CN1878961A - 用于制冷剂的柱塞压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制冷剂特别是用于CO2的带有盒状壳体的柱塞压缩机(1)，具有压缩机体(2)，该压缩机体具有压缩部分，该压缩部分包括作为第一壳体部件的气缸(13)和作为第二壳体部件的底部部分(3)，压缩机体(2)和底部部分(3)彼此连接，还具有马达(25)，该马达具有位于内室(17)的驱动轴(23)。本发明致力于提供一种具有制造成本高效的简单设计的高压制冷压缩机。为了该目的，确保驱动轴(23)仅支撑在马达(25)一侧。

Description

用于制冷剂的柱塞压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于制冷剂特别是CO2的带有盒状壳体的柱塞压缩机，具有压缩机体，压缩机体具有压缩部分，压缩部分包括作为第一壳体部件的气缸和作为第二壳体部件的底部部分，压缩机体和底部部分彼此连接并且限定了封闭的内室，还具有马达，该马达具有位于内室的驱动轴。
背景技术
从US2,583,583中可知这种制冷压缩机。马达夹持在底部部分中。马达的驱动轴同时支撑在底部部分和压缩机体中。压缩机体上固定着气缸，在气缸中，活塞布置成往复运动。活塞经由连杆由驱动轴驱动。
从DE195 16 811 C2可知另一种制冷压缩机。该压缩机由相对薄壁的壳体包围。所涉及的压缩强度仅允许使用传统的制冷剂，例如，部分卤化的氟代烃，如R134a，或碳氢化合物，像丙烷或异丁烯，它们具有更少的潜在温室效应可能性。这种制冷压缩机具有相对低的工作压力，在吸入侧，该压力为例如低于5巴。为了从壳体和从而从环境去耦由于活塞体的摆动引起的振动，压缩机本身经由弹簧配置支撑在壳体中。
最近，二氧化碳(CO2)已经越来越多地用作制冷剂。CO2具有的优点是更好的环境适应性，特别是关于臭氧和温室潜在效应的适应性。几乎不燃烧性是另一优点，这更是优选的。另外，CO2具有实质上更高的体积制冷容量。相对于基于碳氢化合物的制冷剂，这实质上减小了产生一定制冷容量所需的制冷剂体积。
然而，利用CO2系统，会产生更高的工作压力。在吸入侧，它们可以高达70巴，在压力侧，高达160巴。因此，压缩机需要防压力设计，这相应地需要稳定壳。这种需要更大的努力并且引起相对高的成本。
从Heinz Baumann的在“Proceedings of the International PurdueCompressor Technology Conference 2002，Purdue，USA，C25-3”中出版的“Small Oil Free Piston Type Compressor for CO2(小型免油活塞型CO2压缩机)”中得知了一种小制冷容量的免油半密封活塞压缩机。除了压缩机体具有第一轴承，压缩机壳体还包括圆筒形的管部件，驱动马达的定子固定在该部件中，以及用于驱动轴的第二轴承部件和马达侧的壳体盖。壳体的单独部分彼此由法兰面支撑并且通过分布在外周的几个螺栓彼此固定。
从EP 0 378 967得知的相应的压缩机包括具有四个气缸的压缩机体，每个气缸偏移90°。压缩机具有所谓的Scotch-Yoke驱动器，在该驱动器中，彼此面对的每两个活塞通过轭铁连接，该轭铁再次经由滑动件与驱动轴的曲柄销连接。两个滑动件或轭铁的移动方向在这里分别彼此垂直。在驱动轴旋转过程中，各活塞对执行共同的往复运动。
在Die Kalte-und Klimatechnick 10/2002的“CO2-Verdichter und-Ausrustungen”第116-123页示出了具有相似设计的另一半密封两气缸活塞压缩机。另外，这里，马达壳体安装在压缩机体上。盖通过几个沿周向分布的螺钉固定在压缩机体上。
