具有雙減壓的齒輪泵的制作方法

本申請要求于2014年8月25日提交的題為“Gear Pump with Dual Pressure Relief”的美國專利申請號62/041,514的權益，該申請的公開通過引用的方式整體并入本文，如同在本文中所闡述的那樣。

背景技術：

本公開涉及泵。更特別地，本公開涉及用于壓縮機潤滑的齒輪泵。

諸如往復式壓縮機的壓縮機需要潤滑。示例性往復式壓縮機可需要在幾個位置中的一個或多個位置處潤滑。這些位置包括相對于殼體支撐軸的主軸承。對于往復式壓縮機，軸是曲軸，且位置還包括：曲軸和桿之間的軸承；桿/活塞的十字頭銷軸承；和活塞/氣缸接口。油可通過軸中的通道輸送。油泵可安裝為由軸驅動以從壓縮機貯槽抽吸油并且驅動油通過通道。

示例性泵作為“TR系列泵”由美國伊利諾伊州的Alsip的Tuthill Pump Group公司銷售。這種泵具有安裝在內葉輪轉子(外擺線齒輪)內的外葉輪惰輪(內擺線齒輪)。轉子是轉子/扭矩環組件的一部分。扭矩環包括套筒，轉子(例如通過焊接、過盈配合等)固定在該套筒內。如下面所討論，扭矩環驅動轉子的旋轉，并且經由惰輪的轉子旋轉。

轉矩環的相應的第一端部分和第二端部分突出超過轉子的相對的第一端和第二端。第一端部分是近端部分并且安裝至曲軸以繞曲柄軸旋轉。也是浮板或墊圈的第一端部分用作減壓閥元件。墊圈由彈簧偏壓為與轉子和惰輪的第一端密封接合。彈簧的前部分可處于滑動地安裝在曲軸的彈簧隔室中的密封套筒中。

第二端部分包含承載組件，該承載組件包括空心軸，惰輪坐落在該空心軸上。軸具有平行于曲柄軸線并與曲柄軸線稍微偏離的軸線。承載組件具有端板，軸從該端板突出。端板安裝至轉子/扭矩環的第二端部分。

示例性泵是自動換向泵，其在流動方向上提供流動，而不管軸旋轉的方向。這通過為端板設置與泵蓋的一對端口相互作用的一對端口來實現。泵蓋端口是相應的入口端口和出口端口。蓋入口端口與延伸至入口(例如，在壓縮機貯槽中的過濾器處)的吸油管線連通。蓋出口端口與軸的孔連通以流過曲軸中的通道到達軸承。

在環的旋轉驅動時，形成于它們的葉輪之間的惰輪凹穴的旋轉將經由兩個承載件端口順序地向兩個蓋端口打開。凹穴將向蓋入口端口打開、膨脹以從蓋入口端口吸入液體、向蓋入口端口關閉并且向蓋出口端口打開、收縮以便通過蓋出口端口排出液體，且然后向蓋出口關閉，并向蓋入口端口打開以完成循環，

