CN106704181A - 流体机械、换热设备和流体机械的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体机械、换热设备和流体机械的运行方法。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；活塞套，活塞套可枢转地设置在气缸内；活塞套轴，活塞套轴穿过上法兰与活塞套固定连接；活塞，活塞滑动设置在活塞套内以形成变容积腔，且变容积腔位于活塞的滑动方向上；转轴，转轴的轴心与气缸的轴心偏心设置且偏心距离固定，转轴依次穿过下法兰和气缸与活塞滑动配合，在活塞套轴的驱动作用下，活塞套随活塞套轴同步转动，以驱动活塞在活塞套内滑动以改变变容积腔的容积，同时转轴在活塞的驱动作用下转动。本发明中的流体机械降低了对转轴的结构强度要求，并能够有效减小活塞套的端面与上法兰端面之间的泄漏。

Description

流体机械、换热设备和流体机械的运行方法

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、换热设备和流体机械的运行方法。

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。

现有技术中的活塞式压缩机的转轴与气缸在运动过程中，二者的质心的位置是变化的。电机组件驱动曲轴输出动力，由曲轴驱动活塞在气缸内往复运动来压缩气体或液体做功，以达到压缩气体或液体的目的。

传统的活塞式压缩机存在诸多缺陷：由于吸气阀片和排气阀片的存在，导致吸、排气阻力加大，同时增加了吸排气噪音；压缩机的气缸所受侧向力较大，侧向力做无用功，降低压缩机效率；曲轴带动活塞往复运动，偏心质量较大，导致压缩机振动大；压缩机通过曲柄连杆机构带动一个或多个活塞工作，结构复杂；曲轴及活塞受到的侧向力较大，活塞容易磨损，导致活塞密封性降低。且现有的压缩机由于存在余隙容积，泄漏大等原因，容积效率低，且很难有进一步提高。

不仅如此，活塞式压缩机中的偏心部的质心做圆周运动产生一个大小不变、方向改变的离心力，该离心力导致压缩机振动加剧。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种流体机械、换热设备和流体机械的运行方法，以解决现有技术中的流体机械存在运动不稳、振动大、存在余隙容积的问题。

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；活塞套，活塞套可枢转地设置在气缸内；活塞套轴，活塞套轴穿过上法兰与活塞套固定连接；活塞，活塞滑动设置在活塞套内以形成变容积腔，且变容积腔位于活塞的滑动方向上；转轴，转轴的轴心与气缸的轴心偏心设置且偏心距离固定，转轴依次穿过下法兰和气缸与活塞滑动配合，在活塞套轴的驱动作用下，活塞套随活塞套轴同步转动，以驱动活塞在活塞套内滑动以改变变容积腔的容积，同时转轴在活塞的驱动作用下转动。

进一步地，活塞具有沿转轴的轴向贯通设置的滑移孔，转轴穿过滑移孔，转轴在活塞的驱动下随活塞套和活塞旋转，同时活塞沿垂直于转轴的轴线方向在活塞套内往复滑动。

进一步地，滑移孔为长孔或腰形孔。

进一步地，活塞具有沿活塞的中垂面对称设置的一对弧形表面，弧形表面与气缸的内表面适应性配合，且弧形表面的弧面曲率半径的二倍等于气缸的内径。

进一步地，活塞呈柱形。

进一步地，活塞套中具有沿活塞套的径向贯通设置的导向孔，活塞滑动设置在导向孔内以往复直线运动。

进一步地，导向孔在下法兰处的正投影具有一对相平行的直线段，一对相平行的直线段为活塞套的一对相平行的内壁面投影形成，活塞具有与导向孔的一对相平行的内壁面形状相适配且滑移配合的外型面。

