CN101303018B - 涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

一种涡旋压缩机，由相互啮合形成多个压缩腔的静盘和动盘、在轴线方向上支撑该动盘且具有供油通路的轴向柔性机构、用于驱动该动盘的且开设有用于安装径向滑块的圆形孔的主轴构成，通过将排气引入到由机架和轴向柔性机构所形成的环形槽中，使得动盘与静盘之间的轴向间隙值保持在较小的范围内；通过将具有排气压力的润滑油引入到开设在主轴偏心部分的径向滑块安装孔中，使得动盘与静盘之间的径向间隙值保持在较小的范围内；通过开设在动盘端板靠近主轴一侧的环形槽的偏心回转运动，使得润滑油间歇的供入到吸气腔内，在压缩过程中起到润滑和密封的作用，以及间歇的供入到设置在轴向柔性机构内的十字滑环滑槽内，起到润滑作用。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种适用于采用高压制冷剂的涡旋压缩机。

背景技术

随着人们对臭氧层破坏和全球变暖等环境问题的日益关注，对于制冷和空调行业来讲，《蒙特利尔议定书》从保护臭氧层的角度出发，要求替代CFCs和HCFCs制冷剂，要求采用臭氧破坏指数(ODP)值较小的HFC制冷剂，但是由于HFC制冷剂仍具有较高的全球变暖指数(GWP)值，因此，《京都议定书》规定了将逐步替代HFC制冷剂，希望采用臭氧破坏指数(ODP)值较小且全球变暖指数(GWP)值也较小的制冷剂。目前，自然工质，特别是CO₂，以其无毒，不可燃，单位容积制冷量大，运动粘度低，良好的传热特性等独特的优势，被认为可能成为制冷剂的最终替代物而受到广泛的关注。

与采用传统制冷剂的压缩机相比，以CO₂作为制冷剂的压缩机具有：压比小、压差大、体积流量小、工作压力高的特点，同时由于CO₂在超临界状态下具有较低的粘度，因此在相同的间隙条件下，压缩过程中的泄漏量将大大增加，因此，对于这种采用高压制冷剂CO₂的涡旋压缩机来讲，为了获得较高的压缩机效率，需要特别考虑动盘和静盘之间轴向和径向间隙的控制。

适量的润滑油能够在压缩过程中起到润滑和密封的作用，能够减少通过动盘和静盘之间间隙的泄漏量，同时减小由于动盘和静盘之间相对滑动运动所引起的机械摩擦损失。

基于以上原因，为了应对由于制冷剂替代所带来的技术难题，同时使得采用高压制冷剂的涡旋压缩机能够正常且高效的工作，必须开发结构合理的轴向、径向柔性机构，减小经过动、静盘间的轴向间隙和径向间隙的泄漏量，同时必须保证各个摩擦面能够得到适当的润滑，确保压缩机的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提供可靠的轴向、径向柔性机构和向压缩腔供油控制机构的涡旋压缩机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括上端盖和下端盖、以及设置在下端盖内的下轴承座，在下轴承座上设置有主轴，并且下轴承座开设有回油通孔，球轴承安装在下轴承座孔内，主轴上设置有转子，定子通过热装工艺压入到下端盖中，在下端盖内位于转子上端的位置固定有机架，在上端盖内设置有与机架相连接的静盘，在机架与静盘之间形成的空间中沿轴线方向依次安装有轴向柔性机构、十字滑环和动盘，主轴与机架之间设置有滑动轴承，在上端盖的中部开设有排气管，排气管内安装有油分离装置，机架上开设有与进气口相连通的机架进气通路、机架回油通路、给滑动轴承供油的机架第一供油通路和机架第二供油通路，静盘上开设有与进气口相连通的静盘径向通路、与静盘和机架间形成空腔相连通的静盘轴向孔、倾斜向下的与机架回油通路相连的静盘第一回油通路和轴向的静盘第二回油通路、以及与油分离装置相连通的排气口，主轴的内部开设有主轴供油通路、安装径向滑块的径向滑块安装孔和减压装置安装孔，动盘与主轴偏心部分之间采用偏心轴承，在主轴上分别安装有主平衡块和副平衡块；所说的轴向柔性机构上开设有环形槽，在机架和静盘上分别开设有将排气引入到该环形槽内的静盘供气通路、静盘轴向孔和机架轴向孔，为了防止引入到轴向柔性机构与机架之间所形成的封闭空间内的气体发生泄漏，在轴向柔性机构中所形成的环形槽的上、下两侧分别开设密封槽。

