CN103591022A - 一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构 - Google Patents

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一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，包括曲轴，曲轴穿过气缸，曲轴位于气缸内部的部分为曲轴偏心部，滑动轴套套接在曲轴偏心部外侧，在曲轴偏心部外表面设置有与曲轴轴线平行的平面，平面设置在单侧或双侧，滑动轴套的内表面有与平面平行的平面；滑动轴套的外圆与活塞的内圆贴合；滑动轴套的平面与曲轴偏心部的平面配合，可相对滑动并传递压力。滑动轴套的外圆与活塞内圆贴合。在惯性力、蝶形弹簧片弹簧力和其他外力的共同作用下，活塞外圆能够与气缸内壁贴合，补偿了泵体制造、组装时产生的误差，进而减少了气体从高压腔向低压腔的泄漏。

Description

一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构
技术领域：
本发明涉及流体机械，特别涉及滚动活塞类压缩机、真空泵、气液混输泵与液体泵的一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构。
背景技术
滚动活塞类流体机械是指一种用于提高气体与液体压力的压缩机、真空泵、气液混输泵或液体泵，广泛应用于制冷空调系统、真空、航空与军工等领域。其结构除一般所称的滚动活塞式，还包括摇摆式、摇摆活塞式、铰链滑片式与摇摆滑片式。
滚动活塞式压缩机（也称滚动转子压缩机或旋转压缩机）或泵的结构特征是气缸内壁呈圆形，与活塞的外圆保持接触。活塞套在曲轴偏心部上，曲轴则安装在与气缸端面连接的轴承内。气缸上开有一槽，内部有能够往复运动的滑片。滑片一端被弹簧支撑，另一端顶在活塞外圆上，二者共同将气缸分成低压腔和高压腔。随着曲轴的转动，高压腔内的气体被逐渐压缩，最终通过排气阀排出。
摇摆式压缩机或泵（也称滑阀式真空泵）的结构特征是上述的滑片与活塞做成一体，气缸上的滑片槽改为圆柱孔，其内安装两片摇摆衬套，摇摆活塞式压缩机或泵的结构特征是在活塞外圆开一弧形槽，其半径基本与滑片头部的圆弧相当，在滑片的限制下，活塞随着曲轴的转动而摆动。
铰链滑片式压缩机或泵的结构特征是在活塞外圆开一弧形槽，其截面呈大于180°的优弧。滑片与活塞接触的一端改为圆柱形，嵌入弧形槽内，类似于铰链连接。滑片的另一端不再有弹簧支撑，
摇摆滑片式压缩机或泵的结构特征是将铰链滑片式压缩机的铰连接安装在气缸上，同时在活塞上开一滑槽，使滑片能够在中间滑动。
由于上述滚动活塞类流体机械的设计结构使活塞和气缸之间的径向间隙往往很大，导致高压腔的工质向低压腔泄漏，降低了运行的效率，造成了能量的损失。在有润滑油的情况下，润滑油可以起到一定的密封作用，减少泄漏；而在无油情况下，径向间隙引起的损失更严重。除此之外，变频机械低转速运行时径向间隙也会造成比较大的泄漏。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，补偿了活塞和气缸之间的径向间隙，减小这类机械内部径向间隙造成的泄漏，减少能耗，提高功率和效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，包括曲轴1，气缸2，滑动轴套3、活塞4和蝶形弹簧片5；曲轴1穿过气缸2，曲轴1位于气缸2内部的部分为曲轴偏心部1A，滑动轴套3套接在曲轴偏心部1A外侧，在曲轴偏心部1A外表面有与曲轴1轴线平行的平面1a，平面1a应该在曲轴旋转方向的前侧，另一侧为平面或圆弧面，滑动轴套3的内表面有与平面1a平行的平面3a；滑动轴套3的外圆3b与活塞4的内圆4a贴合。
设曲轴转动方向为正向，平行于平面1a的直线L与曲轴中心O1、活塞中心O3的连线O1O3的夹角应小于零，或描述为直线L在连线O1O3的后侧，如图2所示。
在滑动轴套3内侧安装有蝶形弹簧片5，蝶形弹簧片5一侧两个较小的圆弧面顶在曲轴偏心部1A的外表面；另一侧一个较大的圆弧面顶在滑动轴套3的内表面，提供的弹簧力可以使滑动轴套3趋于向气缸内壁2a贴近，减小径向间隙。
本发明在惯性力和外力的共同作用下，滑动轴套3和曲轴偏心部1A之间沿配合平面发生相对滑动，活塞4中心O3与曲轴1中心O1的距离e（偏心距）随之改变，使活塞4的外圆4b能够与气缸2的内壁2a贴合，补偿了泵体制造、组装时产生的误差，进而减少了工质从气缸2高压腔到低压腔的泄漏。
