CN213175975U - 封闭式变频压缩机的支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种封闭式变频压缩机的支撑系统,包括壳体、电机、机械套件以及固定组件,所述电机上设置有定子,所述固定组件固设于所述定子上,所述固定组件与所述壳体之间固设有至少3个完全相同的圆锥形弹簧,所述圆锥形弹簧的较大端的直径Ds与所述圆锥形弹簧的较小端的直径Di的比值取决于所述圆锥形弹簧的轴向和横向刚度,所述圆锥形弹簧的Ds与Di之间的比值与所述圆锥形弹簧的有效高度h之间相互适配,所述圆锥形弹簧的节距p与其钢丝直径d之间相互适配,所述圆锥形弹簧处于压缩状态。通过设置圆锥形弹簧,可以减小低频振动以及高频振动,同时可以降低噪音。
Description
技术领域
本实用新型涉及到变频制冷压缩机设备,具体涉及到封闭式变频压缩机的支撑系统。
背景技术
带活塞和连杆的变频制冷压缩机通常配有弹簧支撑系统。弹簧组件减弱电机-压缩机组件在压缩机的工作频率下运行所产生的振动能量,特别是通过活塞的往复运动而产生的振动能量,并将其传输到压缩机内。弹簧总成限制了电机-压缩机总成在压缩机启动和停止时的运动,当应用于制冷系统时,从而避免了机械套件和壳体之间的碰撞。此外,这种弹簧组件用于在运输过程中支撑电机-压缩机组件。压缩机正常运行过程中产生的振动是由机械压缩机总成的可动质量的振动产生的,所述可动质量通常包括活塞、连杆和偏心轴,其将电动机转子的旋转运动转换为活塞振动。电动机-压缩机总成的支撑系统一般可分为两类:用受拉工作的弹簧进行缓冲,用受压工作的弹簧进行缓冲。还有一些系统使用压缩和张力的组合。在使用在压缩下工作的压簧(通常为螺旋弹簧)的构造性布置中,每个螺旋弹簧的下端都位于由塑料制成的下支架上,该支架通过其内部的金属销固定在压缩机壳体上。每个弹簧也有一个上端,固定在由塑料制成的上支架上,该支架固定在压缩机电机和固定电机本身的块组成的总成上。下支架和上支架可采用现有技术中已知的不同方式建造,只要它们能够使电机-压缩机组件(包括机体)悬浮在外壳内。总成通常安装在四个螺旋弹簧上,每个弹簧在下支架和上支架之间的压缩下工作。根据已知的固定壳体支撑螺旋弹簧和压缩机固定组件的技术,每个下部和上部支撑都带有各自的销。每个销可通过焊接或任何其他适合联轴节的方式加工或冲压并固定到各自的支架上。每个销自身接收并固定一个盖,通常由塑料或橡胶等合成材料制成,覆盖销,其配置为通过在相应螺旋弹簧的相邻端内的干涉接合。所述部件(上部和下部支架)定义了限位器,当所述部件彼此邻接时以及当冲击试验期间螺旋弹簧的压缩程度达到确定值时,限位器限制每个螺旋弹簧的压缩程度。冲击试验再现了冰箱在运输至最终客户家中时的坠落情况。已知螺旋弹簧的活动高度h(不考虑干扰各塑料部件的非活动线圈)、钢丝直径d、弹簧平均直径d和节距p(线圈之间)的尺寸,以使弹簧的几何结构与CO内可用的安装空间相兼容。M压力室,以及弹簧的适当静态刚度。为了确定弹簧的静态刚度,所述尺寸应考虑两个必须注意的细节:第一个问题是刚度不能很高,否则将无法降低压缩机振动传递至相关制冷系统(例如,至制冷剂发电机),尤其是在压缩机的工作频率和一次谐波中。第二个参数是必须考虑的另一个参数,因为在另一方面,弹簧的刚度也不应太低,因为在启动或停止压缩机时,甚至在静止和运输过程中,都有可能使电动机-压缩机总成(包括机体)到达壳体。
