往複製冷壓縮機油分離的製作方法

2023-12-06 08:41:21 2

專利名稱：往複製冷壓縮機油分離的製作方法
技術領域：
本發明涉及製冷壓縮機。更具體地，本發明涉及密封式往復活塞壓縮機。各種製冷劑壓縮機構造是通用的。這些構造是螺杆式壓縮機；渦旋式壓縮機；以及往復活塞壓縮機。
背景技術：
在封閉式驅動或密封式壓縮機中，電動馬達被包含在壓縮機的外殼內。在這種壓縮機中，曲軸完全位於該外殼內部並且不需要相對於外殼進行密封。在其他(開式驅動)壓縮機中，馬達(不管是電動的還是其他類型的)位於外殼之外，並且曲軸伸入該外殼中。曲軸的外部被機械地聯接到馬達。在這種情況下，曲軸的伸入所述外殼中的部分必須相對於外殼被密封。通常使用往復壓縮機的製冷系統的兩個具體子領域是作為用於分布式零售展示櫥的中心壓縮機；以及用於運輸製冷系統中(例如，卡車、拖車、以及貨物容器製冷系統)。本領域運輸製冷系統的示例性狀態使用柴油-電動混合系統來電氣驅動使用R-404A HFC製冷劑的往復活塞壓縮機。最近，由於涉及HFC的環境影響的問題，已經提出使用基於二氧化碳的製冷劑(例如，R-744)。

發明內容
本發明的一個方面包括一種具有外殼和曲軸的壓縮機。該外殼包括入口；多個氣缸；出口 ；馬達室；位於所述馬達室與所述氣缸之間的抽吸通道；以及曲軸箱室。對於每個氣缸，所述壓縮機包括活塞，所述活塞被安裝成至少局部地在所述氣缸內往復運動。連杆將每個活塞聯接到所述曲軸。電動馬達室位於所述外殼的馬達室內並且包括定子和轉子。轉子安裝到曲軸。外殼具有位於所述馬達室和曲軸箱室/貯槽之間的壁。所述壁支承用於聚結夾帶在流中的油的機構，所述流離開所述轉子和所述定子之間的間隙。這防止所述油經由所述抽吸通道進入到所述氣缸中。在各個實施方式中，所述壓縮機還可以包括軸承，所述軸承被安裝在所述壁內並且支承所述曲軸。止回閥可以在所述壁中位於所述軸承下方。本發明的其他方面涉及一種包括這種壓縮機的製冷系統。所述製冷系統可以包括通過所述壓縮機的再循環流路。第一熱交換器可以沿所述流路設置在所述壓縮機下遊。膨脹裝置可以沿所述流路設置在所述第一熱交換器下遊。第二熱交換器可以沿所述流路設置在所述膨脹裝置下遊。製冷劑注料可以包括按重量計至少50%的二氧化碳。該系統可以是製冷運輸系統。所述製冷運輸系統還可以包括容器。所述第二熱交換器可以設置成冷卻所述容器的內部。該系統可以是固定制冷系統。所述固定制冷系統還可以包括多個製冷空間。可以存在多個所述第二熱交換器，每個第二熱交換器定位成冷卻相關的所述製冷空間。本發明的其他方面涉及使用方法。所述馬達被提供動力以驅動所述曲軸並且提供所述活塞的往復運動。所述活塞的運動在抽吸通道中產生吸力。所述吸力將所述製冷劑以及被夾帶在所述製冷劑中的油通過所述入口抽吸到壓縮機中。所述製冷劑和被夾帶的油的至少一部分朝向所述壁縱向傳送通過所述轉子和所述定子之間的空間。所述機構使所述流偏轉。所述流的偏轉使所述油分離並聚結。這可以在再處理壓縮機的構造或者再製造壓縮機中實施，通過添加唇部以形成用於聚結油的機構以得到所述壓縮機或者所述壓縮機的構造來實現。一個或多個實施方式的細節在附圖和下述說明中被闡述。其他特徵、目的和優勢通過該說明、附圖以及權利要求書將是顯而易見的。


