CN105604937A - 流体机械和换热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种流体机械和换热设备。流体机械包括：上法兰；下法兰；气缸，气缸夹设在上法兰与下法兰之间；转轴；限位板，限位板具有用于避让转轴的避让孔，避让孔与气缸同轴设置，限位板夹设在下法兰与气缸之间；活塞套，活塞套可枢转地设置在气缸内，活塞套具有朝向下法兰一侧伸出的连接凸环，连接凸环嵌设在避让孔内，活塞套在转轴的轴向上与限位板或下法兰二者之一止推接触并与另一个间隙配合；活塞，活塞滑动设置在活塞套内以形成变容积腔，转轴穿过上法兰、气缸、活塞套、活塞、限位板和下法兰以驱动活塞在活塞套内滑动。本申请解决了现有技术中流体机械运行稳定性低、压缩机工作效率低的问题。

Description

流体机械和换热设备
技术领域
本发明涉及换热系统技术领域，具体而言，涉及一种流体机械和换热设备。
背景技术
现有技术中的流体机械包括压缩机和膨胀机等。以压缩机为例。
现有技术中的流体机械的活塞套在气缸内转动时存在磨损严重、摩擦功率损失大的问题，长时间后会影响泵体结构的稳定性，降低压缩机的工作效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种流体机械和换热设备，以解决现有技术中流体机械运行稳定性低、压缩机工作效率低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种流体机械，包括：上法兰；下法兰；气缸，气缸夹设在上法兰与下法兰之间；转轴；限位板，限位板具有用于避让转轴的避让孔，避让孔与气缸同轴设置，限位板夹设在下法兰与气缸之间；活塞套，活塞套可枢转地设置在气缸内，活塞套具有朝向下法兰一侧伸出的连接凸环，连接凸环嵌设在避让孔内，活塞套在转轴的轴向上与限位板或下法兰二者之一止推接触并与另一个间隙配合；活塞，活塞滑动设置在活塞套内以形成变容积腔，转轴穿过上法兰、气缸、活塞套、活塞、限位板和下法兰以驱动活塞在活塞套内滑动，转轴的轴心与气缸的轴心和活塞套的轴心偏心设置且偏心距离固定。
进一步地，活塞套包括：套体，套体与气缸同轴设置，套体具有沿其轴向中心设置的过轴孔；连接凸环，连接凸环与过轴孔同轴设置，连接凸环设置在套体的背离上法兰一侧的端面上，且设置有连接凸环的端面与限位板止推接触，连接凸环的背离上法兰一侧的表面与下法兰间隙配合。
进一步地，设置有连接凸环的端面上还具有止推凸起，止推凸起与限位板止推接触，且止推凸起的凸起高度小于连接凸环的凸起高度。
进一步地，止推凸起为多个间隔排列的凸点。
进一步地，止推凸起为环状凸起结构。
进一步地，活塞套包括：套体，套体与气缸同轴设置，套体具有沿其轴向中心设置的过轴孔；连接凸环，连接凸环与过轴孔同轴设置，连接凸环设置在套体的背离上法兰一侧的端面上，连接凸环的背离上法兰一侧的表面与下法兰止推接触，设置有连接凸环的端面与限位板之间间隙配合。
进一步地，避让孔与限位板同轴设置或偏心设置。
进一步地，避让孔与限位板偏心设置，限位板与下法兰同轴设置。
进一步地，流体机械是压缩机或膨胀机。
根据本发明的另一方面，提供了一种换热设备，包括流体机械，流体机械是上述的流体机械。
应用本发明的技术方案，活塞套设置在气缸内后在转轴的驱动下随活塞的转动而转动。由于活塞套在转轴的轴向上与限位板或下法兰二者之一止推接触的同时与另一个间隙配合，从而有效减少了活塞套与限位板或下法兰的接触面积，进而降低了活塞套在转动过程中产生的磨损、减小了摩擦功耗损失、提高了压缩机的工作效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书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示出了根据本发明的一个可选实施例的压缩机的结构示意图；
图2示出了图1中的泵体组件的爆炸图；
图3示出了图1中的转轴、上法兰、气缸和下法兰的安装关系示意图；
