1.本实用新型属于涡旋式氦气压缩机技术领域，具体地说是一种具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机。
背景技术：2.油润滑空调压缩机用于定向gm式低温制冷机增压氦气已经成为标准，目前已经有成熟的方法能够解决涡旋盘在压缩氦气过程中产生的大量压缩热，即通过加大压缩机注油量，将氦气和大量润滑油混合后送入涡旋盘中，利用润滑油润滑涡旋盘并带走压缩热。通过外部冷却器，冷却高温润滑油和压缩后的氦气。由于氦气的分子小，氟利昂工质的分子大，涡旋盘压缩氦气过程的泄漏率远大于压缩氟利昂工质的泄漏率，增加过量的油可以提高涡旋盘的密封性，减小涡旋盘压缩氦气的泄漏率。
3.低压腔涡旋压缩机作为涡旋压缩机的主流技术之一，目前市场大金、三菱、丹佛斯、艾默生谷轮、英华特均使用此项技术。高压腔涡旋压缩机的代表hitachi corporation公司，推出的系列化氦气涡旋压缩机，输入功率在2-10kw，具有直接流向涡旋盘的回流气体，油可以与氦气一起进入涡旋盘压缩腔，起到冷却、润滑和密封涡旋盘作用，经过压缩后的高温高压油和气分离并积聚在压缩机底部，高温氦气和高温润滑油在压差作用下通过外部换热带走热量。
4.copeland compressor corporation通过改进空调设备的涡旋氦气压缩机，在涡旋盘进口处增加低压腔油气混合的通道，将油气混合后送入涡旋盘并在高压腔室内增加室内收集高压油装置，高温高压的润滑油和氦气在外部冷却器中冷却。
5.在授予斯蒂芬
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邓恩的中国专利cn101063450，对copeland水平固定空调涡旋压缩机油路进行改进，应用于压缩氦气，通过增加电机和底部油池之间的油旁通路，降低了压缩机轴承旋转过程中的阻力，降低压缩机输入功率和振动。
6.涡旋压缩机压缩氦气都需要将大量的润滑油注入涡旋盘内，相比普通空调涡旋压缩机，电机工作的额定功耗将增加，电机运行电流增加，电机发热量将大大增加，同时空调涡旋压缩机电机线圈上具有温度保护装置，大电流将降低保护温度的阈值，在制冷机降温过程中引起压缩机电机自动停机保护。
7.因此，需要改进copeland水平定向使用过程中电机冷却系统。
技术实现要素：8.本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，该氦气压缩机通过采用外部冷却后的润滑油先冷却电机线圈、再进入涡旋盘中压缩，从而显著的降低电机温度，达到利用普通低压腔空调涡旋压缩机压缩氦气的作用。
9.本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
10.一种具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，包括涡旋压包壳体、连通换热器的
主油路、连通油气细分离器的油分油路，在涡旋压包壳体内包含硅钢片、电机线圈和转子组成的电机，其特征在于：所述的电机线圈包括位于硅钢片前侧的线圈前区和位于硅钢片后侧的线圈后区，在线圈前区和线圈后区对应的涡旋压包壳体上分别设有相应的回油端口，从连通主油路的旁通油路输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈前区且从油分油路输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈后区、或者从连通主油路的旁通油路输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈后区且从油分油路输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈前区。
11.所述的线圈前区为电机线圈的线圈前端和硅钢片的硅钢片前端围成的区域，所述的线圈后区为电机线圈的线圈后端和硅钢片的硅钢片后端围成的区域。
12.所述的线圈前区沿转子的轴向长度不超过电机线圈的线圈前端至线圈后端沿转子的轴向长度的1/3，一般情况下为1/5～1/6。
13.所述的线圈后区沿转子的轴向长度不超过电机线圈的线圈前端至线圈后端沿转子的轴向长度的1/3，一般情况下为1/5～1/6。
14.所述的回油端口位于线圈前区和线圈后区对应的涡旋压包壳体的圆周上。
15.所述的油分油路对应的回油端口位于涡旋压包壳体的下部时，在油分油路设有单向阀，以阻止涡旋压包壳体中的润滑油在氦气压缩机停机过程中经油分油路反流入油气细分离器中。
