CN102011734A - 一种变频单转子压缩机减振降噪装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频单转子压缩机减振降噪装置，在位于支架上的电机转子上添加平衡件，该平衡件为内部中空、装有液体的密封旋转体，所述密封旋转体与所述电机转子为同一旋转轴心。平衡件为具有圆环腔体的环状。圆环腔体内部沿半径方向设有挡板。挡板的数量为4N，其中N为正整数。任两个所述挡板之间的夹角相等。平衡件位于电机转子背离支架方向的顶端。平衡件内所装液体为粘性液体。粘性液体占平衡件中空体积的50%~70％。本发明能有效地平衡变频单转子压缩机偏心曲轴的离心力与汽缸冷媒力作用到曲轴的离心力，从而降低压缩机运行时的振动和噪音，进而改善了整机的工作效能。

Description

一种变频单转子压缩机减振降噪装置

技术领域

本发明属于变频单转子压缩机技术领域，尤其涉及一种变频单转子压缩机减振降噪装置。

背景技术

变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统，它可以根据房间情况自动提供所需的冷、热量，当室内温度达到期望值后，空调主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。转速直接影响到空调的使用效率，变频器就是用来控制和调整压缩机转速的控制系统，使之始终处于最佳的转速状态，从而提高能效比（变频空调比常规的空调节能20%～30%）。变频空调在节能和舒适性方面表现突出，但在压缩机振动噪音测试时发现压缩机振动较大、噪音值较高。究其主要原因是由于单转子压缩机偏心轮及转子活塞的质心与主轴旋转中心不重合，因而在压缩机运转过程中会产生旋转离心力。

传统消减旋转离心力的方法是在偏心质量的相反方向装一个适当的平衡块，但是由于单转子压缩机结构特殊性，无法在偏心质量的相反方向安装平衡块，故目前采取在偏心轮以外的其他转动部件加上平衡块，如图1所示，即在电机转子上加装平衡块

、予以平衡。

根据力学原理可建立此力系的力和力矩的平衡方程为：

 (1)  

式中，为平衡块

的旋转离心力，

；

为平衡块

的旋转离心力，

；

为偏心质量

的旋转离心力，

；、

分别为平衡块

、

的旋转半径；

为偏心质量

的旋转半径；

、分别为

、

距离

的长度。

根据平衡条件可以求出平衡块

、

的值为：

  

  (2)

公式(2)为目前单转子变频压缩机为了消减电机转子不平衡所采用的方法，从该方法可以看出，目前单转子变频压缩机没有考虑实际压缩机运行过程中冷媒气体力对汽缸活塞的影响，从而导致了目前单转子变频压缩机较大的振动和噪声、限制了其最低工作转速，直接影响了空调的舒适性；也限制了最高工作转速，影响了空调快速制冷、制热功能的发挥。

为了有效地消减变频单转子压缩机不平衡缺点，目前，采用变频双转子压缩机，其两个滚动活塞180°对称分布，压缩机每一转中吸排气两次，能有效地平衡旋转惯性力、旋转惯性力矩，特别是冷媒气体力，由于动平衡特性好，使得压缩机可以从低速到高速有效地运转，其振动、噪音均相对小。但是相对变频单转子压缩机，其制造工艺复杂、成本较高。故寻求一种简单有效地消减变频单转子压缩机动平衡方法，对变频空调的舒适性、能效性均具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有变频单转子压缩机通过现有的平衡块无法平衡压缩机工作过程中产生的冷媒气体力，从而导致压缩机振动噪音较大，同时转子不平衡限制了其最低工作转速和最高工作转速，使得变频空调的舒适性和高能效性得不到充分体现外机等不足之处，本发明提供了一种变频单转子压缩机减振降噪装置，其能有效地平衡变频单转子压缩机偏心曲轴的离心力与汽缸冷媒力作用到曲轴的离心力，从而降低压缩机运行时的振动和噪音，进而改善了整机的工作效能。

本发明的技术解决方案为：一种变频单转子压缩机减振降噪装置，包括设在压缩机电机转子上的平衡件，所述平衡件为设有中空腔体且所述腔体内装有未充满液体的密封旋转体，所述密封旋转体与所述电机转子为同一旋转轴心。

所述平衡件为环状，所述腔体为与平衡件同旋转轴心的环形腔体。

上述腔体内部沿半径方向设有挡板。

上述挡板的数量为4N，其中N为正整数。

上述任两个相邻挡板之间的夹角相等。

所述平衡件位于电机转子的顶端。

所述平衡件内所装液体为粘性液体。

所述粘性液体占平衡件中空体积的50%~70％。

所述平衡件分为上平衡环与下平衡环，所述上、下平衡环通过焊接方式连接而形成。

所述平衡件上表面设置有液体注入孔，其为口径由大向内变小的通孔，密封圈嵌入所述注入孔的大口径部，螺钉通过密封圈紧固在所述通孔内。

在压缩机运行过程中，压缩机运转过程中平衡件是随着电机转子一起转动的，由于压缩机旋转活塞的不平衡分布及其冷媒气体力作用到旋转活塞不平衡分布，会导致离心力的存在，而平衡件在抑制这种离心力上起着很重要的作用，在压缩机运行过程中，平衡件腔内的流体会自动流向与滚动活塞负载偏心相对的一侧，这样就起到了自动动平衡作用。

