CN111441941A - 定涡旋部件、压缩组件和涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定涡旋部件、压缩组件和涡旋压缩机。在一个方面中，提供一种定涡旋部件(300)，所述定涡旋部件(300)包括基板(301)和从所述基板(301)延伸的定涡卷，所述定涡旋部件(300)还包括设置在所述定涡卷的径向外侧的键槽，所述键槽至少由两个周向侧壁(310、320)限定，以允许十字滑环(10)的键配合至所述键槽，其中，所述键槽在轴向方向上靠近所述基板的轴向端部设置有轴向开口(331、332、333)并且/或者在所述键槽的周向侧壁设置有周向开口，以形成允许流体流动通过的流体通路。本发明提供了在低温低速的工况应用下改进键槽与键的润滑防止磨损失效且增强散热的定涡旋部件。

Description

定涡旋部件、压缩组件和涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及定涡旋部件，特别是，涉及用于压缩组件和涡旋压缩机的在键槽与键的润滑方面做出改进的定涡旋部件。

背景技术

涡旋压缩机的压缩机构(压缩组件)一般包括动涡旋(动涡旋部件)和定涡旋(定涡旋部件)，动涡旋和定涡旋配合形成一系列压缩腔。动涡旋与定涡旋之间的相对运动实现在压缩腔内对工作介质的压缩，该相对运动为动涡旋相对于定涡旋的平动，而不允许动涡旋相对于自身轴线旋转(自转)。在涡旋压缩机的工作过程中，其压缩腔受到的压缩气体的切向分力产生使动涡旋绕偏心销的中心线转动的力矩，即，自转力矩。为了防止动涡旋自转，通常采用十字滑环作为防自转机构。十字滑环因其结构简单和运动稳定而被广泛应用在涡旋压缩机上。

在十字滑环的键与定涡旋的键槽配合的方案中，通常键与键槽的润滑需要由工作流体中所携带的润滑油来实现。然而，尤其在某些特殊工况(例如低温低速应用)下，存在键槽过度封闭而导致流过的工作流体过少而润滑不足的情况。

这里，应当指出的是，本部分中所提供的技术内容旨在有助于本领域技术人员对本发明的理解，而不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种针对键槽与键改进润滑性能的定涡旋部件。

本发明的另一个目的是提供一种能够在低温低速的工况应用下针对键槽与键改进润滑防止磨损失效且增强散热的定涡旋部件。

上述目的中的一个或多个可以通过根据本发明的一种定涡旋部件来实现，其包括基板和从所述基板延伸的定涡卷，所述定涡旋部件还包括设置在所述定涡卷的径向外侧的键槽，所述键槽至少由两个周向侧壁限定，以允许十字滑环的键配合至所述键槽，其中，所述键槽在轴向方向上靠近所述基板的轴向端部设置有轴向开口并且/或者在所述键槽的周向侧壁设置有周向开口，以形成允许流体流动通过的流体通路。

优选地，所述轴向开口通过使所述键槽的所述轴向端部完全敞开而不设置轴向侧壁来设置。

优选地，在所述键槽的所述轴向端部设置有轴向侧壁，以及所述轴向开口为形成在所述轴向侧壁中的一个或多个孔口。

优选地，所述轴向开口为矩形孔口或圆形孔口。

优选地，所述轴向开口定位成使得：在所述十字滑环的键在所述键槽中沿径向往复滑动周期中的整个周期或一部分时段，所述轴向开口的全部或一部分不沿轴向与所述十字滑环的键交叠。

优选地，所述轴向开口定位成靠近径向内侧，使得当所述十字滑环的键在所述键槽中沿径向往复滑动至径向最内侧位置时，所述轴向开口的全部或一部分仍不沿轴向与所述十字滑环的键交叠。

