CN108194362A - 曲轴结构及具有其的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曲轴结构及具有其的压缩机。曲轴结构包括：偏心部，偏心部的第一端形成有下止推面，偏心部的第二端形成有上止推面，下止推面的面积与上止推面的面积不相等。将形成在偏心部两端的下止推面和上止推面的面积设置成不相等，能够有效地减小止推面与泵体组件的接触总面积，从而减小了止推面与泵体组件之间的摩擦功耗，继而提高了具有该曲轴结构的压缩机的能效。

Description

曲轴结构及具有其的压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机设备技术领域，具体而言，涉及一种曲轴结构及具有其的压缩机。

背景技术

压缩机高效化和高可靠性设计是设计研发人员一直不懈努力追求的目标，从售后反馈和可靠性试验来看，曲轴长轴与上法兰内圆、曲轴短轴与下法兰内圆、止推面与下法兰平面之间最容易磨损。目前量产的所有旋转式压缩机泵体组件主要依靠曲轴下止推面作用在下法兰端面上，由于曲轴结构的设置不合理，使得现有技术中的曲轴具有扰度大，运行不平稳等问题，造成曲轴长短轴与上下法兰之间产生磨损，增大机械摩擦功耗导致压缩机能效偏低。同时使得压缩机可靠性降低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种曲轴结构及具有其的压缩机，以解决现有技术中压缩机的能效低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种曲轴结构，包括：偏心部，偏心部的第一端形成有下止推面，偏心部的第二端形成有上止推面，下止推面的面积与上止推面的面积不相等。

进一步地，S/Q＝T1，其中，7≤T1≤21，S为下止推面的有效面积；Q为压缩机的排量；T1为比例系数。

进一步地，S/P＝T2，其中，0.3≤T2≤0.5，S为下止推面的有效面积；P为偏心部的径向方向的横截面的面积；T2为比例系数。

进一步地，曲轴结构还包括：下止推段，下止推段的第一端与偏心部的第一端相连接；短轴，短轴的第一端与下止推段的第二端的端面相连接，短轴的第二端沿下止推段的轴向方向延伸设置；其中，S＝S2-S1，S1＜S2，S为下止推面的有效面积；S1为短轴的径向方向的横截面的面积；S2为下止推段的径向方向的横截面的面积。

进一步地，上止推面的面积大于或等于下止推面的面积。

进一步地，曲轴结构还包括：下止推段，下止推段的第一端与偏心部的第一端相连接；短轴，短轴的第一端与下止推段的第二端的端面相连接，短轴的第二端沿下止推段的轴向方向延伸；其中，S＝S2-S1-B，S1＜S2，S为下止推面的有效面积；S1为短轴的径向方向的横截面的面积；S2为下止推段的径向方向的横截面的面积；B为下法兰上的柔性槽的横截面的面积。

进一步地，下止推段为柱状结构，下止推段包括：第一半圆柱体；第二半圆柱体，第一半圆柱体的直边侧与第二半圆柱体的直边侧相对地设置以形成柱状结构，第一半圆柱体的半径与第二半圆柱体的半径相同或不同。

进一步地，第一半圆柱体和第二半圆柱体一体成型。

根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括曲轴结构，曲轴结构为上述的曲轴结构。

进一步地，压缩机包括下法兰，下法兰的朝向气缸一侧的表面上开设有柔性槽，或者，下法兰的朝向气缸一侧的表面为平面结构。

应用本发明的技术方案，将形成在偏心部两端的下止推面和上止推面的面积设置成不相等，能够有效地减小止推面与泵体组件的接触总面积，从而减小了止推面与泵体组件之间的摩擦功耗，继而提高了具有该曲轴结构的压缩机的能效。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的压缩机的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的泵体组件与电机的实施例的装配结构示意图；

图3示出了根据本发明的曲轴的实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的曲轴的实施例的剖视结构示意图；

图5示出了根据本发明的曲轴与下法兰的第一实施例的装配结构示意图；

图6示出了根据本发明的下法兰的第一实施例的结构示意图；

图7示出了根据本发明的曲轴与下法兰的第二实施例的装配结构示意图；

图8示出了根据本发明的下法兰的第二实施例的结构示意图；

图9示出了止推面的有效面积与压缩机的排量比值的功率关系图；

图10示出了止推面的面积与偏心部的面积比值的功率关系图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、分液器；2、安装板；3、下盖；4、上盖组件；5、壳体组件；6、定子组件；7、转子组件；8、消音器；9、上法兰；13、气缸；14、滚子；

10、偏心部；11、下止推面；12、上止推面；

20、下止推段；21、第一半圆柱体；22、第二半圆柱体；

30、短轴；

40、下法兰；41、柔性槽；

50、长轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图10所示，根据本发明的实施例，提供了一种曲轴结构。

具体地，如图3所示，该曲轴结构包括偏心部10。偏心部10的第一端形成有下止推面11，偏心部10的第二端形成有上止推面12，下止推面11的面积与上止推面12的面积不相等。

