CN103946545B - 用于压缩机的气缸的密封套、压缩机和冷却设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挠性密封套（100），其在径向张力下可应用到空气静力直线压缩机（200），能够对位于气缸（14）的外表面（5）上的轴承通道（1、2）密封。该挠性密封套（100）基本由聚合物材料制成，并且其主要功能是提高压缩机（200）的效率和产率。

Description

用于压缩机的气缸的密封套、压缩机和冷却设备

技术领域

本发明涉及一种用于密封空气静力轴承压缩机（aerostatic bearing compressor）的轴承流体通道的挠性套，更特别地，涉及应用于冷却系统的空气静力轴承压缩机。

背景技术

一般而言，冷却循环包括四个必要元件，即压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。在该冷却循环中，冷却流体（例如，Freon®）循环经过所述部件，在这些部件处发生如下操作。在膨胀阀中，最初以液体形式供应的冷却流体膨胀以进入到气态并且稀薄的形式，从而降低其自身温度。随后，目前具有更低密度的该流体穿过能使其从环境中吸收热量的蒸发器。接下来，该流体来到压缩机，该压缩机压缩该流体从而使其返回到液体形式（或者受压缩气态形式）。最后，该流体穿过将热量传递到第二环境的冷凝器，并且当流体返回到膨胀阀时，这些阶段重新开始，由此完成冷却循环。

冷却压缩机可以呈现各种不同形式、机构和功能。每一种类型的压缩机都更好地适用于某种类型的应用，并且本领域众所周知的压缩机型为直线压缩机。该压缩机以活塞在气缸内侧轴向振荡运动的方式操作。

进入到直线压缩机内的气体沿着如下路径行进：首先该气体穿入到增压室，接下来其穿过进气阀并且不久之后填充称为压缩室的区域，即，由压缩机的活塞和气缸之间的空间包含的区域，能够将其转换为具有更大密度的液体或气体的压缩在该处发生。在第三时刻，目前具有更大密度的该流体位移经过排放阀，并且最后，该流体填充称为排放室的区域，该流体从该区域被释放用于冷却循环接下来的阶段。

要注意的是，为了正确工作，直线压缩机在活塞的外面和气缸的内面之间需要润滑。所述润滑的目的是降低部件之间的摩擦，从而提高压缩机的产率，并且避免其部件的过早磨损和破损。因此，存在具有润滑液类型的粘性流体的直线轴承压缩机以及具有气态流体的直线轴承压缩机。

具有气态流体的直线轴承压缩机被称为空气静力轴承直线压缩机。与具有粘性流体的轴承压缩机的润滑系统相比，所述压缩机具有更高效的润滑系统，这是因为气态流体相对于粘性流体（油）具有更低的粘性品质系数。直线空气静力压缩机的另一优点是不存在分配压缩机内侧的粘性流体的油泵，从而事实上降低了该产品的制造成本和复杂性。

空气静力轴承直线压缩机（在下文中称为空气静力压缩机）的重要特性在于，它们能够具有通过来自冷却流体本身的气体轴承构造。由于它们具有正是由循环经过压缩机的冷却流体形成的轴承，该设备节省了额外的润滑剂源，这是因为使用这些压缩机必须的所有润滑流体在它们内侧已经可以大量得到。

具有冷却流体的空气静力轴承压缩机具有位于气缸的外面上的轴承通道。这些通道能够将气态流体分配到沿着气缸蔓延的分配孔。分配孔横穿气缸的结构，与活塞区域会合，将气态流体均质地传输到气缸和活塞之间存在的间隙。

为了使气态流体均匀地分布在活塞和气缸之间的间隙中，就必须密封轴承通道，从而阻止在它们和受压流体出口之间连通，该出口将在活塞的轴承构造中起作用。

通常，实现密封轴承通道的功能的部分是具有管状几何形状的金属夹套，在下文中称其为密封夹套。

要注意的是，在密封夹套的内表面和气缸的外表面之间会存在间隙，这些间隙除了会使轴承通道之间不合需要地连通外，还会增大某些约束通道的截面面积，由此引起在这些通道中的流体的更大流，并由此导致活塞和气缸之间的间隙中的流体分布变差，形成不规则的轴承构造。

