CN114001028B - 一种压缩装置及旋转式压缩机 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域,特别涉及一种压缩装置及旋转式压缩机。
背景技术
相关技术中,部分旋转式压缩机采用双气缸的压缩装置,具有两个气缸,为降低成本, 可通过设置一个进气孔的方式。但是,在双缸单吸气结构中,吸气通道的大小在设计上难以 估算,容易导致旋转式压缩机高频运转时,吸气量不足,压缩装置的高频运转性能不足,能效下降明显。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种压缩装置, 能够在高频运转时,提升吸气量,提升旋转式压缩机的高频运转性能。
本发明同时提出应用上述压缩装置的旋转式压缩机。
根据本发明第一方面实施例的一种压缩装置,包括第一气缸、第二气缸以及中隔板,所 述第一气缸设置有第一压缩腔以及连通所述第一压缩腔的第一吸气通道,所述第一压缩腔中 设置有第一活塞;所述第二气缸设置有第二压缩腔以及连通所述第二压缩腔的第二吸气通道,所述第二压缩腔中设置有第二活塞,所述第二压缩腔与所述第一压缩腔同轴布置;所述中隔 板设置于所述第一气缸和所述第二气缸之间;所述第一吸气通道的最小截面的直径为d1,所 述第二吸气通道的最小截面的直径为d2,所述压缩装置的名义工作容积为V,单位质量制冷 剂的制冷量为q,所述第一活塞和所述第二活塞的转速为n,国标测试工况下冷媒比体积为v, 在国标工况下,对于任何冷媒,满足:
其中d1和d2的单位为mm、V的单位为cm3、q的单位为J/kg、n的单位为r/min、v的 单位为m3/kg。
根据本发明第一方面实施例的压缩装置,至少具有如下有益效果:根据上述公式来确定 第一气缸的第一吸气通道和第二气缸的第二吸气通道的最小直径的取值范围,能够增大压缩 装置高频运转时的吸气量,有利于提升旋转式压缩机的高频运转性能。
根据本发明第一方面的一些实施例,所述第一气缸的外周壁设置有连通所述第一吸气通 道的进气孔,所述进气孔沿第一压缩腔的径向布置,所述第一气缸连接所述中隔板的端面设 置有连通所述进气孔的分气孔,所述中隔板设置有贯通的连通孔,所述第二气缸设置有斜通孔,所述斜通孔从所述第二气缸连接所述中隔板的端面延伸至所述第二压缩腔的壁面,所述 分气孔、所述连通孔及所述斜通孔依次连通并作为所述第二吸气通道。
根据本发明第一方面的一些实施例,所述分气孔的轴线与所述第一压缩腔的轴线的夹角 为α,所述连通孔的轴线与所述第一压缩腔的轴线的夹角为β,所述斜通孔的轴线与所述第 一压缩腔的轴线的夹角为γ,满足β=α,且α<γ或者β=γ,且α<γ。
根据本发明第一方面的一些实施例,所述α和所述γ还满足8°≤(γ-α)≤30°。
根据本发明第一方面的一些实施例,所述中隔板的外周壁设置有进气孔,所述进气孔沿 第一压缩腔的径向布置,所述中隔板的两个端面均设置有连通所述进气孔的分气孔,所述第 一气缸设置有进气孔,所述进气孔从所述第一气缸连接所述中隔板的端面延伸至所述第一压缩腔的壁面,所述进气孔连通一个所述分气孔作为所述第一吸气通道;所述第二气缸设置有 斜通孔,所述斜通孔从所述第二气缸连接所述中隔板的端面延伸至所述第二压缩腔的壁面, 所述斜通孔连通另一个所述分气孔作为所述第二吸气通道。
根据本发明第二方面实施例的旋转式压缩机,包含如第一方面实施例所述的压缩装置。
根据本发明第二方面的一些实施例,所述旋转式压缩机还包括壳体、电机以及储液器, 所述电机和所述压缩装置设置在所述壳体的内部,所述电机连接所述压缩装置,所述储液器 具有连接所述压缩装置的进气管,所述进气管的进气端位于所述储液器的内部,所述储液器的内部设置有保持架,所述进气端与所述保持架之间的距离为L,L的单位为mm,所述L的 数值与所述V的数值之比的范围是0.2至1.8。
