CN111577606B - 一种涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴系结构及压缩机，轴系结构包括：主轴，重心调整块，其特征在于：重心调整块套设在主轴上，重心调整块为轴向对称结构，重心调整块用于降低轴系结构的重心而不改变轴系结构的偏心。本发明通过在轴系结构上设有具有轴对称结构的重心调整块，可不影响轴系结构偏心的情况下，降低轴系结构使用时的振动。本发明的轴系结构优选用在压缩机上，通过重心调整块的设置，可有效降低压缩机的振动。

Description

一种涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及变容机械领域，具体而言，涉及一种轴系结构及压缩机。

背景技术

涡旋压缩机因其效率高、体积小、质量轻、运行平稳等特点被广泛运用于制冷空调和热泵等领域。一般来说，涡旋压缩机由密闭壳体、静涡旋盘、动涡旋盘、支架、曲轴、防自转机构供油装置和电机构成，动、静涡旋盘的型线均是螺旋形，动涡旋盘相对静涡旋盘偏心并相差180°安装，于是在动、静涡旋盘间形成了多个月牙形空间。在动涡旋盘以静涡旋盘的中心为旋转中心并以一定的旋转半径作无自转的回转平动时，外圈月牙形空间便会不断向中心移动，此时，冷媒被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小而压力不断升高，直至与中心排气孔相通，高压冷媒被排出泵体，完成压缩过程。

涡旋压缩机在运行时，由动涡旋盘等不平衡质量产生的离心惯性力会引起整个机器的振动，产生噪声，增加能耗，加快轴承的磨损，降低机器的寿命，严重时还会导致重大事故。对涡旋压缩机动盘进行严格的平衡，是降低涡旋压缩机振动与噪声、提高涡旋压缩机使用安全性、可靠性、寿命和效率的最重要措施之一，也是实现低振动、低噪声性能的保证。涡旋压缩机动盘的平衡在涡旋压缩机制造中占有重要地位。

动涡旋盘相对于主轴偏心布置在曲柄销上，因而主轴旋转过程中所产生的动盘旋转惯性力必将传递到主轴上，增加主轴承负荷和引起机器振动，故在结构所限的情况下采用主、副两块平衡块共同平衡旋转惯性力及其力矩。

由于轴系力矩不平是平衡块主要解决的问题，较重的主平衡块一般更靠近泵体，因此离心惯性力就主要分布在压缩机上部。泵体所受气体力也集中在压缩机上部，并全部传递到支撑动盘的支架上。因此这个支架就受到离心力、气体力的反力，是压缩机内受力最集中的零件。支架一般通过焊接、过盈装配到壳体上，并通过主轴承保证轴系正常转动。现在主流的涡旋压缩机均采用这类结构。

不过这类结构造成压缩机上部受力更大；且泵体、支架等集中在压缩机上部，造成压缩机“头重脚轻”，这两个因素使压缩机运转时上部振动大、噪声大，压缩机失稳。

中国专利文献CN103827496B公开了一种涡旋压缩机多平衡块轴系结构。压缩机运行时曲轴由于动涡旋盘的离心力而产生挠曲，多平衡块在保证离心力平衡的同时，抑止曲轴挠曲变形，从而抑止高速旋转时轴承耐力下降。不过该专利采用多平衡块，使得压缩机、轴系重心更高，加剧了压缩机运转不稳定性；

中国专利文献CN109185151A公开了一种减振平衡块结构及其压缩机。在涡旋压缩机主平衡块内部设置动力吸振器，当轴系组件发生共振时，振动能量传递、转移到平衡块中，利用平衡块中弹性阻尼单元和配重单元组成的动力吸振结构的共振达到消耗振动能量的目的，同时由于动力吸振装置采用了弹性阻尼结构，消耗轴系组件的振动能量；通过这两种方式来消耗轴系组件的振动能量，降低轴系振动。该结构是利用动力吸振器降低振动，与轴系重心等无关；

中国专利文献CN110080978A的公开了一种轴系多平衡块结构及其设计方法，计算动盘离心力和气体力在曲轴上作用的合力，再用各平衡块平衡这些力，从而改善曲轴变形情况。

