CN1034603C - 用于变速密封压缩机的油泵 - Google Patents

Abstract

用于可变速密封压缩机的油泵包括密封壳体，由轴承支承的偏心轴和电机，偏心轴有一润滑油通道，该油通道的上端通到偏心轴外侧的轴承，下端与油泵转子上部相通，该油泵轴子上部与偏心轴的下端同心相连，油泵转子外侧面上至少有一螺旋槽，螺旋槽的下端浸没在油池中的润滑油中，泵转子被一套筒包容，套筒上端伸进偏心轴下端的轴向壳体中，下端也浸入润滑油中。套筒通过一臂件固定到电机的定子上。

Description

用于变速密封压缩机的油泵

本发明涉及一油泵，该油泵用于往复式变速密封压缩机，特别是具有垂直轴并且是用于冷冻箱和冷藏箱的压缩机。

往复式密封压缩机被广泛地用于冷冻箱和冷藏箱，这种压缩机以50Hz或60Hz恒定的速率工作，完全取决于当地电网的频率，当冷冻箱冷藏箱的温度达到预先设定的温度时，通过热动开关的作用压缩机即停止工作。

以前的冷藏系统技术需要压缩机切实提供冷藏箱需要的冷藏能力，透过冷藏箱的侧壁散热，同时将放入冷藏箱中的食物的热量除去。由于冷藏箱的致冷量与压缩机泵输出的冷冻剂的流量成正比，压缩机泵的流量变化直接引起冷却能力的变化。

连续获得这种流量变化的一种技术是通过改变电机的转速实现的。

理论上讲，为了获得良好的冷却效果，压缩机的可变速度应控制在一定范围内，例如：频率在15～100Hz之间时，转速为900至6000rpm。这种速度的变化影响到压缩机的机械动作，特别是油泵的动作，油泵负责给压缩机机械结构的轴承和其它需要润滑的部件如连杆和活塞供油。

离心式油泵由于它的价格便宜，且转速从3000～3600rpm都能正常工作，故对于密封式压缩机而言，离心式油泵目前是最好的油泵结构，所说的转速取决于电网的频率。然而，这种结构不适于低速运转。

目前使用的常规的离心油泵如图1所示，当压缩机需要低速运转时，就不能给轴承供油。

离心泵的工作范围取决于较大半径R和较小半径r之间的差值，离心泵的工作遵循的公式如下：

        W＝〔(2·g·h)/(R²－r²)〕

其中：h是从油液面到轴承间需要泵油的高度，

g是重力常数

R是泵的较大的半径

r是泵的较小的半径

W是角速度(rd/sec)

在这种压缩机中，为提高油泵的效率，单纯靠增大泵的较大的半径(R)的方法是行不通的，因为这样做虽然大体上得到了所希望的油泵的效率，但影响了压缩机轴的外径，结果由于加大了摩擦阻力而导致机械损失，因而影响了压缩机的整个工作过程及其性能。很显然，当转速接近或低于900rpm.时，小的直径变化不能有效地获得所希望的离心泵的参数。传统的离心泵被广泛地用于密封压缩机，比如在：US4,478,559；US4,569,639；DT209,887和FR2,492,471中提出的。

美国专利第4,097,185描述了一个分级操作的离心泵，分级操作使得压缩机油池底部的油膜旋涡可被减少，在所说的泵的较低的腔允许油进入泵，且它的较小的半径(r)是所说的油流量的函数。随着较小的半径(r)的增加，泵的性能即泵油高度减小了。

在德国专利第209,936和2,502,567中描述过其它形式的离心泵，它采用一螺旋轴作为供油装置。

法国专利第2,204,233描述了一种传统的离心泵，它被安置在压缩机的偏心轴上，泵机构位于压缩机本体较低的部分，而电机安置在本体的上部，由于减少了需要泵油的高度，这种配置允许泵在稍低的转速下供油。可是，最低转速仍然远远高于所希望的最低转速(大约900rpm.)。

