CN1349051A - 往复式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种往复式压缩机,包括用于将曲轴的旋转运动转化为线性往复运动的连杆;用于在作动缸单元内侧通过连杆进行线性往复运动的活塞;以及用于共振活塞的共振装置,其中共振装置包括配装到活塞上的辅助活塞和配装在辅助活塞和活塞之间的共振器,或在被分开的连杆的套筒侧零件和活塞侧零件之间空间内的共振器,从而防止致冷剂的过压损失,并通过增大致冷剂流速而改善性能。

Description

往复式压缩机

                    技术领域

本发明涉及一种压缩机，且更具体地说，涉及一种往复式压缩机，其中吸取和压缩通过在作动缸内的活塞的往复而实现，且其具有改善的致冷剂吸入和排出性能。

                    背景技术

在冰箱或空调中的压缩机吸入穿过蒸发器的低温和低压工作流体，在作动缸内将其压缩成高温和高压流体并将处于高温和高压状态的工作流体排出。将参照附图简要描述在冰箱及类似物中的现有技术的往复式压缩机。

参照图1，现有技术的往复式压缩机设置有用于接收电流以产生旋转力的电机部分8、以及用于通过电机部分的旋转力压缩致冷剂的压缩机部分10，二者都封闭在具有上壳2和下壳4的壳体6中。电机部分8具有用于接收电流以产生电磁力的定子8a和用于通过电磁力产生旋转力的转子8b。压缩机部分10具有用于与转子8b一起转动的曲轴12、用于将曲轴的旋转运动转化成线性往复运动的连杆14、以及用于在作动缸单元16内通过连杆压缩致冷剂的活塞18。连杆14具有一个连接到在曲轴12顶部的偏心元件12a上的端部销轴，以及连接到活塞18上的另一端部销轴，以用于将曲轴12的旋转运动转化为线性往复运动。前述压缩机可概述如下。在接收到曲轴12的旋转运动时，随着活塞18在作动缸单元16中进行线性往复运动，通过致冷剂吸入、压缩、以及排出，活塞18将来自蒸发器的低温、低压致冷剂转化为高温、高压致冷剂，并向冷凝器(未示出)前进。将参照图2描述活塞吸入、压缩和排出的操作。图2示意性地说明了现有技术的往复式压缩机的吸取系统和排出系统。

参照图2，曲轴12接受来自电机部分(见图1)的旋转力，并转动偏心元件12a，该旋转力经由套筒12b被传递到连杆14，而连接到连杆14上的活塞18由于其的运动被限制在作动缸单元16内而进行线性往复运动。活塞从上静止中心向下静止中心移动，直到作动缸17内的压力低于吸取回气管20内的压力为止，此时吸取阀22开启以允许致冷剂被导入作动缸17内，直到作动缸17内的压力变成与回气管20内的压力相等。当活塞从下静止中心向上静止中心移动时，作动缸17内的压力一直增高以压缩致冷剂，直到作动缸17内的压力高于支承排出阀24的排出弹簧(未示出)的弹力为止，此时排出阀24开启，高压致冷剂通过该阀24从作动缸排出到排出增压室中。图3是示出被套筒12b和连杆14固定的活塞18的位置相对速度的数学建模结果的曲线，而图4是示出活塞18的位置相对速度的曲线。

参照图3，活塞18的位置P随着活塞在作动缸内上静止中心和下静止中心之间往复而沿正弦曲线移动，而随时间变化，活塞18的速度也呈现出与活塞位置P具有90°相位差的正弦曲线。图4是利于轻易理解活塞的位置和速度之间的关系的曲线，从该曲线可以知道当活塞通过点M1和M2时具有最大速度，点M1和M2从上静止中心和下静止中心的中间稍靠近于上静止中心。

图5是与理想条件对照地示出在活塞吸取和压缩过程中活塞的压力相对排量(容积)的曲线。如该图中所见，致冷剂在高于理想压力的压力下排出会导致压力浪费。如图4和5所示，现有技术压缩机中在活塞压缩过程中发生的速度不均匀以及在上静止中心附近速度或压力过大会造成压力损失。与之相反，恰在下静止中心之前的相对小的速度梯度产生较弱的吸取力，其在吸取过程中导致致冷剂吸取量减少而使平稳压缩效果以及压缩机的性能恶化。

