专利名称：涡翼型压缩机的泵油系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及的是涡翼型机器。更特别的是，本发明涉及一种用于涡翼型压缩机的改进的润滑剂泵送系统，该系统包括一个集污器，一个油泵和一个滤油网。
用于流体压缩或膨胀的涡翼型机器一般包括两个直立的互相配合的渐开线螺旋包围面或涡翼，它们分别绕各自的轴线范成。每个涡翼各自安装在一端板上并有一末端与另一相应的涡翼的端板接触或近似接触。每个涡翼还都有齿廓表面，这些表面沿一条滑动线与另一对应的涡翼的齿廓表面贴近，作动态的线接触或近似接触，以形成许多移动腔。根据涡翼的相对的公转运动，该移动腔从涡翼的径向外端移至涡翼的径向内端，以压缩流体，或从涡翼的径向内端移至涡翼的径向外端，以膨胀流体。为了形成这些移动腔，用一驱动机构来使涡翼作相对的公转运动，或是涡翼中的一个公转，或是两个涡翼彼此相对于另一个偏心地转动。
根据有一非公转涡翼的设计方案，一台典型的涡翼型机器包括一个与非公转涡翼啮合的公转涡翼，一承受作用在公转涡翼上的轴向载荷的推力轴承，以及一个用以润滑机器的各种运动元件(包括推力轴承)的润滑油供应系统。因此，经常需要在涡翼型机器的领域中改进涡翼型机器的润滑系统。
习惯上，涡翼型压缩机都利用了一个在曲轴下部的大孔来充当主润滑油泵。这个大孔或主泵与一个从主泵的外圆周向上延伸并空过曲轴顶部的较小的孔相通，以向压缩机的所有需要润滑的各种元件提供润滑液。曲轴的下部因而也就是大孔位于压缩机外壳的底部的贮油槽内，用以向主泵连续不断地提供润滑油。
当主泵将润滑油从贮油槽内抽出时，通常还夹带着碎屑的集合物，其中包括灰尘、金属屑和其它形式的杂质。主泵泵送的不仅是流经整个压缩机的润滑油，而且包括悬浮于润滑油中的碎屑或杂质。可以设置滤网和过滤器，以求净化泵送的油，但是这些滤网和过滤器仅能除去较大的碎屑和杂质(大于0.005英寸)。尺寸较小的颗粒，特别是非常细小的颗粒(小于0.001英寸)可与润滑液一起循环，流经涡翼型压缩机的轴承和止推表面，从而在各个元件间引起磨损。
因此，最好是提供一种润滑液净化装置，该装置能有效地除去所有的悬浮碎屑和杂质。这样，就能使润滑系统向整个涡翼型压缩机分配清洁的润滑液，以减少磨损，从而显著地提高压缩机的寿命。
由此，本发明的主要目的在于提供一种改进的润滑油净化系统，该系统利用一环形涡旋来捕捉悬浮的碎屑颗粒。被捕捉在环形涡旋中的碎屑颗粒受到向外的加速力并向下移出涡旋，朝向集污器区。然后，碎屑在重力的作用下移动，穿过许多漏斗形的小孔，在该处落入集污器的贮存室中。该贮存室内有一个环形磁铁，用以留住金属杂质。该贮存室还有一足够大的容积，用以存放在压缩机的整个使用期中正常存在的所有杂质。
对于本领域的技术人员而言，本发明的其它优点及目的可从以后的详细描述、所附权利要求及附图中显而易见。
在图中示出了目前意图用于实施本发明的最佳模式
图1是体现本发明的原理的气密涡翼型压缩机的垂直剖视图;
图2是放大的垂直横截面剖视图，它示出了邻近图1所示的体现本发明的原理的压缩机下部的区域;
图3是根据本发明的集污器的底视平面图;
图4是根据本发明的集污器的顶视平面图;
图5是根据本发明的集污器的侧视立面图;
图6是放大的横截面剖视图，它示出了根据本发明的碎屑通道。
虽然本发明的润滑系统适于装在各种不同类型的涡翼型机器上，但出于举例的目的，在此处结合一种涡翼型压缩机来描述。现参看附图，图中的相同参考标号在几个视图中都表示相同或相对应的部件。在图1中示出了一台装有根据本发明的润滑系统的涡翼型压缩机10的垂直剖视图。一般来说，压缩机10包括一通常为圆柱形的密封的外壳12，外壳的上端焊有一顶罩14。顶罩14设有一致冷剂排放接头16，接头可随意地装有一般的排放阀(图中未示出)。固定在圆柱形外壳12上的其它元件包括一横向延伸的隔板18，一下轴承座20和一吸气进口接头22，所述隔板沿其四周在顶罩14与外壳12焊接的同一处焊在外壳上，所述下轴承座以工艺中广为人知的方法多点固定在外壳12上。
