使用R600a或R600为主要制冷剂的旋转式压缩机及应用的制作方法

本发明涉及一种旋转式压缩机，具体涉及一种用于冰箱或冷柜系统，主要以R600a或R600制冷剂作为被压缩的介质，能够有效保证压缩机运动部件润滑与密封，同时减少润滑油的粘性阻力损失的高效旋转式压缩机及应用。
背景技术：
：目前，由于氟利昂类制冷剂已经工业排放的影响，全球正受到臭氧层空洞以及温室效应等多种严重环境问题困扰。针对减少制冷剂中氯、氟原子的排放量，缓解臭氧层空洞的压力等问题，全球各界正在尽力推展制冷剂替换工作。其中，冰箱、冷柜、冷藏陈列架、饮料机等多种制冷系统已经全面采用异丁烷R600a或者正丁烷R600等碳氢类工质作为主要制冷剂，替代原氟利昂R12和R134a等工质，取得了阶段性的进展。同时，旋转式压缩机由于其结构紧凑，动平衡性能好，高稳定性可靠性等优点，在蒸汽压缩制冷系统被广泛采用。尤其在中低制冷量(1匹、1.5匹等)的空调系统中，已经成为最主要的压缩机机型。且高制冷量的空调系统也在积极对其进行改进和应用。冰箱、冷柜等电器与空调一样都为常见的制冷电器，因此其制冷系统也有望引进旋转式压缩机作为动力核心。要设计出适用于冰箱、冷柜等以R600a或R600为主要制冷剂的制冷系统的旋转式压缩机，除了完成机械结构的设计，还需要针对许多因素进行优化。其中最为突出的因素在于：以R600a和R600为制冷剂的制冷循环系统中，压缩机的工作压力的制冷剂的压力相比于被取代的R12和R134a，或者相比于空调用的R22和R410a等常用的制冷剂压力要低很多。其在压缩机高压侧只有0.55MPa左右，低压侧为0.05MPa左右，吸气压力低于大气压。而对于压缩机所用润滑油而言，其选用或研发需要根据其载荷、转速、配合间隙、供油方式综合考虑。而现有技术的旋转式压缩机所使用的润滑油的粘度等级在ISO50以上，甚至很多都超过ISO100，粘度较高。直接把空调系统用的旋转式压缩机的润滑油，用于以R600a或R600为主要制冷剂的旋转式压缩机内，发现，其机械效率皆偏低。此由于过高的粘度将会造成压缩机内部运动部件承受过大的润滑油粘性阻力，造成大量的粘性阻力损失，因而降低了压缩机的机械效率。但是，如果盲目降低润滑油粘度，则可能造成润滑油粘度过低。如果粘度过低，则不能在摩擦副之间形成足够厚度的润滑油膜，未能有效的润滑，造成摩擦副的摩擦磨损增加，导致机械效率的降低，同时还会造成制冷剂的泄露，降低压缩机容积效率。因此，针对R600a和R600系统工况对旋转式压缩机进行优化，对于旋转式压缩机在冰箱、冷柜等系统中的应用有高度的现实意义。润滑油粘度过高虽然可以有效隔离两个摩擦表面，但会造成过高的粘性阻力损失，降低机械效率；如果粘度过低，则不能在摩擦副之间形成足够厚度的润滑油膜，未能有效的润滑，造成摩擦副的摩擦磨损增加，导致机械效率的降低，同时还会造成制冷剂的泄露，降低压缩机容积效率。技术实现要素：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种使用R600a或R600为主要制冷剂的旋转式压缩机及应用，确定了其适用润滑油的粘度等级范围，既能保证关键润滑位置的油膜厚度，又能降低这些润滑油的粘性阻力损失，保证压缩机达到其最高机械效率水平，保证压缩机稳定性。