本发明的主轴内开设有上油通路，上油通路的一端与减压装置安装孔相连通，另一端与主轴供油通路相连通，在轴向柔性机构上对称开设有轴向通孔，在动盘的端板靠近主轴一侧的端面上开设有环形槽，在静盘的靠近动盘一侧的端面上开设有与进气通路相连通的轴向孔，在轴向柔性机构上所形成的滑槽的底面上形成对称的径向孔；主轴内部开设的用于安装径向滑块的径向滑块安装孔为圆形孔，主轴内部还开设有径向供油通路和轴向供油通路，轴向供油通路的一端与主轴供油通路相连通，另一端与径向供油通路的一端相连通，径向供油通路的另一端与径向滑块安装孔相连通，通过引入具有排气压力的润滑油到径向滑块的背面，在径向方向上形成适当的离心力，使得动盘和静盘之间的径向间隙能够保持在较为合理的范围内，从而减小切向泄漏量；静盘与动盘之间还设置有密封条；上端盖与静盘相接触的面上开设有密封环。

采用了全新设计的轴向柔性机构：当压缩机正常工作时，轴向柔性机构向上浮动，使得动静盘间的轴向间隙能够保持在较小的范围内；当有大量液体流入压缩腔时，轴向柔性机构向下运动，增大了动静盘间的轴向间隙，起到了防止运动部件损坏的作用，同时，十字滑环在轴向柔性机构的内部空腔中进行往复运动，降低了整机的高度。通过将部分用于润滑各个滑动面的高压润滑油供入到径向滑块的背部，提供适当的离心力，以减小动静盘间的径向间隙，简化了主轴的加工工艺。通过动盘以及其端板上开设的环形槽的偏心运动，使得润滑油间歇的流入吸气腔和十字滑环的摩擦面，控制吸气的含油量。

附图说明

图1是涡旋压缩机的纵向剖视图；

图2A是轴向柔性机构的十字滑环滑槽剖视图；

图2B是轴向柔性机构的供油通路剖视图；

图2C是轴向柔性机构透视图；

图3是轴向柔性机构背压供气通路剖视图；

图4是主轴的局部剖视图；

图5是径向柔性机构用径向滑块剖视图。

图6是吸气腔供油通路连通时的示意图；

图7是十字滑环滑槽供油通路连通时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，从图中可以看出，沿轴向该压缩机可以分为上、下两个部分，1为下端盖，17为上端盖，上、下端盖间采用螺栓连接。下轴承座2安装在主轴11的下端，并且开设有回油通孔2a，球轴承20安装在下轴承座孔2b内。定子3通过热装工艺压入到下端盖1中。转子4与主轴11过盈配合，且安装在主轴11的中部。为了实现动力学的平衡，主平衡块13和副平衡块15通过主平衡块用键14和副平衡块用键16分别安装在主轴上位于转子4的两侧。在主轴的内部开设有主轴供油通路11f，供油通路11a的一端与供油通路11f相连通，另一端与安装减压装置的轴向孔11b相连接。径向供油通路11d和轴向供油通路11e相连通，另一端与安装径向滑块21的安装孔11c相连通，供油通路11e与供油通路11f相连通。机架5安装在下端盖内部靠上部的位置，机架5上开设有与进气口19相连通的进气通路5a，开设有回油通路5b，还开设有给滑动轴承22供油的通路5c和5d。机架5与主轴11之间采用滑动轴承22。轴向柔性机构6安装在机架内部，开设有供油通路6c，并且开设有环形槽6b，在环形槽6b的上下两部分开设有安装密封圈的槽6d，且能够沿轴向运动。动盘9的端板9a的下端面与轴向柔性机构的上端面相接触，动盘9的端板9a的下端面开设有环形槽9d，供油通路6c的上部开口与环形槽9d间歇连通。十字滑环10安装在轴向柔性机构6及动盘9之间，起到防止动盘9自转的作用。静盘7与机架5通过螺栓连接，静盘7上开设有与进气口19相连通的径向通路7a，开设有与静盘和机架间形成空腔相连通的轴向孔7b，还开设有倾斜向下的回油通路7c及轴向的回油通路7d。在上端盖17的中部开设的排气管17a，其内安装有油分离装置18，在上端盖17与静盘7相接触的面上开设有密封环17b，其作用是防止高压排气泄漏到吸气侧。压缩后的高压气体通过油分离器，在离心作用下将润滑油分离出来，然后从排气管17a流入到***循环中。