为了有效密封约束通道，必须在通常由金属材料制成的密封夹套和气缸之间实施过盈联接。除了该操作，还必须在气缸外面和夹套内面两者上实施精细表面精整，目的是获得具有低粗糙度的表面。

然而，精细表面精整要求的尺寸公差增加了成本，并且加长了这些部分的制造时间，这是因为在这两部分上需要频繁地进行车削和研磨工艺。

而且，缺点在于，在密封夹套和气缸之间的过盈联接会使气缸变形，从而表现出本领域的空气静力压缩机中的夹套布置的另一个缺点。

本领域的空气静力压缩机中的密封夹套（例如上述的密封夹套）由金属材料制成，即，由挠性低的材料制成，这就需要全面的表面精整，从而使其能够密封压缩机的轴承通道。

然而，即使在制造压缩机的密封夹套和气缸时执行全面的工作，仍然会存在如下可能性：由于流体在活塞和气缸之间的分布差，因此在最终产品中可能存在瑕疵，这会降低压缩机的产率和/或损坏其内部部分，从而缩短其使用寿命。发生这点是因为压缩机的密封夹套和气缸的金属构成阻止了对约束通道的良好密封，即使为了在这些部件的表面精整中实现更高精度而在这些部分上进行了各种机加工和研磨操作也无济于事。

因此，仍然缺乏空气静力直线压缩机的这样一种密封夹套，其降低该设备制造工艺的复杂性和成本，从而高效地保证对轴承通道的密封，并且防止产自在压缩机各部分之间的过盈联接工艺的瑕疵。

发明目的

本发明的目的是提供一种空气静力直线压缩机的轴承通道的密封系统，其简单、高效并能够降低空气静力直线压缩机的生产成本。

本发明的另一个目的是提供一种空气静力直线压缩机的约束通道的密封套，其挠性允许对空气静力压缩机中的约束通道密封，从而防止气体在约束通道之间逸出。

本发明的又一个目的是提供一种具有所述密封套的冷却系统或设备。

发明内容

本发明的目的通过一种用于空气静力轴承的直线压缩机的气缸的密封套实现，所述气缸由外表面和内表面限定，所述内表面在所述气缸内侧限定通腔，该通腔能够使活塞在其内侧上进行直线运动，其中，所述气缸的内表面包括与所述外表面连通的多个分配孔，所述外表面包括能够与所述分配孔连通的轴承通道，所述套是挠性的并且在径向张力下设置在所述气缸的外表面上，所述外表面和所述密封套之间的联合限定轴承构造管道，所述轴承构造管道能够将所述轴承流体引导到所述分配孔。

本发明的目的还通过一种空气静力轴承直线压缩机实现，所述压缩机包括由外表面和内表面限定的气缸，所述内表面在所述气缸内侧限定通腔，该通腔能够使活塞在其内侧进行直线运动，其中，所述气缸的内表面包括与所述外表面连通的多个分配孔，所述外表面包括与所述分配孔连通的轴承通道，并且密封套在径向张力下设置在所述气缸的外表面上，所述外表面和所述密封套之间的联合限定约束导管，所述约束导管能够在适合压力并以足够量将所述轴承流体引导到所述分配孔。

