CN107559194A - 泵体组件、流体机械及换热设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泵体组件、流体机械及换热设备。其中，泵体组件，包括：上法兰；下法兰；气缸套，气缸套夹持在上法兰和下法兰之间，且气缸套与上法兰和/或下法兰偏心设置，且偏心距离e固定；活塞，活塞可转动地设置在气缸套内，活塞具有轴向设置的滑移孔；气缸，气缸可转动地设置在气缸套内并位于气缸套与活塞之间，且气缸与气缸套滚动接触，气缸与活塞滑动接触；转轴，转轴的至少一部分穿设在滑移孔内，转轴与气缸套偏心设置且偏心距离e固定。本发明有效地解决了现有技术中泵体组件的摩擦功耗大、部件易磨损的问题。

Description

泵体组件、流体机械及换热设备

技术领域

本发明涉及泵体技术领域，具体而言，涉及一种泵体组件、流体机械及换热设备。

背景技术

目前，流体机械特别是制冷压缩机主要有活塞压缩机、转子式压缩机、涡旋压缩机等，适用于不同冷量场合。

现有技术中已经有一种新型的转缸活塞压缩机，其是将活塞压缩机主要结构和转子式压缩机主要结构相结合，为压缩机和制冷行业开辟了新的天地。

但这种新型的转缸活塞压缩机的摩擦功耗比量产转子式压缩机大。同时，还存在气缸和气缸套异常磨损问题。

也就是说，上述结构的泵体组件的摩擦功耗大、部件易磨损。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种泵体组件、流体机械及换热设备，以解决现有技术中泵体组件的摩擦功耗大、部件易磨损的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种泵体组件，包括：上法兰；下法兰；气缸套，气缸套夹持在上法兰和下法兰之间，且气缸套与上法兰和/或下法兰偏心设置，且偏心距离e固定；活塞，活塞可转动地设置在气缸套内，活塞具有轴向设置的滑移孔；气缸，气缸可转动地设置在气缸套内并位于气缸套与活塞之间，且气缸与气缸套滚动接触，气缸与活塞滑动接触；转轴，转轴的至少一部分穿设在滑移孔内，转轴与气缸套偏心设置且偏心距离e固定。

进一步地，气缸包括滚动体，气缸在气缸套内转动时，滚动体与气缸套的内壁面滚动接触。

进一步地，滚动体为多个，气缸还包括两个对称设置的滑块结构，各滑块结构上分别设置有至少一个滚动体，两个滑块结构形成滑移通道，活塞可滑动地设置在滑移通道内。

进一步地，各滑块结构的上下两端均设置有滚动体。

进一步地，气缸还包括连接杆，滑块结构具有平行于转轴设置的安装孔，连接杆的两端由安装孔内向外伸出后分别连接有滚动体。

进一步地，滑块结构朝向气缸套一侧的配合面为弧面，滑块结构朝向活塞一侧的配合面为平面，且滑块结构朝向气缸套一侧的配合面上设置有安装缺口，安装缺口与安装孔连通，滚动体设置在安装缺口处以与气缸套的内壁面滚动接触。

进一步地，安装孔的孔截面为多边形、椭圆形或D形中的一种，连接杆的横截面与安装孔的孔截面形状相适配。

进一步地，各滑块结构上设置有多个彼此独立的安装孔，连接杆为多个，各安装孔内对应设置有一个连接杆。

进一步地，各滑块结构上设置有多个安装孔，相邻两个安装孔彼此连通，连接杆为多个，各安装孔内对应设置有一个连接杆，气缸还包括固定块，固定块设置在相邻两个安装孔之间以固定相邻两个连接杆。

进一步地，固定块与与其相邻的两个连接杆通过过盈配合的方式固定在滑块结构上。

进一步地，滚动体为轴承，且轴承位于安装缺口内后，轴承的上端面和下端面为自由端面。

根据本发明的另一方面，提供了一种流体机械，包括上述的泵体组件。

根据本发明的另一方面，提供了一种换热设备，包括上述的流体机械。

应用本发明的技术方案，气缸套夹持在上法兰和下法兰之间，且气缸套与上法兰和/或下法兰偏心设置，且偏心距离e固定，活塞可转动地设置在气缸套内，活塞具有轴向设置的滑移孔，气缸可转动地设置在气缸套内并位于气缸套与活塞之间，且气缸与气缸套滚动接触，气缸与活塞滑动接触，转轴的至少一部分穿设在滑移孔内，转轴与气缸套偏心设置且偏心距离e固定。

