发明内容
为解决上述问题,本发明的第一个目的是提供一种适合减少整个设备成本,同时又能减少装配步骤和油分离器的相关部件的气体压缩机,第二个目的是提供一种设有油分离器的气体压缩机,并要求该油分离器在很长时间内保持压缩机所需的不变油分离功能方面具有很高的可靠性。
为了达到上述目的,根据本发明,一种气体压缩机包括:压缩机壳体内的汽缸;装在汽缸两端面的侧缸盖;用来将高压制冷介质气体排入第一排放腔的汽缸排放口,其中,所述高压制冷介质气体包含在汽缸压缩腔内被压缩的润滑油,所述第一排放腔为汽缸的外部空间;位于压缩机内部密封端和一个侧缸盖之间的第二排放腔;将包含在从第一排放腔引入到第二排放腔的高压制冷介质气体内的润滑油成分分离的油分离器。该油分离器由与一个侧缸盖成一体的排放管组成,所述排放管的一个末端设有朝向第一排放腔的开口,其另一末端开向压缩机壳体的内壁。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,该排放管由一根从第一排放腔朝向压缩机壳体的内壁直线延伸的直管组成。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,所述排放管的一端开向第一排放腔,同时另一端在第一排放腔后的并与其非常靠近的位置朝向压缩机壳体的内壁。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,所述侧缸盖中的一个与所述排放管成一体地浇铸而成。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,所述形成一个侧缸盖与所述排放管整体结构的构造采用了以下一种结构,所述侧缸盖设有与第一排放腔相通的压紧配合管孔,所述排放管的一端压紧配合在该压紧配合管孔中。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,所述形成一个侧缸盖与所述排放管整体结构的构造采用了以下一种结构,在该结构中,所述侧缸盖设有与第一排放腔相通的螺纹孔,在所述排放管的外圆周表面设有螺纹部分,所述螺纹部分与所述螺纹孔配合,并经拧紧和固定。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,从排放管的处于压缩机内壁一侧的开孔端到压缩机内壁的距离满足下列方程(1):
(πD2/4)≤πDL ------方程(1)
其中,L为所述距离,D为所述排放管的处于压缩机壳体内壁一侧的开口端的内径。
根据本发明,所述气体压缩机的特征在于,所述开口的面积比满足下列方程(2):
S1/S2≥0.7 ------方程(2)
其中,S1为所述排放管的处于压缩机壳体内壁一侧的开口的面积,S2为所述排放管的处于第一排放腔一侧的开口端的面积。
根据本发明,在汽缸压缩腔内经压缩的高压制冷介质气体经汽缸排放孔被排入汽缸外部空间的第一排放腔。排放后的高压制冷介质气体经过排放管立即与压缩机壳体的内壁发生碰撞并保持了高流速。高压制冷介质气体中的润滑油成分通过碰撞被分离。
具体实施方式
下面将参考图1到图10对根据本发明的气体压缩机的一个实施例予以说明。
图1为剖视图,显示了根据本发明的气体压缩机的一个实施例。该气体压缩机的一些基本结构与传统气体压缩机的基本结构相同,如下面的布置方式:汽缸2位于压缩机壳体1的内部;侧缸盖3、4装在汽缸2的两个端面上;第二排放腔5位于侧缸盖3和压缩机壳体1的内侧密封端之间,还有如下布置方式:在汽缸2的压缩腔13内经压缩的高压制冷介质气体经过汽缸排放孔16被排入汽缸外部空间的第一排放腔18中,等等。因此,同样的部件用同样的参考数字来标明,有关的一些细节说明将被省略。