16.所述的油分油路输出的冷却润滑油的最小流量根据油气细分离器所分离油产生的油速率确定。
17.所述的旁通油路输出的冷却润滑油的最大流量由喷油嘴油路给予轴承润滑所需的最小流量确定。
18.所述的旁通油路上设有旁通节油机构，旁通节油机构由可变孔径的小孔构成，从而达到变工况或者变频运行。
19.所述的油分油路上设有油分节油机构，油分节油机构由可变孔径的小孔构成，从而达到变工况或者变频运行。
20.本实用新型相比现有技术有如下优点：
21.本实用新型的氦气压缩机通过将外部冷却后的润滑油分为三路，除却润滑轴承的一路外，其中一路为油气细分离器中过滤出的经过冷却后的润滑油、另一路为润滑轴承所需多余出来的冷却后的润滑油，这两路冷却后的润滑油在压差作用下进入压缩机低压腔内喷淋冷却硅钢片两侧的电机线圈区域，通过润滑油带走电机线圈工作时产生的热量，降低马达温度，能够明显提高电机的使用寿命和可靠性。
22.本实用新型的氦气压缩机喷淋在电机线圈上的冷却润滑油在重力作用下沉积在涡旋压包壳体的底部、并且与回流气体一起进入涡旋盘中压缩，从而进一步润滑涡旋盘、同时带走压缩热，达到一举两得的效果。
附图说明
23.附图1为现有技术中的具有油旁通的氦气压缩机的示意图，其显示了水平安装具有油旁通系统的标准copeland涡旋压缩机；
24.附图2为本实用新型的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机的结构示意图，其
显示了水平安装具有电机线圈冷却的标准低压腔氦气压缩机；
25.附图3为本实用新型的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机的实施例一的示意图，展示了油冷却电机线圈的涡旋压缩机时，外部冷却的润滑油分为三路：其中一路为油气细分离器中过滤出的经过冷却后的润滑油在压差作用下进入压缩机低压腔冷却电机线圈的线圈后区、第二路为润滑轴承所需多余出来的润滑油在压差作用下进入压缩机低压腔冷却电机线圈的线圈前区、第三路润滑轴承；
26.附图4为本实用新型的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机的实施例二的示意图，展示了油冷却电机线圈的涡旋压缩机时，外部冷却的润滑油分为三路：其中一路为油气细分离器中过滤出的经过冷却后的润滑油在压差作用下进入压缩机低压腔冷却电机线圈的线圈前区、第二路为润滑轴承所需多余出来的润滑油在压差作用下进入压缩机低压腔冷却电机线圈的线圈后区、第三路润滑轴承。
27.其中：1—氦气压缩机；2-1—高压供气口；2-2—低压回气口；3—过滤器；4—油分节油机构；5—线圈后区；6—电机线圈；7—硅钢片；8—线圈前区；9—涡旋压包壳体；10—高压腔；11—涡旋盘；12—转子；13—轴承；14—底部喷油嘴；15—油分油路；16—减压旁通管路；17—减压旁通电磁阀；18—高压安全阀；19—吸附器管路；20—喷油嘴油路；21—旁通油路；22—旁通节油机构；23—高温高压混合管路；24—油气粗分离器；25—粗分润滑油管路；26—粗分混杂管路；27—换热器；28—冷却氦气管路；29—主油路；30—油气细分离器；31—吸附器；32—润滑油；33—油气混合物；34—高温高压温度传感器；35—冷却氦气温度传感器；36—高压出气管；37—低压回气管路；38—节流孔；39—高压压力传感器；40—低压压力传感器；41—线圈前端；42—硅钢片前端；43—硅钢片后端；44—线圈后端。
具体实施方式
28.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
29.如图2-4所示：一种具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，氦气涡旋压包由涡旋压包壳体9、轴承13、转子12、硅钢片7、电机线圈6、涡旋盘11和高压腔10组成，外部由油气粗分离器24、换热器27、油气细分离器30和吸附器31等主要部件和管路附件组成，连通换热器27的主油路29向轴承13提供冷却后的润滑油、连通油气细分离器30的油分油路15将沉积在油气细分离器30底部的润滑油提供给氦气涡旋压包，硅钢片7、电机线圈6和转子12组成的电机，电机线圈6包括位于硅钢片7前侧的线圈前区8和位于硅钢片7后侧的线圈后区5，其中线圈前区8为电机线圈6的线圈前端41和硅钢片7的硅钢片前端42围成的区域、线圈后区5为电机线圈6的线圈后端44和硅钢片7的硅钢片后端43围成的区域，线圈前区8沿转子12的轴向长度不超过电机线圈6的线圈前端41至线圈后端44沿转子12的轴向长度的1/3、线圈后区5沿转子12