專利名稱：往復式制冷壓縮機的制作方法
技術領域：
本公開涉及制冷壓縮機。更特定而言，其涉及使用基于二氧化碳的制冷劑的往復式活塞壓縮機。
背景技術：
多種制冷劑壓縮機配置是常用的。這些配置包括螺桿壓縮機；渦旋壓縮機；以及，往復式活塞壓縮機。制冷系統(tǒng)的一特定子領域為運輸制冷系統(tǒng)(例如，卡車、拖車和貨物容器制冷系統(tǒng))。該領域運輸制冷系統(tǒng)的示例性狀態(tài)使用內(nèi)燃機來直接地或間接地驅(qū)動往復式活塞壓縮機。一種當前的運輸制冷系統(tǒng)使用柴油-電動混合系統(tǒng)來向使用R-404A HFC制冷劑的往復式活塞壓縮機供電。較近，提出了使用基于二氧化碳的制冷劑(例如，R-744)來用于運輸應用，這是由于關于HFC環(huán)境影響的考慮的原因。R-744也被提出用于電動往復式活塞壓縮機，其用作分布式零售展示柜的中央壓縮機。
發(fā)明內(nèi)容
本公開的一方面涉及一種具有殼體和曲軸的壓縮機。殼體具有多個缸。對于缸中的每一個，壓縮機包括活塞，其安裝成至少部分地在缸內(nèi)進行往復移動。連桿將每個活塞聯(lián)接到曲軸。銷將每個連桿聯(lián)接到相關聯(lián)的活塞。每個銷具有安裝到相關聯(lián)活塞的第一接納部和第二接納部的第一端部和第二端部和接合相關聯(lián)的連桿的中心部?；钊械拿恳粋€由第一鑄鐵形成。在缸中每一個處，殼體由第二鑄鐵形成。第一鑄鐵和第二鑄鐵之一為米漢納型(Meehanite-type)鑄鐵且第一鑄鐵和第二鑄鐵中的另一個為灰鑄鐵。在各種實施方式中，在殼體內(nèi)的電動馬達可聯(lián)接到曲軸。第二鑄鐵可包括在第三鑄鐵中的套筒。第三鑄鐵可為球墨鑄鐵。對于每個所述銷，所述相應端部可壓配在所述相關聯(lián)的活塞接納部中。米漢納型鑄鐵可以具有大于灰鑄鐵的極限拉伸強度的極限拉伸強度。 米漢納型鑄鐵可具有250-375 N/mm2的極限拉伸強度且灰鑄鐵可具有200-250 N/mm2的極限拉伸強度?；诣T鐵可具有250-375 N/mm2的極限拉伸強度和灰鑄鐵可具有200-250 N/mm2 的極限拉伸強度。米漢納型鑄鐵可具有比灰鑄鐵的加工性能低的加工性能。米漢納型鑄鐵可具有比灰鑄鐵的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)。米漢納型鑄鐵可具有比灰鑄鐵強的自我潤滑。 米漢納型鑄鐵可具有比灰鑄鐵強的耐磨損性。每個活塞可基本上未被涂層(例如，缺少固態(tài)抗磨損或潤滑涂層)。本公開的其它方面涉及包括這種壓縮機的制冷系統(tǒng)。該制冷系統(tǒng)可包括穿過該壓縮機的再循環(huán)流動路徑。第一熱交換器可沿著流動路徑定位于壓縮機下游。膨脹裝置可沿著流動路徑定位于第一熱交換器下游。第二熱交換器可沿著流動路徑定位于膨脹裝置下游。所述制冷劑充注可包括至少50%重量的二氧化碳。該系統(tǒng)可以是制冷運輸系統(tǒng)。該制冷運輸系統(tǒng)還可包括容器。所述第二熱交換器可被定位成冷卻容器的內(nèi)部。該系統(tǒng)可為固定制冷系統(tǒng)。該固定制冷系統(tǒng)還可包括多個制冷空間。還可存在多個所述第二熱交換器， 每個第二熱交換器被定位成冷卻相關聯(lián)的所述制冷空間。本公開的其它方面涉及制造方法。該壓縮機可通過經(jīng)由銷將連桿安裝到活塞上而被制造。該活塞可以以基本上未被涂層的狀態(tài)被插入到缸內(nèi)。連桿可與曲軸配合。殼體可組裝在曲軸上。在附圖和下文的描述中陳述了一個或多個實施例的細節(jié)。通過描述和附圖以及權利要求，其它特征、目的和優(yōu)點將是顯然的。
圖1是壓縮機的側(cè)視圖。圖2是圖1的壓縮機的豎直縱向剖視圖。圖3是圖1的壓縮機的缸的局部豎直縱向剖視圖。圖4是制冷系統(tǒng)的示意圖。圖5是包括圖4的系統(tǒng)的牽引車拖車組合的局部示意圖。圖6是固定商業(yè)制冷系統(tǒng)的示意圖。在各種附圖中相似的附圖標記和名稱指示相似的元件。
