CN106351843A - 一种下排气隔热的旋转式压缩机 - Google Patents

一种下排气隔热的旋转式压缩机 Download PDF

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CN106351843A CN201610901058.2A CN201610901058A CN106351843A CN 106351843 A CN106351843 A CN 106351843A CN 201610901058 A CN201610901058 A CN 201610901058A CN 106351843 A CN106351843 A CN 106351843A
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Abstract

一种下排气隔热的旋转式压缩机，包括壳体，电机和由该电机驱动的泵体；针对旋转式压缩机高温排气向气缸内低温吸入气体和压缩气体的传热情况，并针对旋转式压缩机中采用的各种下排气结构进行改进，包括：B1隔热层绝热和B2绝热涂料绝热；B1、B2两个方案都能达到目标效果，既可单独采用，也可同时采用；本发明对旋转式压缩机内部的温度分布和传热情况进行分析，能够有效减少高温排出气体向低温的吸入气体和压缩气体的传热，从而减少对指示功率和制冷量的影响，提高指示效率和COP。

Description

一种下排气隔热的旋转式压缩机
技术领域
本发明涉及旋转式压缩机技术领域，具体涉及一种能够有效减少下排气结构中高温排出气体向气缸内低温的压缩气体和更低温的吸入气体的下排气隔热的旋转式压缩机。
背景技术
利用蒸汽压缩循环系统进行制冷/制热，常见为空调/热泵系统，在现今社会已经越来越普及，也为人们的生产工作和生活带来巨大的便利，也因其普及性和泛用性，系统节能也具有巨大的社会效益和社会影响力。
压缩机是蒸汽压缩循环系统的动力源，也是蒸汽压缩循环系统的最主要的耗能部件。对于压缩机而言，进气加热损失和压缩过程被加热是明显影响压缩机指示功率和系统制冷/制热量的因素。
其中，家用和小型商用制冷(空调)系统的压缩机受机组空间的影响和限制，结构较为紧凑。压缩结束的高温高压气体在空间上与吸入的低温气体或正在压缩的气体相距不远，因此，经常出现高温的排出气体向低温的吸入气体或者压缩过程进行传热的想象，进气加热会造成质量流量减少和指示功率提高；压缩过程被加热则会使得绝热指数提高；两者都会影响到压缩机的指示效率和系统COP。
对于蒸汽压缩循环系统的制热过程，进气加热虽然能让单位质量制热量增加，但是同样会造成质量流量的减少和指示攻略的提高；而压缩过程被加热则对系统节能完全没有积极作用。
因此，减少压缩机中高温排出气体向低温的压缩气体和更低温的吸入气体的传热，从而减少传热对制冷/制热量和指示功率的影响，是提高指示效率和COP，系统节能的重要的内容。
对于空调用R32制冷剂而言，排气温度和吸气温度温差相比于传统的R22和R410a要更大，因此所造成的排气向进气和压缩气体的传热现象更为严重。同时，对于高压比的循环而言，排气温度和吸气温度温差也很大。本发明曾针对现有的R32旋转式压缩机进行有限元温度分布的模拟计算，并根据该计算结果的温度差和公式计算出的对流换热系数h，对高温排出气体向气缸内低温的吸入气体和压缩气体传递的热量。其热量至少能够达到压缩机入力的5％。因此，若能隔绝此处传热，则对于压缩机效率的提高具有很大的帮助，关注此问题具有高度的现实意义。
旋转式压缩机由于其结构紧凑，零件加工要求相对低等优点，在家用和商用制冷/制热系统中受到广泛的应用。但也是因为其结构紧凑的特点，高温排出气体距离低温吸入气体和压缩气体仅有一层金属轴承之隔，高温排出气体通过把热量传递给轴承之后，由轴承对低温的吸入气体和压缩气体进行加热，从而造成上述损失；对于下排气结构，高温排出气体除了通过轴承对气缸内低温气体进行传热之外，还会对油池中润滑油进行加热，润滑油在气缸内进行润滑的过程中又会对气缸内低温气体进行加热；此外，下排气消声腔中高温排出气体要通过贯穿气缸组件的通孔向上排出，此时通孔中为高温排出气体，会直接对气缸组件进行加热，从而向气缸内低温气体传热；以上三种情况对旋转式压缩机指示功率和系统COP都非常不利。
发明内容
为了减少旋转式压缩机中高温排出气体向低温的压缩气体和更低温的吸入气体的传热，从而减少该传热对压缩机指示功率和系统制冷/制热量的影响，提高压缩机指示效率和系统COP；利用有限元方法对旋转式压缩机内部进行了详细的计算分析，得出了旋转式压缩机内部的温度分布情况和热传递分布情况；同时，也对旋转式压缩机排气速度场和压力场进行有限元分析；最后结合旋转式压缩机的现有结构，以及旋转式压缩机零部件加工和装配过程进行综合考虑，针对隔绝排气和低温气体的换热进行优化设计，本发明提供一种下排气隔热的旋转式压缩机。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种下排气隔热的旋转式压缩机，包括壳体01，设置在壳体01底部的油池10，配置容纳在壳体01的内部空间中的电机02和由该电机02驱动的泵体03，
