CN102449310A

CN102449310A - 往复式压缩机肘销轴承和润滑通道

Info

Publication number: CN102449310A
Application number: CN2010800233196A
Authority: CN
Inventors: P.J.弗拉尼根
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2012-05-09
Also published as: WO2010138511A3; EP2435703A4; EP2435703A2; US20120067202A1; WO2010138511A2

Abstract

公开了往复式压缩机（10），其为具有小活塞（15）的肘销（16）和连接杆（13）提供更好的磨损特性，例如用于诸如CO₂的较高压力工作流体的往复式压缩机（10）。一种所公开的压缩机（10）包括至少一个偏心轮（11）和连接杆（13），连接杆（13）包括近端（12）和远端（14）。连接杆（13）的近端（12）包括近侧贯通开口（26），近侧贯通开口（26）提供连接在偏心轮（11）周围的近侧轴承表面（28、29）。连接杆（13）的远端（14）包括远侧贯通开口（27），远侧贯通开口（27）形成衬垫有轴承插入件（37）的远侧轴承表面（27a），轴承插入件（37）连接在肘销（16）周围。肘销（16）连接到活塞（15）的内部（15）。连接杆（13）的远端（14）还包括润滑剂通道（39、38），润滑剂通道（39、38）延伸穿过连接杆（13）的远端（14）并穿过轴承插入件（37）通向肘销（16）。活塞（15）能在气缸（23）中运动以压缩工作流体。

Description

往复式压缩机肘销轴承和润滑通道

相关申请的交叉引用

本申请是非临时专利申请，要求2009年5月28日提交的美国临时专利申请序列号61/181,929在35USC§119(e)下的优先权。

技术领域

本公开涉及往复式压缩机，并且更具体地涉及适合与二氧化碳制冷剂一起使用的往复式压缩机。更加具体地，本公开涉及改进的连接杆/肘销设计，用于这种往复式压缩机的更加可靠的操作。

背景技术

压缩机在许多应用中用于压缩各种流体。一种类型的压缩机是往复式活塞压缩机。在往复式活塞压缩机中，曲轴使至少一个偏心轮旋转。每个偏心轮进而驱动连接杆，该连接杆通过肘销连接到活塞。连接杆通常包括较大的近端，其衬垫有接收该偏心轮的轴承。连接杆还包括较小的远端，其也配备有轴承，该轴承通常被接收在肘销上，该肘销将连接杆连接到活塞。

从传递致动力到活塞，这些连接杆轴承中遇到了大量的摩擦。因此，本领域已知的是，向压缩机中的各种运动表面提供润滑剂以促进活塞和连接杆的运动。通常，润滑剂被驱动到曲轴内侧的润滑剂路径中，在那里，润滑剂被分布到每个偏心轮和主轴承的供给孔。润滑剂也可被向上传输通过连接杆到远端或肘销轴承，以润滑活塞中的肘销和对应的轴承。

在往复式压缩机中，肘销承载用于压缩气体的负载。肘销必须配合在活塞内，所以用于轴承表面的区域被接收肘销的活塞孔的尺寸所限制。此外，肘销要求润滑剂维持油膜来可靠地承载负载。

例如，在CO₂压缩机中，活塞孔相比于其他压缩机较小，所以肘销轴承表面区域相对于CO₂压缩机所需的高负载而言较小。活塞内的空间也小，这阻止了依赖于向肘销泼溅供给润滑剂的设计。由于与向肘销输送润滑剂相关联的问题，诸如用于连接杆的铝以及用于肘销的钢之类的典型材料并不充分可靠。

美国专利No. 7,128,528公开了两级CO₂压缩机和涡壳式CO₂压缩机，其依赖于用于其轴承的特殊材料（例如石墨），但是却没有解决与往复式CO₂压缩机或类似往复式压缩机的肘销上的应力以及向肘销输送润滑剂相关联的问题。美国专利公开2006/0171824公开了一种穿过连接杆的中心部分通向肘销的迂回的润滑剂输送路径。然而，该设计不允许包括围绕肘销的轴承，从而没有完全解决钢制肘销的过早磨损和失效的问题。

