CN107191377A - 旋转式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式压缩机，所述旋转式压缩机包括电机部件以及压缩部件，所述压缩部件包括：曲轴，所述曲轴包括轴部和偏心部，所述轴部与所述电机部件连接，所述偏心部的远离所述电机部件的一端形成为曲轴止推部，所述曲轴的偏心部设有邻近所述曲轴止推部设置的用于降低所述曲轴止推部的轴向刚性的柔性结构。根据本发明实施例的旋转式压缩机能够降低止推摩擦副的摩擦损耗，延长了压缩机的使用寿命，提高了压缩机的压缩效率。

Description

旋转式压缩机

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种旋转式压缩机。

背景技术

相关技术中，滚动转子式旋转压缩机通常采用曲轴的偏心部的下端面作为曲轴止推部，与副轴承的上端面配合以形成滑动止推摩擦副，从而适时限制曲轴的轴向运动。上述结构相对于传统的采用曲轴的副轴部的下端面作为止推部而言，不需要止推片等零件，结构更简单、紧凑，具有更低的成本并得到广泛应用。

但是实际使用过程中发现，上述结构的止推摩擦副的磨损非常严重，严重影响压缩机的性能，尤其是在恶劣运行工况下这一缺点尤为突出。

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，本发明提出一种能够降低止推摩擦损耗的旋转式压缩机。

根据本发明实施例的旋转式压缩机包括电机部件以及压缩部件，所述压缩部件包括：曲轴，所述曲轴包括轴部和偏心部，所述轴部与所述电机部件连接，所述偏心部的远离所述电机部件的一端形成为曲轴止推部，所述曲轴的偏心部设有用于降低所述曲轴止推部的轴向刚性的柔性结构。

根据本发明实施例的旋转式压缩机，通过在止推部附近设置柔性结构以降低曲轴止推部局部或整体在轴向方向上的刚度，工作时曲轴在外载荷(气体力为主)作用下，曲轴止推部局部或整体能够在轴向上产生较大变形，从而使作用在止推摩擦副上的接触应力分布更均匀，进而有效降低了止推摩擦副的磨损，同时由于减少了粗糙接触的面积，因此还有效降低了摩擦损失。

根据本发明一个实施例的旋转式压缩机，所述柔性结构为柔性槽。

根据本发明的一些实施例，所述柔性槽沿径向设置且与所述曲轴止推部间隔开，其中，径向是指垂直于轴向的方向，轴向为所述曲轴的轴部的中心轴线方向。

在一些实施例中，所述柔性槽的顶部沿所述径向贯穿所述偏心部的外侧壁。

在一些实施例中，所述柔性槽沿轴向的投影位于所述轴部沿轴向的投影外侧。

在一些实施例中，所述柔性槽的底壁为圆弧形，所述底壁的曲率中心与所述曲轴的轴部的中心轴线共线，所述底壁的两端延伸至与所述偏心部的外周面相交。

在一些实施例中，所述柔性槽的内壁与所述曲轴止推部之间的厚度为所述柔性槽的壁厚，所述柔性槽的壁厚在径向上朝远离所述轴部的中心轴线的方向上逐渐减小或者所述柔性槽的壁厚为恒定值。

