2作为制冷剂的跨临界往复活塞压缩机附图说明" src="/d/file/p/2020/11-19/68faf31d8f5f98d36dd1afcd9f1418be.gif" />
一种以CO2作为制冷剂的跨临界往复活塞压缩机
技术领域
本实用新型涉及制冷设备技术领域，尤其涉及一种以CO2作为制冷剂的跨临界往复活塞压缩机。
背景技术
CO2作为制冷工质的历史可以回溯至100多年以前。早在1866年,美国的ThaddeusS.C.Lowe首先利用CO2制冰,虽然CO2并不是早期惟一的制冷工质,但由于其无毒性和不可燃性,在食品行业和民用建筑空调等领域,CO2制冷装置占据了主要的地位。在20世纪30年代,由于氯氟烃类制冷工质的出现,CO2迅速被替代。
目前在制冷和空调领域，使用的制冷剂主要是氟利昂类的，由于氟利昂类制冷剂会导致臭氧层空洞和大气的温室效应，因此受到各国的限制，并逐步被淘汰。作为一种已经使用过且已证明对环境无害的制冷工质,近几年CO2又引起了人们的重视。在几种常用的自然工质中, 可以说CO2最具竞争力,在可燃性和毒性有严格限制的场合,CO2是最理想的。
跨临界CO2压缩机在临界点以上运行时，CO2压缩机的排气压力最高可达14MPa，高低压差最大可达10MPa，压差越大，压缩机泄漏率就越大，这对压缩机的设计、制造、装配都提出了很高的要求。跨临界CO2压缩机在高温高压下运行，系统的材料强度、密封都需要为其专门设计。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种以CO2作为制冷剂的跨临界往复活塞压缩机，以解决上述背景技术中遇到的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种以CO2作为制冷剂的跨临界往复活塞压缩机，包括机体，所述机体的机身顶部两侧分别交错设有气缸盖，所述机体内部设有气缸，所述气缸内部设有活塞，所述机体的一端安装有轴承座，所述机体的另一端安装有电机盖，所述机体的内腔与轴承座和电机盖构成封闭的腔体，所述机体的腔体内设有电机箱、曲轴箱和压缩腔，所述电机箱位于靠近电机盖的一侧，所述曲轴箱位于靠近轴承座的一侧，所述曲轴箱的内部设有曲轴和连杆，所述曲轴箱通过曲轴与电机箱连接，所述电机箱中的转子带动所述曲轴做回转运动，所述曲轴与连杆传动连接，所述连杆通过活塞销与活塞传动连接，所述压缩腔由气缸、活塞和阀板构成，所述活塞在气缸内做往复运动，所述阀板放置在气缸的顶部，在活塞做往复运动时，完成对应的吸气和排气。
上述方案中，所述阀板的顶部设有排气阀片，所述排气阀片的开启对应每个气缸的排气，所述排气阀片的厚度为0.3-0.4mm；所述阀板的底部设有吸气阀片，所述吸气阀片的开启对应每个气缸的吸气，所述吸气阀片的厚度为0.5-0.8mm。
上述方案中，所述机体的顶部设有接线盒，所述电机箱内设有转子和定子，所述曲轴通过平键与转子固定连接，所述转子与定子转动连接，所述定子与机体的内壁过盈配合。
上述方案中，所述曲轴在曲轴箱内还设有曲拐，所述曲拐的在曲轴上呈180度设置，所述曲拐与连杆相配合传动连接，所述连杆的一端连接有大头轴瓦，所述大头轴瓦与曲轴固定连接，所述连杆的另一端连接有小头轴瓦，所述小头轴瓦通过活塞销与活塞传动连接。
上述方案中，所述连杆的两端分别与大头轴瓦和小头轴瓦过盈配合连接，所述大头轴瓦和小头轴瓦均采用铅青铜制成，且两者的内径设有PTFE红色涂层。
上述方案中，所述压缩腔包括高压腔和低压腔，所述高压腔位于机体靠近轴承座的顶部内腔，所述高压腔与气缸盖内部相连通，所述机体的顶部一侧设有连通所述高压腔的排气阀和安全阀，其阀腔直径为16-22mm；所述低压腔位于机体靠近电机盖的顶部内腔，所述低压腔与机体的内腔相连通，所述机体的顶部另一侧设有连通所述低压腔的吸气阀，其阀腔直径为25-32mm。