圖I是壓縮機的豎直縱向截面圖/剖視圖。圖2是圖I的壓縮機的豎直橫向截面圖。圖3是圖I的壓縮機的局部第二豎直橫向截面圖。圖4是圖I的壓縮機的馬達室的近端的第一放大圖。圖5是馬達室的近端的另一放大圖。圖6是製冷系統的示意圖。圖7是包括圖6的系統的牽引車-拖車組合的局部示意圖。圖8是固定式市售製冷系統的示意圖。圖9是替代壓縮機的馬達室的近端的局部縱向截面圖/剖面圖。圖10是第二替代壓縮機的馬達室的近端的局部縱向截面圖/剖面圖。圖11是沿線11-11截取的圖10的第二替代壓縮機的馬達室的近端的局部縱向截面圖/剖面圖。在各個附圖中，相同的附圖標記和標識指示相同的元件。
具體實施例方式圖I和圖2示出了示例性壓縮機20。壓縮機20具有殼體(外殼)組件22。示例性壓縮機包括電動馬達24 (圖I)。示例性外殼22具有抽吸埠(入口)26和排出埠(出口)28。殼體限定多個氣缸30和32 (圖2)。每個氣缸容納相關活塞34，所述活塞被安裝用於至少部分地在所述氣缸內進行往復運動。示例性多缸構造包括直列式；V (V字形)；以及水平對置型。示例性V字形壓縮機包括兩個氣缸組，每組均包括兩個氣缸。每個氣缸包括抽吸位置和排出位置。例如，氣缸可以並聯聯接，使得抽吸位置是由抽吸埠 26供給的共用/公共抽吸增壓室，並且排出位置是供給排出埠 28的共用/公共排出增壓室。在其他構造中，氣缸可以共用抽吸位置/狀況，但具有不同的排出位置/狀況。在其他構造中，氣缸可以串聯連接。示例性製冷劑是基於二氧化碳(CO2)的製冷劑(例如，按質量/重量計至少 50% 的 CO2) ο
每個活塞34經由相關連杆36聯接到公共曲軸38。每個活塞34經由相關曲柄銷39聯接到其相關連杆36。示例性曲軸38藉助用於繞軸線500旋轉的軸承被保持在該外殼內。示例性曲軸38 (圖I)與馬達24的轉子40和定子42同軸。示例性外殼限定馬達室50和曲軸箱或貯槽室52。示例性外殼組件包括沿著氣缸的單個主鑄件54，所述單個主鑄件沿著曲軸箱的側面並且橫向圍繞馬達室。取決於上下文，術語「曲軸箱」可以表示室52或圍繞這種室的機構(例如，包括主鑄件54的曲軸箱部55)。主鑄件包括壁56，該壁將曲軸箱52與馬達室50分離。示例性主鑄件54還包括馬達外殼部57，其圍繞所述馬達佔所述定子和轉子的長度的至少一半。示例性壁56具有軸承室58，該軸承室攜載軸承60，該軸承相對於外殼支承曲軸。
在曲軸箱52的前端處，主鑄件中的孔由前部軸承組件70封閉，該前部軸承組件70接合曲軸的在其前端74附近的向前部72。這種組件70可以與油泵或其他特徵集成。在馬達室50的後端/遠端處，馬達罩80被緊固到主鑄件54。罩80可以包含壓縮機入口 26。馬達室50經由抽吸通道82聯接到氣缸。氣缸往復運動將製冷劑抽吸通過入口26 (在圖I中的520處)、進入到馬達室50中、從馬達室50通過抽吸通道82 (在圖3中的526處)、通過氣缸、並接著藉助排出增壓室抽出到出口 28 (在圖I中的530處)。當傳送通過氣缸時，製冷劑流夾帶附加油，使得在530處的壓縮機排出流與在526處的流相比相對富含油。如將在下文進一步討論的，本領域已知的是將油分離器設置在壓縮機的下遊，以從製冷劑流移除油並且使得該油返回到壓縮機。通過從製冷劑流移除油，可以改善熱交換器效率。在示例性壓縮機中，製冷劑通過位於轉子40和定子42之間的環形空間(氣隙)90(圖4)從馬達(圖I)的遠端94 (遠離曲軸箱)被抽吸到馬達的近端(靠近曲軸箱)96。