CN105570132A - 压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩机，其包括：曲轴，曲轴上设有偏心部；活塞，活塞套设在偏心部上；气缸，气缸内具有压缩腔和与压缩腔连通的滑片槽，活塞设在压缩腔内；以及滑片，滑片可移动地设在滑片槽内且滑片与活塞常接触，其中，活塞偏心量为e，气缸高度为H，e和H满足：0.05H≤e≤0.65H。根据本发明的压缩机，通过使活塞偏心量e和气缸高度H的关系满足0.05H≤e≤0.65H，由此可以优化压缩机的设计，使表面散热表面积尽可能降低，从而可以提升压缩机的工作效率。

Description

压缩机

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，尤其是涉及一种压缩机。

背景技术

相关技术中，压缩机的压缩腔室一般优化时考虑余隙容积的大小与吸气加热与脉动损失。那是因为常规冷媒R22与R410a的制冷量损失主要来源于这两个方面，占到总制冷量损失的60％左右。尤其是R22与R410a标准工况下的密度是R290的2倍和3倍，相同制冷能力下，需求排量更小。因此，相关技术中有对R410a的压缩腔体进行优化时选择缸高与缸径都尽可能小的泵体。然而，R290不同，R290密度小，吸气回流与吸气加热占总制冷量损失的3％，而在相同制冷能力下需求排量分别为R22的1.18倍，R410a的1.6倍，同时，现冷媒替代技术指出，由于R290与R22在相同工作工况下具有基本相同的压力和温度，则不需要对现有R22机械部进行特殊设计和材料变化，因此将R22泵体直接增加缸高提升排量是一般的做法，或者放大到更大系列的平台去实现。然而就R290本身的物理性质和热力学性质上与R22具有较大的差异，但缺未有相关技术指出对R290冷媒特点去针对性优化设计。

从热力学角度分析，R290的熵值比R22高，这意味着，R290的汽化潜热大，实际上R290汽化潜热是R22的1.8倍，是R410a的2.3倍。因此，在压缩过程中由于压缩通道的散热导致无用压缩功会增加。也就是说，为了增加R290的排量，压缩腔容积势必会增加，在增加容积的同时，压缩腔的散热表面积同时会增加，而为了避免散热表面积增加带来的损失，我们希望散热表面积越小越好。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种压缩机，所述压缩机具有工作效率高的优点。

根据本发明实施例的压缩机，包括：曲轴，所述曲轴上设有偏心部；活塞，所述活塞套设在所述偏心部上；气缸，所述气缸内具有压缩腔和与所述压缩腔连通的滑片槽，所述活塞设在所述压缩腔内；以及滑片，所述滑片可移动地设在所述滑片槽内且所述滑片与所述活塞常接触，其中，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.05H≤e≤0.65H。

根据本发明实施例的压缩机，通过使活塞偏心量e和气缸高度H的关系满足0.05H≤e≤0.65H，由此可以优化压缩机的设计，使表面散热表面积尽可能降低，从而可以提升压缩机的工作效率。

根据本发明的一些实施例，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.1H≤e≤0.5H。

根据本发明的一些实施例，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.1H≤e≤0.45H。

根据本发明的一些实施例，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.1H≤e≤0.4H。

根据本发明的一些实施例，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.15H≤e≤0.4H。

根据本发明的一些实施例，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.15H≤e≤0.35H。

附图说明

图1是根据本发明实施例的压缩机的局部结构示意图；

图2是根据本发明实施例的压缩机的局部结构示意图；

图3是图2中A-A方向的剖视示意图；

图4是根据本发明实施例的压缩机的压缩通道的最大截面处的截面示意图；

图5是冷媒R290与R22密度对比曲线图；

图6是冷媒R290与R22熵对比曲线图；

图7是根据本发明实施例的压缩机的λ与COP关系曲线图。

附图标记：

压缩机100，

曲轴110，偏心部111，

活塞120，

气缸130，压缩腔131，滑片槽132，压缩通道133，

滑片140，

上轴承150，下轴承160，

塞偏心量为e，气缸高度为H，

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1-图7详细描述根据本发明实施例的压缩机100。需要说明的是，本发明实施例的压缩机100可以是一种用于新环保R290冷媒的旋转式压缩机。