所述泵体03包括曲轴31、气缸组件32、上轴承33、下轴承34以及设置在下轴承34下部的下排气消声结构36；所述下排气消声结构36针对单独下排气消声结构的旋转式压缩机，或双排气消声结构的旋转式压缩机的下排气部分，或双缸旋转式压缩机下气缸的下排气部分；
所述下排气消声结构36采用以下方案：
B1方案：通过在下排气消声结构36内设置隔热层，替换下排气消声器材料，添加套管的方法达到绝热效果，简称为：隔热层绝热；
B2方案：通过对下排气消声结构36的主要组成部件进行绝热涂料的涂装，达到绝热效果，简称为：绝热涂料绝热；
B1、B2两个方案所能达成的效果相同，单独采用或同时采用；
所述B1方案为在下排气消声结构36的下排气消声器44和下轴承34之间，设置下隔热层46；所述下隔热层46紧贴下轴承34下表面，以减少下排气消声器腔47内高温排气向下轴承34的传热；所述下排气消声器44采用隔热材料，以减少下排气消声器腔47内高温排气向油池10的传热；所述下排气消声结构36的下排气通道45内壁设有隔热套管48，以减少下排气通道45内气体向气缸组件32内的传热；最终减少下轴承34、油池10内润滑油以及气缸组件32向气缸组件32内低温气体的传热；
所述B2方案为利用绝热涂料，对下轴承34和下排气消声结构36的下排气消声器44进行绝热涂层处理，使得下轴承34和下排气消声器44包裹上绝热涂料。
所述B1方案中，下隔热层46材料为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述下隔热层厚度满足：h≥0.5mm；
所述下隔热层材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
所述B1方案中，下排气消声器44材料替换为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述下排气消声器厚度满足：h≥0.5mm；
所述下排气消声器材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)；
同时，所述下排气消声器44还需要满足一定的强度要求，以保证能够承受下排气消声器腔47内高温气体的气流脉动和压力波动，具体体现在：
所述下排气消声器材料的屈服极限满足：σs≥0.1MPa。
所述B1方案中，所述隔热套管48为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述隔热套管厚度满足：h≥0.5mm；
所述隔热套管材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
所述B1方案中，所述下隔热层46、下排气消声器44、隔热套管48除了各自独立的结构，因为材料和要求的相同，采用一体化的结构以优化零件的加工和装配过程；
采用的一体化方案有：下隔热层46与下排气消声器44一体化；下隔热层46与隔热套管48一体化；下隔热层46、下排气消声器44与隔热套管48三者一体化。
所述B2方案中，采用刷涂、浸涂、流涂或喷涂方法使得下轴承34和下排气消声器44包裹上绝热涂料。
所述下排气消声结构36为盖板式结构，即采用下轴承盖板49和下轴承34闭合形成密闭的下排气消声器腔47；对于盖板式结构的下排气消声结构36，其下轴承盖板49的结构与材料要求和下排气消声器44相同。
所述绝热材料或绝热涂料，必须与压缩机所用制冷剂和润滑油相容，不能发生化学反应。
所述气缸组件32为滚动活塞式、摇摆滑片式、活塞铰接式或气缸铰接式。
所述泵体03为单气缸结构，多级气缸结构和多气缸并列结构。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、由于对消声器腔的高温气体采取了隔热措施，因此，减少了高温排出气体向低温的压缩气体和更低温的吸入气体的传热，从而减少吸气膨胀和压缩过程加热现象，减少传热对指示功率以及制冷量的影响，提高压缩机指示效率和系统COP。
2、由于针对传统的旋转式压缩机，只进行了排气消声结构处的优化设计，进行局部零件的增加和替换，因此，可以直接在现有的机型甚至是产品上直接修改，方便高效，大大减少产品换代的成本。
3、由于采用了绝热涂料方案，因此，可以针对传统的压缩机直接进行涂层绝热，简单高效。
4、由于针对排气消声结构处进行的优化设计，因此，对于旋转式压缩机的气缸组件的类型和层级数量没有限制，对市场上存在的各种类型的旋转式压缩机皆适用，具有广泛的实际生产价值。
5、由于下排气消声结构优化后的部件可以采取一体化结构，因此，在原来机器的基础上也没有过多增加零部件，甚至可以简化装配过程，提高压缩机内部结构紧凑度。
附图说明
图1所示为采用本发明方案的一实施例的双缸旋转式压缩机的剖视图。
图2所示为图1中旋转式压缩机下气缸下排气消声结构的局部剖视图。
图3所示为图1中旋转式压缩机中采用盖板式下排气消声结构的泵体部分剖视图。