的轴向长度不超过电机线圈6的线圈前端41至线圈后端44沿转子12的轴向长度的1/3，一般情况下为1/5～1/6，在线圈前区8和线圈后区5对应的涡旋压包壳体9上分别设有相应的回油端口，从连通主油路29的旁通油路21输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈前区8且从油分油路15输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈后区5、或者从连通主油路29的旁通油路21输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈后区5且从油分油路15输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈前区8；喷淋在电机线圈6上的冷却润滑油在重力作用下沉积在涡旋压包壳体9的底
部、并且与回流气体一起进入涡旋盘11中压缩，从而进一步润滑涡旋盘11的同时带走压缩热，达到一举两得的效果。
30.在上述结构中，回油端口位于线圈前区8和线圈后区5对应的涡旋压包壳体9的圆周上。当油分油路15对应的回油端口位于涡旋压包壳体9的下部时（如图4所示），可在油分油路15设有单向阀，以阻止涡旋压包壳体9中的润滑油32在氦气压缩机1停机过程中经油分油路15反流入油气细分离器30中。需要明确的是，油分油路15输出的冷却润滑油的最小流量根据油气细分离器30所分离油产生的油速率确定、旁通油路21输出的冷却润滑油的最大流量由喷油嘴油路20给予轴承13润滑所需的最小流量确定。另外，为了实现变工况或者变频运行，在旁通油路21上设有旁通节油机构22、和/或油分油路15上设有油分节油机构4，旁通节油机构22、油分节油机构4由可变孔径的小孔构成。
31.图2示出了本实用新型的优选实施方式，用于压缩机单元的油冷却电机线圈的装置，该装置用于根据本实用新型的氦气压缩机1中，即提供了具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机。该氦气压缩机1包括涡旋压包壳体9，涡旋压包壳体9内包含由硅钢片7、绕组线圈6和转子12组成的电机，电机通过轴承13驱动涡旋压缩机的涡旋盘11。轴承13为空心结构底部具有吸油泵，可以吸取底部喷油嘴14喷出的回油中的润滑油，以润滑固定涡旋盘11的轴承13。润滑油32沉积在涡旋压包壳体9的底部，润滑油32通过涡旋压包壳体9和硅钢片7之间的间隙可以保持油在电机两端的流动。与图1所示的现有技术中将润滑轴承多余的油直接引至涡旋盘11的吸入口相比，本实用新型的技术方案是将外部冷却后的润滑油注入在电机线圈6外端面至硅钢片7之前的区域即在涡旋压包机壳9上对应的线圈前端41和硅钢片前端42之间的线圈前区8的范围内以及线圈后端44和硅钢片后端43之间的线圈后区5的范围内，开两个回油端口分别连通油分油路15和旁通油路21。其中线圈前区8的区间长度和线圈后区5的区间长度各占电机线圈6沿转子12的轴向的总长度的1/6。
32.涡旋盘压缩氦气和压缩空调制冷剂有很大的区别，压缩氦气时由于氦气的绝热指数大，压缩过程中升高的温度比用于压缩空调制冷工质大得多。高温会导致润滑油变质、涡旋盘11和电机损坏以及电机自保护停机，目前采用解决高温的现有技术是增加压缩机运行过程中所需润滑油的量，在压缩氦气过程中将一部分油吸入涡旋盘11中，用于冷却和润滑涡旋盘11及氦气，降低压缩过程中产生的温度，将压缩温度保持在容许限制以内。
33.润滑油在外部经过冷却后，在压差的作用下经主油路29回到压缩机中，将压缩过程中产生的热量带走，并排出系统之外。
34.由于压缩腔室内混有比空调运行工况多的多的润滑油，同时液体很难压缩，因此驱动涡旋盘压缩的电机的功耗就会明显增加，通常比空调运行的额定输出功率增大20%～40%，电机线圈6的电流和发热量将会明显增加。
35.图2所述的结构中，电机线圈6的发热量通过油分油路15和旁通油路21喷淋的冷却润滑油进行冷却降温，从而使电机工作在最佳的温度区间内，如图2和图3所示。
36.在本实用新型之前，如图1所示的现有技术中的油分油路15直接将回油注入涡旋压包壳体9的后部、旁通油路21绕过电机直接将回油注入涡旋盘11附近，并没有用于冷却电机线圈6。
37.在图4所示的备选实施方式中，相对图3所示的实施方式，油分油路15和旁通油路21连通的回油端口位置相互调换，旁通油路21的回油冷却电机线圈6的线圈后区5、油分油
路15的回油冷却电机线圈6的线圈前区8。
