往複製冷壓縮機油密封的製作方法

2023-06-17 22:36:01

專利名稱：往複製冷壓縮機油密封的製作方法
技術領域：
本公開涉及製冷壓縮機。更具體地，本公開涉及壓縮機軸密封。
背景技術：
多種製冷壓縮機構造是常用的。在這些構造中包括螺杆壓縮機、渦旋壓縮機和往復活塞壓縮機。一種特殊類型的製冷系統是運輸製冷系統(例如卡車、拖車和貨物貨櫃製冷系統)。一種代表目前技術水平的運輸製冷系統使用內燃發動機來直接或間接地驅動往復活塞壓縮機。一種當前的運輸製冷系統使用被驅動的柴油發動機來對往復活塞壓縮機供能，該往復活塞壓縮機使用R-404A HFC製冷劑。製冷劑壓縮機也可用於對固定地點(例如超市)中的物品進行製冷，以及用於諸如商業建築和住宅建築的空氣調節的應用(例如冷卻和/或加熱應用)。最近，由於考慮到HFC的環境影響問題，已經提出將基於二氧化碳的製冷劑(例如R-744)用於運輸應用。在上述製冷劑之外，其他製冷劑也可與那種類型的製冷劑壓縮機一起使用，包括但不限於R-22、R410A、R134a、R410a。在氣密或半氣密的壓縮機中，電馬達被容納在壓縮機的外殼中。在這種壓縮機中，曲軸完全在外殼內並且不需要相對於外殼密封。在其他(開放式驅動)壓縮機中，馬達或發動機驅動在外殼的外部並且曲軸穿透外殼。曲軸的外部部分被機械地聯接到馬達或發動機。在這種情況下，曲軸的一部分穿透外殼並且必須被密封以防止製冷劑洩漏。Wright等人的US2004/0113369中公開了一種提議的密封系統。

發明內容
本公開的一個方面涉及一種壓縮機，其具有外殼和曲軸。外殼具有入口、至少一個氣缸、出口和曲軸箱艙。對於每個氣缸，壓縮機包括活塞，其安裝成用於至少部分地在氣缸內往復運動。連接杆將每個活塞聯接到曲軸。外殼具有壁，曲軸延伸穿過該壁。外殼載有唇式密封件作為主密封件。該唇式密封件接合曲軸的相鄰部分。該相鄰部分載有塗層。在各種實施方式中，壓縮機可進一步包括一個或多個軸承，其安裝在壁中並支撐曲軸。外殼可包括壓蓋板。唇式密封件可安裝在壓蓋板中。軸承可安裝在與壓蓋板相鄰的壁中並支撐曲軸。本公開的其他方面涉及包括這種壓縮機的製冷或空調系統。該系統可包括穿過壓縮機的再循環流徑。第一換熱器可沿著流徑定位在壓縮機下遊。膨脹裝置可沿著流徑定位在第一換熱器下遊。第二換熱器可沿著流徑定位在膨脹裝置下遊。製冷劑裝料可包括R-404A。該系統可以是製冷的運輸系統。製冷的運輸系統可進一步包括貨櫃。第二換熱器可定位成冷卻貨櫃的內部。該系統可以是固定地點的製冷或空調系統。固定的製冷系統可進一步包括多個製冷的或空調的空間。可以有多個所述第二換熱器，每個定位成冷卻相關聯的這種製冷的或空調的空間。本公開的其他方面涉及使用方法。在附圖和下面的描述中闡述了一個或多個實施例的細節。其他特徵、目的和優點將從所述描述和附圖以及從權利要求中變得明顯。


圖I是壓縮機的豎直縱向剖面圖。 圖2是圖I的壓縮機的密封艙的放大圖。圖3是製冷系統的示意圖。圖4是包括了圖3系統的牽車拖車組合的局部示意圖。圖5是固定位置系統的示意圖。在各圖中，相同的參考數字和標記表示相同的元件。
具體實施例方式圖I和2示出了示例性的壓縮機20。壓縮機20具有殼體(外殼)組件22。該示例性壓縮機被發動機24 (示意性示出)驅動。示例性外殼22具有抽吸埠(入口)26和排放埠(出口)28。該殼體限定了多個氣缸30和32。每個氣缸容納相關聯的活塞34，活塞34安裝成用於至少部分地在氣缸內往復運動。示例性多氣缸構造包括直列、V形(V字形)以及水平對置。該示例性壓縮機基於由紐約Syracuse的Carrier公司製造的公知的05G型壓縮機。每個氣缸包括抽吸位置和排放位置。例如，氣缸可並行地聯接，從而抽吸位置是由抽吸埠 26供給的共享的/公共的抽吸壓力間(plenum)，並且排放位置是供給排放埠28的共享的/公共的排放壓力間。在其他構造中，氣缸可共享抽吸位置/條件，但是具有不同的排放位置/條件。在其他構造中，氣缸可以是串聯的。示例性的製冷劑是R-404A。