一种涡旋压缩机

摘要

本发明提供一种涡旋压缩机，包括：曲轴；上支架，设置在靠近所述曲轴上端的位置，通过上轴承套设在所述曲轴上；上电机，设置在所述上支架下方，包括上转子，所述上转子套设在所述曲轴上；下电机，设置在靠近所述曲轴下端的位置，包括下转子，所述下转子套设在所述曲轴上；下支架，通过下轴承套设在所述曲轴上，且所述下支架位于所述上转子和所述下转子之间。本发明通过改变下支架支撑位置，减小上支架和下支架之间跨度，减小曲轴挠度；同时，跨度减小能够提高曲轴模态频率，使曲轴模态频率落在隔音棉有效作用频段内，降低压缩机整体噪声水平。

权利要求

1.一种涡旋压缩机，其特征在于，包括：

曲轴；

上支架，设置在靠近所述曲轴上端的位置，通过上轴承套设在所述曲轴上；

上电机，设置在所述上支架下方，包括上转子，所述上转子套设在所述曲轴上；

下电机，设置在靠近所述曲轴下端的位置，包括下转子，所述下转子套设在所述曲轴上；

下支架，通过下轴承套设在所述曲轴上，且所述下支架位于所述上转子和所述下转子之间。

2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述上轴承的下端面与所述下轴承的下端面之间距离为L1,所述上轴承的下端面与所述曲轴的第二端面之间的距离为L2,其中，0.55≤L1/L2≤0.75。

3.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述上电机的叠高为L3，所述下电机的叠高为L4，其中，0.5≤L3/(L3+L4)≤0.7。

4.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述上转子和所述下转子错开角度地安装在所述曲轴上，使所述上转子和所述下转子之间形成相位差。

5.根据权利要求4所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述上转子和所述下转子的极数为N，相位差为θ，所述上转子和所述下转子沿轴向以相位差为0°≤θ≤360°/N设置。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述涡旋压缩机还包括平衡块组件，所述平衡块组件包括主平衡块，所述主平衡块位于所述上支架下侧并与所述曲轴过盈配合，所述主平衡块包括配重部和镂空部。

7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述平衡块组件包括电机平衡块，所述电机平衡块包括：上电机平衡块，连接在所述上转子的下端面上；

下电机平衡块，连接在所述下转子的下端面上；

所述上电机平衡块和所述下电机平衡块均为非圆环形状结构。

8.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述上电机平衡块和所述下电机平衡块均为半圆弧形结构。

9.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述主平衡块的配重部与所述上电机平衡块、所述下电机平衡块三者在所述曲轴的周向上错开角度分布。

10.据权利要求9所述的涡旋压缩机，其特征在于，所述上电机平衡块与所述配重部之间错开180°角。

说明书

一种涡旋压缩机

技术领域

[0001] 本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种涡旋压缩机。

背景技术

[0002] 涡旋压缩机在工作时由电机带动轴系运动，利用动、静盘压缩气体工作。轴系主要包括：曲轴、电机转子、平衡块、动盘等，作为主要的运动组件，轴系对压缩机的性能、噪声、振动、可靠性都有直接影响。涡旋压缩机由焊接在壳体的上支架和下支架通过轴承为轴系提供支承，但是现有上支架、下支架之间的跨度较长，导致轴系挠度较大，挠度过大会导致同轴度超出正常范围，电机容易出现电磁噪声和异常振动。此外，轴系挠度会导致支撑曲轴轴承位置出现磨损，导致噪声、振动异常并影响压缩机可靠性。

