CN100432437C - 齿轮型压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿轮型压缩机，包括有压缩机本体，电机，该结构还包括利用电机的驱动力把从蒸发器流进的冷媒进行压缩的齿轮型压缩部及把从压缩机流出并流经冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮型膨胀部组成。在齿轮型压缩部和齿轮型膨胀部中的外部齿轮外圆周面上至少设置一个直条状油槽，油槽的长度方向是与外部齿轮的外圆周面垂直，与电机的旋转轴方向平行。通过提供齿轮型压缩机，可以提高制冷系统的性能系数。使用二氧化碳等冷媒代替传统的冷媒，有利于环境保护。齿轮型压缩机的结构还可以减少压缩机运行时的振动和噪音，可以使润滑油有效地扩散在压缩部以及膨胀部的各气缸和外部齿轮之间的接触面，可以减少摩擦，降低机械磨损。

Description

齿轮型压缩机

技术领域

本发明是有关齿轮型压缩机的发明，特别是提供一种可以提高制冷系统的性能系数的齿轮型压缩机。同时，本发明中的润滑油可以有效地润滑气缸和外部齿轮之间的接触面全表面，可以防止因摩擦带来的机械能损失。

背景技术

通常，压缩机是利用电机或汽轮机的动力，向空气、冷媒等工作流体加压，提高工作流体压力的一种机器。这种压缩机广泛应用于空调、冰箱等家电领域以及生产领域。

压缩机按压缩类型，可分为容积形压缩机(positive displacementcompressor)和涡轮形压缩机。

其中，广泛应用于生产领域的是容积形压缩机，容积形压缩机是通过减少体积增加压力的工作方式。容积形压缩机可分为往复式压缩机(reciprocating compressor)和旋转式压缩机。

往复式压缩机利用气缸内部活塞的往复运动压缩流体，往复式压缩机的优点是可以用较小的机械构造产生较高的压缩效率，但是，往复式压缩机因活塞的往复运动，存在旋转速度受限的问题。同时，还因为活塞的惯性产生比较大的振动。

旋转式压缩机利用气缸内部偏心压缩辊的公转压缩工作流体，旋转式压缩机与往复式压缩机相比，可以用较低的速度得到较高的压缩效率。而且，旋转式压缩机还具备振动低，噪音小的优点。

旋转式压缩机为了在一定旋转速度下变化流量，需要把剩余的空气进行排放，并为了应付排出剩余空气时的压力增大，需要设置稳定装置，因此，结构比较复杂。

在旋转式压缩机中，如果各部件之间的缝隙不保持一致，则容易产生压缩气体的泄漏，导致性能下降。一旦产生磨损时，则性能会急剧下降。因此，加工时需要保证很高的精度。

另外，在压力急剧变化时，容易产生轴承损坏的现象。总之，上述旋转式压缩机和往复式压缩机各自具有不同的性能以及优缺点。

制冷回路作为一种热力学定义上的回路，其目的在于通过作功降低低温部的温度，形成这种制冷回路的系统叫做制冷系统。制冷系统主要应用于冰箱，空调等。

如图1所示，制冷系统由压缩机30、冷凝器50、膨胀阀40、蒸发器60组成。压缩机30把冷媒压缩成高温高压状态，从压缩机30中流出的冷媒在冷凝器50中向外放出热量后冷凝成液态，膨胀阀40使冷凝器50排出的冷媒隔热膨胀，急剧降低冷媒的压力。流过膨胀阀40的冷媒在蒸发器60中，从外部吸收热量被蒸发成气态。

图2为图1的冷冻系统P-h关系示意图，图中表明利用外部功(Wc)，压缩机30压缩冷媒(1→2)，而压缩机30中被压缩的冷媒通过冷凝器50向外放出热量(2→3)。流过冷凝器50后的冷媒，流过膨胀阀40时，被隔热膨胀(3→4)，之后再流过蒸发器60时从外部吸收热量(4→1)。流过蒸发器60的冷媒从新流进压缩机30中。制冷系统的性能系数(COP；coefficient of performance)的定义为，低温部从蒸发器60吸收的热量(QH)比压缩机的功(Wc)。

为了组成高效的制冷系统，需要选择适当的冷媒的同时使压缩机具有更有效的结构。由于传统的氟利昂对臭氧层有一定的破坏作用，最近对CO₂等替代冷媒受到重视。因此需要使用替代冷媒时也能确保冷媒不发生泄漏并具有机械结构上的可信度的压缩机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种提高制冷系统的性能系数并具有新结构的齿轮型压缩机。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种齿轮型压缩机，包括有压缩机本体，电机，其中：该结构还包括利用电机的驱动力把从蒸发器流进的冷媒进行压缩的齿轮型压缩部及把从压缩机流出并流经冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮型膨胀部。