在根据此实施例的气体压缩机中,如图1所示,润滑油呈雾状包含在排入第一排放腔18的高压制冷介质气体中。包含润滑油的高压制冷介质气体被引入第二排放腔5一侧。管路结构的油分离器20在此实施例中为一种将雾状润滑油成分从高压制冷介质气体中分离出来的装置,下面将有说明。
根据本实施例的油分离器20由与侧缸盖3成一体并作为侧缸盖3的后端部分的排放管30组成。排放管30的一端开在第一排放腔18内,另一端朝向压缩机壳体1的内壁。另外,在此实施例中,直管30-1用作排放管30。直管30-1与侧缸盖3成一体形成,并同时从第一排放腔18朝向压缩机壳体1的内壁延伸。排放管30的一端30a开在第一排放腔18一侧,其另一端30b,也即排放管30处于压缩机壳体1内壁一侧的开口端几乎与压缩机壳体内壁1b接触。
也就是说,在本实施例中,如上所述直管30-1形状的排放管30形成了从第一排放腔18一直到压缩机壳体内壁1b跟前的没有旁路的直线型高压制冷介质气体的排放路径。
采用如上所述的没有旁路的排放路径结构的原因是,可以防止高压制冷介质气体的高流速因旁路而减小,并可以造成高压制冷介质气体对压缩机壳体内壁1b的碰撞,从而有效地将高压制冷介质气体中的润滑油成分分离出来。
另外,在此实施例中,如上所述,排放管30的另一端30b几乎与压缩机壳体内壁1b接触。为什么采用这样的结构是为了增大油分离功能,以及造成可能具有最高流速的高压制冷介质气体与压缩机壳体内壁1b的碰撞,还有造成可能最大量的高压制冷介质气体与压缩机壳体内壁1b的碰撞。
也就是,将刚从排放管30流出的高压制冷介质气体的流速与处于与此处一定距离的高压制冷介质气体的流速相比,刚从排放管30流出的高压制冷介质气体的流速最高。因此,为了让高压制冷介质气体以高速与压缩机壳体内壁1b相撞,采用排放管30的另一端30b与压缩机壳体内壁1b几乎接触的结构比较合适。另外,如果排放管30的另一端30b到压缩机壳体内壁1b的距离太大,可以认为在从排放管30喷出的一部分高压制冷介质气体在未与压缩机壳体内壁1b相撞之前分流到第二排放腔5中去了,结果降低了高压制冷介质气体与压缩机壳体内壁1b的碰撞量。因此,为了让大量的高压制冷介质气体与压缩机壳体内壁1b相撞,最好是缩短排放管30的另一端30b到压缩机壳体内壁1b的距离。
附带地,如果只考虑到增大油分离功能,如上所述,缩短排放管30的另一端30b到压缩机壳体内壁1b的距离L比较适宜。但是如果距离L太小,就会出现一个问题,即气体压缩机的动态功率增加,而制冷效率降低。原因是当高压制冷介质气体从排放管30的另一端30b喷出时,压缩机壳体内壁1b的阻力变得很大,并且从排放管30的另一端30b喷出的高压制冷介质气体的量将减少。因此,考虑到压缩机的动态功率和制冷能力的关系,上述距离L有一个固定的下限。下面将对距离L的下限予以说明。
从基本观点来看,如果将等同于或大于所述排放管30的另一端30b的开口面积的高压制冷介质气体的排放通道固定在成为高压制冷介质气体排放口的排放管30的另一端30b一侧,高压制冷介质气体从排放管30的另一端30b的排放会变得很顺畅,气体压缩机的制冷能力的降低和动态功率的增大都会变得很小以至于可以忽略。
因此,在排放管30的另一端30b和压缩机壳体内壁1b之间设置了直径和上述排放管的另一端30b内径D相同的圆柱缝隙。该圆柱缝隙的外圆周部分成为了高压制冷介质气体的排放通道。因此,如果圆柱缝隙的外圆周表面积(=πDL)至少等于或大于排放管的另一端30b的开口面积(=πD2/4)时,下列方程成立,也不会存在气体压缩机的动态功率增加或制冷能力的降低。
πD2/4≤πDL ------方程(1)
D:排放管的另一端30b的内径
