CN112032045B - 一种涡旋自适应背压结构、压缩机和调温设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡旋自适应背压结构、压缩机和调温设备，包括机架；定涡旋盘，定涡旋盘的中部位置设有排气孔；动涡旋盘，与定涡旋盘配合，机架在动涡旋盘的背侧限定出背压腔，动涡旋盘的中部位置的动涡旋齿上设有背压导流孔，背压导流孔在动涡旋齿的端面上形成第一开口，背压导流孔在动涡旋盘的背压侧形成第二开口，背压导流孔在动涡旋盘运动过程中与排气孔接通或错开，背压导流孔用于在排气阀组件关闭后将排气孔内残留的制冷剂引入背压腔；单向阀组件，设置于背压导流孔。较好的平衡了动涡旋盘所承受的轴向气体力，与此同时有效利用了定涡旋盘排气孔内残余的高压制冷剂，减少了重复压缩现象，有效的提高了涡旋压缩机的效率。

Description

一种涡旋自适应背压结构、压缩机和调温设备

技术领域

本发明用于压缩机领域，特别是涉及一种涡旋自适应背压结构、压缩机和调温设备。

背景技术

涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机，压缩部件由动涡旋盘和定涡旋盘组成，压缩过程中利用动、定涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。因动定涡旋盘啮合时形成的封闭腔具有一定的气体压力，故在压缩时动涡旋盘会承受一个与定盘方向相反的轴向气体力。因此，现有涡旋压缩机设计大多数采用背压腔结构，即在动盘的背面形成一个密闭的腔室，将处于吸气压力和排气之间的中间压力制冷剂引入至此密闭腔室内，因气体压力的存在，对动涡旋产生一个朝向定涡旋盘的轴向推力，以此来平衡由压缩腔产生的轴向气体力。

对于如何将中间压力的制冷剂引入动盘背部的密闭腔室中，现有的涡旋压缩机通常采用两种结构设计方式。

第一种为在贴近动涡旋盘的涡旋渐开线展开角中段的齿底处开设通孔，在压缩过程中，当制冷剂被压缩至中等压力时，此孔连通中等压力压缩腔与背压腔，将中等压力的制冷剂引入背压腔中。这种方式存在以下不足：当压缩机从一个压缩周期运转到下一个压缩周期时，该通孔也会进入到前一个压缩腔中，因前后压缩腔之间压差存在，故背压腔的压力也随之波动，并且背压腔中一部分的制冷剂因压力变化会往返流动于压缩腔之间，存在重复压缩现象，影响压缩机效率。

另一种现有方法为，通过在定涡旋盘和机架上开设相互导通的孔，以此来连通高压排气腔和背压腔，使排气腔中的高压制冷剂流入背压腔中形成压力。这种方式存在以下不足：连通排气高压腔和背压腔的设计，会导致背压腔压力过高，需在背压腔增设泄压阀装置，泄压过程中使一部分制冷剂从高压腔又回流到低压腔中，存在重复压缩现象，影响压缩机效率，并且高压腔与背压腔之间的通路过长，需要很多零部件开孔开槽相互配合，成本高，泄露风险大。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种涡旋自适应背压结构、压缩机和调温设备，能精确控制背压腔压力，减少背压腔的压力波动，较好的平衡了动涡旋盘所承受的轴向气体力，与此同时有效利用了定涡旋盘排气孔内残余的高压制冷剂，减少了重复压缩现象，有效的提高了涡旋压缩机的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种涡旋自适应背压结构，包括：

机架；

定涡旋盘，所述定涡旋盘的中部位置设有排气孔，所述定涡旋盘于所述排气孔的外侧设有排气阀组件；

动涡旋盘，与所述定涡旋盘配合，所述机架在所述动涡旋盘的背侧限定出背压腔，所述动涡旋盘的中部位置的动涡旋齿上设有背压导流孔，所述背压导流孔在所述动涡旋齿的端面上形成第一开口，所述背压导流孔在所述动涡旋盘的背压侧形成第二开口，所述背压导流孔在所述动涡旋盘运动过程中与所述排气孔接通或错开，所述背压导流孔用于在所述排气阀组件关闭后将所述排气孔内残留的制冷剂引入所述背压腔；

单向阀组件，设置于所述背压导流孔。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述单向阀组件包括弹簧片，所述弹簧片与所述动涡旋盘的背压腔一侧表面贴合，并遮蔽所述背压导流孔。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述动涡旋盘在背压腔侧设有簧片安装槽，所述背压导流孔在所述簧片安装槽的槽底形成第二开口，所述弹簧片呈条状，所述弹簧片安装于所述簧片安装槽中，所述弹簧片呈中部向上弯曲的弹性变形状态，所述弹簧片的中部与所述簧片安装槽的槽底贴合，并遮蔽所述第二开口。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述簧片安装槽的两端设有卡槽，所述弹簧片的两端卡接于所述卡槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述背压导流孔包括排气孔连接段和弹簧片连接段，所述排气孔连接段和弹簧片连接段连通。