最后，本发明的目的是提供一种包括如上限定的密封套的冷却设备。

附图说明

下面将基于展示在附图中的实施方式的实例更为详细地描述本发明。这些附图显示了：

图1为具有本发明的挠性密封套的本发明的空气静力直线压缩机的纵向剖视图；

图2为位于空气静力直线压缩机的气缸上的本发明的挠性密封套的横截面图；

图3为本发明的空气静力直线压缩机的气缸的立体图；

图4为具有本发明的挠性密封套的空气静力直线压缩机的气缸的立体图；

图5为具有本发明的套的空气静力直线压缩机的BB截面的横截面图；

图6为本发明的挠性密封套的横截面图；

图7为本发明的挠性密封套的横截面图，显示了轴承通道上的内部压力的潜在效果之一；

图8为本发明的挠性密封套的横截面图，显示了考虑挠性套的外部压力时轴承通道上的内部压力的潜在效果之一；

图9为空气静力直线压缩机的纵向剖视图，显示了其吸气阶段期间的工作；

图10为空气静力直线压缩机的纵向剖视图，显示了其压缩阶段期间的工作；

图11为空气静力直线压缩机的纵向剖视图，显示了其排气阶段期间的工作；

图12为替代布置中的本发明的压缩机的一部分的纵向剖视图，显示了界面区域；

图13为本发明的压缩机的气缸的第一替代布置的立体图；

图14为本发明的压缩机的气缸的第二替代布置的立体图；

图15为本发明的压缩机的气缸的第三替代布置的立体图。

具体实施方式

如能够在图1中注意到的，构成能够接纳本发明的密封套100的空气静力直线压缩机200的主要元件包括：活塞15，其具有在气缸14内侧进行振荡运动的功能；气缸14（参见图3），其具有连接到轴承通道1、2（位于所述气缸14的外面5上）的分配孔3；外缸体13，其能够密封压缩机200的整个径向区域；密封盖11，其能够密封压缩机200的前面；缸头10，其功能是使压缩室12（包括活塞15和气缸14之间的空间）与密封盖11之前的区域分离，该区域转而包括排气室11c和进气室11a（由隔板11b隔开）；以及运动杆16，其能够将振荡直线运动从外部源（图中未示出）传递到活塞15。

为了使本发明的空气静力压缩机200的活塞15在气缸14和活塞15之间的接触区域中具有轴承，在气缸14的内表面4之下就必须存在优选为气态的流体层，该流体层降低这些部分之间的摩擦，从而减小其之间的磨损并提高压缩机200的产率。值得注意的，本发明应用在使用冷却流体本身执行轴承功能的空气静力压缩机200中。

该流体层的提供能够将活塞15轴承在空气静力压缩机200的气缸14内侧，通过图9、10和11能够得到更好地理解，这些图显示了压缩机200的工作的主要阶段。

i-图9显示了吸气（或进气）阶段，其中冷却流体穿过进气管8，然后填充增压室11a，并且最后占据压缩室12。这发生在活塞15在与密封盖11相反的方向上运动并且进气阀7打开时。

ii-图10显示了压缩阶段，其发生在进气阀7关闭并且冷却流体通过气缸向着密封盖11的直线运动而在压缩室12内侧受到压缩时。

iii-图11显示了排气阶段，其中活塞继续在压缩室12内侧压缩冷却流体，直到其压力超过打开排气阀6所需的压力并且该流体可以被释放到排气室11c。来自排气室11c的流体分为沿循两条不同路径的两部分。

进入排气室11c的流体的主要部分经过排气管9返回到压缩机200所插入的冷却系统的冷却循环，流体的第二部分（填充进气室11c且并未返回到冷却循环的那部分）沿循第三循环（仅出现在空气静力直线压缩机200中的循环，该空气静力直线压缩机正是使用该冷却流体来执行活塞15的轴承构造的功能）。

流体的该第二部分穿入到位于缸头10上的通路10c，并且随后沿循轴承通道1、2，这些通道1、2将该流体引导到分配孔3，这些分配孔3转而具有在气缸14的内表面4和活塞15的外表面之间提供气态流体室的功能。

如所述的，本发明的压缩机200具有位于气缸14的外表面5上的轴承通道1、2，其功能是将流体分配（且约束）到分配孔3，这些分配孔3转而将该流体传递到活塞15和气缸14之间存在的间隙。

轴承通道1、2可以呈现各种形式和不同布置，并且可以在气缸14的外表面5上沿循不同路径，例如，沿着径向、纵向、螺旋、斜线路径、这些路径之间的组合或者能够足以执行该功能的任何其他路径（参见图13、14、15）。这些轴承通道1、2的截面面积还可以呈现各种不同形式，例如（除了其他形状外），三角形、四边形、圆形几何形状。轴承通道1、2还能够分为给料通道2和约束通道1，例如如图3中的优选布置所示。

