CN210977786U - 一种多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于制冷/热泵技术领域，公开了一种多缸活塞式膨胀‑压缩机的密封和润滑系统。该系统应用于各活塞连杆共用一根曲轴的CO2多缸活塞式膨胀‑压缩机。该密封和润滑系统包括供油模块和润滑密封模块，为闭环循环的密封和润滑系统。该系统通过可控压力的稳压单元，将供油模块输出的润滑油稳定地输送到气缸和原动机，对它们进行润滑，并在气缸和活塞处形成油膜，起到密封作用。该密封和润滑系统的特点在于采用同一套机构、相同润滑策略，同时对多缸活塞式膨胀‑压缩机的压缩缸和膨胀缸进行润滑、密封；在对全系统进行润滑的同时，把活塞环作为密封件，能充分发挥活塞式气缸的密封优势。该系统结构较为简单，使用方便，易于维护。
Description
技术领域
本实用新型属于制冷/热泵技术领域，具体涉及一种多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统。
背景技术
在制冷技术的发展过程中，制冷剂的更新换代始终是非常重要的技术提升手段。制冷剂的发展也伴随着臭氧破坏以及温室效应问题的困扰。在1992年《蒙特利尔议定书》第四次会议以及2007年《蒙特利尔议定书》第19次成员国会议上，环保议题尤为抢眼，逐步淘汰高(全球变暖潜能)和高ODP(臭氧衰减潜能)制冷剂的呼声很高。
在其它行业生产，以及日常生活中，制冷剂也是不可或切的存在。这使得包含以自然工质和近自然工质为代表的第四代制冷剂，得到较快发展。
四代制冷剂，比如近自然工质(HFOs类工质)，其合成制造成本很高。这也就意味着生产过程会带来高能耗、高排放，会带来次生温室效应。而CO2作为自然工质，具有许多优势：环境友好性(ODP＝0，GWP＝1)、安全性(无毒，不燃)、传热性能，流动性好、容积制冷量大、与普通润滑剂和结构材料相兼容、价格便宜、维护费用低，等等。CO2也因此具备了制冷剂工质替代产品的属性。
近几年来，CO2热泵在国内外发展迅速，属于一种节能环保新技术产品。由于CO2的沸点低，如果应用于制冷热泵循环中，可使系统跨临界循环(压缩机的吸气压力低于临界压力，且排气压力高于临界压力)。但是CO2热泵系统也存在一些技术壁垒，最主要问题是：由于制冷系统内压力很高，节流损失大。CO2跨临界循环的效率通常低于普通工质的亚临界循环 (压缩机的吸排气压力均低于临界压力)。为了减少跨临界循环的节流损失，有必要采用一种装置来代替节流阀，从而提高系统节流效率。
膨胀机是利用系统内产生的压缩气体膨胀过程向外输出机械功，以获得能量的机械的原理，并有同时使气体温度和压力降低的功效。膨胀机在低温装置中的应用已经很广泛，其基本结构与压缩机大致相同。但是膨胀机的设计中，由于结构间隙等原因，很容易在各结构缝隙处产生一定程度的气体工质泄漏问题。工质泄漏、机械摩擦以及其它不可逆的能量、工质损失，会对膨胀机的效率造成重大影响。同时，与压缩机一样，膨胀机也存在摩擦损失问题；膨胀机的摩擦问题将会导致严重的机械损失，并由于摩擦功而增加膨胀过程产生的热量，甚至可能对设备产生机械损伤。因此，找到合适的润滑和密封方法，用同一套机构和相同润滑策略，同时对膨胀缸与压缩缸进行润滑密封，以降低膨胀机泄漏和摩擦损失，对提高膨胀机效率至关重要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种的多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，以对膨胀缸与压缩缸采用同等的润滑策略和润滑参数同时，减少气体工质泄漏，起到密封作用，以简化设计、节约润滑油。
为达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
