CN102734130B - 压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压缩机，该压缩机包括：壳体；曲轴，其竖向布置于壳体内且具有上端部、下端部以及贯穿上端部和下端部设置的供油通道；下轴承，其设置在壳体内且以可枢转方式支撑曲轴的下端部；油盘，其设置在壳体内且位于曲轴的下端部附近；以及油泵，其具有油入口、油出口、油吸入腔以及油排出腔，油入口位于油盘中的油的水平面之下并与油吸入腔流体连通，油排出腔通过油出口与曲轴的下端部处的供油通道流体连通。其中，该压缩机还包括压力平衡管，并且压力平衡管在油盘中的油的水平面之上的空间与油吸入腔之间提供流体连通。

Description

压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，特别涉及一种可变速压缩机。

背景技术

如图1所示，具有竖向曲轴的立式压缩机广泛地采用离心油泵。如图2所示，这种油泵通常构造成在竖向曲轴801的底端的内部具有抛油环805。当然，这类离心油泵还可以具有其它各种各样的设计。

然而，对于这类离心油泵而言，油流量直接与曲轴转速的平方成正比。因此，当转速高时，油泵输送很多的油，但是转速低时，油泵输送很少的油，甚至无油。

为了在低速时输送足够的油，可以进行各种改进设计。

如图3所示，美国专利US5,176,506公开了一种改进油泵。即使当曲轴的转速非常低时(即，角速度ω非常低)，叶轮的增大的直径将能够增大线速度(V＝ω×R)。显然，叶轮106的直径会制造的比曲轴36的直径大。

这种改进的设计在低速时获得足够的油方面是成功的。但是在高速时油量会超过所需的量并且将导致油循环的问题，如图4所示。由此可见，对于美国专利US5,176,506所披露的油泵而言，曲轴的转速对油流量具有显著影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种压缩机，该压缩机的油泵能够在不同的曲轴转速时输送足够且大致相同的油流量，并且这种油泵制造成本低且可靠性高。

根据本发明，提供一种压缩机，该压缩机包括：壳体；曲轴，其竖向布置于壳体内且具有上端部、下端部以及贯穿上端部和下端部设置的供油通道；下轴承，其设置在壳体内且以可枢转方式支撑曲轴的下端部；油盘，其设置在壳体内且位于曲轴的下端部附近；以及油泵，其具有油入口、油出口、油吸入腔以及油排出腔，油入口位于油盘中的油的水平面之下并与油吸入腔流体连通，油排出腔通过油出口与曲轴的下端部处的供油通道流体连通。其中，该压缩机还包括压力平衡管，压力平衡管在油盘中的油的水平面之上的空间与油吸入腔之间提供流体连通。

可选择地，压力平衡管可以布置在油泵和曲轴的外部。

具体地，压缩机还可以包括：下轴承组件，其上部形成下轴承而其下部延伸形成油泵的泵壳；叶轮组件，其包括用于与曲轴的下端部连接以便一体旋转的上段、用于形成叶轮的下段以及位于上段与下段之间的中段，当叶轮组件组装于泵壳中时，叶轮组件的中段的外周表面与泵壳的内周表面之间的空间形成油吸入腔，叶轮的外周表面与泵壳的内周表面之间的空间形成油排出腔；以及泵盖，其装配在泵壳中且位于叶轮下方。

优选地，叶轮的邻近叶轮组件的中段的一侧表面上设有至少一个导流槽；泵盖的邻近叶轮一侧的表面上设有静压通道；叶轮组件纵向贯穿设置有中央通道，中央通道的上端形成油出口，中央通道的下端与静压通道流体连通；其中，油吸入腔、导流槽、油排出腔、静压通道、中央通道依次连接形成油泵的油流通道。

优选地，下轴承组件的内壁可以自上而下依次包括用于支撑曲轴的第一部分内周部、内径小于第一部分内周部的第二部分内周部、以及内径大于第一部分内周部的第三部分内周部，其中，油吸入腔形成于第二部分内周部与叶轮组件的中段的外周表面之间，油泵的油入口自下轴承组件的外壁径向贯穿第二部分内周部而形成。