示例性壓縮機具有用於聚結油的機構，該油被夾帶在離開氣隙的流522中。這有助於防止這種油經由抽吸通道進入氣缸中。將馬達室(例如，與僅具有單獨分離器的馬達室區分開)內的油分離可具有數個優勢。現有密封式壓縮機具有用於將油從馬達室返回到曲軸箱的機構。具體地，在許多現有壓縮機中，止回閥98 (圖2)可定位在壁56內，以允許從馬達室進入到曲軸箱中的單路流。止回閥入口 99 (圖3)可定位在馬達室中的期望最大油積聚部102的表面100高度。曲軸箱與馬達室相比可以保持在稍微較低的壓力，以便藉助止回閥將油從馬達室抽吸到曲軸箱中。用於將油抽吸到曲軸箱中的示例性機構包括與曲軸整體形成的離心泵104(圖I)。泵104包括在曲軸內在曲軸箱和馬達室之間延伸的通路106。在馬達室處，該通路與大致C形的徑向延伸抽吸管件108(其具有沿曲軸的中心入口 110以及在「C」的兩端處的一對徑向相對設置的出口 112)連通。當抽吸管件隨著曲軸旋轉時，該抽吸管件從通路106抽吸，以相對於馬達室降低曲軸箱中的壓力。曲軸箱中降低的壓力將油從馬達室抽吸通過止回閥。因此，在修改這種系統時，在曲軸箱中添加油分離不需要添加獨立的返回機構。分離的油可以通過現有止回閥返回到曲軸箱。另一優勢在於，如果足夠量的油從馬達室中的流被移除，那麼外部分離器可以被省除或減小尺寸(由此，降低系統製造成本)。通過沿壁56的(軸向)朝外表面122添加大致環形唇部120 (圖4)來提供用於聚結的示例性機構。該唇部具有徑向朝內表面124、朝外表面126以及邊緣/頂部128。朝內表面124與軸承凸臺132的從所述壁突出的朝外表面130協作，以形成大致環形通道134。該通道134具有沿壁56的底部136。如將在下文進一步討論的，示例性唇部120不是完全環，具有下部間隙138，該下部間隙可以容納止回閥並且可以與馬達室中的油積聚部表面100大致重合。在示例性實施方式中，載油製冷劑的流520 (圖I)進入入口中。至少一部分522(圖4)被抽吸通過氣隙。離開該氣隙的製冷劑藉助凸臺外表面徑向向外偏轉、並接著藉助通道底部和唇部朝內表面縱向向後偏轉。流路的該反向部被示出為524。流反向可使得油(先前被夾帶在製冷劑中)沿通道壁聚結並且向下流入到積聚部中。製冷劑流可反向回流(例如，526)以進入抽吸通道82 (圖3)中。在該點處，製冷劑流相對於入口流526而言被放空油。通道134 (圖4)具有示例性高度或深度(相對於唇部邊緣)H1 (S卩，從通道底部測量的唇部高度)。相對於壁的朝外部140的唇部高度H2可能接近H1或與H1相同。可能期望的是最大化該高度，以使得用於聚結、經受可用間隙、鑄造實踐性和材料成本的可用表面面 積最大化。示例性H2和H1是5-20 mm、更確切地是8-12 mm。相對於唇部寬度W (例如，槽至槽測量的)，示例性H2和H1是W的50%+ (例如，50-200%)、更確切地是至少100%。唇部的示例性周向範圍Q1 (例如,從端部142至端部144)是至少180° ,更具體地是至少270°、或270-330° (如果不是完整環的話)。所示具體壓縮機的幾何尺寸建議在唇部中具有間隙138。這是因為唇部的徑向位置基於馬達氣隙的位置被確定。油麵100的給定期望高度可以將整個環形唇部的一部分設置在積聚部中。