CN104100525A - 制冷循环装置及其旋转式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷循环装置及其旋转式压缩机，所述旋转式压缩机包括：壳体、电机以及压缩机构，电机设在壳体内；压缩机构包括两端敞开的气缸组件、主轴承、副轴承、曲轴和活塞，主轴承和副轴承分别设在气缸组件的两端且与气缸组件共同限定出压缩腔，曲轴包括沿轴向依次相连的主轴段、偏心轴段和副轴段，主轴段与电机相连，偏心轴段上具有偏心部，偏心部位于压缩腔内，活塞套设在偏心部上且沿压缩腔的内壁可滚动，偏心部与活塞的接触长度为L，偏心部的直径为Db，其中L/Db满足：0.39≤L/Db≤0.49。根据本发明实施例的旋转式压缩机，可以降低旋转式压缩机的压缩机构的摩擦损失，从而实现具有高性能的旋转式压缩机。

Description

制冷循环装置及其旋转式压缩机

技术领域

本发明涉及制冷设备领域，尤其是涉及一种制冷循环装置及其旋转式压缩机。

背景技术

旋转式压缩机在其密封壳体内设有电机和压缩机构，电机的扭转力通过曲轴传递到压缩机构，并在压缩机构中压缩冷媒。提升压缩机构的机械效率是提升旋转压缩机能效的有效手段之一，通过对其压缩机构中各部件的结构尺寸进行优化使其达到最优值，从而提升压缩机构的机械效率，进一步达到提升旋转压缩机能效的目的。

然而，传统的旋转式压缩机在提升旋转式压缩机能效时，只考虑降低泄漏损耗和曲轴的滑动损耗，从而不符合旋转式压缩机的最高效设计要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种旋转式压缩机，所述旋转式压缩机的压缩机构中各部件尺寸在最佳设计范围，从而提高了旋转式压缩机的性能。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述旋转式压缩机的制冷循环装置。

根据本发明第一方面实施例的旋转式压缩机，包括：壳体；电机，所述电机设在所述壳体内；以及压缩机构，所述压缩机构包括两端敞开的气缸组件、主轴承、副轴承、曲轴和活塞，所述主轴承和所述副轴承分别设在所述气缸组件的所述两端，所述主轴承、所述副轴承和所述气缸组件共同限定出压缩腔，所述曲轴包括沿轴向依次相连的主轴段、偏心轴段和副轴段，所述主轴段与所述电机相连，所述偏心轴段上具有偏心部，所述偏心部位于所述压缩腔内，所述活塞套设在所述偏心部上且沿所述压缩腔的内壁可滚动，所述偏心部与所述活塞的接触长度为L，所述偏心部的直径为Db，其中L/Db满足：0.39≤L/Db≤0.49。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，当L/Db满足0.39≤L/Db≤0.49时，可以降低旋转式压缩机的压缩机构的摩擦损失，从而实现具有高性能的旋转式压缩机。

优选地，所述L/Db＝0.44。

进一步地，所述气缸组件包括N个气缸，每个所述气缸的高度为H，每个所述气缸的内径为Da，其中H/Da满足：0.41/N≤H/Da≤0.49/N，其中，所述N为大于等于1的整数。

可选地，所述N＝1，所述H/Da满足：0.41≤H/Da≤0.49。

优选地，所述H/Da＝0.45。

或者可选地，所述N＝2，所述H/Da满足：0.205≤H/Da≤0.245。

进一步地，所述副轴段的直径为Ds，所述偏心部的偏心量为e，其中Db-Ds-2e满足：Db-Ds-2e≤0.6mm。

可选地，所述旋转式压缩机中的冷媒为R22、R410A或R32。

根据本发明第二方面实施例的制冷循环装置，包括根据本发明上述第一方面实施例的旋转式压缩机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的旋转式压缩机的纵向剖面图；

图2是图1中所示的旋转式压缩机的横向剖面图；

图3是图1中所示的旋转式压缩机的压缩机构的总摩擦损失、滑片侧的滑动损失、除滑片侧外其它滑动损失之和与H/Da的关系曲线图；

图4是图1中所示的旋转式压缩机的COP(Coefficient of Performance，性能系数)与H/Da的关系曲线图；

图5是图1中所示的旋转式压缩机的COP与Db-Ds-2e的关系曲线图；

图6是图1中所示的旋转式压缩机的COP与L/Db的关系曲线图。

附图标记：

100：旋转式压缩机；

1：壳体；

2：电机；21：定子；22：转子；

31：气缸；311：压缩腔；3111：吸气腔；3112：排气腔；

32：主轴承；33：副轴承；

34：曲轴；341：主轴段；3421：偏心部；343：副轴段；

35：活塞；36：滑片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图6描述根据本发明第一方面实施例的旋转式压缩机100，旋转式压缩机100可以为立式压缩机。在本申请下面的描述中，以旋转式压缩机100为立式压缩机为例进行说明。当然，本领域内的技术人员可以理解，旋转式压缩机100还可以为卧式压缩机。