图4所示为发明方案中所包括的各种形式的气缸组件的俯视图，其中图4a为滚动活塞式，图4b为摇摆滑片式，图4c为活塞铰接式，图4d为气缸铰接式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，为采用本发明方案的一实施例的双缸旋转式压缩机的剖视图。
本实施例一种下排气隔热的旋转式压缩机，包括壳体01，设置在壳体01底部的油池10，配置容纳在壳体01的内部空间中的电机02和由该电机02驱动的泵体03，所述泵体03包括曲轴31、气缸组件32、上轴承33、下轴承34以及设置在下轴承34下部的下排气消声结构36；所述下排气消声结构36针对单独下排气消声结构的旋转式压缩机，或双排气消声结构的旋转式压缩机的下排气部分，或双缸旋转式压缩机下气缸的下排气部分。
所述下排气消声结构36采用以下方案：
B1方案：通过在下排气消声结构36内设置隔热层，替换下排气消声器材料，添加套管的方法达到绝热效果，简称为：隔热层绝热；
B2方案：通过对下排气消声结构36的主要组成部件进行绝热涂料的涂装，达到绝热效果，简称为：绝热涂料绝热；
B1、B2两个方案所能达成的效果相同，单独采用或同时采用。
其中图1实施例为双缸双排气旋转式压缩机，包括上排气消声结构35和下排气消声结构36，根据发明方案内容，选择B1方案。
如图2所示，为图1中旋转式压缩机下排气消声结构的局部剖视图。
此处对于下排气消声结构36的绝热，采用以下B1隔热层绝热方案：
对于所述下排气消声结构36，其现有结构包括：下轴承34、下排气消声器44和下排气通道45；本发明在下排气消声器44和下轴承34之间，设置下隔热层46；所述下隔热层46紧贴下轴承34下表面，以减少下消声器腔47内高温排气向下轴承34的传热；所述下排气消声器44采用隔热材料，以减少下排气消声器腔47内高温排气向油池10的传热；所述下排气通道45内壁设有隔热套管48，以减少下排气通道45内气体向气缸组件32内的传热；最终减少下轴承34、油池10内润滑油以及气缸组件32向气缸组件32内低温气体的传热。
所述B1方案中，所述下隔热层46外形要求尽可能包覆住下轴承34的表面，以减少高温气体和下轴承34之间的传热。
所述下隔热层46材料必须为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述下隔热层厚度满足：h≥0.5mm；
所述下隔热层材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
所述下排气消声器44材料替换为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述下排气消声器厚度满足：h≥0.5mm；
所述下排气消声器材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
同时，所述下排气消声器44还需要满足一定的强度要求，以保证能够承受下消声器腔内高温气体的气流脉动和压力波动，具体体现在：
所述下排气消声器材料的屈服极限满足：σs≥0.1MPa。
所述隔热套管48须为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述隔热套管厚度满足：h≥0.5mm；
所述隔热套管材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
所述下隔热层46、下排气消声器44、隔热套管48除了各自独立的结构，因为材料和要求的相同，可以采用一体化的结构以优化零件的加工和装配过程。
可采用的一体化方案有：下隔热层46与下排气消声器44一体化；下隔热层46与隔热套管48一体化；下隔热层46、下排气消声器44与隔热套管48三者一体化。
若采用B2绝热涂料绝热方案，则利用绝热涂料，对上述两个零件进行绝热涂层处理，包括采用刷涂、浸涂、流涂、喷涂等方法使得下轴承34和下排气消声器44包裹上绝热涂料。
如图3所示，为图1中旋转式压缩机中采用盖板式下排气消声结构的泵体部分剖视图。
对于所述下排气消声结构36，也可为盖板式结构，即采用下轴承盖板49和下轴承34闭合形成密闭的下排气消声器腔47。
对于盖板式下排气消声结构36，其下轴承盖板49的结构与材料要求和下排气消声器44相同。
如图4所示，为发明方案中所包括的各种形式的气缸组件的俯视图。
发明方案中对所述气缸组件32不加限制，可为滚动活塞式(图4a)、摇摆滑片式(图4b)、活塞铰接式(图4c)、气缸铰接式(图4d)等；
图中几种形式的气缸组件都由滑片11和活塞12把气缸分隔成两个腔室，其中左边的为吸气腔13，右边的为压缩腔14。本发明的最终目的就是要减少高温的排出气体向吸气腔13中低温的吸入气体以及压缩腔14中低温的压缩气体进行传热。
同时，所述发明方案对压缩机的泵体结构不加限制，可为单气缸结构，多级气缸结构或多气缸并列结构。不局限于实施例提出的双缸双排气旋转式压缩机。
最后，对于以上所述各方案中的绝热材料，或绝热涂料，必须与压缩机所用制冷剂和润滑油相容，不能发生化学反应。

