CN113586640A - 压缩机缓冲器设计方法、压缩机缓冲器和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩机缓冲器设计方法，所述压缩机缓冲器具有圆筒形的缓冲腔；所述方法包括：获取补气压缩机的补气容积V_S；设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

同时还公开一种压缩机缓冲器和压缩机。本发明一方面确保实际应用过程中缓冲器的容积恰好与压缩机的使用效果匹配，另一方面也可以避免尺寸过大造成的冗余浪费。

Description

压缩机缓冲器设计方法、压缩机缓冲器和压缩机

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种压缩机缓冲器设计方法、一种压缩机缓冲器，以及一种采用此种缓冲器的压缩机。

背景技术

在空调器运行过程中，由于压缩机吸气、排气过程的间歇性和周期性，流体参数呈周期性变化，导致管道中气体压力脉动无法避免。气体脉动会导致噪音以及压缩机气体压力损失，同时会提高管道的器械性能要求。尤其是在低温制热的工况环境下，为保证可以提供足够的热量，压缩机通常采用中间补气技术，即将蒸汽制冷剂介质喷射到压缩机的中间位置以显著提高压缩机的排量。中间补气技术同时会造成补气振动，叠加造成空调器整机噪音大。

为控制气体压力脉动的幅值，现有技术中通常在压缩机紧靠气缸的位置设置适当尺寸的缓冲器。其中缓冲器的尺寸容积通常根据国家标准和工程经验得到，在实际应用过程中经常存在尺寸过小无法达到设计效果，或者尺寸过大成本过高且超出框体结构布局的问题。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

为提供适当尺寸的缓冲器，本发明提供一种压缩机缓冲器设计方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种压缩机缓冲器设计方法，所述压缩机缓冲器具有圆筒形的缓冲腔；所述方法包括：

获取补气压缩机的补气容积V_S；

设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；

所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

本发明的另一个方面提供一种压缩机缓冲器，包括缓冲器主体，所述缓冲器主体具有圆筒形的缓冲腔；所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的补气容积V_S；

设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；

所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

本发明的第三个方面提供一种压缩机，压缩机具有中间腔体，所述中间腔体连接压缩机补气回路；还包括压缩机缓冲器，压缩机缓冲器，包括缓冲器主体，所述缓冲器主体具有圆筒形的缓冲腔；所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的补气容积V_S；

设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；

所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

在本发明中，缓冲腔的有效长度L和有效直径D设计为满足约束条件

即根据补气压缩机的实际补气容积设计缓冲腔的有效长度和有效直径，一方面确保实际应用过程中缓冲器的容积恰好与压缩机的使用效果匹配，另一方面也可以避免尺寸过大造成的冗余浪费。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提出的压缩机缓冲器设计方法一个实施例的流程图；

图2为采用如图1所示的设计方法设计的压缩机缓冲器的结构示意图；

图3为采用本发明所公开的压缩机缓冲器的空调器室外机的制冷剂介质循环示意图；

图4为图3中室外换热器换热时的结构示意图；

图5为检测室外风机的风量时的结构示意图；

图6为室外风机一种特性曲线的示意图；

图7位补气压缩机的压焓示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为解决现有技术中与压缩机(尤其是补气压缩机)适配的缓冲器的尺寸容积通常根据国家标准和工程经验得到，在实际应用过程中经常存在尺寸过小无法达到设计效果，或者尺寸过大成本过高且超出框体结构布局的问题，公开并提供一种压缩机缓冲器设计方法。采用此方法设计的压缩机缓冲器主要应用于中间补气压缩机，中间补气压缩机即在压缩机压缩中间腔体补充中压气体，增加排气量，降低排气温度，增加在低蒸发温度下的系统制冷量，提高制热能力，使得空调器在低环境温度的环境下也能提供足够的制热能力。与补气压缩机适配的压缩机缓冲器具有圆筒形的缓冲腔。

本发明所提供的压缩机缓冲器设计方法包括以下步骤：

步骤S11，获取补气压缩机的补气容积V_S。

步骤S12，设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S；如图2所示，呈圆筒形的缓冲腔的有效体积V₁可以表示为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径。

