CN106704183B - 流体机械、换热设备和流体机械的运行方法 - Google Patents
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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；转轴，转轴的轴心与气缸的轴心偏心设置且偏心距离固定，转轴依次穿过上法兰和气缸；活塞组件，活塞组件具有变容积腔，活塞组件可枢转地设置在气缸内，且转轴与活塞组件驱动连接以改变变容积腔的容积。由于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，因而使得活塞组件在气缸内运动时，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。
Description
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；转轴，转轴的轴心与气缸的轴心偏心设置且偏心距离固定，转轴依次穿过上法兰和气缸；活塞组件，活塞组件具有变容积腔，活塞组件可枢转地设置在气缸内，且转轴与活塞组件驱动连接以改变变容积腔的容积。
进一步地，活塞组件包括：活塞套，活塞套可枢转地设置在气缸内；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。
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，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，滑移孔为长孔或腰形孔。
进一步地，活塞具有与转轴滑移配合的滑移槽。
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，活塞套具有朝向下法兰一侧伸出的连接轴，连接轴嵌设在下法兰的连接孔内。
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，活塞套具有用于支撑转轴的第二止推面，转轴的朝向下法兰一侧的端面支撑在第二止推面处。
进一步地，转轴包括：轴体；连接头，连接头设置在轴体的第一端并与活塞组件连接。
进一步地，连接头在垂直于轴体的轴线的平面内呈四边形。
进一步地，连接头具有两个对称设置的滑移配合面。
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，转轴具有润滑油道，润滑油道包括设置在转轴内部的内部油道和设置在转轴外部的外部油道以及连通内部油道和外部油道的通油孔。
进一步地，滑移配合面处具有沿着转轴的轴向延伸的外部油道。
进一步地，上法兰与转轴同轴心设置，且上法兰的轴心与气缸的轴心偏心设置。
进一步地，下法兰与气缸同轴心设置。
进一步地，气缸的气缸壁具有压缩进气口和压缩排气口，当活塞组件处于进气位置时，压缩进气口与变容积腔导通；当活塞组件处于排气位置时，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，且压缩进气缓冲槽由压缩进气口处向压缩排气口所在一侧延伸。
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，当活塞组件处于进气位置时，膨胀排气口与变容积腔导通；当活塞组件处于排气位置时，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，且膨胀排气缓冲槽由膨胀排气口处向第一膨胀进气口所在一侧延伸。
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；活塞组件的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组件的活塞套内往复滑动。
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，气缸夹设在上法兰与下法兰之间，转轴的轴心与气缸的轴心偏心设置且偏心距离固定，转轴依次穿过上法兰和气缸，活塞组件具有变容积腔，活塞组件可枢转地设置在气缸内，且转轴与活塞组件驱动连接以改变变容积腔的容积。由于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，因而使得活塞组件在气缸内运动时，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。
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3中部件的内部结构示意图；
图5示出了本发明中的气缸的结构示意图；
图6示出了本发明中的转轴的结构示意图；
图7示出了图6中的转轴的内部结构示意图；
图8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9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10示出了本发明中的活塞处于吸气完成时的工作状态示意图；
图11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12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13示出了本发明中的活塞处于将要排气完成时的工作状态示意图；
图14示出了本发明中的活塞套、活塞和转轴的连接关系示意图；
图15示出了本发明中的活塞套、活塞和转轴的运动关系示意图；
图16示出了本发明中的上法兰的结构示意图；
图17示出了本发明中的活塞套的剖视图；
图18示出了本发明中的活塞的结构示意图；
图19示出了图18中的活塞的另一个角度的结构示意图；
图20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；16、轴体；17、连接头；111、滑移配合面；13、润滑油道；14、通油孔；15、转轴的轴心；335、第二止推面；20、气缸；21、压缩进气口；22、压缩排气口；23、压缩进气缓冲槽；30、活塞组件；31、变容积腔；311、导向孔；32、活塞；321、滑移孔；322、活塞质心轨迹线；33、活塞套；331、连接轴；333、活塞套轴心；332、第一止推面；50、上法兰；60、下法兰；70、第一紧固件；80、第二紧固件；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19所示，流体机械包括上法兰50、下法兰60、气缸20、转轴10和活塞组件30，气缸20夹设在上法兰50与下法兰60之间，转轴10与气缸20偏心设置且偏心距离固定，转轴10依次穿过上法兰50和气缸20，活塞组件30具有变容积腔31，活塞组件30可枢转地设置在气缸20内，且转轴10与活塞组件30驱动连接以改变变容积腔31的容积。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。
由于将转轴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，因而使得活塞组件30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。
需要说明的是，上法兰50与转轴10同轴心设置，且上法兰50的轴心与气缸20的轴心偏心设置。
优选地，下法兰60与气缸20同轴心设置。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，从而使活塞组件30具有运动稳定性好的特点。
本发明中的转轴10与活塞组件30滑动连接，且变容积腔31的容积随转轴10的转动而变化。由于本发明中的转轴10与活塞组件30滑动连接，因而保证了活塞组件30的运动可靠性，有效避免活塞组件30运动卡死的问题，从而使变容积腔31的容积变化具有规律的特点。
如图2、图8至图19所示，活塞组件30包括活塞套33和活塞32，活塞套33可枢转地设置在气缸20内，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。
在该具体实施例中，活塞组件30与转轴10滑动配合，且随着转轴10的转动，活塞组件30相对于转轴10具有直线运动趋势，从而使转动变为局部的直线运动。由于活塞32与活塞套33滑动连接，因而在转轴10的驱动下，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。
需要说明的是，本发明中的转轴10无偏心结构，有利于减小流体机械的振动。
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(请参考图2、图8至图15、图20)。由于活塞组件30、气缸20和转轴10之间形成十字滑块机构，因而使活塞组件30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，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(请参考图8至图13、图18和图19)。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具有与转轴10滑移配合的滑移槽。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。优选地，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2所示，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。
在图2和图17所示的优选实施方式中，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，从而保证压缩机的吸气、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。
本发明中的活塞套33具有朝向下法兰60一侧伸出的连接轴331，连接轴331嵌设在下法兰60的连接孔内。由于活塞套33通过连接轴331与下法兰60同轴嵌设，因而保证了二者的连接可靠性，从而提高了活塞套33的运动稳定性。
在图17所示的优选实施方式中，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。
具体而言，本发明中的活塞套33包括同轴但是直径不同的两段圆柱体，上半部分外径等于气缸20的内径，导向孔311的轴心与气缸20的轴垂直并与活塞32配合，其中导向孔311的外形与活塞32的外形保持一致，在往复运动过程中，实现气体压缩，上半部分的下端面有同心连接轴331，为第一止推面，与下法兰60的端面配合，减小结构摩擦面积；下半部分为空心柱体，也就是短轴，短轴的轴线与下法兰60的轴线共轴，运动过程中，同轴转动。
如图17所示，活塞套33具有用于支撑转轴10的第二止推面335，转轴10的朝向下法兰60一侧的端面支撑在第二止推面335处。从而使转轴10支撑在活塞套33内。
本发明中的转轴10包括轴体16和连接头17，连接头17设置在轴体16的第一端并与活塞组件30连接。由于设置有连接头17，因而保证了连接头17与活塞组件30的活塞32的装配和运动可靠性。
优选地，轴体16具有一定的粗糙度，提高与电机组件92连接的牢固性。
如图6和图7所示，连接头17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6和图7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。
在一个未图示的优选实施方式中，连接头17在垂直于轴体16的轴线的平面内呈四边形。由于连接头17在垂直于轴体16的轴线的平面内呈四边形，因而与活塞32的滑移孔321配合时，能够起到防止转轴10与活塞32相对转动的问题，保证了二者相对运动的可靠性。
为了保证转轴10和活塞组件30的润滑可靠性，转轴10具有润滑油道13，润滑油道13贯通轴体16与连接头17。
优选地，润滑油道13的至少一部分为转轴10的内部油道。由于润滑油道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6所示，在连接头17处的润滑油道13为外部油道。当然，为了使润滑油能够顺利到达活塞32处，将连接头17处的润滑油道13设置为外部油道，可以使润滑油粘附在活塞32的滑移孔321的表面，保证了转轴10与活塞32的润滑可靠性。
本发明中的轴体16和/或连接头17上具有与润滑油道13连通的通油孔14(请参考图6和图7)。由于设置有通油孔14，因而通过通油孔14可以很方便地为内部油道注油，从而保证了转轴10与活塞组件30之间的润滑、运动可靠性。
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和活塞组件30。
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，连接轴331安装在下法兰60上，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，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，降低吸气噪音，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8至图13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，当活塞组件30处于进气位置时，压缩进气口21与变容积腔31导通；当活塞组件30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8至图13)。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由压缩进气口21处向压缩排气口22所在一侧延伸，且压缩进气缓冲槽23的延伸方向与活塞组件30的转动方向相反。
下面对压缩机的运行进行具体介绍：
如图20所示，本发明中的压缩机采用十字滑块机构原理设置。其中，活塞32充当十字滑块机构中的滑块，而活塞32与转轴10的滑移配合面111、活塞32与活塞套33的导向孔311分别充当十字滑块机构中的两根连杆l1、l2，这样就构成了十字滑块原理的主体结构。且转轴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，且活塞组件30整体随着转轴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)。
如图20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；活塞组件30的活塞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的轴线方向在活塞组件30的活塞套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20)。
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。
需要说明的是，由于转轴10由上法兰50和活塞套33支撑，因而组成悬臂支撑结构。
如图14和图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322呈圆形。
