CN111895682B - 采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，能够统一在对混合式螺杆压缩机内的内螺杆转子轴系和叶轮转子轴系进行供油及油冷却，其技术方案要点是在压缩机上设有吸气管路与回气管路，在第一回路内，油分离器底部设有油分供油总管，油分供油总管分为油分供油分管一与油分供油分管二两回路，油分供油分管一上设有油路单向阀，油分供油分管二与所述离心油路油槽连通，离心油路油槽内设有浸没式的齿轮油泵，齿轮油泵上设有连通的油泵出油管，油泵出油管与油分供油分管一连通，其连通端与油冷却器连通，油冷却器上设有温控三通阀，温控三通阀上连通有油路过滤器，油路过滤器一端与螺杆侧供油总管连通，另一端与离心侧供油总管连通。

Description

采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统

技术领域

本发明涉及螺杆压缩机技术领域,更具体地说，它涉及采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统。

背景技术

螺杆压缩机具有运行压头高，对湿压缩容忍余量大，运行范围宽广，适用于多种制冷剂应用时，可以通过较小的改动来适应不同制冷剂的热物性和压缩特点，达到较高的运行效率等特点，因此大量的应用于冷冻冷藏机组以及风冷热泵机组中。

基于螺杆压缩机内螺杆转子轴系和叶轮转子轴系的不同的润滑油供油系统和油冷却系统的需求，那么单机双级混合式螺杆压缩机的供油系统和油冷却系统必然是极其重要的。兼顾二者的不同特点和需求，但如果采用完全独立的两套油路系统和油冷却系统，其必然过于复杂。本发明采用一套完整的供油系统来实现分别向离心叶轮机械部分和螺杆转子机械部分分别实现供油和油冷却，结构简单，运行可靠。

目前，公开号为CN111237192A的中国发明专利公布了一种润滑螺杆压缩机内部轴承的油路结构，所述螺杆压缩机内部设置有一对阴阳转子以及内部轴承组，所述螺杆压缩机内部还设置有油路通道，所述油路通道的一端与外界连通形成高压区，所述油路通道的另一端途径用于放置轴承件的轴承位后至所述阴阳转子的回油处且在所述阴阳转子的回油处形成低压区。

上述装置虽然长期稳定有效的为轴承提供足够的油流量来保证轴承的润滑和冷却，但在对单机双级混合式螺杆压缩机内的内螺杆转子轴系和叶轮转子轴系，其各自有不同特点和需求，故需要选用一套简单完整的供油系统来分别实现两部分的供油和油冷却。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供能够为离心叶轮机械和螺杆转子机械提供两套不同的供油系统和油冷却系统的采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案: 采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，包括压缩机，所述压缩机上设有吸气管路与回气管路，其内设有第一回路，所述第一回路用以润滑油回油供油回路和油冷却、离心侧和螺杆侧的供油与启动停机过程的供油，所述第一回路包括油分离器、离心油路油槽、油冷却器、螺杆侧供油总管与离心侧供油总管，所述油分离器底部设有油分供油总管，所述油分供油总管分为油分供油分管一与油分供油分管二两回路，所述油分供油分管一上设有油路单向阀，所述油分供油分管二与所述离心油路油槽连通，所述离心油路油槽内设有浸没式的齿轮油泵，所述齿轮油泵上设有连通的油泵出油管，所述油泵出油管与所述油分供油分管一连通，其连通端与所述油冷却器连通，所述油冷却器上设有温控三通阀，所述温控三通阀上连通有油路过滤器，所述油路过滤器一端与所述螺杆侧供油总管连通，另一端与所述离心侧供油总管连通。

本发明进一步设置为：所述螺杆侧供油总管上设有螺杆供油油路截止电磁阀，所述离心侧供油总管上设有离心油路供油压力调节阀。

本发明进一步设置为：所述离心油路油槽上设有油槽压力传感器。

本发明进一步设置为: 所述螺杆侧总供油管路分成两路，一路为螺杆排气侧轴承供油管路，另一路为螺杆吸气侧供油管路。

本发明进一步设置为: 所述压缩机底部设有连通的离心侧总回油管路，所述离心侧总回油管路与所述离心油路油槽连通，所述离心油路油槽上还设有连通的油槽压力平衡管路，所述油槽压力平衡管路与压缩机连通，其上设有平衡管路电磁阀。