步骤S13，缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

为降低气体流动过程中引起的机组振动，尤其是中间补气技术造成的补气振动，通过设计缓冲器来降低压力脉动，凭借缓冲器容积的能量储存作用，取得良好的减震效果。在本发明中缓冲腔的有效长度L和有效直径D设计为满足约束条件

即根据补气压缩机的实际补气容积设计缓冲腔的有效长度和有效直径，一方面确保实际应用过程中缓冲器的容积恰好与压缩机的使用效果匹配，另一方面也可以避免尺寸过大造成的冗余浪费。

优选的，设计缓冲器的容积取临界值，即缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

满足缓冲效果且同时保持缓冲腔最小。在此约束条件下，有效长度L和有效直径D的具体数值可以根据空调器室外机的结构和尺寸在通过现有技术中的三维模型软件中确定，关于有效长度L和有效直径D的具体数值的确定不是本发明的保护重点，在此不再赘述。

进一步的，补气压缩机的补气容积V_S通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的补气量Q_S；

补气压缩机的补气容积V_S满足：

其中，ρ₁为制冷剂介质密度，f为压缩机频率，补气压缩机的补气量Q_S以质量流量记，单位为kg/s。

进一步的，补气压缩机的补气量Q_S通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的排气量Q_D；

获取补气压缩机的吸气量Q_I；

所述补气压缩机的补气量Q_S满足：Q_S＝Q_D-Q_I。

进一步的，补气压缩机的吸气量Q_I通过以下步骤获得：

获取压缩机排气容积V_D；

补气压缩机的吸气量Q_I满足：

Q_I＝V_D×ρ₁×f

其中，ρ₁为制冷剂介质密度，f为压缩机频率。

另一个方面，补气压缩机的排气量Q_D通过以下步骤获得：

其中，Q_E为空气流过室外换热器的空气换热量，H₁为制冷剂介质经过室外换热器前的焓值，H₂为制冷剂介质经过室外换热器后的焓值。

进一步的，制冷剂介质经过室外换热器前的焓值H₁通过以下步骤获得：

获取压缩机的排气温度T_d；

获取压缩机的排气压力P_d；

通过查表获取制冷剂介质经过室外换热器前的焓值H₁，H₁＝f₁(P_d，T_d)。

另一个方面，制冷剂介质经过室外换热器后的焓值H₂通过以下步骤获得：

获取自室外换热器流出的制冷剂介质温度T_e；

通过查表获取制冷剂介质经过室外换热器后的焓值H₂，H₂＝f₂(P_d，T_e)。

其中，空气流过室外换热器的空气换热量Q_E通过以下步骤获得：

获取与室外换热器换热前的空气温度T₁；

获取与室外换热器换热后的空气温度T₂；

获取室外风机的风量Q；

空气流过室外换热器的换热量Q_E满足：

Q_E＝c×ρ₂×Q×(|T₁-T₂|)；其中，c为空气的比热容，ρ₂为空气密度。

而室外风机的风量Q通过以下步骤获得：

采样室外风机的实时风速n；

通过室外风机的特性曲线获得与所述实时风速n对应的室外风机风量Q。

以下结合图3至图6对缓冲腔的有效长度L和有效直径D之间的约束关系的推导过程进行详细介绍：

图3为采用本发明所公开的压缩机缓冲器12的空调器室外机10的制冷剂介质循环示意图，空调器室外机10的制冷剂介质循环主要包括补气压缩机11、压缩机缓冲器12、室外换热器13、四通阀14和室外风机20等组成部分。其中，在补气压缩机11的排气口设置有第一温度传感器15和第一压力传感器17，第一温度传感器15配置为检测压缩机的排气温度T_d，第一压力传感器17配置为检测压缩机的排气压力P_d；在室外换热器13的入口处设置有第二温度传感器16，第二温度传感器16配置为检测进入室外换热器13前的制冷剂介质温度。在理论上假设制冷剂介质流过室外换热器13的压力损失可忽略不计，即可以得到进入室外换热器13前的制冷剂介质温度和压力分别表示为T_d和P_d，流经室外换热器13后的制冷剂介质温度和压力分别表示为T_e和P_d。