所述齿轮型压缩部包括有与电机的旋转轴固定连接的主轴承、压缩气缸、压缩部的外部齿轮、压缩部的内部齿轮及膨胀板兼压缩板，主轴承固定在电机的下方，压缩气缸与主轴承连接并设置在其下方，外部齿轮以可旋转的方式设置在压缩气缸的内侧空间，从电机旋转轴接收动力进行旋转的内部齿轮设置在外部齿轮内侧，并与外部齿轮啮合而压缩冷媒，膨胀板兼压缩板与压缩气缸连接并设置在其下方。

所述齿轮型膨胀部包括有膨胀板兼压缩板、膨胀气缸、膨胀部的外部齿轮、膨胀部的内部齿轮及与电机的旋转轴固定连接的副轴承，所述膨胀气缸设置在膨胀板兼压缩板的下方并与之连接，外部齿轮以可旋转的方式设置在膨胀气缸的内侧空间，从电机旋转轴接收动力进行旋转的内部齿轮设置在外部齿轮内侧，并与外部齿轮啮合而使冷媒膨胀，副轴承设置在膨胀气缸的下方并与之连接。

所述压缩部和膨胀部的外部齿轮外圆周面上分别至少设置一个直条状油槽，油槽的长度方向是与外部齿轮的外圆周面垂直，与电机的旋转轴方向平行。

分别设在压缩部和膨胀部的外部齿轮外圆周面上的油槽为锯齿形形状、波纹形状、螺旋形状之一种形状。

在压缩气缸和膨胀气缸的本体内部，分别按半径方向设有供油孔。

本发明的效果是通过提供齿轮型压缩机，可以提高制冷系统的性能系数。本发明中使用二氧化碳等冷媒代替传统的冷媒，提供有利于环境保护的压缩机。使用二氧化碳作为冷媒，其使用期比较长，而且没有毒性，并具有非可燃性特点。而且价格低，资源丰富，没有回收的必要。由于二氧化碳容易溶解在润滑油中，而且制冷量是单位体积CFC系列R-22的5倍。因此，进行同一功率的制冷时，其工作体积非常小，压缩比率也很小。本发明提供的齿轮型压缩机中，内部齿轮和外部齿轮的力和力矩比较均衡，因此可以减少压缩机运行时的振动和噪音。同时，可以使润滑油有效地扩散在压缩部以及膨胀部的各气缸和外部齿轮之间的接触面，减少摩擦，降低机械磨损。在齿轮型压缩机中，膨胀板和压缩板是同一部件，可以减少部件数和简化组装工序。

附图说明

图1为普通制冷系统构成框图；

图2为图1的冷冻系统P-h关系示意图；

图3为本发明的齿轮型压缩机结构示意图；

图4A为图3的I-I横剖面图；

图4B为图3的II-II横剖面图；

图5为图4中的外部齿轮正面图；

图6为采用本发明的压缩机制冷系统构成框图。

图中：

1：外壳        100：吸入管

110：电源端子  120：底座板

2：电机        200：定子

210：转子      220：轴

3：压缩部      300：主轴承

300a：吸入口   310：压缩气缸

310h：供油孔            320：外部齿轮

320a：齿槽              320g：油槽

330：内部齿轮           330a：齿顶

340：膨胀板兼压缩板     340a：排出口

350：压缩部副吸入管     360：压缩部排出管

4：膨胀部               410：膨胀气缸

410g：供油孔            420：外部齿轮

420g：油槽              420a：齿槽

430：内部齿轮           430a：齿顶

440：副轴承             440a：吸入口

440b：排出口            450：膨胀部吸入管

460：膨胀部排出管       5：冷凝器

6：蒸发器

具体实施方式

下面，参照图3到图6，对本发明提供的实施例进行详细说明。

图3为本发明的齿轮型压缩机结构示意图，图4A为图3的I-I横剖面图，图4B为图3的II-II横剖面图，图5为图4中的外部齿轮正面图，图6为采用本发明的压缩机后制冷系统构成框图。

本发明中的齿轮型压缩机包括外壳1，电机2，齿轮型压缩部3，齿轮型膨胀部4组成。外壳1具有一定的内部空间，电机2设置在外壳1内部。齿轮型压缩部3利用电机2提供的动力，对蒸发器6排出的冷媒进行压缩。压缩部3排出的冷媒流过冷凝器5后重新流入压缩机内部，被齿轮型膨胀部4膨胀。

