CN104963866A - 一种新结构的制冷涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

一种新结构的制冷涡旋压缩机，包括静涡旋盘、动涡旋盘、十字滑环、曲轴、机架、主平衡块、电机、副平衡块、下支架、上壳体、主壳体、下壳体、地脚、偏心轴承、主轴承、副轴承、支撑轴承、吸气过渡管、中压隔板、紧固件、润滑油、上油机构及吸气管、排气管等。压缩机内部腔室由上而下分别由机架和中压隔板分隔为排气压力腔、中间压力腔(即中压腔)和吸气压力腔，中间压力腔通过动盘上的通孔与压缩腔贯通，中间压力腔的压力与压缩腔压力一致。压缩机吸气经过吸气压力腔与中压隔板进行热交换后，通过过渡管与静盘吸气口连通，中压隔板与润滑油进行热交换，润滑油对电机进行冷却。

Description

一种新结构的制冷涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种新结构的制冷涡旋压缩机，一种通过压缩机零部件分隔壳体内部腔室构造了三个独立的气体腔，分别与压缩机排气管、压缩腔和吸气管连通；当压缩运行时，三个腔室分别形成高压腔、中压腔和低压腔；通过中压腔的压力使动涡旋盘在运行时主动压靠向静涡旋盘，使压缩机轴向理论间隙实现为零的制冷涡旋压缩机。本压缩机适合于R22、R407C、R404A和R410A以及CO₂等作为制冷工质的空调、制冷和热泵用系统循环。

背景技术

制冷涡旋压缩机以其效率高、噪音低、体积小、有利于节能及保护环境等优点而广泛应用于中央空调、多联机、家用空调、小型冷库和热泵等场合。制冷涡旋压缩机的静涡旋盘和动涡旋盘运行时存在有轴向间隙和径向间隙，要实现制冷涡旋压缩机的高效运行，主要措施是在理论上保证压缩机运行时轴向间隙和径向间隙为零。要实现静涡旋盘和动涡旋盘运行时的间隙为零，目前的技术是采用轴向柔性技术和径向柔性技术，其中轴向柔性技术分为静盘可轴向移动的柔性技术和动盘轴向可移动的柔性技术，径向柔性技术分为滑块结构径向柔性技术、偏心套径向柔性技术和偏心轴承大间隙设计的径向柔性技术，各个制冷涡旋压缩机生产厂家采用的技术各有特点，有优点也有需要改善的地方。

图1为采用静盘轴向柔性技术方案的制冷涡旋压缩机实施例：静涡旋盘通过固接于机架5上的套筒106实现轴向移动，从而实现轴向柔性。在静涡旋盘的背侧开设有密封腔103，其与压缩腔相连通，从而保证此密封腔压力和压缩腔压力一致，因此密封腔压力的大小处于吸气压力和排气压力之间，也即为中压腔压力。压缩机运行时，静涡旋盘在背侧中压腔压力、排气腔压力与吸气腔、压缩腔的压力差的作用下，压靠向动涡旋盘；而动涡旋盘在压缩腔压力和静涡旋盘的作用力的共同作用下压靠向机架支撑面。此方案压缩机内部腔室分隔为上部的高压腔和下部的低压腔，中压腔采用密封构造。此技术方案的缺点是：1，密封圈承受较大的压力并且在运动，因为制冷涡旋压缩机为全封闭涡旋压缩机，对密封圈的材质、制造精度要求很高，成本较高；2，要保证静涡旋盘相对于动涡旋盘的位置精度，套筒和静涡旋盘的加工精度要求非常高，加工成本高；3，静涡旋盘的背侧同时承受排气压力和中压腔压力，当制冷工质各工况的排气压力变化较大时，如果要保证静涡旋盘在吸排气低压力差运转时的稳定性，需要提高中压腔的压力，当工况为大压差工况时，静涡旋盘背侧承受的轴向力很大，即轴向力变化剧烈，同时使动涡旋盘承受和压靠向机架支撑面的轴向力变化剧烈，不利于制冷涡旋压缩机对工况的适应能力和保证压缩机运行的可靠性。

