CN110905812A - 单缸压缩机及热交换工作设备 - Google Patents

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Abstract

本申请属于压缩机技术领域，涉及单缸压缩机及热交换工作设备。该单缸压缩机中，在工作时，驱动电机带动曲轴转动，使设于曲轴偏心部外的活塞在气缸内运动，进而压缩并排出冷媒。将气缸高度与气缸内径的乘积跟壳体内径的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量与气缸内径的比值设置为0.2至0.23之间，可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失。将主轴承内径与壳体内径的比值设置为0.13至0.18之间，将副轴承内径与壳体内径的比值设置为0.11至0.16之间，在该比值关系下的主轴承与副轴承的可靠性高、功耗低。具有该单缸压缩机的热交换工作设备，使用性能也得到保证。

Description

单缸压缩机及热交换工作设备
技术领域
本申请属于压缩机技术领域，涉及单缸压缩机及热交换工作设备。
背景技术
资源环境约束，全球气候变化问题日益严重的时代背景下，低碳、节能、减排是产业发展趋势与目标。各个企业都在努力改进技术，保证热交换工作设备性能的前提下，减少材料消耗降低成本，使整机小型化、轻量化是发展趋势，比如将压缩机应用于空调器时，需要使室外机小型化。对于双缸压缩机，气体压缩力矩在相位角上有叠加区域，可以产生较低的噪音振动，但同时占用了较多的压缩机空间。随着电机电控力矩补偿技术的快速发展，单缸压缩机在低频段的振动可以得到较好的控制。单缸压缩机相比双缸压缩机少了一个气缸、活塞和滑片，泵体的机械效率会更高，占用空间也会减小，容易实现小型化和轻量化的设计，但是排量相对有限。在全球自然工质的推广使用的趋势下，R290逐渐成为主流。R290的可燃性限制了其在系统中的充注量。单缸压缩机泵体内冷媒循环空间相对双缸较小，更有利于R290的推广使用，这也是单缸压缩机技术进一步发展的驱动因素之一。业内亟需一种结构紧凑并且能满足主轴承与副轴承可靠性要求的压缩机。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种单缸压缩机，以解决现有技术难以提供一种结构紧凑并且能满足主轴承与副轴承可靠性要求的压缩机的技术问题。
本申请实施例提供一种单缸压缩机，包括：
壳体；
驱动电机，设于所述壳体内；以及
压缩机构，包括安装于所述壳体内的主轴承、设于所述壳体内的气缸、具有偏心部且由所述驱动电机驱动转动的曲轴、与所述主轴承共同支承所述曲轴的副轴承，以及设于所述气缸内部且套设于所述偏心部外的活塞；
设所述气缸的高度为Hcy，所述气缸的内径为Dcy，所述壳体的内径为Dy，所述曲轴的偏心量为e，所述主轴承的内径为Dm，所述副轴承的内径为Ds，满足以下关系式：
15.5mm≤Hcy×Dcy/Dy≤16.5mm；
0.2≤2e/Dcy≤0.23；
0.13≤Dm/Dy≤0.18；
0.11≤Ds/Dy≤0.16。
可选地，所述气缸的排量范围为20至25cc。
可选地，所述壳体的内径的范围是100至110mm。
可选地，所述气缸的高度范围是30至36mm；所述气缸的内径范围是46至48mm；所述曲轴的偏心量是4至5.5mm。
可选地，所述壳体的内径是101mm，所述气缸的高度是36mm，所述气缸的内径是46mm，所述曲轴的偏心量是5.2mm；
或者，所述壳体的内径是101mm，所述气缸的高度是32mm，所述气缸的内径是46mm，所述曲轴的偏心量是4.6mm。
可选地，所述气缸的高度与所述气缸的内径的乘积与所述壳体的内径的比值是16.3mm。
可选地，所述主轴承的内径范围是14.5至18mm，所述主轴承的高度范围是45至52mm；和/或，所述副轴承的内径范围是12.5至16mm，所述副轴承的高度范围是18至25mm。
可选地，所述主轴承的内径是16mm，所述主轴承的高度是47mm，所述副轴承的内径是14mm，所述副轴承的高度是20mm。可选地，所述主轴承的内径与所述气缸的内径的比值为0.158；所述副轴承的内径与所述气缸的内径的比值为0.138。