因此，需要一种改进的往复式压缩机肘销/轴承/连接杆设计，其提供向肘销的可靠润滑剂输送以及肘销和连接杆的可靠的长期操作。

发明内容

公开了改进的压缩机，其为具有小活塞的往复式压缩机的肘销和连接杆提供更好的磨损特性，例如用于诸如CO₂的较高压力工作流体的往复式压缩机。

一种所公开的压缩机包括至少一个偏心轮和连接杆，连接杆包括近端和远端。连接杆的近端包括近侧贯通开口，近侧贯通开口形成连接在偏心轮周围的近侧轴承表面。连接杆的远端包括远侧贯通开口，远侧贯通开口形成可衬垫有轴承插入件的远侧轴承表面，轴承插入件进而可衬垫有轴承材料，轴承材料可包括碳，例如石墨。轴承插入件连接在肘销周围。肘销连接到活塞的内部。活塞能在气缸中运动以压缩工作流体。

连接杆的远端还可包括润滑剂通道，润滑剂通道延伸穿过连接杆的远端并穿过经衬垫的轴承插入件以提供通向肘销的流体传输。可设置润滑剂供应系统，用于通过润滑剂通道向活塞的内部和肘销供应或泼溅供给润滑剂。

当结合附图阅读时，本公开的这些和其他方面和特征将从以下详细描述而变得更加明显。

附图说明

为了更完整地理解所公开的方法和设备，应当参照在附图中更详细示出的实施例，附图中：

图1是根据本公开制造的压缩机的剖面图；

图2是图1所示压缩机的连接杆的侧剖面图；

图3是图1-2所示连接杆的分解图；

图4是图1的标记为4的区域的放大图，特别地示出了连接杆的远端、轴承、肘销和活塞；

图5是图1所示压缩机的两个轴承杆、肘销、活塞和密封件的局部分解图；并且

图6是轴承插入件、肘销和润滑剂通道的放大剖面图。

应当理解，附图不必是按比例的并且所公开的实施例有时被概略地且以局部视图示出。在某些情况下，可能已经省略了对于理解所公开的方法和设备不是必需的细节，或者使得其他细节难以理解的细节。当然，应当理解的是本公开不限于本文所示的具体实施例。

具体实施方式

图1所示的压缩机10具有马达（未示出），该马达驱动曲轴（未示出），曲轴是偏心轮11旋转，偏心轮11被接收在连接杆13的近端12中。连接杆13包括远端14，其通过肘销16连接到活塞15，如图4-5最佳示出的。虽然在图1中仅示出了单个连接杆13，但是诸如图1中附图标记10处所示压缩机的压缩机通常包括四个连接杆13或者两对连接杆13，图5中示出了一对这种平行的连接杆13。另一个连接杆13a也在图1中示出并且设置成与另外的连接杆13a（未示出）处于平行关系。连接杆13、13a可由铝、铝合金、各种钢、铸铁或镁合金制成。

图1和图5所示的活塞15朝向和远离阀板17和头部18运动，以压缩诸如制冷剂的气体，而同时与对应的一对连接杆13a相关联的对应的一对活塞（未示出）朝向和远离阀板17a和头部18a运动。

压缩机10包括壳体21，壳体21与示意性地在附图标记22处示出的润滑剂供应储池组合起来提供了润滑剂分布网络24，润滑剂分布网络24将润滑剂供给到所需要的区域，例如由壳体21限定的每个气缸23中。图1和图5仅示出了一个气缸23，但是典型的压缩机10将会包括四个气缸23。在所示的实施例中，通过各种通道（仅在附图标记24处示意性地示出了其中一个）向气缸23的润滑剂输送通常被称为是“泼溅供给”系统。

转到图2-3，连接杆13包括近侧贯通开口26和远侧贯通开口27。近侧贯通开口26提供用于偏心轮11的轴承表面26a、26b，不过优选地由轴承或轴承组件衬垫，例如一对连接的半圆柱形杆轴承28、29。在图1-3所示的实施例中，连接杆13不是整体结构，而是相反包括下半圆柱形部分31，下半圆柱形部分31限定近端12并且连接到上部分32，上部分32限定连接杆13的远端14和远侧贯通开口27。下部分31可通过多种方式连接到上部分32，例如通过如图3所示的紧固元件33、定位销34和垫圈35。当然，连接杆13、13a也可以是整体结构，这取决于压缩机10的设计。

