CN102308092A - 往复式制冷压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机(20)具有壳体(22)和曲轴(38)。壳体具有多个缸(30-32)。对于缸中的每一个，压缩机包括活塞(34)，其安装成至少部分地在缸内进行往复移动。连杆(36)将每个活塞联接到曲轴。销(44)将每个连杆联接到相关联的活塞。每个销具有安装到相关联活塞的第一接纳部(56)和第二接纳部(57)的第一端部(52)和第二端部(53)和接合相关联的连杆的中心部(48)。活塞中的每一个由第一铸铁形成。在缸中每一个处，壳体由第二铸铁形成。第一铸铁和第二铸铁之一为米汉纳型铸铁且第一铸铁和第二铸铁中的另一个为灰铸铁。

Description

往复式制冷压缩机
相关申请的交叉引用
主张在2009年2月6日提交名称为“Reciprocating Refrigeration Compressor”的美国专利申请序列号61/150,713的益处，其公开内容以引用的方式全文结合到本文中如同其详尽地陈述。
技术领域
本公开涉及制冷压缩机。更特定而言，其涉及使用基于二氧化碳的制冷剂的往复式活塞压缩机。
背景技术
多种制冷剂压缩机配置是常用的。这些配置包括：螺杆压缩机；涡旋压缩机；以及，往复式活塞压缩机。制冷***的一特定子领域为运输制冷***(例如，卡车、拖车和货物容器制冷***)。该领域运输制冷***的示例性状态使用内燃机来直接地或间接地驱动往复式活塞压缩机。一种当前的运输制冷***使用柴油-电动混合***来向使用R-404A HFC制冷剂的往复式活塞压缩机供电。
较近，提出了使用基于二氧化碳的制冷剂(例如，R-744)来用于运输应用，这是由于关于HFC环境影响的考虑的原因。R-744也被提出用于电动往复式活塞压缩机，其用作分布式零售展示柜的中央压缩机。
发明内容
本公开的一方面涉及一种具有壳体和曲轴的压缩机。壳体具有多个缸。对于缸中的每一个，压缩机包括活塞，其安装成至少部分地在缸内进行往复移动。连杆将每个活塞联接到曲轴。销将每个连杆联接到相关联的活塞。每个销具有安装到相关联活塞的第一接纳部和第二接纳部的第一端部和第二端部和接合相关联的连杆的中心部。活塞中的每一个由第一铸铁形成。在缸中每一个处，壳体由第二铸铁形成。第一铸铁和第二铸铁之一为米汉纳型（Meehanite-type）铸铁且第一铸铁和第二铸铁中的另一个为灰铸铁。
在各种实施方式中，在壳体内的电动马达可联接到曲轴。第二铸铁可包括在第三铸铁中的套筒。第三铸铁可为球墨铸铁。对于每个所述销，所述相应端部可压配在所述相关联的活塞接纳部中。米汉纳型铸铁可以具有大于灰铸铁的极限拉伸强度的极限拉伸强度。米汉纳型铸铁可具有250-375 N/mm2的极限拉伸强度且灰铸铁可具有200-250 N/mm2的极限拉伸强度。灰铸铁可具有250-375 N/mm2的极限拉伸强度和灰铸铁可具有200-250 N/mm2的极限拉伸强度。米汉纳型铸铁可具有比灰铸铁的加工性能低的加工性能。米汉纳型铸铁可具有比灰铸铁的摩擦系数低的摩擦系数。米汉纳型铸铁可具有比灰铸铁强的自我润滑。米汉纳型铸铁可具有比灰铸铁强的耐磨损性。每个活塞可基本上未被涂层(例如，缺少固态抗磨损或润滑涂层)。
本公开的其它方面涉及包括这种压缩机的制冷***。该制冷***可包括穿过该压缩机的再循环流动路径。第一热交换器可沿着流动路径定位于压缩机下游。膨胀装置可沿着流动路径定位于第一热交换器下游。第二热交换器可沿着流动路径定位于膨胀装置下游。所述制冷剂充注可包括至少50%重量的二氧化碳。该***可以是制冷运输***。该制冷运输***还可包括容器。所述第二热交换器可被定位成冷却容器的内部。该***可为固定制冷***。该固定制冷***还可包括多个制冷空间。还可存在多个所述第二热交换器，每个第二热交换器被定位成冷却相关联的所述制冷空间。