在本实施例中，载热介质为空气，即在室外侧，室外换热器13中的制冷剂介质与空气热交换，空气的流动通过室外风机20驱动。如图4所示，沿室外风机20驱动产生的空气流动方向D，在上游一侧，室外换热器13上设置有第三温度传感器18，如图4所示，第三温度传感器18设置在室外换热器13的迎风面上，第三温度传感器18配置为获取与室外换热器13换热前的空气温度T₁；在下游一侧，室外换热器13上设置有第四温度传感器19，第四温度传感器19设置在室外换热器13的背风面上，第四温度传感器19配置为获取与室外换热器13换热后的空气温度T₂。在室外风机20的作用下，室外换热器13的迎风面和背风面会产生压差，在压差作用下，气流通过室外换热器13与制冷剂介质进行热量交换。第三温度传感器18检测强迫气流经过室外换热器13前的空气温度T₁，第四温度传感器19检测强迫气流经过室外换热器13后的空气温度T₂。出于热量平衡的原则，即室外换热器13中制冷剂介质的热量变化等于强迫空气流过室外换热器13的空气换热量。设定换热量为Q_E，则换热量Q_E可以表示为

Q_E＝c×m×Δt

其中，c为空气的比热容，m为单位时间经过室外换热器13的空气质量，Δt为空气流经室外换热器13前后的温度变化，可以表示为Δt＝|T₁-T₂|。

单位时间内经过室外换热器13的空气质量可以表示为：

m＝ρ₂×Q，其中，Q为单位时间室外风机20的风量，以质量流量记。

如图5所示，单位时间室外风机20的风量Q可以通过室外风机20的实时风速n获得。具体来说，实时风速n的测量主要依赖于闪频仪21实现，闪频仪21是根据闪光频率与风扇转速同步时，人眼视觉暂留而产生的相对静止的原理来测得风机转速的。风机在出厂时由厂家提供与机型匹配的特性曲线(如图6所示)，特性曲线体现风机转速与风量之间的一一对应关系。设定风量为单位时间内通过风机出风口截面的空气体积。当利用闪频仪21测得室外风机20的实时风速为n时，即可以通过特性曲线得到对应的、单位时间内通过室外风机20出风口截面的空气流量，即室外风机20风量Q。

进一步即可以计算出单位时间内的换热量Q_E

Q_E＝c×m×Δt＝c×ρ₂×Q×|T₁-T₂|

图7为补气压缩机11的压焓示意图。补气压缩机11一般均为中压腔补气。设定低压腔的吸气量为Q_I，高压腔的排气量为Q_D，中压腔的补气量为Q_S，则补气压缩机11的补气量Q_S满足：Q_s＝Q_D-Q_I。需要说明的是，在本实施例中高压腔的排气量为Q_D，中压腔的补气量为Q_S，则补气压缩机11的补气量Q_S均以质量流量记。

已知焓的定义为H＝f(P,T)。诚如前文的介绍，经过室外换热器13前的制冷剂介质温度为T_d，经过室外换热器13前的制冷剂介质压力为P_d，根据室外换热器13中制冷剂介质吸收或释放的热量等于空气经过室外换热器13的换热量Q_E，设定制冷剂介质经过室外换热器13前的焓值为H₁，而制冷剂介质经过室外换热器13后的焓值为H_2,，可以得到：

(|H₁-H₂|)×Q_D＝Q_E

进一步得到高压腔的排气量Q_D为：

设定压缩机每转的排气容积为V_D，制冷剂介质的密度为ρ₁，f为压缩机频率，则补气压缩机11的吸气量Q_I表示为：

Q_I＝V_D×ρ₁×f

其中，ρ₁为制冷剂介质密度，f为压缩机频率。

通过查表获取制冷剂介质经过室外换热器前的焓值H₁，H₁＝f₁(P_d，T_d)，同样的，通过查表获取制冷剂介质经过室外换热器后的焓值H₂，H₂＝f₂(P_d，T_e)。

进一步补气压缩机11的补气量Q_s可以表示为:

进一步补气压缩机11的补气容积V_S可以表示为：

进一步将补气压缩机11的补气容积V_S代入式

即可以得到相对精确的缓冲腔有效长度L和缓冲腔有效直径D的约束条件，即

考虑到优选在满足缓冲效果的条件下，设计缓冲腔最小，即有

本发明的另一个方面提供一种压缩机缓冲器，压缩机缓冲器包括缓冲器主体。缓冲器主体具有圆筒形的缓冲腔，其中缓冲腔的有效长度L和有效直径D通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的补气容积V_S；