具体而言，电机组件92带动转轴10转动，转轴10的滑移配合面111驱动活塞32运动，活塞32带动活塞套33转动。在整个运动部件中，活塞套33仅作圆周运动，而活塞32一方面相对于转轴10往复运动，同时又相对于活塞套33的导向孔311往复运动，而两个往复运动相互垂直且同时进行，从而使两个方向的往复运动构成十字滑块机构运动方式。这种类十字滑块机构的复合运动使活塞32相对于活塞套33作往复运动，该往复运动使活塞套33、气缸20与活塞32形成的腔体周期性的变大、缩小。而活塞32相对于气缸20作圆周运动，该圆周运动使活塞套33、气缸20与活塞32形成的变容积腔31周期性地与压缩进气口21、排气口连通。在以上两个相对运动的共同作用下，使压缩机可以完成吸气、压缩、排气的过程。
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。
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，当活塞组件30处于进气位置时，膨胀排气口与变容积腔31导通；当活塞组件30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，高压气体推动活塞组件30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，且膨胀排气缓冲槽由膨胀排气口处向第一膨胀进气口所在一侧延伸，且膨胀排气缓冲槽的延伸方向与活塞组件30的转动方向相反。
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 (30)
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)，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)依次穿过所述上法兰(50)和所述气缸(20)；
活塞组件(30)，所述活塞组件(30)具有变容积腔(31)，所述活塞组件(30)可枢转地设置在所述气缸(20)内，且所述转轴(10)与所述活塞组件(30)驱动连接以改变所述变容积腔(31)的容积，所述活塞组件(30)包括：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(32)，所述活塞(32)滑动设置在所述活塞套(33)内以形成所述变容积腔(31)，且所述变容积腔(31)位于所述活塞(32)的滑动方向上，所述活塞套(33)具有朝向所述下法兰(60)一侧伸出的连接轴(331)，所述连接轴(331)嵌设在所述下法兰(60)的连接孔内，所述活塞(32)呈柱形。
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。
4.根据权利要求3所述的流体机械，其特征在于，所述滑移孔(321)为腰形孔。
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)具有与所述转轴(10)滑移配合的滑移槽。
6.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。
7.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。
8.根据权利要求7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。
9.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。
10.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)具有用于支撑所述转轴(10)的第二止推面(335)，所述转轴(10)的朝向所述下法兰(60)一侧的端面支撑在所述第二止推面(335)处。
11.根据权利要求2所述的流体机械，其特征在于，所述转轴(10)包括：
轴体(16)；
连接头(17)，所述连接头(17)设置在所述轴体(16)的第一端并与所述活塞组件(30)连接。
12.根据权利要求11所述的流体机械，其特征在于，所述连接头(17)在垂直于所述轴体(16)的轴线的平面内呈四边形。
13.根据权利要求11所述的流体机械，其特征在于，所述连接头(17)具有两个对称设置的滑移配合面(111)。
14.根据权利要求13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。
15.根据权利要求13所述的流体机械，其特征在于，所述转轴(10)具有润滑油道(13)，所述润滑油道(13)包括设置在所述转轴(10)内部的内部油道和设置在所述转轴(10)外部的外部油道以及连通所述内部油道和所述外部油道的通油孔(14)。
16.根据权利要求15所述的流体机械，其特征在于，所述滑移配合面(111)处具有沿着所述转轴(10)的轴向延伸的所述外部油道。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述上法兰(50)与所述转轴(10)同轴心设置，且所述上法兰(50)的轴心与所述气缸(20)的轴心偏心设置。
18.根据权利要求17所述的流体机械，其特征在于，所述下法兰(60)与所述气缸(20)同轴心设置。
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)的气缸壁具有压缩进气口(21)和压缩排气口(22)，
当所述活塞组件(30)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；
当所述活塞组件(30)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。
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。
21.根据权利要求20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)由所述压缩进气口(21)处向所述压缩排气口(22)所在一侧延伸。
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，所述流体机械是压缩机。
23.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，
当所述活塞组件(30)处于进气位置时，所述膨胀排气口与所述变容积腔(31)导通；
当所述活塞组件(30)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。
24.根据权利要求23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。
25.根据权利要求24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由所述膨胀排气口处向所述第一膨胀进气口所在一侧延伸。
26.根据权利要求23至25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。
27.根据权利要求7所述的流体机械，其特征在于，所述导向孔(311)为至少两个，至少两个所述导向孔(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)。
28.一种换热设备，包括流体机械，其特征在于，所述流体机械是权利要求1至27中任一项所述的流体机械。
29.一种流体机械的运行方法，其特征在于，所述流体机械是权利要求1至27中任一项所述的流体机械，所述运行方法包括：
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；
活塞组件(30)的活塞(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)的轴线方向在所述活塞组件(30)的活塞套(33)内往复滑动。
30.根据权利要求29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。
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