图2为采用动盘轴向柔性技术的主要产品结构。此技术方案通过在动涡旋盘2背侧设计安装密封圈204，将动涡旋盘背侧分隔为排气压力腔202和与吸气管连通的吸气压力腔203。静涡旋盘1固结于机架5上，当压缩机运行时，动涡旋盘在排气压力腔与吸气腔、压缩腔的压力差作用下压靠向静涡旋盘。此方案压缩机内部腔室为排气高压腔，采用密封将吸气低压腔和排气高压腔分隔开。此技术方案的主要缺点为：1，动涡旋盘背侧的密封圈204直接承受排气压力和吸气压力之差，工作环境恶劣，密封圈要求极高，密封圈成本高且使用寿命难于保证。2，动涡旋盘背侧承受排气压力，当制冷压缩机各工况的排气压力变化较大时，如果要保证动涡旋盘运转时的稳定性，需要提高吸气压力和排气压力的低压差时动涡旋盘承受的压力差，但当吸排气压力差很大时，动涡旋盘背侧承受的轴向力非常大，使制冷涡旋压缩机工况的适应能力很差和压缩机运行的可靠性大幅度降低。

图3也是采用动盘轴向柔性技术的主要产品结构。此技术方案通过在动盘2背侧轮毂2-1上设计安装密封圈304，将动涡旋盘背侧分隔为排气压力腔302和与吸气管间歇连通的中间压力腔303。静涡旋盘1固结于机架5上，当压缩机运行时，动涡旋盘在排气压力腔和中间压力腔与吸气腔、压缩腔的压力差作用下压靠向静涡旋盘。此方案压缩机内部腔室为排气高压腔，中压腔采用密封构造。此技术方案的主要缺点为：1，中间压力腔间歇与吸气腔连通，并特别设计中间压力略高于吸气压力，动涡旋盘背侧的密封圈304承受排气压力和中间压力之差变化很大，工作环境也很恶劣，密封圈要求也很高，同样密封圈成本高且使用寿命难于保证。2，动涡旋盘背侧承受排气压力，当制冷压缩机各工况的排气压力变化较大时，如果要保证动涡旋盘运转时的稳定性，需要提高吸气压力和排气压力的低压差时动涡旋盘承受的压力差，但当吸排气压力差很大时，虽然相对于图2技术方案，动涡旋盘背侧承受的轴向力有所改善但也很大，使制冷涡旋压缩机工况的适应能力很差和压缩机运行的可靠性大幅度降低。

本发明中，如图4，从上而下将压缩机腔室分隔为排气压力腔、中间压力腔(即中压腔)和吸气压力腔，下部的吸气压力腔通过吸气过渡管道与处于排气压力腔内的静涡旋盘吸气口连通。中压腔的构成为压缩机零部件直接分隔压缩机腔室形成，不使用密封圈，因此没有采用密封圈的缺点，压缩机没有易损件，压缩机寿命得到保证。润滑油位于中压腔内，由于吸气和排气过程中润滑油不与制冷工质直接接触，制冷工质稀释润滑油、压缩机排气含油高等缺点得到根本的解决，在控制好压缩机排气温度和电机温度后，压缩机可以适应任何压缩机运行工况，如图11，采用传统技术方案的制冷涡旋压缩机(也即图1～图3所示压缩机)要求在区域1、区域2、区域3和区域4运行时润滑油不能被制冷工质稀释，并不得在区域4下长期运行，本发明的制冷涡旋压缩机可以长期运行于所有区域而不会造成压缩机寿命的下降。本发明具有结构简单、性能高效、适应工况范围大和成本低的特点。

发明内容

本发明提出的一种新结构的制冷涡旋压缩机的技术方案是：一种新结构的制冷涡旋压缩机，包括静涡旋盘1(静盘)、动涡旋盘2(动盘)、十字滑环3、曲轴4、机架5、主平衡块6、电机7、副平衡块8、下支架9、上壳体10、主壳体11、下壳体16、地脚17、偏心轴承12、主轴承13、副轴承14、支撑轴承15、吸气过渡管407、中压隔板409、紧固件、润滑油、上油机构及吸气管30、排气管40等。

本发明中，图4所示，静涡旋盘以紧固件固定在机架上，由动涡旋盘与静涡旋盘结合形成月牙形的压缩腔；曲轴的偏心部插入动涡旋盘的轮毂内，曲轴以主轴承和副轴承分别安装在机架内和下支架内，在曲轴的偏心部与动涡旋盘的轮毂之间设偏心轴承；所述动涡旋盘角向定位在机架上，采用十字滑环保持动涡旋盘与静涡旋盘之间的相位差。压缩机运行时，动涡旋盘靠向静涡旋盘，所述动涡旋盘的轮毂在曲轴偏心部的驱动下在机架中间环形凸台的内部作绕圆周平动。

