CN107061278A - 旋转压缩机及其滑片、滑片槽和压缩组件 - Google Patents

旋转压缩机及其滑片、滑片槽和压缩组件 Download PDF

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Abstract

本申请涉及旋转压缩机，公开了一种旋转压缩机及其滑片、滑片槽和压缩组件，该滑片包括具有尾部和头部的滑片本体，该滑片本体的横截面廓形包括：尾段，该尾段位于所述尾部；圆滑段，该圆滑段位于所述头部；以及第一侧段和第二侧段，其中：所述第一侧段与所述第二侧段之间在所述尾段的延伸方向上的间距从所述尾部向所述头部变小。通过上述技术方案，由于对滑片和滑片槽吸气侧的夹角的控制，能够改善滑片和滑片槽的接触应力，降低磨损。同时，随着接触应力的减小，也能够改善滑片的润滑状态。

Description

旋转压缩机及其滑片、滑片槽和压缩组件
技术领域
本申请涉及压缩机领域，具体涉及(滚动转子式)旋转压缩机及其滑片、滑片槽和压缩组件。
背景技术
如图1所示，旋转压缩机作为回转式压缩机的一种而广泛应用于空调制冷领域，通常利用偏心设置的圆筒形转子在气缸内的转动来改变气缸内的工作容积，进而实现吸气、压缩和排气的工作过程。
在(滚动转子式)旋转压缩机中，滑片可滑动地设置在滑片槽内，从而将气缸内分隔为吸气腔和排气腔。因此，在滑片两侧的不同受力状态的影响下，滑片相对于滑片槽会产生一定的倾斜，从而在压缩机的工作过程中滑片和滑片槽之间会产生较大的接触应力，进而导致严重的磨损和摩擦损失。
有鉴于此，对于旋转压缩机来说，如何控制滑片和滑片槽之间的接触应力，成为本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是为了克服传统的旋转压缩机中存在的严重接触应力的问题，而提供一种有效的解决方案。
本申请的发明人致力于研究旋转压缩机，尤其是滑片和滑片槽之间的配合状态对于旋转压缩机工作性能的影响。本申请的发明人发现：滑片和滑片槽之间之所以产生严重的接触应力，是基于如下的原理机制。
在传统的旋转压缩机中，如图1所示，为了方便加工制造，滑片10通常设计为具有均匀一致的厚度，并且对应的滑片槽30也设计为具有均匀一 致的宽度，但由于滑片需要在滑片槽内往复滑动，因此滑片槽与滑片之间为间隙配合，并利用该间隙d对滑片进行润滑。
由于滑片10将气缸40内的空腔划分为与吸气孔41相通的吸气腔401和与排气孔42相通的排气腔402。因此滑片槽30的两侧(吸气侧301和排气侧302)对于滑片的作用力将致使滑片10产生偏斜(在图1所示的方位中顺时针偏斜)，具体来说，滑片的头部101将向右偏斜，而尾部102将向左偏斜。如图2所示。
在图2中，滑片10与吸气侧301之间的夹角为θs，与排气侧302之间的夹角为θd，显然上述夹角的存在是滑片和滑片槽产生严重接触应力的主要原因。同时，对于高背压旋转压缩来说，由于气缸外周面的压力大于吸气腔和压缩腔的压力，将致使气缸向内变形，从而使滑片槽的开口收缩(如图2所示)，因此，在确保滑片不会出现卡死的间隙Cm保持不变的情况下，夹角θd保持不变，但夹角θs将显著变大(虚线表示为变形之前的位置)，从而进一步加剧滑片和滑片槽之间的接触应力。
基于上述原理机制的分析和研究，本申请提出了如下技术方案。
本申请提供了一种旋转压缩机的滑片，该滑片包括具有尾部和头部的滑片本体，该滑片本体的横截面廓形包括：尾段，该尾段位于所述尾部；圆滑段，该圆滑段位于所述头部；以及第一侧段和第二侧段，该第一侧段的至少一部分和第二侧段的至少一部分为平直的且分别在两侧连接所述尾段和圆滑段，其中：所述第一侧段与所述第二侧段之间在所述尾段的延伸方向上的间距从所述尾部向所述头部变小。
优选地，所述第一侧段和第二侧段均为平直的；和/或所述第一侧段与所述第二侧段之间在所述尾段的延伸方向上的间距从所述尾部向所述头部逐渐变小。
优选地，所述滑片本体的横截面廓形为轴对称形状。
