CN105829716A - 提高压缩机轴承可靠性的方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供一种压缩机组件，其包括外壳组件。第一转子和第二转子布置在所述外壳组件内。所述第一转子由邻近所述外壳组件的入口端部的第一入口轴承并且由邻近所述外壳组件的排放端部的第一排放轴承加以支撑而旋转。所述第二转子由邻近所述外壳组件的所述入口端部的第二入口轴承并且由邻近所述外壳组件的所述排放端部的第二排放轴承加以支撑而旋转。第一润滑剂流动路径被配置来大体上按顺序向所述第一排放轴承、所述第一入口轴承、所述第二排放轴承和所述第二入口轴承中的多于一个供应润滑剂。

Description

提高压缩机轴承可靠性的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月18日提交的美国临时专利申请序列号61/917,624的权益，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
发明背景
本发明总体涉及压缩机***，并且更具体地涉及制冷***的压缩机中的一个或多个轴承的润滑。
制冷***在许多应用中用来调节环境。环境的冷却或加热负荷可随着周围条件、居住等级、感知和潜性负荷需求的其他变化而改变，并且随着环境的居住者调整温度和/或湿度设定点而改变。
将变速传动装置用于压缩机电机会提高制冷***的效率。通常，压缩机不需要以全速运行，诸如当制冷***上的冷却负荷相对较低时。在此类情况下，可能希望降低压缩机转速，并且因而降低制冷***的总体能量消耗。变速传动装置的实施是在广泛的运行环境和潜在应用中、尤其是在部分负荷条件下增强***性能和降低设备全寿命成本的最有效技术之一。
然而，引人关注的可靠性问题会限制容许的压缩机转速降低。详细而言，压缩机元件诸如轴承的不充分润滑可能在较低运行速度下出现问题。速度相关的可靠性问题会出现，是因为破坏性性接触可能发生在紧密靠近的两个表面之间，这取决于它们的相对速度和它们之间润滑剂的粘性。随着速度降低，必须增加润滑剂的粘性以便维持两个表面之间的分离膜。给定运行速度下维持两个表面的分离所需要的粘性部分地取决于表面的几何特征，因此不同类型的轴承可能具有不同的要求来防止发生损坏。常见地，具有更小直径的轴承在任何速度下都具有更高的粘性要求，但是几何特征可忽略此类直径效应。
用于制冷螺杆压缩机中的大多数油形成制冷剂和油的混合溶液。当混合时，制冷剂稀释油，从而与纯油的粘性相比降低所得到的制冷剂-油混合物的粘性。在稳定溶液中溶解于油中的制冷剂的量是按化学方式确定的压力和温度的函数。在非平衡瞬变期间，诸如可发生在刚好位于孔口下游的压降期间，或由于附加热量、或由于引起气穴的机械作用，制冷剂可随着新的平衡状态显现而从溶液中脱气。此类脱气的发生一般会增加粘性，因为它们产生更小稀度的油。
轴承操作引入导致对润滑剂进行加热的粘滞损失。来自压缩机外壳的较热部分的热传递也可升高润滑剂温度。所引发的润滑剂温度的增高可能引起一些制冷剂的脱气。另外，在润滑剂传递穿过轴承时对其进行机械搅拌还可能引起气穴，所述气穴会导致制冷剂脱气。由于脱气，离开轴承的润滑剂流通常比其进入轴承时具有更高的粘性，因为溶液中的制冷剂部分已经减少。
由于必须强加来确保可靠性的最小速度限制，可由变速传动装置潜在地提供的一些能量效率基本上被消除。因此，需要提供一种比起可使用当前设计达成的速度而言可在更低的速度下可靠运行的压缩机。
发明简述
根据本发明的一个方面，提供一种压缩机组件，其包括外壳组件。第一转子和第二转子布置在外壳组件内。第一转子由邻近外壳组件的入口端部的第一入口轴承并且由邻近外壳组件的排放端部的第一排放轴承加以支撑而旋转。第二转子由邻近外壳组件的入口端部的第二入口轴承并且由邻近外壳组件的排放端部的第二排放轴承加以支撑而旋转。第一润滑剂流动路径被配置来大体上按顺序向第一排放轴承、第一入口轴承、第二排放轴承和第二入口轴承中的多于一个供应润滑剂。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第一排放轴承、第一入口轴承、第二排放轴承和第二入口轴承中的每一个大体上布置在减压孔口的下游。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第一润滑剂流动路径被配置来向第一排放轴承和第二排放轴承供应润滑剂。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第一润滑剂流动路径的润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物。提供给第二排放轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给第一排放轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，提供给第二排放轴承的润滑剂比提供给第一排放轴承的润滑剂具有更大的粘性。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第一润滑剂流动路径被配置来向第一入口轴承和第二入口轴承供应润滑剂。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第一润滑剂流动路径的润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物。