进一步地，活塞套的朝向下法兰一侧的第一止推面与下法兰的表面接触。

进一步地，转轴具有与活塞滑动配合的滑移段，滑移段位于转轴的远离下法兰的一端，且滑移段具有滑移配合面。

进一步地，滑移配合面对称设置在滑移段的两侧。

进一步地，滑移配合面与转轴的轴向平面相平行，滑移配合面与活塞的滑移孔的内壁面在垂直于转轴的轴线方向上滑动配合。

进一步地，活塞套轴具有沿活塞套轴的轴向贯通设置的第一润滑油道，转轴具有与第一润滑油道连通的第二润滑油道，第二润滑油道的至少一部分为转轴的内部油道，在滑移配合面处的第二润滑油道为外部油道，转轴具有通油孔，内部油道通过通油孔与外部油道连通。

进一步地，上法兰和气缸同轴心设置，且下法兰的轴心与气缸的轴心偏心设置。

进一步地，流体机械还包括支撑板，支撑板设置在下法兰的远离气缸一侧的端面上，且支撑板与下法兰同轴心设置并用于支撑转轴，支撑板具有用于支撑转轴的第二止推面。

进一步地，气缸的气缸壁具有压缩进气口和压缩排气口，当活塞套处于进气位置时，压缩进气口与变容积腔导通；当活塞套处于排气位置时，变容积腔与压缩排气口导通。

进一步地，气缸壁的内壁面具有压缩进气缓冲槽，压缩进气缓冲槽与压缩进气口连通。

进一步地，压缩进气缓冲槽在气缸的径向平面内呈弧形段，且压缩进气缓冲槽的两端均由压缩进气口处向压缩排气口所在位置延伸。

进一步地，流体机械是压缩机。

进一步地，气缸的气缸壁具有膨胀排气口和第一膨胀进气口，当活塞套处于进气位置时，膨胀排气口与变容积腔导通；当活塞套处于排气位置时，变容积腔与第一膨胀进气口导通。

进一步地，气缸壁的内壁面具有膨胀排气缓冲槽，膨胀排气缓冲槽与膨胀排气口连通。

进一步地，膨胀排气缓冲槽在气缸的径向平面内呈弧形段，且膨胀排气缓冲槽的两端均由膨胀排气口处向第一膨胀进气口所在位置延伸。

进一步地，流体机械是膨胀机。

进一步地，导向孔为至少两个，两个导向孔沿转轴的轴向间隔设置，活塞为至少两个，每个导向孔内对应设置有一个活塞。

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。

根据本发明的另一方面，提供了一种流体机械的运行方法，包括：转轴绕转轴的轴心O₁转动；气缸绕气缸的轴心O₂转动，且转轴的轴心与气缸的轴心偏心设置且偏心距离固定；活塞在转轴的驱动下随转轴旋转并同时沿垂直于转轴的轴线方向在活塞套内往复滑动。

进一步地，运行方法采用十字滑块机构原理，其中，活塞作为滑块，转轴的滑移配合面作为第一连杆l₁、活塞套的导向孔作为第二连杆l₂。

应用本发明的技术方案，通过将转轴与气缸的偏心距离固定，转轴和气缸在运动过程中绕各自轴心旋转，且质心位置不变，因而使得活塞和活塞套在气缸内运动时，能够稳定且连续地转动，有效缓解了流体机械的振动，并保证变容积腔的容积变化具有规律、减小了余隙容积，从而提高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。本发明中的流体机械通过活塞套轴驱动活塞套转动并带动活塞转动，以使活塞在活塞套内滑动以改变变容积腔的容积，同时转轴在活塞的驱动作用下转动，从而使活塞套和转轴分别承受弯曲变形和扭转变形，降低了单个零件的整体变形，降低了对转轴的结构强度要求，并能够有效减小活塞套的端面与上法兰端面之间的泄漏。

