封闭式压缩机 |
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| 申请号 | CN201110139930.1 | 申请日 | 2011-05-24 | 公开(公告)号 | CN102261333A | 公开(公告)日 | 2011-11-30 |
| 申请人 | LG电子株式会社; | 发明人 | 韩定旻; 安宰赞; 徐弘锡; 李根周; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种封闭式 压缩机 ，该封闭式压缩机包括：封闭容器；转动驱动单元，所述转动驱动单元设置在封闭容器的内部； 转轴 ，所述转轴与转动驱动单元结合；压缩机构，所述压缩机构与转轴结合以吸入并压缩制冷剂；第一 轴承 ，所述第一轴承固定到所述压缩机构以 支撑 所述转轴；以及第二轴承，所述第二轴承固定到封闭式压缩机以支撑在转轴上与所述第一轴承分开 定位 的端部，其中第二轴承和转轴之间的公差(C1)是第一轴承和转轴之间的公差(C2)的0.55-11.5倍。本发明提供了一种能够最小化摩擦损失的封闭式压缩机。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种封闭式压缩机，包括： |
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| 说明书全文 | 封闭式压缩机技术领域背景技术[0002] 通常而言，封闭式压缩机设置有驱动马达和压缩机构，所述驱动马达在封闭容器的内部空间中产生驱动力，所述压缩机构与驱动马达相结合运行以压缩制冷剂。另外，封闭式压缩机可以被归类为往复式压缩机、漩涡式压缩机、振动式压缩机等等。往复式压缩机、漩涡式压缩机的压缩方法是利用驱动马达的转动力，而振动式压缩机的压缩方法是利用驱动马达的往复运动。 [0003] 在上述封闭式压缩机中，利用转动力的封闭式压缩机的驱动马达设置有转轴以将驱动马达的转动力传递到压缩机构。例如，转动式封闭式压缩机(在下文中，称为转动压缩机)的驱动马达可包括定子、转子和转轴，所述定子固定到所述封闭容器；所述转予以预定气隙插入定子中，以通过与定子的相互作用而转动；所述转轴与转子结合以将转子的转动力传递到所述压缩机构。另外，所述压缩机构可以包括在汽缸中转动的同时用于吸入、压缩、并且排出制冷剂的压缩机构，以及支撑压缩机构的同时与所述汽缸一起形成压缩空间的多个轴承部件。所述轴承部件布置在所述驱动马达的一侧以支撑所述转轴。但是近年来，引入了在转轴的上端和下端都设置有轴承以最小化压缩机振动的高性能压缩机。 [0004] 以这种方式，如果添加了支撑转轴的轴承，则轴承和转轴之间的接触区域会增大，并且这样增大的接触区域也会引起摩擦损失的增加。随着压缩机运行速度的增加，摩擦损失会增加，因此需要最小化摩擦损失。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺点，并且本发明的一个技术任务是提供一种能够最小化摩擦损失的封闭式压缩机。 [0006] 到目前为止，做出了多种提高压缩机效率的努力，因此公开并使用了多种类型的压缩机。但是，作为增加效率的手段，对于它们中的大多数而言，构成压缩机的每个组成部件的形状或材料发生了变化，或者压缩机的结构发生了根本改变。这样的手段当然有助于在某种程度上增加压缩机的效率，但是伴随着重新设计，不可避免地会增加成本。 [0007] 换言之，除了由于结构改变或其加工性降低导致的材料消耗量增大，先前安装的生产设备也需要更换，因此这样的努力不能在生产中应用于压缩机。考虑到这些因素，本申请的发明人设计了一种能够无需大规模改变现有压缩机的结构而可最小化由于增加的轴承导致的摩擦损失的压缩机。 [0008] 总体上，多种因素都会对轴承的润滑性能产生影响。以类似于可应用于封闭式压缩机的轴承的轴颈轴承为例，在这些因素中，润滑剂的粘度(η)、转轴的转数(N)、以及施加到转轴的每单位面积的压力(P)都可以被作为相对重要的因素考虑。 [0009] 另外，轴颈轴承的润滑类型可以被归类如下： [0010] 液压润滑： [0011] 液压润滑是指接触表面被润滑剂完全分开的情况。在这种情况下，所有作用在接触表面上的载荷通过由接触表面的相对运动产生的液压支撑。因此，接触表面的磨损非常小并且摩擦损失仅仅发生在润滑膜中。液压润滑时的最小厚度大约为0.008-0.020mm，并且摩擦系数在0.002-0.01的范围内。 [0012] 混合膜润滑： [0013] 混合膜润滑是指接触表面上的突起的断续接触与局部液压润滑混合的润滑。这里，摩擦系数在0.004-0.10的范围内并且伴随着接触表面的较小磨损。 [0014] 边界润滑： [0015] 边界润滑是指润滑油连续供给到接触表面，同时形成连续和重表面(heavy surface)接触的润滑，这种润滑可形成能够减小接触表面上的摩擦和磨损的表面膜。在这种情况下，摩擦系数在0.05-0.20的范围内。 [0016] 在上述润滑类型中，当处于液压润滑的状态时，摩擦损失可以最小化，由此效率可最大化。另外，在这些润滑类型中执行哪种润滑类型可以由上述的因素确定。在图1中示出了表示这三个因素和摩擦系数之间的关系的Stribeck曲线。在所述Stribeck曲线中，ηN/P被称为轴承特性值，并且轴承特性值对润滑性能的效果将在下文中描述。 [0017] 粘度： [0018] 随着粘度的增大，在给定载荷下形成液压润滑的转速减小。但是，大于执行液压润滑所需粘度的粘度可能会在转动轴的同时增大剪切油膜所需的动力，并且因此增大摩擦。 [0019] 转速： [0020] 随着转速的增大，执行液压润滑的粘度会降低。但是，一旦执行液压润滑，则增大转速会伴随有剪切油膜的工作增加，因此会增大摩擦。 [0021] 轴承单元载荷： [0022] 随着轴承单元载荷的增大，执行液压润滑所需要的转速和粘度减小。但是需要特定量的力来剪切油膜，因此，即使载荷连续减小时，摩擦力也不减小。因此，摩擦力会增大。 [0023] 这些因素的粘度和转速由施加到压缩机的润滑剂种类以及使用压缩机的系统的条件来确定，因此可以通过获得能够最小化轴承单元载荷的结构来执行液压润滑，从而促进效率的增加。 [0024] 通过本申请发明人的研究结果，本发明试图解决现有技术中存在的上述问题，并且根据本发明的一个方案，提供了一种封闭式压缩机，所述封闭式压缩机包括：封闭容器；转动驱动单元，所述转动驱动单元设置在封闭容器的内部；转轴，所述转轴与转动驱动单元结合；压缩机构，所述压缩机构与转轴结合以吸入并且压缩制冷剂；第一轴承，所述第一轴承固定到所述压缩机构以支撑所述转轴；以及第二轴承，所述第二轴承固定到所述封闭式压缩机以支撑所述转轴上与第一轴承分开定位的端部；其中，当第二轴承和转轴之间的公差为C1，并且第一轴承和转轴之间的公差是C2，压缩机满足关系：0.55≤C1/C2≤11.5。 [0025] 本申请的发明人通过观察到在支撑一个转轴的两个轴承之间，一个轴承的润滑状态可能对另一个轴承的润滑状态产生影响，因而可以获知当每个轴承的公差不是单独指定，而是两个公差满足特定的关系时，液压润滑可以很容易实现。考虑到这个因素，作为实验结果，当第二轴承和转轴C1之间的公差为C1并且第一轴承和转轴之间的公差是C2时，如果满足0.55≤C1/C2≤11.5，则在上轴承可以实现光滑的润滑。如果C1/C2小于0.55，则第二轴承和转轴之间的公差太小，从而引起组装困难，并且导致轴承堵塞。