第二方面，一种压缩机，包括：

第一方面中任一实现方式所述的涡旋自适应背压结构；

曲轴，具有主轴部和偏心部，所述偏心部与所述动涡旋盘传动配合；

电机组件，用于驱动所述曲轴转动；

机壳，所述涡旋自适应背压结构、曲轴和电机组件均设在所述机壳内部。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述机架上设有过孔和第一轴承座，所述主轴部穿过所述过孔，并通过设置于所述第一轴承座的第一轴承支撑，所述机壳上设有支撑所述曲轴尾部的第二轴承。

结合第二方面和上述实现方式，在第二方面的某些实现方式中，所述动涡旋盘上设有第二轴承座，所述第二轴承座中设有与所述偏心部配合的滚动轴承，所述过孔中设有与所述主轴部配合的密封环。

结合第二方面和上述实现方式，在第二方面的某些实现方式中，所述机壳包括壳体和端盖，所述涡旋自适应背压结构、曲轴和电机组件均设在所述壳体内部，所述端盖与所述壳体连接，所述端盖与所述定涡旋盘密封连接，并限定出排气腔。

第三方面，一种调温设备，包括第二方面中任一实现方式所述的压缩机。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：由于定涡旋盘排气孔及排气阀组件的存在，压缩过程中不可避免地在排气孔处形成排气余隙容积，通过在动涡旋盘上设置有周期性与定涡旋盘排气孔连通的背压导流孔并设置单向阀组件，可以将排气孔中的残余的未排出的高压制冷剂引入至动涡旋盘背面的背压腔中，形成背压压力，以此来精确控制背压腔压力，减少背压腔的压力波动，较好的平衡了动涡旋盘所承受的轴向气体力，与此同时有效利用了定涡旋盘排气孔内残余的高压制冷剂，减少了重复压缩现象，有效的提高了涡旋压缩机的效率。

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是本发明压缩机的一个实施例结构示意图；

图2是图1所示的一个实施例排气状态示意图；

图3是图1所示的一个实施例排气孔内残留的制冷剂引入背压腔状态示意图；

图4是图1所示的一个实施例单向阀组件结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征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。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的实施例提供了一种压缩机，包括机壳1、曲轴2、电机组件和涡旋自适应背压结构，涡旋自适应背压结构包括机架3、定涡旋盘4、动涡旋盘5和单向阀组件。

参见图1，涡旋自适应背压结构、曲轴2和电机组件均设在机壳1内部，曲轴2具有主轴部和偏心部，偏心部与动涡旋盘5传动配合。电机组件包括定子6和转子7，定子6与机壳1连接，转子7与曲轴2的主轴部连接。工作时，电机组件驱动曲轴2转动，曲轴2的偏心部带动动涡旋盘5绕定涡旋盘4相对公转运动，动涡旋盘5、定涡旋盘4相互配合形成压缩腔8，动、定涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。

参见图1，机架3上设有过孔和第一轴承座，主轴部穿过过孔，并通过设置于第一轴承座的第一轴承9支撑，机壳1上设有支撑曲轴2尾部的第二轴承10。

参见图1，动涡旋盘5上设有第二轴承座，第二轴承座中设有与偏心部配合的滚动轴承11，滚动轴承11可以供制冷剂流过，过孔中设有与主轴部配合的密封环12，机架3通过密封环12等其它部件在动涡旋盘5背侧形成背压腔13。

参见图1，机壳1包括壳体14和端盖15，涡旋自适应背压结构、曲轴2和电机组件均设在壳体14内部，端盖15与壳体14连接，端盖15与定涡旋盘4密封连接，并限定出排气腔16。

参见图1、图2、图3，定涡旋盘4的中部位置设有排气孔17，排气孔17由压缩腔8连接至排气腔16，排气孔17在压缩腔8至排气腔16之间形成具有一定容积的柱状空间，沿定涡旋盘4于排气孔17的外侧设有排气阀组件，排气阀组件包括排气阀片18和排气阀板19，排气阀片18与定涡旋盘4的顶部表面贴合，排气阀片18能够在排气时，在气压作用下开启，排气阀板19用于限定排气阀片18的开启角度。

动涡旋盘5与定涡旋盘4配合，机架3在动涡旋盘5的背侧限定出背压腔13，动涡旋盘5的中部位置的动涡旋齿上设有背压导流孔20，背压导流孔20在动涡旋齿的端面上形成第一开口，背压导流孔20在动涡旋盘5的背压侧形成第二开口，动涡旋盘5的动涡旋齿的端面与定涡旋盘4贴合，背压导流孔20在动涡旋盘5运动过程中与排气孔17接通或错开，背压导流孔20用于在排气阀组件关闭后将排气孔17内残留的制冷剂引入背压腔13。单向阀组件设置于背压导流孔20，用于控制制冷剂由压缩腔8单向进入背压腔13。