在本实施例中，将形成在偏心部两端的下止推面和上止推面的面积设置成不相等，能够有效地减小止推面与泵体组件的接触总面积，从而减小了止推面与泵体组件之间的摩擦功耗，继而提高了具有该曲轴结构的压缩机的能效。

其中，S/Q＝T1，其中，7≤T1≤21，S为下止推面11的有效面积，Q为压缩机的排量，T1为比例系数。这样设置使得该曲轴结构与压缩机的泵体组件配合能够降低压缩机的功耗，有效地提高了压缩机的性能。

当然，在本实施例中，S/P＝T2，其中，0.3≤T2≤0.5，S为下止推面11的有效面积，P为偏心部10的径向方向的横截面的面积，T2为比例系数。这样设置能够进一步地使得该曲轴结构与压缩机的泵体组件配合能够降低压缩机的功耗，有效地提高了可靠性。

如图3和图4所示，曲轴结构还包括下止推段20和短轴30。下止推段20的第一端与偏心部10的第一端相连接，短轴30的第一端与下止推段20的第二端的端面相连接，短轴30的第二端沿下止推段20的轴向方向延伸设置，其中，S＝S2-S1，S1＜S2，S为下止推面11的有效面积，S1为短轴30的径向方向的横截面的面积，S2为下止推段20的径向方向的横截面的面积。这样设置能够有效地提高曲轴结构的可靠性和稳定性。

优选地，上止推面12的面积大于或等于下止推面11的面积。这样设置能够有效地减小下止推面11与法兰结构之间的摩擦功耗。

其中，当下止推面11正对的法兰的表面上设置有柔性槽时，下止推面11的有效面积可以表示为：S＝S2-S1-B，S1＜S2，S为下止推面11的有效面积，S1为短轴30的径向方向的横截面的面积，S2为下止推段20的径向方向的横截面的面积，B为下法兰上的柔性槽的横截面的面积。

具体地，如图4所示，下止推段20为柱状结构，下止推段20包括第一半圆柱体21和第二半圆柱体22。第一半圆柱体21的直边侧与第二半圆柱体22的直边侧相对地设置以形成柱状结构，第一半圆柱体21的半径R1与第二半圆柱体22的半径R2不同。当然，也可以将第一半圆柱体21的半径R1与第二半圆柱体22的半径R2设置成相同的方式。其中，D1为偏心部的直径。

为了提高曲轴结构的稳定性，可以将第一半圆柱体21和第二半圆柱体22一体成型设置。

上述实施例中的曲轴结构还可以用于压缩机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括曲轴结构，曲轴结构为上述实施例中的曲轴结构。具体地，如图3所示，该曲轴结构包括偏心部10。偏心部10的第一端形成有下止推面11，偏心部10的第二端形成有上止推面12，下止推面11的面积与上止推面12的面积不相等。

在本实施例中，将形成在偏心部两端的下止推面和上止推面的面积设置成不相等，能够有效地减小止推面与泵体组件的接触总面积，从而减小了止推面与泵体组件之间的摩擦功耗，继而提高了具有该曲轴结构的压缩机的能效。

其中，压缩机包括下法兰40，下法兰40的朝向气缸一侧的表面上开设有柔性槽41，或者，下法兰40的朝向气缸一侧的表面为平面结构。这样设置能够有效地提高压缩机的能效。

具体地，通过理论计算及仿真分析发现，随着曲轴止推面面积的增加，压缩机轴功、机械摩擦损耗及电机输入功率都存在一个先降低后增大的趋势，在排量不变的情况下，仅改曲轴止推面设计，下止推面大小存在最优值，并不是越大越好或越小越好，通过试验发现曲轴下止推面有效面积与排量的比值在7至21时、且曲轴止推面面积与曲轴偏心圆面积比值在0.3至0.5时，压缩机的摩擦功耗最低，压缩机可靠性和性能达到最优。

因此，本发明提供了曲轴止推面对压缩机摩擦功耗影响的评价指标及参考范围，解决了止推面大小与压缩机机械摩擦功率及可靠性设计关系的问题。

满足此设计范围的转子压缩机在满足性能及可靠性的前提下，进一步减小了压缩机的摩擦功耗，提高压缩机能效，建立压缩机曲轴止推面有效面积与排量比值、曲轴止推面与曲轴偏心圆即偏心部的面积比值和压缩机摩擦功耗之间的曲线关系。为增大气体力以抵消电机磁拉力的影响，上止推面面积设计越大越好，即上止推面面积≥下止推面面积。

曲轴的下止推面的面积：曲轴止推面与短轴围成的封闭空间，如图4所示，由R1和R2围成的面积减去曲轴短轴围成的面积；

曲轴下止推面的有效面积：曲轴下止推面与下法兰端面实际接触的面积，当下法兰无柔性槽时，下止推面有效面积等于下止推面面积。当下法兰有柔性槽时，下止推面有效面积＝下止推面的面积-柔性槽与止推面接触部分面积。其中，压缩机的排量为气缸行程容积。