巴西专利文件PI1101247-1描述了一种用于制冷压缩机的压簧,其类型包括一个外壳和一个与电动机定子形成的块,一个通过一组螺旋弹簧安装在外壳内的固定组件。上述文件的螺旋弹簧在所定义的弹簧参数之一的预定尺寸范围内[从弹簧的平均直径(d)、其圈数的节距(p)、弹簧丝直径(d)和有效高度(h)]提供了另外三个参数中每对中至少两个参数之间的比率,定义为提供所述悬架螺旋弹簧,对于所需的频带,其刚度至少与悬架的结构安全性刚度相对应,且相对于仅根据其结构悬架要求确定尺寸的弹簧,其声学传递性衰减,以达到所需的频带。更具体地说,所述文件中所述的悬架弹簧在1.3mm和1.7mm 之间定义的弹簧钢丝直径的预定范围内,弹簧直径与其圈间距的比值在4.9和7.85之间,弹簧直径与其有效高度的比值在0.81和0.90之间,以提供高达30db的弹簧声传递率衰减。然而,上述布置的主要缺点是限制了典型螺旋弹簧的轴向和横向刚度,不允许减小横向刚度,因此,不可能在低速压缩机中使用;美国专利第4111407号文件涉及具有更大自由长度的圆柱形弹簧特征的锥形压缩螺旋弹簧。弹簧的特点是:钢丝的直径从底部到顶点的末端逐渐减小,线圈的节距从底部到顶点的末端逐渐减小,因此线圈的平均直径与钢丝直径的比值在线圈之间是恒定的。此外,线圈的每一个直径的尺寸最好适合下一个较大的线圈,使弹簧能够突出显示较小的固体压缩高度。但是,由于弹簧钢丝直径的变化和高张力,上述弹簧在冲击和运输试验中很可能变形和断裂。另一个缺点是通过增加直径来增加刚度,也就是说,压缩机的振动增加,从而在使用时增加噪音;在文件U.S.4427349A中,描述了一种支撑系统,包括用于弹性地将制冷压缩机电机单元安装在密封外壳内的运输停止装置。支撑系统包括一个三点支撑装置,上述装置使用一对横向布置的弹簧,每个弹簧具有一个单独的锥形部分,以向压缩机电机提供垂直支撑,并结合一个上部弹簧以提供横向稳定性。它还提供了限制横向和垂直移动的运输停止装置,以防止压缩机电机在运输过程中过度移动,从而损坏悬架系统的部件。此外,上述系统能够使用不同尺寸的单个垫片,将不同尺寸的压缩机-电机单元安装在标准密封外壳尺寸中。作为上述文件的一个缺点,可以引用弹簧总成的位置,也就是说,较小的直径在顶部,较大的直径在底部,这使得上述配置呈现出从机械套件向外壳传递力的增加,从而导致增加压缩机的噪音和振动。另一个缺点是弹簧的位置,其中只有2个(下部)弹簧支撑机械套件,因为套件顶部的第三个弹簧仅用作横向定位支撑块,这可能导致弹簧轴向刚度增加不方便。此外,上述配置的装配过程是复杂的,因为当外壳关闭(顶部)时,第三个弹簧总成无法可视化,这可能会导致由于装配的部件没有对齐而导致弹簧未连接或定位错误。公布号为CN201215423Y的中国专利提供一种制冷压缩机内电机的支撑结构,所述的制冷压缩机包括有壳体及置于壳体内的电机和气缸体,气缸体通过气缸座与电机定子固定连接,定子铁芯用螺栓与气缸座连接,定子通过支撑结构和壳体连接,支撑结构包括支撑弹簧和支承部件,支承部件包括凸帽部、支承部、连接柱和裙部,凸帽部和连接柱分别位于支承部的上方和下方,裙部位于连接柱外连接于支承部边缘处,支承部件通过内设的凹部与螺栓头配合安装到定子铁芯底部边缘处,支撑弹簧的一端与连接柱连接,凸帽部将支承部件定位,裙部将支撑弹簧和露出铁芯部分线圈隔离。上述支撑弹簧是与支撑部件分开的,在压缩机搬运过程中经常存在支撑弹簧从上部弹簧套里脱落出来、造成压缩机故障的现象,对于上述问题,公布号为 CN202381294U的中国专利公开了一种压缩机弹簧支撑结构,它包括螺栓和支撑弹簧,所述螺栓靠近底端处设有凸缘,所述凸缘的外径与支撑弹簧顶端的内径相等,所述支撑弹簧顶端套住螺栓的凸缘定位。上述的压缩机弹簧支撑结构,具有结构稳定、支撑弹簧不易脱落、设备成本更低的优点。