这里，需要说明的是，当该旋转式压缩机100为立式压缩机时，曲轴34的中心轴线大致垂直于旋转式压缩机100的安装面；当旋转式压缩机100为卧式压缩机时，曲轴34的中心轴线与旋转式压缩机100的安装面大致平行。

如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的旋转式压缩机100，包括壳体1、电机2以及压缩机构。

电机2设在壳体1内，压缩机构包括两端敞开的气缸组件、主轴承32、副轴承33、曲轴34和活塞35，主轴承32和副轴承33分别设在气缸组件的两端，主轴承32、副轴承33和气缸组件共同限定出压缩腔311，曲轴34包括沿轴向依次相连的主轴段341、偏心轴段和副轴段343，主轴段341与电机2相连，偏心轴段上具有偏心部3421，偏心部3421位于压缩腔311内，活塞35套设在偏心部3421上且沿压缩腔311的内壁可滚动。

参照图1和图2，旋转式压缩机100主要由壳体1、电机2和压缩机构这三个部件构成，其中，电机2和压缩机构均设在壳体1内，且气缸组件包括一个气缸31，该气缸31的顶部和底部均敞开，主轴承32和副轴承33分别设在气缸31的上下两端，主轴承32、副轴承33和气缸31限定出压缩腔311，曲轴34沿上下方向延伸，且从上到下依次为主轴段341、偏心轴段和副轴段343，主轴承32套设在主轴段341上，副轴承33套设在副轴段343上，偏心部3421位于偏心轴段上，且偏心部3421的中心轴线与主轴段341的中心轴线不同轴设置，偏心部3421位于压缩腔311内以带动套设在其上的活塞35在压缩腔311内滚动，气缸31上形成有径向延伸的滑片槽，滑片36可移动地设在滑片槽内，且滑片36的内端与活塞35的外周壁构成凸轮机构并将压缩腔311分成吸气腔3111和排气腔3112，从而可以对进入到压缩腔311内的冷媒进行压缩。需要说明的是，方向“内”为朝向气缸31中心的方向，其相反方向被定义为“外”，即远离气缸31中心的方向。

电机2包括定子21和转子22，转子22与曲轴34的主轴段341紧密配合，且主轴段341支撑转子22，曲轴34可自由旋转地被压缩机构的主轴承32和副轴承33支撑，电机2通过曲轴34带动活塞35偏心旋转以滑片36往复运动，从而实现冷媒的吸入及压缩过程。

可选地，旋转式压缩机100中的冷媒为R22、R410A或R32等。可以理解，冷媒的类型可以根据不同类型的旋转式压缩机100而适应性改变，本发明对此不作具体限定。

偏心部3421与活塞35的接触长度L与偏心部3421的直径Db的比值L/Db直接影响到曲轴34的偏心部3421外径与活塞35内径之间的油膜厚度，也就是说，油膜厚度的增加会改善偏心部3421外径与活塞35内径之间的摩擦损耗。发明人经过试验研究发现：L/Db的比值与油膜厚度的关系成开口向下抛物线关系，如图6所示，L/Db与旋转式压缩机100的COP的关系曲线大体为一条开口向下的抛物线，L/Db的比值与COP的关系存在一个最佳设计范围，即当L/Db满足0.39≤L/Db≤0.49时，曲轴34的偏心部3421外径与活塞35内径之间的油膜厚度达到最大值，从而可以获得高能效的旋转式压缩机100。优选地，L/Db＝0.44。值得理解的是，“接触长度L”指的是偏心部3421的外周壁与活塞35的内周壁的接触部分在偏心部3421的轴向上的长度。

这里，需要说明的是，当气缸组件包括多个气缸31时，曲轴34上具有沿轴向彼此间隔开的多个偏心部3421，其中，Db为每个偏心部3421的直径，接触长度L为每个偏心部3421与套设在该偏心部3421上的活塞35的接触长度，从而，每个偏心部3421与对应的活塞35的接触长度L与该偏心部3421的直径的比值L/Db均应当满足：0.39≤L/Db≤0.49，以提高压缩机构的机械效率，进而提升旋转式压缩机100的能效。

根据本发明实施例的旋转式压缩机100，当L/Db满足0.39≤L/Db≤0.49时，可以降低旋转式压缩机100的压缩机构的摩擦损失，从而实现具有高性能的旋转式压缩机100。

