旋转机械的制作方法

1.本实用新型涉及一种供油控制装置和具有该供油控制装置的旋转机械，更具体地，涉及一种适用于变频压缩机的供油控制装置以及具有供油控制装置的变频压缩机。


背景技术：

2.本部分提供了与本实用新型相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。
3.在本文中，旋转机械指的是具有旋转轴、曲轴或旋转驱动轴的机械设备或系统，例如涡旋压缩机。涡旋压缩机包括用于压缩工作流体的压缩机构和用于驱动压缩机构的旋转轴。通常，在压缩机运行时，旋转轴旋转以驱动压缩机构对工作流体进行压缩，同时润滑剂经由旋转轴的内部通孔供给至压缩机的各个运动部件(包括轴承、衬套、涡旋等)或止推面。例如，需要将润滑剂(例如润滑油)供给至压缩机构的动涡旋部件与定涡旋部件之间，以改善动涡旋部件与定涡旋部件之间的摩擦，从而减小磨损和降低功耗。
4.在现有的变频压缩机中，供应至压缩机构的润滑油主要来自以下两个方面，一方面来自吸入涡旋压缩腔的工作流体所带的润滑油，另一方面来自通过旋转轴的内部通孔经由动涡旋供油通道进入涡旋压缩腔的润滑油。
5.这种油路设计虽然可以保证压缩机低速情况下的供油，但在压缩机高速运行的情况下，来自旋转轴的内部通孔的供油迅速增加，导致涡旋压缩腔吸入过多的油，影响压缩机及系统的换热效率、降低压缩机的能效。同时，过高的油循环率(orc)也将导致压缩机内的油池液面的降低，影响压缩机的可靠性。
6.因此，本实用新型期望提供一种满足压缩机在全转速范围内的供油均衡性的供油控制装置。


技术实现要素：

7.在本部分中提供本实用新型的总体概要，而不是本实用新型完全范围或本实用新型所有特征的全面公开。
8.本实用新型的目的之一在于提供一种能够平衡压缩机的润滑油供应量的供油控制装置，特别是在压缩机高转速条件下避免压缩机的供油过高的供油控制装置。
9.本实用新型的另一目的在于提供一种旋转机械，尤其是一种变频压缩机，该旋转机械能够实现在全转速范围内的均衡供油，避免油循环率过高而导致的能效降低甚至故障。
10.本实用新型的又一目的在于提供一种供油控制装置及旋转机械，该供油控制装置及旋转机械分体加工、制造简便、易于更换和维修、成本低廉。
11.本实用新型提供了一种旋转机械，该旋转机械包括旋转轴，旋转轴内设有大致沿旋转轴的轴向方向延伸的供油通道，旋转机械还包括供油控制装置，供油控制装置包括：泄油孔，泄油孔形成在旋转轴中并且将供油通道与旋转轴的外侧连通；以及泄油阀，泄油阀包括阀片，其中，供油控制装置还包括控制件，控制件可移动地保持于旋转轴，使得控制件的
运动能够致使阀片在打开泄油孔的开启位置与关闭泄油孔的闭合位置之间运动。
12.可选地，控制件为控制销。
13.可选地，控制销保持在泄油孔中，控制销与泄油孔的孔壁之间存在槽道和/或控制销内形成有中空孔道，以构成用于润滑油从供油通道流出至旋转轴的外侧的旁通通道。
14.可选地，泄油孔包括在旋转轴的径向方向上从内向外布置的第一直径部和第二直径部，第一直径部的内径小于第二直径部的内径，并且第一直径部的内径小于控制销的外径。
15.可选地，第二直径部构造为台阶形式，包括位于径向内侧的第一流通段和位于径向外侧的第二流通段，第一流通段的横截面积小于第二流通段的横截面积。
16.可选地，旋转轴上附加地形成有销孔，控制销保持在销孔中，阀片在闭合位置处覆盖泄油孔和销孔二者。
17.可选地，阀片包括主体部和从主体部向外延伸的突出部，主体部与泄油孔的位置相对应，突出部与销孔的位置相对应。