对于在水平轴压缩机中使用的油泵的另一种改进是在它的轴端设置一延伸部分，形式上为管状曲面部分，使它的上端部连到轴承座上，而它的自由端浸在压缩机的润滑油池里。

带有曲面的管状部分中容纳一泵转子，该转子由具有重叠匝的螺旋弹簧限定，上端部连接到压缩机的轴端上，使之随着一同旋转，且一锥形的较低的部分浸在润滑油中。虽然这种结构有螺旋管来供油，且把所说的油泵到偏心轴上，最终通过离心力的作用使油到达压缩机的需要润滑的不同部位，就象在传统的垂直轴压缩机中一样，它们带有一个开式锥形自由端，使得这种类型的泵适用于这种压缩机。这种改进在低速时没有表现出良好的效率，而且事实上这种泵只能用于水平轴的压缩机。

美国专利3,182,901公开了一种离心泵，该泵转轴的底部制有向上延伸的螺旋槽，由此可使油槽中的润滑油通过转轴的内部通道被引到远离油槽的压缩机部件中，这种吸油方式比起较早期的仅在离心力的作用下通过浸没在油液中的转轴底部上的径向槽道吸油其效率要高得多。

为了将油吸入螺旋槽中，该结构中包括一固定到压缩机密封壳上的套筒式的导油构件，它仅围绕制有螺旋槽的转轴底部。然而这种结构的缺点是需在转轴上开出螺旋槽和通道，这就增加了转轴的加工步骤，而且开槽需要高的加工精度，更不用说开槽使转轴底部强度减弱，成品率降低。

本发明的目的就是提供一种油泵，它用于往复式可变速的立式密封压缩机，该油泵需要在较宽的转速范围内工作，甚至在低转速下(大约900rpm)时还能进行适当地润滑。

本发明的第二个目的是提供一种油泵，该油泵在已知的这种类型压缩机的元件不需要做任何变化的情况下通过简单的加工和安装过程后就可以构造而成，除非传统的油泵要更换。

本发明的第三个目的就是提供一种油泵，该油泵如同原有的一些离心式油泵一样，在压缩机的油池中不会引起油膜旋涡。

本发明上述的和其它一些特点和优点是通过这种类型的可变速的密封压缩机用的油泵实现的，该油泵包括：一个密封壳体，该壳体在其底部形成了一个润滑油池，同时，在其内部有一缸体，与缸体配合有一轴承，用来支承一垂直的偏心轴，该偏心轴有上下两端部；还有相应的电机定子连接到所说的缸体上，转子安装在轴承下面偏心轴的位置上，所说的偏心轴上至少具有一个通油槽，油槽较低的一端与偏心轴的下端相通，且油槽较高的一端与偏心轴的中上部外侧相通，该部分被轴承包容。

根据本发明用于可变速密封压缩机的油泵包括：一密封壳体，该壳体在其底部确定了一润滑油池；一缸体，设在缸体中的一轴承，它用来支撑一垂直的偏心轴，该偏心轴至少有一通道用来做油液通道；一电机，它有一定子与缸体相连及一转子。

该油泵还包括至少一个圆柱形延伸部分，它有一上部同心地连接到偏心轴/转子组件，使其作为一个泵的转子一起旋转，所说的圆柱形延伸部分带有至少一个螺旋形沟槽；所说的螺旋形沟槽有一下端部，该部分永远地浸没在油池中的润滑油中，还有一上端部，该部分与偏心轴上的至少一个所说的通道的下端部连通；还包括一管状套筒，它和带有螺旋沟槽的圆柱形部分之间有一定的径向间隙，所说的套筒与所说的圆柱形部分之间通过所述的径向间隙中的油膜作用保持同心设置，所说的螺旋形沟槽在结构上使得油池中的油可以通过螺旋沟槽并沿套筒的内壁向上被吸到相应位置。

所说的压缩机还包括一轴向圆筒壳体，它的侧壁是由偏心轴的下端部分的一部分和转子的相应部分确定的，泵转子在所说的轴向壳体内部固定到偏心轴/转子组件上。

套筒有一上部分，它刚好伸入所说的轴向壳体的内部，并且相对于所说的轴向壳体的侧壁保持一微小的径向间隙。

这个油泵在转速高于700rpm.时能够保证足够的供油能力，而且在转速高于6000rpm.时亦可以正常地运转。同时，它给压缩机的安装提供了方便，可以按传统的方式安装，例如：电机可以安装在机体的下部。