在一些实施例中，所述柔性槽在轴向上的宽度为恒定值。

在一些实施例中，所述柔性槽在所述径向上的最大深度H与所述柔性槽的平均壁厚T的比值满足如下条件：1≤H/T≤10。

在一些实施例中，所述柔性槽在所述径向上的最大深度H≥2mm。

在一些实施例中，所述柔性槽的平均壁厚T≥1mm。

在一些实施例中，所述柔性槽在所述轴向上的最小宽度W≥1mm。

根据本发明一个实施例的旋转式压缩机，所述旋转式压缩机为立式旋转式压缩机或卧式旋转式压缩机。

根据本发明一个实施例的旋转式压缩机，所述旋转式压缩机为单缸旋转式压缩机或多缸旋转式压缩机。

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是传统的旋转式压缩机的示意图，

图2是传统的旋转式压缩机的曲轴受力示意图。

图3是根据本发明一个实施例的旋转式压缩机的示意图。

图4是根据本发明一个实施例的旋转式压缩机的止推摩擦副受力示意图。

图5是根据本发明一个实施例的旋转式压缩机的曲轴的俯视示意图。

图6是根据本发明一个实施例的旋转式压缩机的曲轴的剖视示意图。

图7是根据本发明一个实施例的旋转式压缩机的最大接触应力与H/T的曲线关系示意图。

图8是根据本发明又一个实施例的旋转式压缩机的曲轴的剖视示意图。

图9是根据本发明再一个实施例的旋转式压缩机的示意图。

图10是根据本发明再一个实施例的旋转式压缩机的止推摩擦副受力示意图。

图11是根据本发明再一个实施例的旋转式压缩机的曲轴的剖视示意图。

图12是根据本发明实施例的旋转式压缩机的示意图(旋转式压缩机为双缸)。

附图标记：

传统结构：

曲轴10’，主轴部11’，副轴部12’，偏心部13’，曲轴止推部14’，主轴承30’，副轴承40’，活塞50’，气缸60’，

本申请：

旋转式压缩机100，曲轴10，主轴部11，副轴部12，偏心部13，上偏心部131，下偏心部132，曲轴止推部14，

柔性槽20，柔性槽的底壁21，

主轴承30，

副轴承40，

活塞50，上活塞51，下活塞52，

气缸60，上气缸61，下气缸62，

中隔板70，

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。

本申请是申请人基于以下认识作出的：

对传统的旋转式压缩机的结构简述如下：参照图1所示，传统的旋转式压缩机包括电机部件和压缩部件，压缩部件包括：气缸60’、活塞50’、滑片(图中未示出)、主轴承30’、副轴承40’和曲轴10’等。气缸60’内被分隔为吸气腔和排气腔，电机部件通过曲轴10’的轴部带动压缩部件运动，以实现吸气腔和排气腔的容积变化，以完成不断吸入、压缩和排出冷媒的工作过程。

曲轴10’包括轴部和偏心部13’，轴部包括主轴部11’和副轴部12’，主轴部11’与主轴承30’配合并与电机部件连接，副轴部12’与副轴承40’配合。曲轴10’通过偏心部13’远离电机部件的一侧的表面为曲轴止推部14’，副轴承40’靠近电机部件的一侧的表面为副轴承止推部，副轴承止推部与曲轴止推部14’配合，进而限制曲轴10’的轴向运动。曲轴止推部14’与副轴承止推部共同构成滑动止推摩擦副。压缩机的油池通过曲轴10’供油油路(图中未示出)对止推摩擦副供油和润滑。

对于已有的旋转式压缩机而言，止推摩擦副处的磨损严重，尤其是在恶劣运行工况下这一现象尤为突出。这样，不仅压缩机运行的可靠性较差，而且需要经常更换零部件，同时造成较大的摩擦损失，严重影响压缩机的性能。

对于现有设计止推摩擦副磨损原因，本领域技术人员一直不能从根本上认识到造成磨损的关键因素。鉴于此，本申请人经大量、反复、深入地研究才发现并明确了导致止推摩擦副磨损这一问题的关键因素。图2为本申请人研究发现的止推摩擦副磨损原理的说明图。为方便观察，图中对曲轴10’的变形进行了放大。

本申请人发现，曲轴10’受到轴向力Fm的作用，轴向力Fm主要包括转动部件自身所受重力及电机轴向磁拉力。而曲轴10’的偏心部13’在由吸气腔和压缩腔压差所导致的气体力Fg的作用下，使曲轴10’产生了较大变形，如图2所示。

曲轴10’变形后曲轴止推部14’将发生倾斜，曲轴止推部14’的外侧与副轴承40’的端面形成线接触，进而导致了局部接触应力集中，图中对止推摩擦副接触应力P分布进行了示意。这样，过大的局部接触应力将造成剧烈的磨损，甚至导致止推部刮伤或粘着，严重时会造成止推摩擦副的失效。

由此可见，气体力Fg导致的曲轴10’变形才是造成止推摩擦副磨损的关键因素。

本申请人进一步研究发现，由于气体力主要由运行工况及气缸60’直径、高度等主要结构参数确定，而曲轴10’的轴径出于提升压缩机性能的考虑，通常采用小径化设计，导致曲轴10’刚性较差，最终使得止推摩擦副磨损成为业内较为普遍的问题。也正因为气体力Fg及曲轴10’刚性受其他因素制约、难以改变，所以使止推摩擦副磨损的改善受到很大的制约，具有较大的难度。

本发明基于上述研究发现，创造性地提出了在止推部附近设置柔性结构的解决方案，不仅结构简单、方便实施，而且改善效果极其显著。

下面参考图3至图12详细描述根据本发明实施例的旋转式压缩机100。

如图3所示，根据本发明实施例的旋转式压缩机100包括电机部件以及压缩部件，压缩部件包括：曲轴10，曲轴10包括轴部和偏心部13，轴部与电机部件连接，偏心部13的远离电机部件的一端形成为曲轴止推部14，曲轴10的偏心部13设有用于降低所述曲轴止推部14的轴向刚性的柔性结构。

根据本发明实施例的旋转式压缩机100，通过在偏心部13上设置柔性结构以降低曲轴止推部14局部或整体在轴向方向上的刚度，工作时曲轴10在外载荷(气体力Fg为主)作用下，曲轴止推部14局部或整体能够在轴向上产生较大变形，从而使作用在止推摩擦副上的接触应力分布更均匀，进而有效降低了止推摩擦副的磨损，同时由于减少了粗糙接触的面积，因此还有效降低了摩擦损失，延长了压缩机的使用寿命，提高了压缩机的压缩效率。

