CN209012065U - 用于涡旋压缩机的配重组件和涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及配重组件和涡旋压缩机，在一个方面中，提供了一种用于涡旋压缩机的配重组件，该配重组件包括衬套和配重，涡旋压缩机的驱动轴经由衬套驱动涡旋压缩机的动涡旋，配重的结构和/或形状根据涡旋压缩机的预定参数进行设计，使得配重的质量和/或质心位置被调整，配重组件设定有比例系数η＝mR/Mr，配重的质量和/或质心位置被调整成使得：0.01≤η≤b，并且其中0.1≤b≤0.9，其中，m是配重的质量，R是配重的质心至驱动轴的回转中心的回转半径，M是动涡旋的质量，r是动涡旋的质心至驱动轴的回转中心的动涡旋回转半径。采用上述构造，能够根据所述涡旋压缩机的预定参数改进配重的结构和/或形状。

Description

用于涡旋压缩机的配重组件和涡旋压缩机

技术领域

本实用新型涉及配重组件和包括该配重组件的涡旋压缩机，更具体地，涉及能够在配重的结构和/或形状做出改进的配重组件。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

在包括运动部件(例如压缩机构、马达、旋转轴等)的旋转式机械 (例如压缩机特别是涡旋压缩机)中，在机械运转时由于运动部件的运动(例如转动)不平衡而会增大振动、噪音等。在一些情况中，运动部件的运动不平衡是由于运动部件本身和/或其上所安装的构件的加工误差而造成质心不平衡而导致的。在其它情况中，运动部件的运动不平衡是由于特意地在运动部件本身和/或其上所安装的构件中设置偏心结构以实现特殊功能而导致的(例如，在涡旋压缩机中，在驱动轴处设置偏心销以利用偏心原理来使动涡旋相对于静涡旋进行圆周平动)。

针对这种运动不平衡，通常在运动部件上设置能够提供反向离心力的配重以平衡所产生的运动不平衡从而减小振动和噪音。

配重随着运动部件的运动而运动。在例如运动部件高速旋转、配重所处的环境存在气体流、和/或配重所处的环境存在液体流(例如油流) 的应用情形中，配重的存在会导致运动部件的运动阻力增大从而导致系统动力功耗增大。另外，如果配重由于形状等原因而导致强度不足，则高速运动中的配重将易于发生断裂(例如疲劳断裂)。

在现有技术(WO 2012117600)所公开的用于压缩机的配重中，通过调整平衡盘的偏心配重部的位置来调整平衡盘的质心位置(质心的角度)，从而设计平衡盘的离心力方向来平衡所受到的气体力，用于在压缩机起动时减小涡旋偏心量，从而减轻负载，达到快速平稳起动目的。在该现有技术中，平衡盘的离心力和气体力分力平衡，两力方向相反，共同作用于平衡盘上面，在压缩机起动时，气体还未压缩，此时平衡盘离心力沿着驱动轴的驱动平面的分力大于气体力沿着驱动平面的分力，则平衡盘沿着与气体力的相反方向滑动最远距离，此时动涡旋偏心量最小。然而，该现有技术只是针对压缩机起动状态，仅能减轻压缩机起动负载并且并不涉及针对压缩机振动、平衡系统的配重设计。

有鉴于此，在本领域中，存在改进配重尤其是通过特定参数来限定配重的结构和/或形状来设计配重以优化配重的需求。

实用新型内容

本实用新型的一个或多个实施方式的一个目的是提供一种通过特定参数来限定配重的结构和/或形状以优化配重的配重组件，以克服或缓解上述缺陷中的至少之一。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于涡旋压缩机的配重组件，所述配重组件包括配重，其中，所述配重的结构和/或形状根据所述涡旋压缩机的预定参数进行设计，使得所述配重的质量和/或质心位置被调整，其中，所述配重组件设定有比例系数η＝mR/Mr，所述配重的质量和/或质心位置被调整成使得：0.01≤η≤b，并且其中0.1≤b≤0.9，其中，m是所述配重的质量，R是所述配重的质心至所述涡旋压缩机的驱动轴的回转中心的回转半径，M是所述涡旋压缩机的所述动涡旋的质量，r是所述动涡旋的质心至所述驱动轴的回转中心的动涡旋回转半径。