综上所述，本发明具有如下优点：通过考虑离心叶轮机械和螺杆转子机械各自不同的供油系统和油冷却系统的特点，采用公用油路设计，实现两套不同的机械供油，既可以实现离心叶轮侧的预润滑，运行供油，延迟供油的特征；也可以实现螺杆转子侧的启动前避免油压缩，运行供油，总体设计合理，运行可靠。

附图说明

图1为实施例1的总体结构原理图。

图中，101、压缩机；102、油分离器；103、油路单向阀；104、油冷却器；105、温控三通阀；106、油路过滤器；107、离心油路油槽；108、齿轮油泵；109、螺杆供油油路截止电磁阀；110、离心油路供油压力调节阀；120、油分油压传感器；121、油槽压力传感器；122、离心供油油路压力传感器；123、平衡管路电磁阀； 201、排气管路；202、油分供油总管；203、油分供油分管一；204、油分供油分管二；205、油泵出油管；206、油冷出油管路；207、油管汇油管路；208、油路过滤器出口管路；209、螺杆侧供油总管；210、离心侧供油总管；211、螺杆排气侧供油管路；212、螺杆吸气侧供油管路；213、离心侧总回油管路；214、油槽压力平衡管路； 224、吸气管路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

采用单机双级混合式螺杆压缩机101的风冷热泵系统，包括压缩机101：

如图1所示，压缩机101上设有吸气管路 224与回气管路，其内设有第一回路，第一回路用以润滑油回油供油回路和油冷却、离心侧和螺杆侧的供油与启动停机过程的供油，第一回路包括油分离器102、离心油路油槽107、油冷却器104、螺杆侧供油总管209与离心侧供油总管210，油分离器102底部设有油分供油总管202，油分供油总管202分为油分供油分管一203与油分供油分管二204两回路，油分供油分管一203上设有油路单向阀103，油分供油分管二204与离心油路油槽107连通，离心油路油槽107内设有浸没式的齿轮油泵108，齿轮油泵108上设有连通的油泵出油管205，油泵出油管205与所述油分供油分管一203连通，其连通端与油冷却器104连通，油冷却器104上设有温控三通阀105，温控三通阀105上连通有油路过滤器106，油路过滤器106一端与螺杆侧供油总管209连通，另一端与离心侧供油总管210连通。

螺杆侧供油总管209上设有螺杆供油油路截止电磁阀109，离心侧供油总管210上设有离心油路供油压力调节阀110，所述离心油路油槽107上设有油槽压力传感器121。

螺杆侧总供油管路分成两路，一路为螺杆排气侧供油管路211，另一路为螺杆吸气侧供油管路212。

压缩机101底部设有连通的离心侧总回油管路213，离心侧总回油管路213与离心油路油槽107连通，离心油路油槽107上还设有连通的油槽压力平衡管路214，油槽压力平衡管路214与压缩机101连通，其上设有平衡管路电磁阀123。

如图1所示，在对润滑油回油供油回路和油冷却回路时：油分离器102顶部设置有油分油压传感器120，油分离器102用以分离在油分离器102底部的润滑油经油分供油总管202，分成两路，分别是油分供油分管一203和油分供油分管二204，经过油分供油分管二204，这部分润滑油进入到离心油路油槽107中，离心油路油槽107内置有浸没式的齿轮油泵108，齿轮油泵108将润滑油加压后，排出到油泵出油管205，并和油分供油总管202的润滑油混合后进入到油冷却器104，温控三通阀105的目的是控制三通阀出口的温度在设定温度范围内，典型的供油温度设定值为48℃~55℃，温控三通阀105将进入到油冷却器104并降温后的润滑油经油冷出油管路206和未经过油冷却器104的润滑油混合到48℃~55℃供油温度，并进入到油管汇油管路207，然后流经油路过滤器106将管路中的杂质去除后，进入到油路过滤器出口管路208。