图4示出了图1中活塞套的结构示意图；
图5示出了图4中的活塞套的内部结构示意图；
图6示出了具有图4中的活塞套的泵体组件的内部装配示意图；
图7示出了图6的P处局部放大图；
图8示出了根据本发明的另一个可选实施例的活塞套的结构示意图；
图9示出了图8中的活塞套的内部结构示意图；
图10示出了具有图8中的活塞套的泵体组件的内部装配示意图；
图11示出了图10的Q处局部放大图；
图12示出了图2中的压缩机的工作原理图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、转轴；20、气缸；25、容纳槽；26、限位板；311、导向孔；32、活塞；33、活塞套；331、连接凸环；332、套体；333、止推凸起；334、过轴孔；40、排气阀组件；41、排气阀片；42、阀片挡板；43、第一紧固件；50、上法兰；60、下法兰；61、支撑板；611、转轴止推面；70、第二紧固件；80、第三紧固件；81、第四紧固件；82、第五紧固件；90、分液器部件；91、壳体组件；92、电机组件；93、泵体组件；94、上盖组件；95、下盖及安装板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中流体机械运行稳定性低、压缩机工作效率低的问题，本发明提供了一种流体机械和换热设备，其中，换热设备包括下述的流体机械。
流体机械主要包括压缩机和膨胀机两类。后面将分别介绍。先来介绍流体机械通用的特征。
如图2至图11所示，流体机械包括上法兰50、下法兰60、气缸20、转轴10、限位板26、活塞套33和活塞32，气缸20夹设在上法兰50与下法兰60之间，限位板26具有用于避让转轴10的避让孔，避让孔与气缸20同轴设置，限位板26夹设在下法兰60与气缸20之间；活塞套33可枢转地设置在气缸20内，活塞套33具有朝向下法兰60一侧伸出的连接凸环331，连接凸环331嵌设在避让孔内，活塞套33在转轴10的轴向上与限位板26或下法兰60二者之一止推接触并与另一个间隙配合；活塞32滑动设置在活塞套33内以形成变容积腔，转轴10穿过上法兰50、气缸20、活塞套33、活塞32、限位板26和下法兰60以驱动活塞32在活塞套33内滑动，转轴10的轴心与气缸20的轴心和活塞套33的轴心偏心设置且偏心距离固定。其中，上法兰50通过第二紧固件70与气缸20固定，下法兰60通过第三紧固件80与气缸20固定。
优选地，第二紧固件70和/或第三紧固件80为螺钉或螺栓。
如图2所示，限位板26通过第四紧固件81与气缸20连接。
优选地，第四紧固件81为螺栓或螺钉。
活塞套33设置在气缸20内后在转轴10的驱动下随活塞32的转动而转动。由于活塞套33在转轴10的轴向上与限位板26或下法兰60二者之一止推接触的同时与另一个间隙配合，从而有效减少了活塞套33与限位板26或下法兰60的接触面积，进而降低了活塞套33在转动过程中产生的磨损、减小了摩擦功耗损失、提高了压缩机的工作效率。
需要说明的是，上法兰50的轴心和下法兰60的轴心与转轴10的轴心同心设置，且上法兰50的轴心和下法兰60的轴心与气缸20的轴心偏心设置。以上述方式安装的气缸20，能够保证气缸20与转轴10或上法兰50的偏心距固定，从而使活塞32和活塞套33具有运动稳定性好的特点。
具体而言，活塞32沿垂直于转轴10的轴线的方向在活塞套33内滑动。由于活塞32、活塞套33、气缸20和转轴10之间形成十字滑块机构，因而使活塞套33与气缸20的运动稳定且连续，并保证变容积腔的容积变化具有规律，从而保证了流体机械的运行稳定性，进而提高了换热设备的工作可靠性。
更具体地，活塞32具有沿转轴10的轴向贯通设置的滑移孔，转轴10穿过滑移孔，活塞32在转轴10的驱动下随转轴10旋转并同时沿垂直于转轴10的轴线方向在活塞套33内往复滑动。由于使活塞32相对于转轴10做直线运动而非旋转往复运动，因而有效降低了偏心质量，降低了转轴10和活塞32受到的侧向力，从而降低了活塞32的磨损、提高了活塞32的密封性能。同时，保证了泵体组件93的运行稳定性和可靠性，并降低了流体机械的振动风险、简化了流体机械的结构。