图3还提供了轴承插入件37的透视图，其设置在远侧贯通开口27中并且其接收肘销16或者被连接在肘销16周围。轴承插入件37优选地制造成具有金属背衬层（例如钢背衬层），衬垫有含碳轴承材料，例如含石墨的轴承材料。烧结层（例如青铜烧结层）可用于将含石墨层附着到钢背衬。含碳和/或石墨的轴承材料也可包括二氧化硅和树脂。轴承插入件37的功能是降低肘销16上的摩擦和磨损。通过为远侧贯通开口27和肘销16采用衬垫有碳或石墨轴承材料的轴承插入件37，可在插入件37中提供润滑剂输送孔或孔口38，以提供向肘销16的润滑剂输送。图3还示出了穿过连接杆13的远端14的表面41的孔或孔口39。如图4所示，经对准的孔39、38提供通向肘销16的润滑剂通道。孔38可初始地被机加工或钻到轴承插入件37中，或者孔38可在轴承插入件37被压入连接杆13的远侧贯通开口27之后被机加工/钻通轴承插入件37。当然，后一种程序可消除组件期间的对准问题。在图4中，由孔39、38提供的润滑剂通道被设置成大约在直径上与偏心轮11在肘销16对面。图4中还以虚线示出了替代的润滑剂通道39a、38a，其设置在相对于线45和肘销16的中轴线16a的相交处成角度θ处，线45将肘销16和偏心轮11二等分。轴承插入件37中的孔38以及连接杆13的远端14中的孔39的组合提供了用于向肘销16输送润滑剂而同时仍然为肘销16提供轴承插入件37的方式。因此，图3-4所示的设计提供了向肘销16的泼溅供给润滑剂输送以及轴承插入件37形式的肘销16的降低摩擦轴承支撑的独特组合。

轴承插入件37可以是钢背衬或金属背衬，其衬垫有含碳或石墨的轴承材料，任选的烧结层设置在背衬和含碳或石墨轴承材料之间。一个合适的插入件包括钢背衬、青铜烧结层以及石墨树脂轴承材料层，其包括石墨、二氧化硅和树脂。这种插入件可从日本的Taiho Kogyo有限公司获得。

由孔或孔口38、39提供的通向肘销16的润滑剂通道使得润滑剂能够通过简单的泼溅供给系统被输送到肘销16，该泼溅供给系统在图4中示意性地在附图标记22、24和方向箭头处示出。避免了通过连接杆13的上部分32的错综复杂的通道，由此降低了连接杆13的成本。由于润滑剂被输送到活塞15的内部15a任何地方，所以不需要修改压缩机10的润滑剂输送系统来适应本文公开的经修改的连接杆13和轴承插入件37。

图5提供了一对连接杆13的透视图，其示出了肘销16和活塞15的相对尺寸。用于活塞的O形圈或密封件在附图标记41、42处示出。

工作流体是CO₂。并且，工作流体可以是R410A（http://www51.honeywell.com/sm/410a/index.html）或另一种环境友好的制冷剂或工作流体。

图6示意性地示出了当活塞15在压缩机10的操作期间上、下运动时，作为肘销16的外表面16b朝向和远离轴承插入件37的内表面37a的振荡竖直运动的结果，润滑剂通过插入件的开口38流到肘销16。通过肘销16上的负载沿箭头50方向的泵送动作，在表面16b、37a之间形成了油膜49，该泵送动作在每次冲程时迫使油朝向插入件37的底部37c穿过插入件37的顶部37b中的开口38一次。虽然图6中未示出，但如上所述，内表面37a可衬垫有含碳或石墨轴承材料，任选的烧结层设置在背衬和含碳或石墨轴承材料之间。

工业应用性

公开了往复式压缩机10，其为设计成用于较高压力工作流体的肘销16和连接杆13提供更好的磨损特性，所述工作流体例如是CO₂、R410A和本领域技术人员将会明白的其他环境友好的较高压力工作流体。连接杆13的远端14包括远侧贯通开口27，其形成远侧轴承表面27a，远侧轴承表面27a衬垫有轴承插入件37，轴承插入件37可滑动地且摩擦地接收肘销16。肘销16被压配合到活塞15的内部15a中，但是肘销16可在轴承插入件37中旋转。轴承插入件可包括金属背衬，其衬垫有含碳或石墨的轴承材料。活塞15可在气缸23中运动以压缩工作流体，例如CO₂或R410A。本领域技术人员将会明白其他较高压力工作流体。经衬垫的轴承插入件37可与泼溅供给润滑剂输送系统组合起来，该泼溅供给润滑剂输送系统由穿过连接杆13的远端14的孔39和穿过轴承插入件37的对应的孔38提供。因此，公开了一种用于肘销16的改进的轴承插入件37。还公开了一种用于肘销16的改进的泼溅供给润滑剂输送系统22、24、39。最后，这两项成果可单独地实施或在单个实施例中组合地实施。