如果凹穴中的壓力足以克服彈簧偏壓，則壓力將使墊圈轉換脫離與惰輪和轉子的端部的密封接觸，并且打開路徑以使流體返回通過蓋入口以釋放壓力。

發明概要

本公開的一方面涉及一種內齒輪泵，其包括：內葉輪轉子，和延伸超過轉子的至少第一端的扭矩環；外葉輪惰輪，其由轉子包圍；空心軸，其支撐惰輪；減壓元件，其定位為在第一狀態和第二狀態之間切換；和彈簧，其從第二狀態朝向第一狀態偏壓減壓元件。扭矩環具有至少一個減壓端口，該減壓端口定位為使得：在第一狀態下，減壓元件阻擋從泵的內部容積至減壓端口的路徑；并且在第二狀態下，相對于第一狀態，減壓元件不會阻擋路徑。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，至少一個減壓端口都具有大于減壓元件的相鄰表面的厚度的軸向跨度(D_H)。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，至少一個減壓端口包括一對減壓端口。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，至少一個減壓端口包括扭矩環的內徑(ID)表面和扭矩環的外徑(OD)表面之間的通孔。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，泵還包括承載件，軸從所述承載件突出且所述承載件具有一對端口。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，泵還包括密封套筒，該密封套筒具有：肩部，其定位為接觸減壓元件；和側壁，其從肩部延伸并圍繞彈簧的一部分。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，扭矩環還包括一對驅動槽，其用于容納從容納在扭矩環第一端部分中的驅動軸突出的驅動銷。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，一種壓縮機包括泵，并且還包括：外殼；驅動軸，其由外殼承載以繞軸線旋轉，且扭矩環安裝在驅動軸上；和一個或多個工作元件，其耦接至驅動軸以由驅動軸的旋轉驅動。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中：驅動軸是曲軸；一個或多個工作元件是通過相關聯的連桿耦接至曲軸的一個或多個活塞；且油通道從泵延伸通過曲軸至曲軸和連桿之間的接口。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，潤滑流動路徑按以下順序行進：從壓縮機的貯槽中的拾取器；通過承載軸的承載件且進入泵的內部容積中；從泵的內部容積返回通過承載件；并通過空心軸且進入驅動軸中。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，減壓流動路徑按以下順序行進：通過至少一個減壓端口進入外殼的泵腔中；并通過排出通道到達壓縮機的貯槽。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，一對銷從驅動軸突出至扭矩環中的相應槽中以將驅動軸旋轉地耦接至轉子。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，泵還包括密封套筒，該密封套筒具有：肩部，其定位為接觸減壓元件；和側壁，其從肩部延伸并圍繞彈簧的一部分。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，軸具有階梯式隔室，所述階梯式隔室具有：第一部分，其容納密封套筒側壁；和第二部分，其容納彈簧的近端部分。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，一種使用泵的方法包括旋轉轉子。所述旋轉引起內部容積中的壓力增加；且壓力增加產生作用使減壓元件克服彈簧偏壓從第一狀態轉換至第二狀態，所述轉換便于來自內部的減壓流通過減壓端口。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，除了內部空間的部分之間的第一減壓流之外，減壓流也是第二減壓流。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，泵處于壓縮機中，并且第一減壓流穿過泵蓋，而第二減壓流旁通泵蓋。

在任何前述實施方案的一個或多個實施方案中，一種用于制造泵的方法包括從基線泵開始并且鉆出至少一個減壓端口。

在附圖和下面的描述中闡述了一個或多個實施方案的細節。通過說明書和附圖以及通過權利要求，其它特征、目的和優點將顯而易見。

附圖簡述

圖1是蒸氣壓縮系統的示意圖。

圖2是圖1的系統的壓縮機的前視圖。

圖3是沿圖2的線3-3截取的壓縮機的縱向截面圖。

圖3A是圖3的壓縮機的泵區域的放大圖。

圖4是沿圖2的線4-4截取的壓縮機的縱向截面圖。

圖4A是圖4的壓縮機的泵區域的放大圖。

圖5是沿圖2的線5-5截取的壓縮機的泵區域的縱向截面圖。

圖6是沿圖2的線6-6截取的泵區域的縱向截面圖。

圖7是沿圖2的線7-7截取的減壓期間的泵區域的縱向截面圖。

圖8是泵的第一視圖。

圖9是泵的第二視圖。

圖10是泵的第一分解圖。

圖11是泵的第二分解圖。

圖12是沿圖3A的線12-12截取的泵區域的部分橫截面圖。

圖13是沿圖3A的線13-13截取的泵區域的部分橫截面圖。

圖14是沿圖3A的線14-14截取的泵區域的部分橫截面圖。

圖15是沿圖3A的線15-15截取的泵區域的部分橫截面圖。

圖16是泵蓋的后端視圖。

各個圖中相同參考數字和標記指示相同的元件。

具體實施方式

圖1示出基本示例性蒸氣壓縮系統(制冷系統)20。系統包括沿再循環制冷劑流動路徑22定位的部件。這些部件包括具有吸入端口(入口)26和排出端口(出口)28的壓縮機24。沿制冷劑流動路徑22的排出端口28的下游是具有入口32和出口34的換熱器30。換熱器30的下游是具有入口38和出口40的膨脹裝置36。膨脹裝置的下游是具有入口44和出口46的換熱器42。流動路徑22從換熱器42返回至吸入端口26。