这样，在泵体组件运行的过程中，转轴通过滑移孔驱动活塞运动，则活塞相对于转轴在滑移孔的滑移方向上作往复运动。同时，活塞在转动的过程中，相对于气缸滑动，这样，活塞在气缸套内进行上述叠加运动，从而调节气缸套与活塞之间的容积体积，保证泵体组件能够正常运行。

而气缸在活塞的驱动下，相对于气缸套转动，由于气缸与气缸套滚动接触，因而能够有效减小气缸与气缸套之间转动时产生的摩擦功耗，将纯滑动摩擦改为滚动摩擦，以减小了摩擦副面积及滑动速度，有效降低气缸和气缸套之间的大面滑动摩擦功耗，提高流体机械的机械效率，进而提高泵体组件和换热设备的能效。

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示出了本发明的第一实施例中的泵体组件的结构示意图；

图2示出了图1的爆炸图；

图3示出了图1的内部结构示意图；

图4示出了图3的另一个角度的内部结构示意图；

图5示出了图1中的气缸、转轴、气缸套和活塞的装配关系示意图；

图6示出了图5中的气缸的结构示意图；

图7示出了图6中的滑块结构的结构示意图；

图8示出了图5中的气缸、转轴、气缸套和活塞的装配关系放大图；

图9示出了本发明的第二实施例中的气缸的分解结构示意图；

图10示出了本发明中的泵体组件的工作原理图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、上法兰；20、下法兰；30、气缸套；40、活塞；41、滑移孔；50、气缸；51、滑移通道；52、滑块结构；53、连接杆；521、安装孔；522、弧面；523、平面；524、安装缺口；54、固定块；55、滚动体；60、转轴；80、排气阀组件；81、排气阀片；82、挡板；83、排气紧固件；101、第一紧固件；102、第二紧固件。

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。

需要指出的是，除非另有指明，本申请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“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“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泵体组件的摩擦功耗大、部件易磨损的问题，本发明提供了一种泵体组件、流体机械及换热设备。其中，流体机械具有下述的泵体组件，而换热设备使用下述的流体机械。

可选地，流体机械是压缩机或膨胀机。而换热设备可以是空调器或冰箱等产品。

实施例一

如图1至图8所示，泵体组件包括上法兰10、下法兰20、气缸套30、活塞40、气缸50和转轴60，气缸套30夹持在上法兰10和下法兰20之间，且气缸套30与上法兰10和/或下法兰20偏心设置，且偏心距离e固定。活塞40可转动地设置在气缸套30内，活塞40具有轴向设置的滑移孔41。气缸50可转动地设置在气缸套30内并位于气缸套30与活塞40之间，且气缸50与气缸套30滚动接触，气缸50与活塞40滑动接触。转轴60的至少一部分穿设在滑移孔41内，转轴60与气缸套30偏心设置且偏心距离e固定。

如图2所示，上法兰10通过第一紧固件101与气缸套30固定。而下法兰20通过第二紧固件102与气缸套30固定。

这样，在泵体组件运行的过程中，转轴60通过滑移孔41驱动活塞40运动，则活塞40相对于转轴60在滑移孔41的滑移方向上作往复运动。同时，活塞40在转动的过程中，相对于气缸50滑动，这样，活塞40在气缸套30内进行上述叠加运动，从而调节气缸套30与活塞40之间的容积体积，保证泵体组件能够正常运行。

而气缸50在活塞40的驱动下，相对于气缸套30转动，由于气缸50与气缸套30滚动接触，因而能够有效减小气缸50与气缸套30之间转动时产生的摩擦功耗，将纯滑动摩擦改为滚动摩擦，以减小了摩擦副面积及滑动速度，有效降低气缸50和气缸套30之间的大面滑动摩擦功耗，提高流体机械的机械效率，进而提高泵体组件和换热设备的能效。

