缩机就无法实现正常排气，此时，普通的外置油分离器就无法实现分油和回油的作用，压缩机在无回油的状态下运转势必会加速泵体的磨损。

授权公告号为CN 101440811的中国发明专利公开了一种卧式旋转式压缩机润滑装置以及控制方法，该专利提出的压缩机在排气过程中冷冻油的分离方法是通过排气消音器将制冷剂气体喷入电机转子和定子之间的间隙，制冷剂在流经旋转电机时所产生的离心力，将一分部冷冻油分离出来，并进入到压缩机左侧的第一压力区，再通过定子与压缩机筒体的间隙回到排气口排出压缩机。该种油分离模式有一定油分离效果，许多立式旋转式压缩机也多是采用这种模式，但是该种分离方式只能将较大颗粒的冷冻油分离出来，且压缩机内部对润滑油只进行了一道分离，排出压缩机的制冷剂中含油量仍然会较高。同时，该专利只涉及压缩机的润滑油分离方法，涉及到的润滑装置也只是为压缩机的转动轴以及上下法兰进行上油润滑，压缩机气缸内润滑装置及方法并没有提及，因此并不能解决卧式旋转式中低温压缩机存在的汽缸内壁和活塞外壁的润滑问题。

发明内容

本发明就是为解决上述问题而发明的，其目的是提供一种卧式中低温旋转式压缩机的油分离及回油润滑系统，该系统占用空间小，容易进行装配，改进方式简单且成本低。本发明无需增加外置油分离器就有较好的油分离效果，无需增加回油管路和液位控制机构，就能实现汽缸的回油润滑效果，能提高卧式旋转压缩机稳定性和使用寿命。

本发明包含设置在压缩机内的油分离器和汽缸回油润滑机构。本发明的设计思路为：首先，通过油分离器的油分离滤芯将排气过程中制冷剂所含有的冷冻油分离出来，分离出来的油回到压缩机底部；再通过汽缸回油润滑机构，往压缩机汽缸内注入和汽缸容积呈一定比例的润滑油，防止卧式中低温压缩机在回气润滑不足或在喷液冷却过程中，压缩机汽缸和活塞表面由于缺少足够的冷冻油难以形成较好的油膜，导致压缩机的吸排气效率降低，引起汽缸和活塞表面的磨损加速等现象的发生。

本发明通过油分离器将制冷剂中的冷冻油分离，使得压缩机内不会因为走油而导致缺油现象的发生，同时，通过汽缸回油润滑机构，保证压缩机在低压、制冷剂回流不足运行过程中，汽缸有效容积内的冷冻油与制冷剂的比例维持在一定水平，使压缩机汽缸内壁和活塞外壁表面都能得到充分润滑，故而能形成较为理想的密封效果，提高吸排气效率。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，包括位于压缩机密闭壳体内的电机部和泵体，所述电机部包括转子和定子，定子上设有定子绕组线圈，所述转子嵌装固定于旋转轴上，所述定子具有与转子周面之间存在一定间隙的内周面且安装固定于封闭壳体上，所述泵体包括上法兰和下法兰，其特征在于还包括设置在压缩机密闭壳体内部的油分离器和回油润滑机构；

所述油分离器包括安装于定子绕组线圈头部与上法兰之间的消音引流罩和油分离滤芯，所述消音引流罩和油分离滤芯固定在泵体上法兰上，消音引流罩安装在上法兰和油分离滤芯之间；消音引流罩上还设有用于将从泵体排气阀排出的制冷剂排放到压缩机电机这一侧的引流管，油分离滤芯上设有与引流管相匹配的定位通孔；

所述回油润滑机构包括设置在泵体下法兰内部且贯穿下法兰的一段供油管路，该供油管路包括位于下法兰侧壁上且没入冷冻油内的吸油孔和位于朝向气缸一侧的下法兰侧壁上且在压缩机吸气过程中与吸气腔相通的喷油孔。

优选的，所述引流管向压缩机电机定子和转子之间的间隙倾斜，定位通孔与引流管的倾斜角度一致。

为了防止飞溅的润滑油从排气口排出，制冷剂从泵体排气阀排出时，先通过消音引流罩上的引流管排放到电机侧。而引流管与消音引流罩根据电机安装的位置与压缩机轴线呈一定角度设置，目的是将压缩后的制冷剂气体引流到电机侧。而引流管设计成向压缩机电机定子和转子之间的间隙倾斜，则能将制冷剂气体集中喷到压缩机电机定子和转子的间隙位置，通过高速旋转转子所产生的离心力将制冷剂中的大颗粒油雾分离出来从而实现第一次分离。同时，制冷剂的温度较电机的温度相比低20℃左右，可以起到冷却压缩机电机的目的。

