单缸压缩机及热交换工作设备的制作方法

本申请属于压缩机技术领域，涉及单缸压缩机及热交换工作设备。

背景技术：

在资源环境约束，全球气候变化问题日益严重的时代背景下，低碳、节能、减排是产业发展趋势与目标。各个企业都在努力改进技术，保证热交换工作设备性能的前提下，减少材料消耗降低成本，使整机小型化、轻量化是发展趋势，比如将压缩机应用于空调器时，需要使室外机小型化。对于双缸压缩机，气体压缩力矩在相位角上有叠加区域，可以产生较低的噪音振动，但同时占用了较多的压缩机空间。随着电机电控力矩补偿技术的快速发展，单缸压缩机在低频段的振动可以得到较好的控制。单缸压缩机相比双缸压缩机少了一个活塞和滑片，泵体的机械效率会更高，占用空间也会减小，容易实现小型化和轻量化的设计，但是排量相对较小。业内亟需一种结构紧凑的压缩机，并且滑片能在气缸滑槽内可靠滑动，降低滑片飞出率。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种单缸压缩机，以解决现有技术难以提供一种结构紧凑并且滑片能在气缸滑槽内可靠滑动的压缩机的技术问题。

本申请实施例提供一种单缸压缩机，包括：

壳体；

驱动电机，设于所述壳体内；以及

压缩机构，包括安装于所述壳体内的主轴承、设于所述壳体内且具有滑槽的气缸、具有偏心部且由所述驱动电机驱动转动的曲轴、与所述主轴承共同支承所述曲轴的副轴承、设于所述气缸内部且套设于所述偏心部外的活塞，以及弹性滑动安装于所述滑槽内的滑片，所述滑片的头部抵设于所述活塞的外周面；

设所述气缸的高度为hcy，所述气缸的内径为dcy，所述壳体的内径为dy，所述曲轴的偏心量为e，所述滑片的长度为l，所述滑片的厚度为t，所述滑片的头部半径为r，满足以下关系式：

15.5mm≤hcy×dcy/dy≤16.5mm；

0.2≤2e/dcy≤0.23；

1.13≤2×(e+l)/dcy≤1.17；

0.74mm≤r×t/l≤0.8mm。

可选地，所述壳体的内径的范围是100至110mm。

可选地，所述气缸的高度范围是30至36mm；所述气缸的内径范围是46至48mm；所述曲轴的偏心量范围是4至5.5mm。

可选地，所述壳体的内径是101mm，所述气缸的高度是36mm，所述气缸的内径是46mm，所述曲轴的偏心量是5.2mm；

或者，所述壳体的内径是101mm，所述气缸的高度是32mm，所述气缸的内径是46mm，所述曲轴的偏心量是4.6mm。

可选地，所述气缸的高度与所述气缸的内径的乘积跟所述壳体的内径的比值是16.3mm。

可选地，所述曲轴的偏心量范围是4至5.5mm。

可选地，所述滑片的长度范围是18.5至22.5mm；所述滑片的厚度范围是2.8至4mm；所述滑片的头部半径范围是3至6mm。

可选地，所述滑片的长度是21.5mm；所述滑片的厚度是4mm；所述滑片的头部半径是4mm。

可选地，所述滑片的头部设置有硬质膜；或者，所述滑片的全表面设置有硬质膜。

可选地，所述气缸的排量为20至25cc。

本申请实施例提供一种热交换工作设备，包括上述的单缸压缩机。

本申请实施例提供的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该单缸压缩机中，在工作时，驱动电机带动曲轴转动，使设于曲轴偏心部外的活塞在气缸内运动，滑片弹性滑动安装于气缸的滑槽内，滑片头部抵设于活塞外周面，从而压缩并排出冷媒。将气缸高度与气缸内径的乘积跟壳体内径的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量与气缸内径的比值设置为0.2至0.23之间，可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失和泄露。将偏心量与滑片长度之和与气缸内半径的比值设置为1.13至1.17之间，将滑片头部半径与滑片厚度的乘积与滑片长度的比值设置0.74至0.8mm，可有效解决压缩机在低频低压差工况下出现的滑片音问题，能降低功耗，达到正常使用的性能。具有该单缸压缩机的热交换工作设备，使用性能也得到保证。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的单缸压缩机的剖视图；

图2为图1的单缸压缩机中应用的气缸的立体结构图；

图3为图1的单缸压缩机中应用的气缸、活塞、曲轴与滑片的装配示意图；

图4为图1的单缸压缩机中应用的主轴承、副轴承与曲轴的装配示意图；

图5为本申请实施例提供的单缸压缩机的滑片在低频9hz时的受力分析图；

图6为图5的滑片在低频9hz时所受合力的曲线图；

图7为本申请实施例提供的单缸压缩机的2×(e+l)/dcy与滑片侧面功耗的曲线关系图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