然后这部分润滑油会再次分成两路，第一路是螺杆侧供油总管209，其上布置有螺杆供油油路截止电磁阀109，从而可以起到油路的打开和关闭作用；另一路是离心侧供油总管210,其上布置有离心油路供油压力调节阀110，目的是通过阀门的开度改变供油压力，当阀后供油压力降低，阀门开度增大，当阀后供油压力提高，阀门开度降低，通过膜片式、压差弹簧式等机械结构的压差调节阀可以实现稳定的阀后供油压力控制，阀后管路上布置有离心供油油路压力传感器122，测量值供油压力；离心油路油槽107上设置有油槽压力传感器121，测量值为离心油槽压力离心设定离心轴承侧的供油压差值为为245-275kPa，此供油压差为保证轴承供油流量和压力的稳定，保证稳定的动压油膜的稳定建立、足够的轴承载荷、轴承刚度和轴承阻尼，这点至关重要，此压差设定值输入到控制系统，控制系统根据实际的供油压差和设定的供油压差来PID的调节离心油路供油压力调节阀110的开度。

经离心侧供油总管210将供油压差为245~275kPa的润滑油通过压缩机内，再流经离心侧总回油管路213，返回到离心油路油槽107，其内的压力是制冷系统的低压吸气压力侧，为了保证离心油路油槽107始终保持吸气压力，设置有油槽压力平衡管路214，离心油路油槽107顶部的气体通过油槽压力平衡管路214将槽内的压力卸放到离心蜗壳侧的吸气压力腔体中。

如图1所示，螺杆侧总供油管路分成两路，一路为螺杆排气侧供油管路211，另一路为螺杆吸气侧供油管路212，以实现轴承供油和螺杆转子供油，螺杆侧供油总管209的供油压力，也就是螺杆侧供油压力为略低于排气压力的高压压力，压力损失来自于管路流动压力损失、螺杆供油油路截止电磁阀109的流动阻力压力损失、油冷却器104的流动阻力压力损失、油路过滤器106的流动阻力压力损失，而离心油路供油压力调节阀110是将阀前的高压压力降低到阀后的低压压力，此压力为仅比吸气压力高约245~275kPa的供油压力，而螺杆侧的轴承和转子的供油为高压压力润滑油供油，通过内部的流动通道和节流孔塞来实现润滑油的按需求分配，完成转子润滑和螺杆转子吸气端和排气端的轴承润滑的润滑油将混合在螺杆转子的排气中，通过排气管路201进入到油分离器102中，因此压缩机101的回油是随同压缩过程和排气混合的。

如图1所示，在对离心侧和螺杆侧的供油、启动过程和停机过程的供油：在压缩机已启动之前60s，油分离器102底部和离心油路油槽107顶部用于储存制冷系统的绝大部分的润滑油，制冷系统处于平衡压力下，此时离心油路油槽107内的齿轮油泵108启动，将离心油路油槽107内的润滑油加压后排出到油路过滤器出口管路208，油路单向阀103是为了避免加压后的润滑油经油分供油分管一203形成旁通，确保正确的流量是，从油泵出油管205,油冷出油管路206, 油管汇油管路207, 油路过滤器出口管路208供油，此时螺杆供油油路截止电磁阀109保持关闭状态，确保螺杆侧供油总管209关闭。离心油路供油压力调节阀110开启并按照供油压差设定值和实际检测的油压差，PID的调节开度，保证离心侧供油压差稳定，此时离心侧供油总管210离心侧供油油路通畅，实现离心侧低速大齿轮轴和高速小齿轮轴的各自轴系上的径向轴承和止推轴承的供油，润滑油经离心侧总回油管路213返回到离心油路油槽107。

当油压差稳定建立之后，预润滑阶段的60s之后，螺杆供油油路截止电磁阀109通电打开，然后电机启动，离心叶轮和螺杆转子均转动起来，随着压缩过程，排气管路201的压力从平衡压力逐渐提高，压缩机吸气管路224的压力从平衡压力逐渐降低，形成高压和低压之间的压差，一旦螺杆供油油路截止电磁阀109打开，即一部分的通过齿轮油泵108加压后的润滑油会进入到螺杆侧供油总管209，然后螺杆排气侧供油管路211和离心侧总回油管路213实现螺杆转子和轴承供油。