由于卧式旋转式压缩机的排气口在压缩机右侧，高温高压的气体制冷剂排出到压缩机左侧后，需要通过高密度的油分离滤芯将冷冻油分离下来，经油气分离后的制冷剂气体再经过油分离滤芯由排气口排出。为保证油分离滤芯最大程度吸附油雾而使制冷剂气体顺利通过，又不影响压缩机的整体装配，油分离滤芯厚度不小于6mm，且滤芯与压缩机电机定子绕组线圈头部之间的间隙不小于2mm。制冷剂通过时油分子体积比较大，大部分油颗粒被吸附在滤芯上并流回压缩机，而体积小许多的制冷剂气体则可以顺利通过滤芯并从压缩泵体上法兰的弧形通孔通过，实现第二次分离，由于滤芯作用，压缩机左侧和右侧会有0.1-0.2MPa的压力差，制冷剂通过滤芯到压缩机右侧时，最后一部分油雾由于制冷剂流速减慢加上自身重力作用回流到压缩机底部，实现第三次分离。

所述油分离滤芯、消音引流罩和上法兰上设有相互匹配的安装孔，油分离滤芯、消音引流罩和上法兰通过螺纹连接件安装固定在一起。为了将消音引流罩的压紧固定在上法兰上，所述消音引流罩上设有至少一个凹向上法兰的安装部，且在消音引流罩安装部和油分离滤芯之间设有套筒，用于将消音引流罩压紧固定在上法兰上，所述套筒套在螺纹连接件上。

所述回油润滑机构包括设置在压缩机下法兰上的一段供油管路，该供油管路的吸油孔位于下法兰侧壁上且没入冷冻油内，喷油孔位于朝向气缸一侧的下法兰侧壁上且与压缩机在吸气过程中的吸气腔相通。

优选的，喷油孔在压缩机轴线方向上与气缸内壁相切且切点位于压缩机吸气开始时气缸内壁与活塞外壁的切线的延伸线上。

优选的，所述供油管路由靠近喷油孔的第一段供油管路和靠近吸油孔的第二段供油管路组成，第一段供油管路管壁与气缸内壁在空间上相切。

优选的，所述第二段供油管路和第一段供油管路垂直相交，且第二段供油管路的中心线位于压缩机的径向方向上。

优选的，所述吸油孔的圆心位于下法兰侧壁上的中间位置。

作为优选，所述供油管路为等孔径的管路，该供油管路的孔径d可由如下公式确定：

$D=\sqrt[4]{\frac{128\mathrm{\μlp}}{\mathrm{\Δp\π}}}$

该公式为哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)公式，是计算不可压缩的粘性流体在细小管路中作定常流动的常用公式。

其中：

q为每秒喷油量，q_d为单个吸气周期喷油量，m为压缩机每分钟转速，μ为冷冻油的运动粘度，ι为供油管路长度，ΔP为进出供油管路的压力差。

本发明的有效效果是：

1、本发明是在原有压缩机结构基础上增加了油分离器的核心部件和回油补偿的供油管路，不影响压缩机正常装配工序，通过简单的改进即可实现较佳的油分离和回油补偿的效果，制作费用低。

2、本发明的油分离装置能防止压缩机在运转过程冷冻油随着制冷剂而被带出压缩机，导致压缩机内运动部件因为缺油而损坏，该内置的油分离器并不破坏普通压缩机泵体的外在结构，其安装和操作也较为简单，其拥有和外置油分离器同等的效果和功能，配件成本却比后者低的多，而且，结构简单无需维护，对压缩机能量及损耗几乎没有。本发明的油分离滤芯还可以将系统中大颗粒的杂质以及金属碎屑进行有效分离，避免进入压缩机供油机构和泵体，损坏压缩机设备，降低财产损失。

3、本发明的汽缸回油润滑机构则能通过在泵体下法兰开供油管路，将压缩机底部的冷冻油引入汽缸，可防止中低温卧式压缩机因回油不足导致汽缸内壁和活塞外壁缺油磨损，该机构还大大提高了压缩机汽缸的抗液击性，增强压缩机的使用寿命。

