旋轉式壓縮機及具有其的冷凍循環(huán)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋轉式壓縮機及具有其的冷凍循環(huán)裝置。旋轉式壓縮機采用R290冷媒且包括：殼體、N個氣缸和曲軸，殼體包括主殼體、上殼體和下殼體；每個氣缸上設有氣缸腔和滑片槽，每個氣缸腔內(nèi)設有偏心轉動的活塞；旋轉式壓縮機的總排量為Q總(cm3)，Q總＝NQ，其中Q為每個氣缸的排量，主殼體的內(nèi)徑為D(cm)，總排量Q總與主殼體的內(nèi)徑D之間滿足如下關系式：2.1≤Q總/D≤4，每個氣缸的排量Q＝π(d12?d22)*h/4，其中d1為相應的氣缸的內(nèi)徑，d2為設在相應的氣缸內(nèi)的活塞的外徑，h為相應氣缸的高度。根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機，可以提高采用R290冷媒的旋轉式壓縮機的性價比。
【專利說明】
旋轉式壓縮機及具有其的冷凍循環(huán)裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及制冷領域，尤其是涉及一種旋轉式壓縮機及具有其的冷凍循環(huán)裝置。
【背景技術】
[0002] 旋轉式壓縮機一般包括設在殼體內(nèi)的壓縮機構和電機，壓縮機構包括氣缸，主軸 承和副軸承分別設置在氣缸的兩側，曲軸沿軸向貫穿副軸承、氣缸和主軸承，曲軸包括主 軸、偏心部、副軸三部分，活塞套設在曲軸的偏心部上.電機包括定子和轉子，曲軸的主軸與 轉子連在一起，轉子帶動曲軸旋轉，曲軸的偏心部帶動活塞滾動，滑片抵接于活塞外圓上且 在活塞的推動下在氣缸滑片槽內(nèi)往復運動。
[0003] 旋轉式壓縮機可以用R410A、R290等冷媒，由于冷媒特性差異的存在，采用不同的 冷媒的旋轉式壓縮機的性能有較大的差異，借鑒采用R410A冷媒的壓縮機結構設計出來的 使用R290冷媒的壓縮機的性價比較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明提出一種旋轉式壓縮機，可以提高采用R290冷媒的旋轉式壓縮機的 性價比。
[0006] 本發(fā)明還提出一種具有上述旋轉式壓縮機的冷凍循環(huán)裝置。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機，所述旋轉式壓縮機采用R290冷媒，所述旋轉 式壓縮機包括:殼體，所述殼體包括主殼體、上殼體和下殼體，所述上殼體和所述下殼體分 別設在所述主殼體的上下兩端的開口處;N個氣缸，每個所述氣缸設在所述殼體內(nèi)，每個所 述氣缸上設有氣缸腔和滑片槽，每個所述氣缸腔內(nèi)設有偏心轉動的活塞，每個所述滑片槽 內(nèi)設有往復運動的滑片，每個所述滑片的先端與相應的所述活塞的外周壁接觸，其中N2 1; 曲軸，所述曲軸貫穿每個所述氣缸，所述曲軸包括主軸和設在所述主軸上的至少一個偏心 部，每個所述活塞外套在相應的所述偏心部上；其中所述旋轉式壓縮機的總排量為Q總 (cm 3)，Q總=NQ，其中Q為每個所述氣缸的排量，所述主殼體的內(nèi)徑為D(cm)，所述總排量Q總與 主殼體的內(nèi)徑D之間滿足如下關系式:2.1 < Q總/D < 4，每個所述氣缸的排量Q = Jr (di2-d22)* h/4,其中cU為相應的氣缸的內(nèi)徑，山為設在相應的氣缸內(nèi)的活塞的外徑，h為相應氣缸的高 度。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機，通過使得2.1 SQ總/DS 4,從而可以提高采用 R290冷媒的旋轉式壓縮機的性價比。
[0009] 在本發(fā)明的一些實施例中，每個所述滑片的先端止抵在所述活塞的外周壁上，每 個所述滑片的滑片伸出率m的取值范圍為:0.4 <m < 0.6，其中所述滑片伸出率m = (cU-cb) / L，其中di為相應的氣缸內(nèi)徑，d2為相應的活塞外徑，L為相應的滑片長度。
[0010]在本發(fā)明的一些實施例中，所述上殼體與所述主殼體為焊接連接，所述下殼體與 所述主殼體為焊接連接。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實施例的冷凍循環(huán)裝置，包括根據(jù)本發(fā)明上述實施例的旋轉式壓縮 機。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明實施例的冷凍循環(huán)裝置，通過采用根據(jù)本發(fā)明上述實施例的旋轉式壓 縮機，從而提高采用R290冷媒的壓縮機的性價比。
