线性压缩机及其供油润滑方法
【专利摘要】本发明提出了一种线性压缩机及其供油润滑方法，该线性压缩机具有容放有制冷介质和润滑油的外壳，在该外壳内收装有气缸、活塞及活塞轴，气缸与活塞轴之间形成间隙，在气缸的一端于其外圆周表面配置有法兰盘，在该法兰盘上固定有气缸盖，在气缸的端部于气缸盖的内侧设有排气阀，由该排气阀将活塞、气缸及气缸盖所围成的空间分成相连通的压缩腔和排气腔，线性压缩机具有分别与排气腔和间隙相连通的储油气腔，润滑油通过吸油管与压缩腔连接。润滑油借助活塞与气缸之间的相对运动经由吸油管进入压缩腔内，并在压缩腔内与制冷介质混合形成高压油气混合物，该高压油气混合物被排至排气腔内，其中，部分高压油气混合物进入储油气腔内，且填充在间隙内。
【专利说明】线性压缩机及其供油润滑方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种线性压缩机及其供油润滑方法。
【背景技术】
[0002]如图1所示，现有线性压缩机具有外壳1，在外壳I的底部形成一凹部，在该凹部中储存有润滑油。外壳I上还设有用以将制冷介质导入外壳I内的进气管11和用以将制冷介质导出的排气管12。在外壳I内收装有呈圆筒形的壳体13，在该壳体13内收装有均呈圆筒形的外定子14、动子15、内定子16、置于内定子16内的线圈17、气缸2等部件，其中，气缸2在壳体13内沿其轴向居中设置，活塞3和与其形成于一体的活塞轴4置于气缸2内。在气缸2的外圆周表面上套装有内定子16，外定子14固定在壳体13的内壁上且处于内定子16的外侧。动子15位于外定子14与内定子16之间,其由位于外定子14与内定子16之间的磁铁15a和用以固定该磁铁15a的动子框架15b组成，且动子框架15b与活塞轴4的远离活塞3的一端相连接。
[0003]在气缸2的端部于其外圆周表面配置有用以固定内定子16的法兰盘5，在该法兰盘5上固定有呈盘状的气缸盖6。在气缸2的靠近活塞3的端部设有排气阀21，由活塞3的端部、气缸2的内壁以及排气阀21共同围成压缩腔A，由排气阀21、气缸2的外壁、气缸盖6的内表面共同围成排气腔B，该排气腔B与压缩腔A通过排气阀21相连通，由压缩腔A和排气腔B构成线性压缩机的工作腔。排气管12的一端与排气腔B连通，其另一端穿过外壳I而与外界或其他部件连通。
[0004]在活塞轴4内沿其轴向开设有吸气腔D，该吸气腔D的远离活塞3的一端通常呈敞口状。在活塞3内沿其轴向开设有通孔31，吸气腔D通过该通孔31与压缩腔A连通。在活塞3的端部于通孔31处通常设有用以控制吸气腔D与压缩腔A的连通状态的吸气阀(未示出)。在活塞3或活塞轴4的外壁与气缸2的内壁之间形成用以填充润滑油或气体的规定间隙，吸油管7的一端与该规定间隙连通，其另一端浸入润滑油中。
[0005]当线圈17通电时，由内定子16和外定子14形成的磁场的磁场强度发生变化,在磁场力的作用下，动子15沿其轴向(即图1中左右方向)来回运动，该动子15带动活塞3沿气缸2的轴向来回运动。填充在外壳I内的制冷介质借助活塞3与气缸2的相对运动依次经由吸气腔D、通孔31进入压缩腔A内，并在压缩腔A内被活塞3压缩。同时，润滑油也借助活塞3相对于气缸2的运动通过吸油管7进入规定间隙内以起到润滑作用。上述仅对现有技术中线性压缩机的具体结构进行了描述，值得注意的是，现有线性压缩机并不局限于图1所示结构，还可采用现有技术中的其他种种方式，在此不作赘述。
[0006]线性压缩机的活塞和活塞轴相对于气缸运动时，该活塞和活塞轴的外壁与气缸的内壁往往产生磨损，针对这个问题，通常在现有线性压缩机的活塞或活塞轴与气缸之间设置轴承，常用的轴承包括两种，具体为:
