基于TRIZ理论压缩泵体与电机分离的旋转式压缩机的创新研究

作者:林婵琼;刘海军;江荣贵; 刊名:日用电器 上传者:姜恩华

【摘要】本文主要介绍一种基于TRIZ理论下压缩泵体与电机分离的旋转式压缩机的创新研究,介绍现有滚动转子式压缩机针对R290、R32等特殊冷媒应用上存在的不足点,针对存在的问题通过TRIZ创新方法进行问题的分析,找出克服问题的手段及相关联的创新原理进行解决问题的过程,最终发明了一种新的技术方案,更好满足特殊冷媒在空调和热泵热水器上的应用。

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引言节能环保是空调行业长期的发展趋势。节能环保冷媒R290在空调上的应用越来越受到行业的关注,但因压缩机的电机、过载等可能存在打火的电器元件直接与冷媒接触,克服R290冷媒的可燃性和低燃点仍然是封闭式旋转压缩机的攻关难题。另一方面,随着热泵热水器的广泛应用,客户需要一种具备更高出水水温的热水器,较高排气温度的R32冷媒可以使出水水温达到80℃,但较高的排气温度(标况下接近120℃,比其他常规冷媒排气温度约高出20℃)影响了电机的各项设计参数和过负荷能力,已接近电机安全使用温度极限,对电机长期可靠性影响较大。这些因素对于滚转子式压缩机结构而言是个矛盾、难于克服的问题,很难在现有的结构(电机与冷媒接触)上得到解决。我们希望能够设计出一种电机与压缩泵体分离的压缩机,这样,可避免R290、R32冷媒应用所产生的技术难题。1滚动转子式压缩机的构造及工作原理滚动转子式压缩机(又称为滚动活塞压缩机,见图1)属于回转式压缩机,其历史十分悠久。20世纪60年代以后,精密加工技术的迅速发展,使得滚动转子式压缩机的技术也逐渐完善,特别在国内得到了很大的发展。由于滚动转子式压缩机结构简单,在小型制冷装置中具有很大的优越性,被广泛应用于家用空调和小型商业制冷装置中。滚动转子式压缩机主要由电机与压缩泵体两部分组成,共存于密闭压缩腔体内,电机做功发热,需要由冷媒及时带走,冷媒与电机、过载等电子元器件直接接触。 2滚动转子式压缩机泵体结构及电机的关系滚动转子式压缩机由泵体与电机组成,电机输出扭转动力通过曲轴长轴带动泵体转动,压缩气态冷媒,实现吸入低温低压气体,做功转化为高温高压气体,排气的高温高压气体流经电机后从排气口排入空调系统的室外换热器(见图2、图3)。泵体供油需要曲轴下端的导油片,在壳体内部的排气高压及旋转离心力的作用下,润滑油由下至上实现循环供油,带走摩擦热量及提供油膜对压缩腔的间隙密封,润滑油与冷媒混合体,因此,压缩泵体的存在空间也代表是冷媒的存在空间。电机处于高压冷媒与油的混合环境中,由于电机与泵体通过曲轴进行连接,曲轴为高速运转的零件,无法对曲轴上下部分进行完全密封隔离,如果用隔板对电机与泵体进行不完全密封的隔离,电机也不能得到充分散热。因此,滚动转子式压缩机的现有结构决定了不可能使冷媒与电机进行隔离。3 TRIZ理论创新方法分析问题我们打破传统的思维,利用TRIZ理论进行容积效率问题的全面分析,找出解决问题的更好更有效的方法。首先,我们要确定设计的最终目的,问题的理想解。电机与泵体完全分离,不接触冷媒,具备良好的动力输出及散热。接着,分析问题的有用和有害作用因素。对现有压缩机结构有用的主要因素:冷媒对电机进行散热,电机对泵体直接传动。对现有压缩机结构有害的主要因素:冷媒与电机电子元器件接触,冷媒温度影响电机性能。如何增加有用的因素,减少有害因素是解决问题的关键,分离之后能够满足电机的传动和散热,分离之后,原有害因素全部去除,但增加了一些新的有害因素,例如增加成本、轻微增加电机负荷等。因此,通过分析,我们知道,只有通过断开曲轴,将两部分分成独立空间,才能实现电机与泵体分离,并最终实现冷媒与电机的隔离目标。4 TRIZ理论物质——场分析与标准解物质场模型分析是TRIZ理论中的一个重要的问题构造、描述和分析的工具。在分析和解决问题的过程中,图1滚动转子式压缩机结构图图2滚动转子式压缩机泵体转子结构图图3压缩机泵体转子分离示意图 根据模型所描述的功能问题的类型来确定问题的性质,为设计人员提供解决问题的方向,结合应用物质场对系统功能分析的结果,参考76个标准解,为创

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