各種管道(例如，管)可沿流動路徑22互連各種部件。在基本第一操作模式中，制冷劑由壓縮機24沿流動路徑22向下游驅動，使得換熱器30是從壓縮的制冷劑中排熱的排熱換熱器。根據制冷劑組成和操作參數，排熱換熱器可被稱為冷凝器或氣體冷卻器。在換熱器30中排熱之后，制冷劑傳遞至膨脹裝置36(例如，電子膨脹閥(EXV)或熱膨脹閥(TXE))，在該膨脹裝置中，制冷劑膨脹以降低溫度。然后，降低溫度的制冷劑穿過換熱器42，該熱交換器用作在將該制冷劑返回至壓縮機之前從制冷劑吸收熱量的吸熱換熱器。在該模式下，換熱器42可用作蒸發器。包括附加部件的更復雜的電路有可能進行更復雜操作(例如，包括用于不同環境條件的各種模式)。

根據系統20的性質(例如，冷卻器與一些其它系統)，換熱器可以是制冷劑-空氣的換熱器、制冷劑-水的換熱器等。

示例性壓縮機24是往復式壓縮機，其具有限定多個氣缸52的殼體或外殼組合件50(圖2和圖3)，每個氣缸都容納相應的活塞54。活塞通過相關聯的連桿58耦接至軸(曲軸)56。示例性壓縮機具有一體式電動機，該電動機包括位于外殼的電動機殼體部分65內的轉子62和定子64。這將在下面討論，示例性殼體組合件包括形成曲軸箱的主鑄件、氣缸、電動機殼體部分65以及它們之間的壁。示例性壓縮機入口26沿外殼組合件50的后端處的電動機蓋板67形成。往復式壓縮機的替代構造是可能的，通常的替代壓縮機構造(例如，具有除活塞之外的工作元件)也是可能的。

軸56從前端66延伸至后端68。軸56安裝至外殼組合件以用于由多個主軸承繞軸的軸線500旋轉。軸56具有容納在電動機轉子62內的后部分70。曲軸中間部分72安裝在電動機殼體和外殼的曲軸箱部分75之間的壁73中的軸承74內。曲軸箱限定貯槽80。曲軸前部分76容納在殼體組合件的前端處的泵外殼77中的軸承78內。圖3A示出泵殼體內的油泵100。如上所述，示例性油泵基于現有的“TR系列泵”。泵100處于隔室102內。泵外殼的前端由泵蓋104封閉。

在正常操作中，泵100沿油流動路徑驅動油流420，該油流動路徑從貯槽中的油積聚區90中的拾取器/過濾器單元111的入口110(圖3)開始、穿過管道112到達泵外殼77(圖4)、通過泵殼體到達泵蓋104(圖4A)。如下面進一步討論，在正常操作中，油流動路徑行進至泵中(圖3A)、從泵返回至泵蓋中，且然后返回通過泵到達軸56中。圖3A示出軸56中的通道116，該通道包括具有延伸至主軸承74、78和與連桿接口連接的軸承98的分支的主干饋送分支。

圖8至圖15示出示例性泵100的其它細節。泵具有中心縱向軸線500，當安裝時，該中心縱向軸線與曲軸的軸線500重合。扭矩環120形成為從第一端122延伸至第二端124并具有內徑(ID)或內表面126和外徑(OD)或外表面128的套筒。鉆子130(圖10)從第一端132延伸至第二端134并具有內表面136和外表面138。內表面由多個葉輪140形成。轉子諸如通過過盈配合(例如熱過盈配合)、焊接等固定在扭矩環中以產生作為轉子/扭矩環組合件的剛性單元。扭矩環具有延伸超過轉子的相應端的部分142、144。惰輪150偏心地容納在轉子內且因此具有平行于并偏離軸線500的中心縱向軸線502。惰輪150從第一端152延伸至第二端154。惰輪具有形成孔157的內表面156。惰輪具有由葉輪160形成的外表面158，該葉輪與轉子的葉輪協作以提供泵送作用。

圖10還示出泵100，該泵具有從第一端172延伸至第二端174并具有內表面176和外表面178的承載件(惰輪承載件)170。內表面176限定孔177，該孔相對于外表面偏心并共享軸線502。