一种多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，应用于多缸活塞式膨胀-压缩机中；所述多缸活塞式膨胀-压缩机包括曲轴和连杆；所述曲轴连接有数个所述连杆；各所述连杆各自通过活塞，连接有一个所述多缸活塞式膨胀—压缩机的气缸；所述气缸为几何参数相同的数个活塞式压缩缸和至少1个活塞式膨胀缸；所述活塞位于活塞式压缩缸内为压缩缸活塞，所述活塞位于所述活塞式膨胀缸内为膨胀缸活塞；所述活塞式膨胀缸内高压工质膨胀，推动所述膨胀缸活塞对所述曲轴施加作用力，并传导至各所述压缩缸活塞；所述作用力与外部原动机共同为各所述活塞式压缩缸做功提供动力；所述密封和润滑系统包括供油模块、润滑密封模块；所述供油模块通过供油管路与所述润滑密封模块连通；所述润滑密封模块通过回油管路回连到所述供油模块，形成闭环循环的密封和润滑系统；所述润滑密封模块有连接所述供油管路的主油孔；所述主油孔布设在所述曲轴上靠近所述原动机的起始段位置，从所述曲轴外表面直至轴心附近；所述曲轴中有贯通的曲轴主油路；密封和润滑系统所需的润滑油经过所述主油孔进入所述曲轴主油路后分成两路，一路流向所述多缸活塞式膨胀-压缩机机体内部的主循环油路，同时作用于包括所述活塞式压缩缸和活塞式膨胀缸在内的所述活塞式膨胀- 压缩机的整机系统；另一路流向所述原动机，进入次循环油路，作用于所述原动机。
所述供油模块包括油槽，用于存储所述密封和润滑系统所需的润滑油，以及接收由所述润滑密封模块回流的所述润滑油；所述油槽通过吸油管路连接有使所述润滑油产生至少不低于设定压力的油泵；所述油泵连接稳压单元，用以调控流入所述润滑密封模块的所述润滑油压力和流量，以满足所述润滑密封模块对压力及流量的需要。
所述油槽内包括有滤网，用以对所述润滑密封模块回流到所述油槽的所述润滑油进行过滤；所述吸油管路连通到所述滤网内，为所述油泵供给所述润滑油。
所述稳压单元包括单向阀；所述单向阀对经过所述稳压单元的润滑油的压力进行调节、稳定；在来自所述油泵的润滑油的压力大于所述设定压力时，打开所述单向阀，把多余的所述润滑油经回油A支路引入所述油槽，从而卸载压力，使流向所述润滑密封模块的润滑油压力及流量稳定在设定的压力及流量值。
所述主循环油路包括所述曲轴中贯通的所述曲轴主油路；所述曲轴主油路上有与所述气缸个数和位置匹配的曲轴中心油孔；所述曲轴主油路通过所述曲轴中心油孔，与所述连杆上贯通的连杆油路一端连通；所述连杆油路的另一端有连杆小头油孔通向所述活塞的活塞环槽；所述活塞环槽在喷油过程中充溢所述润滑油，从而在所述活塞的活塞环与所述气缸相对运动过程中，在接触面形成油膜，对所述气缸进行密封和润滑；所述曲轴主油路的末端位于所述曲轴的输出终端，为所述主循环油路的主回油出口，连接所述回油管路，形成回油B支路，将回流的所述润滑油引入所述油槽。
所述供油模块的出口和所述主回油出口之间连接有油压计，用于对所述润滑油的压力监测、安全保障，以及设备维护、检修等。
所述次循环油路从所述曲轴主油孔喷油进入所述原动机，并贯通所述原动机的主运动轴，对所述原动机进行密封和润滑；所述原动机的主运动轴末端为所述次循环油路的次回油出口，连接所述回油管路，形成回油C支路，将回流的所述润滑油引入所述油槽。
本实用新型的有益效果是：
(1)实现对多缸活塞式膨胀-压缩机以及其原动机的共同润滑作用，对多缸活塞式膨胀-压缩机还可以起到气体工质密封作用，减少泄漏造成的损失。
(2)采用油压控制和余油回收，减少润滑油消耗量以及减轻润滑油对多缸活塞式膨胀-压缩机工作的副作用。
(3)对于膨胀缸与压缩缸采用同等的润滑策略和润滑参数，简化应用设计。
附图说明
附图1为本实用新型的多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统示意其中：1-稳压单元 101-单向阀 2-主油孔 3-原动机 4-曲轴中心油孔 5-连杆小头油孔 6-连杆 7A-压缩缸 7B-膨胀缸 8-主回油出口 9-过滤网 10-油泵 11-油槽 12-曲轴 13-次回油出口14-油压计 15A-压缩缸活塞 15B-膨胀缸活塞 16-供油模块 17-润滑密封模块
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本实用新型的技术方案进行具体说明：