其中，对于单缸压缩机而言，柔性槽20可以邻近曲轴止推部14设置是指柔性槽20在偏心部13的两端面之间更靠近远离电机部件的一端。

可以理解，压缩部件包括：气缸60、活塞50、滑片(图中未示出)、主轴承30、副轴承40和曲轴10等。气缸60内被分隔为吸气腔和排气腔，电机部件通过曲轴10的轴部带动压缩部件运动，以实现吸气腔和排气腔的容积变化，以完成不断吸入、压缩和排出冷媒的工作过程。

曲轴10的轴部包括主轴部11和副轴部12，主轴部11与主轴承30配合并与电机部件连接，副轴部12与副轴承40配合。当曲轴止推部14与副轴承40配合时，曲轴10的偏心部13的曲轴止推部14与副轴承40的副轴承止推部形成为止推摩擦副，当曲轴10与止推板止推配合时，曲轴10的偏心部13的曲轴止推部14与止推板的止推板止推部形成为止推摩擦副。

如图4所示，根据本发明一个实施例的旋转式压缩机100，柔性结构为柔性槽20。由此，通过在曲轴10的偏心部13上设置柔性槽20，以使曲轴止推部14在轴向上的刚性显著降低，这样当曲轴10在气体力F_g作用下发生变形时，曲轴止推部14仍然能与副轴承止推部或止推板止推部较好地保持面接触，进而使作用在止推摩擦副上的接触应力较为均匀，有效地降低了最大接触应力和粗糙接触程度，从而改善止推摩擦副的磨损和摩擦损失。

当然，柔性结构并不限于是柔性槽20，也可以采用在曲轴止推部14上镶嵌弹性模量较小的材料等方式以降低曲轴止推部14的轴向刚度，也就是说，本领域技术人员可以想到的能够降低曲轴止推部14局部或整体在轴向上的刚性的设于曲轴10的偏心部13上的其他结构也涵盖在本申请保护范围内，在此不一一列举。

根据本发明的一些实施例，柔性槽20沿径向设置且与曲轴止推部14间隔开，其中，径向是指垂直于轴向的方向，轴向为曲轴10的轴部的中心轴线方向。这样，不仅不会破坏曲轴止推部14，而且使曲轴止推部14能够在气体力作用下朝向远离电机部件的方向移动，进而使曲轴止推部14与相应的止推部充分接触，这样在止推摩擦副处形成较好的流体动压润滑，降低了磨损，增强了压缩机运行的稳定性和可靠性。

作为优选实施方式，如图4和图5所示，柔性槽20的顶部沿径向贯穿偏心部13的外侧壁。换言之，柔性槽20的槽口形成在偏心部13的外侧壁上。这样，不仅降低了柔性槽20对偏心部13强度的影响，而且更方便加工。

可以理解，柔性槽20的顶部也可以不贯穿偏心部13的外侧壁或者柔性槽20的顶部的一部分贯穿偏心部13的外侧壁。

在一些实施例中，如图5所示，柔性槽20沿轴向的投影位于轴部沿轴向的投影外侧。可选地，柔性槽20的底壁21可以为圆弧形，底壁21的曲率中心与曲轴10的轴部的中心轴线共线，底壁21的两端延伸至与偏心部13的外周面相交。这样，在改善止推摩擦副的磨损的同时，减少了柔性槽20对曲轴10自身刚度的削弱，同时减小了曲轴10上的应力集中。

进一步研究发现，柔性槽20的尺寸设计对于改善效果影响很大。如图6和图7所示，柔性槽20径向最大深度H与平均壁厚T的比值影响最为关键，随着H/T的增大，曲轴止推部14的刚性逐渐减小，最大接触应力P_max迅速减小；但随着H/T的进一步增大，曲轴止推部14的刚性过小时，又会导致接触应力的集中分布，使最大接触应力P_max增大。

根据上述理论及相关试验研究发现，柔性槽20在所述径向上的最大深度H与所述柔性槽20的平均壁厚T的比值满足如下条件：1≤H/T≤10时改善效果较好。其中，柔性槽20的内壁与所述曲轴止推部14之间的厚度为所述柔性槽20的壁厚，平均壁厚T＝柔性槽20的的内壁与曲轴止推部14之间的内壁的体积V/柔性槽20沿轴向的投影面积S。

有利地，柔性槽20在径向上的最大深度H≥2mm。也就是说，柔性槽20沿以轴部的中心轴线为中心的径向的最大深度H≥2mm。

柔性槽20尺寸设计过小时不利于加工制造，为了提高加工工艺性，可采用如下设计：柔性槽20的平均壁厚T≥1mm，柔性槽20在所述轴向上的最小宽度W≥1mm。在图6所示的具体实施例中，沿径向朝远离所述曲轴10轴部轴线的方向逐渐减小，此时W为最小宽度值。