本发明中，压缩机上壳体、主壳体和下壳体形成的内部腔室分别由机架、中压隔板将内部腔室分隔为上部的排气压力腔、中间的中间压力腔和下部的吸气低压腔。动涡旋盘在作圆周运动时，动涡旋盘在中压腔与吸气压力腔和压缩腔的气体力压差作用下靠向静涡旋盘，将动涡旋盘和静涡旋盘的轴向间隙消除为零，保证了压缩机运转的高效性。润滑油位于中压腔内，吸气和排气过程与润滑油不直接接触，不会发生润滑油被制冷工质稀释和由于排气与润滑油的剧烈混合导致的排气含油高的问题。

本发明中，考虑到电机运转时会发热，电机温度会逐步上升，中压隔板409作为冷却器，压缩机吸气经过中压隔板下部的冷却肋片409-1，润滑油与中压隔板的上部接触，压缩机吸气将润滑油的热量带走，润滑油作为冷却工质冷却电机，中压隔板可以采用热的良好导热体材料制造，如铝、铝合金、铜及铜合金，如果肋片面积足够大，甚至可以用钢材制造。

动涡旋盘上安装有中压保压阀2-0，保证中压腔压力不高于设定压力，设定压力由保压阀弹簧2-5保证，当压缩机工况变化时，保压阀保证中压腔压力最大不高于设定压力，保证动涡旋盘压靠向静涡旋盘的作用力变化较平稳。

静涡旋盘上安装泄压阀1-4-0，当排气压力和吸气压力差较小的工况出现时，也即压缩腔压力超过排气压力时，即压缩过程出现过压缩时，泄压阀打开，使压缩腔压力得到释放，压缩机受力得到很大改善。

动涡旋盘和静涡旋盘在贴合运转时，动涡旋盘与静涡旋盘的接触面之间、压缩腔内均需要少量润滑参与润滑和冷却，有部分润滑油会排出排气口到排气压力腔(高压腔)，此部分润滑油有部分会在排气压力腔内聚集在静涡旋盘外周下部，也即机架外周上部，在机架上开设有回油槽5-1和回油孔5-2，使聚集的润滑油可以连续不断回到中压腔，要防止制冷工质发生较多泄漏，就得保证高压腔向中压腔的回油孔直径很小，为降低加工回油孔的难度，在机架上还开设有工艺孔5-3。

本发明的有益效果在于：不采用密封而采用零件将压缩机壳体分隔形成中压腔，并配合保压阀、泄压阀和排气回油设计，本发明具有结构简单、性能高效、适应工况范围大和成本低的特点。

附图说明

图1是采用静盘轴向柔性技术方案的传统压缩机内部结构示意图；

图2是采用动盘轴向柔性技术方案1的传统压缩机内部结构示意图；

图3是采用动盘轴向柔性技术方案2的传统压缩机内部结构示意图；

图4是本发明采用动盘轴向柔性技术方案的压缩机内部结构示意图；

图5是本发明压缩机外观结构示意图；

图6是本发明压缩机内部爆炸结构示意图；

图7是本发明压缩机中压隔板结构示意图；

图8是本发明压缩机中动盘及保压阀结构示意图；

图9是本发明压缩机中静盘及泄压阀结构示意图；

图10是本发明压缩机中机架及排气回油结构示意图；

图11是压缩机运行工况示意图；

图12是本发明压缩机中动盘压靠力随工况变化对比示意图；

图13是本发明压缩机中动盘倾覆力矩随工况变化对比示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图1、2、3和本发明图4中制冷涡旋压缩机各部件用标号表示如下：

静涡旋盘1(静盘)；动涡旋盘2(动盘)；十字滑环3；曲轴4；机架5；主平衡块6；电机7；副平衡块8；下支架9；上壳体10；主壳体11；下壳体16；地脚17；偏心轴承12；主轴承13；副轴承14；支撑轴承15；吸气管30；排气管40；

图1中各部件用标号表示如下：

排气压力腔(高压腔)101；吸气压力腔(低压腔)102；中间压力腔103；中压腔内侧密封104；中压腔外侧密封105；套筒106；

图2中各部件用标号表示如下：

排气压力腔(高压腔)201；背压腔(高压腔)202；吸气压力腔(低压腔)203；背压腔密封204；背压腔密封垫圈205；

图3中各部件用标号表示如下：

排气压力腔(高压腔)301；背压腔(高压腔)302；中间压力腔(中压腔)303；背压腔密封304；背压腔密封垫圈305；

本发明图4、图5及图6中各部件用标号表示如下：

排气压力腔(高压腔)401；中间压力腔(中压腔)402；背压腔(中压腔)403；吸气压力腔(低压腔)404；吸气过渡管密封圈405；上壳体吸气过渡管导管406；吸气过渡管407；下壳体吸气过渡管导管408；中压隔板409；动涡旋盘与静涡旋盘接触面410；