来自蒸发器的低压制冷剂经过由吸气口19、通路5a、通路7a构成的吸气通路进入吸气腔，随着动盘9的偏心旋转运动，制冷剂气体被压缩，压缩到设计排气压力后，通过排气口7e排入到排气腔，经过油分离器18的分油作用后，沿着有径向孔17a形成的排气口排出，流入到制冷循环中。

聚集在压缩机底部的润滑油在压差的作用下沿着主轴11内部的供油通路11f向上流动，一部分润滑油通过供油通路11e和11d被引入到安装在主轴偏心部分内的径向滑块21的背部，另一部分润滑油经过供油通路11a进入到安装在主轴偏心部分内的减压装置，经过减压作用后的润滑油沿着偏心轴承12和动盘9间的间隙流入到机架5内部，一路经过通路5c和5d对滑动轴承22进行润滑然后返回到压缩机的底部，另一路通过轴向通路6c及动盘端板下端面上的环形槽9d，间歇的向进气通路7a及向十字滑环10的滑槽6e间歇的供油，进入进气通路7a的润滑油随着吸气进入吸气腔，在压缩过程中起到密封和润滑的作用，压缩过程结束后，油气混合物经过排气口7e后流过油分离器18，被分离出来的润滑油经过回油通路7c、7d、和5b，沿着定子和转子间的间隙回到压缩机的底部，完成一次润滑油的循环。

参见图2A、图2B、图2C，在轴向柔性机构6的下端面对称开设有定位销6a，该定位销还起到了防止十字滑环发生自转的作用。6b所表示的环形区域的面积与引入到机架5和轴向柔性机构6所形成的封闭环形空间6b的排气压力的乘积形成了推动动盘上浮的轴向推力。为了向吸气腔和十字滑环供给润滑油，对称开设了轴向通孔6c，为了防止引入到机架与轴向柔性机构所形成的封闭环形空间内的排气发生泄漏，在环形区域6b的上下两端分别设置有密封槽6d。在轴向柔性机构6中开设有十字滑环的滑槽6e，十字滑环10在轴向柔性机构6的内部进行水平运动，降低了整机的高度。在十字滑槽6e的底部还对称开设有径向孔6f，使得聚集在滑槽内的润滑油能够沿着机架5和滑动轴承22间的间隙流回到压缩机的底部。

参见图3，上端盖17和静盘7之间形成了一个封闭的排气腔，并且在上端盖17与静盘7相接触的端面上开设有环形密封槽17b，其作用是防止从排气口7e排出的高压排气发生泄漏。在静盘7内开设有倾斜向下的静盘供气孔7f和静盘轴向孔7g，在机架5内也开设有机架轴向孔5e，并且机架轴向孔5e与轴向孔7g向连通，机架轴向孔5e通过一个径向小孔和机架5与轴向柔性机构6所形成的封闭环形区域6b所连通。为了防止引入到该封闭区域内的高压排气发生泄漏，在轴向柔性机构6的环形槽6b的上下两侧分别开设密封槽6d。