螺杆转子在启动之前不允许供油，是因为在螺杆转子在未转动之前，如果有大量的润滑油进入到螺杆转子的压缩空间，一旦压缩机启动瞬间，阴阳转子啮合，啮合的封闭容积会挤压进入空间的润滑油，而液体的不可压缩特性，避免导致转子瞬间的应力变形，严重时导致转子卡死故障；因此螺杆转子必须避免停机后转子腔内大量进油，这点供油原理与离心侧的动压油膜轴承的预润滑供油原理完全不同，而本发明即考虑了二者的不同特点，通过管路设置和阀体的设计和有效的控制，保证启动前离心侧油路的预润滑以及螺杆侧油路的截止。

一旦制冷系统的压差越来越高，那么离心油路油槽107内的压力也从平衡压力逐渐提高到排气高压，此时需要联动的控制齿轮油泵108的运行频率和离心油路供油压力调节阀110，保证离心侧供油压差始终稳定在设定值附近。随着压差进一步增大，即可以齿轮油泵108停机，仅采用离心油路供油压力调节阀110的PID控制可以实现供油压力比吸气压力高245kPa~275kPa之间，离心侧总回油管路213上的平衡管路电磁阀123和齿轮油泵108联动，一旦齿轮油泵108停机，油槽平衡管路电磁阀123断电关闭，避免高压离心油路油槽107内的润滑油通过电磁阀进入到低压区蜗壳内。此时螺杆侧通过螺杆侧供油总管209供油到螺杆侧轴承和螺杆转子，油路过滤器出口管路208和离心油路供油压力调节阀110供油到离心侧轴承和齿轮对。压缩机停机瞬间，螺杆供油油路截止电磁阀109可关闭，避免电机停机，螺杆转子逐渐停转之前的这段时间不会有大量的润滑油进入到转子齿间容积，保证螺杆转子的可靠性，由于并联轴系的螺杆轴系和离心轴系布局，背靠背的机械结构以及齿轮机械机构，导致转动惯量小，可以快速的实现停转，在停转之前，离心油路供油压力调节阀110始终保持控制开度PID保证离心侧的供油压差始终稳定在设定值附近，必要时，需要启动齿轮油泵108，需要根据实际运行情况来控制齿轮油泵108是否开启。

这样螺杆和离心侧的启动、运行、停机的供油都通过系统管路，设备的布置以及有效的控制来保证各自的可靠运行。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，包括压缩机，其特征在于：所述压缩机上设有吸气管路与回气管路，压缩机内设有第一回路，所述第一回路用以润滑油回油供油回路和油冷却、离心侧和螺杆侧的供油与启动停机过程的供油，所述第一回路包括油分离器、离心油路油槽、油冷却器、螺杆侧供油总管与离心侧供油总管，所述油分离器底部设有油分供油总管，所述油分供油总管分为油分供油分管一与油分供油分管二两回路，所述油分供油分管一上设有油路单向阀，所述油分供油分管二与所述离心油路油槽连通，所述离心油路油槽内设有浸没式的齿轮油泵，所述齿轮油泵上设有连通的油泵出油管，所述油泵出油管与所述油分供油分管一连通，其连通端与所述油冷却器连通，所述油冷却器上设有温控三通阀，所述温控三通阀上连通有油路过滤器，所述油路过滤器一端与所述螺杆侧供油总管连通，另一端与所述离心侧供油总管连通。

2.根据权利要求1所述的采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，其特征是：所述螺杆侧供油总管上设有螺杆供油油路截止电磁阀，所述离心侧供油总管上设有离心油路供油压力调节阀。

3.根据权利要求1所述的采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，其特征是：所述离心油路油槽上设有油槽压力传感器。

4.根据权利要求1所述的采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，其特征是：所述螺杆侧总供油管路分成两路，一路为螺杆排气侧轴承供油管路，另一路为螺杆吸气侧供油管路。

5.根据权利要求1所述的采用单机双级混合式螺杆压缩机的风冷热泵系统，其特征是：所述压缩机底部设有连通的离心侧总回油管路，所述离心侧总回油管路与所述离心油路油槽连通，所述离心油路油槽上还设有连通的油槽压力平衡管路，所述油槽压力平衡管路与压缩机连通，其上设有平衡管路电磁阀。

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