泵体及压缩机的制作方法

1.本实用新型涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种泵体及压缩机。


背景技术：

2.旋转式压缩机目前主要应用于家用空调系统，作为动力装置驱动制冷剂在管路循环、换热，从而达到制冷、制热需求。随着行业发展需要，在成本压力的背景下压缩机小型化已然成为发展趋势。压缩机小型化当前主要采用缩小缸体直径方式实现。由于缸体缩小，压缩机内部容积变小、流通通道变窄，制冷剂流阻变大，降低了压缩机的指示效率。并且，压缩机缸体减小，电机定子外径缩小，电机效率降低，影响压缩机能效。
3.因此，现有的小型化压缩机存在能效低的问题，伴随空调系统能效升级，迫切需要对压缩机能效进行提升，满足系统高效及低成本的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种泵体及压缩机，以解决小型化压缩机能效低的问题。
5.为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种泵体，所述泵体包括：主体结构，所述主体结构具有间隔设置的第一排气口、第二排气口和第三排气口；第一气缸，设置在所述主体结构上，所述第一排气口和所述第一气缸的腔体连通；第一滚子，设置在所述第一气缸的腔体内，所述第一气缸的腔体内壁和所述第一滚子的外壁围绕形成的区域的容积为v1；第二气缸，设置在所述主体结构上，所述第二排气口和所述第三排气口均和所述第二气缸的腔体连通；第二滚子，设置在所述第二气缸的腔体内，所述第二气缸的腔体内壁和所述第二滚子的外壁围绕形成的区域的容积为v2；其中，v1/v2＝0.3～0.8。
6.进一步地，所述主体结构包括第一法兰、中隔部和第二法兰，所述第一气缸位于所述第一法兰和所述中隔部之间，所述第二气缸位于所述中隔部和所述第二法兰之间，其中，所述第一排气口位于所述第一法兰，所述第二排气口位于所述第二法兰，所述第三排气口位于所述中隔部。
7.进一步地，所述中隔部包括相互连接的本体和隔板，所述本体和所述隔板之间具有排气腔，所述隔板和所述第一气缸抵接，所述本体和所述第二气缸抵接，所述第三排气口位于所述本体，所述第三排气口和所述排气腔连通。
8.进一步地，所述本体包括底板、第一支撑环和第二支撑环，所述底板具有通孔，所述第一支撑环围绕所述底板的外周缘设置，所述第二支撑环围绕所述底板的通孔设置，其中，所述第一支撑环和所述第二支撑环均和所述隔板抵接。
9.进一步地，所述中隔部还包括挡片，所述挡片可开闭地设置在所述第三排气口处；所述本体具有出气孔，所述出气孔的一端和所述排气腔连通，所述出气孔的另一端和所述泵体的外部连通。
10.进一步地，v1/v2＝0.4～0.7。
11.进一步地，v1/v2＝0.40～0.43，或v1/v2＝0.52～0.60。
12.进一步地，所述第一气缸的高度为h1，所述第二气缸的高度为h2，所述第一气缸的腔体直径为d3，所述第二气缸的腔体直径为d4；其中，h1＜h2；或，h1＝h2，d3＜d4。
13.根据本实用新型的另一方面，提供了一种压缩机，所述压缩机包括上述的泵体。
14.进一步地，所述压缩机还包括定子和设置在所述定子内的转子，所述泵体包括曲轴，所述曲轴穿过所述转子以及所述泵体的第一气缸、第二气缸；其中，所述定子的外径为d1，所述曲轴的长轴直径为d2，所述曲轴的短轴直径为d21；d1/d2＝6.95～8.56，和/或， d2/d21＝1～1.02。
15.进一步地，所述压缩机还包括定子，所述定子的外径为d1，所述泵体的第一气缸的腔体直径为d3，所述第一气缸的高度为h1，所述泵体的第二气缸的直径为d4，所述第二气缸的高度为h2；其中，d1/h1＝4.20～6.32，d1/h2＝4.20～6.32；和/或，d1/d3＝2.1～2.5，d1/d4＝2.1～2.5。
16.进一步地，所述压缩机还包括定子，所述压缩机的排量为20～24cc，所述定子的外径为 100～110mm。