参见图4，在主轴的内部靠下的部分沿轴线开设有供油通路11f，还开设有安装减压装置的孔11b和安装径向滑块21的圆形孔11c，还有连接管路11a、11d和11e。聚集在压缩机底部的润滑油在压差的作用下沿着供油通路11f向上流动，一路依次通过连接管路11e和连接管路11d供给到径向滑块21的背部，使得径向滑块21在径向方向与偏心轴承12相接触，提供适当的离心力，使得动盘9和静盘7之间的径向间隙保持在合理的范围内，从而减小切向泄漏量；另一路通过连接通路11a，然后经过减压装置的减压作用后，依次润滑偏心轴承12和滑动轴承22，最后流回到压缩机的底部。

参见图5，在径向滑块21上开设有密封槽21a，防止高压的润滑油泄漏到周围压力较低的空间内。

参见图6，图7，图中只绘制了轴向柔性机构6和动盘9两个部件。图中靠左侧的图表示沿着主轴中心线方向的俯视图，图中靠右侧的图表示沿着主轴中心线俯视方向的以动盘端板下表面为参考面的俯视剖视图，如图6和图7所示的动盘位置，其转角相差180°。

图中：6表示轴向柔性机构，6c表示对称开设的轴向供油通孔，9a表示动盘的端板，9b表示具有圆的渐开线形式的涡卷，9c表示在动盘端板下端面开设的十字滑环用滑槽，9d表示在动盘端板下端面开设的环形槽。如图6所示，此时，供油通孔6c中靠上位置的轴向通孔处于全开的位置，当压缩机稳定运行时，沿主轴内部向上流动的润滑油经过减压装置的减压作用后，流入到轴向柔性机构6的底部，并且通过该打开的轴向通孔6c及孔7b流入到吸气管路7a中。

如图7所示，此时，供油通孔6c中靠上位置的孔处于关闭的位置，当压缩机稳定运行时，沿主轴内部向上流动的润滑油经过减压装置的减压作用后，流入到轴向柔性机构6的底部，当轴向通孔6c与动盘端板上开设的环形槽9d连通时，流入到开设在轴向柔性机构6内的滑槽6e中，此时，该供油通路将不再向吸气管路7a中供应润滑油，通过这种方法可以实现向压缩腔间歇供油的功能，能够控制喷入到压缩腔中润滑油的流量。

本发明轴向柔性机构：在轴向柔性机构6上开设有环形槽6b，在机架5和静盘7上分别开设有将排气引入到该环形槽内的供气通路7f、7g和5e，为了防止引入到轴向柔性机构6与机架5之间所形成的封闭空间6b内的气体发生泄漏，在轴向柔性机构6所形成的环形区域6b的上下两侧分别开设密封槽6d；

向压缩腔间歇供油控制机构：在轴向柔性机构6上对称开设有通孔6c，在动盘端板靠近主轴一侧的端面上开设有环形槽9d，在静盘7的靠近动盘9一侧的端面上开设有与进气通路7a相连通的轴向孔7b，在轴向柔性机构6上所形成的滑槽6e的底面上对称形成有径向孔6f；

径向柔性机构：在主轴11内开设有用于安装径向滑块21的圆形孔11c，还开设有上油通路11f、11d、11e，上油通路11e的一端与11f相连通，另一端与11d相连通，上油通路11d的一端与11c相连通，另一端与11e相连通，

上述开设在轴向柔性机构6上的环形区域6b的面积大小以能够平衡压缩过程中压缩腔内的轴向气体力为准，使得动、静盘间的轴向间隙保持在合理的范围内。

上述开设在轴向柔性机构6上的轴向通孔6c的位置，以及动盘端板下端面上开设的环形槽9d的大小，以能够保证适量的润滑油进入到吸气通路7a内，且能够保证十字滑环环槽6e的正常润滑为准。