18.可选地，阀片包括固定至旋转轴的固定端以及与固定端相反的可动端，销孔相较于泄油孔更远离固定端。
19.可选地，泄油孔构造为单个孔或沿着阀片的延伸方向布置的多个孔。
20.可选地，泄油孔构造为具有矩形横截面、圆形横截面或长圆形横截面，在矩形横截面和长圆形横截面的情况下，泄油孔的长边沿着阀片的延伸方向布置。
21.可选地，控制销和/旋转轴设有止动特征，以避免控制销脱离旋转轴。
22.可选地，控制销具有位于旋转轴内的非致动位置和突出至旋转轴外的致动位置，在控制销处于非致动位置的情况下，阀片处于闭合位置并且阀片对泄油孔实施预紧压力，在旋转轴的转速超过预定值的情况下，控制销移动至致动位置，并且控制销克服预紧压力而使得阀片运动至开启位置。
23.可选地，随着旋转轴的转速增加，控制销突出至旋转轴外的程度增加，使得泄油孔的开启程度也增加。
24.可选地旋转机械为变频涡旋压缩机。
25.总体上，根据本实用新型的供油控制装置及采用该供油控制装置的旋转机械至少带来以下有益效果：在旋转机械低速运行时，能够保证足够供油以提供充分的润滑和冷却，从而维持旋转机械的低速运行时的性能及可靠性，在旋转机械高速运行时，能够防止供油过高，从而避免降低旋转机械的能效及可靠性；此外，根据旋转机械的运行转速不同，还能够自适应地调节供油量，从而实现旋转机械全转速范围内的均衡供油；此外，旋转机械的供油控制装置制造和加工简单、易于更换和维修、成本低廉。
附图说明
26.根据以下参照附图的详细描述，本实用新型的前述及另外的特征和特点将变得更加清楚，这些附图仅作为示例并且不一定是按比例绘制。在附图中采用相同的附图标记指示相同的部件，在附图中：
27.图1示出了根据本实用新型的第一实施方式的涡旋压缩机的纵剖视图；
28.图2是图1中的细节a的放大图；
29.图3示出了根据本实用新型的第一实施方式的供油控制装置及旋转轴的爆炸视图；
30.图4示出了图3中的细节b的放大图；
31.图5示出了根据本实用新型的第二实施方式的供油控制装置及旋转轴的爆炸视图；
32.图6示出了图5中的细节c的放大图；以及
33.图7示出了根据本实用新型的第二实施方式的供油控制装置及旋转轴的纵剖视图。
具体实施方式
34.现在将结合图1至图7对本实用新型的优选实施方式进行详细描述。在各视图中，相对应的构件或部分采用相同的附图标记。以下的描述在本质上只是示例性的而非意在限制本实用新型及其应用或用途。在附图中，旋转机械示出为变频涡旋压缩机，但是本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的供油控制装置适用于任何其他合适类型的具有旋转轴、曲轴或旋转旋转轴的机械设备或系统。
35.首先，参照图1描述根据本实用新型的涡旋压缩机的总体构造和运行原理。
36.如图1所示，变频涡旋压缩机100(下文中有时也会称为涡旋压缩机或压缩机)一般包括壳体10、由定涡旋部件20和动涡旋部件30构成的压缩机构、主轴承座40和用于驱动压缩机构的旋转轴50和马达60等。动涡旋部件30的螺旋状叶片与定涡旋部件20的螺旋状叶片彼此啮合，以两者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。旋转轴50的邻近动涡旋部件30的一端设置有偏心曲柄销。偏心曲柄销插入动涡旋部件30的毂部中。通过马达60的驱动，旋转轴50经由偏心曲柄销使动涡旋部件30相对于定涡旋部件20绕动运动，以实现工作流体的压缩。