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示出了本发明中的压缩机的结构示意图；

图2示出了本发明中的泵体组件的爆炸图；

图3示出了本发明中的活塞套轴、上法兰、气缸和下法兰的安装关系示意图；

图4示出了图3中部件的内部结构示意图；

图5示出了本发明中的下法兰的结构示意图；

图6示出了在图5的下法兰处，本发明中的转轴的轴心与活塞套轴心的位置关系示意图；

图7示出了本发明中的转轴、活塞、活塞套、活塞套轴的安装关系示意图；

图8示出了本发明中的活塞套和活塞套轴的安装关系示意图；

图9示出了图8的内部结构示意图；

图10示出了本发明中的转轴与活塞的装配关系示意图；

图11示出了本发明中的活塞的结构示意图；

图12示出了本发明中的活塞的另一个角度的结构示意图；

图13示出了本发明中的气缸的结构示意图；

图14示出了图13的俯视图；

图15示出了本发明中的上法兰的结构示意图；

图16示出了本发明中的气缸、活塞套、活塞、转轴的运动关系示意图；

图17示出了本发明中的活塞处于准备开始吸气时的工作状态示意图；

图18示出了本发明中的活塞处于吸气过程中的工作状态示意图；

图19示出了本发明中的活塞处于气体压缩时的工作状态示意图；

图20示出了本发明中的活塞处于排气开始前的工作状态示意图；

图21示出了本发明中的活塞处于排气过程中的工作状态示意图；

图22示出了本发明中的活塞处于排气结束时的工作状态示意图；

图23示出了本发明中的支撑板的结构示意图；

图24示出了本发明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；11、滑移段；111、滑移配合面；13、第二润滑油道；14、通油孔；15、转轴的轴心；20、气缸；21、压缩进气口；22、压缩排气口；23、压缩进气缓冲槽；31、变容积腔；311、导向孔；32、活塞；321、滑移孔；33、活塞套；333、活塞套轴心；332、第一止推面；34、活塞套轴；341、第一润滑油道；50、上法兰；60、下法兰；61、支撑板；611、第二止推面；70、第一紧固件；80、第二紧固件；322、活塞质心轨迹线；82、第三紧固件；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“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“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的流体机械存在运动不稳、振动大、存在余隙容积的问题，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。另外，还提供了一种流体机械的运行方法。

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22所示，流体机械包括上法兰50、下法兰60、气缸20、转轴10、活塞套33、活塞套轴34和活塞32，其中，活塞套33可枢转地设置在气缸20内，活塞套轴34穿过上法兰50与活塞套33固定连接，活塞32滑动设置在活塞套33内以形成变容积腔31，且变容积腔31位于活塞32的滑动方向上，转轴10，转轴10的轴心与气缸20的轴心偏心设置且偏心距离固定，转轴10依次穿过下法兰60和气缸20与活塞32滑动配合，在活塞套轴34的驱动作用下，活塞套33随活塞套轴34同步转动，以驱动活塞32在活塞套33内滑动以改变变容积腔31的容积，同时转轴10在活塞32的驱动作用下转动。其中，上法兰50通过第一紧固件70与气缸20固定，下法兰60通过第二紧固件80与气缸20固定。

优选地，第一紧固件70和/或第二紧固件80为螺钉或螺栓。

通过将转轴10与气缸20的偏心距离固定，转轴10和气缸20在运动过程中绕各自轴心旋转，且质心位置不变，因而使得活塞32和活塞套33在气缸20内运动时，能够稳定且连续地转动，有效缓解了流体机械的振动，并保证变容积腔的容积变化具有规律、减小了余隙容积，从而提高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。

本发明中的流体机械通过活塞套轴34驱动活塞套33转动并带动活塞32转动，以使活塞32在活塞套33内滑动以改变变容积腔31的容积，同时转轴10在活塞32的驱动作用下转动，从而使活塞套33和转轴10分别承受弯曲变形和扭转变形，降低了单个零件的整体变形，降低了对转轴10的结构强度要求，并能够有效减小活塞套33的端面与上法兰50的端面之间的泄漏。

需要说明的是，上法兰50和气缸20同轴心设置，且下法兰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，从而使活塞套33具有运动稳定性好的特点。