本申请实施例提供一种热交换工作设备，包括上述的单缸压缩机。
本申请实施例提供的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该单缸压缩机中，在工作时，驱动电机带动曲轴转动，使设于曲轴偏心部外的活塞在气缸内运动，进而压缩并排出冷媒。将气缸高度与气缸内径的乘积跟壳体内径的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量与气缸内径的比值设置为0.2至0.23之间，可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失。将主轴承内径与壳体内径的比值设置为0.13至0.18之间，将副轴承内径与壳体内径的比值设置为0.11至0.16之间，在该比值关系下的主轴承与副轴承的可靠性高、功耗低。具有该单缸压缩机的热交换工作设备，使用性能也得到保证。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的单缸压缩机的剖视图；
图2为图1的单缸压缩机中应用的气缸的立体结构图；
图3为图1的单缸压缩机中应用的气缸、活塞、曲轴与滑片的装配示意图；
图4为图1的单缸压缩机中应用的主轴承、副轴承与曲轴的装配示意图；
图5为本申请实施例提供的单缸压缩机的Dm/Dy与主轴承最小油膜厚度的曲线关系图；
图6为本申请实施例提供的单缸压缩机的Ds/Dy与副轴承最小油膜厚度的曲线关系图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
市面上的单缸压缩机，为满足排量要求，结构比较大，比如一种单缸压缩机的气缸内径为120mm。市面上的双缸压缩机结构也比较大，比如一种双缸压缩机的气缸内径为110mm。现有的单缸压缩机或者双缸压缩机，整体结构占用空间较大，相应地，驱动电机与压缩机构的结构都会比较大，这样制造成本会比较高。
请参阅图1至图4，本申请实施例提供一种单缸压缩机，能够同时满足大排量与小型化的需要，降低制造成本，以提高性价比。该单缸压缩机包括壳体100、驱动电机200与压缩机构300。壳体100大致呈圆柱状，并沿竖直方向设置。驱动电机200与压缩机构300沿竖直方向分布在壳体100内，形成立式压缩机。驱动电机200包括安装于壳体100内的定子210及同轴设置于定子210内的转子220，定子210通电后产生旋转磁场，在定子210的旋转磁场作用下转子220转动。
压缩机构300包括固定安装于壳体100内的主轴承310、设于壳体100内的气缸320、具有偏心部331且由驱动电机200驱动转动的曲轴330、与主轴承310共同支承曲轴330的副轴承340，以及设于气缸320内部且套设于偏心部331外的活塞350。气缸320具有滑槽322，滑槽322内弹性设置有滑片360，滑片360的外端保持抵设于活塞350的外周面。驱动电机200带动曲轴330转动，曲轴330由主轴承310与副轴承340支承，使得曲轴330平稳转动。活塞350设置在曲轴330的偏心部331上，活塞350在偏心部331带动下运动，滑片360沿滑槽322作往复直线移动，滑片360将气缸320的内腔分为容积不断变化的高压腔与低压腔，从而实现对冷媒的加压。
气缸320上开设有吸气孔321。主轴承310上开设有排气孔311；或者，主轴承310与副轴承340上分别开设有排气孔(311、341)。在工作时，驱动电机200带动曲轴330转动，使设于曲轴330偏心部331外的活塞350在气缸320内运动，进而压缩由吸气孔321进入的冷媒，并将压缩后的冷媒由排气孔(311、341)排出。
设气缸的高度为Hcy，气缸的内径为Dcy，壳体的内径为Dy，曲轴偏心量为e，偏心量e就是曲轴330中心线与偏心部331轴线的间距。主轴承的内径为Dm，副轴承的内径为Ds，满足以下关系式：
15.5mm≤Hcy×Dcy/Dy≤16.5mm； (1)
0.2≤2e/Dcy≤0.23； (2)
0.13≤Dm/Dy≤0.18； (3)