对于变频压缩机而言,支撑总成的尺寸变得更为关键,因为没有单一的工作频率,而是一系列的旋转频率,其可能是当前工作频率的一半或更少,也就是说,常规频率,以及高旋转频率的两倍。在这些情况下,弹簧需要较低的刚度以避免安装组件发生共振,但在停止、运输和冲击操作中,弹簧还需要适当地缓冲机械套件
上述方案中的支撑弹簧不能有效地降低在高于压缩机工作频率的频率下传输到与压缩机物理相关的制冷系统的振动能量。此外,上述支撑弹簧不能避免在低转速下发生共振。换言之,已知的支撑弹簧的设计并不是为了减少压缩机外的噪声传播,而是在某些频谱区域内呈现出较高的结构传递性(弹簧从一端传递的力,通过另一端的单一位移)。也就是说,在制冷设备中使用压缩机后,同时在极低的旋转区域(例如,低于1000转/分)运行时,这些支撑弹簧会导致不必要的噪声产生。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种封闭式变频压缩机的支撑系统,可以在低速环境中运行,有效的降低振动能量,可以降低压缩机运行时的噪声。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:
封闭式变频压缩机的支撑系统,包括壳体、电机、机械套件以及固定组件,所述电机包括定子,所述固定组件固设于所述定子铁芯上,所述固定组件与所述壳体之间固设有至少3个完全相同的圆锥形弹簧,所述圆锥形弹簧包括弹簧上端与弹簧下端,所述弹簧上端的直径Ds与所述弹簧下端的直径Di的比值取决于所述圆锥形弹簧的轴向和横向刚度,所述圆锥形弹簧的Ds与Di之间的比值与所述圆锥形弹簧的有效高度h、所述圆锥形弹簧的节距p以及所述圆锥形弹簧的钢丝直径d之间相互适配,所述圆锥形弹簧处于压缩状态。
通过上述技术方案,通过调整圆锥形弹簧的直径Ds和Di的比值、有效高度h、节距p以及钢丝直径d等参数,根据Ds和Di的比值与其他三个参数之间比较优化的比率来确定弹簧的参数,进而选出比较优化的圆锥形弹簧,以便使此弹簧足够灵活,减少低频振动,同时可以提供适当的缓冲以便减少高频振动,将圆锥形弹簧的直径Ds和Di、有效高度h、节距p以及钢丝直径d等参数设计好后,可以使压缩机在60和80赫兹的1/3倍频程中辐射的声功率级衰减达到约5分贝,降低运行噪音。
进一步的,所述圆锥形弹簧的弹簧钢丝直径d的预定范围在1.2mm-1.5mm之间。
进一步的,所述圆锥形弹簧的较大直径Ds与其较小直径Di之间的比值位于1.27和1.40之间。
进一步的,所述弹簧上端的直径Ds与所述弹簧下端的直径Di与机械套件的共振频率以及质量有关,关系式如下:
其中,d为圆锥形弹簧的钢丝直径、W为共振频率、M为机械套件质量、G为杨氏模量、Na为有效匝数。
进一步的,所述圆锥形弹簧的Ds与Di的平均直径与有效高度h之间的比值位于0.05 和0.07之间。
进一步的,所述圆锥形弹簧的节距位于0.50mm到0.74mm之间。
进一步的,所述机械套件可延垂直方向和横向移动,所述圆锥形弹簧的有效高度与压缩机的容量和尺寸相适配,所述机械套件的垂直位移与所述圆锥形弹簧的有效高度h相适配,所述机械套件的横向位移与所述圆锥形弹簧的横向刚度相适配。
通过上述技术方案,防止压缩机在运行期间机械套件在外壳中撞击。
进一步的,所述机械套件的垂直位移和横向位移的距离大于或等于5mm。
通过上述技术方案,机械套件和压缩机壳体之间的最小距离不低于5mm,以避免“撞击噪音”,这是机械套件撞击壳体时产生的已知噪音。