下轴承座20位于外壳12内并支承一主轴承座24，一电机定子26，一下轴承28和一非公转的涡翼件30。在下轴承上端的具有偏心曲柄销34的曲轴32可转动地装在位于下轴承座20中的下轴承28及位于主轴承座24中的上轴承31上。曲轴32在其下端有直径通常较大的泵油同心孔38，该孔与一向上延伸至曲轴32顶部的直径较小的孔40相通。圆柱形外壳12的下部以常规的方式灌有润滑油，而在曲轴32底部的孔38的泵是主泵，它同孔40一起将润滑液泵送到压缩机的所有需要润滑的各个部位，这将在下面描述。
曲轴32由一台电机可转动地驱动，该电机包括一具有从中穿过的电机线圈42的电机定子26和一电机转子44，该转子用压配合装在曲轴32上，并有一下平衡重46和一上平衡重48。
主轴承座24包括一轴承罩50和一上轴承座52。轴承罩50有一通常为圆柱形的中心部分54，在54内部由轴承36可旋转地支承曲轴32的上端。在与中心部分54邻接的轴承罩50的外周缘上做有一直立的环形突起56，并包括一经过精密机加工的径向朝外的端面58，一经过精密机加工的径向朝内的端面59和一向上的定位端面60。许多径向的沿圆周按一定间隔分布的支承臂62通常从中心部分54径向向外延伸并包括轴向延伸的部分，这些轴向延伸的部分用于与下轴承座20接合并支承在下轴承座上。台阶64设在各个支承臂62的轴向延伸部分的末端，用于接合下轴承座20。台阶64用来与做在下轴承座20的支承部分上的相应凹槽配合，用以帮助轴承罩50相对于下轴承座20在径向定位。
主轴承座24的上轴承座52通常为杯状并包括一与上轴承座做成一个整体的上环形导向环部66，一位于环部66下方的环形轴向推力轴承表面68，和一位于下方并和轴向推力轴承表面68成径向向外的包围关系的第二个环形支承轴承表面70。轴向推力轴承表面68用于轴向可移动地支承一公转的涡翼件72，支承轴承表面70用于支承一十字联轴节74。上轴承座52的下端包括一环形凹槽，它分别地限定径向向内和轴向向下的端面76，78，这两个表面用于分别地与轴承罩50的表面58和62相配合，以帮助轴承罩50和上轴承座52彼此沿轴向和径向定位。另外，空腔80用来调节固定在曲轴32上端的上平衡重48的转动。这个空腔的设置使平衡重48非常接近于公转的涡翼件72，从而可使整体尺寸减小。
做成一整体的环形导向环66的位置与非公转的涡翼件30的径向向外延伸的法兰部分84成包围关系，并包括一径向向内的端面86，端面86用以紧靠法兰部分84的径向向外的端面88，以便使非公转的涡翼件30径向及轴向定位。
非公转的涡翼件30有一位于中心的排放通道94，该通道与一向上开口的凹槽96相通，该凹槽通过一位于隔板18上的开口98与一由杯14和隔板18限定的排放消音室100流体地连通。非公转的涡翼件30在其上表面还有一有共轴线的平行侧壁的环形凹槽102，其中密封地设有一用于相对轴向运动的环形浮动密封104，它用于使凹槽102的底部在抽吸和排放压力下没有气体，从而使环形凹槽能通过一通道(图中未示出)与一中介流体压力源流体地连通。因此，非公转的涡翼件30被由作用在非公转的涡翼件30的中心部分上的排放压力和由作用在凹槽102底部的中介流体压力产生的作用力轴向偏压，靠在公转的涡翼件72上。该轴向压力偏压和其它的用于支承涡翼件30使之作有限的轴向移动的各种技术都已经较详细地公开于转让人的美国专利No.4，877，382中，此处引入的该专利的公开内容用以作参考。
涡翼件的相对转动最好由那种公开于上述参考专利No.4，877，382中的普通十字联轴节74来防止，但是，在转让人的于1990年10月1日同一天提交的发明名称为“涡翼压缩机的十字联轴节”的中国专利申请No.591，443中的联轴节可用于替代上述联轴节，此处引入的专利申请No.591，443用以作参考。
