CN114962261A - 泵体组件、压缩机以及具有其的空调器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种泵体组件、压缩机以及具有其的空调器，包括活动结构和固定结构，固定结构与活动结构配合，且活动结构在活动过程中，能够与固定结构之间形成压缩腔，以能够压缩气体，且活动结构采用第一材质制成，第一材质的材料线膨胀系数为αg，固定结构采用第二材质制成，第二材质的材料线膨胀系数为αq；其中，
Figure DDA0003703307090000011
根据本申请的泵体组件，压缩机在低频运行时，活动结构和固定结构配合的间隙较小。

Description

泵体组件、压缩机以及具有其的空调器
技术领域
本申请属于空调器技术领域，具体涉及一种泵体组件、压缩机以及具有其的空调器。
背景技术
目前，旋转式制冷压缩机的使用量主要以家用空调产品为主，而压缩机作为空调的核心部件，在制冷系统中起到核心作用。旋转式压缩机内部主要由泵体组件和电机组件两大部分组成，其中，泵体组件主要由上法兰、下法兰、曲轴、气缸、滚子、滑片等核心零部件组成，由电机组件带动，用于将电机转子的动能转化为制冷剂内能和动能，是实现压缩的功能组件。旋转式压缩机的吸气、压缩和排气过程主要由泵体组件完成，其中，主要工作在气缸和滚子的配合下完成。压缩机气缸内的制冷剂内泄漏是导致压缩机性能下降的主要因素之一，泄漏主要是由压缩机内部零件装配间隙引起。气缸和滚子的轴向间隙对压缩机性能有着重要的影响，轴向间隙越小，压缩机的制冷能力等性能越好。
但是，目前旋转式压缩机的气缸材料主要为HT250，滚子材料主要为合金铸铁，在压缩机高频工作时，高温致使气缸和滚子发生热膨胀，且合金铸铁的线膨胀系数大于HT250，为防止气缸和滚子在高频高温运行时产生过盈卡死，气缸和滚子装配轴向间隙设计较大，因此压缩机实际运行过程中其端面间隙随运行频率和温度呈现逐步减小的趋势，但是气缸和滚子的装配间隙过大，严重影响低频工况下冷媒的泄露，导致低频下压缩机制冷量下降，效率较低。
因此，如何提供一种压缩机在低频运行时，活动结构和固定结构配合的间隙较小的泵体组件、压缩机以及具有其的空调器成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种泵体组件、压缩机以及具有其的空调器，压缩机在低频运行时，活动结构和固定结构配合的间隙较小。
为了解决上述问题，本申请提供一种泵体组件，包括
活动结构；
和固定结构，固定结构与活动结构配合，且活动结构在活动过程中，能够与固定结构之间形成压缩腔，以能够压缩气体，且活动结构采用第一材质制成，第一材质的材料线膨胀系数为，固定结构采用第二材质制成，第二材质的材料线膨胀系数为；其中，
Figure BDA0003703307070000021
进一步地，活动结构包括滚子结构，固定结构包括气缸结构。
进一步地，活动结构包括滚子结构，固定结构包括气缸结构。
进一步地，滚子结构与气缸结构之间的高度差为Δa；Δa＝(h2+h2·λ2·Δt)-(h1+h1·λ1·Δt)；其中，气缸结构的轴向高度为h2；滚子结构的轴向高度为h1；Δt＝t2-t1；t1为室温，t2为压缩机运行时温度，第一材质的热膨胀系数为λ1，第二材质的热膨胀系数为λ2。
进一步地，活动结构包括活塞结构，固定结构包括缸体，活塞结构设置于缸体内；
或者，活动结构包括动涡盘，固定结构包括静涡盘，静涡盘与动涡盘相互啮合。
进一步地，第一材质为铸铁材质；和/或，第二材质为铸铁材质。
进一步地，第一材质为球墨铸铁；第二材质为球墨铸铁；