17.应用本实用新型的技术方案，提供了一种泵体，泵体包括主体结构、第一气缸、第一滚子、第二气缸和第二滚子，主体结构具有间隔设置的第一排气口、第二排气口和第三排气口；第一气缸设置在主体结构上，第一排气口和第一气缸的腔体连通；第一滚子设置在第一气缸的腔体内，第一气缸的腔体内壁和第一滚子的外壁围绕形成的区域的容积为v1；第二气缸设置在主体结构上，第二排气口和第三排气口均和第二气缸的腔体连通；第二滚子设置在第二气缸的腔体内，第二气缸的腔体内壁和第二滚子的外壁围绕形成的区域的容积为v2；其中， v1/v2＝0.3～0.8。采用该方案，将第一气缸和第二气缸的容积限定为上述比例关系，即对压缩机总排量进行泵体内部容积分配，这样可有效分配每个气缸内制冷剂流量占比，并且设置两个排气口对第二气缸排气，这样提高了两个气缸内的气流流通顺畅性，有效降低制冷剂流动阻力，减少能量损失，从而提高压缩机能效。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1示出了本实用新型的实施例提供的泵体的结构示意图；
20.图2示出了图1中的中隔部中的本体的结构示意图；
21.图3示出了图1中的第一气缸的俯视图；
22.图4示出了图3中的第一气缸的剖视图；
23.图5示出了图1中的第二气缸的俯视图；
24.图6示出了图5中的第二气缸的剖视图；
25.图7示出了本实用新型的实施例提供的压缩机的结构示意图；
26.图8示出了图7中的曲轴的结构示意图；
27.图9示出了图1中的泵体中v1/v2的值与指示效率的关系；
28.图10示出了图7中的压缩机中d1/d2的值与机械效率的关系；
29.图11示出了图7中的压缩机中d1/d(即d3或d4)与容积效率的关系，以及d1/h(即 h1或h2)与容积效率的关系。
30.其中，上述附图包括以下附图标记：
31.10、主体结构；11、第一排气口；12、第二排气口；13、第三排气口；14、第一法兰；15、第二法兰；16、中隔部；17、本体；171、底板；172、第一支撑环；173、第二支撑环；174、出气孔；18、隔板；20、第一气缸；31、第一滚子；32、第二滚子；40、第二气缸；50、定子；60、转子；70、曲轴。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.如图1至图11所示，本实用新型的实施例提供了一种泵体，泵体包括：主体结构10，主体结构10具有间隔设置的第一排气口11、第二排气口12和第三排气口13；第一气缸20，设置在主体结构10上，第一排气口11和第一气缸20的腔体连通；第一滚子31，设置在第一气缸20的腔体内，第一气缸20的腔体内壁和第一滚子31的外壁围绕形成的区域的容积为v1；第二气缸40，设置在主体结构10上，第二排气口12和第三排气口13均和第二气缸40的腔体连通；第二滚子32，设置在第二气缸40的腔体内，第二气缸40的腔体内壁和第二滚子32 的外壁围绕形成的区域的容积为v2；其中，v1/v2＝0.3～0.8。
34.采用该方案，将第一气缸20和第二气缸40的容积限定为上述比例关系，即对压缩机总排量进行泵体内部容积分配，这样可有效分配每个气缸内制冷剂流量占比，并且设置两个排气口对第二气缸40排气，这样提高了两个气缸内的气流流通顺畅性，有效降低制冷剂流动阻力，减少能量损失，从而提高压缩机能效。
35.在本实施例中，主体结构10包括第一法兰14、中隔部16和第二法兰15，第一气缸20 位于第一法兰14和中隔部16之间，第二气缸40位于中隔部16和第二法兰15之间，其中，第一排气口11位于第一法兰14，第二排气口12位于第二法兰15，第三排气口13位于中隔部 16。其中，中隔部16用于对第一法兰14和第二法兰15起间隔作用。第二气缸40的容积壁第一气缸20大，通过在中隔部上增设第三排气口13，可以使第二气缸40的排气更加顺畅。
36.或者，在另一未图示出的实施例中，第三排气口13不设置在中隔部16，而是设置在第二法兰15上。