压缩机最好是“下侧”型，其中，通过进气口22吸入的气体可部分地进入外壳12内并帮助冷却电机。只要有足够的吸气回流，电机就可保持在所要求的温度范围内。但是，当这股气流明显地下降时，冷却的丧失将最终使温度传感器向控制装置发出信号并使机器停止运转。
到目前为止所概括地描述的涡翼型压缩机或者是在本领域中已广为人知的，或者是申请人提交的其它专利申请的技术主题。结合本发明的原理的详细结构只是那些考虑唯一的润滑油泵送系统的结构，它们一般用200表示。润滑油泵送系统200通常包括位于曲轴32底部且其形状为同心孔38的泵，它同孔40一起起主泵的作用，将润滑液泵送到压缩机的所有需要润滑的各个部位。另外，从图2中可清楚地看到，润滑油泵送系统200还包括一碎屑和杂质的分离系统201，它包括一抛油叶轮或抛油环202，一进油座204和一磁铁206。
如上所述，下轴承座20装有可转动地支承曲柄32的下轴承28。下轴承28装在位于下轴承座20中的通常是垂直的孔210中。在孔210的正下方，轴承座20、曲柄32和进油座204结合成碎屑和杂质的分离系统201。进油座204最好是注塑模元件，该元件位于下轴承座20之内且位于孔210的正下方。锥形开口环222位于锥形开口环槽224内，用以使进油座204就位。进油座204有一个位于中心的开口226，它延伸并穿过进油座，用以将润滑液供向同心孔38即压缩机10的主泵的入口。进油座204的下表面有许多做成机翼形的叶片228。叶片228可用于防止形成不希望出现的底部涡旋，该涡旋减小主泵的压头。
叶轮202用压配合或在本领域中广为人知的其它方法固定在孔38内，其位置为略在进油座204内的位于中心的开口226处的上方。因此，叶轮202略在曲轴32的进油口底部的上方。在优选实施例中，这一距离大约为2至3mm。叶轮202的这个间距使叶轮202的进口底部边缘230开放，不能支承沿其底部边缘230的径向压力梯度。在图6中，如箭头所示，形成一强大的逆环流，该环流沿曲轴32的内径底部产生一环形涡旋。由于流体在开口226下游分散，这个涡旋在没有叶轮202的情况下多少都会产生，但是，加上叶轮，将帮助涡流形成并增大其强度。包括同心孔38的曲轴32的下端在232处是锥形的，它通向一带圆角的部分234，该部分再通向孔38。锥形的带圆角的轴端在曲轴32的起动、上跃过程中减少挤压油膜压力的降低。
在此强大的涡流中打旋的碎屑和杂质受到向外的加速力的作用并向下移出涡流，进入一在曲轴32和进油座204之间形成的输入区240。然后，分离出来的碎屑和杂质被离心地拉入位于转动的曲轴32的底部和静止的进油座204的上表面之间的剪形区242。叶轮202把一部分环形旋涡传给润滑剂，而位于曲轴32和进油座204之间的润滑剂将以减小至与曲轴32相同的速度涡动。离心力使分离出来的碎屑和杂质向外移至许多由进油座204形成的漏斗形小孔244和在下轴承座20上形成的环形壁246。环形壁246形成许多小孔244的外表面，而在进油座204外表面上形成的许多漏斗形凹槽248则形成许多漏斗形小孔244。这些漏斗形的小孔244将碎屑和杂质引入在下轴承座20和进油座204之间形成的贮存室250中。由于重力的作用，碎屑和杂质移过漏斗形小孔244。在为数众多的每个漏斗形小孔244中形成的小涡旋体也有助于这种移动。
一旦碎屑和杂质进入贮存室250，它们就同时被小孔244中的小涡旋体和压缩机10的振动分散开来。诸如铸铁的磁性颗粒将吸附在设于贮存室250内的磁铁206上。室250的容积的尺寸要足以存放在压缩机10的正常使用寿命期间产生的正常数量的碎屑和杂质。
随着杂质和碎屑放置在贮存室250内，现在重要的是防止这些收集在一起的碎屑和杂质在流体突发解冻或流体起动时“吹出”。漏斗形小孔244在直径较小的孔252处终止，该孔在漏斗的小端处的直径最好为0.035英寸左右。这个小直径的孔252对杂质和碎屑的“吹出”起限制作用。另外，由曲轴32及下轴承座20限定的腔254中的阻尼容量的“急骤泻放”形成了一背压，该背压可使贮存室250内的压力逐渐消散并由此减少对位于贮存室250内的材料的扰动。