根据本发明第二方面的一些实施例,所述进气端采用斜切口结构,所述进气端设置有倾 斜的斜切面。
根据本发明第二方面的一些实施例,所述斜切面与所述进气端的轴线的夹角为θ,满足 30°≤θ≤60°。
根据本发明第二方面的一些实施例,所述进气端采用平口结构。
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
本发明的附加方面和优点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为本发明第二方面一些实施例的旋转式压缩机的剖视图;
图2为图1中A出的局部放大视图;
图3为本发明第一方面实施例的压缩装置的剖视图;
图4为图3中压缩装置的第一气缸的结构示意图;
图5为图4的A-A剖视图;
图6为图3中压缩装置的中隔板的结构示意图;
图7为图6的B-B剖视图;
图8为图3中压缩装置的第二气缸的结构示意图;
图9为图8的C-C剖视图;
图10为本发明第二方面另一些实施例的旋转式压缩机的剖视图;
图11为本发明第二方面实施例的旋转式压缩机运行中第一吸气通道和第二吸气通道的 直径之和与冷量的关联变化曲线图;
图12为本发明第二方面实施例的旋转式压缩机运行中第一吸气通道和第二吸气通道的 直径之和与入力的关联变化曲线图;
图13为本发明第二方面实施例的旋转式压缩机运行中第一吸气通道和第二吸气通道的 直径之和与COP的关联变化曲线图;
图14为本发明第二方面实施例的旋转式压缩机运行中L和V的数值比与冷量的关联变 化曲线图。
图15为本发明第二方面实施例的旋转式压缩机运行中L和V的数值比与COP的关联变 化曲线图。
附图标号如下:
第一气缸100、第一压缩腔101、第一吸气通道102、进气孔103、分气孔104、吸气孔105、第一活塞110;
第二气缸200、第二压缩腔201、第二吸气通道202、斜通孔203、第二活塞210;
中隔板300、连通孔301;
曲轴400、上轴承410、下轴承420;
旋转式压缩机500、壳体510、电机520、储液器530、进气管531、进气端5311、保持架532。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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发明和简化 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发明的限制。
在本发明的描述中,如果有描述到第一、第二只是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。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,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。
旋转式压缩机是目前广泛应用于制冷设备的一类压缩机,旋转式压缩机的电机无需将转 子的旋转运动转换为活塞的往复运动,而是直接带动活塞作旋转运动来完成对制冷剂的压缩。 旋转式压缩机更适合于小型空调器,特别是在家用空调器上得到广泛应用。
旋转式压缩机的主要优点是:由于活塞作旋转运动,压缩工作圆滑、平稳、平衡。另外 旋转式空压机没有余隙容积,无再膨胀气体的干扰,因此具有压缩效率高、零部件少、体积 小、重量轻、平衡性能好、噪音低、防护措施完备和耗电量小等优点。随着技术的进步,旋转式压缩机比其它类型的压缩机有较明显的优势,在家用空调器及冰箱等电器上的应用较为 普遍,从发展的趋势看,旋转式压缩机将成为市场的主导产品。