L:从排放管的另一端30b到压缩机壳体内壁1b的距离
因此,从排放管的另一端30b到压缩机壳体内壁1b的距离的下限从方程(1)得出是D/4。注意,距离L的上限根据气体压缩机所需的油分离性能来决定。这就是为什么距离越大,高压制冷介质气体对压缩机壳体内壁1b的碰撞量如上所述变小,从而油分离性能也下降的缘故。
假定S1为排放管30的另一端30b的开口(处于压缩机壳体内壁一侧的开口)的面积,S2为排放管30的一端30a的开口(处于第一排放腔一侧的开口)的面积,下面将对开口面积比(S1/S2)作说明。最好是让该比值满足下列方程(2):
S1/S2≥0.7 方程(2)
原则上,当开口面积比(S1/S2)不大于1时,作为高压制冷介质气体排放口的排放管的另一端30b的开口窄于排放管的一端30a的开口。因此将高压制冷介质气体从排放管的另一端30b喷出很困难。高压制冷介质气体的排放流速降低。所以可以认为气体压缩机的动态功率增加而其制冷能力下降。尤其是,如果开口面积比(S1/S2)不大于0.7,气体压缩机的动态功率增加而其制冷能力下降的现象就愈发明显。注意,如果开口面积比(S1/S2)不小于1,则作为高压制冷介质气体排放口的排放管的另一端30b的开口宽于排放管的一端30a的开口,不会有高压制冷介质气体从排放管的另一端30b喷出很困难的现象,也不会有高压制冷介质气体的排放流速降低的现象。因此,就不用担心气体压缩机的动态功率增加而其制冷能力下降。因此,开口面积比(S1/S2)的下限为0.7。但在设计上只有一个设备尺寸造成的开口面积比(S1/S2)的上限,理论上该上限为无限。
如上所述,为了将排放管30与侧缸盖3一体地形成,将侧缸盖3与排放管30整体铸造造就可以了。在此实施例中,侧缸盖3与排放管30作为铸造整体而一体形成。
另外,现在参考图13,在根据此实施例的气体压缩机中采用了这样一种结构,在该结构中,抽吸和压缩冲程在转子7的转角从0到180度的转动过程中完成,在接下来的180到360度的过程中又完成抽吸和压缩冲程。由汽缸排放口16,第一排放腔18等组成的总共两个排放部分分别处于绕转轴8以180度间隔的直径方向的相对位置。如图2所示,由于此实施例中两个包括第一排放腔18的排放部分的位置关系,两个排放管30也处于绕转轴8以180度间隔的直径方向的相对位置。
下面将参考图1和图2对根据该实施例的气体压缩机进行说明。
在与此实施例对应的气体压缩机中,如图1所示,在汽缸2的压缩腔13(见图13)内被压缩的高压制冷介质气体经过汽缸排放口16被排入第一排放腔18。刚经排放的高压制冷介质气体经过排放管30以很高的流速与压缩机壳体1的内壁的碰撞。该碰撞使得高压制冷介质气体的润滑油成分从该气体中被分离出来。
在与此实施例对应的气体压缩机中,如图2所示,由于两个排放管30和30处于绕转轴8以180度间隔的直径方向的相对位置,从所述两个排放管30和30排出的高压制冷介质气体将互相碰撞。该气体碰撞使得高压制冷介质气体的润滑油成分从该气体中被分离出来。
附带地,和传统情况一样,如上所述被分离出的润滑油滴下并储存在第二排放腔5底部的机油箱22中。经过油分离的高压制冷介质气体从第二排放腔5中通过压缩机壳体1的外部排放口1a流动并被输送至外部空调系统。
如上所述,在与此实施例对应的气体压缩机中,采用了带有管结构的油分离器20,其中,所述管结构由与侧缸盖3一体形成的排放管30组成。因此,和图12所示的传统的油分离器20的结构不一样,由于此结构,可以不使用一些密封件如油分离过滤器21,油分离器锁紧螺栓26,O形图等。所以减少了部件数量和在压缩机生产线上的油分离器的装配步骤。