如图1所示，该压缩机主要包括泵体组件、转子组件7、定子组件6、壳体组件5、上盖组件4、下盖3、安装板2、分液器1。泵体组件为主要运动摩擦功耗的产生部件，包括消音器8，上法兰9、气缸13、下法兰40、滚子14和曲轴结构(包括长轴50)。

压缩机工作过程中，曲轴由电动机转子带动做高速旋转运动，压缩机泵体转子组件的支撑主要依靠曲轴偏心部下止推面与下法兰接触支撑。高压制冷剂从气缸经上轴承、消音器排出后，撞击转子，加上曲轴偏心部本身为偏心设计，若曲轴止推面设计过小(即支撑面积小)，运转过程中不平衡度增大，容易导致曲轴下止推面与下法兰、曲轴长轴与上法兰内圆、曲轴短轴与下法兰内圆磨损，增大机械摩擦功耗导致能效偏低，同时压缩机可靠性大大降低。另一方面止推面面积设计过大时，止推面受力面积增大，止推面摩擦功率也会增大，需要结合压缩机排量、曲轴轴径综合评估。

如何改善曲轴的磨损一直是技术研发人员研究的重点和难题，通过大量仿真计算及试验研究发现，曲轴下止推面面积与排量、下止推面面积与偏心圆面积存在着紧密的关系。在排量不变的情况下，仅改曲轴止推面的设计，止推面大小存在最优值，并不是止推面越大越好或越小越好，通过试验发现曲轴止推面有效面积与压缩机排量比值在7-21时，且曲轴止推面面积与曲轴偏心圆面积比值在0.3-0.5时，压缩机摩擦功耗最小。

另上止推面与上法兰之间为间隙配合，间隙中为高温高压制冷剂气体，为增大气体力，以抵消电机磁拉力的影响。

因此，曲轴止推面与偏心圆直径按上述最优值进行设置，在保证压缩机可靠性和性能的前提下使压缩机的摩擦功耗最小，压缩机能效最高。后续产品开发以此设计范围作为参考，可以节省大量的试验时间可试验资源，为后续开发提供捷径，降低新产品的开发成本。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲轴结构，其特征在于，包括：

偏心部(10)，所述偏心部(10)的第一端形成有下止推面(11)，所述偏心部(10)的第二端形成有上止推面(12)，所述下止推面(11)的面积与所述上止推面(12)的面积不相等。

2.根据权利要求1所述的曲轴结构，其特征在于，S/Q＝T1，其中，7≤T1≤21，

S为所述下止推面(11)的有效面积；

Q为压缩机的排量；

T1为比例系数。

3.根据权利要求1或2所述的曲轴结构，其特征在于，S/P＝T2，其中，0.3≤T2≤0.5，

S为所述下止推面(11)的有效面积；

P为所述偏心部(10)的径向方向的横截面的面积；

T2为比例系数。

4.根据权利要求1所述的曲轴结构，其特征在于，所述曲轴结构还包括：

下止推段(20)，所述下止推段(20)的第一端与所述偏心部(10)的第一端相连接；

短轴(30)，所述短轴(30)的第一端与所述下止推段(20)的第二端的端面相连接，所述短轴(30)的第二端沿所述下止推段(20)的轴向方向延伸设置；

其中，S＝S2-S1，S1＜S2，

S为所述下止推面(11)的有效面积；

S1为所述短轴(30)的径向方向的横截面的面积；

S2为所述下止推段(20)的径向方向的横截面的面积。

5.根据权利要求1所述的曲轴结构，其特征在于，所述上止推面(12)的面积大于或等于所述下止推面(11)的面积。

6.根据权利要求1所述的曲轴结构，其特征在于，所述曲轴结构还包括：

下止推段(20)，所述下止推段(20)的第一端与所述偏心部(10)的第一端相连接；

短轴(30)，所述短轴(30)的第一端与所述下止推段(20)的第二端的端面相连接，所述短轴(30)的第二端沿所述下止推段(20)的轴向方向延伸；

其中，S＝S2-S1-B，S1＜S2，

S为所述下止推面(11)的有效面积；

S1为所述短轴(30)的径向方向的横截面的面积；

S2为所述下止推段(20)的径向方向的横截面的面积；

B为下法兰上的柔性槽的横截面的面积。

7.根据权利要求6所述的曲轴结构，其特征在于，所述下止推段(20)为柱状结构，所述下止推段(20)包括：

第一半圆柱体(21)；

第二半圆柱体(22)，所述第一半圆柱体(21)的直边侧与所述第二半圆柱体(22)的直边侧相对地设置以形成所述柱状结构，所述第一半圆柱体(21)的半径与所述第二半圆柱体(22)的半径相同或不同。

8.根据权利要求7所述的曲轴结构，其特征在于，所述第一半圆柱体(21)和所述第二半圆柱体(22)一体成型。

9.一种压缩机，包括曲轴结构，其特征在于，所述曲轴结构为权利要求1至8中任一项所述的曲轴结构。

10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括下法兰(40)，所述下法兰(40)的朝向气缸一侧的表面上开设有柔性槽(41)，或者，所述下法兰(40)的朝向气缸一侧的表面为平面结构。