本发明图7中各部件用标号表示如下：

中压隔板409；冷却肋片409-1；

本发明图8中各部件用标号表示如下：

动涡旋盘2；保压阀2-0；紧固螺钉2-1；密封环2-2；密封圈2-3；保压阀芯2-4；弹簧2-5；弹簧底座2-6；偏心轴承12；孔用轴向挡圈12-1；中压腔通孔2-10；

本发明图9中各部件用标号表示如下：

静涡旋盘1；紧固螺钉1-1；排气阀体1-2；排气阀片1-3；紧固螺钉1-4；限位器1-5；泄压阀片1-6；静盘排气口1-10；泄压阀1-4-0；

本发明图10中各部件用标号表示如下：

机架5；回油槽5-1；回油孔5-2；工艺孔5-3。

本发明中，如图4、图5和图6所示，从上而下将压缩机腔室分隔为排气压力腔401、中间压力腔(即中压腔)402和吸气压力腔404，下部的吸气压力腔通过吸气过渡管道407与处于排气压力腔内的静涡旋盘1的吸气口连通。吸气过渡管的一端与上壳体10的上壳体吸气过渡管导管406通过焊接固定，另一端与下壳体16的下壳体吸气过渡管导管408通过焊接固定。中压腔的构成是压缩机零部件，即机架5和中压隔板409直接分隔压缩机腔室形成的：机架5通过过盈配合固定于主壳体11内，主壳体外部有焊接点，进一步将机架与主壳体固定；中压隔板409通过过盈配合固定于下壳体16中，中压隔板的下部的冷却肋片409-1轴向限制于下壳体内部的底部。不使用密封圈建立中压腔，没有采用密封圈的缺点，压缩机没有运动密封易损件，压缩机寿命得到保证。当压缩机运行时，动涡旋盘2在中压腔402、吸气压力腔404和压缩腔的气体力压差作用下靠向静涡旋盘，将动涡旋盘和静涡旋盘的轴向间隙消除为零，保证了压缩机运转的高效性。润滑油位于中压腔内，当压缩机停机时，润滑油流到中压腔的底部，也即中压隔板的冷却肋片的上部，；当压缩机运行时，润滑油在上油机构(图4中是使用上油叶片和偏心孔旋转离心上油)的作用下，润滑油向上分别润滑副轴承14、主轴承13、偏心轴承12，十字滑环3；并在中压腔气体压力的作用下，一部分润滑油进入动涡旋盘与静涡旋盘之间的接触面410，并进入压缩机压缩腔，另一部分润滑油通过于压缩腔与中压腔的通孔2-10进入压缩腔，这两部分润滑油最后随着排气排出静盘排气口1-10。由于吸气和排气过程中润滑油不与制冷工质直接接触，制冷工质稀释润滑油、压缩机排气含油高等缺点得到根本的解决，在控制好压缩机排气温度和电机温度后，压缩机可以适应任何压缩机运行工况，如图11，采用传统技术方案的制冷涡旋压缩机(也即图1～图3所示压缩机)要求在区域1、区域2、区域3和区域4运行时润滑油不能被制冷工质稀释，排气温度和电机温度不得高于设定值，并不得在区域4下长期运行，本发明的制冷涡旋压缩机可以长期运行于所有区域而不会造成压缩机寿命的下降。

本发明中，如图7所示，考虑到电机7运转时会发热，电机温度会逐步上升，需要控制电机在各工况点的运行温度，中压隔板409作为冷却器，压缩机吸气经过中压隔板下部的冷却肋片409-1，润滑油与中压隔板的上部接触，压缩机吸气将润滑油的热量带走，润滑油作为冷却工质随着上油机构向上流动，冷却润滑各轴承部分和零件后，向下滴落，经过电机的外部，冷却电机后回到中压腔下部。中压隔板可以采用热的良好导热体材料制造，如铝、铝合金、铜及铜合金，如果冷却肋片409-1面积足够大，甚至可以用钢材、钢铁铸件制造。

本发明中，如图8所示，动涡旋盘2上安装有中压保压阀2-0，中压腔压力不高于设定压力，设定压力由保压阀弹簧2-5保证，当压缩机工况变化时(压缩机运行工况参考图11)，保压阀保证中压腔压力最大不高于设定压力，可以保证动涡旋盘压靠向静涡旋盘的作用力变化较平稳。图12为本发明有保压阀2-0和没有保压阀2-0动涡旋盘2压靠向静涡旋盘1的接触力(即动盘压靠力，以ARI工况为基准作了规则化处理)随压缩机运行工况变化的对比图。很明显，增加保压阀后，在吸气压力和排气压力相差较大的工况点，动盘压靠力得到很大改善，在整个运行工况范围内，动盘接触力变化较为平缓。