在該區域中的鑄造材料可能浪費了。此外，可以期望的是將止回閥98定位在唇部處或附近。例如，示例性止回閥沿大平坦凸臺150被定位。示例性凸臺150沿間隙垂下。凸臺150相對於止回閥尺寸過大，以在止回閥的位置上提供靈活性(即，對於給定鑄件，能夠沿凸臺在期望高度處鑽出用於止回閥的孔，以便提供用於特定目標操作狀況的有利止回閥位置)。因此，如果不是完整環，那麼示例性間隙角度θ2可以是30-120°、更確切地40-60°。唇部邊緣128的徑向位置R1可以大於氣隙中心的徑向位置R2 (更確切地，大於R2 + H1)但是小於定子的外半徑。如替代地測量的，R1示例性地可以是R2的105-120%、更確切地107-115%。示例性唇部邊緣128還可以示例性地是通道的底部的徑向位置R3的105%+、更確切地110-130%或110-120%。示例性R3是R2的105-120%。在示例性系統中，曲軸軸線500是大致水平的(例如，在水平線的20°內、更確切地在水平線的5°內)。通過在砂型鑄模中簡單地添加相應通道，唇部可以在現有壓縮機構造的再處理中實施。替代地，唇部可以實施為分離塊體(例如，板的安裝到壁上的邊緣)。這種板還可以用於再製造現有的壓縮機中。板可以配置有合適孔或切口，以容納諸如止回閥的部件。這種板可以由金屬板衝壓成。經由在硬體上的反覆試驗或計算機流體動力學仿真能夠得出合適的唇部尺寸和形狀。圖6示出了包括壓縮機20的示例性製冷系統220。系統220包括在抽吸埠 26處的系統抽吸位置/狀況250。製冷劑主流路252從抽吸位置/狀況250向下遊推進通過並聯的壓縮機氣缸，以從排出位置/狀況254在排出埠 28處被排出。主流路252向下遊推進通過第一熱交換器(氣體冷卻器/冷凝器)256的入口，以離開氣體冷卻器/冷凝器的出口。然後，主流路252向下遊推進通過膨脹裝置262。接著，主流路252向下遊推進通過第二熱交換器(蒸發器)264，以返回到抽吸位置/狀況250。
在正常操作狀況下，再循環的製冷劑流沿主流路252傳送，並且在氣缸中被壓縮。被壓縮的製冷劑在氣體冷卻器/冷凝器256中被冷卻、在膨脹裝置262中膨脹、並接著在蒸發器264中被加熱。在例性實施方式中，氣體冷卻器/冷凝器256和蒸發器264是具有由相關風扇(270; 272)促動的空氣流(274; 276)的製冷劑-空氣熱交換器。蒸發器264可以位於製冷空間中，或者蒸發器的空氣流可以穿過該製冷空間。類似地，氣體冷卻器/冷凝器256或其空氣流可以位於製冷空間外部。附加的系統部件和其他系統變形都是可能的(例如，多區域/蒸發器構造、經濟化構造等)。示例性系統包括製冷運輸單元和固定市售製冷系統。圖7示出了呈製冷拖車形式的製冷運輸單元(系統)320。拖車可以由牽引車322拉動。示例性拖車包括限定內部/室326 (製冷空間)的容器/箱體324。安裝到箱體324前部的設備殼體328可以包含發電機系統,該發電機系統包括發動機330 (例如,柴油機)以及發電機332，該發電機被機械聯接到發動機以由此被驅動。製冷系統220可以電聯接到發 電機332以接收電功率。蒸發器及其相關風扇可以定位在室326內或者以其他方式定位成與室326熱連通。