现有技术方案中，关注轴系组件振动的案例很少。涡旋压缩机振动噪声主要来源于电磁噪声和气动噪声，轴系振动是电磁噪声的主要起因之一，因此研究压缩机轴系的振动对压缩机降噪减振具有重大意义。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种轴系结构及压缩机，解决现有的轴系结构应用在压缩机上振动过大的问题。本发明通过在轴系结构上设有具有轴对称结构的重心调整块，可不影响轴系结构偏心的情况下，降低轴系结构使用时的振动。本发明的轴系结构优选用在压缩机上，通过重心调整块的设置，可有效降低压缩机的振动。

具体地：一种轴系结构，包括：主轴，重心调整块，重心调整块套设在主轴上，重心调整块为轴向对称结构，重心调整块用于降低轴系结构的重心而不改变轴系结构的偏心。

优选地，主轴大致竖直设置，重心调整块位于主轴的下部。

优选地，重心调整块具有内周面和外周面，内周面包括第一内周面和第二内周面，第一内周面的直径大于第二内周面的直径，第一内周面与第二内周面之间形成有第一台阶部。

优选地，重心调整块具有内周面和外周面，外周面包括第一外周面和第二外周面，第一外周面的直径大于第二外周面的直径，第一外周面与第二外周面之间形成有第二台阶部。

优选地，重心调整块具有内周面和外周面，外周面包括第三外周面、第四外周面和第五外周面，第四外周面位于第三外周面和第五外周面之间，第四外周面的直径大于第三外周面的直径，第四外周面的直径大于第五外周面的直径；第三外周面与第四外周面之间形成有第三台阶部，第四外周面与第五外周面之间形成有第四台阶部。

另外本发明还提供一种压缩机，包括本发明任一所述的轴系结构。

优选地，压缩机还包括：壳体，上支架，下支架，上轴承，下轴承，平衡块，电机转子组件；

上支架、下支架与壳体固定连接；上支架用于对上轴承提供支承；下支架用于对下轴承进行支撑；

上轴承、下轴承用于对主轴提供可旋转支撑；

平衡块、电机转子组件与主轴固定连接；平衡块、电机转子组件与轴系结构组成轴系组件；

轴系组件的重心记为O',上支架与壳体之间的上固定点记为P，压缩机还包括支脚，支脚与壳体的下固定点记为Q'，P点与O'之间的竖直距离记为h₁'，Q'与O'之间的竖直距离记为h₂'，其中，

优选地，

优选地，重心调整块设置在主轴与下轴承之间，其为环形结构，其内周面固定在主轴上，外周面形成与下轴承配合的支承面。

优选地，轴系结构在未安装重心调整块时的重心记为O，重量记为m,O点与Q'之间的竖直距离记为h₂，重心调整块的重量记为m₁，其中，在轴系结构未安装重心调整块时，轴系组件的重心记为O，重量记为m,O点与Q'之间的竖直距离记为h₂，重心调整块的重量记为m₁，其中，

优选地，平衡块包括中平衡块和下平衡块，中平衡块固定在主轴的中部，位于电机转子组件与上支架之间，下平衡块与电机转子组件固定连接。

优选地，平衡块还包括上平衡块，上平衡块固定在主轴的上部。

优选地，所述压缩机为涡旋压缩机。

本发明通过对轴系结构重心调整块的设置，可降低轴系结构的重心，减少涡旋压缩机的振动。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例一的压缩机的剖面示意图。

图2本发明实施例一的轴系结构示意图。

图3本发明实施例一的压缩机的下支架与重心调整块的配合关系示意图之一。

图4本发明实施例一的压缩机的下支架与重心调整块的配合关系示意图之二(部分剖开)。

图5本发明实施例一的压缩机的重心示意图。

图6本发明实施例一的压缩机未改变轴系结构重心时的受力示意图。

图7本发明实施例一的压缩机改变轴系结构重心时的受力示意图。

图8本发明实施例二的压缩机的剖面示意图。

图9本发明实施例三的重心调整块的示意图。

图10本发明实施例四的重心调整块的示意图。

图11本发明实施例五的重心调整块的示意图。

其中：1－压缩机，2－上支架，3－上平衡块，4－上轴承，5－电机结构，6－下平衡块，7－重心调整块，8－下轴承，9－下支架，10－支脚，11－减振垫圈，12－吸油组件，13－壳体，14－中平衡块，15－主轴；21-第一内周面，22-第二内周面，31-第一外周面，32-第二外周面，33-第三外周面，34-第四外周面，35-第五外周面；41-第一台阶部，42-第二台阶部，43-第三台阶部，44-第四台阶部。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1-11对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