                  发明内容

于是本发明致力于一种往复式压缩机，其基本上消除了由现有技术的限制和缺点所造成的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种往复式压缩机，其可以在致冷剂排出过程中防止过压损失。

本发明另一目的是提供一种往复式压缩机，其可以改善压缩性能。

本发明其他的特征和优点将在以下内容中描述，并部分从该内容中显现或可以从本发明的实践中获知。本发明的目的和其他优点将由说明书和权利要求书以及所附附图中具体指出的结构予以实现或达到。

为了实现这些和其他优点，根据本发明，该往复式压缩机包括用于将曲轴的旋转运动转化为线性往复运动的连杆、用于通过连杆压缩作动缸单元内侧的致冷剂的活塞、以及具有与活塞相同的振动频率的共振装置，以用于将振动施加给活塞运动以获得共振。

共振装置包括辅助活塞，其用于吸取、压缩并排出作动缸内的致冷剂并与致冷剂接触，以及共振器，用于使辅助活塞与活塞共振。

共振器设置在活塞和辅助活塞之间。

优选地是，共振器为板簧、螺旋弹簧或采用气压的气动弹簧。

活塞和辅助活塞包括用于防止活塞和辅助活塞断开的连接装置，而连接装置包括配装到活塞上的连接管和配装到辅助活塞上的连接杆。

往复式压缩机还包括用于环绕套筒侧零件和活塞侧零件的连接管。

连接管和连杆的套筒侧零件和活塞侧零件在两端和其前端分别包括挡块。

连接管在其内侧具有突起，用于在套筒侧零件和活塞侧零件靠近时限制最小位移。

应理解的是上面的概略描述和以下的详细描述都是示例性和解释性的，且用于提供所限定的本发明的进一步解释。

                    附图说明

构成说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并与说明书一起用作解释本发明的原理。图中：

图1示意性示出了现有技术往复式压缩机的剖面；

图2示意性示出了现有技术往复式压缩机的吸取系统和排出系统；

图3示出了现有技术的活塞的位置与速度的曲线；

图4示出了现有技术活塞的位置与速度的曲线；

图5示出了在作动缸中现有技术活塞的压力与容积的曲线；

图6示出根据本发明优选实施例的往复式压缩机内压缩机部分的剖面；

图7示出从图6中箭头方向看到的压缩机部分；

图8示意性示出在压缩机部分内活塞系统的模型；

图9示出活塞系统的剖面，示出吸取和压缩过程中的工作顺序；

图10示出本发明的辅助活塞和现有技术活塞的位置对速度的对比曲线；

图11示出根据本发明另一优选实施例的具有应用于其上的气动型共振器的压缩机部分的剖面；

图12示出在根据本发明另一优选实施例的往复式压缩机中具有提供给连杆的共振器的压缩机部分的剖面。

                    具体实施方式

将详细参照本发明优选实施例，本发明的示例在附图中加以图示。图6示出根据本发明优选实施例的往复式压缩机内的压缩机部分的剖面，而图7示出从图6的箭头所见的压缩机部分。

参照图6，在根据本发明优选实施例的往复式压缩机内的压缩机部分包括用于将曲轴的旋转运动转化成线性往复运动的连杆、用于利用连杆在作动缸单元之内进行线性往复运动的活塞、以及用于使活塞共振的共振装置。详细地说，在从转子接受旋转力的曲轴12顶部具有偏心元件12a(见图1)，和环绕偏心元件12a的套筒12b，以用作轴承。套筒12b与连杆14相连，以用于将来自曲轴12的旋转力传递到活塞32。具有一个在连杆前端连接的活塞32，以用于直接从曲轴12接受旋转力，而共振器34和辅助活塞36配装到活塞32上。

将参照图6和7解释压缩机部分的系统。

本发明的活塞32另外还包括辅助活塞36。辅助活塞36是实际上与致冷剂接触的零件，以用于压缩和吸取致冷剂，该辅助活塞36通过连接装置33连接到活塞32上。连接装置33具有固定到活塞32上的连接管33a和固定到辅助活塞36上的连接杆33b。连接管33a一侧固定到活塞32上而另一侧开口，辅助活塞36上的连接杆33b通过该侧插入。圆形截面的连接杆33b一侧固定到辅助活塞36上，而另一侧插入连接管33a内。在连接管33a内侧，具有螺旋弹簧34作为共振器，连接杆33b与之相接触。在连接管33a和连接杆33b每个的前端具有挡块33a1和33b1，用于限制活塞32和辅助活塞36之间的最小位移。当连接杆33b完全插入到连接管33a中时，即，当连接管33a的前端与辅助活塞36相接触时，达到活塞32和辅助活塞36之间的最大位移，以使连接管33a不再作出任何前进。