有利地，所述配重组件还包括衬套，所述驱动轴经由所述衬套驱动所述动涡旋，所述预定参数包括：所述驱动轴的驱动力F2、所述涡旋压缩机的动涡旋与静涡旋的接触力F4、所述动涡旋的离心力F3、所述涡旋压缩机的压缩机构的气体力、所述衬套与所述动涡旋之间的驱动轴承的受力极限、和/或所述涡旋压缩机的最大转速ωmax。

有利地，从所述驱动轴的轴向方向观察，通过所述配重的质心和所述回转中心的直线与所述衬套的驱动表面的夹角为θ，其中， b＝2F2*sinθ/ω2max*Mr。

有利地，从所述驱动轴的轴向方向观察，通过所述回转中心和所述驱动轴的偏心销的中心的直线定义为Y轴，通过所述配重的质心和所述回转中心的直线与Y轴的夹角为α，通过所述动涡旋的质心和所述回转中心的直线与Y轴的夹角为β，并且其中，所述夹角α与所述夹角β满足∣α-β∣＜10°。

有利地，所述夹角α与所述夹角β大小相等且方向相反。

有利地，从所述驱动轴的轴向方向观察，通过所述配重的质心和所述回转中心的直线与所述衬套的驱动表面的夹角为θ，所述夹角θ满足：

θ＞arcsin(F1/2F2)，从而使得F5＜F2，其中，F1为所述配重的离心力，F5为所述驱动轴承的驱动力。

有利地，所述夹角θ通过调整所述配重相对于所述衬套的安装位置和/或调整所述配重的质心的周向位置而被调整。

有利地，所述配重的配重部的周向上两侧面之间的夹角为所述配重的质量和/或质心位置通过调整所述夹角而被调整。

有利地，所述驱动轴经由所述配重组件的衬套驱动所述动涡旋，所述配重包括安装至所述衬套的安装部和从所述安装部延伸的配重部，所述配重部包括相互拼接的多个部段。

有利地，所述配重部包括沿轴向相互拼接的多个部段和/或沿径向相互拼接的多个部段。

有利地，所述配重包括配重部，所述配重的质量和/或质心位置通过改变所述配重部的外周缘的形状而被调整。

有利地，所述配重部包括关于所述配重组件的旋转方向的前端部和尾端部，所述外周缘呈大致弧形，并且所述外周缘的曲率半径从所述前端部至所述尾端部由小变大地变化。

有利地，所述配重部包括关于所述配重组件的旋转方向的前端部和尾端部，所述外周缘呈等边多边形形状或者所述外周缘呈不等边多边形的边长从所述前端部至所述尾端部由长变短地变化的不等边多边形形状。

有利地，所述驱动轴经由所述配重组件的衬套驱动所述动涡旋，所述衬套为卸载衬套。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种涡旋压缩机，所述涡旋压缩机包括上述的配重组件。

有利地，所述驱动轴经由所述配重组件的衬套驱动所述动涡旋，所述动涡旋包括毂部，并且所述驱动轴包括偏心曲柄销，所述偏心曲柄销经由所述衬套配合在所述毂部中以驱动所述动涡旋；或者所述动涡旋包括柄部，并且所述驱动轴包括偏心凹部，所述柄部经由所述衬套配合在所述偏心凹部中使得所述动涡旋被所述驱动轴驱动。