如图1-图7所示，根据本发明实施例的压缩机100，包括曲轴110、活塞120、气缸130、上轴承150、下轴承160以及滑片140。

具体而言，上轴承150设在气缸130的上端面上，下轴承160设在气缸130的下端面上，气缸130内具有压缩腔131，压缩腔131与气缸130的上端面、上轴承150形成密封的上月牙面，压缩腔131与气缸130的下端面、下轴承160形成密封的下月牙面，曲轴110依次贯穿上轴承150、气缸130和下轴承160。曲轴110具有偏心部111，偏心部111位于压缩腔131内，偏心部111上套设有活塞120。气缸130具有与压缩腔131连通的滑片槽132，滑片140可移动地设在滑片槽132内且滑片140与活塞120常接触。

根据压缩机100的尺寸链关系，如图2所示，压缩腔131的容积V等于月牙部分的面积(阴影部分)乘以气缸130缸高H，也是气缸130的容积减去活塞120所占的容积，可以得到V的关系式，如下：

$V=H*\[\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{d}{2}\right)}^2\]---\left(1\right)$

d＝D-2e(2)

其中，D为压缩腔131直径，d为活塞120直径。

由公式(1)和(2)可推导出关系式V＝πHe(D-e)。

在V确定，D一定的情况下，需要优化设计的参数则为H与e。

若要保证该结构可行性，关键在于控制活塞120偏心量e与气缸130高度H，为此引入优化控制参数λ，即

e＝λH(3)

如图3所示，散热表面积包括由上轴承150、下轴承160构成的上月牙表面和下月牙表面，若将压缩通道133进行微分，而压缩通道133的最大截面处的截面形状决定了通道的基本形状，因此若希望表面散热减小，则需要压缩通道133的截面(S)和周长(L)尽可能小，并且使得同排量(V)下尽可能大的增加压缩通道133的截面积(S)，使得冷媒流通长度尽可能减小。其中：

S＝2e*H(4)

L＝4e+2H(5)

这里需要说明的是，为了提高压缩机100的性能，需要使得S越大越好、L越小越好。

要想同时取Smax值(即S的最大值)与Lmin(即L的最小值)值。则需要引入函数：

$f=\frac{L}{S}=\frac{4e+2H}{2eH}=\frac{2}{H}+\frac{1}{e}---\left(6\right)$

若要取f最小值，而H与e在结构上不可能同时取得最大值，因此一定存在最佳的H与e的关系。由此，可以假设e＝λH。

从公式(6)来看，H与e需要同时取尽可能大的值才能满足f最小。而压缩机100设计结构中，一旦排量与气缸直径确定后，H与e是成反比，一般H与e同时取最大值是不可能的。为了解决此矛盾，必须寻找H与e的最佳关系值，从而公示(3)引入的λ参数，确定会有最佳范围值。

通过实验带入一系列λ值，拟合压缩机100能效曲线，如图7所示，当0.05≤λ≤0.65时，压缩机的COP存在明显拐点。

因此在R290冷媒压缩机100设计中，活塞120偏心量e和气缸130高度H需要满足下式关系：0.05≤λ≤0.65，即0.05H≤e≤0.65H，可以使其冷媒流路过程中以及表面散热表面积尽可能降低，以提升压缩机100效率。

根据本发明实施例的压缩机100，通过使活塞120偏心量e和气缸130高度H的关系满足0.05H≤e≤0.65H，由此可以优化压缩机100的设计，使表面散热表面积尽可能降低，从而可以提升压缩机100的工作效率。

在压缩机100技术领域，压缩机100的优化设计过程中涉及的部件结构众多、且结构参数复杂，在不进行大量实验的情况下，无法预测技术方案的可行性，也无法预料到技术方案的技术效果。技术参数的选择至关重要，任何参数的微小改变都可能带来完全不同的技术效果，最优化的技术参数都是需要通过大量的探索性实验才能确定的，而无法通过简单的预测获得。