发明内容

[0003] 鉴于此，本发明提供一种涡旋压缩机，至少用于解决现有技术中存在的压缩机曲轴运行稳定性差的技术问题，具体地：

[0004] 本发明提供一种涡旋压缩机，包括：

[0005] 曲轴；

[0006] 上支架，设置在靠近所述曲轴上端的位置，通过上轴承套设在所述曲轴上；

[0007] 上电机，设置在所述上支架下方，包括上转子，所述上转子套设在所述曲轴上；

[0008] 下电机，设置在靠近所述曲轴下端的位置，包括下转子，所述下转子套设在所述曲轴上；

[0009] 下支架，通过下轴承套设在所述曲轴上，且所述下支架位于所述上转子和所述下转子之间。

[0010] 进一步可选地，所述上轴承的下端面与所述下轴承的下端面之间距离为L1,所述上轴承的下端面与所述曲轴的第二端面之间的距离为L2,其中，0.55≤L1/L2≤0.75。

[0011] 进一步可选地，所述上电机的叠高为L3，所述下电机的叠高为L4，其中，0.5≤L3/(L3+L4)≤0.7。

[0012] 进一步可选地，所述上转子和所述下转子错开角度地安装在所述曲轴上，使所述上转子和所述下转子之间形成相位差。

[0013] 进一步可选地，所述上转子和所述下转子的极数为N，相位差为θ，

[0014] 所述上转子和所述下转子沿轴向以相位差为0°≤θ≤360°/N设置。

[0015] 进一步可选地，所述涡旋压缩机还包括平衡块组件，所述平衡块组件包括主平衡块，所述主平衡块位于所述上支架下侧并与所述曲轴过盈配合，所述主平衡块包括配重部和镂空部。

[0016] 进一步可选地，所述平衡块组件包括电机平衡块，所述电机平衡块包括：

[0017] 上电机平衡块，连接在所述上转子的下端面上；

[0018] 下电机平衡块，连接在所述下转子的下端面上；

[0019] 所述上电机平衡块和所述下电机平衡块均为非圆环形状结构。

[0020] 进一步可选地，所述上电机平衡块和所述下电机平衡块均为半圆弧形结构。

[0021] 进一步可选地，所述主平衡块的配重部与所述上电机平衡块、所述下电机平衡块三者在所述曲轴的周向上错开角度分布。

[0022] 进一步可选地，所述上电机平衡块与所述配重部之间错开180°角。

[0023] 本发明通过改变下支架支撑位置，减小上支架和下支架之间跨度，减小曲轴挠度；同时，跨度减小能够提高曲轴模态频率，使曲轴模态频率落在隔音棉有效作用频段内，降低压缩机整体噪声水平。

附图说明

[0024] 通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 图1示出本发明实施例涡旋压缩机的剖视示意图；

[0026] 图2示出本发明实施例曲轴和上转子、下转子装配示意图；

[0027] 图3示出轴系模态共振模拟图；

[0028] 图4示出现有技术中曲轴受力分析；

[0029] 图5示出本申请中曲轴受力分析。

[0030] 图中：

[0031] 1、曲轴；2、上支架；21、上轴承；3、下支架；31、下轴承；41、上转子；42、上定子；43、上电机平衡块；51、下转子；52、下定子；53、下电机平衡块；7、主平衡块；8、壳体；81、上盖；82、下盖；91、动涡旋盘；92、静涡旋盘；93、动盘轴承。

具体实施方式

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

[0034] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0035] 还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

[0036] 涡旋压缩机轴系为旋转部件，曲轴受力情况如图4所示，工作时因其非轴对称结构会产生挠度，导致曲轴和滑动轴承间隙被挤压，当挠度过大时，曲轴和轴承出现磨损，导致噪声、振动和可靠性问题。

[0037] 各偏心部离心力计算公式如下：

[0038] Fci＝miω2ri＝mi(2πf)2ri＝4miπ2f2ri

[0039] 式中，mi—零件i的质量，f—运行频率，ri—零件i的偏心量。

[0040] 涡旋压缩机工作时，每一部分运动组件都会受到与加速度场方向一致的离心力作用，当涡旋压缩机以转频f运转时，偏心量r处质点m将受到离心力与重力的联合作用。