本公开的其它方面涉及制造方法。该压缩机可通过经由销将连杆安装到活塞上而被制造。该活塞可以以基本上未被涂层的状态被***到缸内。连杆可与曲轴配合。壳体可组装在曲轴上。
在附图和下文的描述中陈述了一个或多个实施例的细节。通过描述和附图以及权利要求，其它特征、目的和优点将是显然的。
附图说明
图1是压缩机的侧视图。
图2是图1的压缩机的竖直纵向剖视图。
图3是图1的压缩机的缸的局部竖直纵向剖视图。
图4是制冷***的示意图。
图5是包括图4的***的牵引车拖车组合的局部示意图。
图6是固定商业制冷***的示意图。
在各种附图中相似的附图标记和名称指示相似的元件。
具体实施方式
图1和图2示出基于在2008年9月19日提交的美国专利申请61/098,102和在2009年9月16日提交的国际申请PCT/US09/57153所示的配置的示范性压缩机20。当实施为这种基准压缩机配置的再造工程时，该示范性压缩机可用未被涂层的米汉纳(Meehanite)型铸铁活塞来替换被涂层的灰铸铁活塞。这种再造工程的潜在优点为显著的制造成本降低而不会有不当的性能降级。举例而言，虽然保护和/或抗摩涂层(例如，由密歇根州麦迪逊高地(Madison Heights，Michigan)的Henkel Technologies以商标PARCO LUBRITE销售的厚度超过0.0001英寸的包含磷酸锰的非金属吸油涂层)在灰铸铁活塞上可能是需要的，这种涂层在本发明的活塞中可被取消。具体示范性活塞材料是具有珠光体基质的片状石墨铸铁。具体实例为米汉纳(威斯康星州梅库恩(Mequon, Wisconsin)Meehanite Metal Corp.的商标)具有350N/mm2(50ksi)的相对应标称极限拉伸强度(UTS)的片状石墨GA350 (GA50)和具有275N/mm2 (40ksi)标称拉伸强度的GC275 (GC40)。更宽的示范性拉伸强度为250-375N/mm2。
在灰铸铁上的米汉纳铸铁相互作用可相对于灰铸铁的自我磨损和摩擦性质具有减轻的磨损和摩擦。这可能是由于米汉纳铸铁组合的形态和游离石墨存在的原因。因此，米汉纳铸铁允许取消涂层。
压缩机20具有外壳(壳体)组件22。示范性压缩机包括电动马达24(图2)。示范性壳体22具有吸入端口(入口)26和排放端口(出口)28。外壳限定多个缸30、31和32。每个缸容纳相关联的活塞34，活塞34被安装成至少部分地在缸内进行往复移动。示范性多缸配置包括：对齐型；V型(V字形)；和水平对置。示范性对齐压缩机包括三个缸。缸中的每一个包括吸入位置和排放位置。举例而言，缸可并联使得吸入位置是被共享/共用的由吸入端口26进给的吸入增压室且排放位置是被共享/共用的进给排放端口28的排放增压室。在其它配置中，缸可共用吸入位置/条件但具有不同的排放位置/条件。在其它配置中，缸可串联。示范性制冷剂是二氧化碳(CO2)基的(例如，以质量/重量至少是50% 的CO2)。
活塞34中每一个经由相关联的连杆36联接到曲轴38。示范性曲轴38由轴承保持在壳体内以绕轴线500旋转。示范性曲轴与马达24的转子40和定子42同轴。每个活塞30-32经由相关联的活塞销44联接到其相关联的连杆36。图3示出销44具有中心部46，该中心部46被安装成在连杆36的远端部50中的孔口48中旋转。示范性孔口在衬套51中，衬套51干涉配合于连杆的主件中。销具有第一端部52和第二端部53，第一端部52和第二端部54安装在活塞的相关联的接纳部56和57的孔口54和55中(例如，经由诸如压配合的干涉配合)。
示范性活塞具有远端面60和侧面/周向表面62。一个或多个密封圈64可承载在表面62中相对应的凹槽66中。