实施例一

如图1-7所示，本发明实施例一的压缩机1，可为涡旋压缩机1，其中，压缩机1包括轴系结构。本发明的主轴15可为曲轴。

如图2所示，实施例一的轴系结构，包括：主轴15，重心调整块7，重心调整块7套设在主轴15上，重心调整块7为轴向对称结构，重心调整块7用于降低轴系结构的重心而不改变轴系结构的偏心。主轴15大致竖直设置，重心调整块7位于主轴15的下部。

如图1所示，压缩机1还包括：壳体13，上支架2，下支架9，上轴承4，下轴承8，平衡块，电机转子组件；上支架2、下支架9与壳体13固定连接；上支架2用于对上轴承4提供支承；下支架9用于对下轴承8进行支撑；上轴承4、下轴承8用于对主轴15提供可旋转支撑；平衡块、电机转子组件与主轴15固定连接；平衡块、电机转子组件与轴系结构组成轴系组件；曲轴与电机转子由上支架2和下支架9固定在机身中，上轴承4和下轴承8起到支承轴作用，上支架2与下支架9通过焊接或过盈等方式固定在壳体13上。

电机转子组件是电机结构5的一部分，电机结构5包括电机转子组件和电机定子组件，电机转子组件与主轴15固定连接，电机定子组件固定在壳体13内周面上。

支脚10通过减振垫圈11固定在与其固定的部件上，以起到减振的作用。压缩机1还包括吸油组件12，用于吸收压缩机1的润滑油。

平衡块包括上平衡块3，中平衡块14和下平衡块6，上平衡块3固定在主轴15的上部，中平衡块14固定在主轴15的中部，位于电机转子组件与上支架2之间，下平衡块6与电机转子组件固定连接。

压缩机1运行时，电机带动曲轴转动，曲轴带动涡旋压缩机1泵体(未示出)运转，实现压缩功能。而涡旋压缩机1中的动涡旋盘由于偏心布置，运转时会产生离心力，为平衡离心力及施加在曲轴上的离心力矩，需要设计平衡结构，在多平衡块压缩机1中，即上平衡块3、中平衡块14、下平衡块6。

常规立式涡旋压缩机1结构中，为较优的平衡动涡旋盘的离心力，会把平衡块布置在距离涡旋盘较近的位置，整个轴系组件(曲轴+各个平衡块+电机转子组件)重心更靠上端，因此一般而言，曲轴上中部是受力集中区域，力产生的振动会通过曲轴-上轴承4-上支架2-壳体13传递出来，引起压缩机1振动问题。

轴系组件在压缩机1内部并不是完全居中的，产生的离心力F_w如下：

F_w＝m·r·ω²

F_w—轴系组件偏心导致的离心力，N；

m—轴系组件总质量，kg；

r—轴系偏心时与理论几何中心的距离，m；

ω—轴系运转速度，m/s；

该离心力是以轴系重心位置O为作用点的，不过实际情况中，力产生的载荷是分配在上支架2与压缩机1支脚1010的，如图5、6所示，则，上支架2载荷F_上为：

支脚10载荷F_支为：

其中，上固定点(上焊点)P为上支架2上多组固定点(焊点)的轴向几何中心(在上支架2与壳体13为过盈装配的情况中，P点为过盈段轴向几何中心)。由于确定上固定点的目的是确定其与重心的竖直距离，因此，只需确定上固定点P在轴向上的位置即可，不需确定其在周向上的位置。通常可认为上固定点在同一轴向位置上。如图1所示，上固定点P所在的轴向位置可认为是图1中上、下两个固定点的中间位置。当上支架2与壳体13为过盈配合时，P点可认为是过盈段的竖直方向的中心。