38.通常，压缩机是一种动力机械装置，其在较低压力下吸入气体并将其增大到更高的压力。在此采用的压缩机被定义为低温制冷机的一个部件，其提供低温制冷机所需的氦气流速和压力。更具体地说，在此采用的压缩机是油润滑涡旋压缩机，并利用冷却后的润滑油降低电机线圈6产生的温度。
39.更详细的，在图2-4中，氦气与来自涡旋压包壳体9底部沉积下的润滑油32混合后形成油气混合物33一起吸入涡旋盘11中，涡旋盘11和高压腔10之间的箭头表示氦气和润滑油混合物离开涡旋盘11压缩室并流入高压腔10内。高压腔10内的高温高压的油气混合物经过高温高压混合管路23到油气粗分离器24中，在油气粗分离器24中过滤超过99.9%油和氦气。剩余不足0.1%的润滑油/氦气经过粗分混杂管路26和超过99.9%的润滑油经过粗分润滑油管路25分别进入换热器27中，在换热器27中利用逆流高效换热技术分别冷却润滑油和氦气，冷却后的润滑油经过主油路29、喷油嘴油路20和底部喷油嘴14喷入涡旋压包壳体9中（一部分进入涡旋压缩机的轴承13中、另一部分滴落在壳体9的底部沉积的润滑油32中），且有一部分冷却后的润滑油经过主油路29、带有旁通节油机构22的旁通油路21喷淋冷却电机线圈6的线圈后区5或者线圈前区8，冷却电机线圈6的一端后沉积在涡旋压包壳体9的底部。冷却后的氦气经过冷却氦气管路28流入油气细分离器30中，在油气细分离器30中进一步分离氦气中混合的润滑油，油气细分离器30分离出绝大部分的润滑油、并聚积在油气细分离器30的底部，聚积在油气细分离器30底部的润滑油经过油分油路15、过滤器3和油分节油机构4回到涡旋压包壳体9内，并喷淋在冷却电机线圈6的线圈前区8或线圈后区5；从油气细分离器30中过滤出的氦气，此时氦气中仅含有微量的油雾或者油分子，含微量油雾的氦气经过吸附器管路19进入到吸附器31中，经过吸附器31吸附后到达高压出气管36的氦气纯度可以达到99.995%，吸附器31吸附氦气中的油和水的杂质，吸附一定时间后吸附会产生饱和，因此需要定期更换；另外油气细分离器30上设有高压安全阀18，高压安全阀18的作用是系统运行压力超过设计压力时打开向外界泄压；高压供气口2-1和低压回气口2-2之间的管路由gm制冷机的冷头绝热抽气制冷降压，使吸附器31经高压供气口2-1输出的高压回气在到达低压回气口2-2前成为常温低压的回气42。
40.做完功后的常温低压的回气42由低压回气管路37经过滤器3回到压缩机的壳体9内。压缩机在高低压之间有减压旁通管路16，当高压压力传感器39检测到的压力值大于设定值时，减压旁通电磁阀17打开，高压气体经带有减压旁通电磁阀17和节流孔38的减压旁通管路16进入低压回气管路37中，从而达到降低高压管路压力的目的。在正常工作过程中，减压旁通电磁阀17闭合；系统停止运行时，减压旁通电磁阀17打开，气体经减压旁通管路16流入低压回气管路37中，实现涡旋压缩机的高低压力平衡。当系统运行过程中，高压压力传感器39检测到的压力值大于等于设定报警值时，氦气压缩机1的系统将会停止运行，系统运行过程中，低压压力传感器40检测到的压力值小于等于设定报警值时，氦气压缩机1将会停止运行。高温高压温度传感器34检测涡旋压包出口侧的氦气和油混合物的温度、冷却氦气温度传感器35是检测经过冷却后的氦气温度，当检测温度超过设定报警值时，氦气压缩机1的系统将报警停机。
41.本实用新型的优点是，可以降低氟利昂涡旋压缩机压缩氦气时电机产生的温度，对于不同排量的氦气压缩机，采用本实用新型提供的结构改进能够降低电机及其周围壳体
温度4-10℃，从而提高整个系统的可靠性和寿命。
42.实施例一
43.对于具有80nm3/h出口排气量的氦气压缩机，采用本实用新型提供的结构改进能够降低电机及其周围壳体温度4-6℃，降温效果如下表所示。
[0044][0045]
尽管已经描述了本实用新型，但是将会认识到能够进一步改进，本实用新型的用途和/或适用总体上遵循本实用新型的原理并包括脱离本实用新型公开内容但在本实用新型涉及的领域中已知或者惯例范围的那些变化，这一点适用于之前提出的主要特征，这些都落入本实用新型的范围或者附加权利要求限制范围内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
