阀片、阀组件、压缩机及制冷装置的制作方法

本发明属于制冷设备技术领域，具体而言，涉及一种阀片、阀组件、压缩机及制冷装置。

背景技术

现有的压缩机，尤其是旋转式压缩机，其排气组件主要以舌簧阀为主，舌簧阀的阀片具有结构简单、可靠性高等优点。舌簧阀的阀片的刚度会影响压缩机的性能，在传统的舌簧阀排气结构中，通过减小阀片刚度，可以降低流动阻力损失；但在高频工况时，当阀片较长、刚度过小时会出现关闭不及时，导致回流损失增加，整体性能下降。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有较快的响应速率，可以实现快速开启和关闭的阀片。

同时，本发明还提出一种具有该阀片的阀组件，以及具有该阀组件的压缩机，和具有该压缩机的制冷装置。

根据本发明第一方面实施例的阀片，其包括头部、固定部和多个阀臂，所述固定部呈环形并环绕所述头部设置；多个所述阀臂沿着所述头部的周向均匀设置于所述头部和所述固定部之间，每个所述阀臂的一端连接所述头部，另一端连接所述固定部，并呈渐开线状围绕所述头部延伸设置。

根据本发明实施例的阀片，至少具有如下有益效果：通过设置均匀分布的多个阀臂，并且将每个阀臂设置为呈渐开线状，能够在保证阀臂长度的同时，保证阀片的头部与固定部的径向连接刚度，从而提高阀片的响应速率，以实现头部的快速开启和关闭。

根据本发明的一些实施例，所述阀臂设置有2至4个。

根据本发明的一些实施例，在所述阀臂的延伸方向上，所述阀臂的宽度保持不变。

根据本发明的一些实施例，在所述阀臂的延伸方向上，相邻所述阀臂之间的间隙的宽度保持不变。

根据本发明的一些实施例，所述阀臂的回转角度为180度至720度。

根据本发明的一些实施例，所述阀臂与所述头部和/或所述固定部的连接处设置有过渡结构。

根据本发明的一些实施例，所述过渡结构为应力集中孔。

根据本发明的一些实施例，所述头部所覆盖的排气孔的孔径为D，多个所述阀臂与所述头部的连接点所在的圆的直径为D1，所述头部的最小密封距离为b，满足：D1＝D 2b；其中，b＝0.8mm～1.5mm。

根据本发明的一些实施例，所述阀臂的渐开线方程为：

其中，a为基圆半径，满足：为渐开角；θ为相位差。

根据本发明的一些实施例，多个所述阀臂与所述固定部的连接点所在的圆的直径为D2，满足：D2＝nD；其中，2.51<n<3.52。

根据本发明的一些实施例，所述阀臂的宽度为La，满足：

根据本发明的一些实施例，所述阀臂的长度为L，满足：其中，Y是渐开线系数，满足：0≤Y≤4D1；L0是最小应力臂长，所述阀臂与所述头部和/或所述固定部的连接处设置有应力集中孔，所述应力集中孔的半径为r，满足：5r≤L0≤15r。

根据本发明第二方面实施例的阀组件，其设置于压缩机的排气通道中，并包括阀座和本发明第一方面实施例的阀片，所述阀座具有与所述排气通道连通的排气孔；所述阀片的所述头部覆盖于所述排气孔。

根据本发明实施例的阀组件，至少具有如下有益效果：通过设置均匀分布的多个阀臂，并且将每个阀臂设置为呈渐开线状，能够在保证阀臂长度的同时，保证阀片的头部与固定部的径向连接刚度，从而提高阀片的响应速率，以实现头部的快速开启和关闭，从而提升阀组件的效能。

根据本发明的一些实施例，所述阀组件还包括限位器，所述限位器包括连接的固定结构和限位结构，所述固定结构用于将所述固定部固定于所述排气孔的周缘处，所述限位结构用于限定所述头部的开启高度。

