壓縮機曲軸以及旋轉式壓縮機的製作方法

2023-04-25 18:52:51

本實用新型涉及壓縮機領域，特別涉及一種壓縮機曲軸以及旋轉式壓縮機。

背景技術：

在製冷、空調系統中，最主要的能耗來自於壓縮機，因此，壓縮機能效的提高具有極其重要的意義，尤其是廣泛使用的旋轉式壓縮機。

在旋轉式壓縮機中，電機轉子安裝於曲軸上並驅動曲軸旋轉，與此同時，安裝於曲軸之偏心部上的活塞隨著曲軸的旋轉做自傳和公轉運動(其中，活塞和曲軸之偏心部之間充斥潤滑油，以形成流體動力潤滑)。旋轉式壓縮機通過活塞與氣缸、葉片以及上、下缸蓋之間形成的月牙形空間周期性地增大和減小，從而實現了製冷劑的吸入、壓縮和排出。

但是，目前的旋轉式壓縮機結構中，各個部件之間的摩擦損耗比較大，提高了旋轉式壓縮機的運行能耗。因此，為了提升旋轉式壓縮機的能效，有必要對旋轉式壓縮機的結構進行優化，以降低旋轉式壓縮機工作過程中的摩擦損耗。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種壓縮機曲軸以及旋轉式壓縮機，以解決現有技術中旋轉式壓縮機摩擦損耗過大問題，提升旋轉式壓縮機的能效。

進而，本實用新型提供了一種壓縮機曲軸，包括偏心部，所述偏心部包括用於安裝壓縮機構的工作段，所述工作段的長度與所述偏心部的總長度的比值在0.5～0.9之間。

優選地，所述壓縮機曲軸的轉速恆定，且所述工作段的長度與所述偏心部的總長度的比值在0.7～0.85之間。

優選地，所述壓縮機曲軸的轉速為3000rpm。

優選地，所述壓縮機曲軸的轉速非恆定，且所述工作段的長度與所述偏心部的總長度的比值在0.75～0.9之間。

優選地，所述壓縮機曲軸的轉速在1000～4000rpm之間。

優選地，所述壓縮機曲軸的轉速非恆定，且所述工作段的長度與所述偏心部的總長度的比值在0.65～0.75之間。

優選地，所述壓縮機曲軸的轉速在4000～7200rpm之間。

本實用新型還提供一種旋轉式壓縮機，包括如上任意一項所述的壓縮機曲軸。

優選地，所述旋轉式壓縮機還包括套接於所述壓縮機曲軸的所述工作段上的所述壓縮機構。

優選地，所述旋轉式壓縮機為定速壓縮機或變頻壓縮機。

綜上所述，本實用新型的技術方案中，通過將壓縮機曲軸之偏心部上用於安裝壓縮機構(壓縮機構主要是活塞)的工作段的長度與偏心部的總長度的比值設在0.5至0.9之間，一方面可以保證偏心部和壓縮機構之間形成良好的流體動力潤滑，從而解決兩者之間出現的異常磨損問題，降低異常磨損功耗，另一方面可以保證壓縮機構的自轉速度不會過大，從而使得壓縮機構和葉片頭部之間的相對滑動速度不會太大，進而減小因相對滑動速度過大引起的摩擦損耗，另外，在上述範圍內，壓縮機曲軸的加工難度適當，而且適用於多種冷媒。

附圖說明

圖1是本實用新型一實施例的壓縮機曲軸的示意圖；

圖2是本實用新型一實施例的壓縮機構的端面示意圖；

圖3是本實用新型一實施例的針對不同轉速的壓縮機，壓縮機曲軸之偏心部的工作段的長度與偏心部總長度的比值與壓縮機的性能係數COP的關係曲線圖。

附圖標記說明如下：

1-壓縮機曲軸；

11-長軸；12-短軸；13-偏心部；131-工作段；

2-壓縮機構；

21-活塞；22-氣缸；23-葉片；24-月牙形空間；

h-工作段的長度；H-偏心部的總長度。

具體實施方式

申請人研究發現，當活塞安裝於壓縮機曲軸之偏心部時，其與偏心部的有效接觸高度與偏心部的總高度的比值對壓縮機的性能和可靠性有較大的影響。具體地說，當活塞與偏心部的有效接觸高度較小時，活塞和偏心部之間很難形成流體動力潤滑，從而會造成兩者之間的異常磨損，增加磨損功耗。當活塞與偏心部的有效接觸高度較大時，活塞自轉速度會加快，使得活塞和葉片頭部的相對滑動速度增加，摩擦功耗增加。申請人進一步研究發現，若活塞與偏心部的有效接觸高度與偏心部的總高度的比值設定在大於等於0.4且小於0.5的範圍時，壓縮機的能效比較低，由此可見，此範圍內的壓縮機曲軸並不理想。

基於上述研究發現，本實用新型提出了一種壓縮機曲軸，以解決現有技術中旋轉式壓縮機摩擦損耗比較大的問題。以下結合附圖1至圖3對本實用新型提出的壓縮機曲軸作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。

如在本說明書和所附權利要求中所使用的，單數形式「一」、「一個」以及「該」包括複數對象，除非內容另外明確指出外。如在本說明書和所附權利要求中所使用的，術語「或」通常是以包括「和/或」的含義而進行使用的，除非內容另外明確指出外。

如圖1所示，其是本實用新型一實施例的壓縮機曲軸的示意圖，本實施例的壓縮機曲軸1特別是旋轉式壓縮機上使用的曲軸，其包括長軸11、短軸12和偏心部13，所述偏心部13設置在長軸11上，或者設置在短軸12上，也可以同時設置在長軸11和短軸12上。所述長軸11用於安裝電機轉子，以在電機轉子的驅動下旋轉。