优选地，所述周向开口设置在所述周向侧壁中的靠近所述键槽的所述轴向端部的部分处。

优选地，所述轴向开口与所述周向开口彼此连通。

优选地，所述轴向开口和/或所述周向开口设置为使得所形成的所述工作流体通路允许工作流体从第一轴向侧(相当于定涡旋部件的与定涡卷的自由末端对应的轴向侧，即在立式压缩机的情况下的下侧)在所述十字滑环的键的周围朝向第二轴向侧(相当于与第一轴向侧相反的轴向侧，即在立式压缩机的情况下的上侧)流动。

本发明还提供了一种压缩组件，所述压缩组件包括定涡旋部件、动涡旋部件和允许所述动涡旋部件相对于所述定涡旋部件进行平动转动的十字滑环，其中，所述定涡旋部件为如上所述的定涡旋部件。

优选地，所述十字滑环为铸铝件，所述定涡旋部件为球墨铸铁件。

本发明还提供一种涡旋压缩机，其中，所述涡旋压缩机包括如上所述的压缩组件。

优选地，所述涡旋压缩机为低温冷冻变频涡旋压缩机。

与现有的定涡旋的键槽设计相比，本发明通过在定涡旋的键槽上设置附加开口的设计，使得流动的制冷剂(流体)所携带的润滑油能充分流动到十字滑环的键表面，使得润滑条件得到大大改善。特别地，在低蒸发温度以及低转速的恶劣工况运行条件下，制冷剂单位时间内携带的润滑油量相对较少，而本发明的定涡旋结构能使得单位时间内进入到十字滑环键表面的润滑油量增多，以降低甚至消除十字滑环键(与定涡旋接触的键)磨损失效问题。并且，由于本发明的定涡旋结构的开口设计允许更多的制冷剂流过以带走更多的热量从而增强散热。

附图说明

通过以下参照附图而提供的对具体实施例的详细描述，将能够更加容易地理解本发明的特征和优点。附图中，相同的特征或部件采用相同的附图标记来表示且附图不一定按比例绘制，并且附图中：

图1是相关技术的涡旋压缩机的示意性剖视图。

图2是图1的涡旋压缩机的压缩机构的分解立体图。

图3是示出根据本发明实施方式的定涡旋的示意性俯视立体图。

图4是示出根据本发明实施方式的变型的定涡旋的示意性俯视立体图。

图5是示出根据本发明实施方式的另一变型的定涡旋的示意性俯视立体图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

图1示出了相关技术的涡旋压缩机1的示意性剖视图。图2示出了作为涡旋压缩机1的主要工作部件的压缩机构的分解立体图。压缩机构(也称为压缩组件)包括与涡旋压缩机1的壳体2沿径向方向相对固定地设置的定涡旋(也称为定涡旋部件)3以及相对于定涡旋3能够运动地设置的动涡旋(也称为动涡旋部件)4。通过动涡旋4与定涡旋3之间的相对运动，在动涡旋4的涡旋叶片(动涡卷)与定涡旋3的涡旋叶片(定涡卷)之间形成容积周期性地变化的封闭空间，从而将工作介质(又可以称为工作流体或流体)从低压状态压缩至高压状态而排出涡旋压缩机，并通过位于涡旋压缩机1外部的介质管路实现工作介质的封闭循环。

动涡旋4由涡旋压缩机1的驱动轴5的偏心销51驱动，驱动轴5与涡旋压缩机1的电机的转子6相对固定地设置在一起，并且驱动轴5由主轴承座8支承在涡旋压缩机1的壳体2内。定涡旋3例如可以通过螺钉固定在主轴承座8上。当启动涡旋压缩机1的电机时，电机的转子6带动与其相对固定地设置在一起的驱动轴5旋转。驱动轴5的偏心销51通过驱动轴承7设置在动涡旋4的毂部41的空腔中。当驱动轴5在电机的带动下旋转时，驱动轴5的偏心销5做偏心旋转运动，偏心销51通过动涡旋4的毂部41驱动动涡旋4，从而使得动涡旋4相对于定涡旋3平动转动(即，动涡旋4的中心轴线绕定涡旋3的中心轴线转动，但是动涡旋4本身不会绕自身的中心轴线旋转)以实现流体的压缩。也就是说，动涡旋和十字滑环10的运动是相互垂直同频率同步进行的运动，从而合成动涡旋相对于定涡旋公转而不能自转的公转平动运动。