根据本发明第三方面实施例的压缩机，其包括压缩机本体和本发明第二方面实施例的阀组件，所述压缩机本体具有排气通道；所述阀组件设置于所述排气通道中。

根据本发明实施例的压缩机，至少具有如下有益效果：其采用本发明第二方面实施例的高性能的阀组件，能够提升压缩机的工作效率，并延长使用寿命。

根据本发明第四方面实施例的制冷装置，其包括本发明第三方面实施例的压缩机。

根据本发明实施例的制冷装置，至少具有如下有益效果：其采用本发明第三方面实施例的压缩机，能够提升制冷装置的工作效能，并延长制冷装置的使用寿命，提升用户满意度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一些实施例的双阀臂阀片在关闭状态下的俯视图；

图2为本发明一些实施例的双阀臂阀片在关闭状态下的俯视图；

图3为图2所示的双阀臂阀片在开启状态下的立体结构示意图；

图4为本发明一些实施例的三阀臂阀片在关闭状态下的俯视图；

图5为图4所示的三阀臂阀片在开启状态下的立体结构示意图；

图6为本发明一些实施例的阀片限位器的立体结构示意图；

图7为图6所示的阀片限位器的剖面视图；

图8为本发明一些实施例的压缩机的安装法兰(具有阀组件)的立体结构示意图；

图9为本发明一些实施例的阀片限位器(不具有紧固件)的立体结构示意图；

图10为本发明一些实施例的阀片限位器(具有紧固件)的立体结构示意图；

图11为图10所示的阀片限位器的剖面视图；

图12为本发明一些实施例的压缩机的安装法兰(具有阀组件)的立体结构示意图；

图13为图12所示的安装法兰(具有阀组件)的剖面视图。

图14为本发明一些实施例的压缩机的性能系数与阀片升程之间的关系图。

附图标记：

阀片100、头部101、固定部102、阀臂103；

应力集中孔201；

限位器600、固定结构601、限位结构602、连接结构603、通孔604；

安装法兰800、安装槽801；

安装结构901、连接孔902；

紧固件1001。

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如顶、底、内、外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。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、装配、位于等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷设备的心脏。它从吸气通道吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气通道排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。

现有的压缩机，尤其是旋转式压缩机，其排气组件主要以舌簧阀为主，舌簧阀是气阀的一种形式，阀片用弹性薄钢片制成，阀片的一端固定在阀座上，另一端是自由的。由于阀片本身是柔性的启闭元件，具有弹性，可不另设弹簧，舌簧阀具有结构简单、运动质量轻、余系容积小的特点。

为优化阀片提升压缩机的性能，可以通过减小阀座余隙容积和降低排气阻力损失两方面进行优化。

首先，可以通过减小排气阀座厚度减小余隙容积，舌簧阀的安装阀座为狭长型，阀座厚度减小时，一方面在阀座背部法兰端面精加工时，局部薄壁结构处平面度等明显较其他区域恶化。另一方面，压缩机运转过程中，阀座位置一直受到阀座两侧高低压气体挤压，狭长型的阀座结构使法兰刚度大大降低，易产生变形，对压缩机性能和可靠性产生不良影响。

另外，阀片刚度会影响压缩机的性能，在现有压缩机的舌簧阀排气结构中，通过减小阀片刚度，可以降低流动阻力损失。但在高频工况时，由于阀片较长，刚度过小时会出现关闭不及时，导致回流损失增加，整体性能下降。

为此，结合图1-图14所示，具体描述本发明的具体实施方式。

参照图1所示，其示出了本发明第一方面的阀片100的一些实施例，其包括头部101、固定部102和多个阀臂103。

具体而言，参照图1所示，头部101位于阀片100的几何中心处，固定部102呈环形并环绕头部101设置；两个阀臂103沿着头部101的周向均匀设置于头部101和固定部102之间，每个阀臂103的两端分别连接头部101和固定部102，阀臂103呈渐开线状围绕头部101延伸设置。