本发明中，如图9所示，静涡旋盘1上安装泄压阀1-4-0，当排气压力和吸气压力差较小的工况出现时，也即压缩腔压力超过排气压力时，即压缩过程出现过压缩时，泄压阀打开，使压缩腔压力得到释放，压缩机受力得到很大改善。图13位本发明静盘上安装有泄压阀1-4-0和未安装泄压阀1-4-0压缩机动涡旋盘倾覆力矩(以ARI工况为基准作了规则化处理)随压缩机运行工况变化的对比图。在过压缩工况点5、12和16，尤其在16点，安装泄压阀后的倾覆力矩降低非常明显，因此安装泄压阀有助于提高压缩机运行的稳定性，提高压缩机适应工况的能力。

本发明中，如图4所示，动涡旋盘2和静涡旋盘1在贴合运转时，动涡旋盘与静涡旋盘的接触面410之间、压缩腔内均需要少量润滑参与润滑和冷却，此部分润滑油会排出排气口到排气压力腔401(高压腔)，此部分润滑油有部分会在排气压力腔内聚集在静涡旋盘外周下部，也即机架外周上部，如图10所示，在机架上开设有回油槽5-1和回油孔5-2，使聚集的润滑油在排气压力和中间压力差的作用下，可以连续不断回到中压腔，要防止制冷工质发生较多泄漏，就得保证高压腔向中压腔的回油孔直径很小，为降低加工回油孔的难度，在机架上还开设有工艺孔5-3。

本发明具有结构简单、性能高效、适应工况范围大和成本低的特点。

Claims (6)

1.一种新结构的制冷涡旋压缩机，包括静涡旋盘(1)、动涡旋盘(2)、十字滑环(3)、曲轴(4)、机架(5)、主平衡块(6)、电机(7)、副平衡块(8)、下支架(9)、上壳体(10)、主壳体(11)、下壳体(16)、地脚(17)、偏心轴承(12)、主轴承(13)、副轴承(14)、支撑轴承(15)、吸气过渡管(407)、中压隔板(409)、紧固件、润滑油、上油机构及吸气管(30)、排气管(40)等，由动涡旋盘(2)与静涡旋盘(1)啮合形成月牙形的压缩腔；曲轴(4)的偏心部插入动涡旋盘(2)的轮毂内，在曲轴与动涡旋盘的轮毂之间设轴承(12)，曲轴(4)以主轴承(18)和副轴承(17)分别安装在机架(5)内和下支架(9)内，电机(7)安装于主轴承(18)和副轴承(17)之间，电机定子固定于主壳体(11)内，转子固定于曲轴(4)上，其特征在于压缩机内部腔室由上而下分别由机架(5)和中压隔板(409)分隔为排气压力腔(401)、中间压力腔(即中压腔)(402)和吸气压力腔(404)，中间压力腔(402)通过动盘(2)上的通孔(2－10)与压缩腔贯通。

2.根据权利要求1所述一种新结构的制冷涡旋压缩机，其特征在于压缩机下部的吸气压力腔(404)通过吸气过渡管道(407)与处于排气压力腔(401)内的静涡旋盘(1)的吸气口连通。

3.根据权利要求1所述一种新结构的制冷涡旋压缩机，其特征在于中压隔板(409)上开设有冷却肋片(409-1)，压缩机吸气经过肋片换热后再通过吸气过渡管道(407)进入压缩机吸气腔。

4.根据权利要求1所述一种新结构的制冷涡旋压缩机，其特征在于动涡旋盘(2)上安装有保压阀(2-0)，保压阀(2-0)通过弹簧(2-5)保证中压腔(402)的压力不高于设定压力。

5.根据权利要求1所述一种新结构的制冷涡旋压缩机，其特征在于静涡旋盘(1)上安装有泄压阀(1-4-0)，当压缩机发生过压缩时，泄压阀(1-4-0)打开，压缩腔制冷工质通过泄压阀(1-4-0)进入排气压力腔(401)。

6.根据权利要求1所述一种新结构的制冷涡旋压缩机，其特征在于机架(5)外圆周上加工有回油槽(5-1)和回油孔(5-2)，压缩机排气分离的润滑油通过回油孔(5-2)流回中压腔(402)。