每個活塞34經由相關聯的連接杆36聯接到曲軸38。示例性的曲軸38被軸承保持在外殼中，以便繞軸線500旋轉。每個活塞30、32經由相關聯的肘銷44聯接到其相關聯的連接杆36。示例性的外殼包括主構件50(例如殼體的鑄件)，其形成氣缸體。主構件的下端被油盤板/蓋52封住。一個或多個頭部54可覆蓋氣缸。在前端(例如遠」端指的是遠離發動機)，支承體56 (最優地與油泵或其他系統集成)封住外殼並且支承軸承58，軸承58接合曲軸的前端部分60 (對稱地示出)，曲軸的前端部分60鄰近曲軸的前端61。外殼的後端被安裝到主構件50的法蘭62和壓蓋板64封住。法蘭62和壓蓋板64沿著主構件的後壁66安裝，後壁66在孔/艙70中支承/承載了軸承68。軸承68接合曲軸的第一中間部分72。曲軸的後端/第二端部分80 (鄰近曲軸的第二端81)在外殼的外面。第二端部分80可具有一些特徵(例如花鍵或鍵槽82)，以便聯接到發動機(包括任何其間的結構)。圖2示出了曲軸的第二中間部分86位於端部分80和第一中間部分72之間。在曲軸穿透外殼的情況下，曲軸必須相對於外殼密封。示例性的密封系統被示作為Wright等人的US2004/0113369的壓縮機的改型。在Wright等人的專利申請中，外殼的後端/近端壁由主構件的後壁66以及法蘭/壓蓋板的組合形成。後壁66的內側部分88限定了軸承艙70。在軸承艙70的外側(軸向地)延伸，後壁66圍繞密封件艙90的大部分，Wright等人的專利申請的主密封件可安裝在密封件艙90中。壓蓋板64覆蓋密封件艙90的端部並且具有孔徑92，曲軸延伸穿過該孔徑92。在孔徑92的(軸向)內側，壓蓋板具有環形艙94，次密封件95安裝到環形艙94中。示例性的次密封件95可以是如Wright等人的專利申請中的唇式密封件。示例性的壓蓋板具有主密封件艙96，其在次密封件艙94內側並容納主密封件97。主密封件是「主要的」，因為其暴露於軸承 外端處的內部壓縮機壓力。主密封件上的壓力差(AP)可以是油盤和大氣之間的壓力差的大多數(例如這種壓力差的50-100%，或更窄地，90-100%)。如果次密封件艙暴露於外界環境，例如如同洩漏的油被允許收集到油保持容器中，則次密封件艙中的壓力可基本等於大氣壓力並且主密封件可經歷基本100%的壓力差。次密封件是「次的」，因為其是備份並且介於主密封件和外部環境之間。將密封件指定為「主要的」不要求有次密封件。示例性的主密封件艙和次密封件艙形成了更大的臺階艙，其具有分隔兩個艙的臺階或肩部98。主密封件97也是唇式密封件並且可壓配合其艙96。示例性的主密封件97包括大致環形的彈性密封構件100，其具有一對環形唇101、102，用於與曲軸的相鄰部分形成密封。環形唇101可通常用於密封壓力差，而環形唇102(有時稱為塵唇)可通常用於保護唇101，不讓任何外來顆粒接觸唇101。唇101可由一系列設計上相似的環形唇構成為單個環形唇101。示例性的主密封件97可具有徑向彈簧104(例如，鋼卷)以徑向向內地偏壓密封件(即，唇)。示例性的主密封件97包括任選的端板或支撐墊圈106，其在主密封件和次密封件之間縱向地支撐主密封件，從而阻止由於高的內部壓力而爆裂，該高的內部壓力在主密封件的內側到達密封件艙90。主密封件97還可具有剛性的(例如金屬的)芯部(未示出)以提供剛性並幫助允許其被壓配合雜其艙中。示例性的次密封件也可具有彈性構件110和徑向彈簧114，彈性構件110具有一對唇111、112。預計示例性的次密封件將不會經歷主密封件的壓力差。次密封件的主要目的是防止主密封件被來自外側環境的外來物質(例如灰塵顆粒)汙染。主和次密封件之間的空間120可俘獲洩漏通過主密封件的小量的油。任選的收集通道122 (示意性示出)可與空間120連通以將這些油傳遞到任選的油收集瓶124。通道122和收集瓶124防止油移動越過次唇式密封件到達外側環境。與主唇式密封件上的壓力差相關聯的高壓力可導緻密封唇和曲軸之間的增大的接觸力。