与现有的变频单转子压缩机电机转子静平衡技术相比，本发明的积极效果体现在：

第一，与目前的静平衡试验相比较，它是“自动平衡”的。变频单转子压缩机运行时其滚动活塞受到冷媒气体力的大小和方向是随着转角变化而不断变化的，其旋转惯性力是变化的；采用上述平衡件与目前的静平衡试验相比较，它是“自动平衡”的，即不需要事先测定偏心转子中偏心量的方位，液体能自动地运动到偏心量的相反面，起到平衡作用；甚至在运转过程中即使偏心量的方位发生变化，所述平衡件也能自动地重新平衡，有效地提高冷媒气体力的平衡。

第二，有效地降低变频单转子压缩机的振动噪声。采用所述平衡件后，它能控制不平衡制冷引起的壳体的振动和冷媒气体力脉动因为旋转方向的扭振，有效地降低变频单转子压缩机的振动噪声。

第三，结构简单与制造成本低。环状平衡件为一个密封的空心圆环，其内部注入一定量的如水、油等粘性液体，平衡环于固定在转子上，其结构简单、制造精度要求不高、成本低。

本发明能有效地平衡变频单转子压缩机偏心曲轴的离心力与汽缸冷媒力作用到曲轴的离心力，从而降低压缩机运行时的振动和噪音，进而改善了整机的工作效能。

附图说明

图1为变频单转子压缩机电机平衡示意图；

图2为本发明技术解决方案示意图；

图3为本发明平衡件径向剖面示意图；

图4为本发明平衡件液体注入孔装配爆炸图；

图5为本发明平衡件轴向剖面示意图；

图6为平衡件与变频单转子压缩机电机偏心转子平衡简化示意图；

图7为平衡系统力学模型示意图；

图8平衡件稳态时液体分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图2，3，4所示，一种变频单转子压缩机减振降噪装置，包括设在压缩机电机转子2上的平衡件1，其特征在于：所述平衡件1为设有中空腔体7且所述腔体7内装有未充满液体的密封旋转体，所述密封旋转体与所述电机转子2为同一旋转轴心。

所述平衡件1为环状，所述腔体7为与平衡件1同旋转轴心的环形腔体。

上述腔体7内部沿半径方向设有挡板8。

上述挡板8的数量为12个。

上述任两个相邻挡板8之间的夹角相等，均为30度。

所述平衡件1位于电机转子2的顶端。

所述平衡件1内所装液体为水、油等粘性液体。

所述粘性液体占平衡件1中空体积的50%~70％。

所述平衡件1分为上平衡环9与下平衡环11，所述上、下平衡环通过焊接方式连接而形成。

所述平衡件1分为上平衡环9与下平衡环11，所述上、下平衡环通过焊接方式连接而形成。1上表面设置有液体注入孔14，其为口径由大向内变小的通孔，密封圈13嵌入所述注入孔14的大口径部，螺钉12通过密封圈13紧固在所述通孔内。

如图6所示，把偏心转子15上滚动活塞偏心质量

与冷媒气体力等效质量

力之和为偏心质量

，其质量中心为

、偏心距为

。平衡部件16为一个密封的薄圆盘，内部装有液体，其外壳质量为

、液体质量为

、液体密度为

、平衡件厚度为。为了分析方便起见，将偏心质量子简化为固定在平衡件上的一个质点

，其质量和偏心距仍为

和，其力学模型见图7所示。由于液体的粘性作用，当图6、图7所示系统以

转速转动时，其中液体的转速将逐步提高，最后达到同步转速。与此同时，由于惯性离心力作用，液体被抛向平衡器圆盘外沿，平衡器中间部分周围将出现空洞，如图8所示，图中

、

为圆盘中心静止时和运动时的位置，

为稳态振幅，

为转动坐标。在稳态情况下，液体的等压面由惯性离心力决定，这是一组以回转中心

为中心的圆柱面，其中包括液体的内表面。它的压力为零，半径为

，忽略圆盘径向运动的阻尼力，则圆盘共受以下4个力作用：

1、轴的弹性恢复力

，其

为轴的径向刚度，该力和X轴反向；

2、偏心质点G对应的惯性离心力

；

3、圆盘外壳的偏心惯性离心力

，它和X轴同向；

4、液体偏心惯性力。

设，即图4中两圆不相割，则

和X轴同向，式中

为等效质量，它代表平衡件装满液体时的液体质量。

上述4个力中

、

、均与X轴同向或反向，由力系平衡原理可知：

也将与X轴反向，即质点G必位于X轴上。设G点位于

点左边时为正，反之为负（见图8），则有

 与X轴同向。由力系平衡方程与

可得：

  

  (3)

即  

  

  (4)