[0041] 根据平衡条件可知，保证轴系稳定运行需要满足平衡条件即：

[0042] ∑Fi＝0,∑Mi＝0

[0043] 其中，Fi表示作用于曲轴的各力，Mi为各力相对于平衡面的力矩。

[0044] 目前压缩机行业以高速化为趋势之一，但是当转速升高时离心力急剧增大。由于挠度与其受力正相关，故现有压缩机平衡系统在高速运行时易出现挠度偏大的问题，并且挠度会随着转速升高进一步增大，容易出现轴承磨损故障。而且，现有压缩机上轴承到下轴承之间的跨度较长，跨度越长该轴段挠度越大。

[0045] 本发明通过改变下支架支撑位置，减小上支架和下支架之间跨度，减小曲轴挠度；同时，跨度减小能够提高曲轴模态频率，使曲轴模态频率落在隔音棉有效作用频段内，降低压缩机整体噪声水平。曲轴沿轴线上增加平衡块，在多平面进行动、静平衡，使平衡系统更加稳定，减小单个平衡块离心力大小，避免单个平衡块局部挠度过大。双电机转子以一定相位差安装在曲轴上，使作用在轴线上的电机径向力产生相位差，降低电磁噪声和振动。以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍：

[0046] 如图1、图2所示，本发明提供一种涡旋压缩机，包括：

[0047] 曲轴1，以及与曲轴1相连，并沿曲轴1的轴向依次分布的：

[0048] 上支架2，设置在靠近曲轴1上端的位置，通过上轴承21与曲轴1相连；

[0049] 上电机，设置在上支架2下侧，包括上转子41，上转子41与曲轴1连接；

[0050] 下电机，设置在靠近曲轴1下端的位置，包括下转子51，下转子51与曲轴1连接；

[0051] 下支架3，设置在上电机和下电机之间，通过下轴承31与曲轴1连接。

[0052] 具体地，上支架2上形成有上轴承座，上轴承21设置在上轴承座内，下支架3上设置有下轴承座，下轴承31设置在下轴承座内，上轴承座和下轴承座均与曲轴1连接。主平衡块7、上转子41、下转子51用冷压的方式安装在曲轴1上。

[0053] 优选地，上轴承21的下端面与下轴承31的下端面之间距离为L1,上轴承21的下端面与曲轴1的第二端面之间的距离为L2,其中，0.55≤L1/L2≤0.75。进一步地，上电机的叠高为L3，下电机的叠高为L4，其中，0.5≤L3/(L3+L4)≤0.7，以保证达到减小曲轴1挠度、降低压缩机整体噪声的效果。

[0054] 进一步地，上转子41和下转子51形成相位差地安装在曲轴1上，在本实施例中，上转子41和下转子51均为N极转子，相位差为θ，上转子41和下转子51沿轴向以相位差为0°≤θ≤360°/N设置，以保证能够起到减小径向电磁力的作用。

[0055] 优选地，涡旋压缩机还包括平衡块组件，平衡块组件包括主平衡块7和电机平衡块，主平衡块7和电机平衡块均与曲轴1同步转动。

[0056] 主平衡块7位于上支架2下侧并与曲轴1过盈配合，主平衡块7包括配重部和镂空部。进一步地，主平衡块7包括连接部和套筒，连接部与曲轴1通过过盈配合的方式固定连接，并与曲轴同步转动，套筒可转动地套设在上轴承座的外部。优选地，镂空部与配重部相对设置，并且镂空部和配重部的端面均为圆弧状结构，并且对应的圆周角均为180°。

[0057] 电机平衡块包括：上电机平衡块43，连接在上转子41的下端面上；下电机平衡块53，连接在下转子51的下端面上；上电机平衡块43和下电机平衡块53均为非圆环形状结构。
优选地，上电机平衡块43和下电机平衡块53均为圆弧块，例如为半圆弧结构，上电机平衡块
43通过螺栓固定在上转子41的下端面上，下电机平衡块53通过螺栓固定在下转子51的下端面上。