提供给第二入口轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给第一入口轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第二入口轴承的润滑剂比供应给第一入口轴承的润滑剂具有更大的粘性。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第一润滑剂流动路径被配置来向第一排放轴承和第一入口轴承供应润滑剂。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第一润滑剂流动路径的润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物。提供给第一入口轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给第一排放轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第一入口轴承的润滑剂比供应给第一排放轴承的润滑剂具有更大的粘性。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第二润滑剂流动路径被配置来将来自润滑剂储器的润滑剂供应给第二排放轴承和第二入口轴承供应。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第二润滑剂流动路径的润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物。提供给第二入口轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给第二排放轴承的润滑剂中的脱气制冷剂量。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，供应给第二入口轴承的润滑剂比供应给第二排放轴承的润滑剂具有更大的粘性。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第一润滑剂流动路径被配置来向第一排放轴承、第一入口轴承、第二排放轴承和第二入口轴承中的每一个供应润滑剂。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在其他实施方案中，第一润滑剂流动路径在向第一入口轴承和第二入口轴承中的任一个供应润滑剂之前，向第一排放轴承和第二排放轴承两者提供润滑剂。
这些和其他优点和特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加显而易见。
附图简述
在本说明书所附的权利要求书中具体指出并明确主张被认为是本发明的主题。本发明的前述和其他特征以及优点从以下结合附图进行的详细描述中是显而易见的，在附图中：
图1是制冷***的实例的示意图；
图2是制冷***的螺杆压缩机的简化横截面图；
图3是被配置来向压缩机供应润滑剂的已知润滑剂***的示意图；
图4是根据本发明的一个实施方案的、被配置来向压缩机的轴承供应润滑剂的一个或多个润滑剂流动路径的示意图；
图5是根据本发明的另一个实施方案的、被配置来向压缩机的轴承供应润滑剂的一个或多个润滑剂流动路径的示意图；并且
图6是根据本发明的另一个实施方案的、被配置来向压缩机的轴承供应润滑剂的一个或多个润滑剂流动路径的示意图。
发明详述
现在参照图1，其示意性地示出空调***的常规蒸气压缩或制冷循环10。制冷剂R被配置来借助蒸气压缩循环10而进行流通，从而使得制冷剂R在低温和低压下蒸发时吸收热量并且在较高的温度和压力下冷凝时释放热量。在这个循环10内，制冷剂R在如箭头所指示的顺时针方向上流动。压缩机12接收来自蒸发器18的制冷剂蒸气并且将所述制冷剂蒸气压缩至较高的温度和压力，然后相对较热的蒸气穿行到冷凝器14，在冷凝器14中通过与冷却介质(如空气或水)的热交换关系而将所述蒸气冷却并冷凝至液态。液体制冷剂R随后从冷凝器14穿行到膨胀阀16，其中制冷剂R在穿行到蒸发器18时会膨胀到低温两相的液体/蒸气状态。在蒸发器中附加热量之后，低压蒸气随后返回到压缩机12，在所述压缩机12中重复所述循环。
润滑***(示意性地示出为20)可集成到空调***中。因为润滑剂在穿过压缩机12时可能变成夹带于制冷剂中，所以油分离器22直接定位在压缩机12的下游。油分离器22所分离的制冷剂被提供给冷凝器14，并且油分离器22所隔离的润滑剂被提供给润滑剂储器24，所述润滑剂储器24被配置来存放一定供应量的润滑剂。来自储器24的润滑剂随后供应给压缩机12的移动部分中的一些部分(例如像旋转轴承)，其中润滑剂变成夹带于制冷剂中并且重复所述循环。
现在参照图2，其更详细地示出通常用于空调***中的螺杆压缩机12的实例。螺杆压缩机12包括外壳组件32，所述外壳组件32含有电机34和两个或更多个互相啮合的螺杆转子36、38，所述螺杆转子36、38具有相应的中心纵向轴线A和B。在示例性实施方案中，转子36具有在第一端部42与第二端部44之间延伸的阳性叶状主体40。阳性叶状主体40与另一个转子38的阴性叶状主体46啮合。转子38的工作部分46具有第一端部48和第二端部50。每个转子36、38包括从关联工作部分40、46的第一和第二端部42、44、48、50延伸的轴杆部分52、54、56、58。轴杆部分52和56分别通过一个或多个入口轴承60a和60b而安置到外壳32上，并且轴杆部分54和58分别通过一个或多个出口轴承62a、62b而安置到外壳32上，以便围绕关联转子轴线A、B进行旋转。