在图4至图7所示的具体实施方式中，，活塞套33包括套体332和连接凸环331，套体332与气缸20同轴设置，套体332具有沿其轴向中心设置的过轴孔334，连接凸环331与过轴孔334同轴设置，连接凸环331设置在套体332的背离上法兰50一侧的端面上，且设置有连接凸环331的端面与限位板26止推接触，连接凸环331的背离上法兰50一侧的表面与下法兰60间隙配合。该实施方式为活塞套33与限位板26止推的方式。此种方式，在保证泵体组件稳定运行的同时，还可以有效降低活塞套33与下法兰60间的摩擦，减小了摩擦功率损失，提高了压缩机效率。在该实施方式中，由限位板26来承载气缸20、活塞套33、活塞32、转轴10等零件的重量。
为了减小活塞套33与限位板26上表面之间的摩擦面积，降低摩擦功耗，可采用台阶面的布置形式，切削掉不必要的接触面积，避免产生大面积摩擦，降低了摩擦功耗，提高了压缩机效率。
具体而言，设置有连接凸环331的端面上还具有止推凸起333，止推凸起333与限位板26止推接触，且止推凸起333的凸起高度小于连接凸环331的凸起高度。当活塞套33与限位板26接触支撑时，止推凸起333支撑在限位板26上，有效避免活塞套33大面积与限位板26接触摩擦，从而减小了摩擦功耗。
如图5所示，止推凸起333为环状凸起结构。这种结构的止推凸起333具有便于加工，受力均一性好的优点。
在一个未图示的可选实施方式中，止推凸起333为多个间隔排列的凸点。这种结构的止推凸起333，相对于环状凸起结构而言，能够进一步减少其与限位板26的接触面积，降低摩擦功耗。
可选地，凸点呈半球形、圆柱凸块、立方体凸块等形状。
在图8至图11所示的具体实施方式中，活塞套33包括套体332和连接凸环331，套体332与气缸20同轴设置，套体332具有沿其轴向中心设置的过轴孔334，连接凸环331与过轴孔334同轴设置，连接凸环331设置在套体332的背离上法兰50一侧的端面上，连接凸环331的背离上法兰50一侧的表面与下法兰60止推接触，设置有连接凸环331的端面与限位板26之间间隙配合。该实施方式为活塞套33与下法兰60止推的方式。此种方式，在保证泵体组件稳定运行的同时，还可以有效降低活塞套33与限位板26间的摩擦，减小了摩擦功率损失，提高了压缩机效率。
在该实施方式中，由下法兰60来承载气缸20、活塞套33、活塞32、转轴10等零件的重量。由于活塞套33与下法兰60形成止推面，因此活塞套33中部平面不需要加工台阶面，也就是不需要加工止推凸起333，且活塞套33中部平面与限位板26的上表面之间不接触具有间隙，从而减少了加工工序，提高了活塞套33的加工效率。
如图10所示，避让孔与限位板26同轴设置。此时，限位板26能够与气缸20的外周面保持平齐，有利于提高泵体组件的整体美观性，且便于加工制造。
当然，避让孔与限位板26还可以偏心设置。此时，限位板26与下法兰60可以同轴设置。此时，限位板26也可以保持与下法兰60的周向边缘平齐，也可以保证泵体组件的整体美观性，但用料相对较多，有利于保持泵体组件的整体结构稳定性。
在图4、图5、图8和图9所示的优选实施方式中，套体332中具有沿活塞套33的径向贯通设置的导向孔311，活塞32滑动设置在导向孔311内以往复直线运动。由于活塞32滑动设置在导向孔311内，因而当活塞32在导向孔311内左右运动时，可以使变容积腔的容积不断变化，从而保证流体机械的吸气、排气稳定性。
如图2所示，压缩机还包括支撑板61，支撑板61设置在下法兰60的远离气缸20一侧的端面上，且支撑板61与下法兰60同轴心设置，转轴10穿过下法兰60上的通孔支撑在支撑板61上，支撑板61具有用于支撑转轴10的转轴止推面611。由于设置有支撑板61用于支撑转轴10，因而提高了各部件间的连接可靠性。
