CN105179020B - 膨胀机械吸气控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种膨胀机械吸气控制装置。该膨胀机械吸气控制装置包括：曲轴；膨胀气缸，膨胀气缸套设在曲轴上；第一法兰，第一法兰套设在曲轴上，并位于膨胀气缸的第一侧；第二法兰，第二法兰套设在曲轴上，并位于膨胀气缸的第二侧；第一法兰上设置有从第一法兰的外边沿延伸至曲轴的第一高压流体通道，第一法兰上还设置有与膨胀气缸的气缸入口可连通设置的第二高压流体通道；曲轴上设置有第一凹槽，第一凹槽具有连通第一高压流体通道和第二高压流体通道的输送位置。根据本发明的膨胀机械吸气控制装置，能够有效减小并避免曲轴在轴向方向上的窜动，增强了膨胀气缸以及曲轴在运行过程中的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及膨胀机械技术领域，更具体地，涉及一种膨胀机械吸气控制装置。
背景技术
专利号为201180001766.6的专利公开了一种流体机械及制冷循环装置，具有膨胀机吸入孔及膨胀机排出孔的膨胀机。膨胀机吸入孔及压缩机吸入孔随着轴的旋转而关闭；压缩机吸入孔关闭期间，膨胀机吸入孔处于打开的状态，在膨胀机吸入孔关闭的期间，压缩机吸入孔处于打开的状态且不与压缩机排出孔连通。该结构存在以下问题：
(1)膨胀机吸入孔在下轴承底部，该底部引入高压流体后，对曲轴的扇形凸轮有一个向上的冲击力，使曲轴轴向的窜动增加，膨胀压缩机运转不稳定。
(2)膨胀机吸气控制方式存在可靠性不足的隐患，随着运转时间的增加，吸气控制的凸轮磨损将加大，使凸轮上端面与膨胀气缸下端面间隙增大，进而导致密封失效，无法进行吸气控制。
(3)膨胀机的结构较复杂，加工困难。
发明内容
本发明旨在提供一种膨胀机械吸气控制装置，以解决现有膨胀机械中曲轴轴向窜动严重问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种膨胀机械吸气控制装置，该膨胀机械吸气控制装置包括：曲轴；膨胀气缸，膨胀气缸套设在曲轴上；第一法兰，第一法兰套设在曲轴上，并位于膨胀气缸的第一侧；第二法兰，第二法兰套设在曲轴上，并位于膨胀气缸的第二侧；第一法兰上设置有从第一法兰的外边沿延伸至曲轴的第一高压流体通道，第一法兰上还设置有与膨胀气缸的气缸入口可连通设置的第二高压流体通道；曲轴上设置有第一凹槽，第一凹槽具有连通第一高压流体通道和第二高压流体通道的输送位置。
进一步地，第一高压流体通道和第二高压流体通道的中心轴线位于同一平面内。
进一步地，第一高压流体通道和第二高压流体通道的中心轴线的夹角在0度至90度的范围内。
进一步地，第一高压流体通道的中心轴线垂直于曲轴的中心轴线。
进一步地，膨胀机械吸气控制装置还包括：滚子，滚子套设在曲轴的凸轮上；滑块，滑块设置在滚子的外周，滑块位于膨胀气缸内，并将膨胀气缸分为高压腔和低压腔，气缸入口与高压腔连通，膨胀气缸的气缸出口与低压腔连通。
进一步地，第一凹槽的横截面呈扇形，扇形所在圆的圆心位于曲轴的中心轴线上。
进一步地，第一凹槽的起始线与凸轮的偏心方向线的夹角为θ，膨胀气缸的吸气前边缘角为β，膨胀气缸的吸气后边缘角为α，其中，β-α≤θ。
进一步地，扇形对应的圆心角为δ，膨胀气缸的排气后边缘角为γ，其中，0＜δ＜360°–γ。
进一步地，第二法兰上设置有低压流体通道，低压流体通道具有与膨胀气缸的气缸出口连通的排放状态和与膨胀气缸的出口断开的非排放状态。
应用本发明的技术方案，膨胀机械吸气控制装置包括曲轴、膨胀气缸、第一法兰以及第二法兰。其中，膨胀气缸套设在曲轴上；第一法兰套设在曲轴上，并位于膨胀气缸的第一侧；第二法兰套设在曲轴上，并位于膨胀气缸的第二侧。为了减弱并避免曲轴在轴向方向上产生窜动，本发明的膨胀机械吸气控制装置的高压流体通道的设置方式与以往的设置方式不同。在本发明中，第一法兰上设置有第一高压流体通道和第二高压流体通道，通过第一高压流体通道和第二高压流体通道的共同作用将高压流体输送至膨胀气缸进行膨胀。具体来说，第一高压流体通道从第一法兰的外边沿延伸至曲轴，第二高压流体通道与膨胀气缸的气缸入口可连通地设置；曲轴上设置有第一凹槽，第一凹槽具有连通第一高压流体通道和第二高压流体通道的输送位置。第一凹槽同时与第一高压流体通道和第二高压流体通道连通时，第二高压流体通道位于输送位置，否则位于非输送位置。