从现有技术得知的CO2压缩机的特征在于传统的多气缸、半密封压缩机，其尺寸确定得适用于大的制冷容量并且因此具有更高的机械稳定性。单个气缸的活塞通过支撑在至少两个主轴承中的驱动轴移动。这些位于不同壳体部分中的轴承在安装过程中必须相对于彼此精确确定方向，这需要相对多的努力。
发明内容
本发明基于提供一种简单设计和制造低廉的高压制冷压缩机的任务而提出。
利用引言部分提到的柱塞压缩机，该任务通过驱动轴仅支撑在马达一侧来解决。
因此可避免不同的轴承与相同的驱动轴对齐。这简化了实施例。直到目前为止，单侧轴承仍然没有被看作是用于高压制冷压缩机的选择，因为高压在轴上产生了相应的荷载并且因而在轴承上产生了荷载。然而，令人惊讶地，结果对于高压制冷剂，单侧轴承是足够的。
优选地，驱动轴支撑在马达邻近压缩部分的一侧。因此，驱动轴从某种意义上说是“对称地”施加荷载于轴承两侧。马达啮合在一侧。曲轴驱动器啮合在另一侧。在两种情况下，在力接触点和轴承之间的驱动轴长度相对较短，因此轴承上的荷载保持较小，而且在单个力不是精确相同时也是如此。
优选地，驱动轴具有平衡重，连杆轴承位于平衡重和轴承之间。而且，这种方法有助于减小轴承上的荷载。连杆的接触点也尽可能地紧紧邻近轴承。
而且优选地，在平行于驱动轴的其连接区域，压缩机体和底部部分在其整个外周轴向重叠，并且在重叠区域形成连接。因此，原则上，有可能将从包括压缩机体、曲轴驱动器和驱动器马达的家用制冷压缩机得知的基本设计转变为高压制冷压缩机的需要，从而实现了简化的压缩机实施例。因为用作制冷剂的CO2比基于碳氢化合物的制冷剂具有更高的体积制冷容量，所以预定的性能将允许气缸体积和活塞直径减小。减小的振荡质量连同由于相应的稳定形成的壳体所致的压缩机增加的总重产生了一种压缩机设计，在该设计中，压缩部分不再需要通过弹簧与壳体机械去耦。在外侧，整个压缩机以相对小的振动工作。因此，不再需要将压缩机体装在盒体中，相反，压缩机体可用作壳体部件，其与底部部分一起包围了内室。这再次使得底部部分必须具有相对稳定的设计。它可以例如通过冷成形厚度大约为8mm的钢板制造为厚壁深冲压部件。然而，如从现有技术中得知的那样，这种设计很难制造用来通过分布在外周上的几个夹紧螺栓将压缩机体和底部部分连接在一起的径向法兰。本身可满足稳定性需要的密封和不可分离的焊接连接会在该设计中产生大量的热量，以至于产生的高温可能损坏压缩机部件。这些问题以一种简单的方式被减小，因为一个壳体部件被插入到另一个壳体部件中，两个壳体部件在所致的重叠区域中被彼此连接。这种连接如此稳定以至于内室中产生的压力不能沿轴向推动壳体部件分离。另外，必须密封以使得内室中的气体不会以非控制的方式流出。这些实际上仅需要在重叠区域中连接。如下文所述，这种连接可以相对简单的方式实现，而且在压缩机体和底部部分二者都被制造得相对稳定时，即，具有相对大的壁厚时也是如此。
优选地，该连接没有辅助的连接部件。这简化了安装。
在特别优选的实施例中，两个壳体部件中的一个在重叠区域中具有外螺纹而另一个壳体部件具有内螺纹，外螺纹和内螺纹彼此啮合。为了实现压缩机体和底部部分之间的连接，两个壳体部件相对于彼此被放置在一起并且转动。外螺纹和内螺纹之间的啮合足以防止两个壳体部件的轴向分离，而且在内室中具有高压时也是如此。
在备选实施例中，确保在重叠区域中，两个壳体部件彼此径向地夹紧在一起。因此，连接仅以压缩机体和底部部分之间的摩擦连接的形式存在。然而，在足够的力产生了该摩擦连接时，所致的连接足以将底部部分可靠地固定在压缩机体上。