本申请还提供了旋转压缩机的滑片槽，所述旋转压缩机包括具有圆形截面的空腔，所述滑片槽沿径向方向开设于所述空腔的周壁，所述滑片槽的宽度为非等距的，并且所述滑片槽的宽度沿径向向外的方向变小。
优选地，所述滑片槽的两个侧面彼此对称；和/或所述滑片槽的宽度沿径向向外的方向逐渐变小。
本申请还提供了旋转压缩机的压缩组件，该压缩组件包括气缸，该气缸包括圆形截面的空腔，所述空腔的周壁上沿径向方向开设有滑片槽，该滑片槽内可滑动地安装有滑片，在所述滑片的第一侧面紧贴所述滑片槽的第一侧面的情况下，所述滑片的第二侧面倾斜于所述滑片槽的第二侧面，并且所述滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距朝向所述空腔变大。
优选地，所述滑片为本申请所提供的上述滑片；和/或所述滑片槽为本申请所提供的上述滑片槽；和/或所述滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距朝向所述空腔逐渐变大。
优选地，在所述滑片伸入所述空腔的长度为零时，所述滑片的第二侧面和所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距的最大值与最小值之差在大于等于3μm且小于等于15μm的范围内，优选为5μm至10μm。
优选地，气缸的外周面所受的压力大于所述空腔内吸气腔的压力。
此外，本申请还提供了旋转压缩机，该旋转压缩机包括本申请所提供的上述压缩组件，该压缩组件的气缸为单个或多个。
通过上述技术方案，由于对滑片和滑片槽吸气侧(以及排气侧)的夹角的控制，能够改善滑片和滑片槽的接触应力，降低磨损。同时，随着接触应力的减小，也能够改善滑片的润滑状态。
附图说明
图1是传统的旋转压缩机的结构示意图；
图2是图1中滑片和滑片槽之间配合关系的放大示意图；
图3A、图3B和图4分别为本申请所提供的滑片的横截面廓形的示意图；
图5和图6为本申请的(气缸中)滑片与滑片槽配合关系的示意图；
图7A和图7B为本申请所提供的滑片槽的不同横截面廓形示意图；
图8为本申请的气缸中滑片与滑片槽配合关系的示意图；
图9为润滑理论中的斯特里贝克(Stribeck)曲线；
图10为摩擦损失曲线。
具体实施方式
在本申请的技术方案中，依然遵循传统压缩机的基础性的工作原理，但针对滑片和滑片槽及其配合关系进行了突出的改进，以对二者之间的接触应力进行有效地控制，从而实现本申请的发明目的。
因此，在本申请中，对于传统的旋转压缩机的基础性结构部件，如包括圆形截面的空腔20的气缸、可转动地设置在该空腔20内的偏心转子21，滑片与偏心转子21的外周面的配合关系等，不做非常详细地描述。这些内容可以参考传统的旋转压缩机的相关技术内容。在本申请中，将着重描述滑片、滑片槽及其配合关系，以及改进的技术方案对于接触应力的改善。
以下将参考附图对本申请的技术方案进行详细地解释和描述。
如图3A、图3B和图4所示，本申请提供了旋转压缩机的滑片10，该滑片10包括具有尾部101和头部102的滑片本体，该滑片本体的横截面廓形包括：尾段103，该尾段位于所述尾部101；圆滑段104，该圆滑段104位于所述头部102；以及第一侧段105和第二侧段106，该第一侧段105的至少一部分和第二侧段106的至少一部分为平直的且分别在两侧连接所述尾段103和圆滑段104，其中：所述第一侧段105与所述第二侧段106之间在所述尾段103的延伸方向上的间距从所述尾部101向所述头部102变小。
滑片10的尾部101通常可滑动地设置于滑片槽内，并连接有偏置部件(如弹性件)，以实现滑片的往复滑动。滑片10的头部则由偏心转子(活塞)的外周面支撑，以随着偏心转子的转动来进行往复滑动。
从横截面上来看(即图中的纸面上)滑片10的尾部101具有尾段103，头部102具有圆滑段104，而在两侧分别形成有第一侧段105和第二侧段106，从而各个线段首尾连接，形成滑片10的分别的横截面廓形。