本发明可使滚动活塞类流体机械在工作时，活塞外圆能够与气缸壁保持贴合，这就很大程度上减小了径向间隙，降低了气缸高压腔到低压腔的泄漏损失，最终减少能耗，提高效率。
附图说明
图1为径向柔性补偿结构的零件拆分图，其中图1(a)为曲轴偏心部双侧均设置平面的设计，其中：1为曲轴，1A为曲轴偏心部，1a为曲轴偏心部上的平面，3为滑动轴套，3a为滑动轴套内侧与平面1a配合的平面，3b为滑动轴套的外圆，4为活塞，4a为活塞内圆，4b为活塞外圆，5为蝶形弹簧片；图1(b)为曲轴偏心部单侧设置驱平面的设计，其中：1为曲轴，1A为曲轴偏心部，1a为曲轴偏心部上的平面，3为滑动轴套，3a为滑动轴套内侧与平面配合的平面，3b为滑动轴套的外圆，4为活塞，4a为活塞内圆，4b为活塞外圆，5为蝶形弹簧片。
图2为径向柔性补偿结构。图2（a）为曲轴偏心部双侧均设置平面的设计，其中：1a为曲轴偏心部的平面，2a为气缸内圆，3a为滑动轴套内侧与平面配合的平面，3b为滑动轴套外圆，4a为活塞内圆，4b为活塞外圆，5为蝶形弹簧片，9为滑片；图2（b）则仅在曲轴偏心部单侧设置平面，其中：1a为曲轴偏心部的平面，2a为气缸内圆，3a为滑动轴套内侧的、位于曲轴旋转方向前侧的平面，3b为滑动轴套外圆，4a为活塞内圆，4b为活塞外圆，5为蝶形弹簧片，9为滑片。平面的设计角度能够让气体力和惯性力的合力指向e增大的方向，因此活塞与气缸能够更紧密地接触。
图3是滚动活塞类流体机械的结构示意图，虚线内为柔性补偿机构。其中：1为曲轴,2为气缸，6为机器壳体，7A为电机定子，7B为电机转子，8A为上轴承同时也是气缸上盖，8B为下轴承同时也是气缸下盖。
图4为图3的局部放大图。其中：1A为曲轴偏心部,2为气缸，3为滑动轴套，4为活塞，8A为上轴承同时也是气缸上盖，8B为下轴承同时也是气缸下盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做详细叙述。
参照图1、图2，一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，包括曲轴1，气缸2、滑动轴套3、活塞4和蝶形弹簧片5；曲轴1穿过气缸2，曲轴1位于气缸2内部的部分为曲轴偏心部1A，滑动轴套3套接在曲轴偏心部1A外侧，在曲轴偏心部1A外表面设置有与曲轴轴线平行的平面1a，平面1a应该在曲轴旋转方向的前侧，另一侧为圆弧或平面，滑动轴套3的内表面有与平面1a配合的平面3a,可相对滑动并传递压力；滑动轴套3的外圆3b与活塞4的内圆4a贴合。
为了使活塞外圆4b始终能够贴合气缸内壁2a，设曲轴转动方向为正向，平行于平面1a的直线L与曲轴中心O1、活塞中心O3的连线O1O3的夹角应小于零，或描述为直线L在O1O3连线的后侧，如图2所示。这样可以保证当外力和惯性力共同作用于活塞4和偏心块轴套3时，活塞4的外圆4b与气缸2的内壁2a贴合，减少了径向间隙带来的泄漏。
当外力与惯性力的合力不足以保证直线L与曲轴中心O1、活塞中心O3的连线O1O3的位置关系时，需要限制曲轴偏心部1A和滑动轴套3的相对滑动，避免该径向间隙变大导致泄漏增加，因此在滑动轴套3内侧安装有蝶形弹簧片5。蝶形弹簧片5一侧两个较小的圆弧面顶在曲轴偏心部1A的外表面；另一侧一个较大的圆弧面顶在滑动轴套3的内表面，提供的弹簧力可以使滑动轴套3趋于向气缸内壁2a贴近，减小径向间隙。
本发明的工作原理为：参照图3、图4，本发明与滚动活塞类流体机械配合使用，滚动活塞类流体机械包括设置在壳体6内的电机7和压缩组件。
电机包括固定在壳体上的定子7A和套接在曲轴末端的转子7B。压缩机运行时由转子带动曲轴转动。
压缩组件包括主轴承8A和副轴承8B，气缸2、曲轴1、滑动轴套3，活塞4、滑片9。主轴承8A与副轴承8B设置在气缸2的上下两侧，用以支撑曲轴1，同时对气缸2进行轴向密封；滑片9在外力的作用下始终抵在活塞外圆4b上，气缸2内部被分为高压腔和低压腔。曲轴1转动时，位于气缸2内部的曲轴偏心部1A带动滑动轴套3转动，进而带动活塞4滚动，随着活塞4的位置不断变化，气缸2高压腔内的气体被逐渐压缩，最终由排气阀排出。曲轴1转动时，滑动轴套3和曲轴偏心部1A之间沿配合平面相对滑动，活塞4中心O3与曲轴1中心O1的距离e（偏心距）随之改变，使活塞外圆4b能够与气缸内壁2a贴合，补偿了泵体制造、组装时产生的误差，进而减少了从气缸2高压腔向低压腔的工质泄漏。

Claims (3)

1.一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，其特征在于，包括曲轴（1）、气缸（2）、滑动轴套（3）、活塞（4）和蝶形弹簧片（5）；曲轴1穿过气缸（2），曲轴（1）位于气缸（2）内部的部分为曲轴偏心部（1A），滑动轴套（3）套接在曲轴偏心部（1A）外侧，在曲轴偏心部（1A）外表面设置有与曲轴轴线平行的平面（1a），平面1a应该在曲轴旋转方向的前侧，另一侧为平面或圆弧面，滑动轴套（3）的内表面有与平面（1a）配合的平面（3a），滑动轴套（3）的外圆（3b）与活塞（4）的内圆（4a）贴合；在滑动轴套3内侧安装有蝶形弹簧片（5）。
2.根据权利要求1所述的一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，其特征在于，设曲轴转动方向为正向，平行于平面（1a）的直线L与曲轴中心O1、活塞中心O3的连线O1O3的夹角应小于零，即直线L在O1O3连线的后侧。
3.根据权利要求1所述的一种滚动活塞类流体机械的滑块式径向柔性补偿机构，其特征在于，在滑动轴套（3）内侧安装有蝶形弹簧片（5），蝶形弹簧片（5）一侧两个较小的圆弧面顶在曲轴偏心部（1A）的外表面；另一侧一个较大的圆弧面顶在滑动轴套（3）的内表面，提供的弹簧力可以使滑动轴套3趋于向气缸内壁（2a）贴近，减小径向间隙。
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