如图2所示，支撑板61通过第五紧固件82与气缸20连接。
优选地，第五紧固件82为螺栓或螺钉。
如图1所示，图示的流体机械为压缩机，该压缩机包括分液器部件90、壳体组件91、电机组件92、泵体组件93、上盖组件94和下盖及安装板95，其中，分液器部件90设置在壳体组件91的外部，上盖组件94装配在壳体组件91的上端，下盖及安装板95装配在壳体组件91的下端，电机组件92和泵体组件93均位于壳体组件91的内部，且电机组件92设置在泵体组件93的上方。压缩机的泵体组件93包括上述的上法兰50、下法兰60、气缸20、转轴10、活塞套33和活塞32。
优选地，上述各部件通过焊接、热套、或冷压的方式连接。
整个泵体组件93的装配过程如下：活塞32安装在导向孔311中，连接凸环331安装在限位板26上，限位板26固定与下法兰60连接，同时气缸20与活塞套33同轴安装，下法兰60固定于气缸20上，转轴10的滑移配合面与活塞32的滑移孔的一对相平行的表面配合安装，上法兰50固定转轴10的上半段，同时上法兰50通过螺钉固定于气缸20上。从而完成泵体组件93的装配。
优选地，压缩机(也就是流体机械)还包括排气阀组件40，排气阀组件40设置在压缩机的压缩排气口处。由于在压缩机的压缩排气口处设置有排气阀组件40，因而有效避免变容积腔内气体大量泄漏，保证了变容积腔的压缩效率。
在图5所示的优选实施方式中，气缸壁的外壁上开设有容纳槽25，压缩机的压缩排气口贯通容纳槽25的槽底，排气阀组件40设置在容纳槽25内。由于设置有用于容纳排气阀组件40的容纳槽25，因而减少了排气阀组件40的占用空间，使部件合理设置，从而提高了气缸20的空间利用率。
具体而言，排气阀组件40包括排气阀片41和阀片挡板42，排气阀片41设置在容纳槽25内并遮挡压缩机的压缩排气口，阀片挡板42叠置在排气阀片41上。由于设置有阀片挡板42，因而有效避免排气阀片41过度开启，保证了气缸20的排气性能。
优选地，排气阀片41和阀片挡板42通过第一紧固件43连接。进一步地，第一紧固件43是螺钉。
如图12所示，当上述结构的流体机械运行时，转轴10绕转轴10的轴心O1转动；气缸20绕气缸20的轴心O2转动，且转轴10的轴心与气缸20的轴心偏心设置且偏心距离固定；活塞32在转轴10的驱动下随转轴10旋转并同时沿垂直于转轴10的轴线方向在活塞套33内往复滑动。
如上述方法运行的流体机械，构成了十字滑块机构，该运行方法采用十字滑块机构原理，其中，活塞32作为滑块，转轴10的滑移配合面作为第一连杆l1、活塞套33的导向孔311作为第二连杆l2(请参考图12)。
具体而言，转轴10的轴心O1相当于第一连杆l1的旋转中心，气缸20的轴心O2相当于第二连杆l2的旋转中心；转轴10的滑移配合面相当于第一连杆l1，活塞套33的导向孔311相当于第二连杆l2；活塞32相当于滑块。导向孔311与滑移配合面相互垂直；活塞32相对与导向孔311只能往复运动，活塞32相对于滑移配合面只能往复运动。活塞32简化为质心后可以发现，其运行轨迹为圆周运动，该圆是以气缸20的轴心O2与转轴10的轴心O1的连线为直径的圆。
当第二连杆l2作圆周运动时，滑块可以沿第二连杆l2往复运动；同时，滑块可以沿第一连杆l1往复运动。第一连杆l1和第二连杆l2始终保持垂直，使得滑块沿第一连杆l1往复运动方向与滑块沿第二连杆l2往复运动方向相互垂直。第一连杆l1和第二连杆l2及活塞32的相对运动关系，形成十字滑块机构原理。
其他使用场合：该压缩机将吸、排气口交换位置，可以作为膨胀机使用。即，将压缩机的排气口作为膨胀机吸气口，通入高压气体，其他推动机构转动，膨胀后通过压缩机吸气口(膨胀机排气口)排出气体。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过是活塞套33与限位板26或下法兰60之一支撑接触，同时与另一个间隙配合，从而有效降低了活塞套33在转动过程中的摩擦功耗，提高了压缩机的整机效率。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