现有技术中因定涡旋盘4排气孔17的存在，使涡旋压缩机不可避免的在排气孔17处存在排气余隙容积，若不经处理，则会出现在一个压缩周期中，此部分的高压制冷剂未排出，当压缩机运转到下一个压缩周期时排气孔17连通到上一个压缩腔8，则排气孔17处高压制冷剂又会回流到压缩腔8中，压力下降，并随着压缩过程压力再次上升，造成重复压缩现象。

由于定涡旋盘4排气孔17及排气阀组件的存在，压缩过程中不可避免地在排气孔17处形成排气余隙容积，通过在动涡旋盘5上设置有周期性与定涡旋盘4排气孔17连通的背压导流孔20并设置单向阀组件，可以将排气孔17中的残余的未排出的高压制冷剂引入至动涡旋盘5背面的背压腔13中，形成背压压力，以此来精确控制背压腔13压力，减少背压腔13的压力波动，较好的平衡了动涡旋盘5所承受的轴向气体力，与此同时有效利用了定涡旋盘4排气孔17内残余的高压制冷剂，减少了重复压缩现象，有效的提高了涡旋压缩机的效率。

在一些实施例中，单向阀组件包括弹簧片21，弹簧片21与动涡旋盘5的背压腔13一侧表面贴合，并遮蔽背压导流孔20。弹簧片21可以是的一端固定，另一端活动，也可以是两端固定，中部弹性变形。若背压腔13的设计压力为P1(即当背压腔13压力为P1时能较优平衡动涡旋盘5上的轴向气体力)，压缩机排气压力为P2，则背压导流孔20第二开口的截面积S与弹簧片21的弹性形变产生的压力F之间有如下关系，(P2-P1)×S＝F，因此，当压缩机排气压力为P2且背压腔13中的压力小于设计压力P1时，因压差存在对弹簧片21的气体压力大于弹簧片21自身的形变弹力，此时单向阀组件打开，定盘排气孔17中残余的高压制冷剂进入进背压腔13中，并且在压缩机启动后的每个压缩周期内都存在上述排气孔17处制冷剂进入背压腔13的过程，直至背压腔13中的压力达到设计压力P1后，单向阀组件关闭。

在某些情况下，压缩机因工况的变化导致排气压力上升，此时压缩腔8内的制冷剂压力也随之上升，气体力对动涡旋盘5的推力也随之增大。因本发明中，背压腔13压力与排气压力有上述公式所表明的关系，背压腔13的压力与排气压力存在正相关关系，故随着排气压力的增大，背压腔13的压力也随之升高，能提供更大的背压推力来平衡压缩腔8制冷剂气体力，本发明具有背压压力自适应功能。

进一步的，参见图2、图3、图4，动涡旋盘5在背压腔13侧设有簧片安装槽22，簧片安装槽22与弹簧片21的形状相同或近似，背压导流孔20在簧片安装槽22的槽底形成第二开口，弹簧片21呈条状，弹簧片21安装于簧片安装槽22中，弹簧片21呈中部向上弯曲的弹性变形状态，弹簧片21呈拱桥状，弹簧片21的中部与簧片安装槽22的槽底贴合，并遮蔽第二开口。因压差存在对弹簧片21的气体压力大于弹簧片21自身的形变弹力，此时单向阀打开，定盘排气孔17中残余的高压制冷剂进入进背压腔13中，并且在压缩机启动后的每个压缩周期内都存在上述排气孔17处制冷剂进入背压腔13的过程，直至背压腔13中的压力达到设计压力P1后，单向阀关闭。弹簧片21采用两端限定，中部弯曲隆起的结构形式，能够大大延长弹簧片21的寿命，并提升与第二开口的配合密封效果。

在进一步的，参见图2、图3，簧片安装槽22的两端设有卡槽23，弹簧片21的两端卡接于卡槽23。该单向阀组件结构简单，成本低廉，活动件少，安装方便，更符合动涡旋盘5高速运动的实际使用状态。可以理解的是，弹簧片21的两端可采用焊接、铆接、螺钉连接等方式与动涡旋盘5连接。

弹簧片21装入动涡旋盘5背部的簧片安装槽22后，呈向上弯曲弹性形变状态，弹簧片21上端面与槽底面紧密贴合，并对槽底部施加一个弹性形变产生的压力F，此压力F由弹簧片21的材料性质及厚度及形变量决定，材料可选用耐腐蚀且疲劳强度高的材料如7C27Mo2等，厚度可以为0.05～2mm，弹簧片21厚度方向上的形变量可以为长度的2％～70％。