进一步的,所述壳体上固设有下塑料销,所述固定组件上固设有上塑料销,所述上塑料销固设有上塑料销,所述下塑料销上固设有下塑料销,所述上塑料销外罩设有上挡盖,所述下塑料销外罩设有下挡盖,所述圆锥形弹簧安装于所述上挡盖和所述下挡盖之间。
进一步的,所述弹簧上端的直径ds的最大值与所述弹簧上端和所述定子绕阻之间的距离适配,此距离至少为3mm。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1、通过设置圆锥形弹簧,同时通过设计弹簧的直径Ds和Di、有效高度h、节距p以及钢丝直径d等参数,以减小低频振动以及高频振动,同时可以降低噪音;
2、通过将机械套件的垂直位移以及横向位移的最大值设置为5mm,可以防止机械套件撞击外壳,进而可以防止撞击噪音的产生;
3、通过设置上塑料销以及下塑料销,并随着主动转向到达支撑块而增加支撑块的横向刚度。这种刚度的逐渐增加有助于停止压缩机,避免套件撞击外壳时产生停止噪音。
附图说明
图1为本实用新型中圆锥形弹簧的结构示意图;
图2为基于本实用新型封闭式变频压缩机的支撑系统的压缩机的结构示意图;
图中:1、圆锥形弹簧;2、弹簧上端;3、弹簧下端;4、外壳;5、固定组件;6、定子铁芯;7、上塑料销;8、下塑料销;9、上挡盖;10、下挡盖。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图,对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
现有技术压缩机包括外壳、由块形成的固定组件和电机,电机包括定子铁芯、定子绕组和转子,固定组件固定在定子铁芯上。固定组件下方设置有上塑料支撑块,上塑料支撑块一端通过螺钉与定子铁芯连接,壳体朝向固定组件的一端且位于上塑料支撑块位置处通过金属销固设有下塑料支撑块。现有的支撑系统包括螺旋弹簧,螺旋弹簧分为上端和下端,螺旋弹簧下端固定连接于下塑料支撑块上,螺旋弹簧上端固定连接于上塑料支撑块上,螺旋弹簧处于压缩状态。现有的螺旋弹簧的主要设计参数为钢丝直径d、弹簧平均直径D、螺旋弹簧节距p和有效高度h。
参照图1和图2,封闭式变频压缩机的支撑系统,其应用于活塞和连杆式制冷压缩机。活塞和连杆式制冷压缩机包括外壳4、固定组件5以及电机,其中,电机包括定子铁芯6以及定子绕组(图中未显示),固定组件5固定在定子铁芯6上。固定组件5朝向外壳底端的一端固设有上塑料销7,外壳4底端对应上塑料销位置处固设有下塑料销8,上塑料销7位于下塑料销8正上方设置,两个塑料销呈同轴设置。上塑料销7上罩设有上挡盖9,下塑料销8上罩设有下挡盖10,上下两个挡盖均为塑料部件。封闭式变频压缩机的支撑系统包括圆锥形弹簧1,圆锥形弹簧1设置有弹簧上端2和弹簧下端3,其中弹簧上端2的直径定义为Ds,弹簧下端3的直径定义为Di,弹簧上端2的直径Ds小于弹簧下端3的直径Di,弹簧上端2套设于上挡盖9上,弹簧下端3套设于下挡盖10上,此时圆锥形弹簧 1位于上挡盖9与下挡盖10之间,且圆锥形弹簧1处于压缩状态。
在本方案的组件中,呈现了弹簧参数中弹簧钢丝直径d的预定的尺寸范围。其他参数之间的比例由圆锥形弹簧1的直径Ds和Di与其线圈的节距p之间的比率以及圆锥形弹簧1直径Ds和Di与有效高度h之间的比率来定义。
本实施例中,根据圆锥形弹簧1在直径Ds和Di、线圈节距p、钢丝直径d和弹簧有效高度h所定义的弹簧参数之一的预定尺寸范围内,提供Ds/Di与其他三个定义的参数中的至少一个之间的比率。对于圆锥形弹簧1,基于对悬挂的结构可靠性的保证,要限定圆锥形弹簧1相应的刚度,即一种在运输过程中不会断裂以及具有最佳声学衰减的弹簧。