上述方案中，所述高压腔的最大工作压力为150bar，所述高压腔的壁厚为25-30mm，所述低压腔的最大工作压力为100bar，所述低压腔的壁厚为12-15mm。
上述方案中，所述气缸每侧设有两个，在机体上呈V型布置，其与机体竖直方向的轴线所构成的角度为40度。
上述方案中，所述机体由球铁一体成型铸造而成，所述机体的壁厚为12-30mm，所述机体的工作压力为40bar至145bar，所述机体的外部靠近电机箱的两侧分别设有多组筋板。
上述方案中，所述活塞由铝合金制成，且采用阳极氧化工艺处理，所述活塞的外周面设有三道活塞环，所述活塞的直径为35-55mm,其行程为25-35mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本活塞压缩机由于壳体承压能力比传统的高，所以适用压力范围广，活塞式压缩机可设计成不同的压力范围；本活塞式压缩机压缩气体的过程属封闭系统，其压缩效率较高；本活塞压缩机采用了多道活塞环在大压差的工作条件下，比其他形式的压缩机效率更高；本活塞压缩机的连杆两头采用PTFE红色涂层，降低摩擦系数，使得压缩机效率更高；本活塞压缩机活塞采用了阳极氧化工艺，使得活塞更耐磨，间接的提高压缩机的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型整体结构正视图；
图2为图1中A-A截面结构示意图；
图3为本实用新型整体结构侧视图；
图4为图3中B-B截面结构示意图。
图中标号：1-机体；11-气缸盖；12-轴承座；13-电机盖；14-气缸；15-筋板；16-活塞； 2-电机箱；21-接线盒；22-曲轴；23-转子；24-定子；3-曲轴箱；31-曲拐；32-连杆；33-大头轴瓦；34-小头轴瓦；35-活塞销；4-压缩腔；41-高压腔；411-排气阀；412-安全阀；42-低压腔；421-吸气阀；43-阀板；44-排气阀片；45-吸气阀片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
如图1至图4所示，一种以CO2作为制冷剂的跨临界往复活塞压缩机，包括机体1，机体1的机身顶部两侧分别交错设有气缸盖11，气缸盖11实现了隔离高低压CO2气体。机体1内部设有气缸14，气缸14每侧设有两个，在机体1侧面的两侧上呈V型布置，其与机体1 竖直方向的轴线所构成的角度为40度。气缸14内部设有活塞16，活塞16由铝合金制成，且采用阳极氧化工艺处理，使得活塞16更耐磨，提高气缸14使用寿命，从而也间接提高本压缩机的使用寿命。活塞16的外周面设有三道活塞环，活塞16的直径为35-55mm，其行程为25-35mm。当然，跨临界压缩机设计活塞直径可以设置为36、41、50、55，行程设置为26、 31mm。通过设计更小的活塞16的直径和行程，为了提高压缩机的容积效率，降低压缩机的摩擦功，降低压缩机排气温度。
机体1的一端安装有轴承座12，机体1的另一端安装有电机盖13，机体1的内腔与轴承座12和电机盖13构成封闭的腔体。机体1由球铁一体成型铸造而成，由球铁500-7整体铸造的机体，所有其他部件通过机体实现安装，最大程度保证了压缩机的紧凑性。机体1的壁厚为12-30mm，用于降低传热，机体1的工作压力为40bar至150bar，机体1的外部靠近电机箱2的两侧分别设有多组筋板15，在适当的位置增加加强筋，增加壳体的承压能力。
机体1的腔体内设有电机箱2、压缩腔3和曲轴箱4，电机箱2位于靠近电机盖13的一侧，曲轴箱4位于靠近轴承座12的一侧。曲轴箱4的内部设有曲轴22和连杆32，曲轴箱4 通过曲轴22与电机箱2连接，电机箱2中的转子23带动曲轴22做回转运动，曲轴22与连杆32传动连接，连杆32通过活塞销35与活塞16传动连接，压缩腔3由气缸14、活塞16 和阀板43构成，活塞16在气缸14内做往复运动，阀板43放置在气缸14的顶部，在活塞 16做往复运动时，完成对应的吸气和排气。