附图说明

图1是采用本发明的卧式旋转式压缩机实施例的纵剖结构示意图；

图2是本发明一种油分离器实施例装配结构示意图；

图3是本发明实施例的压缩机泵体上法兰正视图；

图4a是本发明实施例的下法兰正视图；

图4b是图4a的A-A向剖视图；

图5是本发明实施例的压缩机气缸示意图；

图6a-6d是本发明实施例的压缩机工作过程示意图；

图7a是本发明实施例消音罩的正视图；

图7b是图7a的B-B向剖视图；

图8是本发明实施例回油机构第二段供油管路加工工艺示意图；

图9是回油机构第二段供油管路加工工艺三维示意图；

图10是回油机构第一段供油管路加工工艺三维示意图；

图11是侧挡板结构示意图。

图中部分符号的说明：

10：密闭壳体；20：电机部；21：电机转子；22：电机定子绕组线圈头部；23：电机定子；30：旋转轴；31：压缩机轴线；40：泵体；41：消音引流罩；41a：消音引流罩安装孔；41b：引流管；41c：消音引流罩安装部；42：油分离滤芯；42a：油分离滤芯安装孔；42b：定位通孔；43：上法兰；43a：上法兰安装孔；44：泵体排气阀；45：螺纹连接件；46：供油管路；46a：第一段供油管路；46b：第二段供油管路；47：套筒；48：汽缸；48a：活塞；48b：吸气口；48c：滑片槽；48d：滑片；49：下法兰；49b：吸油孔；49a：喷油孔；49c、49d、49e：下法兰通孔；49f：下法兰端面；50：供油机构；51：钻头；60：第一模具底座；60a：定位销；60b：第一模具底座端面；61：吸油孔上模；61a：吸油孔上模通孔；61b：吸油孔上模底部端面；62：第一轴承位模；62a：定位通孔；62b：第一下法兰定位模上部端面；62c：主轴；62d：定位销；62e：定位销；70：第二模具底座；70a：滑槽；70b：限位螺栓；71：喷油孔上模；71a：上模下端；71b：定位孔；71c：上模弦边；72：第二轴承下位模；72a：中间主轴；72b：定位销；72c：定位销；73：滑轨；73a：限位槽；74：侧挡板；74a：挡边；74b：侧挡板端面；74c：内侧端面；74d：侧挡板顶部端面。

表示制冷剂流向。

具体实施方式

本实施例的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，装置包括油分离器和汽缸回油润滑机构两个部分。

下面，先对本实施例的卧式旋转压缩机的油分离器部分做详细介绍。

如图1所示，本实施例的卧式旋转压缩机包括具备密闭空间的密闭容器10、安装在密闭容器内部的电机部20、将低压制冷剂吸入经过压缩机并排除的旋转泵体40；驱动安装在内部泵体上的旋转轴30、给密闭容器内部供给润滑油的上油机构50。

在压缩机电机定子绕组线圈头部与泵体之间安装有消音引流罩41和油分离滤芯42，所述消音引流罩41和油分离滤芯42固定在泵体上法兰43上，消音引流罩41安装在上法兰43和油分离滤芯42之间。消音引流罩、油分离滤芯和上法兰上分别设有相互匹配的安装孔41a、42a与43a，消音引流罩上还设有用于将从泵体排气阀44排出的制冷剂排放到油分离滤芯42左侧的引流管41b，油分离滤芯上设有与引流管41b相匹配的定位通孔42b，在油分离滤芯42和消音引流罩41之间还设有套筒47。

引流管41b向压缩机电机定子23和转子21之间的间隙倾斜，相应地，定位通孔42b的倾斜角度与引流管41b的倾斜角度一致，以便于将压缩后的制冷剂气体引流到油分离滤芯左侧，集中喷到压缩机电机定子和转子的间隙位置。

所述油分离滤芯42为方孔型不锈钢材质的滤芯，其目数为300目，为保证最大程度吸附油雾而使制冷剂气体顺利通过，又不影响压缩机的整体装配，油分离滤芯42厚度不小于6mm，且滤芯与压缩机电机定子绕组线圈头部22之间间隙不小于2mm。

装配时，压缩机泵体40装配完成后，就可以进行消音引流罩和油分离滤芯的安装，安装之前先将消音引流罩41的安装孔41a与上法兰43上对应的安装孔43a对齐，再将油分离滤芯的定位通孔42b和安装孔42a分别与消音引流罩的引流管41b和安装孔41a对齐，并在油分离滤芯42的安装孔和消音引流罩41之间加装一只套筒47，套筒47套在螺纹连接件上，最后，将滤芯、引流罩、上法兰通过螺纹连接件45安装到位，同时，使套筒47的一端紧压在消音引流罩安装部41c上，另一端顶在油分离滤芯42上，由此，完成了卧式压缩机油分离器的安装。如图2所示。