技术特征：1.一种具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，包括涡旋压包壳体（9）、连通换热器（27）的主油路（29）、连通油气细分离器（30）的油分油路（15），在涡旋压包壳体（9）内包含硅钢片（7）、电机线圈（6）和转子（12）组成的电机，其特征在于：所述的电机线圈（6）包括位于硅钢片（7）前侧的线圈前区（8）和位于硅钢片（7）后侧的线圈后区（5），在线圈前区（8）和线圈后区（5）对应的涡旋压包壳体（9）上分别设有相应的回油端口，从连通主油路（29）的旁通油路（21）输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈前区（8）且从油分油路（15）输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈后区（5）、或者从连通主油路（29）的旁通油路（21）输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈后区（5）且从油分油路（15）输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈前区（8）。2.根据权利要求1所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的线圈前区（8）为电机线圈（6）的线圈前端（41）和硅钢片（7）的硅钢片前端（42）围成的区域，所述的线圈后区（5）为电机线圈（6）的线圈后端（44）和硅钢片（7）的硅钢片后端（43）围成的区域。3.根据权利要求1或2所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的线圈前区（8）沿转子（12）的轴向长度不超过电机线圈（6）的线圈前端（41）至线圈后端（44）沿转子（12）的轴向长度的1/3。4.根据权利要求1或2所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的线圈后区（5）沿转子（12）的轴向长度不超过电机线圈（6）的线圈前端（41）至线圈后端（44）沿转子（12）的轴向长度1/3。5.根据权利要求1所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的回油端口位于线圈前区（8）和线圈后区（5）对应的涡旋压包壳体（9）的圆周上。6.根据权利要求5所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的油分油路（15）对应的回油端口位于涡旋压包壳体（9）的下部时，在油分油路（15）设有单向阀，以阻止涡旋压包壳体（9）中的润滑油（32）在氦气压缩机（1）停机过程中经油分油路（15）反流入油气细分离器（30）中。7.根据权利要求1所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的油分油路（15）输出的冷却润滑油的最小流量根据油气细分离器（30）所分离油产生的油速率确定。8.根据权利要求1或7所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的旁通油路（21）输出的冷却润滑油的最大流量由喷油嘴油路（20）给予轴承（13）润滑所需的最小流量确定。9.根据权利要求1所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的旁通油路（21）上设有旁通节油机构（22），旁通节油机构（22）由可变孔径的小孔构成，从而达到变工况或者变频运行。10.根据权利要求1或9所述的具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，其特征在于：所述的油分油路（15）上设有油分节油机构（4），油分节油机构（4）由可变孔径的小孔构成，从而达到变工况或者变频运行。
技术总结本实用新型公开了一种具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机，包括涡旋压包壳体（9）、主油路（29）、油分油路（15）、以及硅钢片（7）、电机线圈（6）和转子（12）组成的电机，该电机线圈（6）包括线圈前区（8）和线圈后区（5），在线圈前区（8）和线圈后区（5）对应的涡旋压包壳体（9）上分别设有相应的回油端口，从连通主油路（29）的旁通油路（21）输出的冷却润滑油在压差作用下经一回油端口喷淋线圈前区（8）且从油分油路（15）输出的冷却润滑油在压差作用下经另一回油端口喷淋线圈后区（5）、或者反之。本实用新型采用冷却后的润滑油喷淋电机线圈的两端部，带走电机线圈工作时产生的热量，提高电机的寿命和可靠性。靠性。靠性。
技术研发人员：朱良友 李奥 查子文 何韩军
受保护的技术使用者：中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/7/5