尽管仅仅阐述了一些实施例，但本领域技术人员将会从以上描述明白替代形式和修改。这些和其他替代形式被认为是等同物并且在本公开和所附权利要求的精神和范围内。

Claims

1.一种压缩机（10），包括：

至少一个偏心轮（11），

连接杆（13），所述连接杆（13）包括近端（12）和远端（14），

所述连接杆（13）的近端（12）包括近侧贯通开口（26），所述近侧贯通开口（26）形成连接在所述偏心轮（11）周围的近侧轴承表面（28、29），

所述连接杆（13）的远端（14）包括远侧贯通开口（27），所述远侧贯通开口（27）形成衬垫有轴承插入件（37）的远侧轴承表面，所述轴承插入件（37）衬垫有轴承材料，所述轴承插入件（37）连接在肘销（16）周围，

所述连接杆（13）的远端（14）还包括润滑剂通道（39、38），所述润滑剂通道（39、38）延伸穿过所述连接杆（13）的远端（14）并穿过所述轴承插入件（37）通向所述肘销（16），

所述肘销（16）连接到所述活塞（15）的内部（15），所述活塞（15）能在气缸（23）中运动以压缩工作流体。

2.如权利要求1所述的压缩机（10），其中，所述连接杆（13）由铝或铝合金制造。

3.如权利要求1所述的压缩机（10），还包括润滑剂供应系统（22、24），用于通过所述润滑剂通道（39、38）向所述活塞（15）的内部（15）和所述肘销（16）供应润滑剂。

4.如权利要求1所述的压缩机（10），还包括多个所述偏心轮（11）、多个所述连接杆（13、13a）、多个所述肘销（16）、多个经衬垫的轴承插入件（37）以及多个所述活塞（15）。

5.如权利要求1所述的压缩机（10），其中，穿过所述连接杆（13）的远端（14）的表面和所述轴承插入件（37）的所述润滑剂通道（39、38）被设置成与所述偏心轮（11）在所述肘销（16）对面。

6.如权利要求1所述的压缩机（10），其中，所述工作流体是CO₂或R410A。

7.如权利要求1所述的压缩机（10），其中，所述轴承材料包括碳。

8.如权利要求7所述的压缩机（10），其中，所述碳是石墨。

9.如权利要求7所述的压缩机（10），其中，所述轴承材料包括石墨、二氧化硅和树脂。

10.一种压缩机（10），包括：

至少一个偏心轮（11），

所述连接杆（13）的远端（14）包括远侧贯通开口（27），所述远侧贯通开口（27）形成衬垫有轴承插入件（37）的远侧轴承表面，所述轴承插入件（37）衬垫有轴承材料，所述轴承材料包括碳，所述轴承插入件（37）连接在肘销（16）周围，

11.如权利要求10所述的压缩机（10），其中，所述连接杆（13）的远端（14）还包括润滑剂通道（39、38），所述润滑剂通道（39、38）延伸穿过所述连接杆（13）的远端（14）并穿过所述轴承插入件（37）通向所述肘销（16），

所述压缩机还包括润滑剂供应系统（22、24），用于通过所述润滑剂通道（39、38）向所述活塞（15）的内部（15）和所述肘销（16）供应润滑剂。

12.如权利要求11所述的压缩机（10），其中，穿过所述连接杆（13）的远端（14）的表面和所述轴承插入件（37）的所述润滑剂通道（39、38）被设置成与所述偏心轮（11）在所述肘销（16）对面。

13.如权利要求10所述的压缩机（10），其中，所述轴承材料包括石墨。

14.如权利要求12所述的压缩机（10），其中，所述轴承材料包括石墨、二氧化硅和树脂。

15.如权利要求10所述的压缩机（10），其中，所述工作流体是CO₂或R410A。