在图2至图22所示的优选实施方式中，活塞32与转轴10滑动配合，且活塞32在活塞套33的驱动作用下，使转轴10的转动，活塞32相对于转轴10具有直线运动趋势。由于活塞32与活塞套33滑动连接，因而有效避免活塞32运动卡死，从而保证了活塞32、转轴10和活塞套33的运动可靠性，进而提高了流体机械的运行稳定性。

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32、活塞套33与气缸20的运动稳定且连续，并保证变容积腔31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。

本发明中的活塞32具有沿转轴10的轴向贯通设置的滑移孔321，转轴10穿过滑移孔321，转轴10在活塞32的驱动下随活塞套33和活塞32旋转，同时活塞32沿垂直于转轴10的轴线方向在活塞套33内往复滑动(请参考图10至图12、图16至图22)。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。

优选地，滑移孔321为长孔或腰形孔。

在一个未图示的优选实施方式中，活塞32具有朝向转轴10一侧设置的滑移槽。不论是滑移槽还是滑移孔321，只要保证转轴10与活塞32相对可靠滑动即可。该滑移槽为直线式滑槽，且该滑移槽的延伸方向与转轴10的轴线垂直。

本发明中的活塞32呈柱形。优选地，活塞32呈圆柱形或非圆柱形。

如图10至图12、图16至图22，活塞32具有沿活塞32的中垂面对称设置的一对弧形表面，弧形表面与气缸20的内表面适应性配合，且弧形表面的弧面曲率半径的二倍等于气缸20的内径。这样，可以使得排气过程中可实现零余隙容积。需要说明的是，当活塞32放置在活塞套33内时，活塞32的中垂面为活塞套33的轴向平面。

如图7至图9所示，活塞套33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31的容积不断变化，从而保证流体机械的吸气、排气稳定性。

为了防止活塞32在活塞套33内旋转，导向孔311在下法兰60处的正投影具有一对相平行的直线段，一对相平行的直线段为活塞套33的一对相平行的内壁面投影形成，活塞32具有与导向孔311的一对相平行的内壁面形状相适配且滑移配合的外型面。如上述结构配合的活塞32和活塞套33，能够使使活塞32在活塞套33内平稳滑动且保持密封效果。

优选地，导向孔311在下法兰60处的正投影具有一对弧形线段，该一对弧形线段与一对相平行的直线段相连接以形成不规则的截面形状。

如图2所示，活塞套33的外周面与气缸20的内壁面形状相适配。从而使得活塞套33与气缸20之间、导向孔311与活塞32之间为大面密封，且整机密封均为大面密封，有利于减小泄漏。

如图18所示，活塞套33的朝向下法兰60一侧的第一止推面332与下法兰60的表面接触。从而使活塞套33与下法兰60可靠定位。

如图2所示，转轴10具有与活塞32滑动配合的滑移段11，滑移段11位于转轴10的远离下法兰60的一端，且滑移段11具有滑移配合面111。由于转轴10通过滑移配合面111与活塞32滑动配合，因而保证了二者的运动可靠性，有效避免二者卡死。

优选地，滑移段11具有两个对称设置的滑移配合面111。由于滑移配合面111对称设置，因而使得两个滑移配合面111的受力更加均匀，保证了转轴10与活塞32的运动可靠性。

如图2所示，滑移配合面111与转轴10的轴向平面相平行，滑移配合面111与活塞32的滑移孔321的内壁面在垂直于转轴10的轴线方向上滑动配合。

本发明中的活塞套轴34具有沿活塞套轴34的轴向贯通设置的第一润滑油道341，转轴10具有与第一润滑油道341连通的第二润滑油道13，第二润滑油道13的至少一部分为转轴10的内部油道。由于第二润滑油道13的至少一部分内部油道，因而有效避免润滑油大量外泄，提高了润滑油的流动可靠性。

如图2所示，在滑移配合面111处的第二润滑油道13为外部油道。由于滑移配合面111处的第二润滑油道13为外部油道，因而使得润滑油可以直接供给给滑移配合面111和活塞32，有效避免二者摩擦力过大而磨损，从而提高了二者的运动平滑性。