0.11≤Ds/Dy≤0.16。 (4)
参阅图3，简化地，气缸排量等于气缸内横截面积(排除活塞与曲轴的区域)与气缸高度Hcy的乘积。在气缸内径Dcy和气缸高度Hcy不变时，气缸内横截面积增大，则排量增大。
设气缸内横截面积为S，活塞外径为Dh，满足以下关系式：
S＝π*(Dcy2-Dh2)/4；
在气缸内径Dcy不变的情况下，气缸内横截面积S越大，活塞外径Dh越小。
偏心量e满足以下关系式：
e＝(Dcy-Dh)/2；
在气缸内径Dcy不变的情况下，活塞外径Dh减少时，偏心量e增大。也就是说，偏心量e增大，活塞外径Dh减少，气缸排量就会增大。
可以理解地，气缸排量由气缸内径Dcy、气缸高度Hcy、偏心量e这三个参数确定。在设计气缸320时，先确定气缸排量，在气缸内径Dcy、气缸高度Hcy与偏心量e确定后，活塞外径Dh就会确定。
要使压缩机实现小壳体内径Dy与大排量。在小壳体内径Dy的情况下，气缸内径Dcy不能过大，气缸壁厚要达到一定厚度，以符合气缸的强度要求，所以气缸自身的结构限制了气缸内径Dcy的尺寸。在确定气缸内径Dcy后，要实现大排量可以采用拉高气缸高度Hcy和加大曲轴偏心量e两种方式。
考虑关系式(1)，在曲轴偏心量e确定的情况下，Hcy×Dcy/Dy中的分子部分Hcy×Dcy，可以表征为气缸320内腔的容积大小，也就是排量。Dy与Dcy是正相关的，在Dy越大时，Dcy也可以越大。Hcy×Dcy/Dy该参数越大，可以理解为排量越大，同时壳体内径Dy越小。前面提到要实现大排量可以采用拉高气缸高度Hcy的方式。在Dcy与Dy确定时，如果将Hcy×Dcy/Dy设置得越大，Hcy就会越大，但是高压腔内部的过压缩损失会越大，间隙泄露也会加剧。所以参数Hcy×Dcy/Dy需要设置在一定范围以内。
考虑关系式(2)，参数2e/Dcy就是偏心率，在气缸高度Hcy与气缸内径Dcy确定的情况下，偏心率e越大，气缸排量就越大。前面提到要实现大排量可以采用加大曲轴偏心量e的方式。在Dcy确定时，如果将2e/Dcy设置得越大，e就会越大，但是e的增大会加大滑片的离心力，出现滑片脱离活塞接触产生滑片音的问题。所以参数2e/Dcy需要设置在一定范围以内。
同时考虑关系式(1)与(2)，将气缸高度Hcy与气缸内径Dcy的乘积跟壳体内径Dy的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量e与气缸内径Dcy的比值设置为0.2至0.23之间，这样可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失与间隙泄露，同时避免滑片脱离活塞接触产生滑片音的问题。
要使单缸压缩机满足小壳体内径与大排量的需求，气缸内径受到空间限制，大排量必然产生较大的气体压缩力矩，设置在气缸两侧用于支承曲轴的主轴承、副轴承内径设计，成为可靠性和功耗的关键因素。
考虑关系式(3)，参数Dm/Dy需要设置为在一定范围内。如果Dm/Dy设置过大，可理解为主轴承内径Dm过大，也就是主轴承310与曲轴330之间的配合面积过大，压缩机在工作时，主轴承310与曲轴330之间的间隙会有更多的润滑油，在曲轴330转动时，带动润滑油进行高速旋转的油量会更多，使润滑油的剪切功耗变大，进而使驱动电机200的功耗增大。还有，主轴承内径Dm过大，相应地，曲轴330的重量就会过大，驱动电机200驱动曲轴330转动，这样也会增大功耗；
如果Dm/Dy设置过小，可理解为主轴承内径Dm过小，相应地，曲轴330的与主轴承310配合部分的直径过小，使油膜厚度变薄，主轴承310与曲轴330容易接触，磨损比较大，主轴承310与曲轴330长期接触容易失效。
需要说明的是，曲轴330功耗通过PV值与油膜厚度来考量。在PV值中，P是轴承与轴受负载时的面压，V是轴承处曲轴转动时的线速度。
考虑关系式(4)，参数Ds/Dy需要设置为在一定范围内，其原理类似于关系式(3)，不再赘述。
将主轴承内径Dm与壳体内径Dy的比值设置为0.13至0.18之间，将副轴承内径Ds与壳体内径Dy的比值设置为0.11至0.16之间，在该比值关系下的主轴承310与副轴承340的可靠性高、功耗低。