优选地，可以进一步自下轴承组件的外壁径向贯穿第二部分内周部形成通气孔，压力平衡管经由通气孔与油吸入腔流体连通。

具体地，油排出腔可以形成于第三部分内周部与叶轮的外周表面之间。

可选择地，压力平衡管可以布置在油泵和曲轴的内部。

具体地，压缩机还可以包括：下轴承组件，其上部形成下轴承而其下部延伸形成油泵的泵壳；叶轮组件，其包括用于与曲轴的下端部连接以便一体旋转的上段、用于形成叶轮的下段以及位于上段与下段之间的中段，叶轮的底面的中央部分内凹形成油吸入腔，当叶轮组件组装于泵壳中时，叶轮的外周表面与泵壳的内周表面之间的空间形成油排出腔；以及泵盖，其装配在泵壳中且位于叶轮下方，油入口由泵盖的中央开孔形成。

优选地，叶轮的邻近泵盖一侧的表面上设有至少一个导流槽；叶轮组件的中段的外周表面与泵壳的内周表面之间的空间形成静压通道；叶轮组件的上段纵向贯穿形成油出口；其中，油吸入腔、导流槽、油排出腔、静压通道、油出口依次连接形成油泵的油流通道。

优选地，下轴承组件的内壁可以自上而下依次包括用于支撑曲轴的第一部分内周部、内径小于第一部分内周部的第二部分内周部、内径大于第一部分内周部的第三部分内周部以及内径大于第三部分内周部的第四部分内周部，其中，静压通道形成于第二部分内周部及第三部分内周部与叶轮组件的中段的外周表面之间，油排出腔形成于第四部分内周部与叶轮的外周表面之间。

优选地，可以纵向贯穿叶轮组件形成与油吸入腔流体连通的中央通道，压力平衡管的下端插置在中央通道中。

优选地，与供油通道流体连通的叶轮组件的上段中的油出口在叶轮组件的径向上位于中央通道的外侧。

优选地，可以进一步在曲轴的下端部处形成通气孔，通气孔在曲轴外壁上的开口位于油盘中的油的水平面之上，压力平衡管的上端穿过供油通道插置在通气孔的一部分中。

可选择地，油泵的叶轮的直径可以大于曲轴的直径使得在曲轴的转速低时有足量的油供给至供油通道。

可选择地，油泵可以为离心泵、轴流泵、容积泵或者其它可以采用本发明特征的泵。

更优选地，下轴承可以位于油盘中的油的水平面之下。

更优选地，可以进一步包括围绕油泵的外周设置的异物过滤器。

更优选地，可以进一步包括保持环，用于将泵盖保持在泵壳中。

本发明的有益效果是：根据本发明构造的压缩机具有压力平衡管，使得可以经由油入口以相同的油流量向油泵供油，从而确保了油泵能够在不同的转速时输送相同的油流量；并且，根据本发明构造的油泵能够在不同的曲轴转速时输送相同的油流量且油流量基本不受曲轴转速的影响；此外，具有本发明特征的任何泵都可以在不同的曲轴转速时输送相同的油流量，包括离心泵、轴流泵、容积泵等。

附图说明

图1示出了现有技术的压缩机的示意图。

图2示出了现有技术的压缩机的曲轴以及抛油环的示意图。

图3示出了另一现有技术的压缩机的油泵的示意图。

图4示出了图3所示压缩机油泵的油流量与曲轴转速之间的对应关系的曲线图。

图5示出了根据本发明的压缩机的组装示意图。

图6示出了根据本发明的压缩机的油泵的部分组件的分解示意图。

图7示出了根据本发明的压缩机的油泵的叶轮与曲轴的装配示意图。

图8示出了根据本发明的压缩机的油泵的泵盖与下轴承的装配示意图。

图9示出了根据本发明的下轴承的在油入口和通气孔处的横截面示意图。

图10示出了根据本发明的压缩机的油泵的工作原理图。

图11示出了压缩机的局部示意图。

图12示出了根据本发明的压缩机的油泵的油流量与曲轴转速之间的对应关系的图表。

图13示出了根据本发明另一实施方式的压缩机的油泵的局部示意图。

图14示出了图13所示油泵的叶轮组件的示意图。

具体实施方式

如图5及图6所示，根据本发明的压缩机100装备有油泵500。压缩机100包括壳体110、竖向布置于壳体110内且具有上端部124和下端部126的曲轴120、设置在壳体110内且以可枢转方式支撑曲轴120的下端部126的下轴承140、以及设置在壳体110内且位于曲轴120的下端部126附近的油盘180。曲轴120具有贯穿上端部124和下端部126设置的供油通道127。