具体地，参见图2，为了使动涡旋4相对于定涡旋3平动转动，例如，在动涡旋4与主轴承座8之间设置有十字滑环10。其中，十字滑环10包括环形本体11，本体11包括面对动涡旋4和定涡旋3的顶表面和面对主轴承座8的底表面。在本体11的顶表面上设置有朝向动涡旋4和定涡旋3突出的两对对置的键12、12和13、13。其中一对对置的第一键12、12用于与定涡旋3上的相应的一对键槽32、32(附图中仅示出了一个)配合并能够沿着键槽32、32相对地往复直线运动。另一对对置的第二键13用于与动涡旋4上的相应的一对键槽43、43(附图中仅示出了一个)配合并能够沿着键槽43、43相对地往复直线运动。

接下来，将参照图1顺带地描述压缩机中各部件的润滑过程。在压缩机壳体2的底部油槽35中存储有润滑剂。相应地，在驱动轴5中形成有大致沿其轴向延伸的通道，即形成在驱动轴5下端的中心孔81和从中心孔81向上延伸到偏心销51端面的偏心孔82。中心孔81的端部浸没在压缩机壳体底部的润滑剂中或者以其他方式被供给有润滑剂。在压缩机的运转过程中，中心孔81的一端被润滑剂供给装置供给有润滑剂，进入中心孔81的润滑剂在驱动轴5旋转过程中受到离心力的作用而被泵送或甩到偏心孔82中并且沿着偏心孔82向上流动一直到达偏心销51的端面。从偏心销51的端面排出的润滑剂沿着卸载衬套与偏心销51之间的间隙以及卸载衬套与毂部41之间(具体为卸载衬套与驱动轴承之间)的间隙向下流动到达主轴承座8的凹部56中。

聚集在凹部56中的一部分润滑剂流动穿过未标示的主轴承向下流动，一部分润滑剂例如被毂部41搅动而向上运动到达动涡旋的端板的下侧并随着动涡旋的平动转动而遍布动涡旋和主轴承座8之间的止推表面，同时对十字滑环10的与动涡旋4的键槽滑动配合的另一对对置的第二键13进行润滑。

在压缩机的运转过程中，供给到压缩机中的各种活动部件上的润滑剂被甩出和飞溅以形成液滴或雾。这些润滑剂液滴或雾将混合在从进气接头24吸入的工作流体(制冷剂)中。随后这些混合有润滑剂液滴的工作流体被吸入到定涡旋3和动涡旋4之间的压缩腔中以实现这些涡旋部件内部的润滑、密封和冷却，同时对十字滑环10的与定涡旋4的键槽滑动配合的一对对置的第一键12进行润滑，这种润滑又被称作是油雾润滑。

这里可以看到关于十字滑环的与定涡旋滑动配合的键的油雾润滑是不足的，特别地，参见图2，现有压缩机的定涡旋3的键槽32的设计，三面(即两个周向侧面和一个上侧面)均是封闭的，这样导致制冷剂在这个部位的流动性很差，所以制冷剂携带的润滑油很难进入到键槽中，而且十字滑环和定涡旋键槽之间的摩擦产生的热量也很难散出去。

特别地，在低温冷冻以及低速的恶劣工况应用中，因为蒸发温度比较低而且转速也很低，单位时间内从吸气口吸入到压缩机的制冷剂量相对比较少，在相同油循环(压缩机排出气体中所含润滑油的比例)的条件下，单位时间内制冷剂携带的润滑油量相对比较少

综合上述因素，在低温低速的工况应用下，现有的定涡旋键槽设计会导致十字滑环的键很容易产生磨损，严重磨损会造成动涡旋的运动紊乱，动定涡旋之间无法密封，从而导致压缩机失效现在结合图3至图5对本发明的定涡旋部件进行描述。