根据本实用新型的一种或几种实施方式的配重组件和涡旋压缩机的优点例如如下所述。根据压缩机的预定应用工况控制配重离心力与其平衡的动涡旋离心力的比例系数的大小，得到最优的动涡旋的质量和回转半径的参数，由此设计出优化的具有合适结构和/或形状的配重，同时有利于改善涡旋压缩机的动涡旋和静涡旋之间的接触力。并且，在需要使配重的质量和回转半径的乘积不变的情况下，通过使用不同材料、采用拼接方式和/或采用改变配重的外周缘的形状来构造配重而仍可以调整配重的质量和/或质心位置，以调整配重的离心力和/或离心力方向。通过配重(质心)相对于衬套的驱动平面的夹角、配重(质心)相对于驱动轴(偏心销的中心)的夹角、动涡旋(质心)相对于驱动轴的夹角和 /或配重的配重部的周向上两侧面之间的夹角，来限定并优化配重的质量和/或质心位置，同时还可以改善驱动轴承的受力，以适应于不同的压缩机及压缩机预定工况。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1为示出应用了根据本实用新型的配重组件的涡旋压缩机的纵剖图；

图2为示出图1的配重组件的放大纵剖图，其中示出了动涡旋的离心力、驱动轴的驱动力、动涡旋和静涡旋之间的接触力、配重的离心力；

图3为示出根据本实用新型的包括配重和衬套的配重组件的立体图；

图4为示出了图3的从驱动轴的轴向方向上观察的配重组件的俯视图，其中示出了配重(质心)相对于衬套的驱动平面的夹角、配重的回转半径、动涡旋的回转半径；

图5为示出了图3的从驱动轴的轴向方向上观察的配重组件的俯视图，其中示出了配重(质心)相对于衬套的驱动平面的夹角、配重(质心)相对于驱动轴(偏心销的中心)的夹角以及动涡旋(质心)相对于驱动轴的夹角；

图6A为示出了图3的从驱动轴的轴向方向上观察的配重组件的俯视图，其中示出了驱动轴承的在配重的离心力和驱动轴的驱动力的共同作用下的驱动力；

图6B为示出了驱动轴承的在配重的离心力和驱动轴的驱动力的共同作用下的驱动力的坐标系的示意图；

图7为示出根据本实用新型的另一实施方式的涡旋压缩机的纵剖图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。

下面将参照图1至图6描述应用了根据本实用新型的实施方式的配重组件的涡旋压缩机10的基本构造和原理。

参见图1，涡旋压缩机10一般包括壳体110、设置在壳体110一端的顶盖112、设置在壳体110另一端的底盖114以及设置在顶盖112和壳体110之间以将压缩机的内部空间分隔成高压侧和低压侧的隔板116。隔板116和顶盖112之间构成高压侧，而隔板116、壳体110和底盖114 之间构成低压侧。在低压侧设置有用于吸入流体的进气接头118，在高压侧设置有用于排出压缩后的流体的排气接头119。壳体110中设置有由定子122和转子124构成的电机120。转子124中设置有驱动轴30以驱动由静涡旋150和动涡旋160构成的压缩机构。动涡旋160包括端板 164、形成在端板一侧的毂部162和形成在端板另一侧的螺旋状的叶片 166。静涡旋150包括端板154、形成在端板一侧的螺旋状的叶片156和形成在端板的大致中央位置处的排气口152。在静涡旋150的螺旋叶片 156和动涡旋160的螺旋叶片166之间形成一系列体积从径向外侧向径向内侧逐渐减小的压缩腔。

驱动轴30的一部分由设置在主轴承座20中的主轴承144支撑。驱动轴30的一端形成有偏心曲柄销32。偏心曲柄销32经由衬套200配合在动涡旋160的毂部162中以驱动动涡旋160。

主轴承座20上设置有作为止推板的主轴承盖板50。主轴承盖板50 可以通过固定装置固定在主轴承座20上。在主轴承座20和主轴承盖板 50之间形成空间。动涡旋160的一侧由主轴承盖板50支撑。通过电机 120的驱动，动涡旋160将相对于静涡旋150平动转动(即，动涡旋160 的中心轴线绕静涡旋150的中心轴线回转，但是动涡旋160本身不会绕自身的中心轴线旋转)以实现流体的压缩。上述平动转动通过静涡旋150 和动涡旋160之间设置的十字滑环190来实现。经过静涡旋150和动涡旋160压缩后的流体通过排气口152排出到高压侧。为了防止高压侧的流体在特定情况下经由排气口152回流，在隔板116的中央孔口处设置有单向阀或排气阀170。