相关技术中,部分旋转式压缩机的压缩装置采用两个气缸,并且通过同一个吸气孔吸气, 但是,在双缸单吸气结构中,吸气通道的大小在设计上没有经验可循,过大则导致容积效率 下降,过小则影响进气量,导致旋转式压缩机高频运转的性能较差,能效下降明显,亟待开发能避免吸气孔过大导致容积效率下降,又能够提升高频运转能效的旋转式压缩机。
参照图1至图5,本发明第一方面实施例提出一种压缩装置,包括第一气缸100、第二气 缸200、中隔板300、曲轴400、上轴承410、下轴承420,第一气缸100的中心设置有第一压缩腔101,第一压缩腔101中布置有第一活塞110,第一气缸100设置有第一吸气通道102及排气孔(图中未示出),通过第一吸气通道102吸入冷媒,通过排气孔排出压缩后的高压冷媒;第二气缸200的中心设置有第二压缩腔201,第二压缩腔201中布置有第二活塞210,第二气缸200设置有第二吸气通道202及排气孔(图中未示出),通过第二吸气通道202吸入冷媒,通过排气孔排出压缩后的高压冷媒。
第一活塞110和第二活塞210均连接在曲轴400上,曲轴400从第一压缩腔101与第二 压缩腔201中穿过,由曲轴400驱动第一活塞110在第一压缩腔101内偏心转动,且同时驱动第二活塞210在第二压缩腔201内偏心转动,完成吸气、压缩、排气的步骤。因此,第一 气缸100与第二气缸200为同轴布置,上轴承410位于第一气缸100的上侧,下轴承420位于第二气缸200的下侧,中隔板300设置于第一气缸100和第二气缸200之间,上轴承410 和下轴承420为曲轴400提供旋转支撑,第一活塞110在旋转中配合上轴承410、中隔板300实现密封,第二活塞210在旋转中配合中隔板300、下轴承420实现密封。
压缩装置在运行中,第一压缩腔101通过第一吸气通道102吸入冷媒,第二压缩腔201 通过第二吸气通道202吸入冷媒,因此第一吸气通道102和第二吸气通道202对吸气量起到 决定性的作用,第一吸气通道102和第二吸气通道202中最小的截面影响流通的气量,第一 吸气通道102的最小截面的直径为d1,第二吸气通道202的最小截面的直径为d2,d1和d2 的单位均为mm,在设计上要求:
其中,V为压缩装置的名义工作容积,单位为cm3;q为单位质量制冷剂的制冷量,单位 为J/kg;n为第一活塞110和第二活塞210的转速,单位为r/min;v为国标测试工况下冷媒比体积,单位为m3/kg。上述设计标准,在国标工况下,对于任何冷媒均适用,表1为R32 冷媒在名义工作容积V为28cm3的旋转式压缩机中试验的数据,表2为R410A冷媒在名义工 作容积V为65cm3的旋转式压缩机中试验的数据。
表1
表2
根据表1和表2的数据,得到如图11所示的d1+d2与冷量的关联变化曲线图、如图12所示的d1+d2与入力的关联变化曲线图以及如图13所示的d1+d2与COP的关联变化曲线图,经过计算得到上述设计标准:在压缩装置的设计中,根据上述公式,确定第一气缸100的第一吸气通道102和第二气缸200的第二吸气通道202的最小直径之和(d1+d2)的取值范围,既能够满足压缩装置高频运转时的吸气量需求,提升高频运转的性能,有效防止能效明显下降,有利于提升旋转式压缩机500的高频运转性能,又能保证压缩装置的容积效率。
参照图3,可以将进气孔103设置在第一气缸100的外周壁,进气孔103通过第一吸气 通道102连通第一压缩腔101,通常进气孔103是直孔并且沿第一气缸100的径向布置,考虑到第二气缸200也是从进气孔103吸气,第一气缸100还设有分气孔104,分气孔104的 出口位于连接中隔板300的端面,中隔板300上设置有连通分气孔104的连通孔301,第二 气缸200设置有连通连通孔301斜通孔203,斜通孔203的入口位于第二气缸200连接中隔板300的端面,出口位于第二压缩腔201的壁面,由分气孔104、连通孔301及斜通孔203 组成第二吸气通道202,通常第二吸气通道202最小截面的直径d2位于斜通孔203中,通过 限定d1+d2的范围,能够满足压缩装置高频运转时的吸气量需求,提升高频运转的性能。