优选地，重叠区域中的径向外部壳体部件收缩配合或压在径向内部壳体部件上。因此，可实现足够的张力，这样外部壳体部件可在内部壳体部件上作用足够大的压力。
在螺纹连接和夹紧连接中，实现了通常的免除辅助连接部件和压缩机壳体的非焊接连接。
优选地，重叠区域中的径向内部壳体部件具有周边的径向法兰，其至少在其前端区域中径向支撑着位于重叠区域径向外侧的壳体部件的外侧。原则上，内室中增加的压力包含着壳体径向膨胀的危险。该膨胀可能导致径向外部壳体部件在重叠区域中膨胀，因此减小了重叠区域的长度，这依次对重叠区域中的夹紧力具有负面结果。由于径向外部壳体部件在其前端的区域中从外部径向保持，所以避免了这种膨胀。
优选地，法兰具有锥形凹口并且重叠区域中的径向外部壳体部件的前端具有相应的锥形倒角前侧。外部壳体部件和内部壳体部件因此实现了彼此合适的啮合。
优选地，底部部分位于重叠区域中的径向外侧。与压缩机体相比，底部部分是具有最简单设计的壳体部件。因此，如果没有干扰部件，更加简单地在这里提供了内螺纹。当连接为收缩配合形式的夹紧连接时，只需基本上简单地加热底部部分并且在收缩期间冷却它，此时不存在影响压缩部分各部件的危险。
优选地，至少在重叠区域中，底部部分具有增加的壁厚。该增加的壁厚改善了连接的稳定性。
优选地，压缩机体包围了气缸的全部外周。压缩机体本身具有一定的抵抗内室压力所需的稳定性。压缩机体的该稳定性还用作接纳气缸。在运行期间，气缸中存在最高的压力。当气缸没有制造为与压缩机体连接的单独部件而是制造为压缩机体中的孔时，可以简单的方式实现高的机械稳定性。当然，还可以在该孔中设置衬垫以改善活塞和内气缸壁之间的摩擦行为。
优选地，气缸具有侧向开口，在活塞处于其下止点时，该开口与由气缸和可在气缸中移动的活塞限定的压缩室连接。在某些应用中，以高压制冷剂特别是CO2工作的系统由于能量原因可能需要向其压力位于吸入压力和制冷系统高压之间的压缩室供给制冷剂。特别是当不需要减小早先压缩的制冷气体总量的压力以提供所需制冷容量的情况下。在示出的实施例中，该“中间压力气体”在吸入冲程的末端即在活塞接近下止点的位置被导入压缩室。这种结合CO2实现多级压缩的方法十分有好处，因为压缩机的压力比被减小，这将增加效率。在壳体固定压缩机的设计中，这特别容易实现。中间压力气体换句话说可直接从外部通过压缩机体中制造的孔供给到压缩室，在几乎完整的活塞冲程过程中，压缩机体通向压缩室的开口被活塞覆盖。仅仅在活塞位置接近下止点时，孔才不被活塞封闭，但是还具有到达压缩室的连接。
优选地，气缸通过气缸头限定在一个前侧，其中该气缸头包括与内室连接的吸入室。该连接确保了汇集在内室中的制冷气体在吸入冲程期间可被吸入。因此，避免了内室由制冷气体过分充填。这使得内室中的压力可保持在吸入压力的水平。
优选地，压缩机体和底部部分通过焊接或钎焊连接，焊缝或钎焊缝被限制到壳体的径向外部区域。经由螺纹啮合或径向绷紧的连接分别原则上可例如通过使用厌氧性硬化密封材料像Loctite 577或通过插入金属密封件制造成气密。然而，这种连接仍然是可分离的，因此仅涉及到半密封的压缩机。然而，当添加焊缝或软焊缝时，可实现密封封闭的压缩机。不推定焊缝或钎焊缝具有大的机械强度。因此，在壳体外部，它可以被限制为相对较薄的层。当制造这种焊缝或钎焊缝时，不存在壳体内部的稳定将显著增加的危险，因此可以预料壳体内侧的部件将不会损坏。