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 (10)

1.一种流体机械，其特征在于，包括：
上法兰(50)；
下法兰(60)；
气缸(20)，所述气缸(20)夹设在所述上法兰(50)与所述下法兰(60)之间；
转轴(10)；
限位板(26)，所述限位板(26)具有用于避让所述转轴(10)的避让孔，所述避让孔与所述气缸(20)同轴设置，所述限位板(26)夹设在所述下法兰(60)与所述气缸(20)之间；
活塞套(33)，所述活塞套(33)可枢转地设置在所述气缸(20)内，所述活塞套(33)具有朝向所述下法兰(60)一侧伸出的连接凸环(331)，所述连接凸环(331)嵌设在所述避让孔内，所述活塞套(33)在所述转轴(10)的轴向上与所述限位板(26)或所述下法兰(60)二者之一止推接触并与另一个间隙配合；
活塞(32)，所述活塞(32)滑动设置在所述活塞套(33)内以形成变容积腔，所述转轴(10)穿过所述上法兰(50)、所述气缸(20)、所述活塞套(33)、所述活塞(32)、所述限位板(26)和所述下法兰(60)以驱动所述活塞(32)在所述活塞套(33)内滑动，所述转轴(10)的轴心与所述气缸(20)的轴心和所述活塞套(33)的轴心偏心设置且偏心距离固定。
2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述活塞套(33)包括：
套体(332)，所述套体(332)与所述气缸(20)同轴设置，所述套体(332)具有沿其轴向中心设置的过轴孔(334)；
所述连接凸环(331)，所述连接凸环(331)与所述过轴孔(334)同轴设置，所述连接凸环(331)设置在所述套体(332)的背离所述上法兰(50)一侧的端面上，且设置有所述连接凸环(331)的端面与所述限位板(26)止推接触，所述连接凸环(331)的背离所述上法兰(50)一侧的表面与所述下法兰(60)间隙配合。
3.根据权利要求2所述的流体机械，其特征在于，设置有所述连接凸环(331)的端面上还具有止推凸起(333)，所述止推凸起(333)与所述限位板(26)止推接触，且所述止推凸起(333)的凸起高度小于所述连接凸环(331)的凸起高度。
4.根据权利要求3所述的流体机械，其特征在于，所述止推凸起(333)为多个间隔排列的凸点。
5.根据权利要求3所述的流体机械，其特征在于，所述止推凸起(333)为环状凸起结构。
6.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述活塞套(33)包括：
套体(332)，所述套体(332)与所述气缸(20)同轴设置，所述套体(332)具有沿其轴向中心设置的过轴孔(334)；
所述连接凸环(331)，所述连接凸环(331)与所述过轴孔(334)同轴设置，所述连接凸环(331)设置在所述套体(332)的背离所述上法兰(50)一侧的端面上，所述连接凸环(331)的背离所述上法兰(50)一侧的表面与所述下法兰(60)止推接触，设置有所述连接凸环(331)的端面与所述限位板(26)之间间隙配合。
7.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述避让孔与所述限位板(26)同轴设置或偏心设置。
8.根据权利要求7所述的流体机械，其特征在于，所述避让孔与所述限位板(26)偏心设置，所述限位板(26)与所述下法兰(60)同轴设置。
9.根据权利要求1至8任一项所述的流体机械，其特征在于，流体机械是压缩机或膨胀机。
10.一种换热设备，包括流体机械，其特征在于，所述流体机械是权利要求1至9任一项所述的流体机械。
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