以两台压缩机型号均为QHL-37.6E、制冷剂型号为R404a的卧式压缩机为例，在标准的试验工况条件下(参照GB/T 9098-20086.2)：系统工作压力的低压为0.114MPa，高压为2.044MPa，电压为220V，蒸发温度为-23.3℃，吸气温度为32.2℃，环境温度为35℃。安装本发明的油分离器的卧式压缩机和未安装油分离器的卧式压缩机相比，其所排出制冷剂中的含油量分别为5‰和3.5％，前者的压缩机油分离效果得到了很大的提高。本实施例含油量测试方法采用GB/T5773-2004附录A中所提供的方法进行测量。

以下是对本实施例汽缸回油润滑机构部分的详细说明。

首先，对本发明实施例的旋转式压缩机工作过程做一个介绍。图6a-图6d示出了压缩机吸排气过程活塞48a在汽缸48内的运行轨迹和角度。假设活塞从滑片槽48c的中心线位置开始工作，且令此时的活塞旋转角度φ＝O，整个过程分以下四个阶段，其中：在四个阶段的汽缸48内壁与活塞48a外壁的切点分别用T₁、T₂、T₃和T₄表示；活塞转过的角度用φ来表示。

第一阶段：φ＝0～α。设滑片槽中心线为OO′，α为滑片槽中心线OO′与压缩机吸气起始位置线OT₂的夹角，如图6a所示。当φ从0°开始逐渐增大到α时，吸气容积V1也从零开始逐渐增加，但此时吸气腔V1和吸气口48b仍未连通，使得吸气腔V1内保持了真空状态。

第二阶段：Φ＝α～2π，该阶段属于吸气阶段，吸气腔V1始终与吸气口48b相通，随着吸气容积的增大，蒸发器内低压的蒸汽不断被吸入，使得汽缸48内压力P2等于管路内压力P1。如图6b所示，在压缩机吸气阶段的起始位置处，汽缸48内壁与活塞48a外壁的切点位于T₂点。

第三阶段：Φ＝2π+β～2π+δ，该阶段是汽缸48内气体被压缩的阶段，当转子转过2π+β阶段，吸气腔V1已经与吸气口48b脱离。随着转子的转动，压缩腔V2的容积不断被缩小，汽缸48内的压力不断被升高。当转到2π+δ这个角度时，汽缸48内压力P3等于排气口压力P4，压缩过程结束，排气阀44打开。在汽缸48内气体被压缩阶段的同时，喷液冷却孔同时向汽缸48喷液，系统内的制冷剂进入到汽缸后蒸发，起到降低排气温度的目的。如图6c所示，β为气体压缩起始位置时活塞外壁与气缸内壁切点T5与气缸圆心的连线OT₅和OO′的夹角，δ为气缸压力与排气口压力相等时活塞与气缸切点T₃与气缸圆心的连线OT₃和OO′的夹角。

第四阶段：Φ＝2π+δ～4π-γ，该阶段为排气阶段，由于排气阀已经开启，随着转子的继续转动，汽缸内的压力不再升高，而是将气体从排气孔排出，直到转子与汽缸的切点T₄达到排气孔的边缘时，排气结束。如图6d所示，γ为T₄与气缸圆心连线OT₄与OO′的夹角。

由此可见，在整个运转压缩过程，压缩机的吸气和压缩这两个阶段是同步进行的。

在压缩机的整个吸气过程中，由于吸气腔与系统的低压管路相连，因此系统管路内的制冷剂可以直接进入到吸气腔内，液体制冷剂也可以很容易将气缸内的油膜冲刷掉。泵体的运动部件的表面缺少油膜会使得密封强度减弱并进一步引起高低压腔体泄露串气，同时部件会出现磨损。这就需要在泵体在运转的任何时间都能保证其刚得到充分润滑。