在延性鐵曲軸直接與唇式密封件接觸的情況下，鐵的微結構使得軸表面中的鐵素體蓋(ferrite caps)可分離,導緻密封件磨損和洩漏。因此,沿著與主密封件接合的曲軸的至少一部分，軸載有平滑的硬塗層140，該硬塗層140被選擇為刮擦彈性構件並且保持其自身的平滑性(光面光潔度)，從而保持良好的密封並防止磨損。塗層140可在示例性的連續區域上延伸，該區域包括被次密封件接合的曲軸的一部分。可通過首先對軸進行準備而將示例性塗層施加到軸。示例性的準備可包括沿著軸部分86磨出凹切部(undercut) 142以接收塗層。示例性的凹切部可形成徑向向外開口的環形溝槽，其具有圓柱形基底以及第一和第二徑向延伸端壁。例如，當再設計或再製造基線軸(baseline shaft)時，凹切部可以是足夠的，從而塗層恢復了最終的軸外徑(0D)。在示例性的再製造中，在壓縮機已經操作了一段時間後，塗層可被再拋光到其初始表面光潔度規格。如果塗層在操作期間發生了實質的磨損，則可向已經存在的塗層添加塗層，或者可全部剝去現存的塗層並重新引入(沉積)新的塗層替代舊塗層。軸的相鄰部分可被掩蓋以防止塗層沉積在其上。可經由原位累積工藝(例如等離子噴塗)來施加塗層。示例性的累積是達到25-3000微米或者更窄地300-1000微米的特徵厚度(例如平均厚度或至少是唇處或附近的厚度)。示例性的塗層包括氧化鉻、氧化鋁一氧化鈦、基於碳化鎢的塗層、鉻以及碳化鉻鎳鉻鐵合金塗層。在初始施加之後，塗層可被機加工/拋光以實現適當的表面光潔度特性。示例性的表面光潔度性質在如下範圍內Ra 20 u in,Rz 25-150 u in, Rpm 10-80 yin。通常，塗層可需要滿足 某些硬度要求。示例性的硬度性質是洛氏硬度C 55或更大(例如55-70，更窄地，60-65)。相對於更複雜的密封系統，主唇式密封件97的使用可降低製造成本。當與硬塗層140結合時，其可進一步改善總體可靠性。在維護情形中，法蘭62和壓蓋板64可被移除，並且一個或兩個唇式密封件可被抽出並用新的唇式密封件替換。塗層140的維修可以是任選的，這取決於特定的維護間隔和所存在的實際磨損。如果在塗層140上進行工作，則這可能從僅僅拋光塗層變化到移除塗層並重新塗敷。通過將塗層140累積在軸上，可實現比預成形硬套筒的情況下更好的密封完整性。例如，製冷劑趨向於穿過預成形套筒和軸襯底之間的界面而洩漏。圖3示出了示例性的製冷系統148，其包括壓縮機20。系統148包括位於抽吸埠 26處的系統抽吸位置/條件150。製冷劑主流徑152從抽吸位置/條件150穿過壓縮機氣缸向下遊前進以從排放埠 28處的排放位置/條件154被排放。主流徑152向下遊前進穿過第一換熱器(氣體冷卻器/冷凝器)156的入口以排出氣體冷卻器/冷凝器的出口。然後，主流徑152向下遊前進穿過膨脹裝置162。然後，主流徑152向下遊前進穿過第二換熱器(蒸發器)164以返回到抽吸條件/位置150。在正常操作期間，製冷劑的再循環流沿著主流徑152傳遞，在氣缸中被壓縮。經壓縮的製冷劑在氣體冷卻器/冷凝器156中被冷卻，在膨脹裝置162中被膨脹，然後在蒸發器164中被加熱。在例性的實施方式中，氣體冷卻器/冷凝器156和蒸發器164是製冷劑一空氣換熱器，具有相關聯的被風扇170、172推動的氣流174、176。氣體冷卻器/冷凝器156可被循環液體(例如水)冷卻，循環液體被泵送經過氣體冷卻器/冷凝器盤管。蒸發器164通常位於製冷的空間內。類似地，氣體冷卻器/冷凝器156或者其氣流可在製冷的空間外面。另外的系統部件和其他系統變型也是可能的(例如，多區/蒸發器構造、經節約的構造，等等)。示例性的系統包括製冷的運輸單元和固定的商業製冷系統。圖4示出製冷拖車形式的製冷的運輸單元(系統)220。拖車可被牽車222牽引。示例性的拖車包括貨櫃/箱盒224，其限定了內部/艙226(製冷的空間)。被安裝到箱盒224前部的設備殼體228可容納發動機(例如柴油發動機)、壓縮機和氣體冷卻器/冷凝器。蒸發器及其相關聯的風扇可位於艙226內或者與艙226熱連通。