在流体的输送过程中，流体从第一高压流体通道进入，从第一法兰的外边沿向靠近曲轴的方向流动，进而流至第一凹槽，然后通过第二高压流体通道进入到膨胀气缸进行膨胀。由此可见，高压流体的流动方向首先是从第一法兰的外边沿向靠近曲轴的方向流动，然后再从第二高压流体通道进入到膨胀气缸的，高压流体在第一凹槽进行缓冲，当高压流体通过第二高压流体通道进入膨胀气缸的过程中，对曲轴的凸轮以及膨胀气缸的冲击力减小，有效减小并避免曲轴在轴向方向上的窜动，增强了膨胀气缸以及曲轴在运行过程中的稳定性。此外，由于高压气体的冲击力的降低，使得凸轮的磨损减小，进而提高了整个装置的使用寿命和运行可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了本发明的膨胀机械吸气控制装置的分解图；
图2示意性示出了本发明的膨胀机械吸气控制装置的剖视图；
图3示意性示出了图3的A-A视图；
图4示意性示出了本发明的曲轴的俯视图；以及
图5示意性示出了本发明的曲轴短轴的剖视图。
附图标记说明：10、曲轴；11、第一凹槽；12、凸轮；20、膨胀气缸；21、气缸入口；22、气缸出口；23、高压腔；24、低压腔；30、第一法兰；31、第一高压流体通道；32、第二高压流体通道；33、低压流体通道；40、第二法兰；50、滚子；60、滑块；θ、第一凹槽的起始线与凸轮的偏心方向线的夹角；δ、扇形对应的圆心角；α、吸气后边缘角；β、吸气前边缘角；γ、排气后边缘角；Φ、排气前边缘角；e、偏心部偏心量。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
结合图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供了一种膨胀机械吸气控制装置。该膨胀机械吸气控制装置包括曲轴10、膨胀气缸20、第一法兰30以及第二法兰40。其中，膨胀气缸20套设在曲轴10上；第一法兰30套设在曲轴10上，并位于膨胀气缸20的第一侧；第二法兰40套设在曲轴10上，并位于膨胀气缸20的第二侧。为了减弱并避免曲轴10在轴向方向上产生窜动，本实施例的膨胀机械吸气控制装置的高压流体通道的设置方式与以往的设置方式不同。在本实施例中，第一法兰30上设置有第一高压流体通道31和第二高压流体通道32，通过第一高压流体通道31和第二高压流体通道32的共同作用将高压流体输送至膨胀气缸20进行膨胀。具体来说，第一高压流体通道31从第一法兰30的外边沿延伸至曲轴10，第二高压流体通道32与膨胀气缸20的气缸入口21可连通地设置；曲轴10上设置有第一凹槽11，第一凹槽11具有连通第一高压流体通道31和第二高压流体通道32的输送位置。第一凹槽11同时与第一高压流体通道31和第二高压流体通道32连通时，第二高压流体通道32位于输送位置，否则位于非输送位置。在流体的输送过程中，流体从第一高压流体通道31进入，从第一法兰30的外边沿向靠近曲轴10的方向流动，进而流至第一凹槽11，然后通过第二高压流体通道32进入到膨胀气缸20进行膨胀。由此可见，高压流体的流动方向首先是从第一法兰30的外边沿向靠近曲轴10的方向流动，然后再从第二高压流体通道32进入到膨胀气缸20的，高压流体在第一凹槽11进行缓冲作用，当高压流体通过第二高压流体通道32进入膨胀气缸20的过程中，对曲轴10的凸轮12以及膨胀气缸20的冲击力减小，有效减小并避免曲轴10在轴向方向上的窜动，增强了膨胀气缸20以及曲轴10在运行过程中的稳定性。此外，由于高压气体的冲击力的降低，使得凸轮12的磨损减小，进而提高了整个装置的使用寿命和运行可靠性。由于第一法兰30通常是套设在曲轴10的短轴上，为了连通第一高压流体通道31和第二高压流体通道32，本实施例中的第一凹槽11设置在曲轴的短轴上。
在本实施例中，第二法兰40上设置有低压流体通道33，低压流体通道33具有与膨胀气缸20的出口连通的排放状态和与膨胀气缸20的出口断开的非排放状态。
为了减小生产过程中的难度，本实施例的第一高压流体通道31和第二高压流体通道32的中心轴线位于同一平面内，结构简单，便于实现。在本发明的其他实施例中，第一高压流体通道31和第二高压流体通道32的中心轴线还可以不设置在同一平面内，而只需要保证在曲轴10旋转过程中的某一时刻，第一高压流体通道31和第二高压流体通道32能够同时与第一凹槽11连通，实现向膨胀气缸20输送高压流体的功能即可。