下固定点(支脚10点)Q为压缩机1与支脚10的配合点，可为支脚10上端面。也可直接认为其是压缩机1与支脚10配合的任意一点或竖直方向的配合处的中心位置。

h₁就是轴系重心O点与P点的距离，h₂就是O点与Q点的距离。

显然，在重心靠上时：

即，离心力对上支架2载荷更大。

对于多自由度系统(两轴承即两弹簧系统)的强迫振动(受外力而振动—离心力)，振动位移X与力F_w的关系如下：

可知振动与力是成正比的，力越大振动越大，详细的关系本专利内不讨论。

即，离心力对上支架2载荷更大，产生的振动也更大。

现在通过采用重心调整块7的方式来减小该振动。原理如图7所示，重心靠下时，上支架2载荷为：

支脚10载荷为：

其中，压缩机1外部结构不变，即上支架2焊点P与支脚10Q的距离，与改变轴系重心后焊点P’与支脚10Q’的距离是相等的：

h₁+h₂＝h′₁+h′₂

改变轴系重心是通过施加调整块来实现的，则此时的离心力F’_w为：

F_w＝(m+m₁)·r·ω²

其中，m₁为增加的重心调整块7的质量。

则

即调整重心后，上支架2载荷小于支脚10载荷。

但是相比调整前后的上支架2载荷：

其中，

如要保证调整后的上支架2载荷更小，则需保证上述两者乘积小于1：

即，重心高度的下降量要多于质量的增加量——重心调整块7要尽量靠下。

重心调整块7使轴系重心下降后，距离关系在下述范围内就可以起到作用：

优选的，调整重心后的距离关系以下述为宜：

这是因为：(1)重心下降太少，比值大于0.75，则上支架2载荷改变量改动较小，减振效果不一定达到预期；(2)重心下降太多，比值小于0.7，则需要改动的结构较多，增加成本、装配难度。经过实验验证，调整后的距离比介于0.7～0.75之间为宜。

如图2-4所示，本发明实施例的轴系结构，包括：主轴15，重心调整块7，重心调整块7套设在主轴15上，重心调整块7为轴向对称结构，重心调整块7用于降低轴系结构的重心而不改变轴系结构的偏心。主轴15大致竖直设置，重心调整块7位于主轴15的下部。

本发明实施例的压缩机1，包括轴系结构。压缩机1还包括：壳体13，上支架2、下支架9，上轴承4、下轴承8；上支架2、下支架9与壳体13固定连接，上支架2用于对上轴承4提供支承；下支架9用于对下轴承8进行支撑；上轴承4、下轴承8用于对主轴15提供可旋转支撑。

重心调整块7设置在主轴15与下轴承8之间，其为环形结构，其内周固定在主轴15上，外周形成与轴承配合的支承面。

在装配曲轴与转子后，将重心调整块7装配到曲轴尾端(立式压缩机1中，即为下端)，过盈装配方式(热套、冷压等)。然后装配到整机中，将该调整块与下支架9组件安装在一起，配重块与下轴承8为间隙配合，如图3、4所示。运转时，曲轴与配重块为一体运转，如图2所示。

实施例二

如图8所示，在常规的两平衡块结构涡旋压缩机1中，也可以采用重心调整块7，平衡块包括中平衡中平衡块14固定在主轴15的中部，位于电机转子组件与上支架2之间，下平衡块6与电机转子组件固定连接。实施例二的压缩机1其结构和和实施例一类似，其与实施例一中的压缩机1的不同之处在于，其仅有中平衡块14和下平衡块6，而没有上平衡块3，其重心调整块7的计算方式与实施例一也相同，在此不再赘述。

实施例三

如图9所示，为一种异形重心调整块7结构，可按压缩机1内部结构不同来适应。重心调整块7具有内周面和外周面，内周面包括第一内周面21和第二内周面22，第一内周面21的直径大于第二内周面22的直径，第一内周面21与第二内周面22之间形成有第一台阶部41。