如图6所示，压缩机100包括下轴承组件510、压力平衡管520、叶轮组件530、泵盖550、保持环570以及异物过滤器590。

下轴承组件510的上部形成用于支撑曲轴120的下端部126的下轴承140，而下部延伸形成油泵500的泵壳515。如图10所示，下轴承组件510的内壁自上而下依次包括用于支撑曲轴120的第一部分内周部5102、内径小于第一部分内周部的第二部分内周部5104、以及内径大于第一部分内周部的第三部分内周部5106。

叶轮组件530包括用于与曲轴120的下端部126连接以便一体旋转的上段531、用于形成叶轮535的下段以及位于上段与下段之间的中段533。

其中，油吸入腔5305形成于第二部分内周部5104与叶轮组件530的中段533的外周表面之间。并且，油排出腔5308形成于第三部分内周部5106与叶轮535的外周表面之间。

此外，油泵500的油入口507自下轴承组件510的外壁径向贯穿第二部分内周部5104而形成。并且，自下轴承组件510的外壁径向贯穿第二部分内周部5104形成通气孔508。作为非限制性示例，油入口507与通气孔508对称设置。

请参照图5、图6及图10，在该示例性实施方式中，压力平衡管520大致呈形。压力平衡管520的一端(即，形的横向部分的末端)插入通气孔508使得与油吸入腔5305流体连通，而另一端(即，形的竖向部分的末端)延伸至油盘180中的油的水平面1808之上使得与油盘180中的油的水平面1808之上的空间流体连通。

请参照图6-10，叶轮535的邻近叶轮组件530的中段533的一侧表面上设有四个导流槽5356。泵盖550的邻近叶轮535一侧的表面上设有静压通道5506。叶轮组件530纵向贯穿设置有中央通道5306，中央通道5306的上端形成油出口509。中央通道5306的下端与静压通道5506流体连通。从而，油入口507、油吸入腔5305、导流槽5356、油排出腔5308、静压通道5506、中央通道5306、油出口509依次连接形成油泵500的油流通道。另外，油泵的油出口509在曲轴120的下端部126处连接于供油通道127以向上端部124处供油。

作为一种非限制性示例，油泵500的叶轮535的直径大于曲轴120的直径使得在曲轴120的转速低时有足量的油供给至供油通道127。

在油泵500中，叶轮组件530和曲轴120一起旋转而其它部件保持静止。叶轮组件530的上段531处设置的两个凸耳5315与曲轴120的下端部126的内壁处设置的沟槽(未标号)接合以确保叶轮组件530与曲轴120一起旋转，如图7所示。泵盖550的两个耳部5505插入下轴承组件510的泵壳515的切口(未标号)中以防止泵盖550旋转，如图8所示。下轴承组件510中设有轮廓形状与叶轮组件530的上段531匹配的通过孔5109，用于在装配时供叶轮组件530的上段531穿过。一般地，叶轮组件530在自身重力作用下座置于泵盖550之上，如图10所示。保持环570用于在下轴承组件510内(更确切地是在下轴承组件510的泵壳515内)保持泵盖550，如图10所示。围绕油泵的外周设置的异物过滤器590将防止残渣等进入油泵500内。

在本发明中，压力平衡管520具有两个功能：一个功能是确保油吸入腔5305内的压力与油盘180中的油的水平面1808之上的气压相同；另一功能是帮助移除进入油泵内部的过多制冷剂气体。