鉴于此，本实施例在压缩机的下法兰内打开一段供油管路，该供油管路相互连通的第一段供油管路46a和第二段供油管路46b组成，第一段供油管路46a为靠近喷油孔的这一段，第二段供油管路46b为靠近吸油孔的这一段。所述供油管路的吸油孔49b位于下法兰侧壁上且没入冷冻油内，喷油孔49a开设在下法兰面向气缸一侧的侧壁上且在压缩机吸气过程中与压缩机泵体的吸气腔V1相通，如图1所示。通过本实施例汽缸回油润滑机构的设计，可通过压缩机泵体吸气腔和压缩机壳体内高压腔之间存在的压力差，将压缩机底部的冷冻油通过吸油孔吸入泵体吸气腔V1。

从理论上来说，喷油孔的位置在吸气腔的任何一个位置都可以实现汽缸回油润滑效果，压缩机的吸气阶段为Φ＝α～2π，即吸气行程为2π-α，整个吸气过程也是可以利用的吸油时间，但是如果喷油过晚则容易出现局部润滑的现象。为保证在压缩机吸气过程中制冷剂有合理的含油比，优选的方案就是从吸气初始期就开始主动喷油。因此，优选的，喷油孔49b在压缩机轴线方向上与气缸内壁相切且切点位于压缩机吸气开始时气缸内壁与活塞外壁的切线的延伸线上。

如图5所示，从压缩机轴向视图方向看，该优选方案就是将喷油孔49a设置在压缩机吸气起始位置线OT₂上，而且，喷油孔49a与气缸48内壁相切于切点B，同时，该切点B与压缩机吸气开始时气缸内壁与活塞外壁的切点T₂重叠。所述压缩机吸气起始位置线OT₂是气缸内壁与活塞外壁的切点T₂和气缸圆心O的连线，且该起始位置线OT₂与压缩机轴线31垂直。

另外，如上所述的喷油孔的优选设置，也是考虑到：由于压缩机的运行是通过曲轴上的偏心活塞沿压缩机汽缸进行回旋运动，活塞外壁的一点始终保证与汽缸内壁相切，活塞外壁和气缸内壁存在一定间隙配合，为保证汽缸的密封性，需要冷冻油的介入来保证气密性。当喷油孔的圆心设置在压缩机吸气起始位置线OT₂上，且喷油孔的位置远离切点T₂向压缩机吸气起始位置线OT₂与活塞外壁第一个相交点Q1靠近时，有效喷油时间会随之缩短，即喷油时间相对于吸气时间会出现滞后。这段滞后时间是由于喷油孔被旋转活塞所遮蔽，因此就无法做到喷油和吸气的同步。为保证在吸气开始时即开始喷油，喷油孔的最佳位置是喷油孔的圆心在压缩机吸气起始位置线OT₂上，且从压缩机轴向视图方向看，喷油孔孔壁与汽缸内壁的切点B和气缸内壁与活塞外壁的切点T₂相重叠。

为使经过第一段供油管路的冷冻油沿着汽缸内壁有效地喷入吸气腔V1内，优选的，第一段供油管路管壁与气缸内壁在空间上相切，第一段供油管路的中心线与压缩机轴线平行，即从压缩机轴向视图方向看，所述第一段供油管路的中心线与压缩机吸气起始位置线OT₂垂直相交。同时，将第一段供油管路的中心线设计成与压缩机轴线平行，还便于对第一段供油管路和喷油孔定位加工。

对于吸油孔49b的设置，并不是油位的最低点才最合适。这是因为，现有的卧式压缩机，其下法兰的最低点通常处于压缩机滑片槽的位置，滑片在运行过程中一直处于运动状态，容易将冷冻油飞溅，并产生泡沫，因此，该最低点往往无法保证吸入的冷冻油处于满液装态。考虑到第二段供油管路和吸油孔的加工便利，较为优选的方案是将第二段供油管路的中心线设计成与第一段供油管路的中心线垂直，且第二段供油管路的中心线位于压缩机的径向方向上，即从压缩机轴向视图方向看，第二段供油管路的中心线与压缩机吸气起始位置线OT₂重叠。

进一步的，考虑到不影响下法兰的强度，吸油孔49a的圆心位于下法兰侧壁上的中间位置E点。

下面是加工供油管路的实施例。本实施例的供油管路由第一段供油管路46a和第二段供油管路46b组成。本实施例的制作过程分两步进行，一步是第一段供油管路46a的制作，另一步是第二段供油管路46b的制作。图8和图9为加工吸油孔及第二段供油管路46b的工装结构示意图，图10为加工喷油孔及第一段供油管路46a的工装结构示意图。