或者，第一材质为灰铸铁；第二材质为灰铸铁；
或者，第一材质为灰铸铁；第二材质为球墨铸铁。
进一步地，当第一材质为灰铸铁时，第一材质的心部金相组织由片状石墨及珠光体和铁素体、碳化物组成；和/或，第一材质的表面组织主要为铁氮化合物和片状石墨；和/或，第一材质的表面组织的硬度为420HV～550HV；和/或，第一材质的表面组织厚度不低于0.05mm。
进一步地，第二材质为均质材料；第二材质的金相组织为片状石墨及珠光体和铁素体、碳化物；和/或，第二材质的硬度为190～230HWB。
根据本申请的再一方面，提供了一种压缩机，包括泵体组件，泵体组件为上述的泵体组件。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调器，包括压缩机，压缩机为上述的压缩机。
本申请提供的泵体组件、压缩机以及具有其的空调器，本申请压缩机在低频运行时，活动结构和固定结构配合的间隙较小。
附图说明
图1为本申请实施例的泵体组件的结构示意图；
图2为本申请实施例的泵体组件的局部放大图；
图3为常规方案和本方案Ⅰ和Ⅱ轴向间隙变化趋势图；
图4为常规方案和本方案Ⅲ轴向间隙变化趋势图。
附图标记表示为：
10、曲轴；20、上法兰；30、气缸结构；40、滚子结构；50、下法兰。
具体实施方式
结合参见图1-4所示，一种泵体组件，包括活动结构和固定结构，固定结构与活动结构配合，且活动结构在活动过程中，能够与固定结构之间形成压缩腔，以能够压缩气体，且活动结构采用第一材质制成，第一材质的材料线膨胀系数为αg，固定结构采用第二材质制成，第二材质的材料线膨胀系数为αq；其中，
Figure BDA0003703307070000031
在该范围内，压缩机在低频运行时，活动结构和固定结构配合的间隙维持或减小，即活动结构和固定结构配合的间隙较小，在保证压缩机性能和可靠性的同时，减少制冷剂的泄漏量，提高压缩机能效；且固定结构与活动结构之间不会卡死，而影响泵体组件的可靠性。能够使得
本申请还公开了一些实施例，活动结构包括滚子结构40，固定结构包括气缸结构30。气缸内壁与滚子外圆形成月牙腔工作容积。根据材质的热力学膨胀特性，本申请通过合理设计气缸和滚子的配合间隙，解决因材质热力学膨胀差异而导致的压缩机泵体泄漏或卡死的可靠性问题，并且能提高压缩机能效。压缩机在低频运行时，气缸结构30和滚子结构40配合的轴向间隙维持或减小，在保证压缩机性能和可靠性的同时，减少制冷剂的泄漏量，提高压缩机能效。此时，泵体组件包括气缸、滚子、上下法兰50、曲轴10、滑片、阀片、阀片挡板主要零部件，泵体组件中的气缸及滚子，均采用铸铁材料。
本申请能够解决如下问题：
解决压缩机低频运行时气缸和滚子轴向装配间隙过大，导致低频运行制冷剂泄漏量过大的问题；
解决了旋转式压缩机低频运行泄漏量大，制冷量效率较低的问题；
解决压缩机气缸和滚子因装配间隙导致气缸和滚子运行过程中发生过盈配合卡死的可靠性问题；
本申请还公开了一些实施例，滚子结构40与气缸结构30之间的高度差为Δa；Δa＝(h2+h2·λ2·Δt)-(h1+h1·λ1·Δt)；其中，气缸结构30的轴向高度为h2；滚子结构40的轴向高度为h1；Δt＝t2-t1；t1为室温，t2为压缩机运行时温度，第一材质的热膨胀系数为λ1，第二材质的热膨胀系数为λ2。
