涡旋压缩机及其润滑剂供给方法以及制冷/热泵系统与流程

本发明涉及一种涡旋压缩机以及制冷/热泵系统。

背景技术：
本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。涡旋压缩机通常包括由定涡旋部件和动涡旋部件构成的压缩机构。通常，定涡旋部件和动涡旋部件是通过所谓的油雾来实现润滑的。具体地，压缩机中的润滑剂由于压缩机中各种活动部件的运动而形成液滴或雾并且混合在工作流体中。混合在工作流体中的这些润滑剂液滴或雾从压缩机构的吸气口中吸入定涡旋部件和动涡旋部件之间限定的一系列压缩腔中以起到润滑、密封、冷却等作用。然而，这种油雾润滑方式所提供的润滑剂量或润滑效果与压缩机（更准确地，压缩机的电动马达）的转速相关。即，压缩机的转速越高，吸入压缩腔中的润滑剂量相对越大（或润滑效果越好），而压缩机的转速越低，吸入压缩腔中的润滑剂量相对越小（或润滑效果越差）。因此，在压缩机低速运转时，存在压缩机的压缩机构不能被充分润滑的风险。因此，希望能够以更好的方式实现压缩机构的润滑。

技术实现要素：
根据本发明实施方式的一个方面，提供了一种涡旋压缩机。该涡旋压缩机可包括：定涡旋部件，所述定涡旋部件包括定涡旋端板和形成在所述定涡旋端板上的螺旋状的定涡旋叶片；动涡旋部件，所述动涡旋部件包括动涡旋端板和形成在所述动涡旋端板上的螺旋状的动涡旋叶片，所述动涡旋叶片和所述定涡旋叶片彼此接合以在其间形成一系列压缩腔；以及润滑剂供给通道，所述润滑剂供给通道构造成将处于预定压力的润滑剂供给到其中一个压缩腔或其附近。根据本发明实施方式的另一个方面，提供了一种制冷/热泵系统，包括如上所述的涡旋压缩机。根据本发明实施方式的又一个方面，提供了一种涡旋压缩机的润滑剂供给方法，其中所述涡旋压缩机可包括：定涡旋部件，所述定涡旋部件包括定涡旋端板和形成在所述定涡旋端板上的螺旋状的定涡旋叶片；和动涡旋部件，所述动涡旋部件包括动涡旋端板和形成在所述动涡旋端板上的螺旋状的动涡旋叶片，所述动涡旋叶片和所述定涡旋叶片彼此接合以在其间形成一系列压缩腔；所述方法包括：将处于预定压力的润滑剂供给到其中一个压缩腔或其附近。附图说明通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：图1是包括根据本发明第一实施方式的涡旋压缩机的制冷/热泵系统的示意图；图2是根据本发明第一实施方式的涡旋压缩机的纵向剖视图；图3是根据本发明第一实施方式的涡旋压缩机的局部剖视的立体图；图4是根据本发明第一实施方式的涡旋压缩机中的定涡旋部件的俯视图；图5是根据本发明第一实施方式的变型的定涡旋部件的俯视图；图6是包括根据本发明的涡旋压缩机的制冷/热泵系统的第二实施方式的示意图；图7是根据本发明第三实施方式的涡旋压缩机的纵向剖视图；以及图8是他图7中A部分所指的局部放大图。具体实施方式下面对本发明各种实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。首先将参照图2描述涡旋压缩机的总体构造和运行原理。如图2所示，涡旋压缩机100（下文中有时也会称为压缩机）一般包括壳体110、设置在壳体110一端的顶盖112、设置在壳体110另一端的底盖114以及设置在顶盖112和壳体110之间以将压缩机的内部空间分隔成高压侧和低压侧的隔板116。隔板116和顶盖112之间的空间构成高压侧，而隔板116、壳体110和底盖114之间的空间构成低压侧。在低压侧设置有用于吸入流体的进气接头118，在高压侧设置有用于排出压缩后的流体的排气接头119。壳体110中设置有由定子122和转子124构成的马达120。转子124中设置有驱动轴130以驱动由定涡旋部件150和动涡旋部件160构成的压缩机构。动涡旋部件160包括端板164、形成在端板一侧的毂部162和形成在端板另一侧的螺旋状的叶片166。定涡旋部件150包括端板154、形成在端板一侧的螺旋状的叶片156和形成在端板的大致中央位置处的排气口152。