[0007]I)润滑油轴承，如图1所示，在气缸2与活塞轴4和活塞3之间的规定间隙中填充润滑油以形成油膜，利用该油膜支承活塞轴4和活塞3，减少活塞3与气缸2之间的磨损。然而，由于油膜本身承载力有限，当活塞3和气缸2处于高频运动时，油膜润滑效果降低，磨损会增加的很明显，导致线性压缩机的性能降低。另外，由于油的粘度有限，为了确保油膜对压缩腔A的密封效果，往往要求气缸2与活塞3之间的规定间隙很小，导致加工精度要求闻，容易提闻制作成本。
[0008]2)气体轴承,通常在气缸内壁上加工出若干个微孔,在该微孔或气缸与活塞的规定间隙中填充气体来形成。这种气体轴承能够确保活塞与气缸在高频运动时两者间的润滑效果，然而，气体轴承对气缸和活塞的加工精度依赖性强，并且，微孔容易被堵塞，其长期运转的可靠性难以保证。另外，由于气体粘度小，为了确保压缩腔的密封效果，往往要求气缸与活塞之间的规定间隙很小，导致加工精度要求高，容易提高制作成本。
[0009]可见，现有线性压缩机的上述两种轴承在提高线性压缩机性能和保证可靠性方面仍存在缺陷。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种有利于提高线性压缩机的性能且能够确保其运转可靠性的线性压缩机及其供油润滑方法。
[0011]为达到上述目的，本发明提出了一种线性压缩机，该线性压缩机的气缸与活塞轴之间形成有间隙，气缸的前端部形成工作腔，所述线性压缩机具有将润滑油供至所述工作腔的供油机构，所述工作腔与所述间隙相连通设置。所述润滑油能够借助线性压缩机的活塞与所述气缸之间的相对运动经由所述供油机构进入所述工作腔内，并在所述工作腔内与制冷介质混合形成高压油气混合物，该高压油气混合物经由所述工作腔进入所述间隙内，并填充在所述间隙内。
[0012]在所述活塞相对于所述气缸往复运动时，所述润滑油通过所述供油机构进入所述工作腔内，同时，填充在线性压缩机内的制冷介质也被吸入所述工作腔内，该制冷介质与所述润滑油在所述工作腔内相混合并被压缩形成高压油气混合物，该高压油气混合物被排至与所述工作腔相连通的所述间隙内，并填充在所述间隙内。由这部分高压油气混合物形成润滑油气环以起到“静压悬浮轴承”作用，进而支承线性压缩机的活塞轴和活塞，确保两者沿所述气缸的轴向进行往复运动，避免所述活塞或活塞轴偏离所述轴向运动，防止这两者与所述气缸内壁产生磨损，有利于提高所述线性压缩机的性能。
[0013]与仅在所述间隙内填充润滑油或气体相比，由于在所述间隙内填充所述高压油气混合物，在线性压缩机的活塞与气缸处于运动状态特别是高频运动状态时，能够确保所述活塞和活塞轴与气缸之间的润滑效果，避免所述活塞和活塞轴与气缸之间发生磨损。同时，所述高压油气混合物既能在所述间隙内形成油气环，也能填充至所述活塞与气缸配合的间隙空间，有利于提高对所述工作腔的密封效果。另外，还能够降低对加工精度的依赖性，有利于降低制作成本或后期维护成本。
[0014]优选的，所述活塞轴具有沿其轴向设置且与所述工作腔连通的吸气腔；所述供油机构包括将所述润滑油导入所述吸气腔的吸油管。
[0015]由于所述润滑油经由所述吸油管导入所述吸气腔内，且该吸气腔与所述工作腔连通，使所述润滑油依次经由所述吸油管、所述吸气腔而进入所述工作腔内，能够借助所述活塞轴的现有结构将所述润滑油导入所述工作腔内，使线性压缩机的结构更加紧凑。[0016]优选的，还包括一储油气腔，所述工作腔与所述间隙通过该储油气腔相连通。