根据本发明的一个实施例，气缸组件包括N个气缸31，每个气缸31的高度为H，每个气缸31的内径为Da，其中H/Da满足：

0.41/N≤H/Da≤0.49/N

其中，N为大于等于1的整数。

旋转式压缩机100的排出容积V可由下面的公式求得：

V≈πe(Da-e)H

其中，气缸31的内径为Da，气缸31的高度为H，偏心部3421的偏心量为e。

从上面的公式可以看出，当压缩机的排除容积V一定时，可以通过改变气缸31内径Da、气缸31高度H及偏心量e来实现。

当旋转式压缩机100的排出容积V一定时，随着气缸31高度H的减小，会造成偏心量e以及滑片36运动速度的增加，从而导致滑片36侧的受力恶化，油膜厚度降低、摩擦阻力增加，最终造成滑片36侧摩擦损耗增加。参照图3，S1表示滑片36侧滑动损失与H/Da的比值之间的关系曲线，S2表示除滑片36侧外其它滑动损失与H/Da的比值之间的关系曲线，S3表示压缩机构总滑动损失与H/Da的比值之间的关系曲线，其中，H/Da的比值与滑片36周围的滑动损失的关系曲线大致为一条单调递减的直线，当旋转压缩机排出容积一定时，随着旋转式压缩机100的H/Da的减小，滑片36周围的滑动损耗逐渐增加，换言之，随着旋转式压缩机100的H/Da的增加，滑片36周围的滑动损失逐渐减小。

而且，随着气缸31高度H的减小，偏心量e的增加，会造成活塞35高度及外径的减小，使得活塞35外表面的受力面积减小，从而改善曲轴34偏心部3421、主轴段341及副轴段343的受力，使得偏心轴与活塞35、主轴段341与主轴承32、以及副轴段343与副轴承33之间的油膜厚度增加，摩擦损失降低。然而，从图3中可以看出，由于随着H/Da的减小，滑片36周围的摩擦损耗的增加速度要大于偏心轴与活塞35、主轴段341与主轴承32、以及副轴段343与副轴承33之间摩擦损失的减小速度，最终导致压缩机构的总摩擦损失向增大的方向发展，此时H/Da的比值与压缩机构的总摩擦损失的关系曲线同样大致为一条单调递减的直线，如图3所示。

随着H/Da的减小，旋转式压缩机100的泄露量逐渐减小，也即是说，旋转式压缩机100的泄漏损耗会逐渐减小，但时，从图3中可知，随着H/Da的减小，压缩机构各运动部件之间的总摩擦损耗会逐渐增大，因此，要得到高性能的旋转式压缩机100，其H/Da比值和COP的关系必然不是单调增加或者单调减小的关系，发明人经过试验研究发现：旋转式压缩机100的H/Da比值与COP之间满足图4中所示的关系曲线，从图4中可以看出，为了提升旋转式压缩机100的性能，即为了取得一个较高的COP值，H/Da具有一个最优范围，即0.41≤H/Da≤0.49，其中H/Da优选为0.45。由此，当旋转压缩机的排出容积V一定、且0.41≤H/Da≤0.49时，旋转压缩机的COP可以保持在最佳设计范围。

由此，通过优化H/Da的比值，在降低泄漏损失及摩擦损耗的同时，提高了压缩机构的机械效率，从而进一步提升了旋转式压缩机100的能效。

这里，需要说明的是，上面讲到的是图1中所示的具有一个气缸31的单缸压缩机，即N＝1，该气缸31的高度为H，内径为Da，其中H/Da满足：0.41≤H/Da≤0.49。对于具有多个气缸31的多缸压缩机来说，N为大于1的整数，其中每个气缸31的高度为H，对应的内径为Da，其中多个气缸31中的每一个均满足：0.41/N≤H/Da≤0.49/N，例如，当N＝2时，每个气缸31的高度和内径的比值H/Da满足：0.205≤H/Da≤0.245。

对于排出容积V、缸高H、副轴段343的直径Ds及偏心部3421的偏心量e一定的旋转式压缩机100，随着偏心部3421直径Db的减小，曲轴34偏心部3421与活塞35内径之间的摩擦面积相应减小，从而摩擦损失减小，最终获得COP的提升，从图5中可以看出，随着旋转压缩机中Db-Ds-2e的减小，COP成增加趋势。然而，由于旋转式压缩机100装配关系的限制，即Db>Ds+2e可知，曲轴34偏心径Db不可能做的很小，因此本发明给出了Db的最优设计范围：