优选地，第一高压流体通道31的中心轴线垂直于曲轴10的中心轴线，有效防止高压流体产生沿曲轴10轴向方向的冲击力，进一步保证曲轴10以及膨胀气缸20的运行可靠性。
优选地，第一高压流体通道31和第二高压流体通道32的中心轴线的夹角在0度至90度的范围内，可以减小膨胀气缸20的余隙容积。
参见图5所示，为了保证曲轴10的结构强度，本实施例的第一凹槽11的横截面呈扇形，该扇形所在圆的圆心位于曲轴10的中心轴向上，根据上述的结构可知，在开设第一凹槽11的地方，曲轴10的柱状结构稳定性能够尽可能大地得到保证，避免曲轴10在某一个特定方向上开设较深的第一凹槽11而使其结构强度降低。
再次结合并参见图1至图5所示，本实施例的膨胀机械吸气控制装置还包括滚子50和滑块60，其中，滚子50套设在曲轴10的凸轮12上；滑块60设置在滚子50的外周，且该滑块60位于膨胀气缸20内，当曲轴10旋转时，滑块60能够在凸轮12的带动下将膨胀气缸20的内部空腔分为高压腔23和低压腔24，从而实现膨胀气缸20对流体的膨胀功能。实际工作中，膨胀气缸20的气缸入口21与高压腔23连通，将外部的高压流体输送至膨胀气缸20的高压腔23，膨胀气缸20的气缸出口22与低压腔24连通，将膨胀后的流体输出到膨胀气缸20的外部。
参见图3所示，为了防止膨胀气缸20的高压腔23与低压腔24之间发生串气现象，曲轴10上的第一凹槽11的起始线与凸轮12的偏心中线之间的夹角为θ，θ应该满足β-α≤θ，其中，β为膨胀气缸20的吸气前边缘角，α为膨胀气缸20的吸气后边缘角，本实施例中所说的凸轮12的偏心中线为凸轮12的偏心块的中线，第一凹槽11的起始线是指凸轮12按顺时针旋转时，第一凹槽11的先与第一高压流体通道3接触的边界线，膨胀气缸20的吸气前边缘角β是指滑块60的中心线与膨胀气缸20的气缸入口21的前边沿所在直线的夹角，这里的前边沿所在直线为膨胀气缸入口21的前边缘的最靠近膨胀气缸20的中心轴线的点到中心轴线的最短线段所在的直线；膨胀气缸20的吸气后边缘角α是指滑块60的中心线与膨胀气缸20的气缸入口21的后边沿所在直线夹角，这里的后边沿所在直线为膨胀气缸入口21的后边缘的最靠近膨胀气缸20的中心轴线的点到中心轴线的最短线段所在的直线，在这里前后的划分为，在膨胀气缸20的气缸入口21处，气缸入口21的靠近滑块60的边沿为后边沿，气缸入口21的远离滑块60的边沿为前边沿。具体的标准参见图3所示。图5中的e是曲轴10偏心部偏心量。
优选地，扇形对应的圆心角为δ，δ满足＜δ＜360°–γ，其中γ是膨胀气缸20排气后边缘角。在本实施例中，γ是膨胀气缸20排气后边缘角是指滑块60的中心线与膨胀气缸20的气缸出口22的后边沿所在直线夹角，这里的后边沿所在直线为膨胀气缸出口22的后边缘的最靠近膨胀气缸20的中心轴线的点到中心轴线的最短线段所在的直线；膨胀气缸20的排气前边缘角Φ是指滑块60的中心线与膨胀气缸20的气缸入口21的前边沿所在直线夹角，这里的前边沿所在直线为膨胀气缸出口22的后边缘的最靠近膨胀气缸20的中心轴线的点到中心轴线的最短线段所在的直线，在这里前后的划分为，在膨胀气缸20的气缸出口22处，气缸出口22的靠近滑块60的边沿为前边沿，气缸出口22的远离滑块60的边沿为后边沿。实际设计本发明的膨胀机械吸气控制装置过程中，通过调节δ的大小，就可以调节膨胀气缸20的吸气容积，进而可以调节膨胀剂的膨胀比，结构简单，易于实现。
在本发明的一种优选的结构中，膨胀气缸20的旋转方向为顺时针，曲轴10长、短轴的外径为Φ12.815mm，第一凹槽11的高度为10mm，第一凹槽11短轴中心的深度为1.5mm。同时，第一凹槽11形成的扇形的角度δ＝120°，且曲轴10上的第一凹槽11的起始线与凸轮12的偏心中线之间的夹角θ＝12°。第一法兰30的内径为Φ12.835mm，第一凹槽11上部和下部的密封距离大于等于4.0mm。运转时，曲轴10的短轴与第一法兰30内径中充满冷冻油，起到很好的密封作用。
根据上述的膨胀机械吸气控制装置的结构，简述其工作过程如下：