在示范性缸中，缸壁/表面70的至少一部分由套筒74的内表面72形成。示范性套筒74由灰铸铁形成且干涉配合(例如，压配合)于相对应的壳体部件(例如，缸体76)内。示范性缸体76包括球墨铸铁件。用于套筒74(或用于缺少这种套筒的替代缸体)的示范性灰铸铁为ASTM类35铁。用于类35灰铸铁的标称UTS为250 N/mm2 (35ksi)。示范性UTS范围为200-255 N/mm2。示范性灰铸铁具有比示范性米汉纳更好的机械性能和更低的成本。举例而言，对于灰铸铁而言，示范性美国钢铁协会(AISI)加工性能额定值为110，而米汉纳型铸铁的示范性加工性能为47。但是，示范性灰铸铁具有不如米汉纳型铸铁的自我润滑和摩擦系数和耐磨损性。因此，在灰铸铁上的米汉纳铸铁摩擦将低于在灰铸铁上的灰铸铁。在替代实施例中，使活塞和套筒材料相反使得活塞包括灰铸铁或基本上由灰铸铁构成且套筒包括米汉纳型铸铁或基本上由米汉纳型铸铁构成。
图4示出包括压缩机20的示范性制冷***120。***120包括在吸入端口26处的***吸入位置/条件150。制冷剂主流动路径152从吸入位置/条件150向下游通过并联压缩机缸行进以从排放端口28处排放位置/条件154排放。主流动路径152向下游行进通过第一热交换器(气体冷却器/冷凝器)156的入口以离开该气体冷却器/冷凝器的出口。主流动路径152然后向下游行进通过膨胀装置162。主流动路径152然后向下游行进通过第二热交换器(蒸发器)164以返回到吸入条件/位置150。
在正常操作条件下，制冷剂的再循环流沿着主流动路径52传递，在缸中被压缩。被压缩的制冷剂在气体冷却器/冷凝器156中冷却，在膨胀装置162中膨胀，且然后在蒸发器164中被加热。在示范性实施方式中，气体冷却器/冷凝器156和蒸发器164为具有相关联风扇(170；172)强制空气流动(174；176)的制冷剂-空气热交换器。蒸发器164可处于制冷空间中或其空气流可穿过制冷空间。同样，气体冷却器/冷凝器156或其空气流可在制冷空间外部。
额外***构件和另外的***变型是可能的(例如，多区/蒸发器配置、经济型配置等)。示范性***包括制冷运输单元和固定商业制冷***。
图5示出呈制冷拖车形式的制冷运输单元(***)220。拖车可由牵引车222拉动。示范性拖车包括限定内部/隔室226(制冷空间)的容器/箱224。安装到箱224前部的设备外壳228可包含发电机***，其包括发动机230(例如，柴油发动机)和发电机232，发电机232机械地联接到发动机以由其驱动。制冷***120可电联接到发电机232以接收电力。蒸发器和其相关联的风扇可位于隔室226内或另外与隔室226热连通。
示范性固定商业制冷***250(图6)包括一个或多个中央压缩机20和散热热交换器156(例如，在建筑物255外部/建筑物255上)，散热热交换器156共同用于多个制冷空间256(例如，建筑物中零售展示柜258的制冷空间)。每个这样的制冷空间具有其自己的吸热热交换器164'和膨胀装置162'(或可存在共同膨胀装置)。
可经由其它常规制造技术来制造压缩机。活塞、套筒和缸体可被浇注且机械加工，其它构件也可被浇注且机械加工。组装可在活塞和套筒上不存在前述抗摩/涂层的情况下进行，但利用组装润滑剂(例如，油或酯)。组装可涉及经由销将连杆安装到活塞上。活塞以基本上未被涂层(但润滑)的状态被***到缸内。连杆可与曲轴配合。壳体可组装在曲轴上(例如，通过配合集油槽到缸体)。可组装其余元件。
尽管在上文中详细描述了实施例，但该描述预期并不限制本公开的范围。应了解，在不偏离本公开的精神和范围的情况下可做出各种修改。举例而言，当在现有压缩机配置的再造工程中被实施时，现有配置的细节可影响或支配任何特定实施方式的细节。因此，其它实施例在后面权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种压缩机(20)，包括：
