CN101672280A - 一种改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，气缸滑片槽与滑片间隙配合，气缸滑片槽在位于吸气腔侧的滑动面上，靠近气缸孔壁处开一沿气缸孔轴向的半月形导轨槽，导轨槽内配置一与导轨槽间隙配合的横截面为半月形的导轨块，导轨块沿其轴向的长度略小于气缸高度，导轨块沿轴向平面与滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面处于平行位置时，导轨块轴向平面比气缸上滑片槽滑动面略高或略低，在滑片槽靠近吸气腔侧滑片槽的滑动面与气缸孔壁交界处设有倒角或圆弧。这种滚动活塞式压缩机在气缸滑片槽吸气腔的侧面始终与导轨块沿轴向平面接触，使滑片接触面压降低，有效解决现有技术中滑片受力后与气缸滑片槽的滑动面间的润滑问题。

Description

一种改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机

技术领域

本发明涉及一种滚动活塞式压缩机，特别涉及一种能防止滑片侧面与滑片槽滑动面发生粘焊的滚动活塞式压缩机。

背景技术

现有的一种滚动活塞式压缩机，如图1、图2所示。在该滚动活塞式压缩机结构中，由于滑块处于吸气腔侧的右侧面和处于排气腔左侧面的压力差产生的载荷P，使滑片在滑片槽内发生微倾斜，滑片处于吸气腔侧的右侧面与气缸滑片槽的右滑动面与气缸孔壁的交界处或该处倒角交界处发生线接触。在以往使用R22、R410A等工质的滚动活塞式压缩机上，虽然有压力差产生载荷P作用在上述交界处产生接触压强，但由于载荷不够大，滑片处于吸气腔侧右侧面与气缸滑块槽的右滑动面之间仍能够正常进行自由滑动。

但在使用例如CO2等工质时，滑片处于吸气腔侧右侧面和处于排气腔左侧面之间的压力差P大为增加，致使上述线性接触交界处附近的压强突增，使油膜几乎无法形成，滑片的处于吸气腔侧右侧面与气缸滑片槽的右滑动面之间发生粘焊现象，使滑片与滑片槽之间的正常滑动失效，导致压缩机输入功率迅速增加，压缩机无法正常运转。

为了解决上述问题，日本专利JP2006112396(A)中提出了一种解决方法，如图3所示：在滚动活塞式压缩机气缸滑片槽位于吸气孔一侧的右滑动面附近，在气缸孔壁沿气缸孔轴线方向开有一凹槽，右滑动面与凹槽之间形成舌形部分，因压差所产生的载荷P使滑片向吸气腔侧倾斜时，该舌形部分受到滑片处于吸气腔侧右侧面对滑片槽右滑动面的挤压，舌形部分发生向吸气孔侧的柔性变形，从而使前述图1所示的交界处的线接触变为面接触，使接触面压强大为降低，较好地改善了此处两面间的滑动润滑条件，避免了上述提及的粘焊现象的发生。但随着压缩机工作时间的延续，舌形部分将被往复挠曲，且气缸一般为铸铁材料，很容易机械疲劳，导致断裂。一旦此处断裂，压缩机将无法正常运转。可见，虽然该技术方案能够有效改善滑片侧面的润滑性能，但是压缩机的可靠性也显著降低。

发明内容

为了解决使用CO2工质导致滚动活塞压缩机压缩腔和吸气腔压力差较大，产生滑片侧面与气缸滑片槽滑动面之间发生的粘焊问题，本发明提出一种可改善滑片侧面润滑的滚动活塞式压缩机。同时比上述日本专利JP2006112396(A)所提出的方法具有较高的可靠性。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，由电机带动旋转曲轴的偏心部外周面上设有的自由转动的滚动活塞在气缸孔内偏心旋转，推动滑片在气缸滑片槽内作往复运动，所述气缸滑片槽与滑片间隙配合，弹簧及气体压力顶住滑片，使滑片圆弧面始终与滚动活塞外圆柱面接触，将气缸孔分为吸气腔和压缩腔；其特征在于：在靠近气缸孔的孔壁的气缸滑片槽吸气腔侧的滑动面上，设有一沿气缸孔轴向的半月形导轨槽，该导轨槽内设有一导轨块与之间隙配合，导轨块的横截面为半月形截面，导轨块沿其轴向长度略小于气缸的高度，导轨块沿轴向平面与滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面处于平行位置时，导轨块沿轴向平面比滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面略高或略低；当滑片因压缩腔和吸气腔的压差使滑片倾斜于滑块槽靠近吸气腔侧的滑动面时，能与导轨块沿轴向的平面发生紧密的面接触。