可以理解的是，单向阀组件还可以采用弹簧配合阀球等其它结构形式实现。

在一些实施例中，参见图2、图3，背压导流孔20包括排气孔连接段和弹簧片连接段，排气孔连接段和弹簧片连接段连通，排气孔连接段和弹簧片连接段可以同轴或者不同轴，孔径相同或不同。压缩机运转时排气孔连接段的开设位置具有与定盘排气孔17周期性连通的特征。弹簧片连接段与弹簧片21配合，弹簧片连接段的孔径对弹簧片21的压力有影响，例如在某些情况下，如果压力过大，就把弹簧片连接段的孔径缩小一点。

本发明的实施例还提供一种调温设备，包括以上任一实施例中的压缩机。调温设备包括但不限于空调、冰箱、热水器等。调温设备具有上述压缩机具有的特点，即有效利用了在涡旋压缩机中排气孔17处的余隙容积内的高压制冷剂，使其为背压室提供压力，减少了该余隙容积的存在导致的重复压缩现象，提高了压缩机效率。动涡旋盘5的单向阀组件设计，能控制阀的开启压力，使背压腔13的压力保持平稳，并精确平衡压缩室内的气体力，减少因轴向力不平衡导致的涡旋盘之间磨损和压缩室内泄露问题，提高轴承寿命，且具有背压压力自适应的功能，可以在一定范围内的排气压力变化中实现上述功能。本方案较之前的同类设计具有结构简单，成本低廉，安装方便，活动件少等优势。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”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。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种涡旋自适应背压结构，其特征在于，包括：

机架；

定涡旋盘，所述定涡旋盘的中部位置设有排气孔，所述定涡旋盘于所述排气孔的外侧设有排气阀组件；

动涡旋盘，与所述定涡旋盘配合，所述机架在所述动涡旋盘的背侧限定出背压腔，所述动涡旋盘的中部位置的动涡旋齿上设有背压导流孔，所述背压导流孔在所述动涡旋齿的端面上形成第一开口，所述背压导流孔在所述动涡旋盘的背压侧形成第二开口，动涡旋盘的动涡旋齿的端面与定涡旋盘贴合，所述背压导流孔在所述动涡旋盘运动过程中与所述排气孔接通或错开，所述背压导流孔用于在所述排气阀组件关闭后将所述排气孔内残留的制冷剂引入所述背压腔；

单向阀组件，设置于所述背压导流孔。

2.根据权利要求1所述的涡旋自适应背压结构，其特征在于，所述单向阀组件包括弹簧片，所述弹簧片与所述动涡旋盘的背压腔一侧表面贴合，并遮蔽所述背压导流孔。

3.根据权利要求2所述的涡旋自适应背压结构，其特征在于，所述动涡旋盘在背压腔侧设有簧片安装槽，所述背压导流孔在所述簧片安装槽的槽底形成第二开口，所述弹簧片呈条状，所述弹簧片安装于所述簧片安装槽中，所述弹簧片呈中部向上弯曲的弹性变形状态，所述弹簧片的中部与所述簧片安装槽的槽底贴合，并遮蔽所述第二开口。

4.根据权利要求3所述的涡旋自适应背压结构，其特征在于，所述簧片安装槽的两端设有卡槽，所述弹簧片的两端卡接于所述卡槽。

5.根据权利要求2、3或4所述的涡旋自适应背压结构，其特征在于，所述背压导流孔包括排气孔连接段和弹簧片连接段，所述排气孔连接段和弹簧片连接段连通。

6.一种压缩机，其特征在于，包括：

权利要求1～5中任一项所述的涡旋自适应背压结构；

曲轴，具有主轴部和偏心部，所述偏心部与所述动涡旋盘传动配合；

电机组件，用于驱动所述曲轴转动；

机壳，所述涡旋自适应背压结构、曲轴和电机组件均设在所述机壳内部。

7.根据权利要求6所述的压缩机，其特征在于，所述机架上设有过孔和第一轴承座，所述主轴部穿过所述过孔，并通过设置于所述第一轴承座的第一轴承支撑，所述机壳上设有支撑所述曲轴尾部的第二轴承。

8.根据权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述动涡旋盘上设有第二轴承座，所述第二轴承座中设有与所述偏心部配合的滚动轴承，所述过孔中设有与所述主轴部配合的密封环。

9.根据权利要求6所述的压缩机，其特征在于，所述机壳包括壳体和端盖，所述涡旋自适应背压结构、曲轴和电机组件均设在所述壳体内部，所述端盖与所述壳体连接，所述端盖与所述定涡旋盘密封连接，并限定出排气腔。

10.一种调温设备，其特征在于，包括权利要求6～9中任一项所述的压缩机。

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