图10中的实线箭头显示了油流的运动，虚线箭头显示了制冷剂气体的流动。

请参照图10，在工作中，当曲轴120旋转时，叶轮535捕集位置②处的油，并且油在离心力的作用下向外流动。从而，油滴获得动能和/或增大压力(②→③)。然后，油滴被迫使进入泵盖550中的静压通道5506(③→④)。接下来，油流过泵盖550和叶轮组件530的中央通道5306进入曲轴120中的供油通道127(④→⑤→⑥→⑦)。尽管在本实施方式中叶轮535的直径略小于曲轴120的直径，但在非限制性示例中，叶轮535的直径可以等于大于曲轴120的直径使得确保即使在曲轴120的转速RPM(转/分钟)较小时油滴可以获得足够的能量(速度&压力)从而移动到曲轴120的顶部。

如图10所示，当油从位置②流动到位置③时，由于压力平衡管520的缘故，油吸入腔5305(位置②)将变得充满气体并且压力将等于油盘180中油的水平面1808上方(如图11中的位置⑧)的气压。压力平衡管520保证了油盘180上方的气压将不会对油入口507中的油的流速产生影响。在重力的作用下油盘180中的油连续的流入油吸入腔5305内(①→②)。流速取决于油水平面1808与油入口507之间的高度差H，这里忽略了油粘度的影响。通常，高度差H只是在很窄的范围内变化。换言之，当压缩机稳定运转时，高度差H基本上恒定不变，从而可以认为流速是恒定的。

能够在不同的曲轴转速时输送相同的油流量的前提条件是使叶轮直径足够大到确保在低速时油泵能够泵吸足够多的油至曲轴的顶部。之后，通过选择适当的油入口尺寸，油流量被调节成刚好能在不同速度时满足润滑需求。实际上，在低速时，油泵刚好能够泵吸所有油至曲轴的顶部。同时，在高速时，油泵不能泵吸比低速时更多的油，因为没有更多的油流入油吸入腔5305。因此，曲轴转速将不会影响油流量。

图12为根据本发明的示例性实施方式的油泵获得的实验数据，其中显示了油泵的油流量与曲轴转速之间的对应关系。在该示例性实施方式的油泵中，叶轮直径约为：40MM；油入口直径约为：7MM；高度差H约为：40MM；油类型选为：46BWMO。

通过实验数据可以看出：(1)、在1800RPM以上的任何速度，油泵输送约10.8毫升/秒的相同流量。(2)、由于马达的受限最大转速的缘故，测试仅进行到3900RPM，理论上，在3900RPM以上的速度也能够输送相同的流量，如图表中的虚线部分所示。(3)、当速度低于1800RPM时，油泵不能泵吸泵腔内所有的油至曲轴的顶部，此时，油流量将直接与曲轴转速的平方成正比，当转速太低时，油泵将完全不能泵吸油。

因此，设计本发明的油泵首先要计算低曲轴转速和高曲轴转速同时所需的最小油流量。接下来要基于高度差H和期望的流量来确定油入口的尺寸。然后再确定油泵的其它特征。如此获得的油泵将能够在不同的曲轴转速时输送相同的油流量。

图13、14示意性示出了本发明的另一实施方式的局部示意图。如图13所示，油泵500’安装于曲轴120’的下端部126’。压缩机包括下轴承组件510’、压力平衡管520’、叶轮组件530’、泵盖550’、保持环570’以及异物过滤器590’。

与第一实施方式相似，下轴承组件510’的上部形成用于支撑曲轴120’的下端部126’的下轴承，而下部延伸形成油泵500’的泵壳。下轴承组件510’的内壁自上而下依次包括用于支撑曲轴120’的第一部分内周部5102’、内径小于第一部分内周部的第二部分内周部5104’、内径大于第一部分内周部的第三部分内周部5106’以及内径大于第三部分内周部的第四部分内周部5108’。

与第一实施方式相似，叶轮组件530’包括用于与曲轴120’的下端部126’连接以便一体旋转的上段531’、用于形成叶轮535’的下段以及位于上段与下段之间的中段533’。