市面上的单缸压缩机，为满足排量要求，结构比较大，比如一种单缸压缩机的气缸内径为120mm。市面上的双缸压缩机结构也比较大，比如一种双缸压缩机的气缸内径为110mm。现有的单缸压缩机或者双缸压缩机，整体结构占用空间较大，相应地，驱动电机与压缩机构的结构都会比较大，这样制造成本会比较高。

请参阅图1至图4，本申请实施例提供一种单缸压缩机，能够同时满足大排量与小型化的需要，降低制造成本，以提高性价比。该单缸压缩机包括壳体100、驱动电机200与压缩机构300。壳体100大致呈圆柱状，并沿竖直方向设置。驱动电机200与压缩机构300沿竖直方向分布在壳体100内，形成立式压缩机。驱动电机200包括安装于壳体100内的定子210及同轴设置于定子210内的转子220，定子210通电后产生旋转磁场，在定子210的旋转磁场作用下转子220转动。

压缩机构300包括安装于壳体100内的主轴承310、设于壳体100内的气缸320、具有偏心部331且由驱动电机200驱动转动的曲轴330、与主轴承310共同支承曲轴330的副轴承340、设于气缸320内部且套设于偏心部331外的活塞350，以及弹性滑动安装于滑槽322内的滑片360，滑片360的头部保持抵设于活塞350的外周面。滑槽322内可以设置弹簧，实现滑片360弹性安装于滑槽322内。驱动电机200带动曲轴330转动，曲轴330由主轴承310与副轴承340支承，使得曲轴330平稳转动。活塞350设置在曲轴330的偏心部331上，活塞350在偏心部331带动下运动，滑片360沿滑槽322作往复直线移动，滑片360将气缸320的内腔分为容积不断变化的高压腔与低压腔，从而实现对冷媒的加压。

气缸320上开设有吸气孔321。主轴承310上开设有排气孔311；或者，主轴承310与副轴承340上分别开设有排气孔(311、341)。在工作时，驱动电机200带动曲轴330转动，使设于曲轴330偏心部331外的活塞350在气缸320内运动，进而压缩由吸气孔321进入的冷媒，并将压缩后的冷媒由排气孔(311、341)排出。

设气缸的高度为hcy，气缸的内径为dcy，壳体的内径为dy，曲轴的偏心量为e，偏心量e就是曲轴330中心线与偏心部331轴线的间距。滑片的长度为l，滑片的厚度为t，滑片的头部半径为r，满足以下关系式：

15.5mm≤hcy×dcy/dy≤16.5mm；(1)

0.2≤2e/dcy≤0.23；(2)

1.13≤2×(e+l)/dcy≤1.17；(3)

0.74mm≤r×t/l≤0.8mm。(4)

参阅图3，简化地，气缸排量等于气缸内横截面积(排除活塞与曲轴的区域)与气缸高度hcy的乘积。在气缸内径dcy和气缸高度hcy不变时，气缸内横截面积增大，则排量增大。

设气缸内横截面积为s，活塞外径为dh，满足以下关系式：

s＝π*(dcy²-dh²)/4；

在气缸内径dcy不变的情况下，气缸内横截面积s越大，活塞外径dh越小。

偏心量e满足以下关系式：

e＝(dcy-dh)/2；

在气缸内径dcy不变的情况下，活塞外径dh减少时，偏心量e增大。也就是说，偏心量e增大，活塞外径dh减少，气缸排量就会增大。

可以理解地，气缸排量由气缸内径dcy、气缸高度hcy、偏心量e这三个参数确定。在设计气缸320时，先确定气缸排量，在气缸内径dcy、气缸高度hcy与偏心量e确定后，活塞外径dh就会确定。

要使压缩机实现小壳体内径dy与大排量。在小壳体内径dy的情况下，气缸内径dcy不能过大，气缸壁厚要达到一定厚度，以符合气缸的强度要求，所以气缸自身的结构限制了气缸内径dcy的尺寸。在确定气缸内径dcy后，要实现大排量可以采用拉高气缸高度hcy和加大曲轴偏心量e两种方式。

考虑关系式(1)，在曲轴偏心量e确定的情况下，hcy×dcy/dy中的分子部分hcy×dcy，可以表征为气缸320内腔的容积大小，也就是排量。dy与dcy是正相关的，在dy越大时，dcy也可以越大。hcy×dcy/dy该参数越大，可以理解为排量越大，同时壳体内径dy越小。前面提到要实现大排量可以采用拉高气缸高度hcy的方式。在dcy与dy确定时，如果将hcy×dcy/dy设置得越大，hcy就会越大，但是高压腔内部的过压缩损失会越大，间隙泄露也会加剧。所以参数hcy×dcy/dy需要设置在一定范围以内。