本发明中的泵体组件，本质上是采用一种十字滑块结构原理。如图10所示，O1为转轴60的圆心，O2为气缸50的圆心，e为圆心距(即泵体组件的偏心量)，方块为活塞40的质心。转轴60转动时，带动活塞40进行圆周运动，活塞40相对于气缸50的中心在0～e的范围内运行。且转轴60与气缸50呈偏心装配，转轴60通过活塞40带动气缸50旋转。由于转轴60和气缸50的存在偏心关系，运行时转轴60和气缸50分别绕各自的轴心旋转，相对于气缸50，活塞40作往复运动，实现气体压缩。

如图2至图6所示，气缸50包括滚动体55，气缸50在气缸套30内转动时，滚动体55与气缸套30的内壁面滚动接触。通过设置滚动体55，可以是气缸50与气缸套30之间的摩擦由滑动摩擦改为转动摩擦，从而大大降低摩擦功耗。

在图2至图6所示的具体实施例中，滚动体55为多个，气缸50还包括两个对称设置的滑块结构52，各滑块结构52上分别设置有至少一个滚动体55，两个滑块结构52形成滑移通道51，活塞40可滑动地设置在滑移通道51内。为了保证滑块结构52的运动稳定性，各滑块结构52的上下两端均设置有滚动体55。

在图2至图8所示的具体实施例中，气缸50还包括连接杆53，滑块结构52具有平行于转轴60设置的安装孔521，连接杆53的两端由安装孔521内向外伸出后分别连接有滚动体55。

需要说明的是，相比于现有技术，活塞由圆形结构改为方形结构，气缸由两块对称的滑块结构、设置在滑块结构上的连接杆和滚动体等结构构成。滑块结构52具体可参见图6和图7。

如图6和图7所示，滑块结构52朝向气缸套30一侧的配合面为弧面522，滑块结构52朝向活塞40一侧的配合面为平面523，且滑块结构52朝向气缸套30一侧的配合面上设置有安装缺口524，安装缺口524与安装孔521连通，滚动体55设置在安装缺口524处以与气缸套30的内壁面滚动接触。这样，弧面522与气缸套30的内壁面形状相适配，以提高滑块结构52的运动可靠性，避免摩擦功耗大。而平面523为活塞40的运动提供了支撑和导向，以保证活塞40的运动可靠性。通过设置安装缺口524，为滚动体55的安装提供了便利，避免占用压缩腔的其他有用空间，保证了泵体组件的压缩容积最大化。

可选地，各滑块结构52上设置有多个彼此独立的安装孔521，连接杆53为多个，各安装孔521内对应设置有一个连接杆53。通过增加连接杆53的数量，以形成多点滚动接触，分散受力，从而提高气缸50的运动性能。

如图6和图7所示，各滑块结构52上设置有多个安装孔521，相邻两个安装孔521彼此连通，连接杆53为多个，各安装孔521内对应设置有一个连接杆53，气缸50还包括固定块54，固定块54设置在相邻两个安装孔521之间以固定相邻两个连接杆53。在该实施例中，固定块54与与其相邻的两个连接杆53通过过盈配合的方式固定在滑块结构52上。连接杆53插入安装孔521内，两个连接杆53之间通过固定块54将两个对称的连接杆53通过过盈配合冷压在一起，防止连接杆53自转。

可选地，滚动体55分别冷压在连接杆53的两端。

在图6所示的具体实施例中，各滑块结构52上均设置有两个连接杆53。每个连接杆53的上下两端均安装有滚动体55。也就是说，单个滑块结构52采用两对上下对称滚动体55进行承载。

具体的，滚动体55为轴承，且轴承位于安装缺口524内后，轴承的上端面和下端面为自由端面。这样，在安装轴承时，既要考虑轴承的自转，也需要考虑轴承的轴向运动。对轴向进行限位。本实施例中，连接杆53及固定块54通过过盈配合来对轴承进行限位。因为轴承上下端面是要旋转的，必须悬空，不能与滑块结构52的上下端面接触。