在定涡旋150的螺旋叶片156和动涡旋160的螺旋叶片166之间形成一系列体积从径向外侧向径向内侧逐渐减小的压缩腔C1、C2和C3。其中，径向最外侧的压缩腔C1处于吸气压力，径向最内侧的压缩腔C3处于排气压力。中间的压缩腔C2处于吸气压力和排气压力之间，从而也被称之为中压腔。动涡旋部件160的一侧由主轴承座140的上部（即支撑部）支撑，驱动轴130的一端由设置在主轴承座140中的主轴承144支撑。驱动轴130的一端设置有偏心曲柄销132，在偏心曲柄销132和动涡旋部件160的毂部162之间设置有卸载衬套142。通过马达120的驱动，动涡旋部件160将相对于定涡旋部件150平动转动（即，动涡旋部件160的中心轴线绕定涡旋部件150的中心轴线旋转，但是动涡旋部件160本身不会绕自身的中心轴线旋转）以实现流体的压缩。上述平动转动通过定涡旋部件150和动涡旋部件160之间设置的十字滑环190来实现。经过定涡旋部件150和动涡旋部件160压缩后的流体通过排气口152排出到高压侧。为了防止高压侧的流体在特定情况下经由排气口152回流到低压侧，可以在排气口152处设置单向阀或排气阀170。为了实现流体的压缩，定涡旋部件150和动涡旋部件160之间需要有效密封。一方面，定涡旋部件150的螺旋叶片156的顶端与动涡旋部件160的端板164之间以及动涡旋部件160的螺旋叶片166的顶端与定涡旋部件150的端板154之间需要轴向密封。通常，在定涡旋部件150的端板154的与螺旋叶片156相反的一侧设置有背压腔158。背压腔158中设置有密封组件180，密封组件180的轴向位移受到隔板116的限制。背压腔158通过端板154中形成的轴向延伸的通孔（未示出）与中压腔C2流体连通从而形成将定涡旋部件150朝向动涡旋160压的力。由于动涡旋160的一侧由主轴承座140的支撑部支撑，所以利用背压腔158中的压力可以有效地将定涡旋部件150和动涡旋部件160压在一起。当各个压缩腔中的压力超过设定值时，这些压缩腔中的压力所产生的合力将超过背压腔158中提供的下压力从而使得定涡旋部件150向上运动。此时，压缩腔中的流体将通过定涡旋部件150的螺旋叶片156的顶端与动涡旋部件160的端板164之间的间隙以及动涡旋部件160的螺旋叶片166的顶端与定涡旋部件150的端板154之间的间隙泄漏到低压侧以实现卸载，从而为涡旋压缩机提供了轴向柔性。另一方面，定涡旋部件150的螺旋叶片156的侧表面与动涡旋部件160的螺旋叶片166的侧表面之间也需要径向密封。二者之间的这种径向密封通常借助于动涡旋部件160在运转过程中的离心力以及驱动轴130提供的驱动力来实现。具体地，在运转过程中，通过马达120的驱动，动涡旋部件160将相对于定涡旋部件150平动转动，从而动涡旋部件160将产生离心力。另一方面，驱动轴130的偏心曲柄销132在旋转过程中也会产生有助于实现定涡旋部件和动涡旋部件径向密封的驱动力分量。动涡旋部件160的螺旋叶片166将借助于上述离心力和驱动力分量贴靠在定涡旋部件150的螺旋叶片156上，从而实现二者之间的径向密封。当不可压缩物质（诸如固体杂质、润滑油以及液态制冷剂）进入压缩腔中而卡在螺旋叶片156和螺旋叶片166之间时，螺旋叶片156和螺旋叶片166能够暂时沿径向彼此分开以允许异物通过，因此防止了螺旋叶片156或166损坏。这种能够径向分开的能力为涡旋压缩机提供了径向柔性，提高了压缩机的可靠性。下面将描述压缩机中各部件的润滑过程。在图1所示的立式涡旋压缩机的示例中，在压缩机壳体的底部存储有润滑剂。相应地，在驱动轴130中形成有大致沿其轴向延伸的通道，即形成在驱动轴130下端的中心孔136和从中心孔136向上延伸到偏心曲柄销132端面的偏心孔134。中心孔136的端部浸没在压缩机壳体底部的润滑剂中或者以其他方式被供给有润滑剂。在一种示例中，可以在该中心孔136中或其附近设置润滑剂供给装置，例如如图2所示的油泵或油叉138等。在压缩机的运转过程中，中心孔136的一端被润滑剂供给装置供给有润滑剂，进入中心孔136的润滑剂在驱动轴130旋转过程中受到离心力的作用而被泵送或甩到偏心孔134中并且沿着偏心孔134向上流动一直到达偏心曲柄销132的端面。