给料通道2通常设置在沿着气缸14的纵向轮廓中（参见图3）并且通常呈现比约束通道1的截面面积具有更大幅度的截面面积。所述特性是由于给料通道2的功能恰恰是将流体分配到约束通道1。约束通道1还包括在流体被移动到在活塞15和气缸14之间的间隙之前调节该流体的压力的功能。约束通道1转而分布在沿着气缸14的外面的径向布置中，并且通常具有与分配孔3直接连通的能力，这些分配孔3将轴承流体释放到活塞15和气缸14之间的间隙。

为了使这些轴承通道1、2有效地实现以均匀方式将轴承流体分配到分配孔3的功能，这些通道1、2必须被气缸14的某种类型的外表面密封，该类型的外表面能够防止某一通道1、2的流体流泄漏到相邻通道1、2。

该密封表面在与通道轴承构造1、2重叠时限定轴承构造管道1'、2'。呈现封闭结构（不同于轴承通道1、2）的轴承构造管道1'、2'有效地能够将流体提供到分配孔3，而该流体不会从一个通道1、2泄漏到另一个通道1、2。

因此，本发明集中于通过在气缸4的外面5上设置挠性密封套100密封这些轴承通道1、2，从而使得密封套100将气缸14维持在径向压缩下。换个说法，本发明的密封套100能够限定为基本管状物体，该物体具有能够通过径向张力为轴承通道1、2提供密封的挠性/弹性构成，该径向张力使其结构维持与气缸14的外表面5接触（参见图4和5）。

本发明的密封套100由基本聚合物材料制成，即，由可以包括如下成分的材料制成：复合物、聚合物、弹性体和具有有机物质的任何其他材料，其具有平均或高挠性，并且具有能够使该密封套100在径向张力下紧固到气缸14的弹性限度，从而防止在套100和气缸14之间存在间隙。另外，必须注意的是，对于要发生的该径向张力，套100的内直径在其未张紧时还必须略微小于气缸14的外直径，从而能够使套100的材料张紧在气缸14的外表面上。

在另一个优选布置中，密封套100的内直径在应用到气缸14之前所呈现的内直径大于气缸14的外直径是可能的。在这些情况下，套100可以由热收缩材料制成，即，由一经受热就收缩从而允许通过密封套100在气缸14上的紧贴调整而安装的材料制成。

如所述的，套100具有的益处例如是由于该套围绕气缸14的结构的径向张紧而对轴承通道1、2更好地密封，从而能够消除套100和气缸14的外表面5之间存在的间隙，由此改进活塞15在压缩机200内侧的轴承构造工艺。

然而，套100的挠性会潜在地对压缩机200的工作造成缺陷。由于在轴承构造管道1'、2'上存在的压力大于套的外侧上的压力，因此所述挠性允许套100在轴承通道1、2上包含的区域中与其轴向中心‘X’相反地弯曲（如能够在图7中注意到的）。

但是该潜在问题通过将正压力施加到界面区域17而得到了解决，该界面区域17被限定在密封套100的外面和外缸体13的内面之间。所述正压力当操作在套100的外面上时中和了由作用在套100的内面之下的正压力施加的力（参见图6）。该额外的正压力源通过排气室11c上存在的冷却流体来施加,该冷却流体不但可以作用在套100的内面上(通过轴承构造管道1'、2'行进）而且还可以作用在套100的外面上，从而对于轴承构造管道1'、2'上存在的压力施加相反压力，由此保证在轴承构造管道1'、2'中存在恒定流动（参见图12）。

简而言之，当其外面暴露到等于压缩机200的排放压力的压力时，挠性密封套100变得能够更为有效地密封轴承通道1、2，从而避免流体在所述轴承通道1、2之间发生泄漏。

然而，即使利用挠性密封套100和作用在其外面上的正压力，在压缩机200中仍然可能发生第三个问题。如果作用在套100的外面上的压力略微大于作用在轴承构造管道1'和2'内侧的压力，则密封套100会向着中心参考轴线‘X’略微弯曲（参见图8）。然而，该问题能够通过加大轴承通道1和2的截面尺寸甚至通过改变密封套100的组成和/或直径来解决。

