CN106321617A - 曲轴以及旋转式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种曲轴以及旋转式压缩机，本发明的曲轴包括长轴和短轴，所述长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值小于0.14且大于0.07，且所述短轴的外径与压缩机壳体的内径的比值小于或等于0.12且大于0.05。本发明的旋转式压缩机包括本发明的曲轴。本发明整体上减小了曲轴工作过程中的接触面面积，从而减少了曲轴工作时的摩擦损失，进而提高了压缩机的性能系数COP。

Description

曲轴以及旋转式压缩机
技术领域
本发明涉及压缩机领域，特别涉及一种曲轴以及旋转式压缩机。
背景技术
在旋转式压缩机中，摩擦损失是影响压缩机性能以及可靠性的重要指标，摩擦损失越小，压缩机的性能系数COP(Coefficiency of Performance)越高，压缩机的可靠性越好。其中，曲轴作为核心旋转部件，其工作中产生的摩擦损失是压缩机摩擦损失的主要来源之一。
因此，为了提升压缩机的性能和可靠性，有必要对曲轴的结构进行优化，以降低曲轴工作过程中的摩擦损失，从而降低压缩机总的摩擦损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲轴，以解决现有技术中旋转式压缩机摩擦损失过大问题，提升旋转式压缩机的性能和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了一种曲轴，包括长轴和短轴，且所述长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值小于0.14且大于0.07，且所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值小于或等于0.12且大于0.05。
优选地，所述长轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.075～0.134之间。
优选地，所述长轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.075～0.129之间。
优选地，所述长轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值为0.075、0.119或0.129。
优选地，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.056～0.12之间。
优选地，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值范围在0.056～0.114之间。
优选地，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.056～0.109之间。
优选地，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值为0.056、0.101或0.109。
为实现上述目的，本发明还提供了一种旋转式压缩机，包括如上任意一项所述的曲轴。
综上所述，本发明的技术方案中，通过将曲轴的长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值设在小于0.14且大于0.07，以及同时将曲轴的短轴与压缩机壳体的内径的比值设在小于或等于0.12且大于0.05，整体上减小了曲轴工作过程中的接触面面积，从而减少了曲轴工作时的摩擦损失，进而提高了压缩机的性能系数COP。
特别地，申请人研究发现“曲轴外径过大会使摩擦损失过大，影响压缩机性能，曲轴外径过小会使得变形加剧，较大的变形量反而会使得磨耗骤增，并且加工等也变得困难”，故而，本发明的技术方案中，进一步将长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值设在0.075～0.129之间，并将短轴的外径与压缩机壳体的内径的比值设在0.056～0.109之间，如此，既可以避免上述研究发现的问题，又可以获得COP的最佳范围。
附图说明
图1是本发明实施例的曲轴以及压缩机壳体的示意图，其中曲轴设置在压缩机壳体内；
图2～3是本发明实施例的曲轴外径与压缩机壳体内径的比值与压缩机的性能系数COP的关系曲线图，其中图2中横坐标是长轴外径与压缩机壳体内径的比值，图3中横坐标是短轴外径与压缩机壳体内径的比值。
附图标记说明如下：
1-曲轴；11-长轴；12-短轴；13-偏心部；
2-压缩机壳体；21-内腔；
3-旋转式压缩机；
Ds1-曲轴之长轴的外径；
Dcs-压缩机壳体的内径；
Ds2-曲轴之短轴的外径。
具体实施方式
基于背景技术中所述，曲轴工作中产生的摩擦损失是压缩机摩擦损失的主要来源之一。申请人研究发现，旋转式压缩机上使用的曲轴的外径与压缩机壳体的内径的比值与压缩机性能系数COP存在关联。当旋转式压缩机上使用的曲轴之长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值大于或等于0.14，且与此同时，曲轴之短轴的外径与压缩机壳体的内径的比值大于0.12时，曲轴外径的摩擦损失占压缩机全部摩擦损失的比例约为48％，故而，曲轴外径的摩擦损失比较严重，较大影响了压缩机性能。申请人进一步研究发现，曲轴的外径与压缩机壳体的内径的比值与压缩机性能系数COP大致呈正态分布的趋势，通过合理调配曲轴之长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值以及曲轴之短轴的外径与压缩机壳体的内径的比值，可以获得较佳的性能系数COP，且同时能够保证曲轴的结构强度并又便于加工。
基于上述研究发现，本发明提出了一种曲轴，以解决现有技术中曲轴摩擦损失比较大的问题。以下结合附图1至图3对本发明提出的曲轴以及旋转式压缩机作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
如图1所示，其是本发明实施例的曲轴的示意图，本实施例的曲轴特别是旋转式压缩机上使用的曲轴。在旋转式压缩机中，压缩机构位于电动机构的下方，因此，曲轴的短轴部分位于下部，而长轴位于上部。
本实施例的曲轴1包括长轴11和短轴12，所述长轴11和短轴12分别是具有相等外径的圆柱形轴体。特别的，所述长轴11的外径Ds1与压缩机壳体2的内径Dcs的比值，以及所述短轴12的外径Ds2与压缩机壳体2的内径Dcs的比值，分别满足以下关系：
0.07＜Ds1/Dcs＜0.14，0.05＜Ds2/Dcs≤0.12 (1)
在式(1)中，在压缩机壳体2的内径Dcs一定的情况下，压缩机的主要摩擦损失发生在曲轴1上，特别发生在用于安装压缩机构的短轴12上以及用于安装电动机构的长轴11上，因此，将长轴11和短轴12的外径同时减小，即可减小曲轴1工作时与安装部件之间的接触面积，进而减小摩擦损失，提升压缩机的性能系数COP。