从偏心曲柄销132的端面排出的润滑剂沿着卸载衬套142与偏心曲柄销132之间的间隙以及卸载衬套142与毂部162之间的间隙向下流动到达主轴承座140的凹部146中。聚集在凹部146中的一部分润滑剂流动穿过主轴承144向下流动，一部分润滑剂被毂部162搅动而向上运动到达动涡旋部件160的端板164的下侧并随着动涡旋部件160的平动转动而遍布动涡旋部件160和主轴承座140之间的止推表面。在压缩机的运转过程中，供给到压缩机中的各种活动部件上的润滑剂被甩出和飞溅以形成液滴或雾。这些润滑剂液滴或雾将混合在从进气接头118吸入的工作流体（或者制冷剂）中。随后这些混合有润滑剂液滴的工作流体被吸入到定涡旋部件150和动涡旋部件160之间的压缩腔中以实现这些涡旋部件内部的润滑、密封和冷却。动涡旋部件和定涡旋部件之间的这种润滑通常称之为油雾润滑。然而，在某些特定工况下，这种油雾润滑无法向动涡旋部件和定涡旋部件供给足够的润滑剂，这会增大动涡旋部件和定涡旋部件的磨损并且会影响二者之间的密封效果，从而导致整个压缩机的性能下降。例如，当采用转速可变的变频马达时，当马达的转速较高时，供给到动涡旋部件和定涡旋部件中的润滑剂量可能比较合适，但是当马达的转速较低时，供给到动涡旋部件和定涡旋部件中的润滑剂量可能会明显不足。更具体地，在变频压缩机低速运转时，由于摩擦系数和泄漏的原因，每转需要的油量比中、高速要多。发明人进行的实际测试的数据表明，摩擦系数在低速时明显增加。而对于上述油雾润滑，由于低速下回气量减少，即使每转进入压缩腔的油量与中、高速时相同，此时由于摩擦系数的增加，润滑效果也会下降。即，上述润滑方式所实现的润滑效果与压缩机的转速相关，并且随着转速较低而下降。因此，期望对压缩机构的润滑剂供给进行改进。为了本发明的发明人提出了如下构思：在上述涡旋压缩机100中设置润滑剂供给通道OP，该润滑剂供给通道OP构造成将处于预定压力的润滑剂供给到其中一个压缩腔（例如压缩腔C1或C2）中或其附近，如图2所示。在图2-4中所示出的第一实施方式中，润滑剂供给通道OP可以形成在定涡旋端板154中并且可以构造成将处于预定压力（优选地，该预定压力为压缩机的排气压力）的润滑剂供给到一系列压缩腔中的处于中间压力的压缩腔C2中。另外，在5中所示出的第一实施方式的变型中，润滑剂供给通道OP可以构造成将润滑剂供给到一系列压缩腔中的处于径向最外侧的压缩腔C1中或其附近。在结构上，润滑剂供给通道OP可以实施为定涡旋端板154中形成的钻孔，例如如图2所示的从定涡旋端板154的径向外侧向径向内侧大致水平延伸的水平钻孔OP-1和从定涡旋端板154的形成有螺旋叶片156的一侧大致向上延伸的竖直钻孔OP-2。考虑到各个压缩腔的大致对称分布，润滑剂供给通道OP可以由大致对称分布的两个钻孔构成，如图3、4和5所示。此外，在图5所示的变型中，润滑剂供给通道OP也可以实施为单独的管状构件（例如，类似于图8所示的喷油管P）以直接向最外侧的压缩腔C1或其附近喷射润滑剂。在这种情况下，润滑剂供给通道OP可以延伸穿过定涡旋部件150的侧壁。如图1所示，涡旋压缩机100可以进一步包括油气分离器500。油气分离器500与压缩机100的排气接头119流体连通以从压缩的工作流体中分离润滑剂。润滑剂供给通道OP可以从油气分离器500接收润滑剂。由于油气分离器500中的润滑剂处于排气压力，所以油气分离器500中的润滑剂可以容易地通过压差供给到压缩机100的压缩腔C1或C2。取决于压缩机100或制冷/热泵系统1000的构造，油气分离器500可以看作是压缩机100的组成部件也可以看作是制冷/热泵系统1000的组成部件。如图1所示，制冷/热泵系统1000可以进一步包括第一热交换器200、第二热交换器400以及设置在第一热交换器200和第二热交换器400之间的膨胀阀300。油气分离器500设置在压缩机100与第一热交换器200之间。