将解释在压缩机部分内活塞32、连接装置33以及共振装置的操作。

螺旋弹簧34和辅助活塞36的固有频率与活塞32的往复频率相同。辅助活塞36的固有频率与转子的转动圈数相同，以便辅助活塞36在与活塞相同的往复频率下与活塞32共振。

图8示意性说明了在压缩机部分内活塞系统的模型，参照该模型活塞系统被表示为如下的表达式。

X＝L1cosθ                                                             (1)

Y＝L1sinθ                                                             (2)

X′＝-ωL1sinθ                                                     (3)

Y′＝ωL1cosθ                                                      (4) $P=X+\sqrt{({L2}^2-Y^2)}----\left(5\right)$

dP/dT＝YY′/(X-P)+X′                    (6)

G＝γ|P|cos(ωt-θ)                      (7) $Q=P+G=P=X+\sqrt{({L2}^2-Y^2)}+\mathrm{\γ}\left|P\right|\cos (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\θ})----\left(8\right)$

dQ/dT＝YY′/(X-P)+X′-γ|P|cos(ωt-θ)   (9)

其中，γ和θ是ω_n 的函数，K：共振器的弹性模量，而M：辅助活塞的质量。如图所示，活塞32的位置P沿与现有技术压缩机的活塞相同的正弦曲线移动，而辅助活塞36与活塞32相同也沿正弦曲线移动。当弹簧34和辅助活塞的固有频率被设定为与活塞32的往复频率相同时，辅助活塞36的共振特性Q被表示为表达式(8)，其中γ为由压缩工作和吸取工作造成的位移阻尼比，而相位差被表示为固有频率和阻尼比的函数。如果将被压缩和吸取造成的阻尼程度考虑进去，辅助活塞36遵循表达式(8)位移，且以遵循表达式(9)的速度运动。活塞32、辅助活塞36以及共振器，即螺旋弹簧34的操作示于图9中。

参照图9，在压缩过程中，在初始阶段弹簧34被活塞的速度所压缩，而尽管在初始阶段辅助活塞36的位移小于活塞32的位移，随着压缩过程进行到后半段，弹簧34膨胀成较大，以便辅助活塞36的位移大于活塞32的位移，导致辅助活塞36的速度在整个压缩过程中几乎恒定，而相对时间没有任何较大的变化，以进行恒定速度的压缩。在吸取过程中，虽然辅助活塞36的速度由于辅助活塞36不能跟上活塞32的速度而不太大，由于随着吸取过程进行到后半段活塞接近下静止中心时弹簧压缩而使吸取速度变得较快，导致辅助活塞36的速度正好在下静止中心之前跟上活塞32的速度，与现有技术相比，这增大了速度，以增加吸取致冷剂的流速。

从而，通过将弹簧34和辅助活塞36配装到活塞32上，由于致冷剂以更均匀的速度压缩，而减少了总的压力损失，并且由于在吸取过程中在下静止中心附近速度增大而改善了压缩机性能，这允许吸入更多量的致冷剂。

图10示出本发明的辅助活塞和现有技术活塞的位置相对速度的对比的曲线，其中，虚线代表现有技术活塞18的位置相对速度曲线，而实线代表本发明的辅助活塞36的位置相对速度的曲线。现有技术的压缩和吸取与本发明的辅助活塞的压缩和吸取对比如下：

虽然在现有技术的压缩过程中随着活塞接近上静止中心而活塞速度剧烈增加，导致致冷剂过压，本发明压缩过程中辅助活塞的均匀速度分配可防止不需要的能量损失。在现有技术吸取过程中随着活塞接近下静止中心活塞的剧烈速度下降导致不能确保更多量的致冷剂，在本发明吸取过程中辅助活塞的均匀速度分配可确保更大量的致冷剂，从而使压缩机效率提高。