电机2由设置在外壳1内壁上的定子200及设置在定子200中心部位的转子210组成，通过电源端子110接通电源后，转子210进行旋转。

齿轮型压缩部3包括主轴承300、压缩气缸310、外部齿轮320、内部齿轮330、膨胀板兼压缩板340组成。与电机的旋转轴连接的主轴承300并固定在外壳1的电机下方，环形压缩气缸310与主轴承300连接，设置在其下方。外部齿轮320以可旋转的方式设置在压缩气缸310的内侧空间，从电机接收动力进行旋转的内部齿轮330设置在外部齿轮320内侧，并与外部齿轮320啮合，压缩冷媒。膨胀板兼压缩板340与压缩气缸310连接，并设置在其下方。

位于压缩气缸310内部的外部齿轮320外圆周面上，形成多个直条状油槽320g。油槽320g的长度方向是与外部齿轮320外圆周面垂直，与电机旋转轴方向平行。

多个油槽320g按圆周方向隔着一定间隔形成在外部齿轮320的外圆周面上。

油槽320g可以连接在外部齿轮320的上部面或下部面，但是为了防止冷媒泄漏，最好是避免与外部齿轮320的上部面或下部面连接。

在外壳1的一侧，设置吸入管100，用于向外壳1内部吸入冷媒。在外壳1的下部，具有底座板120，用于设置压缩机。

在主轴承300上，与之连接设置压缩部副吸入管350，压缩部副吸入管350用于把流进外壳1内部的冷媒通过压缩气缸310送向外部齿轮320的内侧空间。在膨胀板兼压缩板340上，设置排出管360，排出管360用于把压缩后的冷媒送向冷凝器5。

压缩部副吸入管350外露在盛放在外壳1内部的润滑油液面上方。

压缩部的上、下部的润滑油没有相互分开，而是通过槽3g相互连通。槽3g垂直形成在压缩气缸310和主轴承300以及膨胀板兼压缩板340的外圆周面上。

齿轮型膨胀部4包括膨胀板兼压缩板340、膨胀气缸410、外部齿轮420、内部齿轮430、与电机的旋转轴连接的副轴承440组成。环形膨胀气缸410设置在膨胀板兼压缩板340的下方，并与之连接。外部齿轮420以可旋转的方式设置在膨胀气缸410的内侧空间，从电机接收动力进行旋转的内部齿轮430设置在外部齿轮420内侧，并与外部齿轮420啮合，使冷媒膨胀。副轴承440设置在膨胀气缸410的下方，并与之连接。

位于膨胀气缸410内侧的外部齿轮420外圆周面上，形成多个直条状油槽420g。油槽420g的长度方向是与外部齿轮420外圆周面垂直，与旋转轴方向一致。

多个油槽420g按圆周方向隔着一定间隔形成在外部齿轮420的外圆周面上。

油槽420g可以连接在外部齿轮420的上部面或下部面，但是为了防止冷媒泄漏，最好是避免与外部齿轮420的上部面或下部面连接。

在副轴承440的一侧，设置膨胀部吸入管450，用于把流过冷凝器5的冷媒吸入到膨胀气缸410内侧。在副轴承440的另一侧，设置膨胀部排出管460，用于把膨胀后的冷媒送向蒸发器6中。

在主轴承300上，设有吸入口300a。在膨胀板兼压缩板340上，设有排出口340a。在副轴承440的一定位置上分别形成吸入口440a和排出口440b。膨胀部4的外形尺寸和齿轮尺寸比压缩部3的外形尺寸小。副轴承440和膨胀气缸410的外形尺寸比主轴承300和压缩气缸310以及膨胀板兼压缩板340的外形尺寸小为宜。从而，在齿轮型压缩部3的压缩板340上容易连接压缩部排出管360。

之所以把齿轮型膨胀部4的外形尺寸设计成比压缩部的外形尺寸小，其原因是由于膨胀部4的齿轮尺寸比压缩部3侧齿轮尺寸小。这是因为与通过吸入口440a流入膨胀部4的冷媒相比，通过吸入口300a流入压缩部3中的冷媒具有更小的密度，在质量相同时压缩部内的冷媒体积更大。从而，为了使膨胀过程和压缩过程的质量流量相同，需要使膨胀过程的工作体积小于压缩过程中的工作体积。因此，膨胀部4的齿轮尺寸比压缩部3的齿轮尺寸小。