可以理解的是，阀片100设置于压缩机的阀座(例如图8所示的安装法兰800)上，阀座位于压缩机的排气通道中，其中，当压缩机在吸气状态下，头部101用于关闭排气孔(参照图1、图2所示)，当压缩机在排气状态下，头部101将开启排气孔(参照图3所示)，气体通过排气孔与头部101的间隙排出压缩机。当排气结束，头部101在阀臂103的弹性恢复力作用下，会再次关闭排气孔，将排气孔覆盖封闭。

还可以理解的是，头部101位于阀片100的几何中心处能够保证头部101在开启和关闭的移动过程中，阀臂103所受到的力是均匀一致的，从而避免头部101不能封闭排气孔，导致回流损失。

需要说明的是，阀臂103数量不限于两个，可以设置为大于两个，例如三个(下文会详细描述)、四个、五个或者更多个。

可以理解的是，阀臂103的数量较少时，能够降低阀片100的流动阻力损失，但同时会使得阀臂103的刚度过小，而使得时会出现关闭不及时，导致回流损失增加，导致压缩机的整体性能下降。

当阀臂103数量过多时，会使得头部101能够及时关闭，减小回流损失，但又会增大阀片100的流动阻力损失，同样会导致压缩机的整体性能下降。

在本申请的一些实施例中，阀臂103数量选择为2个～4个，以平衡流动阻力损失和回流损失。

在一些实施例中，参照图4至图5所示，阀臂103数量为3个，通过设置为3个，即能平衡流动阻力损失和回流损失，从而提高阀片100的响应速率，以实现头部101的快速开启和关闭，提升压缩机的使用性能。

还需要说明的是，渐开线是一个数学概念，其定义为：点到圆心的距离与该点与原点连线的角度成正比的线。

具体来说，将一个圆轴固定在一个平面上，轴上缠线，拉紧一个线头，让该线绕圆轴运动且始终与圆轴相切，那么线上一个定点在该平面上的轨迹就是渐开线。

通过将阀臂103设置为渐开线状，能够保证阀臂103沿着头部101的开启方向变形时，其受力的均匀性，并且能够在保证阀臂103长度的同时，提升阀片100的头部101与固定部102的的径向连接刚度，从而提高阀片100的响应速率，以实现快速开启和关闭。

另外，采用渐开线形状，均匀的受力能够避免阀臂103的应力集中，从而提升阀臂103的抗疲劳性能，延长阀片100的使用寿命。

需要说明的是，参照图1、图2、图4所示，在阀臂103的延伸方向上，阀臂103的宽度相等，即保持不变，由此设置，也能够保证阀臂103沿着头部101的开启方向变形时，其受力的均匀性，均匀的受力能够避免阀臂103的应力集中，从而提升阀臂103的抗疲劳性能，延长阀片100的使用寿命。

还需要说明的是，在阀臂103的延伸方向上，相邻阀臂103之间的间隙的宽度相等，即保持不变，由此设置，能够方便阀臂103的加工，同时，也能确保加工出的阀臂103的宽度保持不变。

在一些实施例中，阀臂103的回转角度为180度至720度。

参照图2所示，阀臂103的回转角度超过360度，参照图4所示，阀臂103的回转角度接近360度，将阀臂103的回转角度为180度至720度，能够使得阀臂103的长度增加，使得阀臂103沿着头部101的开启方向具有足够的变形量，减小阀臂103的刚度，又不至于使得阀臂103的刚度过小，能很好的平衡阀臂103的变形能力及刚度，从而平衡流动阻力损失和回流损失。

在一些实施例中，阀臂103与头部101的连接处，以及阀臂103与固定部102的连接处设置有过渡结构。通过设置过渡结构，能够减小阀臂103与头部101的连接处，以及阀臂103与固定部102的连接处的应力集中，从而影响阀片100的使用寿命。