上述径向滑块21圆柱体底面圆的面积大小以能够平衡压缩过程中压缩腔内的切向气体力为准，使得动、静盘间的径向间隙保持在合理的范围内。

本发明所述的方法主要是针对采用高压制冷剂的涡旋压缩机，特别适用于采用CO₂作为制冷剂的情况，同时也适用于其它具有较大压差的场合。

Claims (5)

1.一种涡旋压缩机，包括上端盖(17)和下端盖(1)、以及设置在下端盖(1)内的下轴承座(2)，在下轴承座(2)上设置有主轴(11)，并且下轴承座(2)开设有回油通孔(2a)，球轴承(20)安装在下轴承座孔(2b)内，主轴(11)上设置有转子(4)，定子(3)通过热装工艺压入到下端盖(1)中，在下端盖(1)内位于转子(3)上端的位置固定有机架(5)，在上端盖(17)内设置有与机架(5)相连接的静盘(7)，其特征在于：在机架(5)与静盘(7)之间形成的空间中沿轴线方向依次安装有轴向柔性机构(6)、十字滑环(10)和动盘(9)，主轴(11)与机架(5)之间设置有滑动轴承(22)，在上端盖(17)的中部开设有排气管(17a)，排气管(17a)内安装有油分离装置(18)，机架(5)上开设有与进气口(19)相连通的机架进气通路(5a)、机架回油通路(5b)、给滑动轴承(22)供油的机架第一供油通路(5c)和机架第二供油通路(5d)，静盘(7)上开设有与进气口(19)相连通的静盘径向通路(7a)、与静盘(7)和机架(5)间形成空腔相连通的静盘轴向孔(7b)、倾斜向下的与机架回油通路(5b)相连的静盘第一回油通路(7c)和轴向的静盘第二回油通路(7d)、以及与油分离装置(18)相连通的排气口(7e)，主轴(11)的内部开设有主轴供油通路(11f)、安装径向滑块(21)的径向滑块安装孔(11c)和减压装置安装孔(11b)，动盘(9)与主轴(11)偏心部分之间采用偏心轴承(12)，在主轴(11)上分别安装有主平衡块(14)和副平衡块(15)；所说的轴向柔性机构(6)上开设有环形槽(6b)，在机架(5)和静盘(7)上分别开设有将排气引入到该环形槽(6b)内的静盘供气通路(7f)、静盘轴向孔(7g)和机架轴向孔(5e)，为了防止引入到轴向柔性机构(6)与机架(5)之间所形成的封闭空间(6b)内的气体发生泄漏，在轴向柔性机构(6)中所形成的环形槽(6b)的上、下两侧分别开设密封槽(6d)。

2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所说的主轴(11)内开设有上油通路(11a)，上油通路(11a)的一端与减压装置安装孔(11b)相连通，另一端与主轴供油通路(11f)相连通，在轴向柔性机构(6)上对称开设有轴向通孔(6c)，在动盘(9)的端板(9a)靠近主轴(11)一侧的端面上开设有环形槽(9d)，在静盘(7)的靠近动盘(9)一侧的端面上开设有与进气通路(7a)相连通的轴向孔(7b)，在轴向柔性机构(6)上所形成的滑槽(6e)的底面上形成对称的径向孔(6f)。

3.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所说的主轴(11)内部开设的用于安装径向滑块(21)的径向滑块安装孔(11c)为圆形孔，主轴(11)内部还开设有径向供油通路(11d)和轴向供油通路(11e)，轴向供油通路(11e)的一端与主轴供油通路(11f)相连通，另一端与径向供油通路(11d)的一端相连通，径向供油通路(11d)的另一端与径向滑块安装孔(11c)相连通，通过引入具有排气压力的润滑油到径向滑块(21)的背面，在径向方向上形成适当的离心力，使得动盘(9)和静盘(7)之间的径向间隙能够保持在较为合理的范围内，从而减小切向泄漏量。

4.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所说的静盘(7)与动盘(9)之间还设置有密封条(8)。

5.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：所说的上端盖(17)与静盘(7)相接触的面上开设有密封环(17b)。

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