在本申请另一实施例中，在满足关系式(1)、(2)时，设置气缸320的排量为20至25cc，压缩机满足大排量的需求。
在本申请另一实施例中，壳体的内径Dy的范围是100至110mm，具体按需设置。在壳体100壁厚确定的情况下，这样的单缸压缩机结构紧凑，占用空间会变小，制造成本降低。相应地，设置在壳体100内的驱动电机200与压缩机构300的结构都会比较小，这样制造成本也会变低。另外，单缸压缩机壳体100高度可以参考现有同排量的双缸压缩机设置，并且保证使用性能。这样相比于同排量的双缸压缩机，该单缸压缩机的壳体内径Dy变小，整个壳体100变得更细长，结构更紧凑。
在本申请另一实施例中，气缸高度Hcy范围是30至36mm；气缸的内径Dcy范围是46至48mm，曲轴偏心量e是4至5.5mm，具体按需设置。采用这个方案，单缸压缩机可以获得比较大的排量，达到正常使用的性能。相比于同排量的双缸压缩机，该单缸压缩机的气缸高度Hcy设置得更大，气缸内径Dcy设置得更小，这样可以保证排量足够。
在本申请另一实施例中，壳体的内径Dy的范围是100至110mm；气缸高度Hcy范围是30至36mm；气缸的内径Dcy范围是46至48mm，具体按需设置。采用上述配置的单缸压缩机，能够满足大排量与小型化的需要，能够改善压缩机入力，达到正常使用的性能。
在本申请另一实施例中，壳体的内径Dy是101mm，气缸高度Hcy是36mm，气缸的内径Dcy是46mm，曲轴偏心量e是5.2mm，具体按需设置。采用上述配置的单缸压缩机，能够满足大排量与小型化的需要，能够进一步改善压缩机入力，达到更优的性价比。
在本申请另一实施例中，壳体的内径Dy是101mm，气缸高度Hcy是32mm，气缸的内径Dcy是46mm，曲轴偏心量e是4.6mm。采用上述配置的单缸压缩机，能够满足大排量与小型化的需要，能够进一步改善压缩机入力，达到更优的性价比。
在本申请另一实施例中，气缸高度Hcy与气缸的内径Dcy的乘积与壳体的内径Dy的比值是16.3mm。采用这个方案，单缸压缩机能够满足大排量与小型化的需要。
在本申请另一实施例中，主轴承内径Dm范围是14.5至18mm，具体按需设置。采用上述数值范围的主轴承310能够承受曲轴330的载荷，提高可靠性，并且驱动电机200的功耗较低。副轴承内径Ds范围是12.5至16mm，具体按需设置。采用上述数值范围的副轴承340能够承受曲轴330的载荷，提高可靠性，并且驱动电机200的功耗较低。
在本申请另一实施例中，主轴承高度Hm范围是45至52mm，具体按需设置。相比于同排量的双缸压缩机，该单缸压缩机将主轴承的高度增高，确保在配置较大功率的驱动电机200时，更好支承曲轴330，避免曲轴330末端产生过大的挠度而使曲轴330发生弯曲变形，进而影响曲轴330转动。另外，副轴承高度Hs范围是18至25mm，具体按需设置。
在本申请另一实施例中，主轴承内径Dm是16mm，主轴承高度Hm是47mm，副轴承内径Ds是14mm，副轴承高度Hs是20mm。采用上述数值的主轴承310与副轴承340能够更好地承受曲轴330的载荷，进一步提高可靠性并且驱动电机200的功耗较低。
在本申请另一实施例中，主轴承内径Dm与气缸内径Dcy的比值为0.158；在该比值关系下的主轴承310的可靠性高、功耗低。副轴承内径Ds与气缸内径Dcy的比值为0.138。在该比值关系下的副轴承340的可靠性高、功耗低。
为了验证满足关系式(1)至(4)的单缸压缩机的性能，在改变主轴承内径Dm与壳体内径Dy比值的情况下对主轴承最小油膜厚度进行检测，得到图5所示的Dm/Dy与主轴承最小油膜厚度的曲线关系图。在改变副轴承内径Ds与壳体内径Dy比值的情况下对副轴承最小油膜厚度进行检测，得到图6所示的Ds/Dy与副轴承最小油膜厚度的曲线关系图。该单缸压缩机中，壳体的内径Dy是101mm，气缸高度Hcy是32mm，气缸的内径Dcy是46mm，曲轴偏心量e是4.6mm。
由图5可知，在将主轴承内径与壳体内径的比值由0.12增加至0.18的过程中，主轴承最小油膜厚度由0.10μm增加至0.36μm。可见，满足关系式(3)的单缸压缩机，主轴承的可靠性高，功耗低，有利于改善压缩机功率。比如，使主轴承内径是16mm，壳体内径是101mm，则主轴承内径与壳体内径的比值为0.16，此时主轴承最小油膜厚度为0.34μm，使主轴承的可靠性高，功耗低。