具体地，从热力学角度分析，如图6所示，R290的熵值比R22高，这意味着，R290的汽化潜热大，实际上R290汽化潜热是R22的1.8倍，是R410a的2.3倍。因此，在压缩过程中由于压缩通道133的散热导致无用压缩功会增加。也就是说，为了增加R290的排量，压缩腔131容积势必会增加，在增加容积的同时，压缩腔131的散热表面积同时会增加，而为了避免散热表面积增加带来的损失，我们希望散热表面积越小越好。为解决上述技术矛盾，有关技术中曾采取对形成压缩腔131避免的部件采用隔热、保温等结构或材料。而本发明旨在从压缩腔131基本结构上直接优化容积增加而尽可能减小表面接触、满足压缩机100设计的最佳优化的条件。

根据本发明的一些实施例提供了一种用于新环保R290冷媒压缩机100，本发明实施例的压缩机100可以在现有泵体平台上为R290压缩机100提供最佳压缩通道133及最佳泵体结构。该压缩机100包括：由气缸130形成的压缩腔131、上轴承150、下轴承160以及压缩腔131与气缸130的上端面和上轴承150形成的密封的上月牙面、压缩腔131与气缸130的下端面和下轴承160形成密封的下月牙面，所述压缩腔131内部放置了与气缸130中心存在偏心的旋转活塞120，以及用来分开高低压腔的可在滑片槽132进行平移的滑片140。

气缸130包括滑片槽132、吸气口、排气斜切口，上轴承150和下轴承160分别或同时设置有与所述压缩腔131的高压腔连通的排气口，排气口上设置有与排气方向垂直移动的阀片，并有限制阀片移动高度的挡板，所述挡板、阀片位于上下轴承160开设的凹槽内。所述压缩腔131可以用于R290冷媒的压缩。所述的R290冷媒与现有常规R22冷媒的物理性质上相比分子量小一半，气体密度小(如图5所示，图5为R290冷媒与R22冷媒的密度关系图)。在热力学性质上，R290与R22相比，R290熵更高(如图6所示)，而同排量下冷媒质量流量更低，因此受散热影响损失会更大。与此同时，同能力下R22冷媒压缩机100的体积需求更多，若按照现有R22冷媒技术结构设计的泵体压缩室，则冷媒流动通道中表面积散热量大，从热力学上分析，其流动时散热损失变大。

通过利用一系列λ值，在经过大量的实验后，可以拟合出如图7所示的压缩机100能效曲线，在该能效曲线中，在一系列λ值中COP存在明显拐点。又经过大量反复的实验，当0.1≤λ≤0.5，即0.1H≤e≤0.5H时，压缩机100的COP的拐点位于该范围内。由此，可以进一步优化压缩机100的设计，提升压缩机100的性能。

通过大量的反复实验，可以逐步缩小λ的取值范围，以将压缩机100的COP的拐点位于该范围内。例如，当0.1≤λ≤0.45，即0.1H≤e≤0.45H时，压缩机100的COP的拐点位于该范围内。再如，当0.1≤λ≤0.4，即0.1H≤e≤0.4H时，压缩机100的COP的拐点位于该范围内。又如，当0.15≤λ≤0.4，即0.15H≤e≤0.4H时，压缩机100的COP的拐点位于该范围内。又如，当0.15≤λ≤0.35，即0.15H≤e≤0.35H时，压缩机100的COP的拐点位于该范围内。

根据本发明实施例的压缩机100，通过使活塞120偏心量e和气缸130高度H的关系满足0.05H≤e≤0.65H，由此可以优化压缩机100的设计，使表面散热表面积尽可能降低，从而可以提升压缩机100的工作效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种压缩机，其特征在于，包括：

曲轴，所述曲轴上设有偏心部；

活塞，所述活塞套设在所述偏心部上；

气缸，所述气缸内具有压缩腔和与所述压缩腔连通的滑片槽，所述活塞设在所述压缩腔内；以及

滑片，所述滑片可移动地设在所述滑片槽内且所述滑片与所述活塞常接触，

其中，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.05H≤e≤0.65H。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.1H≤e≤0.5H。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.1H≤e≤0.45H。

4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.1H≤e≤0.4H。

5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.15H≤e≤0.4H。

6.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞偏心量为e，所述气缸高度为H，所述e和所述H满足：0.15H≤e≤0.35H。