承載件170包括在端部172和174之間延伸的一對端口或通道180A、180B(單獨地或共同地為180)。圖12還示出沿第一端172和外表面178的接合處的部分肩部182，該肩部在第一端184A和第二端184B之間周向延伸。如下面進一步討論，肩部182和通道180涉及提供允許泵操作的反向動作，而不管曲軸在哪個方向上旋轉。

圖10還示出容納在承載件孔177和惰輪孔150中的軸190，該軸允許惰輪繞平行于并且偏離曲軸軸線500的軸線502旋轉。

示例性軸190是空的，其從第一端192延伸至第二端194，并且具有內表面196(限定通道197)和外表面198。

圖10還示出具有第一端202、第二端204、內表面206(限定孔或通道207)和外表面208的墊圈200。在正常操作中，第一表面202密封轉子和惰輪的鄰近的第二端(表面)134和154，以密封形成于轉子和惰輪之間的凹穴的相關聯端。

圖10還示出用于朝向其密封狀態偏壓墊圈的彈簧210。示例性彈簧210是從第一縱向端212延伸至第二縱向端214的金屬螺旋彈簧。圖3A示出曲軸的前端處的隔室220中的彈簧210，該彈簧壓縮在墊圈和隔室的肩部之間。隔室在曲軸內形成通道系統116的入口部分。

在示例性密封狀態下，墊圈OD表面的前邊緣稍微在端口的前端的前方。在示例性密封狀態下，密封表面的后邊緣在端口的后端的前方。否則這將提供來自已經穿過軸和墊圈的油流的泄漏流。為了防止這種泄漏流，示例性基線泵具有圍繞彈簧210的前部(遠端部分)的密封套筒250(圖10)或彈簧蓋。

密封套筒250具有定位為鄰接墊圈的后表面204的肩部或前腹板252。肩部具有用于使油流穿過的孔254。墊圈可在其孔/內表面206和后表面之間具有內斜面/斜角256(圖11)，該內斜面/斜角將墊圈與肩部的互補的外肩部斜面/斜角258對準。側壁260從肩部的周邊向后延伸至邊緣262。為了容置側壁，彈簧隔室220被設計為臺階狀(例如，鏜孔)以產生容置滑動接合的側壁的相對較寬前部分270，以及容置彈簧的后部分(近端部分)的較窄(較小直徑)后/基礎部分272。示例性密封套筒材料是機械加工的金屬，諸如不銹鋼。

返回至圖11，可看到扭矩環具有用于安裝至曲軸的特征230A和230B。示例性特征是卡口配合類型的槽，其具有向端部124開口的支腿和延伸至末端的周向支腿。槽容納從曲軸的相關聯的前端部分徑向突出的銷232A、232B。扭矩環的安裝經由平移、隨后是旋轉、隨后是部分平移以將銷制動在槽的終端部分234A、234B中。該制動由彈簧210偏壓，該彈簧推壓墊圈，從而推壓轉子。

圖14示出惰輪的外葉輪和轉子的內葉輪之間的泵的內部容積235。容積235可由一組周向的凹穴236形成。圖14示出與端口180A對準的示出為236-1的位置中的一個凹穴。該操作狀態下的端口180A與從拾取器輸送油的泵蓋的后面中的端口238(圖16)對準并連通。在凹穴已經旋轉至大約236-2所示的位置的點處，來自凹穴的油流可軸向向前穿過泵蓋的后面中的凸起239，且然后徑向向內返回通過承載件和軸，如圖3A所示。

凹穴中的壓力提供抵抗由彈簧210抵抗的墊圈前表面的向后壓力/力。然而，過大壓力可克服這種偏壓并且將墊圈從其接合轉子和惰輪的密封狀態向后轉換至減壓狀態(例如，向下抵靠軸的前端66)(圖7)。在基線系統中，這允許壓力平衡流440在具有過壓的任何凹穴中留下壓力。

示例性實施方案添加了用于使油從泵穿過的附加減壓路徑。一個或多個端口240A、240B設置在扭矩環中，該扭矩環定位為當墊圈處于其密封位置時由墊圈阻擋與凹穴連通。然而，墊圈抵抗彈簧的轉換將立即或最終允許或增加凹穴和端口之間的連通，從而允許除了可能通過現有蓋入口端口或出口端口排出外，將油從泵直接排出。