如图2所示，转轴10具有通油孔14，内部油道通过通油孔14与外部油道连通。由于设置有通油孔14，因而使得内外油道可以顺利连通，且通过通油孔14处也可以向第二润滑油道13处注油，从而保证了第二润滑油道13的注油便捷性。

如图2和图23所示，本发明中的流体机械还包括支撑板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同轴心设置并用于支撑转轴10，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的第二止推面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至图4所示，支撑板61通过第三紧固件82与下法兰60连接。

优选地，第三紧固件82为螺栓或螺钉。

如图5所示，下法兰60上分布有供第二紧固件80穿设的四个泵体螺钉孔、以及供第三紧固件82穿过的三个支撑盘螺纹孔，四个泵体螺钉孔中心所构成的圆与轴承中心存在偏心，其偏心量大小为e，此量决定泵体装配的偏心量，在活塞套33旋转一周后，气体容积V＝2*2e*S，其中S为活塞32的主体结构横截面积；支撑盘螺纹孔中心与下法兰60的轴心重合，与第三紧固件82配合固定支撑板61。

如图2所示，支撑板61为圆柱体结构，均匀分布三个供第三紧固件82穿过的螺钉孔，支撑板61的朝向转轴10一侧表面具有一定的粗糙度以与转轴10的底面配合。

如图1至图22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32、活塞套33、活塞套轴34等。

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，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111与活塞32的滑移孔321的一对相平行的表面配合安装，上法兰50固定活塞套轴34，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，如图4所示。

优选地，导向孔311为至少两个，两个导向孔311沿转轴10的轴向间隔设置，活塞32为至少两个，每个导向孔311内对应设置有一个活塞32。此时，该压缩机是单气缸多压缩腔压缩机，与同排量单缸滚子压缩机相比，力矩波动相对较小。

优选地，本发明中的压缩机不设置吸气阀片，从而能够有效减少吸气阻力，提高压缩机的压缩效率。

需要说明的是，在该具体实施方式中，在活塞32完成一周的运动时，会吸气、排气两次，从而使压缩机具有压缩效率高的特点。与同排量的单缸滚子压缩机相比，由于将原来的一次压缩分为两次压缩，因而本发明中的压缩机的力矩波动相对较小，运行时，具有排气阻力小，有效消除了排气噪音。

具体而言，如图13和图14、图16至图22所示，本发明中的气缸20的气缸壁具有压缩进气口21和压缩排气口22，当活塞套33处于进气位置时，压缩进气口21与变容积腔31导通；当活塞套33处于排气位置时，变容积腔31与压缩排气口22导通。

优选地，气缸壁的内壁面具有压缩进气缓冲槽23，压缩进气缓冲槽23与压缩进气口21连通(请参考图13和图14、图16至图22)。由于设置有压缩进气缓冲槽23，因而在该处会蓄存有大量的气体，以使变容积腔31能够饱满吸气，从而使压缩机能够足量吸气，并在吸气不足时，能够及时供给蓄存气体给变容积腔31，以保证压缩机的压缩效率。

具体而言，压缩进气缓冲槽23在气缸20的径向平面内呈弧形段，且压缩进气缓冲槽23的两端均由压缩进气口21处向压缩排气口22所在位置延伸。

可选地，相对于压缩进气口21，压缩进气缓冲槽23在与活塞套33的转动方向同向上的延伸段的弧长大于相反方向的延伸段弧长。

下面对压缩机的运行进行具体介绍：

如图24所示，本发明中的压缩机采用十字滑块机构原理设置。其中，转轴10的轴心O₁与气缸20的轴心O₂偏心设置，而二者的偏心距固定，且二者分别绕各自的轴心旋转。当转轴10转动时，活塞32相对转轴10和活塞套33直线滑动，以实现气体压缩，且活塞套33随着转轴10同步转动，而活塞32相对于气缸20的轴心在偏心距离e的范围内运行。活塞32的行程为2e，活塞32的横截面积为S，压缩机排量(也就是最大吸气容积)为V＝2*(2e*S)。活塞32相当于十字滑块机构中的滑块，活塞—导向孔311、活塞32—转轴10的滑移配合面111分别充当十字滑块的两根连杆l₁、l₂，这样就构成十字滑块原理的主体结构。