当高压的CO2气体或液体经第一法兰30的第一高压流体通道31进入，当曲轴10上的第一凹槽11旋转到与第一法兰30上的第一高压流体通道31和第二高压流体通道32连通，且膨胀气缸20转过吸气前边缘角β后，膨胀气缸开始吸入高压的CO2气体或液体，膨胀气缸20内圆、滑块60(高压侧)和滚子50外圆组成高压腔23。当曲轴10第一凹槽11的终点边界角旋转到与第一法兰30的第一高压流体通道31和第二高压流体通道32关闭时，此时高压吸气过程结束，开始膨胀。当膨胀气缸20转到排气后边缘角γ时，此时膨胀过程结束，膨胀气缸20的气缸出口22与第一法兰30的低压流体通道33相通，并开始排气。当膨胀转子转过720°-γ时，排气过程结束。
根据本发明的上述结构可知，曲轴在旋转过程中，曲轴短轴的第一凹槽与第一高压流体通道和第二高压流体通道进行连通和关闭，进而控制膨胀机的吸、排气。通过调节曲轴短轴第一凹槽的角度δ，可以调节膨胀气缸的吸气容积，即调节膨胀气缸的膨胀比。第一法兰的两个高压流体通道在同一竖直平面内，且第二高压流体通道的中心线与水平面呈一定角度，可减小膨胀气缸的余隙容积。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，包括：
曲轴(10)；
膨胀气缸(20)，所述膨胀气缸(20)套设在所述曲轴(10)上；
第一法兰(30)，所述第一法兰(30)套设在所述曲轴(10)上，并位于所述膨胀气缸(20)的第一侧；
第二法兰(40)，所述第二法兰(40)套设在所述曲轴(10)上，并位于所述膨胀气缸(20)的第二侧；
所述第一法兰(30)上设置有从所述第一法兰(30)的外边沿延伸至所述曲轴(10)的第一高压流体通道(31)，所述第一法兰(30)上还设置有与所述膨胀气缸(20)的气缸入口(21)连通设置的第二高压流体通道(32)；
所述曲轴(10)上设置有第一凹槽(11)，所述第一凹槽(11)具有连通所述第一高压流体通道(31)和所述第二高压流体通道(32)的输送位置。
2.根据权利要求1所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述第一高压流体通道(31)和所述第二高压流体通道(32)的中心轴线位于同一平面内。
3.根据权利要求1所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述第一高压流体通道(31)和所述第二高压流体通道(32)的中心轴线的夹角在0度至90度的范围内。
4.根据权利要求1所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述第一高压流体通道(31)的中心轴线垂直于所述曲轴(10)的中心轴线。
5.根据权利要求1所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述膨胀机械吸气控制装置还包括：
滚子(50)，所述滚子(50)套设在所述曲轴(10)的凸轮(12)上；
滑块(60)，所述滑块(60)设置在所述滚子(50)的外周，所述滑块(60)位于所述膨胀气缸(20)内，并将所述膨胀气缸(20)分为高压腔(23)和低压腔(24)，所述气缸入口(21)与所述高压腔(23)连通，所述膨胀气缸(20)的气缸出口(22)与所述低压腔(24)连通。
6.根据权利要求1所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述第一凹槽(11)的横截面呈扇形，所述扇形所在圆的圆心位于所述曲轴(10)的中心轴线上。
7.根据权利要求5所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述第一凹槽(11)的起始线与所述凸轮(12)的偏心方向线的夹角为θ，所述膨胀气缸(20)的吸气前边缘角为β，所述膨胀气缸(20)的吸气后边缘角为α，其中，β-α≤θ。
8.根据权利要求6所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述扇形对应的圆心角为δ，所述膨胀气缸(20)的排气后边缘角为γ，其中，0＜δ＜360°–γ。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的膨胀机械吸气控制装置，其特征在于，所述第二法兰(40)上设置有低压流体通道(33)，所述低压流体通道(33)具有与所述膨胀气缸(20)的气缸出口(22)连通的排放状态和与所述膨胀气缸(20)的出口断开的非排放状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |