CN105697372A - 涡旋压缩机和制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压缩机领域，公开了一种涡旋压缩机和制冷系统，所述涡旋压缩机包括静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2)，该动涡旋盘(2)与静涡旋盘(1)相互咬合形成压缩腔并能够相对运动以压缩进入压缩腔内的介质；背压腔(3)，该背压腔(3)内的压力作用于动涡旋盘(2)以使该动涡旋盘(2)与静涡旋盘(1)密封接触。其中，在动涡旋盘(2)与静涡旋盘(1)相对运动时，所述背压腔(3)流体连通于液压泵(4)或气源装置的工作口，以通过该液压泵(4)或气源装置的工作压力在所述背压腔(3)内形成作用于所述动涡旋盘(2)的压力。本发明的涡旋压缩机可以方便地使背压腔(3)作用于动涡旋盘(2)上的压力相对恒定，具有较好的密封性。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机，具体地，涉及一种涡旋压缩机。此外，本发明还涉及一种制冷系统。
背景技术
作为一种容积式压缩机，涡旋压缩机已为人们所熟知。涡旋压缩机主要利用动涡旋盘与静涡旋盘的相对运动而改变其间的压缩腔的容积，以对其中的介质(通常为空气)进行压缩。涡旋压缩机的工作过程包括抽吸、压缩和排放等。动涡旋盘与静涡旋盘的接触部应保持良好密封，以使排气压力和排气量满足需要。密封性是评价和影响涡旋发动机整机性能的重要因素。
其中，涡旋压缩机的密封性通常取决于背压腔的压力，而在传统技术中，背压腔的压力由压缩腔的气体提供。例如，中国专利申请CN104061159A公开了一种涡旋压缩机，其将压缩室(即压缩腔)的中间压力施加到背压室(即背压腔)，以将第二涡旋盘(即动涡旋盘)压向第一涡旋盘(即静涡旋盘)。
在上述涡旋压缩机作业过程中，压缩腔内的气力压力是不断变化的，这导致背压腔作用于动涡旋盘上的力并不恒定，波动性较大，使得该动涡旋盘处于不稳定的运动状态，不能提供可靠的密封，影响涡旋压缩机的性能。
有鉴于此，有必要对涡旋压缩机进行改进，以解决上述现有技术中存在的至少部分问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机具有较好的密封性，整机性能较高。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种涡旋压缩机，包括：静涡旋盘和动涡旋盘，该动涡旋盘与所述静涡旋盘相互咬合形成压缩腔并能够相对运动以压缩进入所述压缩腔内的介质；背压腔，该背压腔内的压力作用于所述动涡旋盘以使该动涡旋盘与所述静涡旋盘密封接触，其中，在所述动涡旋盘与所述静涡旋盘相对运动时，所述背压腔流体连通于液压泵或气源装置的工作口，以通过该液压泵或气源装置的工作压力在所述背压腔内形成作用于所述动涡旋盘的压力。
优选地，所述涡旋压缩机包括润滑油腔，所述液压泵能够同时将该润滑油腔内的润滑油泵送至所述背压腔和润滑位置。
优选地，所述涡旋压缩机包括曲轴，该曲轴内形成有油道并在一端传动连接于所述动涡旋盘，所述液压泵设置于该曲轴的另一端以能够从所述润滑油腔吸入所述润滑油并通过所述油道泵送至所述背压腔。
优选地，进入所述背压腔的所述润滑油能够至少部分地被输送至所述润滑位置。
优选地，所述液压泵的工作口与所述背压腔的连通油路上设置有节流装置，以使作用于所述动涡旋盘的压力小于所述液压泵的工作压力。
优选地，所述涡旋压缩机还包括机壳和主机架，所述静涡旋盘通过所述主机架固定设置于所述机壳内，并且所述机壳上还设置有用于向所述压缩腔供给介质的进气管和用于排出所述压缩腔压缩后的介质的排气管，所述节流装置包括形成于所述主机架上的节流孔。
优选地，所述主机架上形成有均匀分布的多个所述节流孔，各个所述节流孔分别对应连通于相应的所述背压腔，以使作用于所述动涡旋盘上的压力的合力沿该动涡旋盘的螺旋轴线方向。
优选地，所述节流孔包括水平延伸的第一节流孔和竖直延伸的第二节流孔，所述第一节流孔内设置有节流杆。
优选地，所述排气管设置于所述机壳的位于所述主机架下侧的部分上，所述主机架的周缘上形成有凹口，压缩后的介质从所述静涡旋盘上的排气口排出后，经过所述凹口输送至所述排气管。
此外，本发明还提供一种包括上述涡旋压缩机的制冷系统。