本实施例中，所述压缩机壳体2具有内腔21，所述内腔21整体呈圆柱形，且所述内腔21的两个相对底面呈弧形。所述内腔21呈圆柱形的那部分的内径为本实施例的压缩机壳体2的内径Dcs。
进一步，申请人经过长期研究发现得到图2和图3所示的曲轴的外径与压缩机壳体的内径的比值与COP的关系图。图2～3中，纵坐标指示的是性能系数COP，其中，图2示出的横坐标指示的是长轴11的外径Ds1与压缩机壳体2的内径Dcs的比值Ds1/Dcs，图3示出的横坐标指示的是短轴12的外径Ds2与压缩机壳体2的内径Dcs的比值Ds2Dcs。需要说明的是，图2和图3示出的COP曲线皆是同一条COP曲线，其由Ds1/Dcs和Ds2/Dcs共同确定，本文中，为了便于说明和描述，而通过不同的横坐标示出，但并不意味着COP可以由Ds1/Dcs和Ds2/Dcs中其中之一得到。
进而，由图2～3可见，曲轴1的外径与压缩机壳体2的内径的比值与COP整体上呈正态分布的关系。
更进一步，申请人在综合考虑“曲轴外径过大会使摩擦损失过大，影响压缩机性能，曲轴外径过小会使得变形加剧，较大的变形量反而会使得磨耗骤增，并且加工等也变得困难等问题”后，将长轴11的外径Ds1以及短轴12的外径Ds2与压缩机壳体2的内径Dcs的比值分别设定在满足以下关系：
0.075≤Ds1/Dcs≤0.134，0.056≤Ds2/Dcs≤0.12 (2)
在式(2)中，更优选0.056≤Ds2/Dcs≤0.114 (3)
进一步地，长轴11的外径Ds1以及短轴12的外径Ds2与压缩机壳体2的内径Dcs的比值，优选满足以下关系：
0.075≤Ds1/Dcs≤0.129，0.056≤Ds2/Dcs≤0.109 (4)
如图2～3所示，当Ds1/Dcs的比值在0.075至0.129的范围内，且结合Ds2/Dcs的比值在0.056至0.109的范围内时，COP处在最佳范围，而且，在这些范围内的比值，不但曲轴1整体的刚性好，而且也便于加工曲轴1。
更进一步地，Ds1/Dcs的比值较佳地选择在0.075、0.119或0.129。Ds2/Dcs的比值优选在0.056、0.101或0.109。
为了说明本实施例的曲轴的性能，本实施例对曲轴作了相应的测试，以验证压缩机性能的改善情况。以下实施方式将具体说明曲轴及其对应的测试结果。下述表中给出了在特定内径(107mm)的压缩机壳体下，采用两种不同外径的曲轴对于COP的改善状况。
第一种曲轴中：Ds1/Dcs的比值设定为0.149，同时Ds2/Dcs的比值设定为0.131。
第二种曲轴中：Ds1/Dcs的比值设定为0.119，同时Ds2/Dcs的比值设定为0.101。
进而，申请人通过对上述两种曲轴进行实际测量，得到：采用第二种曲轴时的COP相比于采用第一种曲轴时的COP提高了1.2％，例如采用第一种曲轴时的COP为1，则采用第二种曲轴时的COP为1.012。
继而，毫无疑问地，采用本实施例的曲轴对应的COP明显高于现有技术的曲轴对应的COP。因而，本实施例压缩机的性能明显提升。需要说明的是，为了确保试验的准确性，试验过程中的工况设置为相同。
此外，继续参考图1，所述曲轴1还包括偏心部13，所述偏心部13设置在长轴11上，或者设置在短轴12上，也可以同时设置在长轴11和短轴12上。所述偏心部13主要用于套设滚子，以在曲轴1的带动下沿气缸内壁滚动，从而对气体进行压缩。
承上，本实施例还提供了一种包括上述曲轴1的旋转式压缩机3。所述曲轴1设置于旋转式压缩机3的压缩机壳体2内，可在上下轴承的支撑下做高速旋转运动，使得压缩机构压缩气体做功。由于本实施例的旋转式压缩机3采用本实施例的曲轴1，故而由曲轴1带来的有益效果，请相应参考上述实施例。
综上所述，本发明的技术方案中，通过将曲轴的长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值设在小于0.14且大于0.07，以及同时将曲轴的短轴与压缩机壳体的内径的比值设在小于0.12且大于0.05，整体上减小了曲轴工作过程中的接触面面积，从而减少了曲轴工作时的摩擦损失，进而提高了压缩机的性能系数COP。
特别地，本发明的技术方案中，进一步将长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值设在0.075～0.129之间，并将短轴的外径与压缩机壳体的内径的比值设在0.056～0.109之间，如此，不仅可以获得COP的最佳范围，而且可以避免曲轴外径过大所造成的摩擦损失过大问题，另可以避免曲轴外径过小所引起的磨耗增大问题，还可以降低曲轴的加工难度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种曲轴，包括长轴和短轴，其特征在于，所述长轴的外径与压缩机壳体的内径的比值小于0.14且大于0.07，且所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值小于或等于0.12且大于0.05。
2.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述长轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.075～0.134之间。
3.如权利要求2所述的曲轴，其特征在于，所述长轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.075～0.129之间。
4.如权利要求3所述的曲轴，其特征在于，所述长轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值为0.075、0.119或0.129。
5.如权利要求1至4中任一项所述的曲轴，其特征在于，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值范围在0.056～0.12之间。
6.如权利要求5所述的曲轴，其特征在于，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值范围在0.056～0.114之间。
7.如权利要求6所述的曲轴，其特征在于，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值在0.056～0.109之间。
8.如权利要求6所述的曲轴，其特征在于，所述短轴的外径与所述压缩机壳体的内径的比值为0.056、0.101或0.109。
9.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的曲轴。
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