碎屑和杂质的分离系统201是一种惯性型分离器。它能从润滑液中分离出非常细小的颗粒(＜.001″)。系统201能捕捉现有技术的滤网或过滤器不能捕捉到的淤泥。尽管分离系统201不能在第一次通过时捕捉所有的碎屑和杂质，但是连续不断地通过压缩机10将最终净化润滑油。此外，曲轴32中心线附近的油流不受涡旋的影响，由此导致需要连续通过润滑油。为了有助于净化润滑油，在曲轴32的孔38内装有一细网眼的润滑油滤网260，以捕捉碎屑中的较大颗粒，滤网260最好为＃150的细网眼，它可阻挡直径大于0.004英寸的颗粒。滤网260在几何上设计成具有许多尖锐的突出的折痕，以使滤网260的面积为最大，并由此减少流量损失。滤网260的这种设计也有助于捕捉碎屑。由于滤网260与曲轴32一起旋转，从而使碎屑移向折痕的外部，并堆积在这个区域内。滤网260能捕捉尺寸较大的颗粒，但它不能捕捉较细小的颗粒。因此，滤网260用于使循环的碎屑量减至最小，而碎屑和杂质分离系统201则用于清除各种形式的杂质。
泵送系统在润滑油位于外壳12的底部时开始运转。当曲轴32转动时，同心孔38开始从外壳12的底部泵送润滑油，使之经过孔38，孔40，流经整个压缩机10，再经过各种出口(图中未示出)返回外壳12的底部。润滑油离开外壳12的底部，穿过进油座204的许多叶片228，往前行进。润滑油继续向上并通过进油座204中的开口226。润滑油的一部分向上行进至孔38，而另一部分则被由叶轮202产生的强大涡旋捕获。被由叶轮202产生的强大涡旋捕获的油液如上所述的通过润滑油的净化工序。
虽然上面的详细叙述描述了本发明的优选实施例，但是应该明白，在不背离所述权利要求书要求保护的范围及明确意图的前提下，可以对本发明进行改型、变异及更替。
权利要求
1.一种涡翼型机器，包括一个第一涡翼件，它在其一侧有一第一螺旋叶片；一个第二涡翼件，它有一与上述第一螺旋叶片处于相互啮合关系的第二螺旋叶片，以使当上述第一涡翼件相对于上述第二涡翼件公转时，由上述叶片形成容积能改变的移动腔；用于使上述涡翼件相对于另一个涡翼件公转的驱动装置；用于从一贮油槽向上述涡旋机器的移动元件提供润滑油的供油装置；用于从上述润滑油中除去杂质并将所述杂质聚集在一个腔室的装置，所述用于除去杂质的装置由上述供油装置提供动力；以及用于防止上述杂质离开所述腔室并返回所述贮油槽的装置。
2.根据权利要求1的涡翼型机器，还包括一设置在上述腔室内的磁铁。
3.根据权利要求1的涡翼型机器，其特征在于，上述供油装置包括一在所述供油槽内旋转的轴，所述轴限定了一个沿轴向延伸的孔，该孔用作所述供油装置的主油泵。
4.根据权利要求3的涡翼型机器，其特征在于，上述轴是与上述驱动装置联接的主动轴。
5.根据权利要求3的涡翼型机器，其特征在于，用于除去杂质的上述装置包括一位于上述贮油槽和上述的在所述轴内沿轴向延伸的孔之间的阶梯状的流动通道，所述阶梯状的流动通道产生一环形涡旋，用以从所述润滑油中分离所述杂质。
6.根据权利要求5的涡翼型机器，其特征在于，所述阶梯状的流动通道由所述的用于防止所述杂质离开所述腔室的装置形成。
7.根据权利要求5的涡翼型机器，还包括一个设置在所述的沿轴向延伸的孔内的叶轮，所述叶轮固定在所述轴上，与轴一起转动，并可用于协助形成所述环形涡旋。
8.根据权利要求5的涡翼型机器，其特征在于，所述轴和所述的防止所述杂质离开所述腔室的装置在所述环形涡旋和所述腔室之间形成一环形通道。
9.根据权利要求1的涡翼型机器，其特征在于，所述的用于防止所述杂质离开所述腔室的装置包括一具有一进口端和一出口端的环形件，所述环形件固定在所述涡翼型机器的一个轴承座上并与所述涡翼型机器的所述轴承座一起限定所述腔室。
10.根据权利要求9的涡翼型机器，还包括一设置在所述腔室内的磁铁。