下面参照有关的附图对本发明进行说明，其中：

图1是安装在密封式压缩机内部的现有技术油泵的纵向剖视图，表示出了尺寸：h₁、h₂、R和r；

图2a和2b分别为现有技术油泵的放大图。图2a表示以正常的角速度供油，图2b表示低速供油的情形；

图3和3a是根据本发明的油泵的密封式压缩机的纵向内部剖视图，分别为油泵安装到电机的转子上和安装到压缩机的管状偏心轴上的情形；

图4a、4b和4c分别为根据本发明的油泵的放大的纵向剖面图，油泵转子的俯视图和所说的油泵的支承的俯视图；

图5是类似于图4的视图，它表示根据本发明的油泵的另外一个实施例；

图6是类似于图5的视图，它表示根据本发明的油泵的另外一种结构。

根据图1，使用现有技术的带有垂直偏心轴的可变速的密封式压缩机包括：密封壳体1，在它的底部形成了润滑油池2且它的里面装有：一个缸体3、支承垂直偏心轴5的相应的轴承4，偏心轴上有上端5a和下端5b；一电机6，有一定子7连接在缸体3上，一转子8固定在轴承4下面的偏心轴5的相应位置上，从而形成了偏心轴/转子组件，偏心轴5上至少具有一个油液通道9，该通道有一底端9b与偏心轴5的下端5b相通，有一上端9a与位于轴承区域的偏心轴中上部的外部相通，所说的偏心轴5的下端5b是开口的，其目的是为了固定离心泵11，离心泵11的下端11a浸没于所说的油池2中的油液中。

在这种压缩机中，如图2a和2b所示，在偏心轴/转子组件旋转的过程中，转速大约在3000～3600rpm.之间，柱塞和其它元件的润滑是通过离心作用来进行的。

图2b中所示的变型结构，较之图2a所示的结构允许采用更低的转速对压缩机的元件进行润滑。然而，在低速旋转中，通常指转速低于2000rpm，润滑作用处于临界状态，转速再降低，元件的润滑作用完全停止，因为通过离心效应产生的油柱高度不再能达到油液通道9的顶端9a。

在这种压缩机中，油泵的效率是一与浸入油池中的较小直径(半径r)和未浸入油中的较大的直径(半径(R)有关的函数，正如本文开始所叙述的，这些值之间越接近，所说的油泵的润滑作用就越小。

根据本发明的图3-6中，偏心轴/转子组件在它的下端5b支承油泵，由于转子转动，油泵与所说的偏心轴/转子组件一起旋转。

在说明的最佳实施例中，偏心轴/转子组件的下端部确定了一轴向壳体10，其侧壁由偏心轴5的下端部形成，呈管状外形；或者其侧壁也可以由转子8的沿轴向的中下部形成，此时轴5是整体的或相对于转子8的下端面缩进。所说的油泵P包括一个圆柱形的泵的转子20，转子的表面具有螺旋沟槽22，和管状的套筒30。前面所说的泵的转子20具有一上紧固部23，比如一个紧固式缸头，经常是以较小的直径的中间缩颈的形式，通过该缩颈腔部分24与所示的泵转子20的外表面间隔开来。

缸头23限制所说的泵转子20与偏心轴/转子组件之间的相对移动，这是由于通过所说的缸头23的侧壁向轴向圆柱形壳体10的内侧壁施加作用力。

在另一个可能的实施例中，一个独特的本体所确定的泵转子20，至少在它的外表面的延伸部分的下部带有一螺旋沟槽，采用其它一些已知的固定装置，例如螺栓和螺母，或采用其它一些已知的现有技术将转子20和偏心轴/转子组件连接起来，使得可以对轴向缸体的侧壁施加一定的作用力。