上述方案中，所述导轨块半月形横截面为小于或大于半圆，该半月形的弦长b乘上气缸厚度h所得的面积F应满足下式：

$F=h\·b\≥\frac{P_{\max }}{\left[P\right]}$

式中，P_max为在压缩机的所有运行工况下，作用在所述导轨块沿轴向平面和所述滑片处于吸气腔侧滑动面之间的最大压力，[P]为所述导轨块沿轴向平面和所述滑片处于吸气腔侧滑动面之间在压缩机工况下相对滑动而不产生粘焊在一起时的最大容许接触压强；

按上式可得导轨块半月形截面的圆弧半径R为：

$R\≥\frac{b}{2}\≥\frac{P_{\max }}{2\·h\·\left[p\right]}.$

所述滑片和所述滑片槽配合间隙为：10-35μm。所述的导轨块沿轴向的长度小于所述气缸高度为：8-25μm。

在所述滑片槽靠近吸气腔侧滑动面与所述气缸孔壁交界处可设有倒角或圆弧，其倒角或圆弧大小要确保滑片在一个工作周期运动中，始终不接触该倒角或圆弧。

所述导轨块沿轴向平面与滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面处于平行位置，导轨块沿轴向平面比滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面略高时，其高出值s1为0-10μm。

所述导轨块沿轴向平面与滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面处于平行位置，导轨块沿轴向平面比滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面略低时，其低出值s2满足：

$s2\≤\frac{b}{2}\·\sin \left(\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{\Δ}\min }{L-b}\right)\right)$

式中，b为导轨块横截面半月形的弦长，Δmin为滑片与气缸滑片槽间的最小间隙配合间隙，L为滑片槽滑动面沿滑片往复运动方向的长度。

本发明与现有技术方相比，由于本发明是依靠导轨槽中导轨块的转动，使滑片左右轻微摆动，增大滑动接触面积，降低滑片接触面压，改善滑动条件。而JP2006112396(A)中的技术方案是靠舌形部分的柔性变形来增大滑动接触面积，因而随着压缩机运转时间的增长，存在疲劳失效的隐患，因此本发明的技术方案的可靠性更高。

附图说明

图1是现有的一种滚动活塞式压缩机剖面图。

图2是图1的A-A向剖面图。

图3是专利JP2006112396中改进结构示意图。

图4是本发明结构示意图。

图5是本发明导轨块立体图。

图6是本发明中导轨块的工作状态之一示意图。

图7是本发明中导轨块的工作状态之二示意图。

图1到图7中的附图标记：

1、滑片槽；1-1、滑片槽靠近吸气腔侧滑动面；2、滑片；2-1、滑片处于吸气腔侧面；2-2、滑片处于压缩腔侧面；2-3、滑片圆弧面；3、导轨槽；3-1、导轨槽半月形弧面滑动接触面；4、吸气孔；5、导轨块；5-1、导轨块沿轴向平面；5-2、导轨块半月形横截面；5-3、高于滑片槽侧面滑动面1-1的导轨块沿轴向平面；5-4、低于滑片槽侧面滑动面1-1的导轨块沿轴向平面；8、滑片槽靠近吸气孔侧滑动面与气缸孔壁交界处；9、吸气腔；10、压缩腔；13、滚动活塞；13-1、滚动活塞外圆柱面；14、气缸；14-1、气缸孔壁；14-2、气缸孔；14-3、凹槽；14-4、舌形部分；16.电机；17、曲轴；18、曲轴偏心部分；19.弹簧。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2所示：现有的一种滚动活塞式压缩机，由电机(16)带动旋转曲轴(17)的偏心部(18)外周面上装有自由转动的滚动活塞(13)在气缸孔(14-2)内偏心旋转，依靠弹簧(19)及气体的背压力使滑片圆弧面(2-3)紧紧压在滚动活塞(13)外圆柱面(13-1)上，将气缸孔(14-2)分为吸气腔(9)和压缩腔(10)。曲轴17回转带动滚动活塞13旋转运动，同时推动滑片(2)在气缸滑片槽(1)内作往复运动，在气缸孔(14-2)内作重复吸气、压缩、排气等工作。