当然,可以将进气孔103设置在第二气缸200的外周壁,相当于第一气缸100、中隔板 300及第二气缸200的排序颠倒,压缩装置的其他结构不变,通过限定d1+d2的范围,能够满足压缩装置高频运转时的吸气量需求,提升高频运转的性能。
参照图1至图3,可以理解的是,旋转式压缩机500通常为立式布置,第一气缸100、第 二气缸200、中隔板300以及曲轴400的轴线均为竖直方向,参照图4至图9,设定分气孔104的轴线与竖直方向的夹角为α,连通孔301的轴线与竖直方向的夹角为β,斜通孔203 的轴线与竖直方向的夹角为γ,其中β=α,也即连通孔301与分气孔104同轴有利于减少流 动阻力,而设定α<γ,有利于将冷媒导入第二压缩腔201。
或者,β=γ,也即连通孔301与斜通孔203同轴,有利于减少流动阻力,而且设定α< γ,有利于将冷媒导入第二压缩腔201。
可以理解的是,第二活塞210运动到最接近斜通孔203的位置,分气孔104与第二活塞 210的内壁之间的最小距离定义为E,考虑到密封性能的要求,当E较大时,可选择β=γ,减小吸气阻力,有利于提升旋转式压缩机500的能效;当E较小时,可选择β=α,以增加分 气孔104与第二活塞210的内壁之间的最小距离,有利于提高密封性能,避免冷媒泄漏。
可以理解的是,分气孔104与第一气缸100的外周壁之间的最小距离定义为F,分气孔 104与第一气缸100的外周壁之间的最小距离定义为G,旋转式压缩机500的储液器530通过进气管531连接压缩装置,进气管531的端部为锥形并且插入进气孔103,进气管531在 进气孔103内的长度定义为C,斜通孔203与第二气缸200的底面之间的最小距离为H,α <γ,能够在在确保F≥C,同时取得G≥2mm。其中,确保F≥C,既能够提高进气管531 在进气孔103内的密封长度,防止进气管531松动,有利于防止冷媒气体泄露,又能使得进 气管531不遮挡分气孔104;而G≥2mm,则提高第一气缸100在分气孔104周向上的机械 强度,而且H≥G,提高第二气缸200在轴向上的机械强度。
可以理解的是,在设计上设定8°≤(γ-α)≤30°,既能确保F≥C、G≥2mm,又能 确保H有足够长度,防止第二气缸200在斜通孔203出口的位置的机械强度不足,同时有利 于冷媒在第二吸气通道202内顺畅通过,减小吸气阻力,提升能效。
参照图10,可以理解的是,还可以将进气孔103设置在中隔板300的外周壁,进气孔103 沿中隔板300的径向布置,中隔板300还设置有分气孔104,两个分气孔104延伸至两个端 面,第一气缸100设置有连通一个的分气孔104的吸气孔105,吸气孔105和分气孔104组成第一吸气通道102,第二气缸200设置有连通另一个的分气孔104的斜通孔203,斜通孔203和分气孔104组成第二吸气通道202。从中隔板300的进气孔103吸入冷媒,经两个分气孔104分流至第一压缩腔101和第二压缩腔201,实现双缸单吸气。
第一吸气通道102和第二吸气通道202中最小的截面对吸气量的影响较大,第一吸气通 道102的最小截面的直径为d1,第二吸气通道202的最小截面的直径为d2,通常d1位于吸 气孔105中,d2位于斜通孔203中,在设计上同样采用上述公式:
本发明第二方面实施例提出旋转式压缩机500,包含第一方面实施例的压缩装置,压缩 装置包括第一气缸100、第二气缸200、中隔板300、曲轴400、上轴承410、下轴承420,第一气缸100的中心设置有第一压缩腔101,第一压缩腔101中布置有第一活塞110,第一气缸100设置有第一吸气通道102及排气孔(图中未示出),通过第一吸气通道102吸入冷媒,通过排气孔排出压缩后的高压冷媒;第二气缸200的中心设置有第二压缩腔201,第二压缩腔201中布置有第二活塞210,第二气缸200设置有第二吸气通道202及排气孔(图中未示出),通过第二吸气通道202吸入冷媒,通过排气孔排出压缩后的高压冷媒。
可以理解的是,第一活塞110和第二活塞210均连接在曲轴400上,曲轴400从第一压 缩腔101与第二压缩腔201中穿过,由曲轴400驱动第一活塞110在第一压缩腔101内偏心转动,且同时驱动第二活塞210在第二压缩腔201内偏心转动,完成吸气、压缩、排气的步骤。因此,第一气缸100与第二气缸200为同轴布置,上轴承410位于第一气缸100的上侧, 下轴承420位于第二气缸200的下侧,中隔板300设置于第一气缸100和第二气缸200之间, 上轴承410和下轴承420为曲轴400提供旋转支撑,第一活塞110在旋转中配合上轴承410、 中隔板300实现密封,第二活塞210旋转中配合中隔板300、下轴承420实现密封。
压缩装置在运行中,第一压缩腔101通过第一吸气通道102吸入冷媒,第二压缩腔201 通过第二吸气通道202吸入冷媒,因此第一吸气通道102和第二吸气通道202对吸气量起到 决定性的作用,第一吸气通道102和第二吸气通道202中最小的截面影响流通的气量,第一 吸气通道102的最小截面的直径为d1,第二吸气通道202的最小截面的直径为d2,d1和d2 的单位均为mm,在设计上采用以下公式:
其中,V为压缩装置的名义工作容积,单位为cm3;q为单位质量制冷剂的制冷量,单位 为J/kg;n为第一活塞110和第二活塞210的转速,单位为r/min;v为国标测试工况下冷媒比体积,单位为m3/kg。上述设计公式,在国标工况下,对于任何冷媒均适用,旋转式压缩 机500包含压缩装置的全部技术方案,具有压缩装置的全部技术效果,不再一一赘述。
如图1所示,可以理解的是,旋转式压缩机500包括壳体510、电机520以及储液器530, 电机520和压缩装置安装在壳体510的内部,由电机520驱动压缩装置的曲轴400旋转,曲 轴400带动第一活塞110及第二活塞210旋转,实现对冷媒的压缩。储液器530通过进气管531连接压缩装置,进气管531的进气端5311提成延伸至靠近储液器530的入口,储液器530的内部具有保持架532,保持架532位于进气端5311与储液器530的入口之间,进入储液器530的冷媒是气液两相混合的,通过保持架532上承载的滤网促使冷媒散开,防止液态的冷媒直接进入进气管531,而气态的冷媒可以转向流入进气管531,由于流体流经转角处,均会产生涡流,转角越大,涡流现象越明显,需要设定保持架532与进气端5311之间的距离,减少产生的涡流,避免吸入的冷媒流量变小。以下表3为通过改变进气端5311距离保持架532的最小距离L进行试验得到的数据。
表3
根据表3的数据得到如图14所示的L/V与冷量的关联变化曲线图以及如图15所示的L/V 与COP的关联变化曲线图。L的单位为mm,V的单位为cm3,L的数值与V的数值之比的范围是0.2至1.8,包含0.2和1.8。通过V的数值设定L的数值,能够使得旋转式压缩机500 取得较佳的冷量、COP,又能兼顾可靠性。
参照图1,进气端5311采用斜切口结构,具有倾斜的斜切面,斜切口结构能够增大进气 端5311的吸气面积,降低冷媒的流动阻力,提高冷媒进入进气管531的流速,以达到提升冷 量及COP的目的。斜切面与进气管531的轴线夹角定义为θ,一方面θ过小时,进气端5311 放入吸气面积加大幅度小,冷量、COP改善效果不明显;另一方面θ过大时,虽然冷量、COP 改善明显,但是会导致储液器530的有效容积降低,当旋转式压缩机500处于低温制热等回 液量大的工况时,大量液态冷媒从斜切口进入压缩装置,形成液压缩,将影响到旋转式压缩 机500的可靠性。因此设定标准为30°≤θ≤60°,使得进气端5311的吸气面积足够大, 又能保证储液器530的有效容积降低幅度较小。
参照图10,进气端5311也可以采用平口结构,同时采用上述设计标准公式:0.12≤L/V ≤1.9,旋转式压缩机500能够取得较佳的冷量、COP,又能兼顾可靠性。适合用在在一些小排 量的机型上,进气管531的管径可以做到足够大,不需要采用斜切口结构加大吸气面积,进 气端5311采用平口结构即可。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技 术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下,作出各种 变化。
Claims (10)
1.一种压缩装置,其特征在于,包括:
依次同轴布置的第一气缸、中隔板以及第二气缸,所述第一气缸设置有第一压缩腔以及连通所述第一压缩腔的第一吸气通道,所述第一压缩腔中设置有第一活塞,所述第二气缸设置有第二压缩腔以及连通所述第二压缩腔的第二吸气通道,所述第二压缩腔中设置有第二活塞;
所述第一吸气通道的最小截面的直径为d1,所述第二吸气通道的最小截面的直径为d2,所述压缩装置的名义工作容积为V,单位质量制冷剂的制冷量为q,所述第一活塞和所述第二活塞的转速为n,国标测试工况下冷媒比体积为v,在国标工况下,对于任何冷媒,满足:
其中d1和d2的单位为mm、V的单位为cm3、q的单位为J/kg、n的单位为r/min、v的单位为m3/kg。
2.根据权利要求1所述的压缩装置,其特征在于,所述第一气缸的外周壁设置有连通所述第一吸气通道的进气孔,所述第一气缸连接所述中隔板的端面设置有连通所述进气孔的分气孔,所述中隔板设置有贯通的连通孔,所述第二气缸设置有斜通孔,所述分气孔、所述连通孔及所述斜通孔依次连通并作为所述第二吸气通道。
3.根据权利要求2所述的压缩装置,其特征在于,所述分气孔的轴线与所述第一压缩腔的轴线的夹角为α,所述连通孔的轴线与所述第一压缩腔的轴线的夹角为β,所述斜通孔的轴线与所述第一压缩腔的轴线的夹角为γ,满足β=α,且α<γ或者β=γ,且α<γ。
4.根据权利要求3所述的压缩装置,其特征在于,所述α和所述γ还满足8°≤(γ-α)≤30°。
5.根据权利要求1所述的压缩装置,其特征在于,所述中隔板的外周壁设置有进气孔,所述中隔板的两个端面均设置有连通所述进气孔的分气孔,所述第一气缸设置有吸气孔,所述吸气孔连通一个所述分气孔作为所述第一吸气通道;所述第二气缸设置有斜通孔,所述斜通孔连通另一个所述分气孔作为所述第二吸气通道。
6.旋转式压缩机,其特征在于,包含如权利要求1至5中任一项所述的压缩装置。
7.根据权利要求6所述的旋转式压缩机,其特征在于,所述旋转式压缩机还包括储液器,所述储液器具有连接所述压缩装置的进气管,所述进气管的进气端位于所述储液器的内部,所述储液器的内部设置有保持架,所述进气端与所述保持架之间的距离为L,L的单位为mm,所述L的数值与所述V的数值之比的范围是0.2至1.8。
8.根据权利要求7所述的旋转式压缩机,其特征在于,所述进气端采用斜切口结构,所述进气端具有倾斜的斜切面。
9.根据权利要求8所述的旋转式压缩机,其特征在于,所述斜切面与所述进气端的轴线的夹角为θ,满足30°≤θ≤60°。
10.根据权利要求7所述的旋转式压缩机,其特征在于,所述进气端采用平口结构。
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