由图6可知，在将副轴承内径与壳体内径的比值由0.12增加至0.16的过程中，副轴承最小油膜厚度由0.16μm增加至0.35μm。可见，满足关系式(4)的单缸压缩机，副轴承的可靠性高，功耗低，有利于改善压缩机功率。比如，使副轴承内径是14mm，壳体内径是101mm，则副轴承内径与壳体内径的比值为0.14，此时副轴承最小油膜厚度为0.32μm，使副轴承的可靠性高，功耗低。
在本申请另一实施例中，提供一种热交换工作设备，包括上述的单缸压缩机。热交换工作设备可以是空调器、冰箱或者其它制冷制热设备。该单缸压缩机中，在工作时，驱动电机200带动曲轴330转动，使设于曲轴330偏心部外的活塞350在气缸320内运动，进而压缩并排出冷媒。将气缸高度Hcy与气缸内径Dcy的乘积跟壳体内径Dy的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量e与气缸内径Dcy的比值设置为0.2至0.23之间，可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失。将主轴承内径与壳体内径Dy的比值设置为0.13至0.18之间，将副轴承内径Ds与壳体内径Dy的比值设置为0.11至0.16之间，在该比值关系下的主轴承310与副轴承340的可靠性高、功耗低。具有该单缸压缩机的热交换工作设备，使用性能也得到保证。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单缸压缩机，其特征在于，包括：
壳体；
驱动电机，设于所述壳体内；以及
压缩机构，包括安装于所述壳体内的主轴承、设于所述壳体内的气缸、具有偏心部且由所述驱动电机驱动转动的曲轴、与所述主轴承共同支承所述曲轴的副轴承，以及设于所述气缸内部且套设于所述偏心部外的活塞；
设所述气缸的高度为Hcy，所述气缸的内径为Dcy，所述壳体的内径为Dy，所述曲轴的偏心量为e，所述主轴承的内径为Dm，所述副轴承的内径为Ds，满足以下关系式：
15.5mm≤Hcy×Dcy/Dy≤16.5mm；
0.2≤2e/Dcy≤0.23；
0.13≤Dm/Dy≤0.18；
0.11≤Ds/Dy≤0.16。
2.如权利要求1所述的单缸压缩机，其特征在于，所述气缸的排量范围为20至25cc。
3.如权利要求2所述的单缸压缩机，其特征在于，所述壳体的内径的范围是100至110mm。
4.如权利要求3所述的单缸压缩机，其特征在于，所述气缸的高度范围是30至36mm；所述气缸的内径范围是46至48mm；所述曲轴的偏心量是4至5.5mm。
5.如权利要求4所述的单缸压缩机，其特征在于，所述壳体的内径是101mm，所述气缸的高度是36mm，所述气缸的内径是46mm，所述曲轴的偏心量是5.2mm；
或者，所述壳体的内径是101mm，所述气缸的高度是32mm，所述气缸的内径是46mm，所述曲轴的偏心量是4.6mm。
6.如权利要求4所述的单缸压缩机，其特征在于，所述气缸的高度与所述气缸的内径的乘积与所述壳体的内径的比值是16.3mm。
7.如权利要求1至6任一项所述的单缸压缩机，其特征在于，所述主轴承的内径范围是14.5至18mm，所述主轴承的高度范围是45至52mm；和/或，所述副轴承的内径范围是12.5至16mm，所述副轴承的高度范围是18至25mm。
8.如权利要求7所述的单缸压缩机，其特征在于，所述主轴承的内径是16mm，所述主轴承的高度是47mm，所述副轴承的内径是14mm，所述副轴承的高度是20mm。
9.如权利要求7所述的单缸压缩机，其特征在于，所述主轴承的内径与所述气缸的内径的比值为0.158；所述副轴承的内径与所述气缸的内径的比值为0.138。
10.一种热交换工作设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的单缸压缩机。
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