如图24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111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24)。

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111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111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111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。

在该运动方法下，滑块作圆周运动，其角速度与第一连杆l₁和第二连杆l₂的转动速度相等。滑块运行轨迹为圆。该圆以第一连杆l₁的旋转中心与第二连杆l₂的旋转中心的中心距为直径。如图15所示，其中，转轴的轴心15与活塞套轴心333之间相差偏心距离e，活塞质心轨迹线呈圆形。

如图6和图16所示，其中，转轴的轴心15与活塞套轴心333之间相差偏心距离e，活塞质心轨迹线322呈圆形。

活塞套33与转轴10偏心安装，活塞套轴34与电机组件92连接，电机组件92直接驱动活塞套33转动，属于活塞套驱动结构。活塞套33转动从而带动活塞32旋转，活塞32通过转轴支撑面进而带动转轴10旋转，活塞32、活塞套33、转轴10在旋转进程中，与其他泵体零件配合完成吸气、压缩和排气过程，一个循环周期为2π。转轴10顺时针转动。

具体而言，电机组件92驱动活塞套轴34作旋转运动，导向孔311驱动活塞32做旋转运动，但是活塞32相对于活塞套33仅作往复运动；活塞32进一步带动转轴10作旋转运动，但是活塞32相对于转轴10同样仅作往复运动，此往复运动与活塞套33—活塞32的往复运动相互垂直。在往复运动过程中，整个泵体组件完成吸气、压缩、排气过程。在活塞运动过程中，活塞32-活塞套33、活塞32-转轴10这两个相互垂直的往复运动，使得活塞32的质心轨迹线为圆形，圆直径等于偏心量e，轴心在转轴10的中心与活塞套33的中心连线的中点上，旋转周期为π。

活塞在活塞套33的导向孔311及气缸20的内圆面形成两个空腔，活塞套33旋转一周，两个空腔分别完成吸气、压缩、排气过程，不同点在于两个空腔吸排气压缩有180°相位差。以其中一个空腔为例说明泵体组件93的吸气、排气、压缩过程，如下：当空腔与压缩进气口21连通时，开始吸气(请参考图17和图18)；活塞套33继续带动活塞32、转轴10顺时针旋转，当变容积腔31脱离压缩进气口21，整个吸气结束，此时空腔完全密封，开始压缩(请参考图19)；继续旋转，气体不断压缩，当变容积腔31与压缩排气口22连通时，开始排气(请参考图20)；继续旋转，不断压缩的同时不断排气，直到变容积腔31完全脱离压缩排气口22，完成整个吸气、压缩、排气过程(请参考图21和22)；随后变容积腔31旋转一定角度后再次连接压缩进气口21，进入下一个循环。

本发明中的泵体组件93为定压比泵体结构，两个变容积腔31为V＝2*2e*S，S为活塞横截面积。

此外，本发明中的压缩机还具有零余隙容积，高容积效率的优点。

需要强调的是，相对于转轴依次穿过上法兰50、气缸20和下法兰60的方案而言，本发明中的压缩机采用活塞套33带动活塞32旋转，活塞32带动转轴10旋转，活塞套33和转轴10分别承受弯曲变形和扭转变形，可以有效减小变形磨损；可以有效减小活塞套33的端面和上法兰50的端面之间的泄漏。该案重点在于，活塞套轴34与活塞套33是一体成型的。且上、下法兰偏轴心设置，以使转轴10和活塞套轴34偏心。