壳体(22)，其具有多个缸(30-32)；
曲轴(38)；以及
对于所述缸中的每一个：
       活塞(34)，其安装成至少部分地在所述缸内进行往复移动；
       连杆(36)，其将所述活塞联接到曲轴；以及，
       销(44)，其将所述连杆联接到所述活塞，所述销具有：安装在所述活塞的第一接纳部(56)和第二接纳部(57)中的第一端部(52)和第二端部(53)；以及接合所述连杆的中心部(48)，
其中：
所述活塞中每一个包括第一铸铁；
在所述缸中每一个处，所述壳体包括第二铸铁；以及
所述第一铸铁和所述第二铸铁之一为米汉纳型铸铁且所述第一铸铁和所述第二铸铁中的另一个为灰铸铁。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于还包括：电动马达(24)，其在所述壳体内联接到所述曲轴。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述第二铸铁包括在第三铸铁(76)中的套筒(74)，所述第三铸铁为球墨铸铁。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：对于每个所述销，所述相应端部压配于相关联的活塞接纳部中。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：
所述米汉纳型铸铁具有大于所述灰铸铁的极限拉伸强度的极限拉伸强度。
6.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述米汉纳型铸铁具有250-375 N/mm2的极限拉伸强度且所述灰铸铁具有200-250 N/mm2的极限拉伸强度。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述米汉纳型铸铁具有比所述灰铸铁的加工性能低的加工性能。
8.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述米汉纳型铸铁具有比所述灰铸铁的摩擦系数低的摩擦系数。
9.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述米汉纳型铸铁具有比所述灰铸铁强的自我润滑。
10.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：每个所述活塞基本上未被涂层。
11.一种制冷***(120；250)，包括：
根据权利要求1所述的压缩机(20)；
穿过所述压缩机的制冷剂再循环流动路径(152)；
沿着所述流动路径在所述压缩机下游的第一热交换器(156)；
沿着所述流动路径在所述第一热交换器下游的膨胀装置(162；162')；以及
沿着所述流动路径在所述膨胀装置下游的第二热交换器(164；164')。
12.根据权利要求11所述的制冷***，其特征在于：所述制冷剂充注包括至少50%重量的二氧化碳。
13.根据权利要求11所述的***，其为制冷运输***，其特征在于还包括：容器(224)，所述第二热交换器被定位成冷却所述容器的内部(226)。
14.根据权利要求11所述的***，其为固定制冷***，其特征在于还包括：
多个制冷空间(256)；以及，
多个所述第二热交换器(164')，每个第二热交换器被定位成冷却相关联的所述制冷空间。
15.一种制造根据权利要求1所述的压缩机的方法，包括：
经由所述销将所述连杆安装到所述活塞上；
以基本上未被涂层的状态将所述活塞***到所述缸内；
将所述连杆配合到所述曲轴上；以及，
在所述曲轴上组装所述壳体。
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