37.在涡旋压缩机100的各运动部件之间、例如动涡旋部件30的螺旋叶片与定涡旋部件20的螺旋叶片之间需要润滑剂(例如润滑油)进行润滑与冷却。在图1所示的涡旋压缩机中，壳体10的底部形成存储润滑油的油池。相应地，旋转轴50中形成有大致沿其轴向延伸的供油通道。该供油通道可以包括形成在旋转轴50下端的中心通道51和从中心通道51向上延伸到偏心曲柄销端面的偏心通道52。在压缩机的运转过程中，油池中的润滑油被供应至旋转轴50下端的中心通道51内，进入中心通道51的润滑油在旋转轴50旋转过程中受到离心力的作用而被泵送或甩到偏心通道52中并且沿着偏心通道52向上流动一直到达偏心曲柄销的端面。从偏心曲柄销的端面排出的润滑油的一部分用于润滑偏心曲轴销及动涡旋毂部附近的各部件，并随后被排出主轴承座40而返回至油池，另一部分被推送至动涡旋部件30的端板内的连通压缩腔的动涡旋油道32。由此，润滑油能够从以下两种途径进入压缩腔：一方面，润滑油能够经由供油通道和动涡旋油道32进入压缩腔；另一方面，润滑油例如在润滑其他部件(例如主轴承座40的止推面)的过程中形成的小油滴，从而随着工作流体被吸入压缩腔内。这两种途径保证了压缩腔内供应有足够的润滑油，从而保证动涡旋部件30与定涡旋部件20之间的充分润滑，尤其是避免了涡旋压缩机100在低转速运行的情况下供油不足、易发生故障的问题。
38.然而，当涡旋压缩机100以高转速运行时，供应至旋转轴50内的供油通道的油量迅
速增加，经由动涡旋油道32进入压缩腔的油量也随之迅速增加，容易导致压缩机的油循环率过高、影响压缩机及系统能效。为此，旋转轴50上还设有供油控制装置，如图1中的细节a所示。
39.参见图2和图3，供油控制装置设置在旋转轴50的安装区域s中，如图3中的细节b所示。在该安装区域s内，旋转轴50的外表面形成为相对于其他区域的弧形表面略微凹陷的平面，从而避免供油控制装置过多地从旋转轴50的外表面突出而影响压缩机的其他部分，并且更加便于控制阀的工作和安装。供油控制装置包括形成在旋转轴50中的泄油孔53a、固定至旋转轴50的控制阀70a以及可移动地保持在旋转轴50上的控制件。在根据本实用新型的第一实施方式中，控制件实施为控制销74a，但本领域技术人员可以理解的是，控制件也可以实施为任何其他合适的形式，例如球体。泄油孔53a将中心通道51与旋转轴50的外侧空间连通。优选地，泄油孔53a构造为大致沿旋转轴50的径向延伸，以便于润滑油在离心力的作用下从中心通道51排出。在一些其他示例中，泄油孔也可以构造为将偏心通道52与旋转轴50的外侧空间连通，并且设置成相对于偏心通道52的中心轴线位于与旋转轴50的中心轴线相反的一侧，从而便于在离心力的作用下将偏心油道52中的一部分润滑油排出至旋转轴的外侧。旋转轴50中还形成有位于泄油孔53a的上方的安装孔55(盲孔)以及位于泄油孔53a下方的销孔56a(盲孔)，其中安装孔55用于固定控制阀70a，而销孔56a则用于容纳控制销74a。销孔56a与控制销74a的横截面形状基本一致，销孔56a的横截面尺寸略大于控制销74a的横截面尺寸，使得控制销74a的滑动能够受到销孔56a的孔壁的引导，从而使得控制销74a的滑动更加平稳。
40.参见图4，控制阀70a构造为舌簧阀，包括阀片73a、阀盖71a以及紧固件72a(例如螺钉)。阀盖71a设置在阀片73a外侧并且与阀片73a的形状相对应，以用于保护阀片73a。阀片73a包括固定端731a和可动端732a，在其固定端731a处形成有通孔。相应地，阀盖71a也包括固定端711a，在其固定端711a处形成有通孔。紧固件72a依次穿过阀盖71a的固定端711a处的通孔以及阀片73a的固定端731a处的通孔后插入旋转轴50的安装孔55内，从而将控制阀70a的一端以可拆卸的方式紧固至旋转轴50。阀片73a在其可动端732a处能够覆盖泄油孔53a和销孔56a两者。