但是，齿轮尺寸之间的差异与压缩气缸310和膨胀气缸410之间的外形尺寸差并没有直接的关联。

下面，参照图3到图6，对本发明中的压缩机作用进行说明。

如图3到图6所示，随着电机2的工作，在齿轮型压缩部3中进行冷媒的压缩。在压缩部3中被压缩的冷媒通过通路流进冷凝器5中，并在流过冷凝器5时，向外放出热量。

流过冷凝器5后的冷媒，通过通路流进本发明中的压缩机膨胀部4中，冷媒流过膨胀部4时进行膨胀。

流过膨胀部4后的冷媒流进蒸发器6中，冷媒流过蒸发器6时，从外部吸收热量。

流过蒸发器6后，冷媒重新流进压缩部3中。反复进行这种循环流动，形成制冷回路。

参照图3，在制冷回路中，对本发明提供的压缩机对冷媒进行压缩以及膨胀的过程，进行详细说明。

首先，安装在外壳1内壁的电机上接通电源，使定子200和转子210之间产生电磁作用，使转子210进行旋转。这时，通过设置在外壳1上端部的吸入管100向外壳1内部流进冷媒。

流进外壳1内部的冷媒通过连接在主轴承300上的副吸入管350，流进外部齿轮320的内侧空间。这时，流过压缩部副吸入管350的冷媒，通过与外部齿轮320内侧空间连通的主轴承300的吸入口300a，流进外部齿轮320的内侧空间。

流进外部齿轮320的内侧空间后，冷媒在与电机轴220结合的内部齿轮330旋转作用下被逐渐压缩，之后流过形成在膨胀板兼压缩板340上的排出口340a，通过与排出口340a连接的压缩部排出管360流出，被送向冷凝器5。这里，压缩部3的排出口340a面积比吸入口300a小。

在冷凝器5中进行热交换后的冷媒，重新流进本发明提供的压缩机齿轮型膨胀部4中。在冷凝器5中进行热交换后的冷媒，流过连接在副轴承440一侧的膨胀部吸入管450，通过副轴承440的吸入口440a流进外部齿轮420内侧空间。冷媒流进上述外部齿轮420内侧空间后，在与电机轴220结合的内部齿轮430旋转作用下，渐渐膨胀。之后，通过形成在副轴承440另一侧的排出口440b被排出，流过连接在排出口440b的排出管460，流向蒸发器。

膨胀部4的排出口440b面积比吸入口440a面积大。

与上述实施例中的情况相同，齿轮型压缩部3和齿轮型膨胀部4最好是设置在同一外壳1内部，但也可以分别设置在不同的外壳1内。电机2也可以设置在外壳1外部，只要能产生动力即可采用任何驱动装置。

另外，图4A是图3的I-I断面图，显示组成压缩部3的内部齿轮330和外部齿轮320几何学意义上的形态。

外部齿轮320的齿槽320a数量比内部齿轮330齿顶330a的数量大，与电机轴220结合在一起进行旋转的内部齿轮330旋转中心位于偏心位置，外部齿轮320的旋转中心也位于偏心位置。

通常，内部齿轮330齿顶330a的个数比外部齿轮320齿槽320a的个数少，而齿顶具有圆滑的弯曲形状为宜。

图4B为图3的II-II剖面图，显示组成膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420几何学意义上的形态。膨胀部4的内部齿轮430和外部齿轮420结构与压缩部3的内部齿轮和外部齿轮结构相同，只是大小不同。

与具有其他结构的压缩机相比，本发明提供的压缩机压缩冷媒时产生的力矩变化量非常小。

本发明提供的压缩机与往复式压缩机相比，力矩变化量非常小。

本发明提供的齿轮型压缩机压缩以及膨胀冷媒时，内部齿轮330、430和外部齿轮320、420一起旋转，保持力矩上的均衡，从而振动和噪音比较低。

本发明提供的齿轮型压缩机中，内部齿轮330、430的多个齿顶330a、430a和外部齿轮320、420的多个齿槽320a、420a啮合，可以防止内部齿轮向外部齿轮传送的力集中在某一点。

本发明提供的齿轮型压缩机中，内部齿轮330、430的齿顶330a、430a和外部齿轮320、420的齿槽320a、420a之间在啮合点上的速度差非常小。

本发明提供的齿轮型压缩机可以用二氧化碳作为冷媒使用。二氧化碳作为冷媒，其使用期比较长，而且没有毒性，并具有非可燃性特点。而且价格较低，资源丰富，没有回收的必要。二氧化碳容易溶解在润滑油中，而且制冷量是单位体积CFC系列R-22的5倍。因此，进行同一功率的制冷时，其工作体积非常小，压缩比率也很小。