旋转式压缩机主要由分液器、壳体、电机组件和泵体组件组成，其中泵体组件由曲轴10、上法兰20、下法兰50、气缸结构30、滚子结构40构成。滚子结构40在曲轴10的带动下旋转，气缸结构30的内壁与滚子结构40的外圆间形成月牙形腔室，随着滚子结构40的运转及气体的吸入，同时伴随着滑片的伸缩，整个气缸结构30将被隔离成一个高压腔(排气腔)和一个低压腔(吸气腔)，上法兰20的下端面为气缸压缩腔密封面，下法兰50的下端面为气缸工作容积密封面，进而完成腔体内气体介质的吸入、密封、压缩及排出，从而保证压缩及的正常运转和稳定工作效率。
本实施例提供一种旋转式压缩机气缸和滚子配合结构，包括气缸、上下法兰50、滚子、曲轴10等主要零部件，气缸内壁与滚子外圆形成月牙形工作压缩腔，气缸与滚子两者高度形成配合间隙Δa，气缸高度h2大于滚子高度h1，当气缸和滚子配合结构随着压缩机运行温度升高，气缸热膨胀而变化后的高度大于滚子热膨胀变化后的高度。温度变化，为室温，为压缩机运行时温度，滚子材料的线膨胀系数为λ1，气缸材料的热膨胀系数为λ2，气缸和滚子配合间隙满足关联公式Δa＝(h2+h2·λ2·Δt)-(h1+h1·λ1·Δt)。
旋转式压缩机的气缸和滚子配合结构实现了吸气、压缩和排气过程，由于在整个运转过程中压缩机泵体内的温度是不断升高的，气缸和滚子因受热出现膨胀变形的情况，为了保证压缩机在高频工况下运行的可靠性，一般将气缸和滚子之间的配合间隙放大，但这也势必会造成压缩机在低频工况下泄漏量增大，功耗增加；甚至于因气缸和滚子材料的不同，或者因气缸和滚子配合间隙设计或装配不合理时，这些都会导致气缸和滚子产生过盈而导致压缩机卡死的情况，压缩机的可靠性无法得到保证。
本申请还公开了一些实施例，活动结构包括活塞结构，固定结构包括缸体，活塞结构设置于缸体内；此时活塞结构和缸体形成活塞式压缩机。
或者，活动结构包括动涡盘，固定结构包括静涡盘，静涡盘与动涡盘相互啮合；此时静涡盘与动涡盘形成涡旋压缩机。
本申请还公开了一些实施例，第一材质为铸铁材质；和/或，第二材质为铸铁材质。
本申请还公开了一些实施例，第一材质为球墨铸铁；第二材质为球墨铸铁；或者，第一材质为灰铸铁；第二材质为灰铸铁；
或者，第一材质为灰铸铁；第二材质为球墨铸铁。采用这种材质能够更好更准确的使得压缩机在低频运行时，活动结构和固定结构配合的间隙较小。
本申请还公开了一些实施例，当第一材质为灰铸铁时，第一材质的心部金相组织由片状石墨及珠光体和铁素体、碳化物组成；和/或，第一材质的表面组织主要为铁氮化合物和片状石墨；和/或，第一材质的表面组织的硬度为420HV～550HV；和/或，第一材质的表面组织厚度不低于0.05mm。可以对活动结构和固定结构的轴向间隙有更准确的控制，且使得活动结构和固定结构的配合更好。
本申请还公开了一些实施例；和/或，第二材质的硬度为190～230HWB。例，第二材质为均质材料；第二材质的金相组织为片状石墨及珠光体和铁素体、碳物；和/或，所述第二材质的硬度为190～230HWB。
实施例
1.对比例
常规方案(现有技术)：某一机型的压缩机的气缸结构30及滚子结构40采用常规配合方案(现有技术)，该配合方案的气缸结构30与滚子结构40之间的轴向装配间隙为22μm。其中，气缸结构30材料为HT250，线膨胀系数为10.23×10-6K-1(20～150℃)；滚子结构40材料为合金灰铸铁，线膨胀系数为12.8×10-6K-1(20～150℃)。
根据计算公式Δa＝(h2+h2·λ2·Δt)-(h1+h1·λ1·Δt)，当λ1大于λ2时，随着温度升高，Δt的值增大，这样常规方案的气缸结构30与滚子结构40之间的轴向配合间隙Δa呈下降趋势，所以为了使压缩机在高频高温下还有合理的配合间隙，在装配时，会把该轴向配合间隙设计得比较大。
2.1实施例1