优选地，压缩机体与马达相反的一侧具有由封板封闭的安装口，穿过该口，驱动轴、平衡重和连杆可插入到内室。然后，轴承可与压缩机体制造成单个零件，即，在压缩机体外壁和接纳轴承的部件之间不需要额外的连接措施。而且，可从两侧接近轴承。在面向马达的一侧，无论如何都没有限制。在相反侧，可穿过安装口接近。在运行期间，安装口当然由封板封闭，该封板也可以拧入到压缩机体中。另外，此时，可额外使用厌氧性硬化密封材料。另外，额外的焊缝或钎焊缝的使用也是可能的。
优选地，玻璃馈通(feed-through)拧入压缩机体中，与气缸同轴布置。该玻璃馈通允许马达的电线与来自外部的供电线连接而不会丢弃壳体的密封。当将玻璃馈通同轴于气缸安排时，可制造气缸所需的孔和玻璃馈通而无需在相应的专用机床中放置压缩机体或改变压缩机体的方向。
优选地，连杆具有可调节的长度。然后，压缩室中的死体积可以相对简单的方式设定。活塞被置于其上止点。驱动轴转向于活塞上止点相对应的位置。然后，连杆被精确调节到所致长度。然后，不再需要采用气缸和气缸头之间不同厚度的密封件产生的死室。
附图说明
下文中，基于优选实施例并结合附图详细说明本发明，其中附图：
图1为压缩机的透视整体图；
图2为穿过压缩机第一实施例的垂直剖面；
图3为穿过压缩机改进实施例的一部分的垂直剖面。
具体实施方式
图1示出了具有中心压缩机体2的单缸半密封CO2压缩机1，压缩机体2形成了部分压缩机壳体。其它部件与压缩机体2相连并且限定了压缩机内部。首先，有杯形或钟形的底部部分3和封板4，其次有气缸头5，其包括整合有吸入室和压力室的阀板6和气缸头盖7。压缩机体2和底部部分3是两个壳体部件，其与封板4一起构成了内室17。还示出了吸入接头8，气态制冷剂通过该吸入接头8吸入，以及用来排出压缩制冷剂的压力接头9。两个接头都以压力密封的方式与阀板的开口相连。在杯形壳体部分3的底部区域定位有固定装置10，其允许压缩机1通过橡胶体支撑11的插入而安全地安装在基座上。
根据图2的剖视图，示出了根据图1的压缩机的设计。压缩机体2形成了压缩机壳体的上部。它包括突起12，在该突起中，形成有气缸13。与活塞14和阀板6一起，该气缸限定了压缩机1的压缩室，该压缩室在活塞14处于其上止点时不能看到。除了吸入室15，阀板还包括压力室(未示出)和吸入口和压力口，其使得压缩室与吸入室和压力室(在该剖面中不可见)相连。压力平衡孔16使得吸入室15与压缩机壳体内部的内室17相连。气缸头盖7向着外界封闭了吸入室15和压力室。为了该目的，盖7和阀板6通过螺栓18固定在压缩机体2上。经由球窝接头19，活塞14与连杆20相连，其曲柄侧连杆孔眼21绕着驱动轴23偏心布置的曲柄销22旋转支撑。驱动轴23则旋转支撑在压缩机体2中形成的径向轴承24中，并且由马达25驱动。在其上端区域中，驱动轴23具有直径扩展部分，利用该扩展部分，它轴向支撑在径向轴承24的壳体上。
连杆20被一分为二，连杆活塞侧部分的圆柱形端60被安排得可在连杆20曲柄侧部分62的孔61中移动。在死体积设定(如图所示活塞14处于上止点)后，连杆20的这两部分则，例如通过在气缸侧端60上夹紧曲柄侧连杆部分62，而保留在其最终位置。不需要传统使用的通过位于压缩机体2和阀板6之间的密封件的各种厚度来调节死体积的方法。
马达25包括固定在驱动轴23上的转子26和通过固定部件(未示出)固定在压缩机体2上的定子。油泵28位于转子26的通孔29的底部部分中并且将其入口30浸没在压缩机壳体底部处的油槽31中。油泵28为离心泵，并且以一种实质上已知的方式，它将润滑油供给到驱动轴23的盲孔32中，并且润滑了从这里到压缩机轴承区中的开口33。当油泵的入口30定位得非常接近杯形底部部分3的底部时，压缩机中所需的油量基本上与已知的壳体固定压缩机有关并且还与弹簧去耦设计有关而减少，并且整体上最小化了压缩机的内体积。