一种多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，应用于多缸活塞式膨胀-压缩机中；多缸活塞式膨胀-压缩机包括曲轴12和连杆6；曲轴12连接有数个连杆6；各连杆6各自通过活塞，连接有一个多缸活塞式膨胀—压缩机的气缸；气缸为几何参数相同的数个活塞式压缩缸7A和至少1个活塞式膨胀缸7B；活塞位于活塞式压缩缸7A内为压缩缸活塞15A，活塞位于活塞式膨胀缸7B内为膨胀缸活塞15B；活塞式膨胀缸7B内高压工质膨胀，推动膨胀缸活塞15B对曲轴12施加作用力，并传导至各压缩缸活塞15A；作用力与外部原动机3共同为各活塞式压缩缸7A做功提供动力；密封和润滑系统包括供油模块16、润滑密封模块17；供油模块16通过供油管路与润滑密封模块17连通；润滑密封模块17通过回油管路回连到供油模块16，形成闭环循环的密封和润滑系统；润滑密封模块17有连接供油管路的主油孔2；主油孔2布设在曲轴12上靠近原动机3的起始段位置，从曲轴12外表面直至轴心附近；曲轴 12中有贯通的曲轴主油路；密封和润滑系统所需的润滑油经过主油孔2进入曲轴主油路后分成两路，一路流向多缸活塞式膨胀-压缩机机体内部的主循环油路，同时作用于包括活塞式压缩缸7A和活塞式膨胀缸7B在内的活塞式膨胀-压缩机的整机系统；另一路流向原动机(3)，进入次循环油路，作用于原动机3。
供油模块16包括油槽11，用于存储密封和润滑系统所需的润滑油，以及接收由润滑密封模块17回流的润滑油；油槽11通过吸油管路连接有使润滑油产生至少不低于设定压力的油泵10；油泵10连接稳压单元1，用以调控流入所述润滑密封模块17的润滑油压力和流量，以满足润滑密封模块17对压力及流量的需要。
油槽11内包括有滤网9，用以对润滑密封模块17回流到油槽11的润滑油进行过滤；吸油管路连通到滤网9内，为油泵10供给润滑油。
稳压单元1包括单向阀101；单向阀101对经过稳压单元1的润滑油的压力进行调节、稳定；在来自油泵10的润滑油的压力大于设定压力时，打开单向阀101，把多余的润滑油经回油A支路引入油槽11，从而卸载压力，使流向润滑密封模块17的润滑油压力及流量稳定在设定的压力及流量值。
主循环油路包括所述曲轴12中贯通的曲轴主油路；曲轴主油路上有与气缸7个数和位置匹配的曲轴中心油孔4；曲轴主油路通过曲轴中心油孔4，与连杆6上贯通的连杆油路一端连通；连杆油路的另一端有连杆小头油孔5通向活塞的活塞环槽；活塞环槽在喷油过程中充溢润滑油，从而在活塞的活塞环与气缸相对运动过程中，在接触面形成油膜，对气缸进行密封和润滑；曲轴主油路的末端位于曲轴12的输出终端，为主循环油路的主回油出口8，连接回油管路，形成回油B支路，将回流的润滑油引入油槽11。
供油模块16的出口和主回油出口8之间连接有油压计14，用于对所述润滑油的压力监测、安全保障，以及设备维护、检修等。
次循环油路从曲轴主油孔2喷油进入原动机3，并贯通原动机3的主运动轴，对原动机3 进行密封和润滑；原动机3的主运动轴末端为次循环油路的次回油出口13，连接回油管路，形成回油C支路，将回流的润滑油引入油槽11。
下面结合附图1，更具体地对本实用新型的多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统的结构做详细说明如下：
本实用新型的多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统应用于一多缸活塞式膨胀-压缩机。润滑密封模块17布设于多缸活塞式膨胀-压缩机的机体内。多缸活塞式膨胀-压缩机的曲轴12为各连杆6共用曲轴。该膨胀-压缩机的曲轴12为原动机3输出轴，工作区间位于多缸活塞式膨胀-压缩机曲轴箱内。在曲轴12上布设主油孔2与曲轴主油路连通。曲轴主油路一边通往系统中原动机3，该部分油路最终通过原动机3主轴连通到次回油出口13，将次循环油路润滑油引向油槽11；曲轴主油路另一边通往多缸活塞式膨胀-压缩机机体内的工作区间，润滑油从主油孔2进入，经过曲轴主油路通往各个压缩缸7A与膨胀缸7B位置对应的曲轴中心油孔4，在此进入连杆6上的连杆油路，到达连杆6上所布设的连杆小头油孔5，润滑油到达活塞。在曲轴12的末端位置有主回油出口8，连接回油通路，将主循环油路的润滑油引向油槽11。
供油模块16的设备和油路均在多缸活塞式膨胀-压缩机的外部进行布设。