示例性固定市售製冷系統350 (圖8)包括一個或多個中央壓縮機20以及通常用於多個製冷空間356 (例如，建築物中的零售展示櫥358中的)的排熱熱交換器256 (例如，在建築物355之外/上面)。每個這種製冷空間可以具有其自身的吸熱熱交換器264』以及膨脹裝置262』(或，可能存在公共膨脹裝置)。壓縮機可經由其他常規製造技術被製造。圖9示出了替代實施方式，其中唇部420不是形成在鑄件中，而是由獨立構件(例如,板422)形成。例性板422具有從中心孔表面426徑向向外延伸的腹板424 (該腹板圍繞具有襯套式軸承而不是球軸承的軸承凸臺，所述凸臺與圖I中的凸臺相比相對更長並且向上遊更加突出)。在腹板424的朝外極限位置處，外圍部428縱向/軸向向外彎曲至邊緣430，該邊緣形成為唇部420的邊緣。示例性板422具有相應的遠端面432和近端面434。該板可以由金屬形成(例如，由金屬板衝壓成)。該板被用於其中位於曲軸箱和馬達外殼之間的壁436是相當大地打開的示例性情形中。示例性壁436具有由轂狀軸承凸臺444朝外的徑向腹板442分離的周向孔440陣列。示例性軸承446是被保持在所述凸臺內的襯套。該板可以藉助諸如螺栓450的緊固件緊固到壁。板可以在現有壓縮機的翻新或現有壓縮機構造的再處理/再設計中實施。例如，存在孔或與壁的形狀相關的其他因素可能需要使得唇部的鑄造顯著變化以被實施為鑄件的一部分。示例性板可以更易於實施。示例性板可以完全或部分地阻塞孔440中的一些或全部，以實現離開氣隙的載有潤滑劑的製冷劑的偏轉。圖10和圖11示出了第二替代壓縮機，所述第二替代壓縮機特徵也是襯套式軸承456而不是球軸承。示例性壓縮機也處於定位有相關埠 458的直列構造。唇部460具有端部462和464。間隙466居中地定位在唇部的最下部處並且容納與上述其他唇部中類似的閥。雖然在上文詳細地描述了實施方式，但是這種描述並不旨在限制本發明的範圍。將理解的是，可以作出各種修改，而不偏離本發明的精神和範圍。例如，當在再處理現有壓縮機構造中實施時，現有構造的細節可能影響或指定任何特定實施方式的細節。因此，其他實施方式也落入下述權利要 求書的範圍內。
權利要求
1.一種壓縮機(20),所述壓縮機包括 外殼(22),所述外殼具有 入口 ； 馬達室(50)； 多個氣缸(30-32)； 位於所述馬達室與所述氣缸之間的抽吸通道(82)； 曲軸箱室(52);以及 出口 ； 曲軸(38)； 對於每個所述氣缸包括下述部件 活塞(34)，所述活塞被安裝成至少局部地在所述氣缸內往復運動； 連杆(36)，所述連杆將所述活塞聯接到所述曲軸；以及 銷(44)，所述銷將所述連杆聯接到所述活塞；以及 電動馬達(24)，所述電動馬達位於所述馬達室內並且包括 定子(42);以及 轉子(40)，所述轉子安裝到所述曲軸，所述外殼具有位於所述馬達室(50)與所述曲軸箱室(52)之間的壁(56)； 其中 所述壁支承用於聚結被夾帶在離開所述轉子和所述定子之間的間隙(90)的流中的油的機構(120，132; 420; 460)，以防止所述油經由所述抽吸通道進入所述氣缸中。
2.根據權利要求I所述的壓縮機，還包括 軸承(60 )，所述軸承被安裝在所述壁內並且支承所述曲軸；以及 止回閥(98),所述止回閥在所述壁中位於所述軸承下方。