图11示出根据本发明另一优选实施例的具有应用于其上的气动型共振器的压缩机部分的剖面。

参照图11，活塞系统包括气动型共振器44的活塞42和辅助活塞46，该气动型共振器作用与前述实施例中的弹簧34相同，使压缩和吸取过程中的速度梯度均匀，增加致冷剂的流速。活塞42和辅助活塞46通过连接装置43连接，与图6的实施例类似，该连接装置43具有连接管43a、连接杆43b和挡块43a1和43b1。

图12示出根据本发明另一优选实施例的往复式压缩机中的具有提供给连杆的共振器的压缩机部分的剖面。

参照图12，可以得知，本实施例的连杆54被分成两个零件。连杆54包括连接到套筒12b上的套筒侧零件54a，和连接到活塞60上的活塞侧零件54b，以及插入套筒侧零件54a和活塞侧零件54b之间的空间内作为共振器的螺旋弹簧64。具有环绕两个零件54a和54b的连接管56，以用于限制连杆54的两个零件54a和54b之间的最大和最小位移。连接管56具有环形截面，且内径大于连杆54的外径，以用于将连杆54插入其内。连杆54的两个零件54a和54b中每一个具有挡块54a1和54a2，用于限制零件54a或54b的位移。连接管56在连接管56的中间一侧上具有突起56c，用于在两个零件被压缩以限制最小位移时阻挡连接杆54的套筒侧零件54a和活塞侧零件54b。连接管56不仅限制最大和最小位移，而且使两个零件保持在同一轴线上。

在所述实施例中，除了螺旋弹簧外，也可以使用诸如板簧等的弹性体。使用图12所示的气动弹簧也是理想的。当采用板簧时，膜盒式(bellowstype)板簧是优选地。图12所示的实施例具有大于现有技术的致冷剂流速，是因为，象前面的实施例一样，该实施例在压缩和吸取过程中可以获得均匀的速度，且在吸取过程中下静止中心附近可以获得较大的活塞速度。

本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精髓或范围前提下，对本发明的往复式压缩机可以作出各种修改和变化。从而，要指出的是本发明覆盖其的修改和变化，只要后者落入所附权利要求书及其等价物的范围之内。

Claims (14)

1.一种往复式压缩机，包括：

用于将曲轴的旋转运动转化为线性往复运动的连杆；

用于在作动缸单元内侧通过连杆进行线性往复运动的活塞；以及

用于共振活塞的共振装置。

2.如权利要求1所述的往复式压缩机，其特征在于，共振装置配装到活塞上。

3.如权利要求1所述的往复式压缩机，其特征在于，共振装置配装到连杆上。

4.如权利要求1或2所述的往复式压缩机，其特征在于，共振装置包括：

辅助活塞，用于在作动缸内压缩及吸取致冷剂，并与致冷剂接触，以及

共振器，其设置在活塞和辅助活塞之间，具有与活塞往复频率相同的振动频率。

5.如权利要求1或3所述的往复式压缩机，其特征在于，共振装置包括共振器，其具有与活塞往复频率相同的振动频率。

6.如权利要求4所述的往复式压缩机，其特征在于，共振器为板簧、螺旋弹簧或采用气压的气动弹簧。

7.如权利要求4所述的往复式压缩机，其特征在于，共振器为板簧、螺旋弹簧或采用气压的气动弹簧。

8.如权利要求4所述的往复式压缩机，其特征在于，活塞和辅助活塞包括连接装置，用于防止活塞和辅助活塞断开。

9.如权利要求8所述的往复式压缩机，其特征在于，连接装置包括配装到活塞上的连接管和配装到辅助活塞上的连接杆。

10.如权利要求9所述的往复式压缩机，其特征在于，连接管和连接杆在其前端分别具有挡块，用于防止连接管和连接杆断开。

11.如权利要求3所述的往复式压缩机，其特征在于，连杆被分成套筒侧零件和活塞侧零件。

12.如权利要求3或11所述的往复式压缩机，其特征在于，还包括用于环绕套筒侧零件和活塞侧零件二者的连接管。

13.如权利要求12所述的往复式压缩机，其特征在于，连接管和连杆的套筒侧零件及活塞侧零件在两端和其前端分别具有挡块。

14.如权利要求13所述的往复式压缩机，其特征在于，连接管在其内侧具有突起，用于在套筒侧零件和活塞侧零件靠近时限制最小位移。

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