本发明提供的齿轮型压缩机，可以通过采用二氧化碳作为冷媒，使上述优点充分发挥。

本发明提供的齿轮型压缩机中，组成压缩部3的压缩气缸310和其内侧外部齿轮320之间的接触面上，以及组成膨胀部4的膨胀气缸410和其内侧外部齿轮420之间的接触面上产生相对运动带来的摩擦，发生动能损失。

如图5所示，在外部齿轮320、420的外圆周面上，形成多个具有垂直线状态的油槽320g、420g。润滑油与冷媒一起流入停留在外部齿轮320、420外圆周面的油槽320g、420g内。外部齿轮320、420进行旋转时，油槽320g、420g内的润滑油在外部齿轮的旋转作用下，扩散在接触面的整个表面，减少各气缸310、410和外部齿轮320、420之间的摩擦，降低机械磨损。

上述油槽320g、420g可以连接在外部齿轮的上部面或下部面，但是为了防止冷媒泄漏，最好是避免与外部齿轮的上部面或下部面连接。设在各外部齿轮320、420外圆周面上的油槽320g、420g可以具有锯齿形形状或波纹形状或螺旋形状。在各外部齿轮320、420外圆周面上形成油槽320g、420g的基础上，可以在在压缩气缸310中增设供油孔310h，提高润滑油流入量。

如图4A的局部放大所示，在旋转的外部齿轮320外圆周面上润滑油220的流速很快，而压缩气缸310的供油孔310h出口侧润滑油220流速比较低。在速度差的作用下，压缩气缸310外侧的润滑油220会通过供油孔310h持续流入压缩气缸310和外部齿轮320之间的缝隙。

同理，膨胀气缸410和其内侧外部齿轮420之间也流进润滑油220，润滑油220的最低水位是压缩气缸310的顶面位置。

按半径方向设在压缩气缸310或膨胀气缸410主体内部的供油孔310h、410h，其半径方向的外侧可以比内侧高，可以具有倾斜结构。

这种情况下，外部齿轮320、420周围的速度差以外，供油孔310h、410h的出口和入口之间的势能差也对润滑油的流动产生作用，让润滑油更加顺畅地流进各外部齿轮320、420和气缸310、410之间的接触面。

另外，本发明提供的齿轮型压缩机中，膨胀板和压缩板是同一部件，因此可以减少部件数和简化组装工序。

Claims (6)

1、一种齿轮型压缩机，包括有压缩机本体，电机，其特征是：该结构还包括利用电机的驱动力把从蒸发器流进的冷媒进行压缩的齿轮型压缩部及把从压缩机流出并流经冷凝器后重新流入的冷媒进行膨胀的齿轮型膨胀部；

所述齿轮型压缩部包括有与电机的旋转轴固定连接的主轴承、压缩气缸、压缩部的外部齿轮、压缩部的内部齿轮及膨胀板兼压缩板，主轴承固定在电机的下方，压缩气缸与主轴承连接并设置在其下方，外部齿轮以可旋转的方式设置在压缩气缸的内侧空间，从电机旋转轴接收动力进行旋转的内部齿轮设置在外部齿轮内侧，并与外部齿轮啮合而压缩冷媒，膨胀板兼压缩板与压缩气缸连接并设置在其下方；

所述齿轮型膨胀部包括有膨胀板兼压缩板、膨胀气缸、膨胀部的外部齿轮、膨胀部的内部齿轮及与电机的旋转轴固定连接的副轴承，所述膨胀气缸设置在膨胀板兼压缩板的下方并与之连接，外部齿轮以可旋转的方式设置在膨胀气缸的内侧空间，从电机旋转轴接收动力进行旋转的内部齿轮设置在外部齿轮内侧，并与外部齿轮啮合而使冷媒膨胀，副轴承设置在膨胀气缸的下方并与之连接。

2、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：所述压缩部和膨胀部的外部齿轮外圆周面上分别至少设置一个直条状油槽，油槽的长度方向是与外部齿轮的外圆周面垂直，与电机的旋转轴方向平行。

3、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：分别设在压缩部和膨胀部的外部齿轮外圆周面上的油槽具有锯齿形形状。

4、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：分别设在压缩部和膨胀部的外部齿轮外圆周面上的油槽具有波纹形状。

5、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：分别设在压缩部和膨胀部的外部齿轮外圆周面上的油槽具有螺旋形状。

6、根据权利要求1所述的齿轮型压缩机，其特征是：在压缩气缸和膨胀气缸的本体内部，分别按半径方向设有供油孔。

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