在示例性实施方案中，电机34和转子36的轴杆部分52可被耦接而使得电机34将所述转子36围绕其轴线A进行驱动。当在操作性第一方向上如此驱动时，转子36在相反的第二方向上驱动另一个转子38。示例性外壳组件32包括转子外壳64，所述转子外壳64具有基本上与转子第二端部44和50共面的上游/入口端面66和下游/排放端面68。尽管本文示出和描述特定的压缩机类型和配置，但是例如像具有三个转子的其他压缩机也处于本发明的范围内。
示例性外壳组件32还包括电机/入口外壳70，所述电机/入口外壳70具有处于上游端部的压缩机入口/抽吸通口72并且具有(例如，通过穿过两个外壳块的螺栓)安置到转子外壳上游面66上的下游面74。组件32还包括出口/排放外壳76，所述出口/排放外壳76具有安置到转子外壳下游面68上的上游面78并且具有出口/排放通口80。示例性转子外壳64、电机/入口外壳70和出口外壳76可各自形成为经受进一步精加工的铸件。
图3示出供压缩机12使用的已知润滑***20的示意图。常规润滑***20包括从润滑剂储器延伸的多根导管，每根导管被配置来向压缩机12的轴承60、62中的一个供应润滑剂。例如，包括第一孔口92的第一导管90从润滑剂储器24延伸到第一入口轴承60a，包括第二孔口96的第二导管94从润滑剂储器24延伸到第二入口轴承60b，包括第三孔口100的第三导管98从润滑剂储器24延伸到第一排放轴承62a，并且包括第四孔口104的第四导管102从润滑剂储器24延伸到第二排放轴承62b。每个孔口92、96、100、104的大小可加以改变来控制供应给轴承60a、60b、62a、62b中的每一个的润滑剂的流速和压降。
现在参照图4至图6，其示出根据本发明的各种实施方案的润滑***20。来自润滑***20的润滑剂储器24的润滑剂大体上按顺序供应给压缩机12的多个轴承60a、60b、62a和62b。如图4中所示出的，第一润滑剂流动路径110从润滑剂储器24延伸到第一孔口112，所述第一孔口112被配置来提供压降并且调节第一流动路径110内的润滑剂的流动。润滑剂首先从第一孔口112流动到转子36、38中的一个的排放轴承62，并且随后流动到转子36、38中的另一个的排放轴承62。在所示出的非限制性实施方案中，来自第一孔口112的润滑剂在被夹带于压缩机12内的制冷剂中之前按顺序从阳转子36的排放轴承62a流动到阴转子38的排放轴承62b。在压缩机12包括多于两个转子36、38的实施方案中，第一润滑剂流动路径110可被配置来按任何次序向排放轴承62的一部分或者替代地向所有排放轴承62供应润滑剂。
类似地，第二润滑剂流动路径120从润滑剂储器24延伸到第二孔口122，所述第二孔口122类似地被配置来提供压降并且调节第二润滑剂流动路径120内的润滑剂的流动。润滑剂首先从第二孔口122流动到转子36、38中的一个的入口轴承60，并且随后流动到转子36、38中的另一个的入口轴承60。在所示出的实施方案中，来自第二孔口122的润滑剂首先提供给阳转子36的入口轴承60a并且随后提供给阴转子38的入口轴承60b。在压缩机12包括多于两个转子36、38的实施方案中，第二润滑剂流动路径120可被配置来按任何相继次序向压缩机12的一些或所有入口轴承60提供润滑剂。第一润滑剂流动路径110和第二润滑剂流动路径120可直接形成在外壳组件32中，可使用多根导管形成，或者可使用其某一组合来形成。
在图5所示出的另一个实施方案中，每个润滑剂流动路径被配置来大体上按顺序向单个转子的排放轴承62和入口轴承60提供润滑剂。例如，在穿过第一孔口112之后，来自第一润滑剂流动路径110的润滑剂首先提供给阳转子36的排放轴承62a，并且在穿过轴承62a之后，在变成夹带于压缩机12的制冷剂中之前流动到阳转子36的入口轴承60a。类似地，在穿过第二孔口122之后，流动穿过第二流动路径120的润滑剂首先提供给阴转子38的排放轴承62b，并且在穿过轴承62b之后流动到阴转子38的入口轴承60b。尽管润滑剂流动路径110、120被示出和描述为首先向转子36、38的排放轴承62并且随后向入口轴承60提供润滑剂，但是例如像润滑剂在供应给排放轴承62之前流动穿过入口轴承60的其他配置也处于本发明的范围内。
现在参照图6，润滑***20可包括从储器24延伸到第一孔口112的单个流动路径110。润滑剂流动路径110被配置来按顺序将来自孔口112的润滑剂供应给压缩机12的入口轴承60和排放轴承62中的每一个。如图所示，润滑剂首先提供给阳转子36的入口轴承62a，随后提供给阴转子38的排放轴承62b。润滑剂从所述排放轴承62b供应给阴转子38的入口轴承60b并且随后供应给阳转子36的入口轴承60a。如图所示，润滑剂在提供给入口轴承60中的每一个之前首先提供给排放轴承62中的每一个。然而，其他配置，例如像润滑剂在提供给所述多个排放轴承62之前被提供给所述多个入口轴承60或者润滑剂被按顺序提供给每个转子36、38的入口轴承60和排放轴承62，也处于本发明的范围内。
通过按顺序向压缩机12的多个轴承60、62提供润滑剂，润滑剂的温度会增高，从而引起制冷剂从润滑剂中脱气，并且因此增加用于大体上按顺序布置在下游的轴承的润滑剂的粘性。由移动轴承零件对润滑剂的机械作用所诱发的润滑剂气穴也可能引起制冷器的脱气。润滑剂的流动路径可经过选择而使得具有更高粘性要求以便防止金属到金属的接触所导致的损坏的轴承定位在润滑剂流动路径的端部附近，并且将接收具有增强粘性的润滑剂。因此，压缩机12可在不引发轴承损坏的情况下以更低速度运行。