泵转子20具有一条或多条螺旋形沟槽22，沟槽数对应于为了润滑压缩机所需的油液的流量，流量的确定也要考虑相应的几何参数，如沟槽的节距、宽度和深度。

为了获得更好的性能，其中的一些参数应该具有相应结构尺寸特性，互相之间保持一定的比例关系。在本发明中，当泵转子20的沟槽的宽度/深度比在4到6之间时，采用正流式润滑的性能便得到改善。

从所说的沟槽22的下端部22b到上端部22a，在泵转子20的整个结构上，螺旋式沟槽向上延伸，其旋向与转子8的旋转方向相反，而下端部22b则永远浸没于所说的油池2的油液中。

在图5所示的根据本发明的一个变型结构中，泵转子20上的所说的槽22的起始处位于外表面20b，邻近浸没在油中的自由端。采用这种结构，润滑油一开始被离心作用从槽22的起始处向上打到所说的外表面20b。当油进入中心缸孔25和横向缸孔27时，泵油就开始了，孔25从泵转子20的下表面向上到达所说的转子的外表面部分20b，即每一个槽22的起始处。中部的通孔25亦可以相对于泵转子20的下表面向上扩张。泵转子上端与一组第二通道连通，并通到一些相应的外表面开口，由此开始形成螺旋沟槽。

本发明的缩颈24形成了一个环形部分26，在油缸的缸头23和偏心轴5上形成了等压腔，所说的等压腔26的结构设计起到使油液不会承受流向缸头23时的节流作用，因为节流可能会增加缩径部分24的压力，引起转子内壁8或偏心轴5上润滑油的泄漏，从而使油回到油池2。

因此，所说的缩颈24的直径应小于泵转子20的上端面部分的内直径，螺旋槽22在此处终止，而且呈现出一与螺旋槽22的上端内切的周向轮廓。

在另一个实施例中，泵转子20通过一组具有缩小直径的轴向凸起部分与缸头23连通，它们分布于泵转子20的上表面，并截止于与所说的螺旋槽的上端部内切的环形等高轮廓线。

通过缸头23的润滑油通道，比如一单独的沟槽，或者是一表面纵向沟槽23a，它们位于缸头23上。每个槽23a都具有一与轴向转子20上的螺旋槽22的宽度成一定比例的横向宽度。

在一个可能的实施例中，(图未示)缸头23在等压腔26和偏心轴5之间设置所说的连通部分23a，该连通部分从缸头23的本体中纵向穿过。在这种情况下，所说的连接件采用周向分流槽束的形式，通过这些分流槽与所说的偏心轴5连通，所说的槽23a接近位于缸头23的纵向表面，从而减少了离心力作用，这种离心力是由于油液的动量而引起的，沟槽23a的下端部与等压腔26连通。

在第二个未图示的实施例中，缸头23同时具有内部通道和纵向表面沟槽，使得润滑油能传输到偏心轴5上。

因为缸头23对偏心轴5和转子8不会有相对运动，油的传输完全靠离心力而不是正流，从而缸头23上不必设置表面螺旋槽。

图6表示出了另一个不同的结构，泵转子20的上端部与偏心轴5之间的连通部分包括在缸头23部分上的螺旋槽22的延伸部分，由于事实上这些连通部分就是螺旋槽22的延伸部分，所以这种构思使得位于缸头23上的连通部分的制造过程很容易实现。缸头直径与泵转子20的直径不同，保证油液流过所说的缸头23时不会产生节流作用。

当偏心轴为管状时，来自缸头23的油被迫流到所说的偏心轴5的内壁，直到其到达油槽的出口通道9a，该出口通道9a位于所说的偏心轴的中上部，它将润滑油送到轴承4及其压缩机的其它元件，从而使各元件在工作过程中得到润滑。

当所说的偏心轴5是整体结构时，油液在达到所说的偏心轴5与缸头23之间的区域以后，再通到油液通道9的上端部9a，在这种情况下，油液向上分流并且相对于偏心轴/转子组件的几何轴线是偏心的，其目的是不会迫使从泵转子20排出的油液为克服离心力的作用而流动。所说的通道向上扩张设置，其功能就象在立式压缩机中使用传统的管式偏心轴的内壁。在这种情况下，在泵转子20和偏心轴5之间的轴向间隙中形成一圆周向环状油膜，这是由于在相应的区域中有一组螺旋沟槽22，沟槽22的横截面在偏心轴上形成了唯一的油液通道，在没有缸头23的情况下形成该环状油膜。当泵转子20和偏心轴5分别带有一螺旋沟槽22和一通道9时，该环状油膜不存在。