令

，其中

表示平衡系统的固有频率。

对式（4）进行如下分析：

1、

时，即

，代入式（4）可得：

这说明质点G偏心与X轴线弯曲方向相反，另外，从数量上来看公式（5）右端是单纯由偏心转子产生的振幅，这说明平衡件起了衰减振幅的作用。

 

  (5)

2、当

时，即

，代入式（4）可得：

。这表明质点G偏心与轴线弯曲方向相同，同理可证，此时平衡件起着增加振幅的作用。

综上所述，平衡件的应用对象为高速（即

）回转的静不平衡转子。对于一般高频振动系统，增加质量或减少刚度是常用的减振方法，由式（4）可以看出，平衡件正是使系统增加了质量(实际质量

和等效质量

)，从而达到减振的目的。

由于平衡件外壳一般由薄板式轻质材料(有机玻璃、塑料等)组成，故在减振中起主要作用的是等效质量

。平衡件的主要优点还在于利用很小的质量

，可得到很大的等效质量

。在高速稳态下液体的质心位置和偏心质点G的位置分别位于圆盘中心点

的左右两边，说明液体起到了平衡作用。正是由于这种作用，很小的液体质量却能起到与较大等效质量相同的减振作用。

平衡件1作为变频单转子压缩机的一个重要减振降噪部件，在电机高速运转下控制其平衡起着非常重要的作用。平衡件1一般由能抗高温高压的薄板式轻质材料组成，平衡件1固定在压缩机电机转子2的顶部，如图5所示，该装置为一个密封的空心圆环，其内部注入一定量的粘性液体。液体平衡环分为上平衡环9与下平衡环11，上、下平衡环通过焊接方式连接而形成，可以减少平衡环制造步骤，极大地提高生产效率，同时，上、下平衡环采用焊接连接，密封程度高，组装起来非常方便。由上、下平衡环而形成一个密封的圆环状腔体7，为了更好地对平衡液进行有效分配，令平衡的效果更佳，该圆环腔体7内部设有档板8，挡板8设置在下平衡环11内，挡板8个数为12，相邻两个挡板之间的夹角为30°；挡板8必须有足够的强度，以确保压缩机转子在高速运行过程中，平衡液对挡板产生的冲击不至于出现断裂，从而影响发明的使用效果。

如图4所示，在上平衡环9上表面设置液体注入孔14，注入口为口径由大变小的通孔，将与注入口对应的密封圈13嵌入注入口的大口径部，螺钉12通过密封圈紧固在注入口的通孔内，粘性平衡液一般占圆环腔体7体积的50%~70％。

在压缩机运行过程中，如图2，电机转子系统通过挡圈4进行定位和固定，由于电机偏心曲轴5和汽缸6内冷媒冲击的作用，导致离心力的存在(根据牛顿力学可知)，由于平衡件1是随着转子一起转动的，在平衡件1转动的同时，由于等距离等角度分布的挡板8，可使平衡液在平衡件1内实现有序流动，挡板8既可以对平衡液进行规则有序的划分，又不影响平衡液在圆环腔体7内有序的流动，使得平衡液在挡板8的分割下所形成的空间出现一个均分状态；在压缩机电机转子2产生偏心负载时，平衡件1腔内的流体会自动流向与负载偏心相对的一侧，这样就起到了自动纠偏作用，减小了整体的偏心，从而起到了对整个系统减振降噪的作用。

考虑到当变频转子低速运转时，现有技术中的平衡块3可以起到较好的平衡作用，故在实际应用中可以同时采用平衡块3和平衡件1（如图2）。

本发明能有效地平衡变频单转子压缩机偏心曲轴的离心力与汽缸冷媒力作用到曲轴的离心力，从而降低压缩机运行时的振动和噪音，进而改善了整机的工作效能。

Claims (10)

1.一种变频单转子压缩机减振降噪装置，包括设在压缩机电机转子（2）上的平衡件（1），其特征在于：所述平衡件（1）为设有中空腔体（7）且所述腔体（7）内装有未充满液体的密封旋转体，所述密封旋转体与所述电机转子（2）为同一旋转轴心。

2.根据权利要求1所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述平衡件（1）为环状，所述腔体（7）为与平衡件（1）同旋转轴心的环形腔体。

3.根据权利要求2所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述腔体（7）内部沿半径方向设有挡板（8）。

4.根据权利要求3所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述挡板（8）的数量为4N，其中N为正整数。

5.根据权利要求4所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：任两个相邻挡板（8）之间的夹角相等。

6.根据权利要求1所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述平衡件（1）位于电机转子（2）的顶端。

7.根据权利要求1所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述平衡件（1）内所装液体为粘性液体。

8.根据权利要求7所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述粘性液体占平衡件（1）中空体积的50%~70％。

9.根据权利要求1所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述平衡件（1）分为上平衡环（9）与下平衡环（11），所述上、下平衡环通过焊接方式连接而形成。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的变频单转子压缩机减振降噪装置，其特征在于：所述平衡件（1）上表面设置有液体注入孔（14），其为口径由大向内变小的通孔，密封圈（13）嵌入所述注入孔（14）的大口径部，螺钉（12）通过密封圈（13）紧固在所述通孔内。

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