如图8、9所示，本实施例为第二段供油管路46b的加工过程，如下：

制作吸油孔以及第二段供油管路包括如下几个设备：一个带有钻头51的钻床；一个固定在钻床上的第一模具底座60；一个用来固定加工部件并进行吸油孔加工及α角度定位的第一下法兰定位模62，一个控制吸油孔开孔孔径以及孔距的吸油孔上模61。

在加工吸油孔及第一段吸油管路时，首先将第一模具底座60固定在钻床上，然后通过紧固螺栓和紧固法兰将第一下法兰定位模62固定在第一模具底座60上，第一模具底座上设有与第一下法兰定位模62的定位通孔62a相配合的定位销60a，以保证第一下法兰定位模上部端面62b与钻床工作面平行，且与钻头的行进方向垂直。第一下法兰定位模62由中间主轴62c和两个定位销62d、62e组成，所述主轴62c、定位销62d、62e分别与下法兰49的三个通孔49c、49d、49e配合。该第一下法兰定位模62的作用是：当下法兰49安装到位后，保证下法兰上α角的终止位置延长线与62b端面相垂直，由于钻头的行进方向同样垂直于62b端面，则钻头的行进方向与α角的终止位置延长线相平行。

第一下法兰定位模62安装好后，则进行吸油孔上模61的安装，上模外形为扇形结构，吸油孔上模底部端面61b由固定螺栓对齐安装在第一下法兰定位模的上部端面62b上，并同时垂直于第一模具底座的左侧端面60b，吸油孔上模有一圆形通孔61a，通孔61a孔径比钻头61直径略大一点，如略大0.5mm，用来保证开孔孔径。当吸油孔上模安装到位后，调整钻台使得钻头的行进方向与吸油孔上模平面垂直，并保证该通孔61a圆心与钻头51的圆心对齐。吸油孔上模安装好以后，下法兰α角的终止位置延长线应垂直于吸油孔上模的底部端面61b。吸油孔上模通孔圆心垂直到第一模具底座左侧端面60b的距离等于吸油孔圆心垂直到第一模具底座左侧端面60b的距离，安装吸油孔上模时，应保证该两个垂足位于与钻床工作面垂直的同一条垂线上。吸油孔上模安装到位后，α角的终止位置延长线与吸油孔上模通孔61a圆心的中心线相重叠，钻床钻头的行进方向也垂直于吸油孔上模，故通孔61a圆心、钻头圆心以及第一段吸油管路中心点在一条直线上。当钻头按照垂直方向进行加工时其加工路线就与α角终止位置延长线相重叠，就可以完成吸油管路深度及位置的控制与吸油口位置的加工。

对照图10，对第一段供油管路46a及喷油孔的加工进行说明：

制作喷油孔以及第一段供油管路46a包括如下几个设备：设有滑槽70a的第二模具底座70，固定在第二模具底座70滑槽70a一端侧的侧挡板74；与滑槽70a配合的滑轨73；喷油孔上模71；第二下法兰定位模72；钻床。

第二模具底座70安装在钻床上，其目的是保证工作面与钻床钻头的行进方向垂直。该第二模具底座的滑槽70a对应滑轨73，便于下法兰加工完成后可以较为方便的取出，在滑轨上开设有限位槽73a，在第二模具底座上设有限位螺栓70b，限位螺栓与限位槽配合，目的是限制滑轨在一定的行程内滑动。

滑轨安装到位后，再进行第二下法兰定位模72的安装。第二下法兰定位模72由中间主轴72a和两个定位销72b、72c组成，主轴72a和定位销72b、72c与下法兰49的三个通孔49c、49d、49e配合。第二下法兰定位模72固定在滑轨73上。该第二下法兰定位模作用是：当下法兰安装到位后，保证下法兰上的吸油孔及第一段吸油管路垂直于侧挡板的端面74b，下法兰上端面49f与第二模具底座70的安装面平行，下法兰上端面49f与钻头的行进方向垂直，端面74b与钻头的行进方向平行。侧挡板74的顶部外侧向上伸出形成挡边74a，该挡边的内侧端面74c与端面74b平行。喷油孔上模71为扇形结构，喷油孔上模的下端面71a安装到挡边74a内侧的侧挡板顶部端面74d上，端面74d垂直于端面74b，且喷油孔上模的弦边侧71c抵靠在挡边内侧端面74c上。