具體實施例方式圖1和圖2示出基于在2008年9月19日提交的美國專利申請61/098，102和在2009年9月16日提交的國際申請PCT/US09/57153所示的配置的示范性壓縮機20。 當實施為這種基準壓縮機配置的再造工程時，該示范性壓縮機可用未被涂層的米漢納 (Meehanite)型鑄鐵活塞來替換被涂層的灰鑄鐵活塞。這種再造工程的潛在優(yōu)點為顯著的制造成本降低而不會有不當?shù)男阅芙导?。舉例而言，雖然保護和/或抗摩涂層(例如，由密歇根州麥迪遜高地(Madison Heights, Michigan)的 Henkel Technologies 以商標 PARCO LUBRITE銷售的厚度超過0. 0001英寸的包含磷酸錳的非金屬吸油涂層)在灰鑄鐵活塞上可能是需要的，這種涂層在本發(fā)明的活塞中可被取消。具體示范性活塞材料是具有珠光體基質(zhì)的片狀石墨鑄鐵。具體實例為米漢納(威斯康星州梅庫恩(Mequon，Wisconsin) Meehanite Metal Corp.的商標)具有350N/mm2 (50ksi)的相對應標稱極限拉伸強度(UTS) 的片狀石墨GA350 (GA50)和具有275N/mm2 (40ksi)標稱拉伸強度的GC275 (GC40)。更寬的示范性拉伸強度為250-375N/mm2。在灰鑄鐵上的米漢納鑄鐵相互作用可相對于灰鑄鐵的自我磨損和摩擦性質(zhì)具有減輕的磨損和摩擦。這可能是由于米漢納鑄鐵組合的形態(tài)和游離石墨存在的原因。因此， 米漢納鑄鐵允許取消涂層。壓縮機20具有外殼(殼體)組件22。示范性壓縮機包括電動馬達M (圖幻。示范性殼體22具有吸入端口(入口) 和排放端口(出口)28。外殼限定多個缸30、31和32。每個缸容納相關聯(lián)的活塞34，活塞34被安裝成至少部分地在缸內(nèi)進行往復移動。示范性多缸配置包括對齊型；V型(V字形)；和水平對置。示范性對齊壓縮機包括三個缸。缸中的每一個包括吸入位置和排放位置。舉例而言，缸可并聯(lián)使得吸入位置是被共享/共用的由吸入端口 26進給的吸入增壓室且排放位置是被共享/共用的進給排放端口觀的排放增壓室。在其它配置中，缸可共用吸入位置/條件但具有不同的排放位置/條件。在其它配置中，缸可串聯(lián)。示范性制冷劑是二氧化碳(CO2)基的(例如，以質(zhì)量/重量至少是50% 的 CO2)?；钊?4中每一個經(jīng)由相關聯(lián)的連桿36聯(lián)接到曲軸38。示范性曲軸38由軸承保持在殼體內(nèi)以繞軸線500旋轉(zhuǎn)。示范性曲軸與馬達M的轉(zhuǎn)子40和定子42同軸。每個活塞30-32經(jīng)由相關聯(lián)的活塞銷44聯(lián)接到其相關聯(lián)的連桿36。圖3示出銷44具有中心部 46，該中心部46被安裝成在連桿36的遠端部50中的孔口 48中旋轉(zhuǎn)。示范性孔口在襯套 51中，襯套51干涉配合于連桿的主件中。銷具有第一端部52和第二端部53，第一端部52 和第二端部M安裝在活塞的相關聯(lián)的接納部56和57的孔口討和55中(例如，經(jīng)由諸如壓配合的干涉配合)。示范性活塞具有遠端面60和側(cè)面/周向表面62。一個或多個密封圈64可承載在表面62中相對應的凹槽66中。在示范性缸中，缸壁/表面70的至少一部分由套筒74的內(nèi)表面72形成。示范性套筒74由灰鑄鐵形成且干涉配合(例如，壓配合)于相對應的殼體部件(例如，缸體76) 內(nèi)。示范性缸體76包括球墨鑄鐵件。用于套筒74(或用于缺少這種套筒的替代缸體)的示范性灰鑄鐵為ASTM類35鐵。用于類35灰鑄鐵的標稱UTS為250 N/mm2 (35ksi)。示范性UTS范圍為200-255 N/mm2。示范性灰鑄鐵具有比示范性米漢納更好的機械性能和更低的成本。舉例而言，對于灰鑄鐵而言，示范性美國鋼鐵協(xié)會(AISI)加工性能額定值為110， 而米漢納型鑄鐵的示范性加工性能為47。但是，示范性灰鑄鐵具有不如米漢納型鑄鐵的自我潤滑和摩擦系數(shù)和耐磨損性。因此，在灰鑄鐵上的米漢納鑄鐵摩擦將低于在灰鑄鐵上的灰鑄鐵。在替代實施例中，使活塞和套筒材料相反使得活塞包括灰鑄鐵或基本上由灰鑄鐵構成且套筒包括米漢納型鑄鐵或基本上由米漢納型鑄鐵構成。圖4示出包括壓縮機20的示范性制冷系統(tǒng)120。系統(tǒng)120包括在吸入端口沈處的系統(tǒng)吸入位置/條件150。