另外,在与此实施例对应的气体压缩机中,由于侧缸盖3与排放管30成整体的铸造结构,就不存在让高压制冷介质气体泄露的部分,也不会和传统的油分离器20一样出现油分离器锁紧螺栓26的松动现象。由于高压制冷介质气体的排放路径由第一排放腔18直至压缩机壳体1的内壁前并没有其他旁路,所以高压制冷介质气体就能以高流速通过该排放路径碰撞到压缩机壳体1的内壁,可以将包含在高压制冷介质气体中的润滑油成分有效地分离出来,同时在很长的时间内能保持油分离功能不变。
图3显示了根据本发明的产品和比较例子间油分离效果的测试比较结果。图3A显示了在压缩机转速为800转/分钟(后面用‘Nc’代表转速)时压缩机壳体内油量的调查结果,图3B显示了在压缩机转速为700转/分钟(后面用‘Nc’代表转速)时压缩机壳体内油量的调查结果。
此处,对被测试的对象作简要说明,根据本发明的实施例针对如同上面实施例中的带有两个排放管的油分离器结构,比较例子1针对两个排放管在排放路径上统一为一个的结构,而比较例子2针对排放管在长度方向成螺旋形的结构,比较例子2针对传统的带有由金属网格组成的油分离器过滤器的油分离器结构。
在图3的测试比较结果中,对根据本发明的或比较例子1和2中排放管结构与比较例子3中的金属网格组成的油分离器过滤器结构作了比较,尽管前者的压缩机壳体内的油量要少,但通过相互比较排放管结构数据,本发明的实施例的压缩机壳体内的油量是相对最多的,该结果还表明,油量的所述最大值和金属网格组成的油分离器(比较例子3)的油量值相似。由此,在针对油分离器排放管结构的情况下,可以很安全地说,由于能增大油分离功能,根据本发明实施例的设有两个排放管的形式是最适宜的。
图4显示了上述根据本发明实施例中的排放管直径和油分离性能之间的关系的研究测试结果,还显示了从排放管的另外一端到压缩机壳体内壁的距离与油分离性能之间的关系的研究测试结果。
注意,在附图中,Φ10、Φ7、Φ4为排放管直径。图4A还显示了当压缩机转速为700转/分钟和排放压力Pd=10kgf/cm2G的情况下压缩机壳体内以油面高度来计油量的研究结果。图4B还显示了当压缩机转速为700转/分钟和排放压力Pd=15kgf/cm2G的情况下压缩机壳体内以油面高度来计油量的研究结果,图4C显示了当压缩机转速为7000转/分钟和排放压力Pd=21kgf/cm2G的情况下压缩机壳体内以油面高度来计油量的研究结果。在图A、图B、图C中,尽管压缩机壳体内的油面高度都已绘出,横坐标位置是为了方便油面高度相互之间的比较而定,由于在传统情况中不存在排放管,也就不存在排放管到压缩机壳体内壁的距离的概念了。
从图4的测试结果可以很清楚地看出,对于每种排放管直径所进行的压缩机壳体内油量的比较,可以得出的是,在排放管采用直径Φ7时的压缩机壳体内油量最大。因此,为了增大油分离性能,排放管直径约为Φ7是最适宜的。
从图4中的油分离性能和排放管的另一端到压缩机壳体内壁的距离L的相互关系可以看出,在该测试中,当距离L为5毫米时,与传统情况相比(图12示出了传统气体压缩机),压缩机壳体内油量出现了显著的增加,并且还有一个趋势,即距离L越长,压缩机壳体内油量越少。另外,还可以看出,为了得到比传统情况(见图4C)更好的油分离性能,距离L不能超出10到15毫米的范围。因此,如果距离L在10到15毫米的范围内,就可以得到比传统情况要好的油分离性能。
另外,如果排放管的另一端到压缩机壳体内壁的距离保持常值,则发现排放管的长度对油分离性能没有什么影响。
图5A示出了排放管直径和上述根据本发明的实施例中的气体压缩机的动态功率之间关系的研究测试结果,图5B排放管直径和上述根据本发明的实施例中的制冷循环中制冷介质流速的相互关系的研究测试结果,图5C显示了这两种测试结果的实际测量值。注意,制冷循环中制冷介质的流速与气体压缩机的制冷能力有着很密切的关系。当制冷循环中制冷介质的流速很高时,制冷能力也高。当流速低是,制冷能力也低。因此,在本测试中,作为制冷能力的一种指标,制冷循环的制冷介质的流速被予以了测量。