其中，所述偏心部13包括工作段131，該工作段131整體在徑向上凸出於偏心部13，以用於安裝活塞21(活塞21在本實施例中從屬於壓縮機構2，且示出於圖2，圖2是本實用新型一實施例的壓縮機構的端面示意圖)。其中，所述活塞21在曲軸1的驅動下做自轉和公轉運動，並與氣缸22、葉片23、上缸蓋與下缸蓋之間形成月牙形空間24(月牙形空間24通常稱為工作腔)，通過月牙形空間24周期性地增大和減小，實現製冷劑的吸入、壓縮和排出。所述活塞21具有一內孔，通過該內孔套接於工作段131上，且所述內孔的長度大於或等於工作段131的長度(即軸向長度)。

特別的，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值設定在滿足以下關係：

0.5≤h/H≤0.9 (1)

在上述比值範圍內，當偏心部13的總長度H一定時，所述工作段131的長度h滿足上述關係後，那麼，在保證曲軸1的加工難度適當的情況下，可以獲得較佳的COP(壓縮機性能係數)，且同時適合於多種冷媒下的旋轉式壓縮機。

進一步地，當所述壓縮機曲軸1的轉速恆定時，即壓縮機為定速壓縮機時，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值較佳設定在滿足以下關係：

0.7≤h/H≤0.85 (2)

在式(2)的比值範圍內，定速壓縮機可以取得較佳的COP。

進一步地，申請人經過長期研究發現得到圖3所示的在不同轉速下，所述偏心部13之工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值與COP的關係圖，圖3中，縱坐標指示的是性能係數COP，橫坐標指示的是工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值h/H。

由圖3可見，當壓縮機為定速壓縮機且轉速例如是3000rpm時，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值在0.7～0.85之間時，可以取得較佳的COP。

在一個實施例中，當所述壓縮機曲軸1的轉速非恆定時，即壓縮機為變頻壓縮機時，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值較佳設定在滿足以下關係：

0.75≤h/H≤0.9 (3)

在式(3)的比值範圍內，較佳地選擇壓縮機曲軸1的轉速在1000～4000rpm之間，使得變頻壓縮機可以取得較佳的COP，具體例如圖3所示出的。圖3中，當壓縮機為變頻壓縮機且轉速例如是4000rpm時，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值在0.75～0.9之間時，COP較佳。

在另一個實施例中，當所述壓縮機曲軸1的轉速非恆定時，即壓縮機為變頻壓縮機時，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值較佳設定在滿足以下關係：

0.65≤h/H≤0.75 (4)

在式(4)的比值範圍內，較佳地選擇壓縮機曲軸1的轉速在4000～7200rpm之間，使得變頻壓縮機可以取得較佳的COP，具體例如圖3所示出的。圖3中，當壓縮機為變頻壓縮機且轉速例如是5000rpm或6000rpm時，所述工作段131的長度h與偏心部13的總長度H的比值在0.75～0.9之間時，COP同樣較佳。

為了說明本實施例的壓縮機曲軸1的性能，本實施例對壓縮機曲軸1作了相應的測試，以驗證壓縮機能效的提升狀況。以下實施方式將具體說明壓縮機曲軸1及其對應的測試結果。

本實施例中，採用了兩種類型的旋轉式壓縮機來驗證壓縮機能效的提升狀況，其中一種是定速壓縮機，另一種是變頻壓縮機，且變頻壓縮機設定了三種轉速，具體如下：

(a)、在定速壓縮機中，轉速選擇3000rpm，且h/H的比值設定在0.7～0.85之間；

(b)、在第一種變頻壓縮機中，轉速選擇4000rpm，且h/H的比值設定在0.75～0.9之間。

(c)、在第二種變頻壓縮機中：轉速選擇5000rpm，且h/H的比值設定在0.65～0.75之間；

(d)、在第三種變頻壓縮機中，轉速選擇6000rpm，且h/H的比值設定在0.65～0.75之間。

進一步，申請人通過對上述旋轉式壓縮機的壓縮效率(本文中，壓縮效率還稱之為COP)進行測量，得到：在上述範圍內的旋轉式壓縮機，其COP均處在最佳範圍，從而壓縮機總的摩擦損耗比較小，能效高。

更進一步，本實施例還提供了一種包括上述壓縮機曲軸1的旋轉式壓縮機。所述壓縮機曲軸1設置於旋轉式壓縮機的壓縮機殼體內，可在上下軸承的支撐下做高速旋轉運動，使得壓縮機構壓縮氣體做功。由於本實施例的旋轉式壓縮機採用本實施例的壓縮機曲軸1，故而由壓縮機曲軸1帶來的有益效果，請相應參考上述實施例。

需要說明的是，上述實施例中提及的「轉速」既可以指壓縮機的轉速，也可以指壓縮機曲軸1的轉速，即壓縮機的轉速等同於壓縮機曲軸1的轉速。

綜上所述，本實用新型的技術方案中，通過將壓縮機曲軸之偏心部上用於安裝活塞的工作段的長度與偏心部的總長度的比值設在0.5至0.9之間，一方面可以保證偏心部和活塞之間形成良好的流體動力潤滑，從而解決兩者之間出現的異常磨損問題，降低異常磨損功耗，另一方面可以保證活塞的自轉速度不會過大，從而使得活塞和葉片頭部之間的相對滑動速度不會太大，進而減小因相對滑動速度增加引起的摩擦損耗，另外，在上述範圍內，壓縮機曲軸的加工難度適當，而且可以適用於多種冷媒下的旋轉式壓縮機。

上述描述僅是對本實用新型較佳實施例的描述，並非對本實用新型範圍的任何限定，本實用新型領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。