制冷劑主流動路徑152從吸入位置/條件150向下游通過并聯(lián)壓縮機缸行進以從排放端口觀處排放位置/條件IM排放。主流動路徑152向下游行進通過第一熱交換器(氣體冷卻器/冷凝器)156的入口以離開該氣體冷卻器/冷凝器的出口。主流動路徑152然后向下游行進通過膨脹裝置162。主流動路徑152然后向下游行進通過第二熱交換器(蒸發(fā)器)164以返回到吸入條件/位置150。在正常操作條件下，制冷劑的再循環(huán)流沿著主流動路徑52傳遞，在缸中被壓縮。 被壓縮的制冷劑在氣體冷卻器/冷凝器156中冷卻，在膨脹裝置162中膨脹，且然后在蒸發(fā)器164中被加熱。在示范性實施方式中，氣體冷卻器/冷凝器156和蒸發(fā)器164為具有相關聯(lián)風扇(170 ；172)強制空氣流動(174 ； 176)的制冷劑-空氣熱交換器。蒸發(fā)器164可處于制冷空間中或其空氣流可穿過制冷空間。同樣，氣體冷卻器/冷凝器156或其空氣流可在制冷空間外部。額外系統(tǒng)構件和另外的系統(tǒng)變型是可能的(例如，多區(qū)/蒸發(fā)器配置、經(jīng)濟型配置等)。示范性系統(tǒng)包括制冷運輸單元和固定商業(yè)制冷系統(tǒng)。圖5示出呈制冷拖車形式的制冷運輸單元(系統(tǒng))220。拖車可由牽引車222拉動。示范性拖車包括限定內(nèi)部/隔室226(制冷空間)的容器/箱224。安裝到箱2M前部的設備外殼2 可包含發(fā)電機系統(tǒng)，其包括發(fā)動機230(例如，柴油發(fā)動機)和發(fā)電機232， 發(fā)電機232機械地聯(lián)接到發(fā)動機以由其驅(qū)動。制冷系統(tǒng)120可電聯(lián)接到發(fā)電機232以接收電力。蒸發(fā)器和其相關聯(lián)的風扇可位于隔室226內(nèi)或另外與隔室2 熱連通。示范性固定商業(yè)制冷系統(tǒng)250(圖6)包括一個或多個中央壓縮機20和散熱熱交換器156 (例如，在建筑物255外部/建筑物255上)，散熱熱交換器156共同用于多個制冷空間256 (例如，建筑物中零售展示柜258的制冷空間)。每個這樣的制冷空間具有其自己的吸熱熱交換器164’和膨脹裝置162’ (或可存在共同膨脹裝置)?？山?jīng)由其它常規(guī)制造技術來制造壓縮機?；钊?、套筒和缸體可被澆注且機械加工， 其它構件也可被澆注且機械加工。組裝可在活塞和套筒上不存在前述抗摩/涂層的情況下進行，但利用組裝潤滑劑(例如，油或酯)。組裝可涉及經(jīng)由銷將連桿安裝到活塞上?；钊曰旧衔幢煌繉?但潤滑)的狀態(tài)被插入到缸內(nèi)。連桿可與曲軸配合。殼體可組裝在曲軸上(例如，通過配合集油槽到缸體)?？山M裝其余元件。盡管在上文中詳細描述了實施例，但該描述預期并不限制本公開的范圍。應了解， 在不偏離本公開的精神和范圍的情況下可做出各種修改。舉例而言，當在現(xiàn)有壓縮機配置的再造工程中被實施時，現(xiàn)有配置的細節(jié)可影響或支配任何特定實施方式的細節(jié)。因此，其它實施例在后面權利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種壓縮機(20)，包括:殼體(22)，其具有多個缸(30-32)； 曲軸(38)；以及對于所述缸中的每一個活塞(34)，其安裝成至少部分地在所述缸內(nèi)進行往復移動； 連桿(36)，其將所述活塞聯(lián)接到曲軸；以及，銷(44)，其將所述連桿聯(lián)接到所述活塞，所述銷具有安裝在所述活塞的第一接納部(56)和第二接納部(57)中的第一端部(5 和第二端部(5 ；以及接合所述連桿的中心部(48)， 其中所述活塞中每一個包括第一鑄鐵；在所述缸中每一個處，所述殼體包括第二鑄鐵；以及所述第一鑄鐵和所述第二鑄鐵之一為米漢納型鑄鐵且所述第一鑄鐵和所述第二鑄鐵中的另一個為灰鑄鐵。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于還包括電動馬達(M)，其在所述殼體內(nèi)聯(lián)接到所述曲軸。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于所述第二鑄鐵包括在第三鑄鐵(76)中的套筒(74)，所述第三鑄鐵為球墨鑄鐵。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于對于每個所述銷，所述相應端部壓配于相關聯(lián)的活塞接納部中。