当泵转子20安装到偏心轴5上时，泵转子20连同所涉及的套筒30的一定长度部分一起部分地插入到轴向壳体10中，套筒30与轴向壳体10之间在径向有一间隙，在所说的泵转子20的整个外表面都有螺旋槽延伸，其目的是给所说的偏心轴5供油，同时防止通过泵转子20引导的润滑液体再回到油池2，从而产生泵的功率损失，而是流到所说的转子8或偏心轴5的内壁。

最后，所说的套筒30可以延伸到泵转子20的上端面，其目的是增加油液相对于所说的轴向壳体10的内壁的滞留作用，所说的内壁是由管状偏心轴5或转子8本身确定的。

所说的套筒30包括一单独的圆筒形本体，其直径稍小于所说的偏心轴/转子组件的轴向壳体10的内径，但又稍大于所说的泵转子20的直径，从而使得上述元件的表面之间彼此分离并保持一小的径向间隙。

这种间隙设置对于避免所说的套筒随同转子8或偏心轴5的旋转是必要的，同时也排除了油液的拖曳作用。

套筒30在邻近它的另一端30b的部分有一凸起部分31，它主要用来防止所说的套筒30相对于偏心轴5产生纵向和旋转运动。所说的套筒30的上端30a由偏心轴5的下部边缘部分所包容，此时偏心轴5是一管状轴，或者通过转子8来环包套筒30的上端30a，此时偏心轴是一实心的，或者也可以通过一管状偏心轴来环包，但此时偏心轴不完全沿转子8的内壳体全长延伸。

泵转子20和套筒30的轴向尺寸是这样来设计的，即当压缩机工作时，油池2中的油面降低时，套筒30的下端部30b和泵转子20的下部仍然浸没在油液中，从而使压缩机工作时其相应元件的润滑不受影响。

为了达到上述浸没条件，泵转子20的尺寸是这样来确定的，对于压缩机不工作的情况，每一螺旋槽22的第一圈的大部分要被浸没在油池2的油液中。

在另一个可能的实施例中，套筒30的上端边缘与偏心轴5/转子8组件的下端齐平，而并没有伸入轴向壳体10中。在这种情况下，泵转子20在其上端部分对应地至少有一轴向凸起部分，该部分是空心的并且可以安装到偏心轴5的相应的油液通道9中，其目的是使每一螺旋槽22和相应的油液通道9连通。

所说的套筒30的下端极限不一定必须和泵转子20的下端齐平；它可以再向下延伸超过泵转子20的下端，因为它的相应的浸没于油液中的部分的功能是避免压缩机工作期间在润滑流体中产生油膜旋涡。

在油泵工作期间，泵转子20将油液从油池2通过螺旋槽22传递到偏心轴5，这是由于螺旋槽22的每一圈的边缘相对于套筒30的内壁运动时所产生的刮动而引起的拖曳而实现的。

在本发明的一种结构形式中，套筒30其底部通过一“L”形的臂50来支撑，该臂50用相应的装置固定，比如用螺栓直接固定到电机6的定子7上，或者固定到缸体3上。所说的臂50包括一直杆51和一环状部分52，环状部分52和套筒30的下端部30b相邻。该环状部分52很容易套接到套筒30的下端部分30b和泵转子20对应的下端部分，因此，使得套筒30相对于油池2的内部在轴向是稳定的。

所说的臂50还有一齿状物53，位于其相应的直杆部分51上，靠近其环形部分52，其作用是靠紧套筒30的径向凸起部分31，凸起部分31在套筒30的径向沿套筒30的外表面凸出，并且靠近其下端部30b，这样做的目的是防止套筒30随泵转子20转动，从而使油液通过泵转子20被泵到相应的位置。套筒30和臂50之间的固定是通过套筒30的径向凸起部分31和齿状物53之间的靠接来实现的，并且这种固定就发生在所说的泵转子20开始旋转以后，此时，尚未固定的套筒30连同泵转子20一同旋转，这是由于通过螺旋槽传递的油液的动量而引起的。