在运转过程中，参见图2和图3，通过电机120的驱动，动涡旋160 将相对于静涡旋150平动转动(即，动涡旋160的中心轴线绕静涡旋150 的中心轴线回转，但是动涡旋160本身不会绕自身的中心轴线旋转)，从而动涡旋160将产生离心力F₃，由于动涡旋160在运转过程中的离心力F₃和/或压缩机构的气体力，因此在静涡旋150的螺旋叶片156的侧表面与动涡旋160的螺旋叶片166的侧表面之间产生接触力F₄。

然而，涡旋压缩机，特别是变频涡旋压缩机，会根据环境温度和需求而改变压缩机转速从而实现工况改变，但是随着转速的提高，动涡旋的离心力变大，动涡旋与静涡旋之间接触力也会变大，当超过涡旋叶片接触壁最大强度时可能会发生损坏失效，造成不可预料突发状况。

为了降低静涡旋150的螺旋叶片156的侧表面与动涡旋160的螺旋叶片166的侧表面之间的接触力，涡旋压缩机10进一步设置有配重100。配重100构造成能够随驱动轴30旋转并且配重100由于旋转而造成的离心力F₁作用在动涡旋160的毂部162上。配重100的离心力的方向可以设置成与动涡旋160的离心力的方向大致相反。因此，配重能够有效地抵消动涡旋160的离心力以便减小接触力F4。值得注意地是，配重 100除了可以如图中的实施方式那样设置在衬套200上，配重100还可以设置在动涡旋160的毂部162上。

结合图4，配重100的结构和/或形状根据涡旋压缩机10的预定参数进行优化设计，使得配重100的质量和/或质心G1位置被调整。具体地，当压缩机旋转时，动涡旋160的离心力F3＝Mω²r，配重100的离心力 F1＝mω²R，定义比例系数η＝F1/F3＝mR/Mr，配重100的质量和/或质心 G1位置(例如，已知压缩机的最恶劣工况以及最大转速ωmax的情况下)被调整成使得：0.01≤η≤b，并且其中0.1≤b≤0.9，其中，m是配重100的质量，R是配重100的质心G1至驱动轴30的回转中心O1的回转半径，M是动涡旋160的质量，r是动涡旋的质心G2至驱动轴30 的回转中心O1的动涡旋回转半径。特别地，0.1≤η≤b，并且其中0.1 ≤b≤0.9，更特别地，0.15≤η≤b，并且其中0.15≤b≤0.9。借此根据压缩机的预定应用工况控制配重离心力与其平衡的动涡旋离心力的比例系数的大小，得到最优的动涡旋的质量和回转半径的参数，由此设计出优化的具有合适结构和/或形状的配重，同时有利于改善涡旋压缩机的动涡旋和静涡旋之间的接触力。并且，在需要使配重的质量m和回转半径 R的乘积不变的情况下，可以方便地例如使用不同材料来构成配重而仍可以调整配重的质量和/或质心位置，以调整配重的离心力和/或离心力方向。

其中，上述预定参数可以包括：驱动轴30的驱动力F2、涡旋压缩机10的动涡旋与静涡旋的接触力F4、动涡旋的离心力F3、涡旋压缩机 10的压缩机构的气体力、衬套200与动涡旋160之间的驱动轴承的受力极限、和/或涡旋压缩机10的最大转速ωmax。

进一步地，参见图4，从驱动轴30的轴向方向观察，通过配重100 的质心G1和驱动轴30的回转中心O1的直线与衬套200的驱动表面201 的夹角为θ，将上述b限定为：b＝2F2*sinθ/ω²max*Mr。