本实施例：在实施例中，气缸结构30和滚子结构40选用同一牌号(牌号为HT250)的灰铸铁材料，因此气缸结构30和滚子结构40都具有相同的线膨胀系数，均为10.23×10-6K-1(20～150℃)。但由于滚子结构40的摩擦面较多，主要为内圆面、外圆面、上端面及下端面，而且其为运动部件，会受到较多的摩擦力、气体力、撞击力、压力等多种力的作用，而灰铁材料并不耐磨，因此需要对滚子结构40做氮化处理，在滚子结构40表面形成一层耐磨的氮化物层，以提高滚子的耐磨性，提升滚子结构40的长期有效运行，进而保证压缩机的长期可靠性。为验证本方案轴向间隙缩小后与常规轴向间隙方案对比的差异，分别开展两个档次的轴向间隙缩小方案设计及验证，分别是：
方案Ⅰ：装配轴向间隙为16μm；
方案Ⅱ：装配轴向间隙为12μm。
通过对比例中常规方案和实施例1中的方案Ⅰ和方案Ⅱ的气缸结构30与滚子结构40之间的配合间隙随温度变化如图3所示，可知由于本实施例1中的方案Ⅰ和方案Ⅱ的气缸结构30和滚子结构40都选用同一种材料，因此具有相同的线膨胀系数，即气缸结构30和滚子结构40的轴向配合间隙随温度变化一直不变，并一直小于常规方案的轴向间隙水平。当压缩机在相同工况的不同频率下运行时，常规方案压缩机、方案Ⅰ和方案Ⅱ压缩机的测试结果如下表1所示：
表1某压缩机常规方案与本申请方案Ⅰ和方案Ⅱ能效COP测试对比结果
Figure BDA0003703307070000061
显然，在相同的测试工况下，从间隙上分析，常规方案、方案Ⅰ和方案Ⅱ在实际运行期间隙呈逐渐变小的趋势，其能效逐渐提升，表明轴向间隙的缩小对压缩机的运行效率有明显的提升作用，而且在压缩机在低频下运行的能效提升最为明显。一般家用空调只有在开启或温度变化较大时才会要求压缩机在高频下运行而达到快速制冷/制热的目的，而在空调平稳运行的过程中，只要求压缩机在低频低速的工况下保持平稳运行即可，因此本申请提升压缩机的低频运行能效对空调的制冷/制热有很大的意义。
虽然随着频率升高，本申请能效的提升幅度虽有所降低，但最终能效还是比常规方案的稍高或相当。提升幅度降低主要是因为随着运行频率上升，压缩机泵体、滚子温度升高，常规方案的气缸和滚子的轴向间隙逐步降低，进而和本申请方案的气缸与滚子的轴向配合间隙逐步接近，因此常规方案压缩机的高频能效会逐步接近本申请方案。同时，能效提升幅度逐步下降，也说明了间隙对能效的影响有很大的作用。
2.2实施例2
本实施例采用方案Ⅲ：气缸结构30和滚子结构40选用不同材料，气缸结构30选用球墨铸铁材料，线膨胀系数为12.9×10-6K-1(20～150℃)；滚子结构40选用合金灰铸铁12.2×10-6K-1(20～150℃)；装配间隙为17μm；气缸结构30和滚子结构40之间的配合间隙随温度变化如图5所示，可以看出，由于滚子结构40的热膨胀系数略低于气缸结构30的热膨胀系数，再根据公式Δa＝(h2+h2·λ2·Δt)-(h1+h1·λ1·Δt)，评估本方案Ⅲ配合间隙随温度升高而升高。因此在实际的运行过程中，轴向间隙随温度逐渐变大，其低频低温工况下会有提升效果，当高频高温下，其泄露风险与常规方案相当，提升效果不明显，在低频工况下，方案Ⅲ压缩机测试结果如下表2所示，可知在低频工况下，本发明方案Ⅲ能效也优于常规方案，降低装配间隙可以提高压缩机低频能效，但因滚子材料线膨胀系数低于气缸材料的膨胀系数其间隙呈增大趋势，所以该方案在高频高温下其能效提升效果不是很明显，其测试数据也印证了该理论。
表2某压缩机常规方案与本方案3能效COP测试对比结果
Figure BDA0003703307070000071
根据本申请的实施例，提供了一种压缩机，包括泵体组件，泵体组件为上述的泵体组件。压缩机可以为旋转压缩机、活塞压缩机、涡旋压缩机或其他压缩机。