与第一实施方式不同的是，油泵500’的油入口507’由泵盖550’的中心开孔形成。油吸入腔5305’形成于叶轮535’邻近泵盖550’一侧的底面上，即，由叶轮535’的底面的中央部分向上凹陷形成。叶轮535’的底面上还设置有沿径向延伸且沿周向等间隔布置的六个导流槽5356’，如图14所示。这些导流槽5356’分别与油吸入腔5305’流体连通。并且，叶轮组件530’纵向贯穿设置有中央通道5306’，该中央通道5306’的下端与油吸入腔5305’流体连通。在该示例性实施方式中，压力平衡管520’大致呈“丨”形，其中，压力平衡管520’的下端插置在该中央通道内，压力平衡管520’的中段穿过曲轴120’的下端部126’处的供油通道127’，压力平衡管520’的上端插置在曲轴120’的下端部126’形成的大体为形的通气孔508’的竖向部分内。其中，通气孔508’在曲轴120’外壁上的开口位于油盘中的油的水平面之上。由此，油盘中的油的水平面之上的空间通过压力平衡管520’与油吸入腔5305’流体连通，如图13中的虚线箭头所示。

此外，油排出腔5308’形成于第四部分内周部5108’与叶轮535’的外周表面之间。静压通道5506’形成于第二部分内周部5104’及第三部分内周部5106’与叶轮组件530’的中段533’的外周表面之间。并且，在中央通道5306’的两侧贯穿叶轮组件530’的上段531’形成油出口509’。从而，在完成组装后，油入口507’、油吸入腔5305’、导流槽5356’、油排出腔5308’、静压通道5506’、油出口509’依次连接形成油泵500’的油流通道，如图13中的实线箭头所示。进而，油泵的油出口509’在曲轴120’的下端部126’处流体连通于供油通道127’以向曲轴120’的上端部处供油。

在该示例性实施方式中，当油沿图13中的油流通道(实线箭头)流动时，由于压力平衡管520’的缘故，油吸入腔5305’将变得充满气体并且压力将等于油盘中油的水平面上方的气压。压力平衡管520’保证了油盘上方的气压将不会对油入口507’中的油的流速产生影响。油盘中的油连续的流入油吸入腔5305’内。流速取决于油水平面与油入口507’之间的高度差，这里忽略了油粘度的影响。通常，高度差只是在很窄的范围内变化。换言之，当压缩机稳定运转时，高度差基本上恒定不变，从而可以认为流速是恒定的。

由以上分析可知，本发明的第二实施方式与第一实施方式具有大致相同的技术效果。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如，在第二实施方式中，可以不设置中央通道5306’和形的通气孔508’，而是使压力平衡管的一端从下方经由油入口507’进入油吸入腔5305’内，并使压力平衡管的另一端延伸于油盘中的油的水平面之上。所有这些变型和变体都落入本发明要求保护的范围内。

Claims (18)

1.一种压缩机，包括：

壳体；

曲轴，其竖向布置于所述壳体内且具有上端部、下端部以及贯穿所述上端部和所述下端部设置的供油通道；

下轴承，其设置在所述壳体内且以可枢转方式支撑所述曲轴的所述下端部；

油盘，其设置在所述壳体内且位于所述曲轴的所述下端部附近；以及

油泵，其具有油入口、油出口、油吸入腔以及油排出腔，所述油入口位于所述油盘中的油的水平面之下并与所述油吸入腔流体连通，所述油排出腔通过所述油出口与所述曲轴的所述下端部处的所述供油通道流体连通；

所述压缩机的特征在于，

所述压缩机还包括压力平衡管，其中所述压力平衡管在所述油盘中的油的水平面之上的空间与所述油吸入腔之间提供流体连通。

2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压力平衡管布置在所述油泵和所述曲轴的外部。

3.如权利要求2所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括：

下轴承组件，其上部形成所述下轴承而其下部延伸形成所述油泵的泵壳；

叶轮组件，其包括用于与所述曲轴的所述下端部连接以便一体旋转的上段、用于形成叶轮的下段以及位于上段与下段之间的中段，当所述叶轮组件组装于所述泵壳中时，所述叶轮组件的中段的外周表面与所述泵壳的内周表面之间的空间形成所述油吸入腔，所述叶轮的外周表面与所述泵壳的内周表面之间的空间形成所述油排出腔；以及