在其上端，压缩机体2具有安装口34，在装配过程中，驱动轴23、连杆20和平衡重35可穿过该安装口插入。开口34的内壁设置有螺纹36。因此，封板4可拧入开口34并封闭开口34。利用合适的厌氧性硬化螺纹密封材料例如Loctite 577可以例如确保密封。然而，还可以使用借助于周边焊缝的具有较大机械强度的密封焊接或密封钎焊。
另外，压缩机体2还具有突起37，在该突起中形成有带内螺纹39的开口38。该开口用来接纳其金属销50与壳体隔离的玻璃馈通部件40，并且终止于室51中，该室51为内室17的一部分。
穿过该室51，为驱动马达供电的线被引导到定子27。螺纹39也可以利用厌氧性硬化材料或通过焊接或钎焊密封。
为了装配该压缩机1，驱动轴23和连杆20以及平衡重35一起穿过压缩机体2中的开口34插入。在将活塞14插入到气缸13中并且调节死体积后，连接气缸头5。现在，通过封闭盖4和玻璃馈通40封闭开口34和38。转子26被推到轴23之上，并且油泵28插入到转子中。在将定子27固定到机体2上之后，只需通过杯形的底部部分3封闭压缩机，其中杯形的底部部分3安装在马达25之上以在其长度部分上与压缩机体轴向重叠。所致的重叠区域47沿周向封闭。
由于存在高压，底部部分3需要足够的壁厚。通常，它由8mm的钢板制成为深冲压部件。它用作马达25的盖、采用的油槽31、作为固定结构的载体10，其可通过在底部部分3的底部41附近焊接而固定。除底部41外，底部部分3还具有圆柱形的侧部42，在其内侧接近底部部分3的开口端附近形成有内螺纹43。为了保持所需的稳定性，在内螺纹43的区域中，侧壁42上部截面44的壁厚也要增加。内螺纹43与形成在压缩机体2上的外螺纹45相互作用并且也用厌氧性硬化密封材料如Loctite 577密封。
优选地，侧壁42的上部前侧面在完成装配后向着外侧圆锥倒角，并且，在外周上的相应锥形凹口46上支撑机体2的径向法兰53。因此，当其从径向外侧保持在凹口中时，侧壁42不能以更高的压力膨胀。因此，可减小在壳体内部的高压影响下杯形底部部分3发生径向移动的危险。因此，大于350巴的的测试压力将不会对壳体造成危害。
由于可分离的和可拆卸的壳体部件3、4、40和气缸头5，到目前为止描述的压缩机表现为一种半密封设计。然而，通过焊接分别沿螺纹连接或气缸头法兰的间隙，有可能使得该设计密封。例如，沿壳体部件3和体2之间接触线的周边焊缝可实现杯形壳体部件3的密封封口。通过螺纹连接将采用合成压力。焊缝仅具有密封功能，并且可以利用较小的热能输入制造。
图3示出了没有气缸头、底部和安装盖的压缩机的改进实施例。相同部件具有如图2所示相同的附图标记。
在气缸13内部，活塞14处于其下止点。因此，可看到压缩室48的全部尺寸。还可以看到气缸位于压缩机体2中，或者，更精确地，位于突起12中，并且因此通过压缩机体2在其整个外周支撑。
具有连接扩大部分52的孔49通向突起12。孔49以这样一种方式终止于压缩室48中，使得在活塞处于其下止点区域中时，活塞14可释放它。
利用这样的侧向孔，有可能以一种位于吸入压力和与压缩机连接的系统的高压之间的压力将制冷气体供给到压缩室48中。在随后的压缩运动过程中，活塞14压缩已经被预压缩的制冷气体。这种实现多级压缩的方法十分有好处。当压缩机的压力比低时，增加了效率。当孔49可直接穿过压缩机体2通向外部时，这特别容易实现。只要压缩冲程一开始，孔49就被封闭。因此，压缩室48外部的压力增加实际上是不可能的。

Claims (19)

1、一种用于制冷剂特别是用于CO2的带有盒状壳体的柱塞压缩机，具有压缩机体，该压缩机体具有压缩部分，该压缩部分包括作为第一壳体部件的气缸和作为第二壳体部件的底部部分，压缩机体和底部部分彼此连接并且限定了封闭的内室，还具有马达，该马达具有位于内室的驱动轴，其特征在于，驱动轴(23)仅在马达(25)一侧被支撑。