3.根據權利要求I所述的壓縮機，其中 所述外殼包括單個主鑄件(54)，所述單個主鑄件包括 壁(56)； 馬達外殼(57)，所述馬達外殼圍繞所述定子和所述轉子的長度的至少一半；以及 曲軸箱(55)，所述壁(56)形成所述曲軸箱的一部分。
4.根據權利要求I所述的壓縮機，其中 所述機構包括具有第一部分(130)和第二部分(124)的表面，所述第一部分使所述製冷劑徑向向外偏轉，所述第二部分使所述製冷劑縱向向後偏轉。
5.根據權利要求I所述的壓縮機，其中 所述機構包括唇部。
6.根據權利要求5所述的壓縮機，其中 所述唇部是大致環形唇部，並且在下端處具有間隙(138; 466 )。
7.一種製冷系統(220; 350)，所述製冷系統包括 根據權利要求I所述的壓縮機(20)； 通過所述壓縮機的製冷劑再循環流路(252)； 第一熱交換器(256)，所述第一熱交換器沿所述流路設置在所述壓縮機下遊；膨脹裝置(262; 262』)，所述膨脹裝置沿所述流路設置在所述第一熱交換器下遊；以及 第二熱交換器(264; 264』)，所述第二熱交換器沿所述流路設置在所述膨脹裝置下遊。
8.根據權利要求7所述的製冷系統，其中 製冷劑注料包括按重量計至少50%的二氧化碳。
9.根據權利要求7所述的製冷系統，其中 不存在附加的油分離器。
10.根據權利要求7所述的製冷系統，其中 所述曲軸的旋轉軸線在水平線的20°內。
11.根據權利要求7所述的製冷系統，其是製冷運輸系統，並且還包括 容器(324 )，所述第二熱交換器設置成冷卻所述容器的內部(326 )。
12.根據權利要求7所述的製冷系統，其是固定制冷系統，並且還包括 多個製冷空間(356);以及 多個所述第二熱交換器(264』)，每個第二熱交換器定位成冷卻相關的所述製冷空間。
13.一種操作根據權利要求I所述的壓縮機的方法，其中 所述馬達被提供動力以驅動所述曲軸並且提供所述活塞的往復運動； 所述活塞的運動在抽吸通道中產生吸力； 所述吸力將所述製冷劑以及被夾帶在所述製冷劑中的油通過所述入口抽吸到壓縮機中； 所述製冷劑和被夾帶的油的至少一部分朝向所述壁縱向傳送通過所述轉子和所述定子之間的空間；以及 所述機構使所述流偏轉。
14.根據權利要求13所述的方法，其中 所述流的偏轉使所述油被分離並聚結。
15.一種用於再處理壓縮機的構造或者再製造壓縮機的方法，所述方法包括 添加唇部以形成用於聚結油的機構，以得到如權利要求I所述的壓縮機或者所述壓縮機的構造。
全文摘要
一種壓縮機(20)包括外殼(22)和曲軸(38)。外殼具有多個氣缸(30,32)。對於每個氣缸，壓縮機包括活塞(34)，所述活塞被安裝成至少局部地在所述氣缸內往復運動。連杆(36)將每個活塞聯接到所述曲軸。所述外殼的電動馬達室(50)具有定子(42)和轉子(40)。轉子安裝到曲軸。外殼具有位於所述馬達室和所述曲軸箱室/貯槽(52)之間的壁(56)。所述壁支承用於聚結夾帶在製冷劑流(522)中的油的特徵(120,132;420;460)，所述製冷劑流離開所述轉子和所述定子之間的間隙(90)以防止所述油進入到所述氣缸中。
文檔編號F25B31/02GK102812312SQ201080060811
公開日2012年12月5日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年1月6日
發明者P.J.弗拉尼根 申請人:開利公司