润滑油放置在油槽11中，油槽11中有对的润滑油进行过滤的滤网9，油泵10过滤网9 中抽出润滑油，并输送至稳压单元1。稳压单元1具有一主出口和一回油出口；稳压单元1包括由压力控制的单向阀101，进入稳压单元1的润滑油的压力，控制单向阀101的打开或关闭；当压力超过设定压力(流量)，单向阀101的打开，润滑油通过单向阀101出口，经由回油A支路，被输送回到油槽11；未被分流的润滑油通过稳压单元1的主出口，进入润滑密封模块17。
工作润滑油通过曲轴12上介于原动机3与多缸活塞式膨胀-压缩机之间的主油孔2进入曲轴12内的油道后分别进入：
(a)主循环油路：流向多缸活塞式膨胀-压缩机侧，通过由油泵10提供的压力从对应各个气缸的曲轴中心油孔4进行喷油，实现对曲轴12的润滑作用。同时润滑油从曲轴12经过连杆6流向各个连杆小头油孔5喷油，实现对活塞、连杆小头以及缸体其他部件如活塞销的润滑、密封和冷却作用。各连杆小头的喷油孔5与活塞环槽导通，从而在喷油后可以使润滑油在活塞环上面形成均匀的油膜，有利于对活塞的润滑和密封，减少工质在膨胀-压缩机中的内泄漏损失。多余的润滑油继续沿曲轴内油路流向膨胀-压缩机外的主回油出口8，输送回油槽11，至此主体循环完成。
(b)次循环油路：从曲轴12内接近主油孔2的油路位置分流流向电机3一侧进行喷油，实现对电机主轴及相关设备的润滑、密封和冷却作用，剩余的润滑油继续沿曲轴流向次回油出口13，输送回油槽11，至此次要循环完成。
至此，共有三条回油管路流向油槽11，分别为来自润滑密封模块17主回油出口8的回油B支路、来自润滑密封模块17次回油出口13的回油C支路，以及来自稳压单元1单向阀101的回油A支路。可选地，可将主回油出口8与次回油出口13连接到同一管路，合流通向油槽。
在稳压单元1与润滑密封模块17之间处连接有油压计14，油压计14的另一端连接主回油出口8，可以测定润滑密封模块17中主体循环的油路的进出口压差，即稳压单元1主出口处于主回油出口8的压差。该分路可以用于油压监测、安全保障以及设备维护、检修等用途。
该系统在多缸活塞式膨胀-压缩机的各个活塞15处，应用活塞环作为密封元件，从而在活塞运动过程中在活塞缸内壁上涂抹润滑油，促进形成油膜。在各种容积式膨胀-压缩机的膨胀容积里，活塞式气缸的密封线最短，具有最好的密封效果。
如附图1所示，该系统使用的活塞式膨胀-压缩机的曲轴12有两个弯曲部，可以通过连杆6连接有1个膨胀缸和3个压缩缸。本实用新型还适用于具有更多缸体的活塞式膨胀-压缩机，起到良好的密封和润滑作用：如曲轴12上有四个弯曲部，可通过各自的连杆6连接2个膨胀缸、6个压缩缸；如曲轴12上有更多个弯曲部，可通过各自的连杆6连接更多个膨胀缸、更多个匹配的压缩缸，等等。不论多缸活塞式膨胀-压缩机有怎样的具体结构，在实际应用前，都需要对多缸活塞式膨胀-压缩机进行具体分析，充分考虑各部分机械结构所需要的润滑油的油量，相应地对管路各部分的长度、直径以及分流位置等参数进行分析计算，从而实现最佳的润滑油流量适配，在满足润滑、密封要求的同时，减少润滑油的使用量。
尽管上面结合附图和优选实施例对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施例，上述的具体实施例仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型实质情况下，还可以做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，应用于多缸活塞式膨胀-压缩机中；所述多缸活塞式膨胀-压缩机包括曲轴(12)和连杆(6)；
其特征在于：
所述曲轴(12)连接有数个所述连杆(6)；各所述连杆(6)各自通过活塞，连接有一个所述多缸活塞式膨胀—压缩机的气缸；所述气缸为几何参数相同的数个活塞式压缩缸(7A)和至少1个活塞式膨胀缸(7B)；所述活塞位于活塞式压缩缸(7A)内为压缩缸活塞(15A)，所述活塞位于所述活塞式膨胀缸(7B)内为膨胀缸活塞(15B)；所述活塞式膨胀缸(7B)内高压工质膨胀，推动所述膨胀缸活塞(15B)对所述曲轴(12)施加作用力，并传导至各所述压缩缸活塞(15A)；所述作用力与外部原动机(3)共同为各所述活塞式压缩缸(7A)做功提供动力；