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种使用R600a或R600为主要制冷剂的旋转式压缩机，包括壳体10，容纳在所述壳体10的内部空间中的电机20和由该电机20驱动的泵体30，壳体10底部空间贮存有润滑油40；使用以R600a或R600制冷剂作为主要被压缩的介质或以混合制冷剂作为被压缩的介质，若使用以混合制冷剂作为被压缩的介质，则其中R600a和R600制冷剂的总质量分数为60％以上；所述润滑油40的粘度等级为ISO8-ISO32，即40℃时粘度为8cSt-32cSt。所述润滑油40的粘度范围，根据不同的压缩机工况，细分吸排气压力差区间，细分后润滑油粘度等级如下表所示：所述润滑油的基油为矿物油、聚酯POE油、聚乙二醇类PAG油或聚乙烯醚PVE油。当所述的旋转式压缩机为高背压结构时，所述润滑油的粘度等级为：ISO15-ISO30。当所述的旋转式压缩机为低背压结构时，所述润滑油的粘度等级为：ISO10-ISO25。若使用以混合制冷剂作为被压缩的介质，则其中R600a和R600制冷剂的总质量分数为80％以上。针对润滑油产生的粘性阻力损失进行控制即对润滑油的粘度等级进行限定，对旋转式压缩机的泵体结构不加限制，其体现为：气缸组件形式为滚动活塞式、摇摆滑片式、活塞铰接式或气缸铰接式；泵体结构为单气缸结构、多级气缸结构或多气缸并列结构。采有上述任一项所述的使用R600a或R600为主要制冷剂的旋转式压缩机的冰箱、冷柜、冷藏陈列架、饮料机类制冷电器。和现有技术相比较，本发明具备如下优点：1、本发明通过对R600a或R600旋转式压缩机的工作工况和内部情况进行分析，确定了其适用润滑油的粘度等级范围，既能保证关键润滑位置的油膜厚度，又能降低这些润滑油的粘性阻力损失，保证压缩机达到其最高机械效率水平，保证压缩机稳定性。2、本发明针对R600a或R600旋转式压缩机不同循环下不同的工作工况进行详细分析，得出与吸排气压差相关的适用粘度范围表格，因此，为不同循环系统下的旋转式压缩机在润滑油设计的时候提供了更多的参考依据。3、本发明针对旋转式压缩机不同的吸排气结构，进行了润滑油粘度等级范围的优化设计，因此，保证了不同吸排气结构的旋转式压缩机能够在合适的润滑油润滑下高效地运行。4、本发明针对R600a或R600旋转式压缩机的润滑油的适用范围进行优化，对旋转式压缩机气缸组件的结构和形式不加限制，实用性广泛。附图说明图1为索莫菲尔德数的适应取值范围曲线图。图2为本发明一实施例的单缸型高背压旋转式压缩机主要部分的纵剖面图。图3为发明适用的各形式的气缸组件俯视图，其中图3a为滚动活塞式，图3b为摇摆滑片式，图3c为活塞铰接式，图3d为气缸铰接式。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。本发明通过对冰箱、冷柜等制冷循环系统进行热力学计算，获得旋转式压缩机的各工作工况。然后针对所得的工作工况和旋转式压缩机的基础结构，利用有限元方法，对其内部各位置进行压力分布分析，以此得到各摩擦副的载荷Pb。然后结合无量纲最小油膜厚度与索莫菲尔德(Sommerfeld)数S的关系曲线图，通过最小油膜厚度Hmin对适用润滑油粘度范围进行分析。首先，通过保障最小油膜厚度与两摩擦表面粗糙度的比值Λ≥3来确定最小油膜厚度Hmin。然后通过无量纲最小油膜厚度与索莫菲尔德(Sommerfeld)数S的关系曲线(如图1)得出索莫菲尔德数的适应取值范围，再从索莫菲尔德数的公式中推导润滑油粘度的取值范围。