在传统的滑片中，由于滑片的厚度为均匀一致的，因此第一侧段和第二侧段为相互平行的。然而，在本申请改进的技术方案中，第一侧段105和第二侧段106相互不平行，而是二者在尾段103延伸方向上的间距为变化的。具体为第一侧段105和第二侧段106从所述尾部101向所述头部102接近，从而所述第一侧段105与所述第二侧段106之间在所述尾段103的延伸方向上的间距从所述尾部101向所述头部102变小。也就是说，从反方向上来看，从所述头部102向所述尾部101变大。尾段103通常为平直延伸的，如附图所示，但本申请并不限于此。尾段103也可以不是平直的，而是具有圆滑或者曲折延伸的形式。但不管何种形式，尾段103的延伸方向即为从滑片的一侧向另一侧延伸的方向。
对于上述技术特征：所述第一侧段105与所述第二侧段106之间在所述尾段103的延伸方向上的间距从所述尾部101向所述头部102变小，该间距从所述尾部101向所述头部102的变小可以为逐渐变小(如图3A所示)，或者可以为中间有“突变”地变小(如图3B所示的凹部)。在总的趋势是从所述尾部101向头部102变小的前提下，都在本申请的保护范围之内。优选地，所述第一侧段105与所述第二侧段106之间在所述尾段103的延伸方向上的间距从所述尾部101向所述头部102逐渐变小。
在本申请的技术方案中，由于尾部101的厚度更大，因此能够补偿滑片与滑片槽吸气侧301之间的夹角θs，防止该夹角过大，从而实现对滑片和滑片槽接触应力的控制。这一点将在下文中详细解释。
在达到本申请目的的前提下，第二侧段105和第二侧段106可以设计为至少一部分为平直的，可以由多个线段连接而成。但优选情况下，第二侧段105和第二侧段106均为平直的，也就是说，滑片10的两侧面均为平面。
第二侧段105和第二侧段106可以具有设计有多种形式。
例如，在优选情况下，为了便于加工制造，所述滑片本体的横截面廓形为轴对称形状，如图3A所示。在该优选实施方式中，第一侧段105、第二侧段106和尾段103之间的几何位置关系可以有多种选择。例如，所述第一侧段105与所述尾段103之间的夹角α以及所述第二侧段106与所述尾段103之间的夹角β可以有不同的设计选择，以适应于不同的工况，进而适应于不同类型且适用于不同工作场合的旋转压缩机。
优选地，如图4所示，所述第二侧段106与所述尾段103之间的夹角β为90度。在该优选实施方式中，当进行加工制造时，可以滑片的一个侧面保持传统的的加工设计，而仅对滑片的另一个侧面进行“特别”加工(所谓特别是指该侧面与尾部平面之间形成有锐角，而不是垂直关系)
如图5和图6所示，按照本申请所提供的滑片与滑片槽配合时，由于滑片尾部101的厚度相对较厚，而头部102的厚度相对较薄，因此当工作过程中由于两侧受力状态的差异而发生偏斜时，如图6所示，与表示传统滑片的虚线相比，朝向尾部102更厚的厚度将能够减小滑片与滑片槽吸气侧之间的夹角θs，从而控制滑片和滑片槽之间的接触应力，即便是滑片槽发生变形的情况下，也能实现本申请的发明目的。
在本申请的优选技术方案中，所述第一侧段105与所述第二侧段106之间在所述尾段103的延伸方向上的间距的尺寸变化对应地调整和/或控制滑 片与滑片槽之间的接触应力。在滑片的几何参数确定的情况下(例如头部和尾部之间的距离)，选择不同的角度组合，将产生不同的间距变化。
本申请还提供了旋转压缩机的滑片槽30，所述旋转压缩机包括具有圆形截面的空腔20，所述滑片槽30沿径向方向开设于所述空腔20的周壁，其中，所述滑片槽30的宽度为非等距的，并且所述滑片槽30的宽度沿径向向外的方向变小。
如上所述，由于滑片槽的变形，会进一步导致滑片和滑片槽之间产生较高的接触应力。与传统的等宽度滑片槽不同的是，在本申请中，为了控制该接触应力，将滑片槽设计为非等宽度，而是滑片槽30的宽度W沿径向向外的方向变小。该宽度定义为滑片槽在图7A中水平方向的距离。如图7A所示，滑片槽的最大宽度W(MAX)在朝向偏心转子的开口处，而最小宽度W(MIN)在最深处(与滑片槽的尾部相邻的位置)。
这样，当由于受力而发生变形时，本申请方案中的滑片槽能够补偿该滑片槽的受力变形，从而减小传统滑片槽中(图2)，滑片10与吸气侧301之间的夹角为θs，进而控制滑片和滑片槽之间的接触应力，实现本申请的发明目的。