显然，本发明的直线空气静力压缩机200以及挠性密封套100可以包括涉及不同形式、材料和设置的各种结构性替代物，只要所有这些替代物包括如本说明书所公开的本发明的概念部分。

下面是本发明的一些替代实施方式的可能形式：

i、本发明的挠性密封套100可以由如下成分制成（除了其他聚合物或复合物）：橡胶、聚乙烯、PVC，只要这些成分至少能够为其结构提供挠性。该套100的表面精整可以是光滑的或者粗糙的，甚或是套100的不同部分呈现不同的表面精整的复合形式。对于其物理形状，本发明的套100可以在其纵向端部具有密封环和孔，这些密封环能够将套100保留紧固在气缸14上的轴向定位中，这些孔对应于气缸14中的突出部，这些突出部也具有将套100保留在压缩机200内侧的紧固定位中的功能。另外，对于其组成材料，套100可以呈现其结构中的各元件的混合，例如，聚合物和尼龙网状物的组合（其保证对于其结构具有更大阻力（例如用在轮胎中）），或者在其结构中结合金属环，其防止发生与压缩机200的轴向中心‘X’相反的径向挠曲。就其功能而言，套100可以能够使在外部压力下略微弯曲的轴承通道1、2向内挠曲，或者可以具有使其能够抵抗轴承构造管道1'、2'的内部压力从而保持轴承构造管道1'、2'的截面面积恒定的弹性系数。

ii、能够对套100的外面加压使其靠着气缸14的流体可以经过位于外缸体13的内面上的通道或孔而提供，或者可以自由地分布在套100和外缸体13之间的界面17上。

iii、气缸14除了能够在其外面上包括不同布置的轴承通道1、2（例如如前文所述）外，还可以包括不同材料，例如金属聚合物和复合物、多孔的或非多孔的，只要这些材料允许压缩机200适当地运行。

要注意的是，上述所公开的替代布置仅是本发明可以包括的无数可能方案的阐述性替代物。还要注意的是，本发明的挠性密封套100和压缩机200两者的替代布置并未在本说明书中穷举，并且可以包括无数变化形式，只要这些形式全都包括本发明的概念部分。

最后，关于由本发明实现的益处，能够讲该套100的新布置在压缩机200的制造工艺以及在其本身应用两方面均有益处。对于压缩机200的制造工艺，该聚合物密封套100免除了对套100的内面的表面精整以及对气缸14的外面的表面精整执行精确工艺的需要。除去这些工艺降低了生产成本，缩短了生产事件并降低了生产复杂性。

关于压缩机200的应用，能够看到的是，该新技术提高了其效率及其产率。所述品质源于：密封套100和气缸14之间的间隙减少，而这些间隙在本领域中是很普遍的；在压缩机200中发生操作故障的风险降低（这是由于使用该新技术的压缩机200出现失灵的风险更低，因为其不具有由套100和气缸14之间的过盈联接引起的裂缝和内部变形）；以及最后，因为轴承流体在活塞15和气缸14之间的间隙中的分布的改进，这是由于消除了压缩机200的轴承构造管道1'、2'之间沿着其延伸部的泄漏。

最后，要注意的是，除了其他最为多样的应用，包含如所述的套100的压缩机200可以用在冷却工业中。

已经描述了优选实施方式的实例，应当理解的是，本发明的范围囊括其他可能的变型，从而仅被所附权利要求的内容、包含在本文中的潜在等同物所限制。

Claims (19)