根据本申请的实施例，提供了一种空调器，包括压缩机，压缩机为上述的压缩机。空调器为空调器或者热泵系统。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
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。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种泵体组件，其特征在于，包括:
活动结构；
和固定结构，所述固定结构与所述活动结构配合，且所述活动结构在活动过程中，能够与所述固定结构之间形成压缩腔，以能够压缩气体，且所述活动结构采用第一材质制成，所述第一材质的材料线膨胀系数为αg，所述固定结构采用第二材质制成，所述第二材质的材料线膨胀系数为αq；其中，
Figure FDA0003703307060000011
Figure FDA0003703307060000012
2.根据权利要求1中所述的泵体组件，其特征在于，所述活动结构包括滚子结构(40)，所述固定结构包括气缸结构(30)。
3.根据权利要求2中所述的泵体组件，其特征在于，所述滚子结构(40)与所述气缸结构(30)之间的高度差为Δa；Δa＝(h2+h2·λ2·Δt)-(h1+h1·λ1·Δt)；其中，所述气缸结构(30)的轴向高度为h2；所述滚子结构(40)的轴向高度为h1；Δt＝t2-t1；t1为室温，t2为压缩机运行时温度，所述第一材质的热膨胀系数为λ1，所述第二材质的热膨胀系数为λ2。
4.根据权利要求1中所述的泵体组件，其特征在于，所述活动结构包括活塞结构，所述固定结构包括缸体，所述活塞结构设置于所述缸体内；
或者，所述活动结构包括动涡盘，所述固定结构包括静涡盘，所述静涡盘与所述动涡盘相互啮合。
5.根据权利要求1中所述的泵体组件，其特征在于，所述第一材质为铸铁材质；和/或，所述第二材质为铸铁材质。
6.根据权利要求1中所述的泵体组件，其特征在于，所述第一材质为球墨铸铁；所述第二材质为球墨铸铁；
或者，所述第一材质为灰铸铁；所述第二材质为灰铸铁；
或者，所述第一材质为灰铸铁；所述第二材质为球墨铸铁。
7.根据权利要求6中所述的泵体组件，其特征在于，当所述第一材质为灰铸铁时，所述第一材质的心部金相组织由片状石墨及珠光体和铁素体、碳化物组成；和/或，所述第一材质的表面组织主要为铁氮化合物和片状石墨；和/或，所述第一材质的表面组织的硬度为420HV～550HV；和/或，所述第一材质的表面组织厚度不低于0.05mm。
8.根据权利要求1中所述的泵体组件，其特征在于，所述第二材质为均质材料；所述第二材质的金相组织为片状石墨及珠光体和铁素体、碳化物；和/或，所述第二材质的硬度为190～230HWB。
9.一种压缩机，包括泵体组件，其特征在于，所述泵体组件为权利要求1-8中任一项所述的泵体组件。
10.一种空调器，包括压缩机，其特征在于，所述压缩机为权利要求9中所述的压缩机。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0400334A2 (en) * 1989-04-28 1990-12-05 Iwata Air Compressor Mfg. Co.,Ltd. Oilless reciprocating compressor and expansion apparatus
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