[0058] 优选地，主平衡块7的配重部与上电机平衡块43、下电机平衡块53三者在曲轴1的周向上交错分布。具体地，在本实施例中，上电机平衡块43与配重部之间错开180°，上电机平衡块43与下电机平衡块53之间错开180°，以更好地平衡曲轴1在径向上的受力。

[0059] 优选地，涡旋压缩机还包括上盖81、壳体8和下盖82，并且上盖81、下盖82使用滑焊的方式连接壳体8，形成圆筒状的密闭容器。上支架2、下支架3使用点焊的方式固定在壳体8的内壁上，上定子42和下定子52采用热套的方式固定在壳体8的内壁。曲轴1的上端的偏心轴通过动盘轴承93与动涡旋盘91连接，并提供驱动力使动涡旋盘91转动，静涡旋盘92固定设置在壳体8内壁上，并与动涡旋盘91配合形成对冷媒进行压缩。

[0060] 其中，动涡旋盘91、动盘轴承93、主平衡块7、曲轴1、上转子41、上电机平衡块43、下转子51、下电机平衡块53共同构成轴系，轴系由上支架2、上架轴承、下支架3、下轴承31提供径向支撑。

[0061] 相较于常规结构，本发明中上轴承21到下轴承31支架跨度明显段缩小，跨度减小能显著减小挠度。此外，在主平衡块7相同径向方向上增加上电机平衡块43和下电机平衡块53，使得主平衡块7质量可以减小，从而使主平衡块7离心力降低，从而达到降低轴系挠度的目的。

[0062] 本发明中曲轴1的受力情况如图5所示，相较于常规结构(图4所示)，上轴承到下轴承支架跨度L2’明显段小于L1’，跨度减小能显著减小挠度。此外，在主平衡块7相同径向方向上增加副平衡块(上电机平衡块43和下电机平衡块53)，减小主平衡块质量，使主平衡块离心力降低，从而达到降低轴系挠度的目的。

[0063] 当转频的高阶倍频出现在轴系模态频率一定范围内，轴系会出现共振导致噪声峰值显著增大。如图3所示为轴系模态共振导致的噪声峰值，该峰值是压缩机噪声最大贡献源，且轴系模态频率分布在低频。

[0064] 一般压缩机在空调系统内会采用包裹隔音棉的方式降噪，但是隔音棉对低频噪声抑制能力有限，由于轴系模态通常是涡旋压缩机低频的主要噪声贡献源。因此，提高轴系模态频率至隔音棉有效作用的频段可以抑制轴系模态噪声峰值大小，从而降低压缩机整体的噪声总值。

[0065] 通过采用本发明轴系结构缩短上、下轴承间跨度，能够明显提高轴系模态频率，使轴系模态共振噪声峰值落在隔音棉的有效降噪频段内，从而降低压缩机噪声水平。

[0066] 涡旋压缩机电磁噪声和电机振动由电机各部分之间时变电磁力引起，当电机运转时，定子和转子之间气隙会形成磁场，电机气隙磁场会产生一个旋转脉动的电磁力波，该电磁力波以及对数为周期分布在定转子之间气隙中。在电机运行时，交变电磁力激励起电机零部件振动并激发电磁噪声。电机气隙中电磁力可以分解为径向、切向和轴向三个分量，其中，电磁力径向分量是引起电机振动的主要激励力，定子铁芯径向振动产生的噪声是电机电磁噪声主要成分。

[0067] 气隙中作用在在任意一点上单位面积的主要径向力为：

[0068]

[0069] 式中，Bmν表示定子磁通密度ν谐波的幅值；Bmμ表示转子磁通密度μ谐波的幅值。

[0070] 根据上式可知，径向力是周期性变化的，故本发明中两转子错开一定角度安装在曲轴1上，使两转子所在轴线位置的径向力之间存在相位差，有效削弱齿谐波，降低径向力波幅值，从而削弱电磁噪声和振动。

[0071] 以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。