41.控制销74a保持在销孔56a中并且能够在离心力的作用下大致沿旋转轴50的径向方向相对于旋转轴50移动。控制销74a具有完全位于旋转轴50内的非致动位置以及至少部分地突出至旋转轴50外的致动位置。在旋转轴50静止或者低速旋转的情况下，控制销74a完全容纳在销孔56a内部而处于其非致动位置，此时阀片73a处于其闭合位置处，阀片73a对泄油孔53a及销孔56a实施预紧压力，从而关闭泄油孔53a，此时控制销74a与阀片73a不接触或者接触但彼此之间的作用力小于阀片73a的预紧压力甚至为零。随着旋转轴50的转速的增加，控制销74a所受的离心力增大。当旋转轴50的转速超过预定值时，控制销74a所受的离心力大于阀片73a的预紧压力，控制销74a克服阀片73a的预紧压力而朝向旋转轴50的外侧移动至其致动位置。在控制销74a的致动位置处，控制销74a将阀片73a顶起，使得阀片73a从其闭合位置运动至其开启位置，阀片73a离开(或至少部分地离开)泄油孔53a，从而使得供油通道中的润滑油的一部分能够经由泄油孔53a排出至旋转轴50的外侧并返回至油池。
42.本领域技术人员可以理解的是，随着旋转轴50的转速的增加，进入旋转轴50内的供油通道的油量也增大，因此存在供油过多的风险。但与此同时，控制销74a突出至旋转轴
50外的程度也增加，泄油孔53a的开启程度随之增加，供油通道内更多的润滑油能够排出至旋转轴50外，从而有效避免润滑油大量进入压缩腔。因此，根据本实用新型的供油控制装置能够自适应于旋转轴50的转速，防止压缩机的油循环率过高，实现全转速范围内的均衡供油。此外，采用独立于控制阀的控制销致动控制阀的开闭，控制销能够独立地进行制造和安装，结构简单、制造和安装便捷、容易调整和检修。此外，泄压孔和销孔的分体设计，泄压孔和销孔能够单独地进行加工，设计灵活、工艺简单、成本低廉。
43.优选地，控制销74a和/或旋转轴50的销孔56a处设有止动特征，例如控制销74a的外周壁上形成有凸缘并且销孔56a的内壁形成有与控制销74a的凸缘相配合的凸起，从而限制控制销74a突出至旋转轴50外的距离，避免控制销74a在极端工况下脱离旋转轴50。
44.优选地，阀片73a的可动端732a处形成有与泄油孔53a的位置相对应的主体部733a和与销孔56a的位置相对应的从主体部733a向外延伸的突出部734a。控制销74a通过将突出部734a顶起而使主体部733a离开泄油孔53a，从而打开泄油孔53a。该设计使得控制销更加容易顶起阀片，并且能够根据需要为泄压孔和销孔留出更多的布置空间，泄压孔的形状和尺寸设计更加灵活。
45.此外，虽然在图中示出为安装孔55和销孔56a分别位于泄油孔53a的上下两侧，但本领域技术人员可以理解的是，安装孔和销孔也可以分别位于泄油孔53a的左右两侧，甚至安装孔和销孔位于泄油孔53a的一侧，只要安装孔、销孔、泄油孔53a沿着阀片的延伸方向布置即可。在本文中，阀片的延伸方向指阀片在其固定端与可动端之间延伸的方向，而不限于本实用新型的实施方式中示出的沿着旋转轴的轴向方向。但优选地，销孔相较于泄油孔53a更加远离阀片的固定端，从而更加容易将阀片顶起。另外，阀片优选地沿着旋转轴的轴向方向延伸，并且固定端位于泄油孔的上方，而销孔位于泄油孔的下方，从而使得润滑油在离心力的作用下更易从泄油孔排出并且排出的润滑油更易回流至油池。