【附圖說明】
[0013] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機的剖面圖；
[0014] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機的壓縮機構的俯視圖；
[0015] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機中的活塞與相應的滑片之間的配合關系 圖；
[0016] 圖4為電機效率％。隨電機外徑D1變化的關系曲線圖；
[0017] 圖5為壓縮機機械效率％隨滑片總長L變化的關系曲線圖；
[0018] 圖6為電機成本隨電機外徑D1變化的關系曲線圖；
[0019] 圖7為壓縮機的成本和能效，隨收/D變化的關系曲線圖；
[0020] 圖8為壓縮機性價比n/C隨如/D變化的關系曲線圖；
[0021] 圖9為R290冷媒壓縮機與R410A冷媒壓縮機的電機效率rw>隨電機外徑D1變化的關 系曲線；
[0022]圖10為R290冷媒壓縮機與R410A冷媒壓縮機的機械效率ru隨滑片總長L變化的關 系曲線；
[0023]圖11為R290冷媒壓縮機與R410A冷媒壓縮機的性價比n/C隨收/D變化的關系曲線；
[0024] 圖12為R290冷媒壓縮機滑片側面摩擦功率損失隨滑片伸出率m變化的關系曲線。
[0025] 附圖標記：
[0026] 旋轉式壓縮機100、
[0027] 上殼體10、主殼體11、下殼體12、
[0028] 氣缸2、氣缸腔20、壓縮腔20a、吸氣腔20b、滑片槽21、
[0029] 活塞3、滑片4、
[0030] 曲軸5、主軸50、偏心部51、
[0031] 主軸承6、副軸承7、
[0032] 電機8、定子80、轉子81。
【具體實施方式】
[0033]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考 附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。 [0034]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"、"順時 針"、"逆時針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或 位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0035]此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者 隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個"的含義是至少兩個，例如兩個，三 個等，除非另有明確具體的限定。
[0036] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機械連 接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以 是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的 普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0037] 下面參考圖1-圖12詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機100,該旋轉式壓 縮機100可以為單缸旋轉式壓縮機也可以為多缸旋轉式壓縮機，該旋轉式壓縮機100采用 R290冷媒。其中為了便于描述，在下面的描述中將旋轉式壓縮機100簡述為壓縮機。