考虑关系式(2)，参数2e/dcy就是偏心率，在气缸高度hcy与气缸内径dcy确定的情况下，偏心率e越大，气缸排量就越大。前面提到要实现大排量可以采用加大曲轴偏心量e的方式。在dcy确定时，如果将2e/dcy设置得越大，e就会越大，但是e的增大会加大滑片的离心力，出现滑片脱离活塞接触产生滑片音的问题。所以参数2e/dcy需要设置在一定范围以内。

同时考虑关系式(1)与(2)，将气缸高度hcy与气缸内径dcy的乘积跟壳体内径dy的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量e与气缸内径dcy的比值设置为0.2至0.23之间，这样可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失与间隙泄露，同时避免滑片脱离活塞接触产生滑片音的问题。

考虑关系式(3)，参数2×(e+l)/dcy需要设置为在一定范围内。如果参数2×(e+l)/dcy设置过大，可理解为在dcy不变的情况下，e或l设置得比较大，滑片360在完全伸出时，滑片360留在滑槽322内的部分过长，会使滑片360与滑槽322内壁的接触面积过大，同时，滑槽322在气缸320轴向是贯通的，滑片360会接触于主轴承310或副轴承340的端面，这样滑片360与周围结构的接触面积会比较大，活塞350驱动滑片360来回移动，使功耗上升。

如果参数2×(e+l)/dcy设置过小，可理解为在dcy不变的情况下，e或l设置得比较小，当活塞350转到下止点时，滑片360完全伸出滑槽322，滑片360留在滑槽322里面的部分过短，滑片360与滑槽322内壁在受到负载时形成的面压(p)会变大，进而使pv值恶化，恶化不多会使功耗上升，恶化过多则由于高压腔与低压腔两侧压差而滑片360被卡死在滑槽322，产生滑片音并失效。需要说明的是，滑片360的功耗通过pv值与油膜厚度来考量。在pv值中，p是滑片360与滑槽322内壁受负载时的面压，v是滑片360移动时的线速度。

考虑关系式(4)，参数r×t/l需要设置为在一定范围内。如果参数r×t/l设置过大，可理解为在l不变的情况下，r或t设置得比较大，两者增大都不利于滑片360可靠滑动。在r较大时，可将滑片头部半径r最大的情况理解为呈平面的滑片头部，此时，在活塞350转到左右两个极限位置时，滑片360头部的拐角容易挂伤到活塞350的外周面。在滑片厚度t较大时，滑片360的上下两端面跟主轴承310或副轴承340的端面接触，接触面过大，对润滑油的剪切功耗大；还有，滑片360质量变大，惯性力变大，活塞350需要克服该惯性力做功，驱动电机200的功耗增大。

如果参数r×t/l设置过小，可理解为在l不变的情况下，r设置得比较小。在r较小时，滑片360头部为圆弧面，滑片头部半径r越小，与活塞350外周面的赫兹应力过大，会引起滑片360和活塞350外周面的金属疲劳，进而影响功耗。

将偏心量e与滑片长度l之和与气缸内半径(dcy/2)的比值设置为1.13至1.17之间，将滑片头部半径r与滑片厚度t的乘积与滑片长度l的比值设置0.74至0.8mm，可有效解决压缩机在低频低压差工况下出现的滑片音问题，降低滑片360和活塞350外周面长期接触后的金属疲劳，并且能降低功耗，达到正常使用的性能。

在本申请另一实施例中，壳体的内径dy的范围是100至110mm，具体按需设置。在壳体100壁厚确定的情况下，这样的单缸压缩机结构紧凑，占用空间会变小，制造成本降低。相应地，设置在壳体100内的驱动电机200与压缩机构300的结构都会比较小，这样制造成本也会变低。另外，单缸压缩机壳体100高度可以参考现有同排量的双缸压缩机设置，并且保证使用性能。这样相比于同排量的双缸压缩机，该单缸压缩机的壳体内径dy变小，整个壳体100变得更细长，结构更紧凑。

在本申请另一实施例中，气缸高度hcy范围是30至36mm；气缸的内径dcy范围是46至48mm，曲轴的偏心量e范围是4至5.5mm，具体按需设置。采用这个方案，单缸压缩机可以获得比较大的排量，达到正常使用的性能。相比于同排量的双缸压缩机，该单缸压缩机的气缸高度hcy设置得更大，气缸内径dcy设置得更小，这样可以保证排量足够。