1.一种用于空气静力轴承直线压缩机（200）的气缸（14）的密封套（100），所述气缸（14）由外表面（5）和内表面（4）限定，所述内表面（4）在所述气缸（14）的内侧限定通腔，该通腔能够使活塞（15）在其内侧上进行直线运动，其中，所述气缸（14）的内表面（4）包括与所述外表面（5）连通的多个分配孔（3），所述外表面（5）包括能够与所述分配孔（3）连通的轴承通道（1、2），所述套（100）的特征在于它是挠性的并且在径向张力下设置在所述气缸（14）的外表面（5）上，所述外表面（5）和所述密封套（100）之间的联合限定轴承构造管道（1'、2'），所述轴承构造管道（1'、2'）能够将轴承流体引导到所述分配孔（3），所述密封套（100）是通过对所述密封套（100）的外表面加压而密封所述轴承通道（1、2）。

2.根据权利要求1所述的密封套（100），其特征在于，所述轴承流体在所述密封套（100）的内表面上流动经过所述轴承构造管道（1'、2'），并且作用在所述套（100）的外表面和外缸体（13）之间限定的界面（17）上，从而对所述密封套（100）的外表面和内表面恒定地加压。

3.根据权利要求1或2所述的密封套（100），其特征在于，作用在所述密封套（100）的外表面上的轴承流体的压力基本等于所述压缩机（200）的排放压力。

4.根据权利要求1或2所述的密封套（100），其特征在于，施加在所述密封套（100）的外表面上的压力的数值等于或大于作用在所述密封套（100）的内表面上的压力的数值。

5.根据权利要求1或2所述的密封套（100），其特征在于，所述轴承流体为冷却流体。

6.根据权利要求1或2所述的密封套（100），其特征在于，所述密封套（100）基本由聚合物材料制成。

7.根据权利要求1或2所述的密封套（100），其特征在于，所述密封套（100）具有弹性体属性。

8.根据权利要求1或2所述的密封套（100），其特征在于，所述密封套（100）由热收缩材料制成。

9.一种空气静力轴承直线压缩机（200），包括由外表面（5）和内表面（4）限定的气缸（14），所述内表面（4）在所述气缸（14）的内侧限定通腔，该通腔能够使活塞（15）在其内侧上进行直线运动，并且所述气缸（14）的内表面（4）包括与所述外表面（5）连通的多个分配孔（3），所述外表面（5）包括与所述分配孔（3）连通的轴承通道（1、2），所述直线压缩机（200）的特征在于，密封套（100）在径向张力下设置在所述气缸（14）的外表面（5）上，所述外表面（5）和所述密封套（100）之间的联合限定轴承构造管道（1'、2'），所述轴承构造管道（1'、2'）能够将轴承流体引导到所述分配孔（3），所述密封套（100）的外表面被加压。

10.根据权利要求9所述的压缩机（200），其特征在于，所述轴承流体在所述密封套（100）的内表面上流动经过所述轴承构造管道（1'、2'），并且作用在所述套（100）的外表面和外缸体（13）之间限定的界面（17）上，从而对所述密封套（100）的外表面和内表面恒定地加压。

11.根据权利要求9或10所述的压缩机（200），其特征在于，作用在所述密封套（100）的外表面上的轴承流体的压力基本等于所述压缩机（200）的排放压力。

12.根据权利要求9或10所述的压缩机（200），其特征在于，施加在所述密封套（100）的外表面上的压力的数值等于或大于作用在所述密封套（100）的内表面上的压力的数值。

13.根据权利要求9或10所述的压缩机（200），其特征在于，所述轴承流体为冷却流体。

14.根据权利要求9或10所述的压缩机（200），其特征在于，所述密封套（100）由聚合物材料制成。

15.根据权利要求9或10所述的压缩机（200），其特征在于，所述密封套（100）具有弹性体属性。

16.根据权利要求9或10所述的压缩机（200），其特征在于，所述轴承构造管道（1'、2'）包括给料通道（2）和约束通道（1）。

17.根据权利要求16所述的压缩机（200），其特征在于，所述约束通道（1）相对于所述压缩机（200）的轴向中心（‘X’）径向设置。

18.根据权利要求16所述的压缩机（200），其特征在于，所述给料通道（2）平行于所述压缩机（200）的轴向中心（‘X’）设置。

19.一种冷却设备，其特征在于，所述冷却设备包括根据权利要求1至8任一项所述的密封套（100）。