如图2所示：由于滑片侧面(2-1)和侧面(2-2)的压力差产生的载荷P，使滑片(2)在滑片槽(1)内发生微倾斜，滑片(2)处于吸气腔(9)侧的侧面(2-1)与气缸滑片槽(1)靠近吸气孔(4)一侧的滑动面(1-1)与气缸孔壁(14-1)的交界处发生线接触。在使用CO2等工质时，压力差P大为增加，致使上述线性接触交界处附近的压强突增，使油膜几乎无法形成，滑片侧面(2-1)与气缸滑片槽的滑动面(1-1)之间发生粘焊现象，使滑片与滑片槽之间的正常滑动失效，导致压缩机输入功率迅速增加，压缩机无法正常运转。

如图3所示：在气缸(14)孔壁(14-1)靠近气缸滑片槽(1)滑动面(1-1)的附近，沿气缸孔(14-2)轴线方向制造出一凹槽(14-3)，形成舌形部分(14-4)，因上述压力差所产生的载荷P而使滑片(2)向吸气腔(9)侧倾斜时，舌形部分(14-4)受到滑片(2)处于吸气腔(9)一侧的侧面(2-1)对滑片槽(1)靠近吸气孔(4)侧滑动面(1-1)的挤压，舌形部分(14-4)发生向吸气孔(4)侧的柔性变形，从而使交界处(8)的线接触变为面接触，使接触面压强大为降低，较好地改善了此处两面间的滑动润滑条件，避免了粘焊现象的发生。

本发明具体实施方案如图4所示：一种改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，气缸滑片槽(1)与滑片(2)间隙配合，弹簧(19)及气体压力顶住滑片(2)，使滑片圆弧面(2-3)始终与滚动活塞外圆柱面(13-1)接触，滑片(2)在气缸滑片槽(1)内作往复运动，其特征在于：

气缸滑片槽(1)在位于吸气腔侧的滑动面(1-1)上，靠近气缸孔壁(14-1)处开一沿气缸孔(14-2)轴向的导轨槽(3)，该导轨槽(3)横截面为半月形，导轨槽(3)内配置一与导轨槽(3)间隙配合且横截面为半月形的导轨块(5)，导轨块(5)沿其轴向长度略小于气缸(14)的高度，导轨块(5)沿轴向平面(5-1)与滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)处于平行位置时，导轨块(5)沿轴向平面(5-1)比气缸上滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)略高或略低，在滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)与气缸孔壁交界处制造一个倒角或圆弧。采用本发明的技术方案时，因为导轨块(5)能在导轨槽(3)内自由转动，所以当滑片(2)因压缩腔(10)和吸气腔(9)的压差使滑片(2)靠近滑块槽(1)靠近吸气孔(4)侧的滑动面(1-1)时，能与导轨块(5)沿轴向的平面(5-1)发生紧密的面接触。滑片(2)在此种面接触情况下进行往复运动。

本发明的滑片(2)的侧面(2-1)与导轨块(5)沿轴向平面(5-1)的面接触情况与现有滚动活塞压缩机的线接触相比，本发明的滑动接触面积大大增加，从而使接触面压强大为降低，滑动润滑状态大为改善，将不会发生在使用CO2或其他工质时，因排气腔(10)和吸气腔(9)压差过大，而导致滑片(2)处于吸气腔(4)侧的侧面(2-1)与滑片槽(1)靠近吸气孔(4)侧的滑动面(1-1)产生粘焊现象发生。

如图5所示，为了成功有效的实施本发明，对本发明中最主要零件的导轨块(5)横截面(5-2)所示的半月形圆弧半径R和弦长b提出的确定方法为：导轨块(5)及所述与之相配的导轨槽(3)横截面为小于或大于半圆的半月形，导轨块半月形横截面(5-2)弦长b乘上气缸厚度h所得的面积F应满足下式：

$F=h\·b\≥\frac{P_{\max }}{\left[P\right]}$

式中，P_max为在压缩机的所有运行工况下，作用在所述导轨块(5)沿轴向平面(5-1)和所述滑片处于吸气腔侧滑动面(1-1)之间的最大压力。

[P]为所述导轨块(5)沿轴向平面(5-1)和所述滑片处于吸气腔侧滑动面(1-1)之间在压缩机工况下相对滑动而不产生粘焊在一起时的最大容许接触压强。

按该式求出： $b\≥\frac{P_{\max }}{h\·\left[p\right]}$

则导轨块(5)横截面半月形(5-2)的圆弧半径R应为：

$R\≥\frac{b}{2}\≥\frac{P_{\max }}{2\·h\·\left[p\right]}$

此外通过试验证明：滑片(2)和滑片槽(1)的配合间隙为：10-35μm，能够有效保证滑片(2)在滑片槽(1)内正常往复运动。导轨块(5)沿轴向的长度h1应小于所述气缸(14)高度8-25μm，能够使导轨块(5)自由摆动，且其沿轴向窜动幅度不会过大，影响压缩机正常工作。当导轨块(5)与滑片弹簧(19)发生干涉时，发生干涉部分的材料被切割掉，除上而外，同时在滑片槽(1)靠近吸气腔侧滑动面(1-1)与所述气缸孔壁(14-1)交界处制造出倒角或圆弧，其倒角或圆弧大小应保证所述滑片(2)在一个工作周期运动中，始终不接触该倒角或圆弧。

另通过试验及计算证明，如图6、图7所示：当导轨块(5)沿轴向平面和滑片槽(1)靠近吸气腔侧滑动面(1-1)处于相互平行位置时，导轨(5)沿轴向平面(5-1)略高或略低于滑片槽靠近吸气腔侧滑动面(1-1)，当导轨块(5)沿轴向平面略高于滑片槽靠近吸气腔侧滑动面(1-1)时，其高出值s 1为0-10μm，当导轨块(5)沿轴向的平面(5-1)略低于滑片槽靠近吸气腔侧滑动面(1-1)，其低出值s2满足：

$s2\≤\frac{b}{2}\·\sin \left(\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{\Δ}\min }{L-b}\right)\right)$

式中，b为导轨块横截面(5-2)半月形的弦长，Δmin为滑片(2)与气缸滑片槽(1)间的最小间隙配合间隙，L为滑片槽(1)滑动面沿滑片往复运动方向的长度。

这样才能保证导轨块(5)自由摆动，同时滑片槽靠近吸气孔侧的滑动面(1-1)与导轨块沿轴向的平面(5-1)紧密接触。

除上而外，为了成功实施本发明，导轨块(5)由铸铁制成，滑片(2)由高速钢材料制成，并覆有CrN或金刚石涂层，或者导轨块(5)由高速钢材料制成，并覆有CrN或金刚石涂层，滑片2由高速钢材料制成，并覆有CrN或金刚石涂层。导轨槽(3)的半月形弧面(3-1)具有淬火处理的表面，提高其耐磨性。这样才能保证压缩机正常运转。

本发明保护的旋转式压缩机不仅限于使用CO2工质，还包括其他工质使压缩机滑片(2)两侧压力差增大，滑片与滑片槽发生粘焊问题的情况。

Claims (10)

1、一种改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，由电机(16)带动旋转曲轴(17)的偏心部(18)外周面上设置的自由转动的滚动活塞(13)在气缸孔(14-2)内偏心旋转，推动滑片(2)在气缸滑片槽(1)内作往复运动，所述气缸滑片槽(1)与滑片(2)间隙配合，弹簧(19)及气体压力顶住滑片(2)，使滑片圆弧面(2-3)始终与滚动活塞外圆柱面(13-1)接触，将气缸孔(14-2)分为吸气腔(9)和压缩腔(10)；其特征在于：在靠近气缸孔的孔壁(14-1)的气缸滑片槽(1)吸气腔侧的滑动面(1-1)上，设有一沿气缸孔(14-2)轴向的半月形导轨槽(3)，该导轨槽(3)内设有一导轨块(5)与之间隙配合，导轨块(5)的横截面为半月形截面(5-2)，导轨块(5)沿其轴向长度略小于气缸(14)的高度，导轨块(5)沿轴向平面(5-1)与滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)处于平行位置时，导轨块(5)沿轴向平面(5-1)比滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)略高或略低；当滑片(2)因压缩腔(10)和吸气腔(9)的压差使滑片(2)倾斜于滑块槽(1)靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)时，能与导轨块(5)沿轴向的平面(5-1)发生紧密的面接触。

2、根据权利要求1所述的改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述导轨块(5)半月形横截面(5-2)为小于或大于半圆，该半月形的弦长b乘上气缸厚度h所得的面积F应满足下式：

$F=h\·b\≥\frac{P_{\max }}{\left[P\right]}$

式中，P_max为在压缩机的所有运行工况下，作用在所述导轨块(5)沿轴向平面(5-1)和所述滑片处于吸气腔侧滑动面(2-1)之间的最大压力，[P]为所述导轨块(5)沿轴向平面(5-1)和所述滑片处于吸气腔侧滑动面(2-1)之间在压缩机工况下相对滑动而不产生粘焊在一起时的最大容许接触压强；按上式可得导轨块半月形截面(5-2)的圆弧半径R为：

$R\≥\frac{b}{2}\≥\frac{P_{\max }}{2\·h\·\left[p\right]}.$

3、根据权利要求1所述的改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述滑片(2)和所述滑片槽(1)配合间隙为：10-35μm。

4、根据权利要求1所述的改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述的导轨块(5)沿轴向的长度小于所述气缸(14)高度为：8-25μm。

5、根据权利要求1所述的改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，其特征在于：在所述滑片槽(1)靠近吸气腔侧滑动面(1-1)与所述气缸孔壁(14-1)交界处(8)设有倒角或圆弧，其倒角或圆弧大小要确保滑片(2)在一个工作周期运动中，始终不接触该倒角或圆弧。

6、根据权利要求1所述的改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述导轨块(5)沿轴向平面(5-1)与滑片槽(1)靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)处于平行位置，且导轨块(5)沿轴向平面(5-1)比滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)略高时，其高出值s1为0-10μm。

7、根据权利要求1所述的改善滑片润滑性能的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述导轨块(5)沿轴向平面(5-1)与滑片槽(1)靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)处于平行位置，且导轨块(5)沿轴向平面(5-1)比滑片槽靠近吸气腔侧的滑动面(1-1)略低时，其低出值s2满足：

$s2\≤\frac{b}{2}\·\sin \left(\mathrm{arctg}\left(\frac{\mathrm{\Δ}\min }{L-b}\right)\right)$

式中，b为导轨块横截面(5-2)半月形的弦长，Amin为滑片(2)与气缸滑片槽(1)间的最小间隙配合间隙，L为滑片槽(1)滑动面沿滑片(2)往复运动方向的长度。

8、根据权利要求1至7之一所述的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述导轨块(5)由铸铁制成，滑片(1)由高速钢制成，并覆有CrN涂层或金刚石涂层。

9、根据权利要求1至7之一所述的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述导轨块(5)由高速钢制成，并覆有CrN或金刚石涂层，滑片(1)由高速钢制成，并覆有CrN或金刚石涂层。

10、根据权利要求1至7之一所述的滚动活塞式压缩机，其特征在于：所述导轨槽(3)的半月形弧面(3-1)具有淬火处理的表面。

Images