在本申请的技术方案下，滑片槽的两个侧面优选为平面，也可以分别设计为不同平面的拼接结构。优选地，如图7A所示，所述滑片槽30的两个侧面彼此对称(在图7A中左右对称)，以实现方便的加工制造。但本申请也不限于此，例如，在图7A的基础上滑片槽的一个侧面可以为竖直延伸，而另一侧面为倾斜延伸。
与上述图3B中滑片的结构类似，对于上述技术特征：所述滑片槽30的宽度沿径向向外的方向变小，该宽度沿径向向外的方向可以为逐渐变小(如图7A所示)，或者可以为中间有“突变”地变小(如图7B所示的凹部)。在总的趋势是沿径向向外的方向变小的前提下，都在本申请的保护范围之 内。优选地，所述滑片槽30的宽度沿径向向外的方向逐渐变小。
另外，本申请还提供了旋转压缩机的压缩组件，该压缩组件包括气缸40，该气缸包括圆形截面的空腔20和可转动地设置在该空腔20内的偏心转子21，该偏心转子21的外周面支撑可滑动地安装于滑片槽的滑片，所述滑片槽沿径向方向开设于所述空腔20的周壁，其中，在所述滑片的第一侧面(图中的左侧面)紧贴所述滑片槽的第一侧面(图中的左侧面，吸气侧301)的情况下，所述滑片的第二侧面(图中的右侧面)倾斜于所述滑片槽的第二侧面(图中的右侧面，排气侧302)，并且所述滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距朝向所述空腔20(逐渐或有“突变”的)变大。
在本申请的方案中，滑片10和滑片槽30的配合具有如图8所示的相对关系。在滑片10的左侧面与滑片槽的左侧面相互贴合的情况下，不同于图1所示的传统的配合关系，滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间的间距朝向空腔越来越大，例如临近滑片尾部的间距Cr较小，而临近滑片头部的间距Ct较大，从而防止在运行过程中滑片与滑片槽吸气侧之间的夹角过大，实现本申请的发明目的。
本申请气缸中滑片和滑片槽的配合关系可以通过设计滑片的结构和/或滑片槽的结构来实现。例如，所述滑片可以为本申请所提供的上述滑片；和/或所述滑片槽可以为本申请所提供的上述滑片槽。优选地，所述滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距朝向所述空腔20逐渐变大。
根据本申请的技术方案，如上所述由于对滑片和滑片槽吸气侧(以及排气侧)的夹角的控制，能够改善滑片和滑片槽的接触应力，降低磨损。同时，随着接触应力的减小，也能够改善滑片的润滑状态。如图9所示为润滑理论中的Stribeck曲线，横轴为索莫菲数，定义为润滑由粘度η*相对滑动速度v /接触应力p；纵轴为摩擦系数μ。由于通过本申请的技术方案有效改善滑片与滑片槽的接触应力，使接触应力p有效值减小，索莫菲数将增大，滑片与滑片槽之间的摩擦系数将减小，摩擦损失降低。
为了控制滑片和滑片槽之间的接触应力，尤其是控制滑片与滑片槽吸气侧的夹角θs，在优选实施方式中，(在所述滑片在活塞或偏心转子的作用下)当杀手滑片伸入空腔20(即进入气缸中心孔)的长度为0时，所述滑片的第二侧面与所述滑片槽第二侧面之间的间距(在横截面上的开口宽度)的最大值与最小值之差△在大于等于3μm且小于等于15μm的范围内。以下结合图10进行说明。
如图10为摩擦损失-△曲线，随着所述差值△的增大，本申请方案一方面抵消气缸滑片槽变形的影响，一方面可以部分消除滑片倾斜的影响，从而使滑片槽吸气侧接触应力及摩擦损失显著减小，当△大于3μm后，减小速度减缓，如吸气侧摩擦损失曲线。另一方面，随着差值△的增大，在保持滑片槽实际最小宽度间隙Cm不变时(滑片伸出长度最大时刻)，当滑片未伸出至最大长度位置，滑片与滑片槽排气侧夹角将增大，虽然该处相对滑片槽吸气侧接触应力较小，但仍将造成滑片槽排气侧接触应力及摩擦损失恶化。当△大于15μm后，恶化显著，如排气侧摩擦损失曲线。综合曲线为滑片槽吸气侧及排气侧摩擦损失之和，可见△在大于等于3μm且小于等于15μm的范围内效果较好。优选为5μm至10μm，效果将进一步提升。