37.具体地，中隔部16包括相互连接的本体17和隔板18，本体17和隔板18之间具有排气腔，隔板18和第一气缸20抵接，本体17和第二气缸40抵接，第三排气口13位于本体17，第三排气口13和排气腔连通。即第二气缸40中的压缩气体可从第三排气口13排到排气腔。
38.具体地，如图2所示，本体17包括底板171、第一支撑环172和第二支撑环173，底板 171具有通孔，第一支撑环172围绕底板171的外周缘设置，第二支撑环173围绕底板171的通孔设置，其中，第一支撑环172和第二支撑环173均和隔板18抵接。其中，底板171、第一支撑环172、第二支撑环173和隔板18之间的区域形成排气腔。采用上述设置，既实现了气体排
出，又保证了中隔部16的结构强度。其中，第一支撑环172在圆周方向不同位置的壁厚有差异，在壁厚比较厚的地方设置有通孔，以穿设连接螺栓。本体17可设置为分体结构或一体成型结构，例如，可采用注塑方式加工出一体成型的本体17，此种方式便于制造，成本低。
39.进一步地，中隔部16还包括挡片，挡片可开闭地设置在第三排气口13处，第二气缸40 中的压缩气体在压力大于一定值时将挡片打开；本体17具有出气孔174，出气孔174的一端和排气腔连通，出气孔174的另一端和泵体的外部连通。通过出气孔174可将排气腔内的气体排出。其中，出气孔174可以设置为多个以提高出气效果。
40.在本实施例中，v1/v2＝0.4～0.7，将第一气缸20和第二气缸40的容积限定为上述比例关系，可更优化地分配每个气缸内制冷剂流量占比，这样可进一步提高压缩机能效。优选地， v1/v2＝0.40～0.43，或v1/v2＝0.52～0.60。
41.在本实施例中，第一气缸20的高度为h1，第二气缸40的高度为h2，第一气缸20的腔体直径为d3，第二气缸40的腔体直径为d4。其中，h1＜h2，此种情况下d3和d4可以相等或不相等。或，h1＝h2，此种情况下d3＜d4。
42.如图7所示，本实用新型的另一实施例提供了一种压缩机，压缩机包括上述的泵体。采用该方案，将第一气缸20和第二气缸40的容积限定为上述比例关系，即对压缩机总排量进行泵体内部容积分配，这样可有效分配每个气缸内制冷剂流量占比，并且设置两个排气口对第二气缸40排气，这样提高了两个气缸内的气流流通顺畅性，有效降低制冷剂流动阻力，减少能量损失，从而提高压缩机能效。
43.在本实施例中，压缩机还包括定子50和设置在定子50内的转子60，泵体包括曲轴70，曲轴70穿过转子60以及泵体的第一气缸20、第二气缸40；其中，定子50的外径为d1，曲轴70的长轴直径为d2，曲轴70的短轴直径为d21，d1/d2＝6.95～8.56，d2/d21＝1～1.02。将 d1、d2和d21设置为上述比例关系，可以在压缩机小型化的情况下提高机械效率。
44.进一步地，压缩机还包括定子50，定子50的外径为d1，泵体的第一气缸20的腔体直径为d3，第一气缸20的高度为h1，泵体的第二气缸40的直径为d4，第二气缸40的高度为 h2；其中，d1/h1＝4.20～6.32，d1/h2＝4.20～6.32，d1/d3＝2.1～2.5，d1/d4＝2.1～2.5。通过上述参数设置，可以在压缩机小型化的情况下提高容积效率。
45.具体地，在本实施例中，压缩机的排量为20～24cc，定子50的外径为100～110mm。其中 1cc等于1ml。前述参数限定对于排量为20～24cc，定子50的外径为100～110mm的小型压缩机，能够较优地提高能效。
46.为了便于理解本方案，下面进一步进行说明。