可以理解的是，可以根据需要，仅在阀臂103与头部101的连接处或者仅在阀臂103与固定部102的连接处设置有过渡结构。

对比图1和图2所示，图1中，阀臂103与头部101的连接处，以及阀臂103与固定部102的连接处均未设置过渡结构，而图2中，阀臂103与头部101的连接处，以及阀臂103与固定部102的连接处均设置过渡结构。

在一些实施例中，过渡结构可以设置为倒角，例如倒圆角，以减小连接处的应力集中。

具体的，参照图2，图3所示，过渡结构具体设置为应力集中孔201。通常而言，应力集中孔201可以设置为圆形孔、椭圆形孔或者其他具有曲面内壁面的孔，需要注意的是，应力集中孔201的内避面应该是具有平滑的，由此能够避免阀臂103与头部101的连接处，和/或阀臂103与固定部102的连接处出现应力集中。

参照图4所示，在一些实施例中，阀片100的头部101所覆盖的排气孔(图中未示出)的孔径为D，多个阀臂103与头部101的连接点所在的圆的直径为D1(以下称”头部101的直径D1“)，头部101的最小密封距离为b，排气孔的孔径D、头部101的直径D1和最小密封距离b满足公式一：

D1＝D 2b；其中，b＝0.8mm～1.5mm。

可以理解的是，通过将头部101的最小密封距离为b限定为0.8mm～1.5mm，能够在保证头部101较好的封闭排气孔的前提下，尽量减小流动阻力损失，提升阀组件的排气性能。

需要说明的是，当阀臂103与头部101的连接处设置有应力集中孔201时，多个阀臂103与头部101的连接点可以视为应力集中孔201的几何中心；当只有两个阀臂103的时候，两个阀臂103与头部101的连接点的连线即构成了所在圆的直径D1；当具有三个以上的阀臂103的时候，阀臂103与头部101的连接点能直接确定一个直径为D1的圆。

需要说明的是，本发明中阀臂103的渐开线参数满足方程式一：

其中，基圆半径a满足如下公式：为渐开角，θ为相位差。本领域技术人员周知的是，基圆，渐开角相位差θ均为渐开线方程中的数学概念，其三者的大小结合上述方程式即能确定渐开线的具体形状。

可以理解的是，排气孔的尺寸是压缩机上可以测量确定的参数，首先，根据排气孔的尺寸，结合上述公式一，能确定头部101的直径D1的适当的尺寸；然后，根据头部101的直径D1以及上述方程式一，即能确定阀臂103的基本形状。

需要说明的是，方程式一中，渐开角相位差θ的参数选择，可以进一步结合阀臂103的臂宽La、臂长L进行选择，以满足臂宽La、臂长L的要求。

参照图4所示，在一些实施例中，阀片100的头部101所覆盖的排气孔的孔径为D，多个阀臂103与固定部102的连接点所在的圆的直径为D2(以下称”固定部102的直径D2“)，固定部102的直径D2和排气孔的孔径D满足公式二：

D2＝nD；

其中，n是基于仿真结果得到的经验系数，n的取值范围为：2.51<n<3.52。

可以理解的是，通过限定多个阀臂103与固定部102的连接点所在的圆的直径为D2与排气孔的孔径D的关系，能够优化阀臂103的弹性变形量，平衡好阀臂103的变形能力及刚度，从而提高阀片100的响应速率，以实现头部101的快速开启和关闭。

需要说明的是，当阀臂103与固定部102的连接处设置有应力集中孔201时，多个阀臂103与固定部102的连接点可以视为应力集中孔201的几何中心；当只有两个阀臂103的时候，两个阀臂103与固定部102的连接点的连线即构成了所在圆的直径D2；当具有三个以上的阀臂103的时候，阀臂103与固定部102的连接点能直接确定一个直径为D2的圆。