虽然仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但应轻易理解的是，本发明不限于此类所公开的实施方案。相反，本发明可进行修改以便并入上文未描述但与本发明精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解的是，本发明的方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，本发明不应认为是受限于前面的描述，而是仅受限于所附权利要求书的范围。

Claims (16)

1.一种压缩机组件，其包括：
外壳组件；
布置在所述外壳组件内的第一转子，所述第一转子是由邻近所述外壳组件的入口端部的第一入口轴承并且由邻近所述外壳组件的排放端部的第一排放轴承加以支撑而旋转；
布置在所述外壳组件内的第二转子，所述第二转子是由邻近所述外壳组件的所述入口端部的第二入口轴承并且由邻近所述外壳组件的所述排放端部的第二排放轴承加以支撑而旋转；以及
第一润滑剂流动路径，其被配置来大体上按顺序将来自润滑剂储器的润滑剂供应给所述第一排放轴承、所述第一入口轴承、所述第二排放轴承和所述第二入口轴承中的多于一个。
2.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中所述第一排放轴承、所述第一入口轴承、所述第二排放轴承和所述第二入口轴承中的每一个大体上布置在减压孔口的下游。
3.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中所述第一润滑剂流动路径被配置来向所述第一排放轴承和所述第二排放轴承供应润滑剂。
4.根据权利要求3所述的压缩机组件，其中供应给所述第一润滑剂流动路径的所述润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物，并且提供给所述第二排放轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给所述第一排放轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量。
5.根据权利要求4所述的压缩机组件，其中提供给所述第二排放轴承的润滑剂比提供给所述第一排放轴承的所述润滑剂具有更大的粘性。
6.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中所述第一润滑剂流动路径被配置来向所述第一入口轴承和所述第二入口轴承供应润滑剂。
7.根据权利要求6所述的压缩机组件，其中供应给所述第一润滑剂流动路径的所述润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物，并且提供给所述第二入口轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给所述第一入口轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量。
8.根据权利要求7所述的压缩机组件，其中提供给所述第二入口轴承的润滑剂比提供给所述第一入口轴承的所述润滑剂具有更大的粘性。
9.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中所述第一润滑剂流动路径被配置来向所述第一排放轴承和所述第一入口轴承供应润滑剂。
10.根据权利要求9所述的压缩机组件，其中供应给所述第一润滑剂流动路径的所述润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物，并且提供给所述第一入口轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给所述第一排放轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量。
11.根据权利要求10所述的压缩机组件，其中提供给所述第一入口轴承的润滑剂比提供给所述第一排放轴承的所述润滑剂具有更大的粘性。
12.根据权利要求9所述的压缩机组件，其还包括第二润滑剂流动路径，所述第二润滑剂流动路径被配置来将来自润滑剂储器的润滑剂供应给所述第二排放轴承和所述第二入口轴承。
13.根据权利要求12所述的压缩机组件，其中供应给所述第二润滑剂流动路径的所述润滑剂包括润滑剂和制冷剂的混合物，并且提供给所述第二入口轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量大于提供给所述第二排放轴承的所述润滑剂中的脱气制冷剂量。
14.根据权利要求13所述的压缩机组件，其中提供给所述第二入口轴承的润滑剂比提供给所述第二排放轴承的所述润滑剂具有更大的粘性。
15.根据权利要求1所述的压缩机组件，其中所述第一润滑剂流动路径被配置来向所述第一排放轴承、所述第一入口轴承、所述第二排放轴承和所述第二入口轴承中的每一个供应润滑剂。
16.根据权利要求15所述的压缩机组件，其中所述第一润滑剂流动路径在向所述第一入口轴承和所述第二入口轴承中的任一个供应润滑剂之前，向所述第一排放轴承和所述第二排放轴承两者提供润滑剂。
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