[0017]由于所述工作腔与所述间隙通过该储油气腔相连通，所述润滑油借助线性压缩机的活塞与所述气缸之间的相对运动经由所述供油机构进入所述工作腔内，并在所述工作腔内与制冷介质混合形成高压油气混合物；该高压油气混合物进入所述储油气腔内，并经由该储油气腔进入所述间隙且填充在该间隙内。通过所述储油气腔能够储存一定的高压油气混合物，在所述线性压缩机的吸气过程中，即使所述排气腔中未排出高压油气混合物，也能确保向所述间隙处供给所述高压油气混合物以保证轴承效果。同时，通过所述储油气腔还能够储存从所述高压油气混合物中回收的润滑油。
[0018]优选的，所述工作腔包括压缩腔、与压缩机排气管连通的排气腔，并两者相连通设置；所述排气腔与所述储油气腔相连通。
[0019]由于所述工作腔包括压缩腔和排气腔，并所述排气腔与所述储油气腔相连通，所述润滑油进入所述压缩腔内，并在所述压缩腔内与制冷剂气体混合形成高压油气混合物，该高压油气混合物被排至所述排气腔内，部分高压油气混合物由所述排气腔进入所述储油气腔内，然后由该储油气腔进入所述间隙内，并填充在所述间隙内。
[0020]优选的，所述气缸的内壁和/或活塞轴的外壁上设有沿周向分布的凹槽，由所述气缸的内壁与活塞轴的外壁、所述凹槽共同构成所述间隙；所述间隙至所述工作腔的连通处设置于所述凹槽处。
[0021]由于设有所述凹槽，在所述凹槽内能够预存一定量的润滑油，避免所述线性压缩机处于启动状态时因所述高压油气混合物无法供至所述间隙内而导致所述气缸内壁与所述活塞/活塞轴外壁产生磨损。
[0022]优选的，在所述气缸的内壁和/或活塞轴的外壁上设置有与所述凹槽连通的轴向凹纹。
[0023]由于设有所述轴向凹纹，能够将所述高压油气混合物沿所述轴向导入所述气缸内壁与所述活塞/活塞轴外壁之间的间隙内，有利于提高对所述活塞轴的支承能力以及对所述工作腔的密封效果。
[0024]本发明还提出了一种线性压缩机的供油润滑方法，所述供油润滑方法包括:在气缸前端部的工作腔内形成的制冷介质和润滑油的高压混合物经过一连接通道进入所述气缸与活塞轴间的间隙内，形成润滑油膜。所述供油润滑方法与前述线性压缩机所具有的有益效果相同，故在此不做赘述。
[0025]优选的，所述润滑油通过所述线性压缩机的活塞的往复运动被吸入所述工作腔内。
[0026]优选的，包含所述润滑油的所述高压混合物在被压缩机排放时部分进入所述间隙内。
[0027]优选的，所述间隙内的包含所述润滑油的高压混合物，沿所述活塞轴的轴向填充至所述活塞轴和活塞的外壁周围。
[0028]可选的，所述吸油管采用多孔材料制成。由于所述吸油管采用多孔材料制成，则所述制冷介质能够经由所述多孔材料上的孔进入所述吸油管内，使得所述润滑油和制冷介质能够借助线性压缩机的活塞与所述气缸之间的相对运动一并经由所述吸油管进入所述工作腔内，能够确保在所述工作腔内形成高压油气混合物，同时，使所述线性压缩机的结构更加紧凑。
[0029]可选的，所述线性压缩机还包括法兰盘，在所述法兰盘和所述气缸上开设有依次连通的通道，所述储油气腔通过该通道与所述间隙连通。由于在所述法兰盘和所述气缸上直接开设有所述通道，使所述线性压缩机的整体结构更加紧凑。
[0030]可选的，在所述法兰盘与所述气缸相结合的部位形成斜面部，所述通道的一部分形成于该斜面部上，有利于缩短所述通道的形成路径，使所述线性压缩机的结构更加紧凑。
[0031]可选的，在所述排气腔与所述储油气腔之间设有狭小开口，两者通过该狭小开口相连通。通过狭小开口能够限定所述高压油气混合物在所述排气腔与所述储油气腔这两者之间的流通，由此，避免所述储油气腔内的高压介质回流至所述排气腔内，以确保在所述储油气腔内始终填充有高压油气混合物。
[0032]可选的，在所述排气腔与所述储油气腔之间设有控制阀，由该控制阀控制所述排气腔与所述储油气腔之间的连通状态。通过控制阀能够控制所述排气腔与所述储油气腔之间的连通状态，由此，避免所述储油气腔内的制冷介质回流至所述排气腔内，确保在所述储油气腔内填充有高压油气混合物。