在制冷/热泵系统1000的运转过程中，从压缩机100排出的工作流体首先经过油气分离器500以分离其中包含的润滑剂，然后工作流体分别流过第一热交换器200、膨胀阀300和第二热交换器400，最后返回到压缩机100，从而完成一个循环。油气分离器500中的一部分润滑剂经由如上所述的润滑剂供给通道OP直接供给到压缩腔中或压缩腔附近，而油气分离器500中的另一部分润滑剂经由润滑剂返回通道OR随着工作流体返回到压缩机100中并且沉积在压缩机100的壳体的底部，此后通过油泵或油叉138在压缩机100内循环实现油雾润滑。优选地，涡旋压缩机100的马达120可以为可变速度马达，例如变频马达。另外，优选地，润滑剂供给通道OP的通向压缩腔的开口在定涡旋端板154上的位置可以确定成在涡旋压缩机100的运转过程中能够被动涡旋叶片166（更准确地，动涡旋叶片166的端面）间歇性地封闭。在如上构造的第一实施方式中，通过压差的方式直接将润滑剂供给到压缩腔中或其附近，因此不论压缩机的转速如何都能够可靠地将润滑剂供给到压缩机构，从而实现压缩机构的良好润滑。另外，在如上构造的第一实施方式中，润滑剂供给通道OP的通向压缩腔的开口能够被动涡旋叶片166间歇性地封闭（即润滑剂供给通道OP与压缩腔能够间歇性地导通）。在压缩机低速运转时，由于压缩腔与润滑剂供给通道OP的导通时间变长，所以喷油量增加，而在压缩机高速运转时，压缩腔与润滑剂供给通道OP的导通变短，所以喷油量减少。换言之，根据本发明的压缩机可以实现在低速下多喷油而在高速下少喷油的特点。因此，结合现有的压缩机中的油雾润滑，不论压缩机的转速如何，压缩机构都可以得到最佳润滑。此外，通过优化设计润滑剂供给通道OP供给的润滑剂量以及通过油雾润滑供给的润滑剂量，还可以容易地将整个压缩机或制冷/热泵系统的油循环量控制为最佳值，以优化压缩机的整体性能。现在参照图6描述根据本发明第二实施方式的制冷/热泵系统2000的构造。在制冷/热泵系统2000中可以包括与上述第一实施方式相同构造的压缩机100、第一热交换器200、膨胀阀300、第二热交换器400和油气分离器500。同样地，油气分离器500中的一部分润滑剂经由如上所述的润滑剂供给通道OP直接供给到压缩机100的压缩腔中或压缩腔附近，而油气分离器500中的另一部分润滑剂经由润滑剂返回通道OR随着工作流体返回到压缩机100中。然而，如图6所示，在制冷/热泵系统2000中设置有用于向压缩腔（特别是中压腔C2）喷射制冷剂的喷射构造600。更具体地，该喷射构造600包括膨胀阀610和热交换器620。被第一热交换器200冷凝为液体的一部分制冷剂经由支路630从第一热交换器200与膨胀阀300之间的流体路径210中分支出。支路630中的液态制冷剂经由膨胀阀610膨胀并且在热交换器620处与流体路径210中的制冷剂进行热交换，之后基本上变为气体的气态制冷剂经由支路640喷射到压缩机100的压缩腔。采用该喷射构造600的制冷/热泵系统在本领域是已知，因此在本文中不再对其原理和效果做更多的说明。在本发明的第二实施方式中，用于向压缩腔喷射润滑剂的润滑剂供给通道OP也可以用作向压缩腔喷射制冷剂的喷射通道。或者，换言之，润滑剂供给通道OP的一部分可以和喷射制冷剂的喷射通道例如支路640的一部分重合，例如二者可以共用如图4或5中所示的钻孔OP-1和OP-2来同时供给润滑剂和制冷剂。相应地，在采用了制冷剂喷射构造600的制冷/热泵系统中，仅需要从油气分离器500引出支路510并且将支路510连接到喷射制冷剂的支路640即可，而无需对系统的其他部件进行改造。因此在实现向压缩腔同时喷射制冷剂和润滑剂的同时，最小化了系统的改造或制造成本。尽管上述实施方式参照低压侧设计的涡旋压缩机对本发明的构思进行了描述，但是本领域技术人员应该理解本发明并不局限于此。下面参照图7-8描述根据本发明第三实施方式的涡旋压缩机100A。第三实施方式的涡旋压缩机100A为卧式压缩机。在该涡旋压缩机100A中，用于存储润滑剂的油槽OS形成在高压侧，因此也被称之为高压侧油槽。换言之，与上述第一和第二实施方式不同，第三实施方式的涡旋压缩机为高压侧设计的涡旋压缩机。