参照图4所示，在一些实施例中，阀臂103的宽度为La，头部101的直径D1、固定部102的直径D2和阀臂103的宽度La满足公式三：

可以理解的是，阀臂103的宽度能够影响阀臂103的回转角度也能影响阀臂103的刚性，通过上述设置，能够在保证阀臂103的长度(即同时保证了阀臂103的回转角度)的同时，使得阀臂103沿着头部101的开启方向具有足够的变形量，适当的减小阀臂103刚度，能很好的平衡阀臂103的变形能力及刚度，从而平衡流动阻力损失和回流损失。

需要说明的是，根据公式二能够确定出固定部102的直径D2，即D2＝(2.51～3.52)D，进一步根据公式三，就能确定阀臂103的宽度La，同时，根据阀臂103的宽度La的宽度范围，就可以适当调整方程式一中的相位差θ的取值，以进一步确定阀臂103的形状。

参照图4所示，在一些实施例中，阀臂103的长度为L，头部101的直径D1、固定部102的直径D2和阀臂103的宽度La满足公式四：

其中，Y是渐开线系数，满足公式五：0≤Y≤4D1；

L0是最小应力臂长，阀臂103与头部101和/或固定部102的连接处设置有应力集中孔，应力集中孔的半径为r，满足公式六：5r≤L0≤15r。

可以理解的是，当r为0时，即可以视为阀臂103与头部101的连接处，以及阀臂103与固定部102的连接处均不设置应力集中孔。

因此，当阀臂103与头部101的连接处，以及阀臂103与固定部102的连接处均不设置应力集中孔时，L0＝0；相应的，

可以理解的是，阀臂103的长度同样能够影响阀臂103的刚性以及阀臂103的变形能力，通过上述设置，能够在保证阀臂103的刚度的同时，使得阀臂103沿着头部101的开启方向具有足够的变形量，从而很好的平衡阀臂103的变形能力及刚度，从而平衡流动阻力损失和回流损失，同时能够提升阀片100的响应速率，以实现头部101快速开启和关闭。

需要说明的是，根据公式二能够确定出固定部102的直径D2，进一步根据公式四、公式五和公式六，就能确定阀臂103的长度L，同时，根据阀臂103的长度范围，就可以适当调整方程式一中的渐开角的取值，以进一步确定阀臂103的形状。

并且根据实验可以确定，采用本发明的阀片100与传统的舌簧阀片相比，其在旋转压缩机的工作过程中，能具有更高的响应速率，并且在单位时间的排气流量也得到提升，从而使得压缩机的工作效能得以提升。

根据本发明第二方面的一些实施例的阀组件，其设置于压缩机的排气通道中，并且包括阀座和本发明第一方面实施例的阀片100。

具体而言，参照图8所示，阀座具有与排气通道连通的排气孔(图中未直接示出)，阀片100的头部101覆盖于排气孔。

在一些实施例中，参照图5、图6所示，阀组件还包括限位器600，限位器600包括连接的固定结构601和限位结构602，固定结构601用于将固定部102固定于排气孔的周缘处，限位结构602用于限定头部101的开启高度。

需要说明的是，参照图5、图6所示，限位器600还包括用于连接固定结构601和限位结构602的连接结构603，沿着头部101的开启方向(即排气孔的轴向方向)，限位结构602的底端面与固定结构601的底端面之间距离为H，H的大小及决定了头部101的开启高度空间。

在一些实施例中，开启高度高度H与排气孔直径D满足公式七：

具体来说，排气孔直径D越大，单位的排气量越大，开启高度高度H不宜设置过大，以缩短排气时间；排气孔直径D越小，单位的排气量越小，开启高度高度H不宜设置过小，以延长排气时间。

通过上述设置，能够平衡单位的排气量和排气时间之间的关系，由此能够平衡流动阻力损失和回流损失。

参照图14所示，针对给定的排气孔径D，同时阀片的其他参数确定的前提下，基于压缩机整机能效性能仿真，当时，压缩机的能效性能系数明显较为优异。

可以理解的是，限位结构602呈板状，限位结构602的底端面应设置为平整状态，当头部101开启到顶端时，限位结构602的底端面能与头部101呈面接触状态。

还可以理解的是，固定结构601呈环形，其能够与阀片100的固定部102形状适配，以便将阀片100压接固定于排气孔的周缘处。

同时可以理解的是，固定结构601的环形内部的直径D3，应大于或者等于多个阀臂103与固定部102的连接点所在的圆的直径为D2，由此设置，能够防止固定结构601干涉阀臂103的弹性变形。

在一些实施例中，阀片100的固定部102的下端面与安装法兰800的阀座外围接触，头部101与排气口接触，限位器600的环形固定结构601与阀片100的固定部102的上端面接触，以将阀片100固定至安装法兰800上。

压缩机排气前期，阀片100的头部101沿排气孔轴向方向运动并撞击限位器600的限位结构602；排气后期，阀片100的头部101回落撞击排气口的周缘。

在一些实施例中，参照图7所示，限位结构602上开设有通孔604，使得限位结构602形成环状结构，如此设置，在限位结构602的底端面能与头部101接触时，能够可以减小油的黏滞力，加速头部101的回落，避免回流损失。

可以理解的是，通孔604也可以用设置在限位结构602的底端面凹槽替代，同样能到上述技术效果。

根据本发明第三方面的一些实施例的压缩机(图中未示出)，其包括压缩机本体和本发明第二方面实施例的阀组件。

具体而言，压缩机本体具有排气通道；阀组件设置于排气通道中。

需要说明的是，在一些实施例中，阀组件具体设置于压缩机的安装法兰800(即阀座)上，为了将限位器600固定在安装法兰800上，可在安装法兰800上围绕排气孔设置一个安装槽801，然后将限位器600卡设在安装槽801内，例如通过过盈配合的方式来安装，此时，需要满足安装槽801的内径略小于固定结构601的外径。

传统技术中，舌簧阀的安装结构为狭长型，阀座厚度减小时，一方面在阀座的安装法兰端面精加工时，局部薄壁结构处平面度等明显较其他区域恶化。另一方面，压缩机运转过程中，阀座位置一直受到阀座两侧高低压气体挤压，狭长型的阀座结构使安装法兰的刚度大大降低，易产生变形，对压缩机性能和可靠性产生不良影响。

而根据本发明实施例的压缩机，至少具有如下有益效果：其采用了上述实施例的高性能的阀组件，能够提升压缩机的工作效率，并延长使用寿命。

同时，采用本发明实施例的压缩机能有效减小压缩机上阀座的最大跨度和截面面积，可以替代现有解决方案中使用的排气阀片结构。与传统排气结构相比，本发明具有结构紧凑、安装法兰刚性更高、密封性能好、关闭及时等优点。

此外，参照图9至图11所示，还可以在限位器600进一步设置安装结构901，安装结构901上设置有连接孔902，利用紧固件1001穿过连接孔902，以将限位器600固定在压缩机的安装法兰800上，此时，可以围绕排气孔设置一个安装槽801也可以不设置安装槽801。

根据本发明第四方面的一些实施例的制冷装置(图中未示出)，其包括本发明第三方面实施例的压缩机。

需要说明的是，本发明的制冷装置可以为空调或者冰箱等制冷装置。

根据本发明实施例的制冷装置，至少具有如下有益效果：通过在阀片100上设置均匀分布的多个阀臂103，并且将每个阀臂103设置为呈渐开线状，能够在保证阀臂103长度的同时，保证阀片100的头部101与固定部102的径向连接刚度，从而提高阀片100的响应速率，以实现头部101的快速开启和关闭。

由此设置，能够有效提升制冷装置的工作效能，并延长制冷装置的使用寿命，提升用户满意度。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的各实施例技术方案的范围。