[0033]可选的，在所述排气腔内于所述排气管的入口处配置有气液分离装置。通过气液分离装置能够将所述润滑油从所述高压油气混合物中分离出来，避免润滑油随着制冷介质经由所述排气管直接排出。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为现有技术中线性压缩机的结构示意图；
[0035]图2为本发明中线性压缩机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面参照图2所示对本发明所述线性压缩机的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0037]如图2所示，法兰盘5和气缸盖6这两者均呈不对称的盘状，法兰盘5具有位于排气腔B下方的法兰盘侧壁52，气缸盖6具有位于排气腔B下方的气缸盖侧壁61，这两者相对设置且两者之间具有一定间隔，法兰盘侧壁52的边缘与气缸盖侧壁61的边缘沿朝向彼此的方向弯曲且相互对接，由此，由法兰盘侧壁52与气缸盖侧壁61这两者共同围成一腔体，即为储油气腔C。在排气腔B与储油气腔C之间设有一狭小开口 9，两者通过该狭小开口 9相连通。通过狭小开口 9能够限定下述高压油气混合物在排气腔B与储油气腔C这两者之间的流通，避免储油气腔C内的高压介质回流至排气腔B中，以确保在储油气腔C内始终填充有高压油气混合物。
[0038]法兰盘5配置于气缸2的外圆周表面上，在法兰盘5与气缸2相结合的部位形成斜面部51。在法兰盘侧壁52、斜面部51以及气缸壁部上依次开设有相贯通的通道8。通道8的一端与储油气腔C相连通，其另一端与下述的间隙E相连通，其中，在法兰盘侧壁52的内壁上于通道8的入口端设有扩口部81。由于形成有斜面部51，有利于缩短通道8的形成路径，使线性压缩机的结构更加紧凑。
[0039]在活塞轴4的外壁上设有沿其径向凹进的第一槽41 (构成本发明所述凹槽)，该第一槽41沿活塞轴4的轴向延伸一定长度，且该第一槽41形成在活塞轴4的整个外圆周方向上。在气缸内壁上于通道8的出口端开设有第二槽82，该第二槽82沿气缸2的内圆周向设置，且与第一槽41相对设置。由气缸2的内壁、活塞轴4和活塞3的外壁、第二槽82与第一槽41共同构成间隙E。在活塞轴4的外壁上于第一槽41的两侧分别形成沿活塞轴4的轴向延伸的轴向凹纹(未示出)，下述高压油气混合物中的润滑油沿该轴向凹纹蔓延。值得注意的是，对于【背景技术】中所提到的润滑油轴承或气体轴承来说，活塞轴4与气缸2之间的规定间隙范围为:(0.3?0.553) X 10_3XD，D为气缸直径；而本发明中，间隙E的范围是前述常规间隙的两倍，从而能够降低加工精度和制作成本。由上述储油气腔C、通道8构成供油润滑方法中所述的连接通道。
[0040]与吸气腔D相连通还设有吸油管7(构成供油机构)，该吸油管7由多孔材料(例如，玻璃纤维)构成，其一端经由吸气腔D的敞口端伸入吸气腔D内而与该吸气腔D连通，其另一端浸入润滑油中。润滑油能够借助活塞3与气缸2之间的相对运动依次经由吸油管7、吸气腔D、通孔31进入压缩腔A内。同时，由于吸油管7采用多孔材料制成，制冷介质能够经由多孔材料上的孔进入吸油管7内，且借助活塞3与气缸2之间的相对运动也进入压缩腔A内，能够确保在压缩腔A内形成下述的高压油气混合物，同时，使线性压缩机的结构更加紧凑。
[0041]另外，在排气腔B内还设有气液分离装置10，该气液分离装置10设置在排气管12的入口处，其用以将润滑油从下述的高压油气混合物中分离出来。
[0042]下面结合上述结构描述，对线性压缩机的供油润滑方法进行简单的描述。