通过弹簧刚度计算方程,确定锥形弹簧Ds和Di的主要参数与机械套件的共振频率和质量有关。如下式:
上式中,显示了Ds和Di与共振频率以及机械套件的质量之间的函数关系,其中可以通过搜索低于15Hz的共振频率来优化弹簧参数。
为了定义本方案中的圆锥形弹簧1,圆锥形弹簧1的参数优化尺寸的最大和最小限值如下:
机械套件沿垂直方向的位移为机械套件的垂直位移,机械套件的最大垂直位移由圆锥形弹簧1的有效高度h决定,防止在压缩机运行期间机械套件与外壳撞击。圆锥形弹簧1的有效高度由压缩机的容量和尺寸决定。机械套件的最大垂直位移应为5mm,这是机械套件和外壳之间的最小距离,以避免机械套件撞击外壳产生“撞击噪音”。为避免压缩机在两个塑料销之间产生冲击,定义了有效高度h的下限,由上挡盖9和下挡盖10决定。
机械套件的最大横向位移的取决因素在于圆锥形弹簧1的横向刚度,机械套件的最大横向位移是圆锥形弹簧1横向刚度及圆锥形弹簧1与下挡盖10之间相互作用的组合,当圆锥形弹簧1横向移动时,圆锥形弹簧1的主动转向开始逐渐到达止动位置,此时增加装配的刚度并确定最大位移。机械套件的最大横向位移应为5mm,这是机械套件和外壳之间的最小距离,以避免机械套件撞击外壳产生“撞击噪音”。
圆锥形弹簧1由圆形截面钢丝构成,通常为弹簧钢,钢丝直径定义为d,d的上下极限被限定,使得圆锥形弹簧1既不表现出非常高的刚度,也不表现出很低的疲劳强度。
圆锥形弹簧1的Ds和Di的平均直径有其上限和下限,通常由上挡盖和下挡盖的直径以及钢丝直径d定义。
上塑料销以及下塑料销的形状是由定义的弯曲度来限定的,此弯曲度是当压缩机在启动和停止过程中经历突然移动时,圆锥形弹簧1在变形期间适合的弯曲度。通过模拟对该弯曲度进行优化,以尝试获得最大横向刚度发生在最大位移(距机械套件5mm)的瞬间。当圆锥形弹簧1安装时,其最大限值与定子绕组(图中未显示)距离之间呈函数关系,以避免接触和电机损坏。该距离设计至少为3mm。
圆锥形弹簧1的钢丝直径d位于最小值1.2mm和最大值1.5mm之间的预定范围内,圆锥形弹簧1Ds和Di的平均直径之比在1.27和1.40之间,其线圈的节距p在0.50和0.74 之间变化,弹簧Ds和Di的平均直径与有效高度h之比在0.05和0.07之间。
现有的弹簧组件中考虑的具有较低透射率的锥形弹簧具有本实施例中所示尺寸比。作为正确选择给定弹簧参数的函数,可以减小传递率值,现有弹簧形状(轴向1和轴向2)的传递率降低了0分贝,也就是说,它们不是衰减振动的有效弹簧,而锥形形状(圆锥形 1、圆锥形2和圆锥形3)的弹簧显示衰减约为5分贝,考虑到g5N/mm作为计算的参考,单位为db。如前所述,弹簧传递性的这种衰减程度使压缩机在60和80赫兹的1/3倍频程中辐射的声功率级衰减达到约5分贝。
根据这些参数之间的比率,本方案中的圆锥形弹簧1可以通过考虑使有效高度h、弹簧丝直径d、弹簧Ds和Di的平均直径比和弹簧线圈节距p这些参数几何优化其最大尺寸的任何适当方法。对于圆锥形弹簧1的定义,考虑了以下主要参数:轴向刚度和横向刚度;限制频谱特定区域的透射率;考虑到上塑料销7以及下塑料销8的存在,还可以使用刚体模拟来确定压缩机总成的振动和弹簧在实际操作条件下承受的张力;优化弹簧参数的另一种方法是:通过弹簧传递性试验进行试验验证、压缩机总成振动试验测量和噪声试验(测量混响室内压缩机辐射的声功率级);获得过程旨在在压缩机产生的期望噪声频率下,将圆锥形弹簧1纵轴的轴向和横向传递性之和降至最低。所获得的圆锥形弹簧1必须具有确定的刚度,该刚度必须保持在一定范围内,以确保弹簧既不太硬也不太灵活,以确保其使用寿命非常长。