在本申请另一实施例中，壳体的内径dy的范围是100至110mm；气缸高度hcy范围是30至36mm；气缸的内径dcy范围是46至48mm，具体按需设置。采用上述配置的单缸压缩机，能够满足大排量与小型化的需要，能够改善压缩机入力，达到正常使用的性能。

在本申请另一实施例中，壳体的内径dy是101mm，气缸高度hcy是36mm，气缸的内径dcy是46mm，曲轴偏心量e是5.2mm，具体按需设置。采用上述配置的单缸压缩机，能够满足大排量与小型化的需要，能够进一步改善压缩机入力，达到更优的性价比。

在本申请另一实施例中，壳体的内径dy是101mm，气缸高度hcy是32mm，气缸的内径dcy是46mm，曲轴偏心量e是4.6mm。采用上述配置的单缸压缩机，能够满足大排量与小型化的需要，能够进一步改善压缩机入力，达到更优的性价比。

在本申请另一实施例中，气缸高度hcy与气缸的内径dcy的乘积跟壳体的内径dy的比值是16.3mm。采用这个方案，单缸压缩机能够满足大排量与小型化的需要。

在本申请另一实施例中，在满足关系式(1)、(2)时，设置气缸320的排量为20至25cc，压缩机满足大排量的需求。

在本申请另一实施例中，滑片长度l范围是18.5至22.5mm，滑片厚度t范围是2.8至4mm，滑片的头部半径范围是3至6mm，具体按需设置。采用上述的滑片，可进一步有效解决压缩机在低频低压差工况下出现的滑片音问题，降低滑片360和活塞350外周面长期接触后的金属疲劳，并且能降低功耗，达到正常使用的性能。

在本申请另一实施例中，滑片长度l是21.5mm；滑片厚度t是4mm；滑片的头部半径是4mm。采用上述的滑片，可进一步有效解决压缩机在低频低压差工况下出现的滑片音问题，降低滑片360和活塞350外周面长期接触后的金属疲劳，并且能降低功耗，达到正常使用的性能。

在本申请另一实施例中，滑片360的头部设置有硬质膜；或者，滑片360的全表面设置有硬质膜。采用以上方案能提高滑片360的耐磨性，提高可靠性。

为了验证满足关系式(1)至(3)的单缸压缩机的性能，在改变偏心量与滑片长度之和与气缸内半径的比值情况下，对滑片侧面功耗进行检测，得到图7所示的2×(e+l)/dcy与滑片侧面功耗的曲线关系图。该单缸压缩机中，壳体的内径dy是101mm，气缸高度hcy是32mm，气缸的内径dcy是46mm，曲轴偏心量e是4.6mm。由图7可知，在将偏心量与滑片长度之和与气缸内半径的比值由1.1mm增加至1.18mm的过程中，滑片侧面功耗先由65w较缓慢地降低至38w，再较快地上升至50w。其中，将偏心量与滑片长度之和与气缸内半径的比值设置在1.13至1.17之间时，滑片侧面功耗在38w至45w之间，功耗较低，有利于改善压缩机功率。

为了验证满足关系式(4)的单缸压缩机的性能，使压缩机在低频9hz下工作，对滑片受力分析，滑片受到惯性力、弹簧力、阻尼力、气体力与摩擦力，得到图5所示的滑片在低频9hz时的受力分析图，进而得到图6的滑片在低频9hz时所受合力的曲线图。由图6可知，将滑片头部半径与滑片厚度的乘积与滑片长度的比值设置0.74至0.8mm时，滑片所受合力值大于0，表示滑片与活塞在低频9hz最小压差工况下始终不脱离接触，这样就能解决滑片音问题。

在本申请另一实施例中，提供一种热交换工作设备，包括上述的单缸压缩机。热交换工作设备可以是空调器、冰箱或者其它制冷制热设备。该单缸压缩机中，在工作时，驱动电机200带动曲轴330转动，使设于曲轴偏心部外的活塞350在气缸320内运动，滑片360弹性滑动安装于气缸320的滑槽322内，滑片360头部抵设于活塞350外周面，从而压缩并排出冷媒。将气缸高度hcy与气缸内径dcy的乘积跟壳体内径dy的比值设置为15.5至16.5mm之间，将两倍曲轴偏心量e与气缸内径dcy的比值设置为0.2至0.23之间，可以实现小壳体内径、大排量的泵体结构，改善过压缩损失和泄露。将偏心量与滑片长度l之和与气缸内半径(dcy/2)的比值设置为1.13至1.17之间，将滑片头部半径r与滑片厚度t的乘积与滑片长度l的比值设置0.74至0.8mm，可有效解决压缩机在低频低压差工况下出现的滑片音问题，能降低功耗，达到正常使用的性能。具有该单缸压缩机的热交换工作设备，使用性能也得到保证。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。