另外，最小油膜厚度减小，因此不能执行液压润滑，而非常可能执行边界润滑。特别地，曲轴类型的转轴在转动时会产生偏心，并且随着转轴的长度的增大，这样的偏心率会增大。因此，考虑到曲轴的偏心率等，C1/C2的值优选等于或大于0.55。 [0026] 相反，当C1/C2超过11.5时，尽管在液压润滑区域包括间隙，但是，由于间隙的增大，所需的润滑剂的量会增大。因此，在润滑剂的供给不平稳并且因此可能产生快速加热的操作区域，摩擦系数会显著增大，从而引起转轴的磨损。 [0027] 因此，当C1/C2在0.55到11.5时，可以实现光滑的润滑以提高效率并且减小摩擦系数，从而在性能和可靠性方面具有优势。这里，可以满足关系式C1≥C2。 [0028] 另外，当压缩机还可以包括支撑接近第一轴承定位的端部的第三轴承，并且第三轴承和转轴之间的公差为C3时，可以满足关系式C1≥C2≥C3。 [0029] 另外，所述压缩机构可以包括构造成用于吸入和压缩制冷剂的汽缸，并且所述第一轴承和第三轴承可以设置为分别紧密地贴附到汽缸的两个端部。 [0031] 根据本发明的另一方案，提供了一种封闭式压缩机，所述封闭式压缩机包括封闭容器；可转动地设置在封闭容器中的转轴；由所述转轴驱动以压缩制冷剂的压缩机构；以及至少两个构造成支撑所述转轴的轴承，其中当所述压缩机构和定位为与所述压缩机构相对分开的轴承的转轴之间的公差为C1，并且所述压缩机构和定位为与所述压缩机构相对邻近的轴承的转轴之间的公差为C2，所述压缩机满足关系式0.55≤C1/C2≤11.5。 [0032] 这里，可以满足关系式C2≤C1。 [0035] 在附图中： [0036] 图1是示出了轴颈轴承的Stribeck曲线的曲线图； [0037] 图2是示出了根据本发明的一个实施方式的封闭式压缩机的剖视图； [0038] 图3是沿着图2的线I-I的横截面图；以及 [0039] 图4是示出了基于C1/C2的比值的输入量的关系的曲线图。 具体实施方式[0040] 在下文中，将参照在附图中示出的回转式压缩机的一个实施方式详细描述根据本发明的实施方式的封闭式压缩机。 [0041] 如图2中所示，在根据本发明的回转式压缩机中，产生驱动力的驱动马达200设置在封闭容器100的内部空间101的上侧，通过由所述驱动马达200产生的动力压缩制冷剂的压缩机构300设置在封闭容器100的内部空间101的下侧，并且用于支撑作为转轴的曲轴230(将在下文中描述)的下部轴承400和上部轴承500分别设置在驱动马达200的下侧和上侧。 [0042] 封闭容器100可以包括：容器本体110，驱动马达200和压缩机构300设置在所述容器本体110中；上盖120(在下文中，称为第一盖)，其盖住容器本体110的上开口端111(在下文中，称为第一开口端)；以及下盖130(在下文中，称为第二盖)，其盖住容器本体110的下开口端112(在下文中，称为第二开口端)。 [0043] 容器本体110形成为圆柱形，并且抽吸管140贯穿容器本体110的下部的圆周面并且与该圆周面结合，并且所述抽吸管140直接连接到设置在汽缸310中的抽吸口(未示出)，所述汽缸310将在下文中描述。 [0044] 第一盖120的边缘弯曲以与容器本体110的第一开口端111焊接并结合。另外，用于将从所述压缩机构300排出的制冷剂引导到封闭容器100的内部空间101，以到达冷冻循环的排放管150贯穿第一盖120的中心部并且与该中心部结合。 [0045] 第二盖130的边缘弯曲为与容器本体110的第二开口端112焊接并结合。 [0046] 驱动马达200可以包括：定子210，所述定子过盈配合并固定到封闭容器100的内圆周面；转子220，所述转子可转动地设置在定子210的内部；以及曲轴230，所述曲轴过盈配合到所述转子220以在与驱动马达200转动的同时，将所述驱动马达的转动力传递到压缩机构300。 [0047] 对于定子210而言，由多个定子片以预定的高度叠置而成，并且线圈240缠绕在设置于所述定子的内圆周面的齿上。 [0048] 转子220以预定气隙设置在定子210的内圆周面上，并且曲轴230以过盈配合的连接方式插入到转子的中央部分并且结合以形成整体。 [0049] 曲轴230可以包括：与转子220结合的轴部231；以及偏心部232，所述偏心部232偏心地形成在轴部231的下端部，以与转动活塞结合，所述转动活塞将在下文中描述。另外，油道233贯穿并且沿轴向形成在曲轴230的内部以抽吸封闭容器100中的油。 [0050] 压缩机构300可以包括：汽缸310，所述汽缸设置在所述封闭容器100中；转动活塞320可转动地与所述曲轴230的偏心部232结合，以在汽缸310的压缩空间中绕动时压缩制冷剂，叶片330与汽缸310沿着径向可移动地结合，使得其一侧的密封表面与转动活塞320的外圆周面接触以将汽缸310的压缩空间(无附图标记)分成吸入腔和排放腔；以及叶片弹簧340，所述叶片弹簧由压缩弹簧形成以弹性地支撑叶片330的后侧。 [0051] 汽缸310形成为环形，连接到抽吸管的抽吸口(未示出)形成在汽缸310的一侧，叶片槽311形成在抽吸口的圆周侧，叶片330可滑动地结合在该叶片槽，与设置在上轴承(将在下文中描述)中的排放口411相通的排放引导槽(未示出)形成在叶片槽311的圆周方向侧。 [0052] 下轴承400可以包括：上侧轴承410，所述上侧轴承410与封闭容器100焊接并结合，同时盖住汽缸310的上侧以在轴向和径向上支撑曲轴230；以及下侧轴承420，所述下侧轴承420与所述封闭容器100焊接并结合，同时盖住所述汽缸310的下侧以在轴向和径向上支撑所述曲轴230。如图2和图3所示，所述上轴承500可以包括框架510，所述框架在定子210的上侧与所述封闭容器100的内圆周面焊接并结合；以及壳体520，所述壳体与框架510结合以与曲轴230可转动地结合。 [0053] 框架形成为环形，且凸出预定的高度以被焊接到容器本体110的固定凸起511形成在框架的圆周面上。所述固定凸起511形成为具有预定的弧度，且沿着圆周方向具有大约120度的间隔。 [0054] 所述壳体520形成有支撑凸起521，所述支撑凸起具有大约120度的间隔以在三点支撑所述框架510，轴承凸起522形成为在所述支撑凸起521的中心部分向下凸出，从而允许所述曲轴230的上端被插入和被支撑。轴承衬套530或球轴承可以与轴承凸起522结合。 [0055] 图中未描述的附图标记250是给油器。 [0056] 具有根据本发明的上述结构的回转式压缩机的运行在下文中进行描述。 [0057] 换言之，当电力供给到驱动马达200的定子210以转动转子220时，曲轴230转动，同时曲轴的两端由下轴承400和上轴承500支撑。然后，曲轴230将驱动马达200的转动力传递到压缩机构300，并且转动活塞320在压缩机构300中的压缩空间偏心转动。之后，叶片330在与所述转动活塞320一起形成压缩空间的同时压缩制冷剂，以将制冷剂排放到封闭容器100的内部空间101。 [0058] 此时，当曲轴230以高速转动时，设置在曲轴下端的给油器250泵送填充在封闭容器100的储油部中的油，并且油通过曲轴230的油道233被抽吸以润滑每个轴承表面。 [0059] 另一方面，在曲轴230和每个轴承之间设置预定的公差。对于它们之间的关系而言，当上轴承500的轴承衬套530的内径为D1，曲轴230的直径为D2，上侧轴承410的内径是D3，并且曲轴230在上侧轴承410的内部的直径为D4时，值C1由D1-D2限定，值C2由D3-D4限定，并且值C1和C2被设定为满足下面的条件。 [0060] 公式1 [0061] 0.55≤C1/C2≤11.5 [0062] 换言之，上轴承500的公差被设定为是上侧轴承410的公差的0.55到11.5倍，并且在这个范围内，在上轴承500上进行液压润滑。 [0063] 例1)在C1/C2＝0.55的情况下 [0064] 当C1/C2被设定为0.55时，检测上轴承500的润滑状态，该状态的示例如下所示： [0065] 转数(N)：60rpm [0066] 油粘度(η)：0.00000000083Ns/m2 [0067] 轴承中的平均载荷(Pm)：0.0499N/m2 [0068] 轴承直径(R)：7.15mm [0069] 上轴承公差(C1)：0.0055mm [0070] 在上述条件中，索氏数(Sommerfeld number)(S0)计算如下： [0071] S0＝(R/C)2·ηN/P＝1.710 [0072] 利用如上所述获得的索氏数(S0)，在转动时，上轴承中的曲轴的偏心率通过下式获得： [0073] lnX＝C0+C1S0+C2S02+C3S03+C4S04 [0074] 这里 [0075] C0＝-6.733511e-2+5.953856e-2＊(L/D)-7.877801e-3＊(L/D)2[0076] C1＝0.0173906-4.3371078＊(L/D)-0.41195896＊(L/D)2 [0077] C2＝2.0091537+0.5112015＊(L/D)+4.083148＊(L/D)2 [0078] C3＝-6.32445+7.878233*(L/D)-7.09259*(L/D)2 [0079] C4＝4.081927-6.025585＊(L/D)+3.665192＊(L/D)2 [0080] L：曲轴的长度，D：曲轴的直径 [0081] 如果偏心率(X)通过利用上述公式获得，则X＝1.014，并且如果最小油膜厚度(hm)通过利用所获得的偏心率获得，则 [0082] hm＝C(1-X)＝-0.0000774mm [0083] 这里，当最小油膜厚度为负值时，意味着由于曲轴和轴承之间的公差很小，油膜不能形成，并且还意味着，如果载荷施加到轴上，轴不能由油膜支撑以与轴承接触。换言之，意味着进行的是边界润滑。但是，考虑到由于近似引起的算术误差，上述的值实际上接近零，并且索氏数大于1.7，因此可以看出，压缩机具有足够的条件来执行液压润滑。因此，如果C1/C2被确定为0.55，则意味着压缩机被定位在边界润滑和液压润滑之间的范围内。 [0084] 例2)C1/C2＝11.5 [0085] 对于另一个示例，如果C1/C2被设定为11.5，则基于上述公式，索氏数(S0)为0.039，并且偏心率(X)被计算为0.958。在这种情况下，最小油膜厚度(hm)被计算为 0.0047mm。 [0086] 在这种情况下，索氏数相对较小，但是最小油膜厚度为4.7μm，因此在曲轴和轴承之间可以形成足够的油膜。因此，即使载荷施加到轴上，轴也可由油膜支撑，并且轴和轴承由此不会互相接触。换言之，在这种情况下，可以看出，压缩机落入完全润滑区域。 [0087] 另一方面，图4是示出了基于C1/C2的值的输入工作(压缩工作)的变化的曲线。如在图中所示，当C1/C2的值小于1或大于11.5时，则可以看出输入工作快速增大。换言之，当满足公式1时，在上轴承可能进行液压润滑，但是有利的是，当考虑到输入工作的变化时，C1/C2的值在1到11.5的范围内。 |
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