11.根据权利要求9的涡翼型机器，其特征在于，所述压缩机的所述进口端限定了多个机翼形的叶片。
12.根据权利要求11的涡翼型机器，其特征在于，所述多个叶片将一反向涡旋传给在所述环形件的所述进口端和所述出口端之间移动的润滑油。
13.根据权利要求9的涡翼型机器，其特征在于，所述环形件和所述涡翼型机器形成多个漏斗形的小孔，所述的多个漏斗形的小孔在所述的用于除去杂质的装置和所述环形空腔之间限定了一条用于所述杂质的通道。
14.根据权利要求1的涡翼型机器，其特征在于，所述除去杂质的装置包括一滤网。
15.一种涡翼型机器，包括一个在其一侧有一第一螺旋叶片的第一涡翼件;一个第二涡翼件，它有与所述第一螺旋叶片成交错关系的第二螺旋叶片，以致当所述第一涡翼件相对于所述第二涡翼件公转时，由所述叶片形成容积能改变的移动腔;用于使所述涡翼件相对于另一个涡翼件公转的驱动装置，所述驱动装置包括一驱动轴，该轴有一伸入位于所述涡翼型机器的贮油槽中的润滑油内的第一端并限定了一个从所述第一端延伸的轴向孔，所述轴向孔用作所述涡翼型机器的主油泵，所述驱动轴可旋转地支承在一下轴承座上;一个固定地安装在所述下轴承座上并在所述贮油槽和所述轴向孔之间限定一润滑油流动通道的集污器，所述流动通道有一个进口端和一个出口端，并在所述出口端制有阶梯，用以在从所述贮油槽向所述轴向孔泵送的一部分润滑油中产生一环形涡旋，所述环形涡旋可用于从所述润滑油中分离杂质，所述集污器和所述驱动轴在所述环形涡旋和一由所述集污器及所述下轴承座限定的空腔之间形成一用于所述分离出来的杂质的环形通道。
16.根据权利要求15的涡翼型机器，还包括一设置在所述空腔内的磁铁，所述空腔由所述集污器和所述下轴承座承形成。
17.根据权利要求15的涡翼型机器，还包括一设置在所述轴向孔内的叶轮，所述叶轮固定在所述驱动轴上，与所述驱动轴一同转动，并且可用于帮助形成所述环形涡旋。
18.根据权利要求15的涡翼型机器，其特征在于，所述集污器包括多个设置在所述润滑油流动通道的所述进口端处的机翼形叶片，所述的多个叶片可用于将一反向涡旋传给在所述贮油槽和所述轴向孔之间泵送的所述润滑油。
19.根据权利要求15的涡翼型机器，其特征在于，所述集污器由塑料制成。
20.根据权利要求15的涡翼型机器，其特征在于，所述集污器和所述下轴承座还限定了多个设置在所述环形通道和所述空腔之间的漏斗形小孔。
21.根据权利要求15的涡翼型机器，还包括一设置在所述润滑油流动通道之内的滤网。
22.一种涡翼型机器，包括一个在其一侧有一螺旋叶片的第一涡翼件;一个第二涡翼件，它有一与所述第一螺旋叶片处于相互啮合关系的第二螺旋叶片，以致当所述第一涡翼件相对于所述第二涡翼件公转时，由所述叶片形成容积能改变的移动腔;用于使所述涡翼件相对于另一个涡翼件公转的驱动装置;用于将润滑油从一贮油槽中供至所述涡翼件的运动元件的供油装置;用于从所述润滑油中除去杂质的装置，所述除去杂质的装置由所述供油装置提供动力;以及与所述的去除杂质的装置连通的用于存放规定容积的所述杂质的装置，所述的存放规定容积的所述杂质的装置包括一有一进口端和一出口端的环形件，所述环形件固定在所述涡翼型机器的一个轴承座上并且与所述涡翼型机器的所述轴承座一起限定一用于存放所述碎屑的通常为环形的空腔。
全文摘要
一种涡翼型压缩机的泵油系统有一位于压缩机驱动轴上的用作主油泵的轴向同心孔。驱动轴位于压缩机的贮油槽内。进油座在贮槽和油泵间的油形成一流动通道。进油座也可设有多个机翼形的叶片，以阻碍底部涡旋的形成。阶梯状的流动通路导致环形涡旋的形成，以使杂质从润滑油中分离。驱动轴可包括一叶轮。杂质被导入由下轴承座和进油槽形成的贮存室内。多个小孔将杂质导入室中且在油液突然运动时阻止杂质喷出。在贮存室内可有一磁铁。
文档编号F04C29/02GK1101098SQ9410681
公开日1995年4月5日 申请日期1994年6月24日 优先权日1993年6月28日
发明者加里·K·费恩 申请人:科普兰公司