更具体地，参照图7，高压侧油槽OS形成在隔板116和端盖112之间。高压侧油槽OS中的润滑剂可经由管道140A输送到低压侧，更具体地，例如输送到驱动轴130A的端部以进行循环，从而如在第一实施方式中描述的那样实现油雾润滑。第三实施方式的涡旋压缩机100A的其他构造和工作原理与第一实施方式的涡旋压缩机100基本类似，因此在此不再赘述。在第三实施方式中，润滑剂供给通道OP构造成从高压侧油槽OS接收润滑剂并且将其供给到压缩机的压缩腔中或其附近。更具体地，例如，润滑剂供给通道OP在结构上可以构造成从管道140A分支出的喷油管P或者直接通向高压侧油槽OS的喷油管P。喷油管P可以延伸穿过定涡旋部件150的侧壁以直接向最外侧的压缩腔C1或其附近喷射润滑剂，或者喷油管P可以延伸到压缩机构的吸气口附近以向最外侧的压缩腔C1或其附近喷射润滑剂。此外，第三实施方式中的喷油管P可以与第一实施方式中的形成在定涡旋端板154中的钻孔OP-1以及OP-2结合以共同构成润滑剂供给通道OP。在上述实施方式中，描述从油气分离器500或高压侧油槽OS向压缩腔供给处于排气压力的润滑剂的示例。但是本领域技术人员应该，本发明的基本构思是基于压力差向压缩腔供给润滑剂，因此基于压缩机或制冷/热泵系统的不同构造，可以设想从压缩机或制冷/热泵系统的其他区域或部件将处于除排气压力之外的其他压力下的润滑剂供给到压缩腔中，这些变型构造也应该被视为落入本发明的保护范围内。上文已经具体描述了本发明的各种实施方式和变型，但是本领域技术人员应该理解，本发明并不局限于上述具体的实施方式和变型而是可以包括其他各种可能的组合和结合。例如，根据本发明的一个方面，提供了一种涡旋压缩机，包括：定涡旋部件，所述定涡旋部件包括定涡旋端板和形成在所述定涡旋端板上的螺旋状的定涡旋叶片；动涡旋部件，所述动涡旋部件包括动涡旋端板和形成在所述动涡旋端板上的螺旋状的动涡旋叶片，所述动涡旋叶片和所述定涡旋叶片彼此接合以在其间形成一系列压缩腔；以及润滑剂供给通道，所述润滑剂供给通道可构造成将处于预定压力的润滑剂供给到其中一个压缩腔或其附近。例如，根据本发明的一个方面，所述涡旋压缩机可进一步包括油气分离器，其中所述润滑剂供给通道从所述油气分离器接收润滑剂。例如，根据本发明的一个方面，所述涡旋压缩机中可包括高压侧油槽，其中所述润滑剂供给通道从所述高压侧油槽接收润滑剂。例如，根据本发明的一个方面，所述润滑剂供给通道也可用作向压缩腔喷射制冷剂的喷射通道。例如，根据本发明的一个方面，所述预定压力可等于所述压缩机的排气压力。例如，根据本发明的一个方面，所述润滑剂供给通道可形成在所述定涡旋端板中。例如，根据本发明的一个方面，所述润滑剂供给通道的通向所述压缩腔的开口在所述定涡旋端板上的位置可确定成在所述涡旋压缩机的运转过程中能够被所述动涡旋叶片间歇性地封闭。例如，根据本发明的一个方面，所述涡旋压缩机可进一步包括驱动所述动涡旋部件的可变速度的马达。例如，根据本发明的一个方面，所述润滑剂供给通道可构造成将润滑剂供给到一系列压缩腔中的处于中间压力的压缩腔中。例如，根据本发明的一个方面，所述润滑剂供给通道可构造成将润滑剂供给到一系列压缩腔中的处于径向最外侧的压缩腔中或其附近。例如，根据本发明的一个方面，所述润滑剂供给通道可延伸穿过所述定涡旋部件的侧壁。例如，根据本发明的一个方面，所述涡旋压缩机为低压侧设计的涡旋压缩机。例如，根据本发明的一个方面，提供了一种制冷/热泵系统，包括如上所述的涡旋压缩机。例如，根据本发明的一个方面，提供了一种涡旋压缩机的润滑剂供给方法，其中所述涡旋压缩机包括：定涡旋部件，所述定涡旋部件包括定涡旋端板和形成在所述定涡旋端板上的螺旋状的定涡旋叶片；和动涡旋部件，所述动涡旋部件包括动涡旋端板和形成在所述动涡旋端板上的螺旋状的动涡旋叶片，所述动涡旋叶片和所述定涡旋叶片彼此接合以在其间形成一系列压缩腔；所述方法包括：将处于预定压力的润滑剂供给到其中一个压缩腔或其附近。尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。