实施例四：

如图10所示，为一种异形重心调整块7结构，可按压缩机1内部结构不同来适应。其中，重心调整块7具有内周面和外周面，外周面包括第三外周面33、第四外周面34和第五外周面35，第三外周面33与第四外周面34之间形成有第三台阶部43，第四外周面34与第五外周面35之间形成有第四台阶部44，第三外周面33和第五外周面35对称位于第四外周面34的两端。

实施例五：

如图11所示，为一种异形重心调整块7结构，可按压缩机1内部结构不同来适应，重心调整块7具有内周面和外周面，外周面包括第一外周面31和第二外周面32，第一外周面31与第二外周面32之间形成有第二台阶部42。

有益效果：

本发明的轴系结构通过设置重心调整块，可降低压缩机运行时的电磁噪声，本发明的重心调整块为轴向对称结构，可在不改变轴系结构偏心的情况下，降低轴系结构的重心。本发明通过降低压缩机轴系组件的重心，间接降低压缩机上部的受力，从而减小吸排气管的振动。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (8)

1.一种涡旋压缩机，其特征在于，

所述涡旋压缩机(1)包括轴系结构，所述轴系结构包括：主轴(15)，重心调整块(7)，所述重心调整块(7)套设在主轴(15)上，重心调整块(7)为轴向对称结构，重心调整块(7)用于降低轴系结构的重心而不改变轴系结构的偏心；

所述涡旋压缩机(1)还包括：壳体(13)，上支架(2)，下支架(9)，上轴承(4)，下轴承(8)，平衡块，电机转子组件；

上支架(2)、下支架(9)与壳体(13)固定连接；上支架(2)用于对上轴承(4)提供支承；下支架(9)用于对下轴承(8)进行支撑；

上轴承(4)、下轴承(8)用于对主轴(15)提供可旋转支撑；

平衡块、电机转子组件与主轴(15)固定连接；平衡块、电机转子组件与轴系结构组成轴系组件；

所述轴系组件的重心记为O'，上支架(2)与壳体(13)之间的上固定点记为P，压缩机(1)还包括支脚(10)，支脚(10)与壳体(13)的下固定点记为Q'，P点与O'之间的竖直距离记为h₁′，Q'与O'之间的竖直距离记为h₂′；

在轴系结构未安装重心调整块(7)时，轴系组件的重心记为O，重量记为m，O点与Q'之间的竖直距离记为h₂，重心调整块(7)的重量记为m₁，其中，

所述重心调整块(7)设置在主轴(15)与下轴承(8)之间，其为环形结构，其内周面固定在主轴(15)上，外周面形成与下轴承(8)配合的支承面。

2.根据权利要求1所述涡旋压缩机，其特征在于：重心调整块(7)具有内周面和外周面，内周面包括第一内周面(21)和第二内周面(22)，第一内周面(21)的直径大于第二内周面(22)的直径，第一内周面(21)与第二内周面(22)之间形成有第一台阶部(41)。

3.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：重心调整块(7)具有内周面和外周面，外周面包括第一外周面(31)和第二外周面(32)，第一外周面(31)的直径大于第二外周面(32)的直径，第一外周面(31)与第二外周面(32)之间形成有第二台阶部(42)。

4.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：重心调整块(7)具有内周面和外周面，外周面包括第三外周面(33)、第四外周面(34)和第五外周面(35)，第四外周面(34)位于第三外周面(33)和第五外周面(35)之间，第四外周面(34)的直径大于第三外周面(33)的直径，第四外周面(34)的直径大于第五外周面(35)的直径；第三外周面(33)与第四外周面(34)之间形成有第三台阶部(43)，第四外周面(34)与第五外周面(35)之间形成有第四台阶部(44)。

5.根据权利要求1所述的涡旋压缩机(1)，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的涡旋压缩机(1)，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的涡旋压缩机(1)，其特征在于：平衡块包括中平衡块(14)和下平衡块(6)，中平衡块(14)固定在主轴(15)的中部，位于电机转子组件与上支架(2)之间，下平衡块(6)与电机转子组件固定连接。

8.根据权利要求7所述的涡旋压缩机(1)，其特征在于：平衡块还包括上平衡块(3)，上平衡块(3)固定在主轴(15)的上部。