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。

当流体机械为膨胀机时，气缸20的气缸壁具有膨胀排气口和第一膨胀进气口，当活塞套33处于进气位置时，膨胀排气口与变容积腔31导通；当活塞套33处于排气位置时，变容积腔31与第一膨胀进气口导通。当高压气体通过第一膨胀进气口进入变容积腔31内后，高压气体推动活塞套33旋转，活塞套33旋转以带动活塞32旋转，并同时使活塞32相对于活塞套33直线滑动，进而使活塞32带动转轴10旋转运动。通过将该转轴10与其他耗功设备连接，可以使转轴10输出做功。

优选地，气缸壁的内壁面具有膨胀排气缓冲槽，膨胀排气缓冲槽与膨胀排气口连通。

进一步地，膨胀排气缓冲槽在气缸20的径向平面内呈弧形段，且膨胀排气缓冲槽的两端均由膨胀排气口处向第一膨胀进气口所在位置延伸。

可选地，膨胀排气缓冲槽在与活塞套33的转动方向同向上的延伸段的弧长小于相反方向的延伸段弧长。

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 (26)

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；

活塞套(33)，所述活塞套(33)可枢转地设置在所述气缸(20)内；

活塞套轴(34)，所述活塞套轴(34)穿过所述上法兰(50)与所述活塞套(33)固定连接；

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(31)，且所述变容积腔(31)位于所述活塞(32)的滑动方向上；

转轴(10)，所述转轴(10)的轴心与所述气缸(20)的轴心偏心设置且偏心距离固定，所述转轴(10)依次穿过所述下法兰(60)和所述气缸(20)与所述活塞(32)滑动配合，在所述活塞套轴(34)的驱动作用下，所述活塞套(33)随所述活塞套轴(34)同步转动，以驱动所述活塞(32)在所述活塞套(33)内滑动以改变所述变容积腔(31)的容积，同时所述转轴(10)在所述活塞(32)的驱动作用下转动。

2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述活塞(32)具有沿所述转轴(10)的轴向贯通设置的滑移孔(321)，所述转轴(10)穿过所述滑移孔(321)，所述转轴(10)在所述活塞(32)的驱动下随所述活塞套(33)和所述活塞(32)旋转，同时所述活塞(32)沿垂直于所述转轴(10)的轴线方向在所述活塞套(33)内往复滑动。

3.根据权利要求2所述的流体机械，其特征在于，所述滑移孔(321)为长孔或腰形孔。

4.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述活塞(32)具有沿所述活塞(32)的中垂面对称设置的一对弧形表面，所述弧形表面与所述气缸(20)的内表面适应性配合，且所述弧形表面的弧面曲率半径的二倍等于所述气缸(20)的内径。

5.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述活塞(32)呈柱形。

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)中具有沿所述活塞套(33)的径向贯通设置的导向孔(311)，所述活塞(32)滑动设置在所述导向孔(311)内以往复直线运动。

7.根据权利要求6所述的流体机械，其特征在于，所述导向孔(311)在所述下法兰(60)处的正投影具有一对相平行的直线段，所述一对相平行的直线段为所述活塞套(33)的一对相平行的内壁面投影形成，所述活塞(32)具有与所述导向孔(311)的所述一对相平行的内壁面形状相适配且滑移配合的外型面。

8.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)的朝向所述下法兰(60)一侧的第一止推面(332)与所述下法兰(60)的表面接触。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述转轴(10)具有与所述活塞(32)滑动配合的滑移段(11)，所述滑移段(11)位于所述转轴(10)的远离所述下法兰(60)的一端，且所述滑移段(11)具有滑移配合面(111)。

10.根据权利要求9所述的流体机械，其特征在于，所述滑移配合面(111)对称设置在所述滑移段(11)的两侧。

11.根据权利要求9所述的流体机械，其特征在于，所述滑移配合面(111)与所述转轴(10)的轴向平面相平行，所述滑移配合面(111)与所述活塞(32)的所述滑移孔(321)的内壁面在垂直于所述转轴(10)的轴线方向上滑动配合。