5.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于所述米漢納型鑄鐵具有大于所述灰鑄鐵的極限拉伸強度的極限拉伸強度。
6.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于所述米漢納型鑄鐵具有250-375N/mm2 的極限拉伸強度且所述灰鑄鐵具有200-250 N/mm2的極限拉伸強度。
7.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于所述米漢納型鑄鐵具有比所述灰鑄鐵的加工性能低的加工性能。
8.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于所述米漢納型鑄鐵具有比所述灰鑄鐵的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)。
9.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于所述米漢納型鑄鐵具有比所述灰鑄鐵強的自我潤滑。
10.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其特征在于每個所述活塞基本上未被涂層。
11.一種制冷系統(tǒng)(120 ；250)，包括 根據(jù)權利要求1所述的壓縮機00)；穿過所述壓縮機的制冷劑再循環(huán)流動路徑(152)； 沿著所述流動路徑在所述壓縮機下游的第一熱交換器(156)； 沿著所述流動路徑在所述第一熱交換器下游的膨脹裝置(162;162')；以及沿著所述流動路徑在所述膨脹裝置下游的第二熱交換器(164 ；164')。
12.根據(jù)權利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于所述制冷劑充注包括至少50%重量的二氧化碳。
13.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其為制冷運輸系統(tǒng)，其特征在于還包括容器OM)， 所述第二熱交換器被定位成冷卻所述容器的內(nèi)部(226)。
14.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其為固定制冷系統(tǒng)，其特征在于還包括 多個制冷空間(256)；以及，多個所述第二熱交換器(164’)，每個第二熱交換器被定位成冷卻相關聯(lián)的所述制冷空間。
15.一種制造根據(jù)權利要求1所述的壓縮機的方法，包括 經(jīng)由所述銷將所述連桿安裝到所述活塞上；以基本上未被涂層的狀態(tài)將所述活塞插入到所述缸內(nèi)； 將所述連桿配合到所述曲軸上；以及， 在所述曲軸上組裝所述殼體。
全文摘要
一種壓縮機(20)具有殼體(22)和曲軸(38)。殼體具有多個缸(30-32)。對于缸中的每一個，壓縮機包括活塞(34)，其安裝成至少部分地在缸內(nèi)進行往復移動。連桿(36)將每個活塞聯(lián)接到曲軸。銷(44)將每個連桿聯(lián)接到相關聯(lián)的活塞。每個銷具有安裝到相關聯(lián)活塞的第一接納部(56)和第二接納部(57)的第一端部(52)和第二端部(53)和接合相關聯(lián)的連桿的中心部(48)?；钊械拿恳粋€由第一鑄鐵形成。在缸中每一個處，殼體由第二鑄鐵形成。第一鑄鐵和第二鑄鐵之一為米漢納型鑄鐵且第一鑄鐵和第二鑄鐵中的另一個為灰鑄鐵。
文檔編號F04C18/00GK102308092SQ200980156233
公開日2012年1月4日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權日2009年2月6日
發(fā)明者J. 弗拉尼根 P. 申請人:開利公司