[0038] 如圖1和圖2所不，根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機100包括:殼體、壓縮機構和 電機，壓縮機構包括N個氣缸2和曲軸5,其中N2 1。壓縮機構和電機分別設在殼體內(nèi)，電機8 包括定子80和轉子81，定子80固定在殼體的內(nèi)壁上，具體地，定子80可以通過過盈配合、焊 接或者鉚接等方式固定在殼體上?？梢岳斫獾氖?，壓縮機構還包括主軸承6和副軸承7等元 件。還可以理解的是，旋轉式壓縮機100的工作原理已為現(xiàn)有技術，這里就不進行詳細描述。 [0039] 殼體包括主殼體11、上殼體10和下殼體12,上殼體10和下殼體12分別設在主殼體 11的上下兩端的開口處，也就是說，主殼體11形成為上下兩端均敞開的中空的結構，上殼體 10設在主殼體11的上端以封閉主殼體11的上端開口，下殼體12設在主殼體11的下端以封閉 主殼體11的下端開口?？蛇x地，上殼體10與主殼體11為焊接連接，下殼體12與主殼體11為焊 接連接。
[0040]每個氣缸2設在殼體內(nèi)，每個氣缸2上設有氣缸腔20和滑片槽21，每個氣缸腔20內(nèi) 設有偏心轉動的活塞3,每個滑片槽21內(nèi)設有往復運動的滑片4,每個滑片4的先端與相應的 活塞3的外周壁接觸。具體地，每個氣缸2對應的活塞3與滑片4配合以將相應的氣缸腔20分 隔成吸氣腔20b和壓縮腔20a?？梢岳斫獾氖?，當氣缸2為多個時，相鄰的氣缸2之間設有中隔 板，主軸承6和副軸承7分別設在多個氣缸2組成的氣缸組的兩側。當氣缸2為一個時，主軸承 6和副軸承7設在氣缸2的兩側。
[0041 ]曲軸5貫穿每個氣缸2,曲軸5包括主軸50和設在主軸50上的至少一個偏心部51，每 個活塞3外套在相應的偏心部51上，主軸50固定在轉子81上，電機8運行以驅動曲軸5轉動從 而帶動每個活塞3在相應的氣缸腔20內(nèi)偏心轉動。
[0042]其中旋轉式壓縮機100的總排量為Q總(cm3 )，Q總=NQ，其中Q為每個氣缸2的排量，主 殼體11的內(nèi)徑為D(cm)，每個氣缸2的排量滑片4的滑片伸出率m^cU-d2)/L，其中cU為相應的氣缸2的內(nèi)徑，d 2為設在相應的氣缸2內(nèi)的活塞3的外徑，h為相應氣缸 2的高度，L為相應的滑片4的長度。
[0043]具體地，壓縮機的能效比計算公式如下:n=nvninmnMn ad，其中，n為壓縮機能效比， %為壓縮機容積效率，ru為壓縮機指示效率，nm為壓縮機機械效率，為電機效率。
[0044]壓縮機的排量確定時，主殼體11內(nèi)徑D增大，則電機8外徑D1隨之增大，電機8效率 nm?？上鄳嵘?，如圖4所示，電機8效率nm。的提升與電機8外徑D1的加大并非呈線性關系，電 機8外徑D1越大，電機8效率nm。隨電機8外徑D1加大的斜率減小。
[0045] 另外，壓縮機構外徑D2也相應加大，滑片4可相應加長以提升壓縮機能效?；?總 長受限于氣缸2上的滑片槽21的總長，由圖2可知，當壓縮機構外徑D2增大時，可在保證滑片 槽21最小壁厚的前提下加大滑片槽21的長度，從而加大滑片4的總長。如圖3所示，每個滑片 4的先端止抵在活塞3的外周壁上，滑片4伸出至氣缸腔20內(nèi)的部分受吸氣腔20b低壓和壓縮 腔20a高壓的壓差作用力，位于滑片槽21內(nèi)的滑片4兩側由滑片槽21支撐，形成杠桿，滑片4 中部與氣缸2內(nèi)圓接觸處即為支點，滑片4伸出部分的長度的一半即為壓差力F1的力臂L1， 滑片4尾部與滑片槽21接觸處的壓力為F2,力臂為L2,支點壓力F3,根據(jù)力矩平衡和力平衡， 滿足以下關系式：
[0046] F1*L1=F2*L2
[0047] F3=F1+F2
[0048] 設滑片4總長為L，則L = 2*L1+L2,因此可推導出：
[0049] F2=F1*L1/(L-2*L1)
[0050]由此可知，在滑片4伸出部分長度2*L1和所受壓差力F1不變的情況下，加大滑片4 總長L即可減小滑片4尾部與滑片槽21接觸處的壓力F2,以及支點處壓力F3,該兩處受力減 小后，滑片4在滑片槽21內(nèi)往復運動所受的摩擦力即減小，壓縮機運轉的摩擦功耗損失減 小，壓縮機功率減小，壓縮機機械效率nm提高，能效比n增加。
[0051]如圖5所示，壓縮機機械效率nm的提升與滑片4長度加大并非呈線性關系，滑片4越 長，壓縮機機械效率nm隨滑片4總長L增大的斜率減小。
[0052 ]可以理解的是，電機8的成本與電機8的體積相關，電機8的成本隨電機8的外徑D1 加大而增加，如圖6所示，電機8的外徑D1越大，電機8的成本隨電機8的外徑D1增大的斜率越 大。
[0053]綜上所述，壓縮機的成本和能效、與壓縮機的排量Q總(cm3)和主殼體11的內(nèi)徑D (cm)之間的比值如/D之間的關系曲線如圖7所示。