设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；

所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

考虑到优选在满足缓冲效果的条件下，设计缓冲腔最小，即优选的，设计

本发明所提供的压缩机缓冲器用于降低系统压力脉动，凭借缓冲器容积的能量存储作用，缓冲器容积设计合理，一方面可以取得良好的减震效果，确保实际应用过程中缓冲器的容积恰好与压缩机的使用效果匹配，另一方面也可以避免尺寸过大造成的冗余浪费，或者不必要增加压缩机整体体积。

本发明的第三个方面提供一种压缩机，压缩机具有中间腔体，所述中间腔体连接压缩机补气回路；还包括压缩机缓冲器。压缩机缓冲器的结构请参见上述实施例的详细描述，具有此种压缩机缓冲器的压缩机可以实现同样的技术效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种压缩机缓冲器设计方法，所述压缩机缓冲器具有圆筒形的缓冲腔；

其特征在于，所述方法包括：

获取补气压缩机的补气容积V_S；

设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；

所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

2.根据权利要求1所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于：

所述补气压缩机的补气容积V_S通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的补气量Q_S；

所述补气压缩机的补气容积V_S满足：

其中，ρ₁为制冷剂介质密度，f为压缩机频率。

3.根据权利要求2所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于：

所述补气压缩机的补气量Q_S通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的排气量Q_D；

获取补气压缩机的吸气量Q_I；

所述补气压缩机的补气量Q_S满足：Q_S＝Q_D-Q_I。

4.根据权利要求3所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于：

所述补气压缩机的吸气量Q_I通过以下步骤获得：

获取压缩机排气容积V_D；

所述补气压缩机的吸气量Q_I满足：

Q_I＝V_D×ρ₁×f

其中，ρ₁为制冷剂介质密度，f为压缩机频率。

5.根据权利要求3或4所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于：

所述补气压缩机的排气量Q_D通过以下步骤获得：

其中，Q_E为空气流过室外换热器的空气换热量，H₁为制冷剂介质经过室外换热器前的焓值，H₂为制冷剂介质经过室外换热器后的焓值。

6.根据权利要求5所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于，

制冷剂介质经过室外换热器前的焓值H₁通过以下步骤获得：

获取压缩机的排气温度T_d；

获取压缩机的排气压力P_d；

通过查表获取制冷剂介质经过室外换热器前的焓值H₁，H₁＝f₁(P_d，T_d)；

制冷剂介质经过室外换热器后的焓值H₂通过以下步骤获得：

获取自室外换热器流出的制冷剂介质温度T_e；

通过查表获取制冷剂介质经过室外换热器后的焓值H₂，H₂＝f₂(P_d，T_e)。

7.根据权利要求5所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于，

所述空气流过室外换热器的空气换热量Q_E通过以下步骤获得：

获取与室外换热器换热前的空气温度T₁；

获取与室外换热器换热后的空气温度T₂；

获取室外风机的风量Q；

空气流过室外换热器的换热量Q_E满足：

Q_E＝c×ρ₂×Q×(|T₁-T₂|)；其中，c为空气的比热容，ρ₂为空气密度。

8.根据权利要求7所述的压缩机缓冲器设计方法，其特征在于：

所述室外风机的风量Q通过以下步骤获得：

采样室外风机的实时风速n；

通过室外风机的特性曲线获得与所述实时风速n对应的室外风机风量Q。

9.一种压缩机缓冲器，包括缓冲器主体，所述缓冲器主体具有圆筒形的缓冲腔；其特征在于，所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D通过以下步骤获得：

获取补气压缩机的补气容积V_S；

设定缓冲腔的有效体积V₁大于等于所述补气容积V_S，其中缓冲腔的有效体积V₁为

其中L为缓冲腔的有效长度，D为缓冲腔的有效直径；

所述缓冲腔的有效长度L和有效直径D满足：

10.一种压缩机，所述压缩机具有中间腔体，所述中间腔体连接压缩机补气回路；其特征在于，所述压缩机包括如权利要求9所述的压缩机缓冲器。

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