因此,根据本实用新型,圆锥形弹簧1所呈现的刚度和噪声条件是由弹簧钢丝直径d 与节距p、有效高度h和弹簧直径Ds和Di之间的比值来定义的,这些参数能够产生透射率衰减的影响。除了允许压缩机以低于1000转/分的转速运行外,安装组件的共振频率低于15赫兹。
因此,应当理解的是,本文所述的支撑系统及其零部件只是可能发生情况的一些实施例和示例,本实用新型的实际保护范围在声明中进行了定义。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.封闭式变频压缩机的支撑系统,包括壳体、电机、机械套件以及固定组件,所述电机包括定子铁芯以及定子绕阻,所述固定组件固设于所述定子铁芯上,其特征在于,所述固定组件与所述壳体之间固设有至少3个完全相同的圆锥形弹簧,所述圆锥形弹簧包括弹簧上端与弹簧下端,所述弹簧上端的直径Ds与所述弹簧下端的直径Di的比值取决于所述圆锥形弹簧的轴向和横向刚度,所述圆锥形弹簧的Ds与Di之间的比值与所述圆锥形弹簧的有效高度h、所述圆锥形弹簧的节距p以及所述圆锥形弹簧的钢丝直径d之间相互适配,所述圆锥形弹簧处于压缩状态。
2.根据权利要求1所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述圆锥形弹簧的弹簧钢丝直径d的预定范围在1.2mm-1.5mm之间。
3.根据权利要求2所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述弹簧上端的直径Ds与所述弹簧下端的直径Di之间的比值位于1.27和1.40之间。
5.根据权利要求1所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述圆锥形弹簧的Ds与Di的平均直径与有效高度h之间的比值位于0.05和0.07之间。
6.根据权利要求1所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述圆锥形弹簧的节距位于0.50mm到0.74mm之间。
7.根据权利要求1所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述机械套件可延垂直方向和横向移动,所述圆锥形弹簧的有效高度与压缩机的容量和尺寸相适配,所述机械套件的垂直位移与所述圆锥形弹簧的有效高度h相适配,所述机械套件的横向位移与所述圆锥形弹簧的横向刚度相适配。
8.根据权利要求6所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述机械套件的垂直位移和横向位移的距离大于或等于5mm。
9.根据权利要求1所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述壳体上固设有下塑料销,所述固定组件上固设有上塑料销,所述上塑料销固设有上塑料销,所述下塑料销上固设有下塑料销,所述上塑料销外罩设有上挡盖,所述下塑料销外罩设有下挡盖,所述圆锥形弹簧安装于所述上挡盖和所述下挡盖之间。
10.根据权利要求1所述的封闭式变频压缩机的支撑系统,其特征在于,所述弹簧上端的直径ds的最大值与所述弹簧上端和所述定子绕阻之间的距离适配,此距离至少为3mm。
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