可选地，轴承为球轴承或滚珠轴承。

该实施例的气缸50的局部放大图如图8所示，转轴60旋转，带动活塞40旋转，同时相对滑动(十字滑块结构原理)，活塞40运动带动滑块结构52及连接杆53、滚动体55沿着气缸套30的内壁面进行旋转运动，滑块结构52及气缸套30之间通过滚动体55公转及自转进行承载并产生相对运动。通过滚动体55的承载能够大幅减小承载面积，同时也能解决气缸套磨损的问题。

如图2所示，上法兰10上设置有排气槽，排气阀组件80设置在排气槽内。具体的，排气阀组件80包括排气阀片81、挡板82、排气紧固件83，排气紧固件83将排气阀片81和挡板82固定在上法兰10上。当泵体组件向外排气时，气缸套30内的气体顶起排气阀片81，以排气。

实施例二

与实施例一的区别在于：各滑块结构52上仅设置有一个连接杆53。

也就是说，在图9所示的具体实施例中，单个滑块结构52采用一对上下的对称轴承来进行承载，取消固定块54，连接杆53上设置有两个对称平面与安装孔521配合限制连接杆53自转，同时连接杆53的下端设计台阶面与安装孔521的端面处的台阶面配合，对轴承进行轴向限位，以防止轴承轴向窜动。

可选地，安装孔521的孔截面为多边形、椭圆形或D形中的一种，连接杆53的横截面与安装孔521的孔截面形状相适配。

本实例中的泵体组件应用于小排量压缩机中，在小排量压缩机中，一对轴承可以满足泵体承载，无需采用两对轴承的方案。

实施例三

与实施例一的区别在于，滚动体55不是轴承。

在该实施例中，弧面522上设置有凹槽，以用于容纳滚珠，滚珠作为滚动体55，以使气缸50与气缸套30的内壁面滚动接触。

综上所述，采用本发明中的技术方案，能够实现如下的效果：

1.有效地将气缸和气缸套的大面滑动摩擦通过结构创新改为通过滚动体实现的滚动摩擦，减小了摩擦副面积及滑动速度，有效降低气缸和气缸套之间的大面滑动摩擦功耗，提高压缩机的机械效率，进而提高压缩机的能效；

2.本发明中的技术方案将原有的气缸结构改为滑块结构加连接杆和滚动体的结构，减小了摩擦面积，同时滑块结构的上下两端由对称的轴承进行承载，有效地解决了气缸在运行中产生变形及倾斜导致的异常磨损问题，保证压缩机可靠稳定运转；

3.本发明根据设计排量及压缩机运行工况，提成了实施例一和二两种方案。按照承载大小选择一对或两对上下对称轴承，以满足不同流体机械的使用要求。

4.活塞结构有所简化，相对于以前的活塞而言，加工工艺简单，零件加工精度更容易保证。

另外需要指出的是，为了提高本发明中的流体机械的机械效率，降低磨损，提高可靠性，本申请针对上述结构的流体机械中最大滑动摩擦副-气缸和气缸套之间的大面滑动摩擦结构进行创新改进。

1.气缸和气缸套之间为大面滑动摩擦，滑动摩擦功耗计算公式如下所述：

其中γ为油粘度，ω为角速度，d摩擦副直径，h为摩擦副高度，C为间隙厚度。从上式可以看出，摩擦功耗与角速度平方成正比，与旋转直径立方成正比，与摩擦副高度成正比，与间隙厚度成反比。影响滑动摩擦功耗的主要因素为摩擦副角速度ω及摩擦副旋转直径d。ω降低，摩擦副旋转直径d减小摩擦功耗能够大幅度降低，基于此，本发明将气缸与气缸套之间的滑动摩擦转为滚动摩擦，有效地降低了摩擦副之间的接触面积，同时通过轴承的自转有效降低了接触面之间的相对速度，解决了气缸和气缸套之间的大面滑动摩擦功耗高的问题，提高了压缩机效率。