Db-Ds-2e≤0.6mm

由此，可以有效保证旋转式压缩机100的性能。

下面参考图1和图2描述根据本发明多个实施例的旋转式压缩机100。

实施例一、

如图1和图2所示，在本实施例中，旋转式压缩机100包括密封壳体1及收纳在壳体1内的电机2和压缩机构，压缩机构包括一个气缸31、曲轴34、主轴承32、副轴承33、活塞35及滑片36，电动机的扭转力通过曲轴34传递到上述压缩机构，并在压缩机构中压缩制冷剂。当构成上述压缩机构的气缸31的内径为Da、气缸31高度为H、曲轴34的偏心部3421直径为Db、偏心部3421的偏心量为e、偏心部3421与活塞35之间的接触长度为L、曲轴34的副轴段343的直径为Ds时，0.41≤H/Da≤0.49，并满足关系式Db-Ds-2e≤0.6，且0.39≤L/Db≤0.49。

根据本实施例的旋转式压缩机100，能够使压缩机构中各部件达到最佳设计范围，从而降低旋转式压缩机100泄漏损耗的同时降低各运动部件之间的摩擦损耗，最终获得高性能的旋转式压缩机100。

实施例二、

本实施例的旋转式压缩机100的结构与实施例一的结构大致相同，其中相同的部件采用相同的附图标记，不同之处仅在于：气缸组件包括两个气缸31。

在本实施例中，两个气缸31之间可以通过隔板隔开，曲轴34上具有沿其轴向彼此间隔开的两个偏心部3421，每个偏心部3421外均套设有一个活塞35，曲轴34转动时，可以带动两个活塞35在对应的压缩腔311内压缩冷媒。当构成上述压缩机构的两个气缸31中的每一个均满足：气缸31的内径为Da、气缸31高度为H、偏心部3421直径为Db、偏心部3421的偏心量为e、偏心部3421与对应的活塞35之间的接触长度为L，且副轴段343的直径为Ds时，有：0.205≤H/Da≤0.245，Db-Ds-2e≤0.6，且0.39≤L/Db≤0.49。

根据本实施例的旋转式压缩机100为双缸压缩机，其压缩机构中由上气缸和下气缸组成，因此与实施例一中排出容积V相同的单缸压缩机相比，在Da、Ds、e不变时本实施例的单个气缸31高度可以做的更小，即保证其他因素不变的情况下H/Da比值可以做的更小，从而进一步减小压缩机构的泄露损耗和摩擦损耗，因此在本实施例2的旋转式压缩机100中，满足0.205≤H/Da≤0.245，Db-Ds-2e≤0.6，且0.39≤L/Db≤0.49时，能够实现获得更高能效的旋转式压缩机100。

由此，根据本发明实施例的旋转式压缩机100，在实现泄漏损失及滑动损耗降低的同时，进一步降低旋转式压缩机100压缩机构的摩擦损失，最终实现具有高性能的旋转式压缩机100，以及采用该旋转式压缩机100来得到制冷循环效率提升的制冷循环装置的目的。

根据本发明第二方面实施例的制冷循环装置(图未示出)，包括根据本发明上述第一方面实施例的旋转式压缩机100。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括：

壳体；

电机，所述电机设在所述壳体内；以及

压缩机构，所述压缩机构包括两端敞开的气缸组件、主轴承、副轴承、曲轴和活塞，所述主轴承和所述副轴承分别设在所述气缸组件的所述两端，所述主轴承、所述副轴承和所述气缸组件共同限定出压缩腔，所述曲轴包括沿轴向依次相连的主轴段、偏心轴段和副轴段，所述主轴段与所述电机相连，所述偏心轴段上具有偏心部，所述偏心部位于所述压缩腔内，所述活塞套设在所述偏心部上且沿所述压缩腔的内壁可滚动，所述偏心部与所述活塞的接触长度为L，所述偏心部的直径为Db，其中L/Db满足：

0.39≤L/Db≤0.49。

2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述L/Db＝0.44。

3.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述气缸组件包括N个气缸，每个所述气缸的高度为H，每个所述气缸的内径为Da，其中H/Da满足：

0.41/N≤H/Da≤0.49/N

其中，所述N为大于等于1的整数。

4.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述N＝1，所述H/Da满足：

0.41≤H/Da≤0.49。

5.根据权利要求4所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述H/Da＝0.45。

6.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述N＝2，所述H/Da满足：

0.205≤H/Da≤0.245。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述副轴段的直径为Ds，所述偏心部的偏心量为e，其中Db-Ds-2e满足：

Db-Ds-2e≤0.6mm。

8.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述旋转式压缩机中的冷媒为R22、R410A或R32。

9.一种制冷循环装置，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的旋转式压缩机。