本发明提供的定涡旋部件包括基板301和从基板301延伸的定涡卷(图中未示出)。

定涡旋部件300还包括设置在定涡卷的径向外侧的键槽，键槽至少由两个周向侧壁310、320限定(亦即，键槽的两个周向侧分别由两个周向侧壁310、320中的相应一个界定)，以允许十字滑环10的键配合至键槽。在根据本发明的实施方式的一个方面，该键槽特别地设置在定涡旋部件300的外周壁302的径向外侧。

其中，在键槽的在轴向方向上靠近基板301的轴向端部(在附图中，具体地指键槽的上端部)设置有轴向开口，以形成允许工作流体流动通过的工作流体通路。优选地，十字滑环的键从键槽的在轴向方向上远离基板301的相反轴向端部(在附图中，具体地指键槽的下端部)配合至该键槽。借助于此，可以实现增加工作流体在键槽中及键周围的流动，以提高润滑，同时由于设置开口，而有利于散热。这里，需要注意的是，尽管未图示，但是可以理解，除上述轴向开口之外，并且可替换地，在键槽的周向侧壁310、320也可以设置有周向开口(例如孔口)，这同样可以有助于形成允许工作流体从下侧至上侧流动穿过键槽并且从周向侧壁的周向开口流出的工作流体通路。

结合图4和图5，在键槽的上轴向端部设置有上轴向侧壁330，在该上轴向侧壁330上设置轴向开口331、332，以形成从键槽的下轴向侧进入键槽并且从上轴向侧壁的轴向开口流出的流体通路。根据具体需要和实际结构，可以灵活地采用不同形状和不同数量的孔口，例如，轴向开口可以为矩形孔口331(参见图5)或圆形孔口332(参见图4)，孔口的数目可以设置为一个或多个，并且孔口的形状还可以设置成椭圆形、菱形等。通过在上轴向侧壁330设置轴向开口，可以在现有定涡旋的键槽的三面封闭结构的基础上进行简单的改造而改进流动和散热，同时也可以适当地避免结构强度的弱化。

特别地，该轴向开口331、332定位成使得：在十字滑环10的键在键槽中沿径向往复滑动周期中的整个周期或一部分时段，轴向开口331、332的全部或一部分不沿轴向与十字滑环10的键交叠。借助于轴向开口的如此定位，进一步确保流动和散热，尤其是在整个周期中整个开口不交叠的情况下，使得通过设置开口促进工作流体流动而不会受到被十字滑环的键的阻挡的影响。

进一步地，可以将轴向开口331、332定位成靠近径向内侧，使得当十字滑环10的键在键槽中沿径向往复滑动至径向最内侧位置时，轴向开口331、332的全部或一部分仍不沿轴向与十字滑环10的键交叠。以此方式，可以确保定涡旋部件的键槽的径向内侧区域(该区域处通常较为封闭因而工作流体流动不足和散热不足)处工作流体流动和散热的改进。

结合图3，可以不设置键槽的上轴向侧壁330而使键槽的上轴向端部完全敞开，从而以此方式设置了键槽的轴向开口333，以形成从键槽的下轴向侧进入键槽并且从上轴向侧的开口流出的流体通路，这能够实现工作流体流动和散热的最大化。

在根据本发明的实施方式的一个方面，周向开口可以设置在键槽的周向侧壁310、320中的靠近键槽的上轴向端部的部分处。以此方式，可以使工作流动通路在轴向上得以加长，从而工作流动通路能够尽量覆盖十字滑环的键的上下高度，从而改进流动和润滑。

在根据本发明的实施方式的另一个方面，上述轴向开口(特别是孔口形式的开口)在确保强度的同时可以与周向开口彼此连通以扩大开口区域，从而进一步促进工作流体流动和散热。

根据本发明，轴向开口与周向开口(未示出)设置为使得所形成的工作流体通路允许工作流体从定涡旋部件的下轴向侧在十字滑环10的键的周围且穿过键槽而朝向上轴向侧流动。

根据本发明的实施方式还提供一种压缩组件，压缩组件包括上述定涡旋部件、动涡旋部件和允许动涡旋部件相对于定涡旋部件进行平动转动的十字滑环10。其中，十字滑环10可以为铸铝件，定涡旋部件300可以为球墨铸铁件。