12.根据权利要求9所述的流体机械，其特征在于，所述活塞套轴(34)具有沿所述活塞套轴(34)的轴向贯通设置的第一润滑油道(341)，所述转轴(10)具有与所述第一润滑油道(341)连通的第二润滑油道(13)，所述第二润滑油道(13)的至少一部分为所述转轴(10)的内部油道，在所述滑移配合面(111)处的所述第二润滑油道(13)为外部油道，所述转轴(10)具有通油孔(14)，所述内部油道通过所述通油孔(14)与所述外部油道连通。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述上法兰(50)和所述气缸(20)同轴心设置，且所述下法兰(60)的轴心与所述气缸(20)的轴心偏心设置。

14.根据权利要求13所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械还包括支撑板(61)，所述支撑板(61)设置在所述下法兰(60)的远离所述气缸(20)一侧的端面上，且所述支撑板(61)与所述下法兰(60)同轴心设置并用于支撑所述转轴(10)，所述支撑板(61)具有用于支撑所述转轴(10)的第二止推面(611)。

15.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述气缸(20)的气缸壁具有压缩进气口(21)和压缩排气口(22)，

当所述活塞套(33)处于进气位置时，所述压缩进气口(21)与所述变容积腔(31)导通；

当所述活塞套(33)处于排气位置时，所述变容积腔(31)与所述压缩排气口(22)导通。

16.根据权利要求15所述的流体机械，其特征在于，所述气缸壁的内壁面具有压缩进气缓冲槽(23)，所述压缩进气缓冲槽(23)与所述压缩进气口(21)连通。

17.根据权利要求16所述的流体机械，其特征在于，所述压缩进气缓冲槽(23)在所述气缸(20)的径向平面内呈弧形段，且所述压缩进气缓冲槽(23)的两端均由所述压缩进气口(21)处向所述压缩排气口(22)所在位置延伸。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械是压缩机。

19.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述气缸(20)的气缸壁具有膨胀排气口和第一膨胀进气口，

当所述活塞套(33)处于进气位置时，所述膨胀排气口与所述变容积腔(31)导通；

当所述活塞套(33)处于排气位置时，所述变容积腔(31)与所述第一膨胀进气口导通。

20.根据权利要求19所述的流体机械，其特征在于，所述气缸壁的内壁面具有膨胀排气缓冲槽，所述膨胀排气缓冲槽与所述膨胀排气口连通。

21.根据权利要求20所述的流体机械，其特征在于，所述膨胀排气缓冲槽在所述气缸(20)的径向平面内呈弧形段，且所述膨胀排气缓冲槽的两端均由所述膨胀排气口处向所述第一膨胀进气口所在位置延伸。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械是膨胀机。

23.根据权利要求6所述的流体机械，其特征在于，所述导向孔(311)为至少两个，两个所述导向孔(311)沿所述转轴(10)的轴向间隔设置，所述活塞(32)为至少两个，每个所述导向孔(311)内对应设置有一个所述活塞(32)。

24.一种换热设备，包括流体机械，其特征在于，所述流体机械是权利要求1至23中任一项所述的流体机械。

25.一种流体机械的运行方法，其特征在于，包括：

转轴(10)绕所述转轴(10)的轴心O₁转动；

气缸(20)绕所述气缸(20)的轴心O₂转动，且所述转轴(10)的轴心与所述气缸(20)的轴心偏心设置且偏心距离固定；

活塞(32)在所述转轴(10)的驱动下随所述转轴(10)旋转并同时沿垂直于所述转轴(10)的轴线方向在活塞套(33)内往复滑动。

26.根据权利要求25所述的运行方法，其特征在于，所述运行方法采用十字滑块机构原理，其中，所述活塞(32)作为滑块，所述转轴(10)的滑移配合面(111)作为第一连杆l₁、所述活塞套(33)的导向孔(311)作为第二连杆l₂。