所述密封和润滑系统包括供油模块(16)、润滑密封模块(17)；所述供油模块(16)通过供油管路与所述润滑密封模块(17)连通；所述润滑密封模块(17)通过回油管路回连到供油模块(16)，形成闭环循环的密封和润滑系统；
所述润滑密封模块(17)有连接所述供油管路的主油孔(2)；所述主油孔(2)布设在所述曲轴(12)上靠近所述原动机(3)的起始段位置，从所述曲轴(12)外表面直至轴心附近；所述曲轴(12)中有贯通的曲轴主油路；密封和润滑系统所需的润滑油经过所述主油孔(2)进入所述曲轴主油路后分成两路，一路流向所述多缸活塞式膨胀-压缩机机体内部的主循环油路，同时作用于包括所述活塞式压缩缸(7A)和活塞式膨胀缸(7B)在内的所述活塞式膨胀-压缩机的整机系统，另一路流向所述原动机(3)，进入次循环油路，作用于所述原动机(3)。
2.根据权利要求1所述多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，其特征在于：
所述供油模块(16)包括油槽(11)，用于存储所述密封和润滑系统所需的润滑油，以及接收由所述润滑密封模块(17)回流的所述润滑油；所述油槽(11)通过吸油管路连接有使所述润滑油产生至少不低于设定压力的油泵(10)；所述油泵(10)连接稳压单元(1)，用以调控流入所述润滑密封模块(17)的所述润滑油压力和流量，以满足所述润滑密封模块(17)对压力及流量的需要。
3.根据权利要求2所述多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，其特征在于：
所述油槽(11)内包括有滤网(9)，用以对所述润滑密封模块(17)回流到所述油槽(11)的所述润滑油进行过滤；所述吸油管路连通到所述滤网(9)内，为所述油泵(10)供给所述润滑油。
4.根据权利要求2所述多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，其特征在于：
所述稳压单元(1)包括单向阀(101)；所述单向阀(101)对经过所述稳压单元(1)的润滑油的压力进行调节、稳定；在来自所述油泵(10)的润滑油的压力大于所述设定压力时，打开所述单向阀(101)，把多余的所述润滑油经回油A支路引入所述油槽(11)，从而卸载压力，使流向所述润滑密封模块(17)的润滑油压力及流量稳定在设定的压力及流量值。
5.根据权利要求2所述多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，其特征在于：所述主循环油路包括所述曲轴(12)中贯通的所述曲轴主油路；所述曲轴主油路上有与所述气缸个数和位置匹配的曲轴中心油孔(4)；所述曲轴主油路通过所述曲轴中心油孔(4)，与所述连杆(6)上贯通的连杆油路一端连通；所述连杆油路的另一端有连杆小头油孔(5)通向所述活塞的活塞环槽；所述活塞环槽在喷油过程中充溢所述润滑油，从而在所述活塞的活塞环与所述气缸相对运动过程中，在接触面形成油膜，对所述气缸进行密封和润滑；所述曲轴主油路的末端位于所述曲轴(12)的输出终端，为所述主循环油路的主回油出口(8)，连接所述回油管路，形成回油B支路，将回流的所述润滑油引入所述油槽(11)。
6.根据权利要求5所述多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，其特征在于：所述供油模块(16)的出口和所述主回油出口(8)之间连接有油压计(14)，用于对所述润滑油的压力监测、安全保障，以及设备维护、检修等。
7.根据权利要求2所述多缸活塞式膨胀-压缩机的密封和润滑系统，其特征在于：所述次循环油路从所述曲轴主油孔(2)喷油进入所述原动机(3)，并贯通所述原动机(3)的主运动轴，对所述原动机(3)进行密封和润滑；所述原动机(3)的主运动轴末端为所述次循环油路的次回油出口(13)，连接所述回油管路，形成回油C支路，将回流的所述润滑油引入所述油槽(11)。
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