[0043]在活塞3相对于气缸2往复运动时，润滑油和制冷介质通过吸油管7进入吸气腔D内，它们依次流经吸气腔D、通孔31而进入压缩腔A内；
[0044]润滑油与制冷介质在压缩腔A内相混合并被活塞3压缩，由此形成高压油气混合物，该高压油气混合物经由排气阀21被排至排气腔B内。在高压油气混合物排放的瞬间，由于排气腔B内具有较高的气压，在该气体压力作用下，部分高压油气混合物经由开口 9进入储油气腔C内；剩余高压油气混合物经由排气管12排出时被气液分离装置10分离成润滑油和制冷介质，其中，润滑油流入储油气腔C中，制冷介质经由排气管12排出；
[0045]由于在储油气腔C内填充有高压制冷介质，在该高压制冷介质的作用下，储油气腔C内的高压油气混合物经由通道8被压入间隙E内且充满整个间隙E，如此重复前述过程并依次循环。
[0046]由填充在间隙E内的高压油气混合物形成润滑油膜以起到“静压悬浮轴承”的作用，利用该“静压悬浮轴承”能够支承活塞轴4和活塞3，确保两者沿气缸2的轴向进行往复运动，避免活塞3或活塞轴4与气缸内壁之间产生磨损，有利于提高线性压缩机的性能。
[0047]与仅在间隙内填充润滑油或气体相比，由于在间隙E内填充高压油气混合物，在活塞3与气缸2处于运动状态特别是高频运动状态时，能够确保活塞3和活塞轴4与气缸2之间的润滑效果，提高线性压缩机运转的可靠性。同时，高压油气混合物既能在间隙E内形成油环也能利用油气混合介质填充气缸2和活塞3的间隙空间，有利于提高压缩腔A的密封效果。另外，还能够降低对加工精度的依赖性，有利于降低制作成本。
[0048]如图2所示，由于设有第一槽41，在第一槽41内能够预存一定量的润滑油，避免线性压缩机处于启动状态时因高压油气混合物无法到达间隙E内导致气缸内壁与活塞3或活塞轴4的外壁产生磨损。同时，由于在活塞轴4的外壁上于第一槽41的两侧设有轴向凹纹，能够将高压油气混合物沿轴向导入气缸内壁与活塞3或活塞轴4外壁之间的间隙内，有利于提高对活塞3和活塞轴4的支承能力以及对压缩腔A的密封效果。
[0049]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0050]例如，在上述实施例中，如图2所示，由法兰盘侧壁52与气缸盖侧壁61共同围成储油气腔C，即该储油气腔C与排气腔B、压缩腔A等形成于一体，并且，储油气腔C置于外壳I内。然而并非局限于此，还可单独设置一储油气腔C，通过连接件(例如，螺钉等)将该储油气腔C固定在法兰盘5或气缸盖6上。另外，如图2所示，储油气腔C设置于壳体13内，然而并非局限于此，在满足储油气腔C分别与排气腔B和间隙E相连通的条件下，储油气腔C也可置于壳体13外,或者外壳I外。
[0051 ] 又例如，在上述实施例中，排气腔B与储油气腔C连通，然而并非局限于此，也可将压缩腔A与储油气腔C连通，可在两者连通处设置一控制阀，由该控制阀控制压缩腔A与储油气腔C的连通状态。
[0052]又例如，在上述实施例中，如图2所示，吸油管7的一端浸入润滑油中，其另一端伸入吸气腔D内，经由吸气腔D、通孔31与压缩腔A连通，这样，能够简化线性压缩机的结构，使其结构更加紧凑。然而并非局限于此，吸油管7的另一端可直接与压缩腔A连通。
[0053]又例如，在上述实施例中，如图2所示，气缸2为长轴气缸，通道8的一部分和第二槽82均开设在气缸2的壁部上，然而并非局限于此，现有的线性压缩机配置有短轴气缸，且通过定子固定件来固定内定子16，此时，可在短轴气缸和定子固定件上开设通道8的一部分和第二槽82。