实验数据表明，由于滑片槽吸气侧与滑片的夹角减小，使油膜更加均匀，有利于减小该处由滑片尾部高压向气缸内部的泄漏，从而使压缩机冷量也有提升，从而进一步提升压缩机性能。
如上所述，本申请的技术方案适用于高背压旋转压缩机的情形中，在该情形中，所述气缸的外周面所受的压力大于所述空腔内吸气腔的压力。但本申请并不限于此，也适用于低背压的旋转压缩机中，只是在低背压旋转压缩 机的情形中，滑片槽的变形程度没有那么严重而已，但依然能够实现本申请的发明目的和技术效果。
此外，本申请还通过了旋转压缩机，该旋转压缩机包括本申请所提供的上述气缸，该气缸可以为单个或多个。
以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于此。在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本申请所公开的内容，均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.旋转压缩机的滑片(10)，该滑片(10)包括具有尾部(101)和头部(102)的滑片本体，该滑片本体的横截面廓形包括：
尾段(103)，该尾段位于所述尾部(101)；
圆滑段(104)，该圆滑段(104)位于所述头部(102)；以及
第一侧段(105)和第二侧段(106)，该第一侧段(105)的至少一部分和第二侧段(106)的至少一部分为平直的且分别在两侧连接所述尾段(103)和圆滑段(104)，其特征在于：
所述第一侧段(105)与所述第二侧段(106)之间在所述尾段(103)的延伸方向上的间距从所述尾部(101)向所述头部(102)变小。
2.根据权利要求1所述的旋转压缩机的滑片(10)，其特征在于，
所述第一侧段(105)和第二侧段(106)均为平直的；和/或
所述第一侧段(105)与所述第二侧段(106)之间在所述尾段(103)的延伸方向上的间距从所述尾部(101)向所述头部(102)逐渐变小。
3.根据权利要求2所述的旋转压缩机的滑片(10)，其特征在于，所述滑片本体的横截面廓形为轴对称形状。
4.旋转压缩机的滑片槽(30)，所述旋转压缩机包括具有圆形截面的空腔(20)，所述滑片槽(30)沿径向方向开设于所述空腔(20)的周壁，其特征在于，所述滑片槽(30)的宽度为非等距的，并且所述滑片槽(30)的宽度沿径向向外的方向变小。
5.根据权利要求4所述的旋转压缩机的滑片槽(30)，其特征在于，
所述滑片槽(30)的两个侧面彼此对称；和/或
所述滑片槽(30)的宽度沿径向向外的方向逐渐变小。
6.旋转压缩机的压缩组件，该压缩组件包括气缸(40)，该气缸包括圆形截面的空腔(20)，所述空腔(20)的周壁上沿径向方向开设有滑片槽，该滑片槽内可滑动地安装有滑片，其特征在于，在所述滑片的第一侧面紧贴所述滑片槽的第一侧面的情况下，所述滑片的第二侧面倾斜于所述滑片槽的第二侧面，并且所述滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距朝向所述空腔(20)变大。
7.根据权利要求6所述的旋转压缩机的压缩组件，其特征在于，
所述滑片为权利要求1-3中任意一项所述的滑片(10)；和/或
所述滑片槽为权利要求4或5所述的滑片槽(30)；和/或
所述滑片的第二侧面与所述滑片槽的第二侧面之间在横截面上的间距朝向所述空腔(20)逐渐变大。
8.根据权利要求6或7所述的旋转压缩机的压缩组件，其特征在于，在所述滑片伸入所述空腔(20)的长度为零时，所述滑片的第二侧面和所述滑片槽(30)的第二侧面之间在横截面上的间距的最大值与最小值之差在大于等于3μm且小于等于15μm的范围内，优选为5μm至10μm。
9.根据权利要求6所述的旋转压缩机的压缩组件，其特征在于，所述气缸的外周面所受的压力大于所述空腔(20)内吸气腔的压力。
10.旋转压缩机，该旋转压缩机包括根据权利要求6-9中任意一项所述的压缩组件，该压缩组件的气缸为单个或多个。
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