当下法兰安装到位后，将滑轨往侧挡板一侧移动到位，使下法兰的外圆与侧挡板的端面74b相切，第一段供油管路46a中心线与侧挡板的端面74b相垂直。

喷油孔上模71有一圆形定位孔71b，移动钻台，使其钻头的行进方向垂直于喷油孔上模，其钻头的圆心与定位孔的圆心对齐。当下法兰、喷油孔上模安装到位后，定位孔71b圆心到端面74b的垂直距离等于喷油孔圆心到端面74b的垂直距离，该距离也就是第一段供油管路46a的长度，安装喷油孔上模应保证定位孔71b圆心到端面74b的垂足和喷油孔圆心到端面74b的垂足位于与钻床工作面垂直的同一条垂线上。当下法兰通过滑轨安装到位，下法兰外圆与端面74b相切时，通过喷油孔上模定位，就可以保证喷油孔圆心、第二段喷油管路的中心线、喷油孔上模定位孔、钻头圆心处于同一条直线上，并与钻头的行进方向相重叠。当钻头对下法兰的端面49f进行垂直加工时，保证第二段吸油管路末端的中心点位于第一段吸油管路中心线即α终止位置延长线上，且第二段吸油管路与第一段吸油管路垂直相交。

由于压缩机气缸吸气腔容积有限，喷到压缩机气缸内的冷冻油(即喷油量)不宜过多或过少，过多则可能影响压缩机的吸气容积，过少则可能起不到汽缸润滑效果。同时，由于压缩机在整个吸气过程中吸气压力与低压侧内的压力基本相等，压力的变化和波动也是最低的，这为计算整个吸气行程需要多少喷油量提供了较为稳定的环境条件。

压缩机在吸气过程中，泵体吸气腔内充满了制冷剂，吸气腔内的冷冻油量也即喷油量q可以依照压缩吸气腔的有效容积进行计算，即：冷冻油与制冷剂之比等于喷油量与汽缸有效容积之比。通常情况下，吸气腔内制冷剂中总的冷冻油比例约为5‰，但是，由于不同温度下冷冻油的粘度、流速会有所不同，且制冷剂中本身就带有一定比例的冷冻油，因此，较优的方案是将制冷剂中冷冻油所占的比例控制在3‰左右。

而喷油量q的多少与供油管路粗细、长短的设计密切相关。因此，设计一段粗细、长短适宜的供油管路，对于喷油量q的控制比较关键。

压缩机吸气口48b位置不同，其α角也会不同，即吸气起始位置线不同。因此，在旋转式压缩机泵体型号确定的情况下，该α角是可以通过测量得到的。α角确定后，即可按照前述方案来确定吸油孔和喷油孔的位置，而当吸油孔和喷油孔的位置确定后，供油管路的长度l就可以得出了。当然，即使是不按上述最佳方案来确定吸油孔和喷油孔的位置，一旦吸油孔和喷油孔的位置确定后，供油管路的长度l也是能测量得到的。由于供油管路的长度l是一个定值，要想将喷油量q控制在一定的范围内，供油管路的孔径设计就显得比较重要。

以下为计算供油管路管径d的一种计算方法，该方法通过哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)公式来求出汽缸回油润滑机构供油管路管径d。哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)公式是细小管路流量的计算公式，需要注意的是，该公式所得出气缸辅助润滑机构的喷油量q是以mm³/s为单位。而压缩机是高速旋转机构，假设电机转速是m r/min，换算每秒转速为

压缩机单个吸气周期2π-α的喷油量q_d，

则每秒的喷油量

根据流体力学的原理，流量可以通过以下哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)公式求得：

$q=\frac{{\mathrm{\πd}}^4}{128\mathrm{\μl}}\mathrm{\Δp}$

其中：q为每秒喷油量，q_d为单个吸气周期喷油量，d为供油管路管径直径，μ为冷冻油的运动粘度，ι为供油管路长度，ΔP为进出供油管路的压力差。

通过前面已经确定好的q_d、q、l、μ、ΔP等物理量，通过以下公式就可以计算得到供油管路管径d：

$d=\sqrt[4]{\frac{128\mathrm{\μlp}}{\mathrm{\Δp\π}}}$

以下，对照图4a与图4b，通过一个具体实例来计算供油管路的孔径。

以QHD-23K的压缩机为例，其汽缸的有效容积为23.6cm³，其-23.3℃标准的运行工况为高压2.044MPa、低压0.114MPa，ΔP＝1.93Mpa＝1.93*10⁶pa，工况运行标准参照GB/T9098-20086.2进行测试。