对于套筒/臂组件也可能有其它的结构形式，比如可以是整体的，或者可以采用一带有一齿状物的支撑臂，在套筒30上也有一对应的齿状物，它们之间互相配合从而达到一种更好的固定方式，使得它们彼此之间不发生相对运动，这可能要考虑所说的臂50的环状部分有无存在的必要。在这种情况下，在套筒/臂组件装入压缩机之前，要首先进行该组件的安装。

Claims (11)

1.用于可变速密封压缩机的油泵包括：一密封壳体(1)，该壳体(1)在其底部确定了一润滑油池(2)；一缸体(3)，设在缸体(3)中的一轴承(4)它用来支撑一垂直的偏心轴(5)，该偏心轴(5)至少有一通道(9)用来做油液通道；一电机(6)，它有一定子(7)与缸体(3)相连及一转子(8)；

至少一个圆柱形延伸部分(20)，它有一上部同心地连接到偏心轴/转子组件，使其作为一个泵的转子一起旋转，所说的圆柱形延伸部分(20)带有至少一个螺旋形沟槽(22)；所说的螺旋形沟槽(22)有一下端部(22b)，该部分永远地浸没在油池(2)中的润滑油中，还有一上端部(22a)，该部分与偏心轴(5)上的至少一个所说的通道(9)的下端部(9b)连通；

还包括有一管状套筒(30)，它和带有螺旋沟槽(22)的圆柱形部分(20)之间有一定的径向间隙，所说的套筒(30)与所说的圆柱形部分(20)之间通过所述的径向间隙中的油膜作用保持同心设置，所说的螺旋形沟槽在结构上使得油池(2)中的油可以通过螺旋沟槽并沿套筒(30)的内壁向上被吸到相应位置；其特征在于

所说的压缩机还包括一轴向圆筒壳体(10)，它的侧壁是由偏心轴(5)的下端部分(5b)的一部分和转子(8)的相应部分确定的，泵转子在所说的轴向壳体(10)内部固定到偏心轴/转子组件上；

而套筒(30)有一上部分(30a)，它刚好伸入所说的轴向壳体(10)的内部，并且相对于所说的轴向壳体(10)的侧壁保持一微小的径向间隙。

2.根据权利要求1的油泵，其特征在于一位于所说的泵转子(20)之上的螺旋形沟槽伸入所说的轴向壳体(10)中。

3.根据权利要求1的油泵，其特征在于所说的泵转子(20)包括一上部紧固部分(23)，它被周向固定到所说的轴向壳体(10)的侧壁上。

4.根据权利要求3的油泵，其特征在于所说的上部紧固部分(23)在结构上是一紧固式缸头。

5.根据权利要求3的油泵，其特征在于所说的油泵转子(20)的上部，对应于所说的紧固部分(23)，有一上端部(20a)位于所说的轴向壳体(10)中。

6.根据权利要求5的油泵，其特征在于所说的紧固部分(23)相对于所说的泵转子(20)在它们之间有一间隔，该间隔在所说的紧固部分(23)和泵转子(20)之间限定一轴向空间。

7.根据权利要求6的油泵，其特征在于所说的轴向空间确定了一油液的等压腔。

8.根据权利要求7的油泵，其特征在于所说的螺旋沟槽(22)的上端部(22a)与所说的泵转子(20)相应的上表面齐平。

9.根据权利要求8的油泵，其特征在于所说的紧固部分(23)与泵转子(20)相连接，中间通过一颈部(24)，颈部(24)的直径小于与所述螺旋槽(22)内切的最大周向轮廓的直径。

10.根据权利要求9的油泵，其特征在于所说的紧固部分(23)是圆柱形的，其上有一纵向直通沟槽(23a)，它使得从泵转子(20)泵上来的流体到达偏心轴(5)的所说的通道(9)的下端部分(9b)。

11.根据权利要求10的油泵，其特征在于所说的直通沟槽(23a)是一沿纵向的外表面通道。

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