通过上述技术方案，本发明的涡旋压缩机通过液压泵或气源装置等动力元件向背压腔内泵送压力介质(如油、气等)，由于动力装置能够提供基本恒定的工作压力，因此可以方便地使背压腔作用于动涡旋盘上的压力相对恒定，有利于动涡旋盘与静涡旋盘良好接触，从而改善密封性，以有效减少压缩腔之间的内泄漏，提高整机性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一种优选实施方式的涡旋压缩机的剖面结构示意图；
图2a和图2b分别是图1中涡旋压缩机的主机架的剖视图和俯视图；
图3是图1中涡旋压缩机的节流杆的剖视图。
附图标记说明
1静涡旋盘1a排气口
2动涡旋盘3背压腔
4液压泵5润滑油腔
6润滑油7曲轴
7a油道8机壳
9主机架9a节流孔
9a-1第一节流孔9a-2第二节流孔
9b凹口10进气管
11排气管12节流杆
13轴承14电机
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参照图1至图3所示，根据本发明一种优选实施方式的涡旋压缩机，包括静涡旋盘1和动涡旋盘2，该动涡旋盘2与静涡旋盘1相互咬合形成压缩腔，并能够相对运动以压缩进入所述压缩腔内的介质(通常为需要被压缩的空气)。作为一种典型的压缩机，涡旋压缩机的工作原理及其关键部件静涡旋盘1和动涡旋盘2的结构、相对位置关系等对于本领域技术人员而言是公知的，因此本发明将不再赘述。
在静涡旋盘1和动涡旋盘2的相对运动过程中，需在动涡旋盘2上施加作用力，以使其密封接触静涡旋盘1，以保证排气压力和排气量。为此，本发明的涡旋压缩机形成有背压腔3，该背压腔3可以由多种方式形成，例如可以为下述优选实施方式中主机架9与动涡旋盘2之间的空间等，以能够在充入压力流体时，该背压腔3内的压力作用于动涡旋盘2上。
不同于传统技术中利用压缩腔内的压缩空气作为上述进入背压腔3的压力流体，本发明利用单独的动力元件提供压力流体。在图1所示的优选实施方式中，背压腔3流体连通于液压泵4的工作口。从而，当动涡旋盘2与静涡旋盘1相对运动时，该液压泵4能够向背压腔3泵送压力液，在背压腔3内建立相应于液压泵4的工作压力的压力，该压力作用于动涡旋盘2上以使其与静涡旋盘1保持密封接触。
由此，本发明的液压泵4能够产生相对恒定的工作压力，向背压腔3供给压力稳定的压力液，进而背压腔3内的压力液能够在动涡旋盘2上施加相对恒定的作用力，动涡旋盘2运动状态稳定，有利于动涡旋盘2与静涡旋盘1保持良好的接触，从而改善密封性。通过上述设置，本发明的涡旋压缩机能够有效减少内泄漏，提高了整机性能。
作为另一种可选方案，为了在背压腔3内形成稳定压力，还可以利用气源装置供给压力介质。所述气源装置可以为空气压缩站或其他空气压缩机，用于产生较为恒定的工作压力，并在背压腔3内形成具有稳定压力的压力气体，同样可以改善涡旋压缩机的密封性。
在涡旋压缩机的研发、制造和使用中，尽管其密封性被视为一项重要性能指标，但本领域中通常采用改进部件(如密封圈)结构的方式改善密封性，在本质上仅关注了静态下的密封性。本发明的发明人在生产实践中敏锐地意识到由压缩腔内的压缩空气提供密封压力带来的动涡旋盘2运动不稳定的问题，且该问题会导致不可靠的密封性，并在此基础上开创性地提出利用液压泵4或气源装置提供密封压力的全新工作模式，以利用其相对稳定的工作压力在背压腔3中产生较为稳定的压力，使动涡旋盘2能够稳定运行并与静涡旋盘1保持良好接触。
然而，提供另外的液压泵可能会带来结构复杂的问题，而涡旋压缩机通常需要为润滑位置提供润滑油。因此，在一种优选实施方式中，利用润滑系统中的润滑油泵作为本发明的液压泵4，以向背压腔3泵送润滑油6作为压力介质。具体地，涡旋压缩机包括润滑油腔5，该润滑油腔5内盛放有润滑油6，液压泵4的吸油口连通该润滑油腔5，工作油口能够连通背压腔3和润滑位置，从而能够在润滑作业的同时在背压腔3内产生压力，避免工作模式改变带来的结构复杂性问题。本发明所述的润滑位置指涡旋压缩机中需要润滑的部位，如图示在限制曲轴7径向运动的轴承13位置处、动涡旋盘2与静涡旋盘1的接触位置处等。
图1所示本质上为一种立式涡旋压缩机，静涡旋盘1和动涡旋盘2在竖直方向上相互咬合，润滑油腔5位于底部，从该润滑油腔5至背压腔3具有一定的延伸高度。为了使液压泵4的工作口流体连通于背压腔3，可以在用于驱动动涡旋盘2的曲轴7(该曲轴7可以由电机14等驱动)内形成油道7a作为连通油路的一部分。具体地，如图1所示，涡旋压缩机包括曲轴7，曲轴7的一端传动连接(如通过轴承)至动涡旋盘2，另一端向润滑油腔5延伸。该曲轴7内形成有油道7a，液压泵4设置于其朝向润滑油腔5的一端并能够从润滑油腔5吸入润滑油6，以通过曲轴7内的油道7a向背压腔3泵送。在此过程中，通过油道7a输送的润滑油中的一部分被输送至背压腔3，另一部分被输送至润滑位置(如通过曲轴7上的径向油道等)。即油道7a作为润滑系统和密封系统的共用部分，避免增加结构复杂度。