阀板43的顶部安装有排气阀片44，排气阀片44的开启对应每个气缸的排气，排气阀片44的厚度为0.3-0.4mm,优选0.3mm；阀板43的底部设有吸气阀片45，吸气阀片45的开启对应每个气缸的吸气，吸气阀片45的厚度为0.5-0.8mm，优选0.6mm。
机体1的顶部设有用于连接外部电源的接线盒21，电机箱2内设有转子23和定子24，曲轴22通过平键与转子23固定连接，转子23与定子24转动连接，定子24与机体1的内壁过盈配合。
曲轴22在曲轴箱4内部还安装了曲拐31，曲轴箱4的底部储存着润滑油，曲拐31的在曲轴22上呈180度设置，曲拐31与连杆32相配合传动连接，连杆32的一端连接有大头轴瓦33，大头轴瓦33与曲轴22传动连接，连杆32的另一端连接有小头轴瓦34，小头轴瓦34 通过活塞销35与活塞16传动连接。作为一种优选的方案，连杆32的两端分别与大头轴瓦 33和小头轴瓦34过盈配合连接，大头轴瓦33和小头轴瓦34均采用铅青铜制成，且两者的内径设有PTFE红色涂层，有效的提高耐磨性。
压缩腔3包括高压腔41和低压腔42，高压腔41位于机体1靠近轴承座12的顶部内腔，高压腔41与气缸盖11内部相连通，机体1的顶部一侧设有连通高压腔41的排气阀411和安全阀412，其阀腔直径为16-22mm；低压腔42位于机体1靠近电机盖13的顶部内腔，低压腔42与机体1的内腔相连通，机体1的顶部另一侧设有连通低压腔42的吸气阀421，其阀腔直径为25-32mm，减小余隙容积，提高压缩机效率。增加阀片强度，确保在高压差下阀片不会弯曲变形甚至断裂，同时也提高了阀片密封性，提高压缩机的容积效率。
高压腔41的最大工作压力为150bar，高压腔41的壁厚为25-30mm，优选壁厚为28mm，保证承压15MPa，同时也降低传热温差，提高等熵效率。低压腔42的最大工作压力为100bar，低压腔42的壁厚为12-15mm。优选壁厚为14mm，设计承压10MPa。压缩腔是实现CO2气体的吸气-压缩-排气过程的一个机构。
压缩机主要通过活塞16上下运动，完成吸气、排气的过程，由于压缩机高低压侧通过活塞16和活塞环密封，高压侧不可避免的会向低压侧泄漏。跨临界压缩机最大高低压差可达到 12MPa，亚临界压缩机最大仅为5-6MPa，所以跨临界使用3道活塞环密封，来提高本活塞压缩机的密封性，从而提高其压缩效率。
本压缩机的工作过程：低温低压的CO2气体通过吸气阀421进入电机箱2，先冷却电机转子23和定子24，低温低压CO2气体进入机体1内部吸气腔和气缸盖11低压侧内，转子 23带动曲轴22旋转，曲轴22通过曲拐31带动活塞16和连杆32做往复运动。活塞16向下运动时，气缸14内压力低于外界压力，吸气阀片45打开，低温低压的CO2气体被吸入气缸 14内，完成吸气过程；活塞16向上运动时，气缸14内低温低压CO2气体被压缩成高温高压CO2气体，气缸14内压力大于外界压力时，排气阀片44打开，CO2气体被排入气缸盖11内的高压侧和机体1的排气腔内，完成压缩和排气过程；机体1的排气腔内CO2气体通过排气阀411排气使压缩机完成整个循环过程。
本活塞压缩机由于壳体承压能力比传统的高，所以适用压力范围广，活塞式压缩机可设计成不同的压力范围；本活塞式压缩机压缩气体的过程属封闭系统，其压缩效率较高；本活塞压缩机采用了多道活塞环在大压差的工作条件下，比其他形式的压缩机效率更高；本活塞压缩机的连杆32两头采用PTFE红色涂层，降低摩擦系数，使得压缩机效率更高；本活塞压缩机中活塞16采用了阳极氧化工艺，使得活塞16更耐磨，间接的提高压缩机的使用寿命。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，并不用于限定本实用新型保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本实用新型的保护范围之内。