46.图5至图7示出了根据本实用新型的第二实施方式。在根据本实用新型的第二实施方式中，压缩机的总体构造和运行原理与根据本实用新型的第一实施方式基本相同，在此不再赘述。与根据本实用新型的第一实施方式不同的是，根据本实用新型的第二实施方式的供油控制装置中的控制销并未容纳在单独的销孔中，而是直接保持在泄油孔中。
47.参见图5和图6，保持控制装置设置在旋转轴50的安装区域s中，如图5中的细节c所示。供油控制装置包括形成在旋转轴50中的泄油孔53b、固定至旋转轴50的控制阀70b以及可移动地保持在旋转轴50上的控制销74b。泄油孔53b构造为大致沿旋转轴50的径向延伸并且将中心通道51与旋转轴50的外侧空间连通。旋转轴50中还形成有位于泄油孔53b的上方的安装孔55(盲孔)，其中安装孔55用于固定控制阀70b，而控制销74b则直接容纳在泄油孔53b中。
48.参见图6，控制阀70b构造为舌簧阀，包括阀片73b、阀盖71b以及紧固件72b(例如螺钉)。阀盖71b设置在阀片73b外侧并且与阀片73b的形状相对应，以用于保护阀片73b。阀片73b包括固定端731b和可动端732b，在其固定端731b处形成有通孔。相应地，阀盖71b也包括固定端711b，在其固定端711b处形成有通孔。紧固件72b依次穿过阀盖71b的固定端711b处的通孔以及阀片73b的固定端731b处的通孔后插入旋转轴50的安装孔55内，从而将控制阀70b的一端以可拆卸的方式紧固至旋转轴50。阀片73b在其可动端732b处能够覆盖泄油孔53b。
49.控制销74b保持在泄油孔53b中并且能够在离心力的作用下大致沿旋转轴50的径向方向相对于旋转轴50移动。为了构成用于润滑油从中心通道51流出至旋转轴50的外侧的旁通通道，控制销74b与泄油孔53b的孔壁之间存在槽道，也就是说，槽道可以形成在泄油孔的孔壁上(例如图7中示出的形成在泄油孔53b的内壁上的槽道534b)，可以形成在控制销的外周壁上，也可以形成在泄油孔的孔壁和控制销的外周壁两者上。附加性地或替代性地，控制销74b内还可以形成有中空孔道(图中未示出)用作润滑油的旁通通道，该中空孔道的入口端与中心通道51连通，该中空孔道的出口端优选地设置在能够与旋转轴50的外侧连通但不与阀片73b接触的位置处，从而避免控制销74b将阀片73b顶起时该中空孔道的出口端被阀片73b堵塞而影响润滑油的顺利排出。例如，中空孔道包括彼此连接的横向段和纵向段，横向段与中心通道51连通，而纵向段与旋转轴50的外侧连通，纵向段的出口(即中心孔道的出口)形成在控制销74b的外周壁上靠近其径向外侧端部的位置处，由此，中心通道51内的润滑油经由该中空孔道排出时不会受到阀片73b的影响。
50.参见图7，泄油孔53b包括在旋转轴50的径向方向上从内向外布置的第一直径部531b和第二直径部。第一直径部531b的内径小于第二直径部的内径，并且第一直径部531b的内径小于控制销74b的外径。由此，当控制销531b安装至泄油孔53b内时，控制销531b容纳在第二直径部中，并且控制销531b的径向内侧端部抵靠在第一直径部531b与第二直径部之间形成的台阶部上，从而避免控制销531b脱离旋转轴50而进入中心通道51中。
51.第二直径部可以构造为平滑的直孔形式，也可以构造为如图所示的台阶形式。如图7所示，第二直径部包括位于径向内侧第一流通段532b和位于径向外侧的第二流通段533b，第一流通段532b的横截面积小于第二流通段533b的横截面积，从而实现逐级增大的排油量，达到转速越大、排油量越大的目的。例如，第一流通段的横截面为圆形，而第二流通段的横截面为椭圆形或长圆形，其中第二流通段的横截面的短轴长等于第一流通段的横截面的直径，从而使得控制销在第二流通段内在短轴方向上的两侧受到孔壁的保持和引导。又例如，第一流通段和第二流通段的横截面均为圆形，第二流通段的孔壁上形成有沿着第二流通段的周向分布的多个(比如三个或四个)凸脊，以用于在第二流通段内保持和引导控制销。