为了提供良好的密封，背压腔3内产生的施加在动涡旋盘2上的作用力可以较大。然而，该作用力过大则容易导致动涡旋盘2与静涡旋盘1之间的密封件磨损增加，缩短使用寿命，因此背压腔3内的压力不宜过大。对于液压泵4而言，尤其是用作泵送润滑油6的润滑油泵(一般为叶片泵)，其工作压力通常较大。因此，可以在液压泵4的工作口与背压腔3的连通油路上设置节流装置，以使作用于动涡旋盘2的压力(即背压腔3内的压力)小于液压泵4的工作压力，减少密封件磨损。
该节流装置可以设置在连通油路中的任意适当位置，以下将结合优选实施方式对此进行说明。结合图1至图2b，本发明的涡旋压缩机还可以包括机壳8和主机架9，静涡旋盘1通过主机架9固定设置于机壳8内。机壳8上还设置有用于向压缩腔供给介质(如所要被压缩的空气)的进气管10和用于排出压缩腔压缩后的介质的排气管11。
重要地，当润滑油6被沿曲轴7内的油道7a向上输送至曲轴7端部与动涡旋盘2之间的轴向间隙后，可以进一步通过形成在动涡旋盘2的连接部、主机架9等上的油孔(动涡旋盘2上的油孔未显示)继续输送至背压腔3。为此，可以在主机架9上形成作为液压泵4的工作口与背压腔3之间的连通油路的一部分的油孔，而节流装置可以为形成在该主机架9上的节流孔9a。这种设置方式的优点在于，至少在从液压泵4的工作口至曲轴7的连接动涡旋盘2的一端之间的部分，润滑油6具有较高的压力，因而改善密封不会对润滑产生较大影响。若将节流装置形成在曲轴7的油道7a上，则可能严重影响对上部轴承等润滑位置的润滑效果。
由此，润滑油腔5内的润滑油6能够先后进过曲轴7内的油道7a、主机架9上的节流孔9a进入背压腔3，以在动涡旋盘2上施加作用力。进入背压腔3内的润滑油6优选地能够至少部分被输送至润滑位置(如动涡旋盘2与静涡旋盘1的接触位置)。一方面，这使得进入节流孔9a的润滑油6呈流动状态，以能够使节流孔9a发挥其对润滑油6的阻尼作用，形成压力损失，使得背压腔3内的压力低于进入该节流孔9a前的压力，避免在动涡旋盘2上施加过大的作用力；另一方面，这还使得进入背压腔3的润滑油6能够回到润滑油腔5，以避免其在背压腔3内快速变质。可以理解的是，也可以通过在背压腔3设置溢流结构等方式实现上述效果。
进一步地，在本发明一种优选实施方式的涡旋压缩机中，可以包括周向分布的多个背压腔3。主机架9上形成有均匀分布的多个节流孔9a，各个节流孔9a分别对应连通于相应的背压腔3。当润滑油6通过各个节流孔9a通向各个背压腔3后，该多个背压腔3分别对动涡旋盘2施加作用力，这些力的合力沿动涡旋盘2的螺旋轴线方向，避免偏压导致的密封不良、相对运动不稳定或局部磨损严重等问题。
结合图2a至图3所示，形成在主机架9上的节流孔9a可以包括水平延伸的第一节流孔9a-1和竖直延伸的第二节流孔9a-2，并在第一节流孔9a-1内设置有节流杆12，以增加其对润滑油6的阻力。在图示实施方式中，两条第一节流孔9a-1形成在同一直径方向上，且第二节流孔9a-2对称设置在轴心两侧并连通第一节流孔9a-1和背压腔3。节流杆12可以通过螺纹连接的方式连接在第一节流孔9a-1中。
正如以上所述，机壳8上可以形成有排气管11和进气管10。其中，进气管10可以设置于机壳8的上端并向静涡旋盘1和动涡旋盘2方向延伸；排气管11可以设置于机壳8的位于主机架9的下侧的部分。通常地，压缩腔的排气口1a形成在静涡旋盘1上，如图1所示。为此，参照图2b所示，可以在主机架9的周缘形成凹口9b，压缩后的空气从排气口1a排出后，可以经过该凹口9b输送至排气管11。
为了更好地理解本发明，以下结合图1对本发明的优选实施方式的涡旋压缩机的工作过程进行说明，这些说明并不用于限制本发明的范围。
在电机14驱动下，曲轴7带动动涡旋盘2相对于静涡旋盘1运动，以改变二者相互咬合形成的压缩腔的容积。其中，空气可以经过进气管10进入该压缩腔，并经压缩后通过静涡旋盘1上的排气口1a排出，进而经过主机架9的周缘上的凹口9b输送至主机架9的下侧，并经过排气管11排出至该涡旋压缩机外。