在图8所示的实施例中，柔性槽20在轴向上的宽度可以是恒定值，此时最小宽度W就是柔性槽20的固定槽宽。这样，可以采用等宽度车刀加工，且柔性槽20对偏心部13的外周面积影响较小，不影响曲轴10的偏心部13与活塞50之间的润滑。

在图3至图6所示的具体实施例中，柔性槽20的内壁与曲轴止推部14之间的厚度为柔性槽20的壁厚，柔性槽20的壁厚在径向上朝远离轴部的中心轴线的方向上逐渐减小。

当然，本发明并不限于此，柔性槽20的壁厚可以有多种选择，在图8至图12所示的具体实施例中，柔性槽20的壁厚为恒定值。采用等壁厚柔性槽20设计，最大限度地减小了增加柔性槽20对曲轴10加工的影响，加工工艺性更好，同时对曲轴10偏心部13与活塞50之间的接触面积影响也较小。

此外，上述对于柔性槽20的尺寸(如H、T、W)等的限定对于图7至图10所示的具体实施例也适用，在此不赘述。在图9至图11所示的具体实施例中，柔性槽20的壁厚为恒定值，因此平均壁厚T＝柔性槽20的内壁与曲轴止推部14之间的厚度为柔性槽20的壁厚。

图3至图11示出的旋转式压缩机100为单缸、立式旋转式压缩机。可以理解，上述实施例同样适用于卧式旋转式压缩机以及多缸旋转式压缩机。

本发明方案同样适用于多缸压缩机，本发明在双缸压缩机上的应用进行了说明。多缸压缩机的偏心部的个数为多个，多个偏心部中的任一个的远离电机部件的一端形成为曲轴止推部14，柔性结构设置在曲轴止推部所在的偏心部上。

举例而言，在图12所示的具体实施例中，多缸压缩机包括上气缸61、下气缸62、上活塞51、下活塞52，曲轴10的上偏心部131位于上气缸61内且上活塞51与上偏心部131连接，曲轴10的下偏心部132位于下气缸62且下活塞52与下偏心部132连接。压缩机的上偏心部131的下端面为曲轴止推部14，曲轴止推部14与中隔板70的中隔板止推部形成止推摩擦副，柔性槽20形成在上偏心部131上。出于装配的考虑，可以将中隔板设计为分体式，即中隔板由图中两个中隔板70组合而成。

当然，本发明并不限于此，在另一些实施例中，多缸压缩机也可以采用副轴承40止推，此时，下偏心部132的下端面为曲轴止推部14，曲轴止推部14与副轴承40的副轴承40止推部形成止推摩擦副，此时，柔性槽20形成在下偏心部132上。

此外，上述止推板止推部、曲轴止推部14、中隔板止推部、副轴承止推部等都可以是形成在各自所在零件上的止推面。

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”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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结构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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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 (14)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括电机部件以及压缩部件，所述压缩部件包括：

曲轴，所述曲轴包括轴部和偏心部，所述轴部与所述电机部件连接，所述偏心部的远离所述电机部件的一端形成为曲轴止推部，所述曲轴的偏心部设有用于降低所述曲轴止推部的轴向刚性的柔性结构。

2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性结构为柔性槽。

3.根据权利要求2所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽沿径向设置且与所述曲轴止推部间隔开，其中，径向是指垂直于轴向的方向，轴向为所述曲轴的轴部的中心轴线方向。

4.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽的顶部沿所述径向贯穿所述偏心部的外侧壁。

5.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽沿轴向的投影位于所述轴部沿轴向的投影外侧。

6.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽的底壁为圆弧形，所述底壁的曲率中心与所述轴部的中心轴线共线，所述底壁的两端延伸至与所述偏心部的外周面相交。

7.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽的内壁与所述曲轴止推部之间的厚度为所述柔性槽的壁厚，所述柔性槽的壁厚在径向上朝远离所述轴部的中心轴线的方向上逐渐减小或者所述柔性槽的壁厚为恒定值。

8.根据权利要求3所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽在轴向上的宽度为恒定值。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽在所述径向上的最大深度H与所述柔性槽的平均壁厚T的比值满足如下条件：1≤H/T≤10。

10.根据权利要求3-8中任一项所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽在所述径向上的最大深度H≥2mm。

11.根据权利要求3-8中任一项所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽的平均壁厚T≥1mm。

12.根据权利要求3-8中任一项所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述柔性槽在所述轴向上的最小宽度W≥1mm。

13.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述旋转式压缩机为立式旋转式压缩机或卧式旋转式压缩机。

14.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，所述旋转式压缩机为单缸旋转式压缩机或多缸旋转式压缩机。