2.采用滚动体将滑动摩擦变为滚动摩擦，可以适当放大气缸和气缸套的间隙，从而避免了气缸在运行过程中由于受到气体力产生变形导致的异常磨损问题，提高了压缩机运行的可靠性。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

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 (13)

1.一种泵体组件，其特征在于，包括：

上法兰(10)；

下法兰(20)；

气缸套(30)，所述气缸套(30)夹持在所述上法兰(10)和所述下法兰(20)之间，且所述气缸套(30)与所述上法兰(10)和/或所述下法兰(20)偏心设置，且偏心距离e固定；

活塞(40)，所述活塞(40)可转动地设置在所述气缸套(30)内，所述活塞(40)具有轴向设置的滑移孔(41)；

气缸(50)，所述气缸(50)可转动地设置在所述气缸套(30)内并位于所述气缸套(30)与所述活塞(40)之间，且所述气缸(50)与所述气缸套(30)滚动接触，所述气缸(50)与所述活塞(40)滑动接触；

转轴(60)，所述转轴(60)的至少一部分穿设在所述滑移孔(41)内，所述转轴(60)与所述气缸套(30)偏心设置且偏心距离e固定。

2.根据权利要求1所述的泵体组件，其特征在于，所述气缸(50)包括滚动体(55)，所述气缸(50)在所述气缸套(30)内转动时，所述滚动体(55)与所述气缸套(30)的内壁面滚动接触。

3.根据权利要求2所述的泵体组件，其特征在于，所述滚动体(55)为多个，所述气缸(50)还包括两个对称设置的滑块结构(52)，各所述滑块结构(52)上分别设置有至少一个所述滚动体(55)，两个所述滑块结构(52)形成滑移通道(51)，所述活塞(40)可滑动地设置在所述滑移通道(51)内。

4.根据权利要求3所述的泵体组件，其特征在于，各所述滑块结构(52)的上下两端均设置有所述滚动体(55)。

5.根据权利要求4所述的泵体组件，其特征在于，所述气缸(50)还包括连接杆(53)，所述滑块结构(52)具有平行于所述转轴(60)设置的安装孔(521)，所述连接杆(53)的两端由所述安装孔(521)内向外伸出后分别连接有所述滚动体(55)。

6.根据权利要求5所述的泵体组件，其特征在于，所述滑块结构(52)朝向所述气缸套(30)一侧的配合面为弧面(522)，所述滑块结构(52)朝向所述活塞(40)一侧的配合面为平面(523)，且所述滑块结构(52)朝向所述气缸套(30)一侧的配合面上设置有安装缺口(524)，所述安装缺口(524)与所述安装孔(521)连通，所述滚动体(55)设置在所述安装缺口(524)处以与所述气缸套(30)的内壁面滚动接触。

7.根据权利要求5所述的泵体组件，其特征在于，所述安装孔(521)的孔截面为多边形、椭圆形或D形中的一种，所述连接杆(53)的横截面与所述安装孔(521)的孔截面形状相适配。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的泵体组件，其特征在于，各所述滑块结构(52)上设置有多个彼此独立的所述安装孔(521)，所述连接杆(53)为多个，各所述安装孔(521)内对应设置有一个所述连接杆(53)。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的泵体组件，其特征在于，各所述滑块结构(52)上设置有多个所述安装孔(521)，相邻两个所述安装孔(521)彼此连通，所述连接杆(53)为多个，各所述安装孔(521)内对应设置有一个所述连接杆(53)，所述气缸(50)还包括固定块(54)，所述固定块(54)设置在相邻两个所述安装孔(521)之间以固定相邻两个所述连接杆(53)。

10.根据权利要求9所述的泵体组件，其特征在于，所述固定块(54)与与其相邻的两个所述连接杆(53)通过过盈配合的方式固定在所述滑块结构(52)上。

11.根据权利要求6所述的泵体组件，其特征在于，所述滚动体(55)为轴承，且所述轴承位于所述安装缺口(524)内后，所述轴承的上端面和下端面为自由端面。

12.一种流体机械，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的泵体组件。

13.一种换热设备，其特征在于，包括权利要求12所述的流体机械。