在示例性實施方案中，提供通過端口240A和240B的減壓流450，這是因為墊圈從其在圖6的初始密封狀態轉換至其在圖7的減壓狀態將減壓端口240A、240B暴露于內部容積，以打開從內部容積到達并通過這種減壓端口的路徑。密封套筒隨墊圈轉換以阻擋墊圈后面的泄漏。流450可行進至圍繞泵的泵隔室102中，泵可通過泵外殼中的排出通道103(圖3A)從泵隔室返回至貯槽80。

示例性端口是徑向圓形孔(例如，鉆孔)。對于這種圓形孔，示例性直徑D_M(和因此軸向跨度)是0.25英寸(6.2mm)，更寬泛地是2-10mm或4-8mm。如果是非圓形的，則孔可具有與那些圓形孔類似的截面積。孔的示例性數量是兩個，在直徑上彼此相對。孔僅僅由于鉆孔的方便而是圓形的。可通過其它切割技術形成替代孔。

在示例性密封狀態下，墊圈OD表面的前邊緣稍微在端口的前端的前方。在示例性密封狀態下，密封表面的后邊緣在端口的后端的前方。對于這種墊圈，外徑處的示例性厚度是0.125英寸(3.2mm)，更寬泛地是端口240A和240B的軸向跨度的30-80％。

已經發現這樣的修改具有幾個優點。根據任何特定實施方式的細節，這些和/或其它優點可存在或可不存在。這些優點可涉及在比基線泵提供所需性能更寬的條件范圍內的使用。一個實施例涉及非制冷劑測試。在制冷劑流動路徑中使用空氣的測試顯示出不同性能。示例性泵可提供更接近真實世界性能的測試性能。另一實施例涉及壓縮機容量。泵尺寸傳統上與壓縮機容量相關聯。在一個實施例中，具有一半、八分之三和四分之一英寸長度(12.7、9.5和6.35mm)的惰輪/轉子長度的泵用于給定產品線中的三種不同容量的壓縮機。因此，變速壓縮機經受泵尺寸的困境。使用較大長度(例如，二分之一英寸(12.7mm))連同減壓端口允許在不同容量的壓縮機上使用單個泵。

如上所述，示例性基線泵提供反向動作。這通過從泵蓋的后面突出并且由肩部182容納的銷300(圖5)來促進。根據軸旋轉的方向，對應的旋轉將傾向于施加至承載件。最終，這將引起銷300鄰接承載件肩部端部184A、184B中的一個以停止進一步的承載件旋轉并且因此確定兩個端口180A、180B中的哪一個定位為使油流入泵中并且哪個被定位為流回至軸中。在示例性示出的狀態下，端口180A傳遞流入流且端口180B(圖5)使流體返回通過泵蓋進入軸中。使曲軸的旋轉方向反轉將使承載件旋轉，使得銷鄰接另一肩部端以反轉端口功能。

示例性泵材料和制造技術可與用于形成假設基線泵(諸如上述基線)的泵材料和制造技術相同。示例性泵部件都是金屬，諸如鋼(例如。不銹鋼)。

具體實施方式和所附權利要求中“第一”、“第二”和類似術語的使用僅是在權利要求范疇內進行區分，且不一定表示相對或絕對的重要性或臨時順序。類似地，一項權利要求中將一個元件指示為“第一”(或類似術語)不排除所述“第一”元件是在另一權利要求或實施方式中稱為“第二”(或類似術語)的元件。類似地，示例性參考方向僅建立參考架構并且不需要相對于用戶的任何絕對定向。例如，壓縮機前部可正好位于其所在的一些較大系統的后部。

在以英制單位的測量后具有含SI或其它單位的括號時，括號的單位是轉換，且不應暗示英制單位中不存在的精確度。

已描述一個或多個實施方案。然而，應理解可進行各種修改。例如，當應用于已有的基礎系統時，這種構造或其相關用途的細節可影響特定實施方式的細節。因此，其它實施方案均處于所附權利要求書的范圍內。