52.在第二直径部构造为台阶形式的情况下，控制销74b具有完全位于旋转轴50内的非致动位置、部分地突出至旋转轴50外的第一致动位置以及相较于第一致动位置更多地突出至旋转轴50外的第二致动位置。在旋转轴50静止或者低速旋转的情况下，控制销74b完全容纳在泄油孔53b内部而处于其非致动位置，此时阀片73b处于其闭合位置处，阀片73b对泄油孔53b实施预紧压力，从而关闭泄油孔53b，此时控制销74b与阀片73b不接触或者接触但彼此之间的作用力小于阀片73b的预紧压力甚至为零。随着旋转轴50的转速的增加，控制销74b所受的离心力增大。当旋转轴50的转速超过预定值时，控制销74b所受的离心力大于阀片73b的预紧压力，控制销74b克服阀片73b的预紧压力而朝向旋转轴50的外侧移动至其第一致动位置。在控制销74b的第一致动位置处，控制销74b将阀片73b顶起而打开泄油孔53b，此时润滑油经由泄油孔53b排出的流通面积为第一流通段532b内的流通面积(例如控制销74b与泄油孔53b的孔壁之间存在槽道和/或控制销74b内形成有中空孔道所构成的流通面积)。当旋转轴50的转速进一步增加，控制销74b进一步向外移动至其第二致动位置，第二流通段533b露出，此时润滑油经由泄油孔53b排出的流通面积为第二流通段532b内的流通面
积。由于第二流通段533b的横截面积大于第一流通段532b的横截面积，因此第二流通段532b内的流通面积不仅包括例如控制销74b与泄油孔53b的孔壁之间存在槽道和/或控制销74b内形成有中空孔道所构成的流通面积，还包括控制销74b与泄油孔53b的内壁之间的增加的间隙(该增加的间隙例如指在椭圆形/长圆形的第二流通段的长轴方向上，控制销与泄油孔的孔壁之间的间隙)所构成的流通面积。同时，由于控制销74b突出至旋转轴50外的程度增加，泄油孔53b的开启程度随之增加，因此，控制销74b在其第二致动位置相较于其第一致动位置能够使得供油通道内更多的润滑油排出至旋转轴50外。
53.因此，根据本实用新型的供油控制装置能够自适应于旋转轴50的转速，防止压缩机的油循环率过高，实现全转速范围内的均衡供油。此外，由于控制销直接设置在泄压孔中，省略了销孔的设计，加工和安装较为简便。
54.附图仅示出了在本实用新型的构思下的两种示例性实施方式。本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于以上描述的示例性实施方式，还包括以上描述的各种示例的变形或组合。例如，泄油孔可以为单个孔，也可以为多于一个的孔。又例如，泄压孔还可以根据需要构造为多种形状，例如泄压孔的横截面为圆形、长圆形、矩形和其他合适的形状。优选地，构造为多个孔的泄油孔沿着阀片的延伸方向布置和/或构造为长圆形或矩形的泄油孔的长边沿着阀片的延伸方向布置，使得随着阀片被控制销顶起的程度增加，泄油孔的开启程度也逐渐增大，从而达到旋转轴的转速越大，泄油孔的排油量越大的目的。
55.上文结合具体实施方式描述了根据本实用新型的优选实施方式的旋转机械。可以理解，以上描述仅为示例性的而非限制性的，在不背离本实用新型的范围的情况下，本领域技术人员参照上述描述可以想到多种变型和修改。这些变型和修改同样包含在本实用新型的保护范围内。