[0054]壓縮機的能效比n和成本c的比值，可視為壓縮機的性價比，性價比n/c與收/D之間 的關系曲線如圖8所示，性價比n/c隨Q總/D增大先增后減，存在拐點，即存在最優(yōu)的Q總/D使得 壓縮機的性價比最高。
[0055]對于采用R410A冷媒的壓縮機，性價比最優(yōu)時對應的Q總/D約為1.8,目前采用R410A 冷媒的壓縮機的(M/D大多處于1.4~2.0之間，以使得壓縮機性價比較優(yōu)。
[0056]對于采用環(huán)保新冷媒R290的壓縮機，目前的設計仍借鑒相同排量的采用R410A冷 媒的壓縮機。但R290與R410A冷媒特性差異較大，主要特性差異如下表：
[0058]需要說明的是，以上特性的比較前提均為壓縮機所處的制冷或制熱系統(tǒng)中蒸發(fā)溫 度、排氣溫度、壓縮機吸氣溫度均相同。
[0059]由于以上冷媒特性差異的存在，使得采用R290冷媒的壓縮機性價比較優(yōu)時的Q總/D 取值與采用R410A冷媒的壓縮機有較大差異，借鑒現(xiàn)有的采用R410A冷媒的壓縮機結構設計 出來的采用R290冷媒的壓縮機的性價比較低。需要進行說明的是，為了便于描述，將采用 R290冷媒的壓縮機簡述為R290冷媒壓縮機，將采用R410A冷媒的壓縮機簡述為R410A冷媒壓 縮機。
[0060]上述冷媒特性差異對性價比最優(yōu)化設計時的(M/D取值的影響為：
[00611同排量時R290理論壓縮功率小，使得R290冷媒壓縮機較同排量R410A冷媒壓縮機 在電機8效率相同時需要的電機8外徑D1減小，如圖9所示，R290冷媒壓縮機的電機效率rw隨 電機外徑D1的變化關系曲線與同排量R410A冷媒壓縮機的電機效率nm。隨電機外徑D1的變化 關系曲線的差異為R290冷媒壓縮機的曲線較R410A冷媒壓縮機的曲線整體左移。
[0062] R290排氣壓強及吸排氣壓強差小，使得滑片4側面受力減小，滑片4往復運動時的 摩擦功率損失降低，滑片4加長對壓縮機機械效率^的提升幅度降低，如圖10所示，R290冷 媒壓縮機的機械效率隨滑片總長L變化的關系曲線（圖中虛線所示)與R410A冷媒壓縮機 的機械效率nm隨滑片總長L變化的關系曲線（圖中實線所示）的差異為R290冷媒壓縮機的曲 線較R410A冷媒壓縮機的曲線整體左移。
[0063]綜上所述，R290冷媒壓縮機能效與排量Q總和主殼體11內(nèi)徑D之間的比值Q總/D的關 系曲線，相當于如圖7所示的R410A冷媒壓縮機的曲線整體左移，而壓縮機成本與Q總/D的關 系曲線仍不變，因此R290冷媒壓縮機性價比n/C與Q總/D之間的關系曲線較R410A冷媒壓縮機 性價比n/C與Q總/D之間的關系曲線的差異如圖11所示，性價比最優(yōu)時對應的Q總/D值較R410A 由1.8增大至2.5。
[0064] 因此，為提升R290冷媒壓縮機的性價比，根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機100中 的總排量如.與主殼體11的內(nèi)徑D之間滿足如下關系式：
[0065] 2.1 <Q^,/D<4〇
[0066] 根據(jù)本發(fā)明實施例的旋轉式壓縮機100,通過使得2.1 < Qg/D < 4,從而可以提高采 用R290冷媒的旋轉式壓縮機100的性價比。
[0067] 可以理解的是，降低氣缸2的高度可減小活塞3外圓和氣缸2內(nèi)圓間的徑向泄漏，并 且減小氣缸2內(nèi)壁的面積可以減小壓縮機構外部高溫冷凍機油向氣缸2內(nèi)部的傳熱損失，但 根據(jù)排量計算公式Qz^c^-d/hh/McU為氣缸2內(nèi)徑，d 2為活塞3外徑，h為氣缸2高度），在 保證排量Q-定的前提下，若降低氣缸2高度h，則需增大氣缸2內(nèi)徑dl或減小活塞3外徑d2。 [0068]根據(jù)滑片4的滑片伸出率公式m^cU-cb)/!，其中cU為氣缸2內(nèi)徑，d 2為活塞3外徑， 在主殼體11內(nèi)徑D-定的情況下，壓縮機構外徑D2也一定，為保證氣缸2的滑片槽21處最小 壁厚，氣缸2內(nèi)徑dl若增大，則滑片槽21長度需減小，滑片4長度受限于滑片槽21長度也需減 小。