Claims (10)

1.一种下排气隔热的旋转式压缩机，包括壳体(01)，设置在壳体(01)底部的油池(10)，配置容纳在壳体(01)的内部空间中的电机(02)和由该电机(02)驱动的泵体(03)，
所述泵体(03)包括曲轴(31)、气缸组件(32)、上轴承(33)、下轴承(34)以及设置在下轴承(34)下部的下排气消声结构(36)；所述下排气消声结构(36)针对单独下排气消声结构的旋转式压缩机，或双排气消声结构的旋转式压缩机的下排气部分，或双缸旋转式压缩机下气缸的下排气部分；
其特征在于：所述下排气消声结构(36)采用以下方案：
B1方案：通过在下排气消声结构(36)内设置隔热层，替换下排气消声器材料，添加套管的方法达到绝热效果，简称为：隔热层绝热；
B2方案：通过对下排气消声结构(36)的主要组成部件进行绝热涂料的涂装，达到绝热效果，简称为：绝热涂料绝热；
B1、B2两个方案所能达成的效果相同，单独采用或同时采用；
所述B1方案为在下排气消声结构(36)的下排气消声器(44)和下轴承(34)之间，设置下隔热层(46)；所述下隔热层(46)紧贴下轴承(34)下表面，以减少下排气消声器腔(47)内高温排气向下轴承(34)的传热；所述下排气消声器(44)采用隔热材料，以减少下排气消声器腔(47)内高温排气向油池(10)的传热；所述下排气消声结构(36)的下排气通道(45)内壁设有隔热套管(48)，以减少下排气通道(45)内气体向气缸组件(32)内的传热；最终减少下轴承(34)、油池(10)内润滑油以及气缸组件(32)向气缸组件(32)内低温气体的传热；
所述B2方案为利用绝热涂料，对下轴承(34)和下排气消声结构(36)的下排气消声器(44)进行绝热涂层处理，使得下轴承(34)和下排气消声器(44)包裹上绝热涂料。
2.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述B1方案中，下隔热层(46)材料为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述下隔热层厚度满足：h≥0.5mm；
所述下隔热层材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
3.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述B1方案中，下排气消声器(44)材料替换为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述下排气消声器厚度满足：h≥0.5mm；
所述下排气消声器材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)；
同时，所述下排气消声器(44)还需要满足一定的强度要求，以保证能够承受下排气消声器腔(47)内高温气体的气流脉动和压力波动，具体体现在：
所述下排气消声器材料的屈服极限满足：σs≥0.1MPa。
4.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述B1方案中，所述隔热套管(48)为绝热材料，以保证其功能的正常发挥，具体体现在：
所述隔热套管厚度满足：h≥0.5mm；
所述隔热套管材料导热系数满足：λ≤0.12W/(m·K)。
5.根据权利要求2-4任一项所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述B1方案中，所述下隔热层(46)、下排气消声器(44)、隔热套管(48)除了各自独立的结构，因为材料和要求的相同，采用一体化的结构以优化零件的加工和装配过程；
采用的一体化方案有：下隔热层(46)与下排气消声器(44)一体化；下隔热层(46)与隔热套管(48)一体化；下隔热层(46)、下排气消声器(44)与隔热套管(48)三者一体化。
6.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述B2方案中，采用刷涂、浸涂、流涂或喷涂方法使得下轴承(34)和下排气消声器(44)包裹上绝热涂料。
7.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述下排气消声结构(36)为盖板式结构，即采用下轴承盖板(49)和下轴承(34)闭合形成密闭的下排气消声器腔(47)；
对于盖板式结构的下排气消声结构(36)，其下轴承盖板(49)的结构与材料要求和下排气消声器(44)相同。
8.根据权利要求1-7任一项所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述绝热材料或绝热涂料，必须与压缩机所用制冷剂和润滑油相容，不能发生化学反应。
9.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述气缸组件(32)为滚动活塞式、摇摆滑片式、活塞铰接式或气缸铰接式。
10.根据权利要求1所述的下排气隔热的旋转式压缩机，其特征在于：所述泵体(03)为单气缸结构，多级气缸结构和多气缸并列结构。
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