泵盖，其装配在所述泵壳中且位于所述叶轮下方。

4.如权利要求3所述的压缩机，其特征在于，所述叶轮的邻近所述叶轮组件的中段的一侧表面上设有至少一个导流槽；所述泵盖的邻近所述叶轮一侧的表面上设有静压通道；所述叶轮组件纵向贯穿设置有中央通道，所述中央通道的上端形成所述油出口，所述中央通道的下端与所述静压通道流体连通；其中，所述油吸入腔、所述导流槽、所述油排出腔、所述静压通道、所述中央通道依次连接形成所述油泵的油流通道。

5.如权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述下轴承组件的内壁自上而下依次包括用于支撑所述曲轴的第一部分内周部、内径小于所述第一部分内周部的第二部分内周部、以及内径大于所述第一部分内周部的第三部分内周部，其中，所述油吸入腔形成于所述第二部分内周部与所述叶轮组件的中段的外周表面之间，所述油泵的油入口自所述下轴承组件的外壁径向贯穿所述第二部分内周部而形成。

6.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，进一步自所述下轴承组件的外壁径向贯穿所述第二部分内周部形成通气孔，所述压力平衡管经由所述通气孔与所述油吸入腔流体连通。

7.如权利要求6所述的压缩机，其特征在于，所述压力平衡管呈形，所述形的横向部分的末端插入所述通气孔中，所述形的竖向部分的末端延伸至所述油盘中的油的水平面之上。

8.如权利要求6所述的压缩机，其特征在于，所述油排出腔形成于所述第三部分内周部与所述叶轮的外周表面之间。

9.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压力平衡管布置在所述油泵和所述曲轴的内部。

10.如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括：

下轴承组件，其上部形成所述下轴承而其下部延伸形成所述油泵的泵壳；

叶轮组件，其包括用于与所述曲轴的所述下端部连接以便一体旋转的上段、用于形成叶轮的下段以及位于上段与下段之间的中段，所述叶轮的底面的中央部分内凹形成所述油吸入腔，当所述叶轮组件组装于所述泵壳中时，所述叶轮的外周表面与所述泵壳的内周表面之间的空间形成所述油排出腔；以及

泵盖，其装配在所述泵壳中且位于所述叶轮下方，所述油入口由所述泵盖的中央开孔形成。

11.如权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述叶轮的邻近所述泵盖一侧的表面上设有至少一个导流槽；所述叶轮组件的中段的外周表面与所述泵壳的内周表面之间的空间形成静压通道；所述叶轮组件的上段纵向贯穿形成所述油出口；其中，所述油吸入腔、所述导流槽、所述油排出腔、所述静压通道、所述油出口依次连接形成所述油泵的油流通道。

12.如权利要求11所述的压缩机，其特征在于，所述下轴承组件的内壁自上而下依次包括用于支撑所述曲轴的第一部分内周部、内径小于所述第一部分内周部的第二部分内周部、内径大于所述第一部分内周部的第三部分内周部以及内径大于所述第三部分内周部的第四部分内周部，其中，所述静压通道形成于所述第二部分内周部及第三部分内周部与所述叶轮组件的中段的外周表面之间，所述油排出腔形成于所述第四部分内周部与所述叶轮的外周表面之间。

13.如权利要求12所述的压缩机，其特征在于，纵向贯穿所述叶轮组件形成与所述油吸入腔流体连通的中央通道，所述压力平衡管的下端插置在所述中央通道中。

14.如权利要求13所述的压缩机，其特征在于，与所述供油通道流体连通的所述叶轮组件的上段中的所述油出口在所述叶轮组件的径向上位于所述中央通道的外侧。

15.如权利要求14所述的压缩机，其特征在于，进一步在所述曲轴的所述下端部处形成通气孔，所述通气孔在所述曲轴外壁上的开口位于所述油盘中的油的水平面之上，所述压力平衡管的上端穿过所述供油通道插置在所述通气孔的一部分中。

16.如权利要求15所述的压缩机，其特征在于，所述压力平衡管呈“丨”形。

17.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述油泵为离心泵、轴流泵或容积泵。

18.如权利要求1-17中任一项所述的压缩机，其特征在于，进一步包括围绕所述油泵的外周设置的异物过滤器。