47.本实用新型实施的旋转式压缩机包括：储液器、外壳体、电机及泵体结构，其中电机包括电机定子和电机转子结构。泵体采用双气缸设计，包括上第一气缸20和下第二气缸40及曲轴、中隔部16。第一气缸和第二气缸内部设有滚子和滑片结构形成压缩容积。曲轴一段与电机转子连接，另一端偏心部(双气缸结构，曲轴第一偏心部对应第一气缸，第二偏心部对应第二气缸)与滚子嵌套转配。当压缩机通电后，电子转子带动曲轴旋转，曲轴偏心部带动滚子在气缸内旋转形成封闭月牙形容积，随着容积变化(吸气容积增大、压缩容积减小)制冷剂进行吸气、压缩、排气过程，进而完成泵体整个工作过程。其中，第一气缸20与第二气缸40容积不同且成一定比例关系。而中隔部16有用于排出压缩腔内高压气体的第三排气口 13，及用于缓存高压气体的排气结构组成。工作过程中其与一块光滑平板装配形成带
有第三排气通道的空腔结构，用于气体密封、封存及为气缸内压缩气体排出提供路径。
48.压缩机性能评价方法主要以在相应系统工况下的压缩机能效高判定。单一工况下压缩机能效cop＝制冷量q/功耗p，其中制冷量高低与泵体容积效率相关，功耗多少与压缩机电机效率、指示效率、机械效率相关。因此，在电机效率一定前提下，压缩机能效近似等于cop≈容积效率(ηv)*指示效率(ηi)*机械效率(ηm)。
49.常规家用空调系统用双缸压缩机泵体结构中，上面第一气缸容积与下面第二气缸容积相同。但随着客户需求变化，压缩机小型化已成为主要需求方向。压缩机小型化后内部容积变小，制冷剂流路通道变窄，流阻变大，影响压缩机性能。为保证压缩机小型化后的能效系数不衰减或提升，对压缩机结构进行创新设计。
50.本方案中将小型化压缩机泵体结构中上面第一气缸容积v1与下面第二气缸容积v2设计成非等容积结构，且容积比例为v1/v2＝0.4～0.7。如图9所示，按照此比例关系对压缩机总排量进行泵体内部容积分配，可有效分配每个气缸内工作制冷剂流量占比。同时将非等容积的第一气缸20和第二气缸40中较大容积v2下气缸排气方式由传统的单气缸单排气方式，通过设计带有排气孔通道结构的中隔部变为单气缸双排气的方式。本方案双缸泵体为上第一气缸 20对应第一排气口，下第二气缸40的一端对应第二排气口，而另一端与中隔部中排气孔配合形成第三排气口，最终实现此小型化压缩机泵体为双缸多排气结构，提高气缸内压缩气体流通顺畅性。
51.第二气缸40变为单气缸双排气结构后，此时第二气缸40排气顺畅性提升一倍。压缩机新结构泵体总排气数量，由泵体双缸双排气方式，变为双缸三排气方式，并将两个气缸容积进行重新分配，将增加排气通道的v2气缸容积加大，达到多制冷剂流量在多通道位置排气更顺畅效果。按照总排量整体计算，排气顺畅性可提升30％以上，有效降低制冷剂流动过程阻力，减少流动损失，提高压缩机指示效率。
52.第一气缸容积v1和第二气缸容积v2计算公式：
[0053][0054][0055]
其中，第一气缸容积v1，气缸缸高h1，气缸缸径d3。第二气缸容积v2，气缸缸高h2，气缸缸径d4，d31为第一滚子的外径，d41为第二滚子的外径。根据两个气缸容积计算公式，每个气缸容积主要与气缸缸高、缸径两个变量相关。此方案中，第一气缸和第二气缸的缸高、缸径保证不同容积比例下可做如下关系式要求：
[0056]
1、当h1＜h2，d3和d4尺寸可相同或不同，进行对应气缸容积设计；
[0057]
2、当h1＝h2，d3＜d4，进行对应气缸容积设计。
[0058]
在压缩机小型化后，压缩机空间体积变小，那么压缩机电机定子外径d1变小，压缩机电机效率呈降低趋势，功耗增加，影响压缩机性能能效水平。如提高电机效率只能增加定子电机叠高或改用更改规格的电机材料满足，无形中将压缩机成本增加回去。假定小型化后电机成本不另行增加，为提升压缩机性能系数，那么容积效率和机械效率提升就尤为重要。
[0059]
为提高小型化压缩机机械效率，本方案通过合理设计d1/d2和d2/d21比值。其中d1为电机定子外径，d2曲轴长轴轴径，d21为曲轴短轴轴径。压缩机电机定子外径d1与曲轴长轴轴径d2比值为d1/d2，当压缩机小型化后电机定子外径d1一定，d1/d2比值若大于8.56，此时的曲轴长轴径过小，容易引起可靠性问题。曲轴长轴主要作为连接电机与泵体工作腔，作为动力传输部件，曲轴长轴与电机转子过盈配合装配。因此d1/d2值较小时，说明曲轴轴径较小，曲轴过细容易发生曲轴挠度变形，影响电机效率发挥，严重情况发生曲轴转配的电机转子与定子发生接触扫膛可靠性问题。