[0054]又例如，在上述实施例中，如图2所示，在活塞轴4的外壁上开设第一槽41，在气缸2的内壁上开设第二槽82，然而并非局限于此，还可在活塞轴4的外壁上开设第二槽，而在气缸2的内壁上开设第一槽。另外，在活塞轴4的外壁上于第一槽41的两侧设有供油气混合物蔓延的纹路，然而并非局限于此，还可在活塞轴4的外壁上于第一槽41的任一一侧设有纹路。
[0055]又例如，在上述实施例中，如图2所示，在排气腔B与储油气腔C之间设有狭小开口 9，通过该狭小开口 9实现两者连通。然而并非局限于此，在排气腔B与储油气腔C之间还可设有控制阀，由该控制阀控制排气腔B与储油气腔C之间的连通状态，由此，确保在储油气腔7内始终填充有高压油气混合物。
[0056]又例如，在上述实施例中，供油机构为吸油管，且该吸油管7由玻璃纤维制成，然而并非局限于此，该吸油管还可为带有小孔的硬质管。另外，本发明所要保护的重点是通过供油机构将润滑油供至压缩腔内，故供油机构并非局限于吸油管，也可是现有技术中的其他润滑油供应装置。
【权利要求】
1.一种线性压缩机，该线性压缩机的气缸(2)与活塞轴(4)之间形成有间隙(E)，气缸(2)的前端部形成工作腔，其特征在于，所述线性压缩机具有将润滑油供至所述工作腔的供油机构，所述工作腔与所述间隙(E)相连通设置。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，所述活塞轴(4)具有沿其轴向设置且与所述工作腔连通的吸气腔(D)； 所述供油机构包括将所述润滑油导入所述吸气腔(D)的吸油管(7)。
3.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，还包括一储油气腔(C)，所述工作腔与所述间隙(E)通过该储油气腔(C)相连通。
4.根据权利要求3所述的线性压缩机，其特征在于，所述工作腔包括压缩腔(A)、与压缩机排气管(12)连通的排气腔(B)，且两者相连通设置；所述排气腔(B)与所述储油气腔(C)相连通。
5.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，所述气缸(2)的内壁和/或活塞轴(4)的外壁上设有沿周向分布的凹槽，由所述气缸(2)的内壁与活塞轴(4)的外壁、所述凹槽共同构成所述间隙(E); 所述间隙(E)至所述工作腔的连通处设置于所述凹槽处。
6.根据权利要求5所述的线性压缩机，其特征在于，在所述气缸(2)的内壁和/或活塞轴(4)的外壁上设置有与所述凹槽连通的轴向凹纹。
7.—种线性压缩机的供油润滑方法，其特征在于，所述供油润滑方法包括: 在气缸前端部的工作腔内形成的制冷介质和润滑油的高压混合物经过一连接通道进入所述气缸(2 )与活塞轴(4)间的间隙(E)内，形成润滑油膜。
8.根据权利要求7所述的供油润滑方法，其特征在于，所述润滑油通过所述线性压缩机的活塞(3)的往复运动被吸入所述工作腔内。
9.根据权利要求7所述的供油润滑方法，其特征在于，包含所述润滑油的所述高压混合物在被压缩机排放时部分进入所述间隙(E)内。
10.根据权利要求7或9所述的供油润滑方法，其特征在于，所述间隙(E)内的包含所述润滑油的高压混合物，沿所述活塞轴(4)的轴向填充至所述活塞轴(4)和活塞(3)的外壁周围。
【文档编号】F04B39/00GK104033353SQ201310068881
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月4日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】闫赛娜, 李衡国, 宋斌, 赵志强, 许升, 李标 申请人:海尔集团公司, 海尔集团技术研发中心, 青岛海尔股份有限公司