在此过程中，液压泵4从润滑油腔5吸入润滑油6，加压后经工作口泵送至曲轴7内的油道7a中，以通过径向油孔润滑轴承13等部位。同时，进入油道7a的润滑油6继续向上输送，并进入主机架9上的第一节流孔9a-1和第二节流孔9a-2中，以将润滑油6降低至适当压力后输送至背压腔3内。输送至该背压腔3内的润滑油6可以在动涡旋盘2上施加作用力，使动涡旋盘2密封接触静涡旋盘1，以避免压缩腔的内泄漏，提升整机性能。随着润滑油6的不断输送，背压腔3内的部分润滑油6可以进一步进入动涡旋盘2与静涡旋盘1的接触位置，用于进行润滑，并保持背压腔3内的润滑油6的流动性。
因此，背压腔3内能够形成压力小于液压泵4的工作压力的压力油，该压力油作用在动涡旋盘2上以使其与静涡旋盘1密封、稳定、可靠地接触。本发明的涡旋压缩机具有较好的密封性。
在此基础上，本发明还提供一种包括上述涡旋压缩机的制冷系统。例如，该制冷系统可以为空调等。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种涡旋压缩机，包括：
静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2)，该动涡旋盘(2)与所述静涡旋盘(1)相互咬合形成压缩腔并能够相对运动以压缩进入所述压缩腔内的介质；
背压腔(3)，该背压腔(3)内的压力作用于所述动涡旋盘(2)以使该动涡旋盘(2)与所述静涡旋盘(1)密封接触，
其特征在于，在所述动涡旋盘(2)与所述静涡旋盘(1)相对运动时，所述背压腔(3)流体连通于液压泵(4)或气源装置的工作口，以通过该液压泵(4)或气源装置的工作压力在所述背压腔(3)内形成作用于所述动涡旋盘(2)的压力。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机包括润滑油腔(5)，所述液压泵(4)能够同时将该润滑油腔(5)内的润滑油(6)泵送至所述背压腔(3)和润滑位置。
3.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机包括曲轴(7)，该曲轴(7)内形成有油道(7a)并在一端传动连接于所述动涡旋盘(2)，所述液压泵(4)设置于该曲轴(7)的另一端以能够从所述润滑油腔(5)吸入所述润滑油(6)并通过所述油道(7a)泵送至所述背压腔(3)。
4.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征在于，进入所述背压腔(3)的所述润滑油(6)能够至少部分地被输送至所述润滑位置。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述液压泵(4)的工作口与所述背压腔(3)的连通油路上设置有节流装置，以使作用于所述动涡旋盘(2)的压力小于所述液压泵(4)的工作压力。
6.根据权利要求5所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机还包括机壳(8)和主机架(9)，所述静涡旋盘(1)通过所述主机架(9)固定设置于所述机壳(8)内，并且所述机壳(8)上还设置有用于向所述压缩腔供给介质的进气管(10)和用于排出所述压缩腔压缩后的介质的排气管(11)，所述节流装置包括形成于所述主机架(9)上的节流孔(9a)。
7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述主机架(9)上形成有均匀分布的多个所述节流孔(9a)，各个所述节流孔(9a)分别对应连通于相应的所述背压腔(3)，以使作用于所述动涡旋盘(2)上的压力的合力沿该动涡旋盘(2)的螺旋轴线方向。
8.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述节流孔(9a)包括水平延伸的第一节流孔(9a-1)和竖直延伸的第二节流孔(9a-2)，所述第一节流孔(9a-1)内设置有节流杆(12)。
9.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述排气管(11)设置于所述机壳(8)的位于所述主机架(9)下侧的部分上，所述主机架(9)的周缘上形成有凹口(9b)，压缩后的介质从所述静涡旋盘(1)上的排气口(1a)排出后，经过所述凹口(9b)输送至所述排气管(11)。
10.一种制冷系统，其特征在于，该制冷系统包括根据权利要求1至9中任意一项所述的涡旋压缩机。
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