[0060]
在小型化机型满足机械效率提升时，优先考虑d1/d2比值关系，保证可靠性且有富余情况下，再进一步对d2/d21比值进行合理设计，即曲轴长轴轴径与短轴轴径比值。如图10所示，曲轴短轴轴径的减小一方面可进一步降低曲轴机械摩擦损失，同样对提高压缩机机械效率具有贡献。
[0061]
d1/d2和d2/d21具体比值关系如下：
[0062]
1、d1/d2＝6.95～8.56；
[0063]
2、d2/d21＝1～1.02。
[0064]
压缩机容积效率(ηv)主要反应气缸容积利用率，说明制冷剂在气缸容积中有效工作质量。容积效率的高低对压缩机能力影响较大，影响容积效率因素主要有气缸配合面泄露、气缸壁面传热、气缸余容积、气缸内流阻、气缸吸气口容积等因素。而对应影响因素与气缸结构的缸高和缸径尺寸参数强相关。当气缸高度较高时，会增加气缸轴向泄露，同时气缸传热壁面面积加大造成吸气比容加大影响吸气量，造成容积效率降低。如将气缸高度降低，会减小轴向泄露，但也同样会影响到气缸吸气口容积大小，同样会降低容积效率。因此合理设计缸高尺寸对容积效率具有重要影响。另一方面，当压缩机小型化后，压缩机缸体系列确定后，压缩机气缸缸径的最大值与最小值就与缸体尺寸有关联。当缸径较大时，制冷剂在缸内的流动通道较长，流阻较大就会对容积效率产生影响。而缸径较小时，会减薄与气缸配合滚子的壁厚，降低工作腔密封距离，同样会增大泄露，同样会影响容积效率提升。因此，合理设计缸径尺寸对容积效率具有重要影响。基于以上，在气缸容积排量确定后合理设计缸高h与缸径d尺寸与小型化后缸体关系(小型化缸体尺寸用电机定子外径d1表示)，对提高小型化压缩机容积效率具有重要意义。
[0065]
为提高小型化压缩机容积效率，合理设计d1/h与d1/d比值限定最佳结构尺寸参数，如图11所示。小型化缸体尺寸用电机定子外径d1表示，用h统一代替第一气缸和第二气缸的高度，用d代替两个气缸的内径尺寸。比值关系满足如下：
[0066]
1、d1/h＝4.20～6.32；
[0067]
2、d1/d＝2.1～2.5。
[0068]
综上所述，在压缩机小型化后需通过精细化设计，需进行大量实验验证及计算方案，通过大数据对压缩机泵体创新设计及合理设定关键零件结构参数方式，提升压缩机指示效率、机械效率、容积效率，在各效率平衡提升下提高压缩机性能系数，满足系统需求，达到高效、低成本效果。最终实现压缩机小型化发展需求，增强产品竞争力，满足客户需求，获得经济效益。
[0069]
以家用3hp系统对应小型化压缩机为实施例，压缩机排量为20.0～24.0cc，应用定子外径 100～110mm系列缸体的压缩机。具体参数与效率值如下表所示。在本实施例中，小
型化变频双缸压缩机相对常规变频，指示效率由1提升为1.01，机械效率由1提升为1.006，容积效率由1提升为1.012，最终cop由1提高到1.02。
[0070]
参数名称常规3hp变频小型化3hp变频d1112101v1/v210.6d1/d277.21d1/h6.05(4.21/5.45)d1/d2.43(2.19/2.29)指示效率(ηi)11.01机械效率(ηm)11.006容积效率(ηv)11.012cop(80hz)11.02
[0071]
本方案针对压缩机小型化后能效降低问题，创新设计一种非等容积多排气双缸泵体及压缩机。通过优化分配双气缸容积比例，增加中隔部排气通道，有效降低流阻、排气损失，有效提高压缩机指示效率。同时最优设计电机定子直径与曲轴直径比值关系，有效提高压缩机机械效率。设计最优电机定子直径与气缸缸高、缸径比值关系，有效提升压缩机泵体容积效率。在以上指示效率、机械效率、容积效率综合提升作用下，有效提高压缩机小型化后的能效，满足系统需求，达到小型化压缩机高能效、低成本的优势。
[0072]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。