索莫菲尔德数由以下公式得到：其中D为曲轴直径，c为轴承半径方向间隙，N为转速，μ为润滑油动力粘度，Pb为摩擦副载荷。最后，通过ΔP∝v(其中ΔP为压缩机吸排气压差，ν为润滑油运动粘度)此关系，结合其他工质的旋转式压缩机润滑油情况对上述结果进行检验。通过上述研究过程，得出本发明技术方案。如图2所示，为本发明一实施例的单缸型高背压旋转式压缩机，以R600a或R600制冷剂作为主要被压缩的介质，包括壳体10，容纳在所述壳体10的内部空间中的电机20和由该电机20驱动的泵体30，壳体10底部空间贮存有润滑油40。所述旋转式压缩机的被压缩介质为R600a或R600制冷剂。若以混合制冷剂作为被压缩介质，则其中R600a加上R600制冷剂的总质量分数应在60％以上，其中优选为80％以上。所述泵体30包括居于泵体30中心沿垂直方向延伸的曲轴31，气缸组件32，上轴承33和下轴承34；所述气缸组件32上端被上轴承33覆盖，下端被下轴承34覆盖。所述曲轴主要分为主轴41、曲部42和副轴43三部分；所述主轴41套在上轴承33内部，与上轴承33形成滑动摩擦副，主轴41的末端与电机20传动连接；所述曲部42套在所述活塞12内部，与活塞12形成滑动摩擦副；所述副轴43套在下轴承34内部，与下轴承34形成滑动摩擦副。为了减少旋转式压缩机各摩擦副中，由润滑油产生的粘性阻力损失，同时保证其润滑性能和密封性能，对该压缩机所用润滑油作以下要求，其特征在于：所述润滑油的粘度等级为ISO8-ISO32，即40℃时粘度为8-32cSt的范围。此外本发明针对不同循环中，旋转式压缩机机工作工况不同，细分为以下吸排气压力差区间，细分后润滑油粘度等级优选为下表：组号吸排气压力差ΔP(bar)润滑油粘度等级ISO13.0-4.08-2024.0-5.012-2435.0-6.015-2746.0-7.018-3057.0-8.020-32所述润滑油的基油为：矿物油、聚酯POE油、聚乙二醇类PAG油或聚乙烯醚PVE油。因为所述实施例为高背压结构旋转式压缩机，其壳体内部空腔的气体压力为排气压力，此时润滑油工作载荷较高，根据上述本发明方案得出，所述润滑油的粘度等级范围优选为：ISO15-ISO30。若，所述的旋转式压缩机为低背压结构时，即壳体内部空腔的气体压力为吸气压力时，此时润滑油工作载荷较低，根据上述研究过程得出，所述润滑油的粘度等级范围优选为：ISO10-ISO25。如图3所示，为发明适用的各形式的气缸组件俯视图。所述发明针对润滑油产生的粘性阻力损失进行控制，对旋转式压缩机的泵体结构不加限制，其体现为：所述气缸组件形式可为：滚动活塞式(图3a)、摇摆滑片式(图3b)、活塞铰接式(图3c)、气缸铰接式(图3d)等形式；图中几种形式的气缸组件都由气缸35、滑片11和活塞12(或类似部件)组成。所述气缸组件内部还存在活塞12和上轴承33、下轴承34的滑动摩擦副，还有气缸35、滑片11和活塞12，两两之间的滑动摩擦副等摩擦副。这些摩擦副都是本发明优化计算过程中需要考虑的因素。但因为不同形式的气缸组件内部摩擦副类型相似，损耗相近，所以不同形式气缸组件对于最终优化方案影响并不明显，故本发明所提出的方案，对所列各种气缸形式的旋转式压缩机皆适用。此外，所述泵体结构可为：单气缸结构，多级气缸结构或多气缸并列结构。该发明同时适用于拥有上述旋转式压缩机的冰箱、冷柜、冷藏陈列架、饮料机等电器。当前第1页1 2 3