2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，驱动轴(23)在马达(25)邻近压缩部分的一侧被支撑。
3、根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，驱动轴(23)具有平衡重(35)，连杆轴承(21)位于平衡重(35)和轴承(24)之间。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的压缩机，其特征在于，在平行于驱动轴(23)的其连接区域中，压缩机体(2)和底部部分(3)在其整个外周轴向重叠并且在重叠区域(47)中形成连接。
5、根据权利要求1-4中任一项所述的压缩机，其特征在于，所述连接没有辅助的连接部件。
6、根据权利要求1-5中任一项所述的压缩机，其特征在于，两个壳体部件的其中之一在重叠区域(47)中具有外螺纹(45)并且另一个外壳部件具有内螺纹(43)，所述外螺纹和内螺纹彼此啮合。
7、根据权利要求1-5中任一项所述的压缩机，其特征在于，在重叠区域(47)中，所述两个壳体部件彼此径向夹紧。
8、根据权利要求7所述的压缩机，其特征在于，在重叠区域(47)中，径向的外部壳体部件收缩配合或压在径向的内部壳体部件上。
9、根据权利要求1-8中任一项所述的压缩机，其特征在于，重叠区域(47)中的径向内部壳体部件具有周边的径向法兰(53)，其至少在其前端区域中径向支撑着位于重叠区域径向外侧的壳体部件的外侧。
10、根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，法兰(53)具有锥形凹口(46)，并且重叠区域(47)中的径向外部壳体部件的前端具有相应的锥形倒角前侧。
11、根据权利要求1-10中任一项所述的压缩机，其特征在于，底部部分(3)位于重叠区域(47)中的径向外侧。
12、根据权利要求11所述的压缩机，其特征在于，至少在重叠区域(47)中，底部部分(3)具有增加的壁厚。
13、根据权利要求1-12中任一项所述的压缩机，其特征在于，压缩机体(2)包围了气缸(13)的完整外周。
14、根据权利要求1-13中任一项所述的压缩机，其特征在于，气缸(13)具有侧向开口(49)，在活塞(14)处于其下止点时，该开口与压缩室(48)连接，而该压缩室(48)由气缸(13)和可在气缸(13)中移动的活塞(14)限定。
15、根据权利要求1-14中任一项所述的压缩机，其特征在于，气缸(13)通过气缸头(5)限定在一个前侧，其中该气缸头包括与内室(17)连接的吸入室(15)。
16、根据权利要求1-15中任一项所述的压缩机，其特征在于，压缩机体(2)和底部部分(3)通过焊接或钎焊连接，焊缝或钎焊缝被限制到壳体的径向外部区域。
17、根据权利要求1-16中任一项所述的压缩机，其特征在于，压缩机体(2)与马达(25)相反的一侧具有由封板(4)封闭的安装口(34)，穿过该安装口，驱动轴(23)、平衡重(35)和连杆(20)可插入到内室(17)。
18、根据权利要求1-17中任一项所述的压缩机，其特征在于，玻璃馈通(40)拧入压缩机体(2)中，与气缸(13)同轴布置。
19、根据权利要求1-18中任一项所述的压缩机，其特征在于，连杆(20)具有可调节的长度。
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