选取的定频压缩机每分钟转速在3000r/min，换算每秒转速为50r/S，则每秒的喷油量q＝50*q_d。

首先，通过测量确定α角为9°，然后，测量汽缸内壁在α终止位置线上的T2的距离，通过测量T2与下法兰吸油口距离为17mm，下法兰厚度为9mm，吸油孔开孔处位于下法兰厚度的中心位置即4.5mm处，则管路长度ι＝(17mm+4.5mm)＝21.5mm。

使用的冷冻油为：POE 32RH，其在100℃下运动粘度μ为5.8mm²/s。

选取汽缸容积的3‰作为补偿的油量，该3‰也就是在2π-α吸气形成中从供油管路喷入吸气腔内的油量，则单位吸气周期喷油量q_d＝23.6cm³*3‰＝0.0708cm³＝70.8mm³

则每秒的喷油量q＝50*q_d＝3540mm³/S

根据

可求得孔径d＝1.75mm，即吸油管路的直径φ1.75mm。

由于吸油管路及喷油孔对精度要求特别高，一般的加工无法满足其精度要求，因此每一款压缩机的下法兰都需要通过特殊的工装来保证喷油孔和吸油管路的精准。

Claims (9)

1.一种卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，包括位于压缩机密闭壳体(10)内的电机部(20)和泵体(40)，所述电机部包括转子(21)和定子(23)，定子(23)上设有定子绕组线圈，所述转子嵌装固定于旋转轴(30)上，所述定子(23)具有与转子(21)周面之间存在一定间隙的内周面且安装固定于封闭壳体(10)上，所述泵体包括上法兰(43)和下法兰(49)，其特征在于还包括设置在压缩机密闭壳体内部的油分离器和回油润滑机构；

所述油分离器包括安装于定子绕组线圈头部(22)与上法兰(43)之间的消音引流罩(41)和油分离滤芯(42)，所述消音引流罩(41)和油分离滤芯(42)固定在泵体上法兰(43)上，消音引流罩(41)安装在上法兰(43)和油分离滤芯(42)之间；消音引流罩上还设有用于将从泵体排气阀(44)排出的制冷剂排放到压缩机电机这一侧的引流管(41b)，油分离滤芯上设有与引流管(41b)相匹配的定位通孔(42b)；

所述回油润滑机构包括设置在泵体下法兰(49)内部且贯穿下法兰的一段供油管路，该供油管路包括位于下法兰侧壁上且没入冷冻油内的吸油孔(49b)和位于朝向气缸一侧的下法兰侧壁上且在压缩机吸气过程中与吸气腔(V1)相通的喷油孔(49a)。

2.如权利要求1所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述引流管(41b)向压缩机电机定子(23)和转子(21)之间的间隙倾斜，定位通孔(42b)的倾斜角度与引流管(41b)的倾斜角度一致。

3.如权利要求2所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述油分离滤芯、消音引流罩和上法兰通过螺纹连接件(45)连接；所述消音引流罩(41)上设有至少一个凹向上法兰的安装部(41c)，且在消音引流罩安装部(41c)和油分离滤芯(42)之间设有用于将消音引流罩(41)压紧固定在上法兰上的套筒(47)，套筒套在螺纹连接件上。

4.如权利要求3所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述油分离滤芯(42)厚度不小于6mm，滤芯与压缩机电机定子绕组线圈头部(22)之间间隙不小于2mm。

5.如权利要求1或2或3或4所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：喷油孔(49a)在压缩机轴线方向上与气缸(48)内壁相切且切点位于压缩机吸气开始时气缸内壁与活塞外壁的切线的延伸线上。

6.如权利要求5所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述供油管路由靠近喷油孔的第一段供油管路和靠近吸油孔的第二段供油管路组成，第一段供油管路管壁与气缸(48)内壁在空间上相切。

7.如权利要求6所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述第二段供油管路和第一段供油管路垂直相交，且第二段供油管路的中心线位于压缩机的径向方向上。

8.如权利要求7所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述吸油孔(49b)的圆心位于下法兰侧壁上的中间位置。

9.如权利要求7所述的卧式旋转式中低温压缩机的油分离及回油润滑系统，其特征在于：所述供油管路为等孔径的管路，供油管路的孔径d由如下哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)公式确定：

$d=\sqrt[4]{\frac{128\mathrm{\μlp}}{\mathrm{\Δp\π}}},$

其中：

q为每秒喷油量，q_d为单个吸气周期喷油量，m为压缩机每分钟转速，μ为冷冻油的运动粘度，ι为供油管路长度，ΔP为进出供油管路的压力差。

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