根据本实用新型的实施方式的另一个方面，通过设计配重(质心) 相对于衬套的驱动平面的夹角、配重(质心)相对于驱动轴(偏心销的中心)的夹角以及动涡旋(质心)相对于驱动轴的夹角和/或配重的配重部的周向上两侧面之间的夹角，来限定并优化配重的质量和/或质心位置，同时还可以改善驱动轴承的受力，以适应于不同的压缩机及压缩机预定工况。参见图5，从驱动轴的轴向方向观察，将通过驱动轴的回转中心 O1和驱动轴30的偏心销32的中心O2的直线定义为Y轴，将通过驱动轴的回转中心O1且与Y轴垂直的直线定义为X轴，通过配重100的质心G1和回转中心O1的直线与Y轴的夹角为α，通过动涡旋的质心G2和回转中心O1的直线与Y轴的夹角为β，并且其中，夹角α与夹角β满足∣α-β∣＜10°，使得允许在实现优化动平衡的同时满足系统的容差。

有利地，夹角α与夹角β大小相等且方向相反，使得最大化配重对动涡旋的动平衡。

进一步地，考虑到在衬套200与动涡旋160的毂部162之间设置驱动轴承，则，驱动轴承的驱动力F5为在配重100的离心力F1和驱动轴 30的驱动力F2的(经由衬套200)共同作用下所受到的力。参见图6A 至图6B，从驱动轴30的轴向方向观察，通过配重100的质心G1和回转中心O1的直线与衬套200的驱动表面201的夹角为θ，夹角θ满足：θ＞arcsin(F1/2F2)，从而使得F5＜F2，由此避免F5过大。考虑驱动轴承的受力极限，借助于对上述夹角θ的设计以保护驱动轴承不磨损或减少磨损。

并且，上述夹角θ还可以通过调整配重100相对于衬套200的安装位置而被调整，例如在衬套为卸载衬套时，调节配重的外周边缘相对于衬套的驱动表面的安装角度而将配重安装在衬套上，附接地或替代性地，上述夹角θ可以通过调整配重100的质心G1的周向位置(例如，通过在配重部的两个周向侧中的一个周向侧上拼接加重部而实现)而被调整。

在根据本实施方式的其他方面，再参见图5，配重100的配重部101 的周向上两侧面之间的夹角为配重100的质量和/或质心G1位置通过调整夹角而被调整。

更进一步地，结合图5，配重100包括安装至衬套的安装部102和从安装部102延伸的配重部101，配重部101包括沿轴向相互拼接的多个部段和/或沿径向相互拼接的多个部段。通过对配重的起配重作用的部分进行灵活拼接，能够方便地例如改变配重质量和/或回转半径等，从而可满足压缩机的不同工况、不同材料等情况下的力学要求、平衡要求和结构要求等

在根据本实施方式的其他方面，配重100的质量和/或质心G1位置通过改变配重100的配重部101的外周缘的形状而被调整。有利地，配重部包括关于配重组件的旋转方向的前端部和尾端部，在图5中，配重部的外周缘呈大致弧形，并且外周缘的曲率半径从前端部至尾端部由小变大地变化，这还可以适应配重组件沿旋转方向RD旋转时的气体力分布，从而减少气体力功耗。虽然附图中示出配重部的外周缘呈弧形，但是外周缘也可以呈等边多边形形状，或者外周缘呈不等边多边形的边长从前端部至尾端部由长变短地变化的不等边多边形形状。

有利的，衬套为卸载衬套，使得为动涡旋提供径向柔性。

除了如图1示出的根据本实用新型的涡旋压缩机10之外，参见图7，根据本实用新型的配重组件还适用于如图7所示的另一种涡旋压缩机。与如图1所示的涡旋压缩机不同的地方在于，在如图7所示的涡旋压缩机中，动涡旋160包括柄部163，并且涡旋压缩机的驱动轴30包括偏心凹部132，柄部163经由衬套200配合在凹部中使得动涡旋160被驱动轴30驱动。

尽管在此已详细描述本实用新型的各种实施方式，但是应该理解本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims (16)

1.一种用于涡旋压缩机的配重组件，其特征在于，所述配重组件包括配重，其中，所述配重的结构和/或形状根据所述涡旋压缩机的预定参数进行设计，使得所述配重的质量和/或质心位置被调整，其中，所述配重组件设定有比例系数η＝mR/Mr，所述配重的质量和/或质心位置被调整成使得：0.01≤η≤b，并且其中0.1≤b≤0.9，其中，m是所述配重的质量，R是所述配重的质心至所述涡旋压缩机的驱动轴的回转中心的回转半径，M是所述涡旋压缩机的动涡旋的质量，r是所述动涡旋的质心至所述驱动轴的回转中心的动涡旋回转半径。