根据本发明的实施方式还提供一种涡旋压缩机，其中，涡旋压缩机包括上述压缩组件。其中，涡旋压缩机可以为低温冷冻变频涡旋压缩机。

关于本发明的具有上述特征的定涡旋部件的有益效果，发明人对采用了该定涡旋部件的低温冷冻变频压缩机进行了可靠性验证测试。具体地，在三台样本压缩机中，以不同的三个低温低速的工况点和运行时长进行运行测试，均未发现十字滑环的键与定涡旋部件的键槽接触磨损失效。可靠性验证测试的数据如下。

-35/48℃，转速2400RPM，运行371小时，没有出现十字滑环的键磨损失效。

-40/48℃，转速2400RPM，运行210小时，没有出现十字滑环的键磨损失效。

-35/38℃，转速1800RPM，运行110小时，没有出现十字滑环的键磨损失效。

尽管在此已详细描述了本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于在此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。所有这些变型和变体都落入本发明要求保护的权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种定涡旋部件(300)，所述定涡旋部件(300)包括基板(301)和从所述基板(301)延伸的定涡卷，

所述定涡旋部件(300)还包括设置在所述定涡卷的径向外侧的键槽，所述键槽至少由两个周向侧壁(310、320)限定，以允许十字滑环(10)的键配合至所述键槽，

其中，所述键槽在轴向方向上靠近所述基板的轴向端部设置有轴向开口(331、332、333)并且/或者在所述键槽的周向侧壁(310、320)中设置有周向开口，以形成允许流体流动通过的流体通路。

2.根据权利要求1所述的定涡旋部件(300)，其中，所述轴向开口(333)通过使所述键槽的所述轴向端部完全敞开而不设置轴向侧壁来设置。

3.根据权利要求1所述的定涡旋部件(300)，其中：

在所述键槽的所述轴向端部设置有轴向侧壁(330)，以及

所述轴向开口(331、332)为形成在所述轴向侧壁中的一个或多个孔口。

4.根据权利要求3所述的定涡旋部件(300)，其中，所述轴向开口为矩形孔口或圆形孔口。

5.根据权利要求3所述的定涡旋部件(300)，其中，所述轴向开口(331、332)定位成使得：在所述十字滑环(10)的键在所述键槽中沿径向往复滑动周期中的整个周期或一部分时段，所述轴向开口(331、332)的全部或一部分不沿轴向与所述十字滑环(10)的键交叠。

6.根据权利要求3所述的定涡旋部件(300)，其中，所述轴向开口(331、332)定位成靠近径向内侧，使得当所述十字滑环(10)的键在所述键槽中沿径向往复滑动至径向最内侧位置时，所述轴向开口(331、332)的全部或一部分仍不沿轴向与所述十字滑环(10)的键交叠。

7.根据权利要求1所述的定涡旋部件(300)，其中，所述周向开口设置在所述周向侧壁中的靠近所述键槽的所述轴向端部的部分处。

8.根据权利要求1所述的定涡旋部件(300)，其中，所述轴向开口(331、332、333)与所述周向开口彼此连通。

9.一种压缩组件，所述压缩组件包括定涡旋部件(300)、动涡旋部件和允许所述动涡旋部件相对于所述定涡旋部件进行平动转动的十字滑环(10)，其中，所述定涡旋部件为根据权利要求1至8中任一项所述的定涡旋部件(300)。

10.根据权利要求9所述的压缩组件，其中，所述十字滑环(10)为铸铝件，所述定涡旋部件(300)为球墨铸铁件。

11.一种涡旋压缩机，其中，所述涡旋压缩机包括根据权利要求9或10所述的压缩组件。

12.根据权利要求11所述的涡旋压缩机，其中，所述涡旋压缩机为低温冷冻变频涡旋压缩机。

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