在附图中,Φ10管表示排放管30在另一端30b(处于压缩机壳体内壁一侧的开口端)处的开口直径为10毫米,同样的方式,Φ7管和Φ3管分别表示排放管30的开口直径为7毫米和3毫米。在这种情况下,对于任何排放管30,其末端30a处(处于第一排放腔一侧的末端)的开口的直径都为10毫米。同一附图的测试条件为:转速为800转/分钟到3000转/分钟,排放压力Pd=1.37Mpa(14kgf/cm2G),抽吸压力Ps=0.196Mpa(2kgf/cm2G),过热度SH=10deg,过冷度SC=5deg。
从图5A可以很明显地看出,当使用粗些的排放管(Φ10管)时,气体压缩机的动态功率变小。从图5B可以很明显地看出,当使用粗些的排放管(Φ10管)时,制冷循环的制冷介质的流速升高。因此,可以得出,当使用排放管(Φ10管)时,气体压缩机的制冷能力变强。
参考图5,考虑到气体压缩机基于排放管一端30a与另一端30b的开口面积比的动态功率和制冷能力,在采用Φ10管时,开口面积比最大为1,可以得出此时气体压缩机的动态功率最小,制冷能力最强。可以得出当开口面积比从0.7(采用Φ7管时的开口面积比)逐渐降至0.3(采用Φ3管时的开口面积比)时,气体压缩机的动态功率增加,制冷能力降低。因此,考虑到这种测试结果,为了防止气体压缩机制冷能力降低而动态功率增大,最好让上述开口面积比在0.7到1.0之间。
注意,在上述实施例中,侧缸盖3和排放管30成整体铸造。不过,除了整体铸造,将侧缸盖3和排放管30呈整体形成的方式还有压紧配合整体结构,如图6所示,或图7所示的螺纹紧固结构。
在图6所示的压紧配合结构中,在侧缸盖3上开有与第一排放腔18相通的压紧配合管孔31,同时,排放管30的一端30a压紧配合在该压紧配合管孔31中。
在如图7所示的螺纹紧固结构中,在侧缸盖3上开有与第一排放腔18相通的螺纹孔32,而排放管30的一端30a的外圆周面上相成有螺纹部分33。螺纹部分33与上述螺纹孔32配合并拧紧在一起。
在上述实施例中,直管30-1被做成将高压制冷介质气体以高速碰撞压缩机壳体1内壁的装置,并避免了排放路径的旁路。不过,有一种取代方式,如图8所示,可以使用长度比上述实施例要短的排放管30。在该结构中,排放管30的一端30a以和上述实施例的一样方式开在第一排放腔18一侧。不过,如图9所示,排放管30的另一端30b处于离第一排放腔18非常近的位置并朝向压缩机壳体1内壁。这样,如上所述,由于到压缩机壳体1内壁的距离缩短,因此大量的高压制冷介质气体在流速不降低的情况下碰撞在压缩机壳体1内壁上。
在根据本发明的气体压缩机中,如上所述,由于油分离器的管结构仅仅由与侧缸盖做成一体的排放管组成,就没有必要和传统的油分离器一样使用一些密封件,如油分离器过滤器,油分离器锁紧螺栓,O形圈等。所以,可以减少这些部件的数目以及减少在压缩机生产线上装配该油分离器的装配步骤,从而可以降低整个设备的成本。
另外,在根据本发明的气体压缩机中,如上所述,由于侧缸盖当中的一个与排放管成整体的铸造结构,就不存在在油分离前让高压制冷介质气体泄露的部分,也不会和传统的油分离器一样出现油分离器锁紧螺栓26的松动现象。由于高压制冷介质气体的排放路径由第一排放腔18直至压缩机壳体1的内壁跟前并没有旁路,所以高压制冷介质气体就能以高流速通过该排放路径碰撞到压缩机壳体1的内壁,可以将包含在高压制冷介质气体中的润滑油成分有效地分离出来,同时在很长的时间内能是油分离功能保持不变。