2.根据权利要求1所述的配重组件，其中，所述配重组件还包括衬套，所述驱动轴经由所述衬套驱动所述动涡旋，所述预定参数包括：所述驱动轴的驱动力F2、所述涡旋压缩机的动涡旋与静涡旋的接触力F4、所述动涡旋的离心力F3、所述涡旋压缩机的压缩机构的气体力、所述衬套与所述动涡旋之间的驱动轴承的受力极限、和/或所述涡旋压缩机的最大转速ω_max。

3.根据权利要求2所述的配重组件，其中，从所述驱动轴的轴向方向观察，通过所述配重的质心和所述回转中心的直线与所述衬套的驱动表面的夹角为θ，其中，b＝2F2*sinθ/ω² _max*Mr。

4.根据权利要求2所述的配重组件，其中，从所述驱动轴的轴向方向观察，

通过所述回转中心和所述驱动轴的偏心销的中心的直线定义为Y轴，

通过所述配重的质心和所述回转中心的直线与Y轴的夹角为α，

通过所述动涡旋的质心和所述回转中心的直线与Y轴的夹角为β，

并且其中，所述夹角α与所述夹角β满足∣α-β∣＜10°。

5.根据权利要求4所述的配重组件，其中，所述夹角α与所述夹角β大小相等且方向相反。

6.根据权利要求4所述的配重组件，其中，从所述驱动轴的轴向方向观察，通过所述配重的质心和所述回转中心的直线与所述衬套的驱动表面的夹角为θ，所述夹角θ满足：

θ＞arcsin(F1/2F2)，从而使得F5＜F2，

其中，F1为所述配重的离心力，F5为所述驱动轴承的驱动力。

7.根据权利要求6所述的配重组件，其中，所述夹角θ通过调整所述配重相对于所述衬套的安装位置和/或调整所述配重的质心的周向位置而被调整。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的配重组件，其中，所述配重的配重部的周向上两侧面之间的夹角为所述配重的质量和/或质心位置通过调整所述夹角而被调整。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的配重组件，其中，所述驱动轴经由所述配重组件的衬套驱动所述动涡旋，所述配重包括安装至所述衬套的安装部和从所述安装部延伸的配重部，所述配重部包括相互拼接的多个部段。

10.根据权利要求9所述的配重组件，其中，所述配重部包括沿轴向相互拼接的多个部段和/或沿径向相互拼接的多个部段。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的配重组件，其中，所述配重包括配重部，所述配重的质量和/或质心位置通过改变所述配重部的外周缘的形状而被调整。

12.根据权利要求11所述的配重组件，其中，所述配重部包括关于所述配重组件的旋转方向的前端部和尾端部，所述外周缘呈大致弧形，并且所述外周缘的曲率半径从所述前端部至所述尾端部由小变大地变化。

13.根据权利要求11所述的配重组件，其中，所述配重部包括关于所述配重组件的旋转方向的前端部和尾端部，所述外周缘呈等边多边形形状或者所述外周缘呈不等边多边形的边长从所述前端部至所述尾端部由长变短地变化的不等边多边形形状。

14.根据权利要求1至7中任一项所述的配重组件，其中，所述驱动轴经由所述配重组件的衬套驱动所述动涡旋，所述衬套为卸载衬套。

15.一种涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机包括如权利要求1至14中任一项所述的配重组件。

16.如权利要求15所述的涡旋压缩机，其中：所述驱动轴经由所述配重组件的衬套驱动所述动涡旋，

所述动涡旋包括毂部，并且所述驱动轴包括偏心曲柄销，所述偏心曲柄销经由所述衬套配合在所述毂部中以驱动所述动涡旋；或者

所述动涡旋包括柄部，并且所述驱动轴包括偏心凹部，所述柄部经由所述衬套配合在所述偏心凹部中使得所述动涡旋被所述驱动轴驱动。