不例性的固定商業空調系統250(圖5)包括一個或多個中心壓縮機20以及排熱換熱器156,其例如位於建築255外面或位於其屋頂上,共同用於服務多個空調空間256(例如建築中的房間258)。每個這種空間可具有其自身的吸熱換熱器164』和膨脹裝置162』(或者可以有公共的膨脹裝置)。 壓縮機可通過常規製造技術之外的方式製造。儘管上面已經詳細地描述了一個實施例，但這種描述不意圖限制本公開的範圍。將會理解的是，在不偏離本公開的精神和範圍的情況下可作出各種修改。例如，當在現有壓 縮機構造的再設計中實施時，現有構造的細節可影響或決定任何特定實施方式的細節。因此，其他實施例也在所附權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種壓縮機(20),包括 外殼(22)，其具有 入口 ； 至少ー個氣缸(30-32)； 曲軸箱艙(48);和 出口 ； 曲軸(38)，所述外殼具有壁，所述曲軸延伸穿過所述壁； 對於每個所述氣缸活塞(34)安裝成用於至少部分地在所述氣缸內往復運動；連接杆(36)將所述活塞聯接到所述曲軸；並且肘銷(44)將所述連接杆聯接到所述活塞； 其中 所述外殼載有主密封件(97)，所述主密封件是唇式密封件，其接合所述曲軸的相鄰部分(86);並且 所述相鄰部分載有塗層(140)。
2.如權利要求I所述的壓縮機，其中 所述外殼包括壓蓋板(64);並且 所述唇式密封件(97)安裝在所述壓蓋板中。
3.如權利要求2所述的壓縮機，還包括 軸承(68)，其安裝在與所述壓蓋板相鄰的壁(66)中並支撐所述曲軸。
4.如權利要求2所述的壓縮機，其中 所述唇式密封件壓配合到所述壓蓋板中。
5.如權利要求I所述的壓縮機，還包括 次唇式密封件(95)。
6.如權利要求I所述的壓縮機，其中 所述唇式密封件暴露於曲軸箱壓力。
7.如權利要求I所述的壓縮機，其中 所述塗層包括氧化鉻。
8.如權利要求I所述的壓縮機，其中 所述塗層在與所述唇式密封件的接觸位置處具有O. 3-1. O mm的特徵厚度。
9.如權利要求I所述的壓縮機，其中 所述塗層包括以下中的至少ー個氧化鋁一氧化鈦、基於碳化鎢的塗層、鉻、碳化鉻鎳鉻鐵合金。
10.如權利要求9所述的壓縮機，其中 所述軸的所述相鄰部分包括延性鐵。
11.如權利要求I所述的壓縮機，其中 所述唇式密封件具有徑向彈簧(104 )。
12.一種系統(48 ;250)，包括 如權利要求I所述的壓縮機(20)；內燃發動機，其機械地聯接到所述曲軸；製冷劑再循環流徑(152)，其穿過所述壓縮機；第一換熱器(156)，其沿著所述流徑在所述壓縮機下遊；膨脹裝置(162 ;162』)，其沿著所述流徑在所述第一換熱器下遊；和第二換熱器(164 ;164』)，其沿著所述流徑在所述膨脹裝置下遊。
13.如權利要求12所述的系統，其中製冷劑裝料包括R-404A。
14.如權利要求12所述的系統，其為製冷的運輸系統，還包括貨櫃(224 )，所述第二換熱器定位成冷卻所述貨櫃的內部(226 )。
15.如權利要求12所述的系統，其為固定的製冷系統，還包括多個製冷的或空調的空間(256);和多個所述第二換熱器(164』)，每個定位成冷卻相關聯的所述製冷的或空調的空間。
全文摘要
一種壓縮機(20)具有外殼(22)和曲軸(38)。外殼具有至少一個氣缸(3032)。對於每個氣缸，壓縮機包括活塞(34)，其安裝成用於至少部分地在氣缸內往復運動。連接杆(36)將每個活塞聯接到曲軸。外殼具有壁，曲軸延伸穿過該壁。外殼載有唇式密封件作為主密封件(97)。該唇式密封件接合曲軸的相鄰部分(86)。該相鄰部分載有塗層(140)。
文檔編號F04B39/12GK102695878SQ201080061398
公開日2012年9月26日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年1月14日
發明者A.利夫森, J.馬爾卡希 申請人:開利公司