[0069] 綜上，氣缸2高度若降低必然導致滑片4伸出率m增大，通過圖3及上述滑片4側面受 力分析可知，滑片4的滑片伸出率m增大必然導致滑片4側面受力增大，滑片4在滑片槽21內(nèi) 往復運動時的側面摩擦功率損失加大，滑片4的滑片伸出率m增大至一定程度時，滑片4側面 潤滑情況惡化，摩擦系數(shù)急劇加大，摩擦功率損失急劇增加，滑片4側面摩擦損失與滑片4的 滑片伸出率m的關系曲線如圖12所示。
[0070] 對于R290冷媒壓縮機，滑片4的滑片伸出率增大至0.6左右，滑片4側面潤滑情況惡 化，摩擦系數(shù)急劇加大，摩擦功率損失呈現(xiàn)劇增，綜合降低缸高以提升壓縮機能效（同時滑 片4的滑片伸出率m加大），并控制滑片4側面摩擦功率損失不要出現(xiàn)急劇加大，在本發(fā)明的 一些實施例中，將滑片4的滑片伸出率m的取值范圍限定為:0.4<m<0.6。
[0071] 根據(jù)本發(fā)明實施例的冷凍循環(huán)裝置，包括根據(jù)本發(fā)明上述實施例的旋轉式壓縮機 100〇
[0072] 根據(jù)本發(fā)明實施例的冷凍循環(huán)裝置，通過采用根據(jù)本發(fā)明上述實施例的旋轉式壓 縮機100,從而提高采用R290冷媒的壓縮機的性價比。
[0073] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。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，或僅僅表示 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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0074] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任 一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技 術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結 合和組合。
[0075] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1. 一種旋轉式壓縮機，其特征在于，所述旋轉式壓縮機采用R290冷媒，所述旋轉式壓縮 機包括： 殼體，所述殼體包括主殼體、上殼體和下殼體，所述上殼體和所述下殼體分別設在所述 主殼體的上下兩端的開口處； N個氣缸，每個所述氣缸設在所述殼體內(nèi)，每個所述氣缸上設有氣缸腔和滑片槽，每個 所述氣缸腔內(nèi)設有偏心轉動的活塞，每個所述滑片槽內(nèi)設有往復運動的滑片，每個所述滑 片的先端與相應的所述活塞的外周壁接觸，其中N2 1; 曲軸，所述曲軸貫穿每個所述氣缸，所述曲軸包括主軸和設在所述主軸上的至少一個 偏心部，每個所述活塞外套在相應的所述偏心部上； 其中所述旋轉式壓縮機的總排量為Q總(cm3)，Q總=NQ，其中Q為每個所述氣缸的排量，所 述主殼體的內(nèi)徑為D(cm)，所述總排量鉍與主殼體的內(nèi)徑D之間滿足如下關系式:2.1 <收/D <4,每個所述氣缸的排量0 = 其中cU為相應的氣缸的內(nèi)徑，d2為設在相應的 氣缸內(nèi)的活塞的外徑，h為相應氣缸的高度。2. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉式壓縮機，其特征在于，每個所述滑片的先端止抵在所述 活塞的外周壁上，每個所述滑片的滑片伸出率m的取值范圍為:0.4<m<0.6,其中所述滑片 伸出率miWi-cb)/!，其中cU為相應的氣缸內(nèi)徑，d 2為相應的活塞外徑，L為相應的滑片長 度。3. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉式壓縮機，其特征在于，所述上殼體與所述主殼體為焊接 連接，所述下殼體與所述主殼體為焊接連接。4. 一種冷凍循環(huán)裝置，其特征在于，包括根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的旋轉式壓縮 機。
【文檔編號】F04C29/04GK105840508SQ201610329906
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】蔣君之, 高斌, 余彧, 虞陽波
【申請人】廣東美芝制冷設備有限公司, 安徽美芝精密制造有限公司