CN111271277A - 泵体结构和转子式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种泵体结构和包括该泵体结构的转子式压缩机。所述泵体结构包括：气缸，所述气缸的内部设有压缩腔，所述气缸的侧壁开设有连通所述压缩腔的叶片槽；活塞，所述活塞可偏心旋转地设于所述压缩腔内；叶片，所述叶片可往复运动地设于所述叶片槽内；所述叶片的先端设有摩擦部，所述摩擦部由高分子基复合材料形成，所述摩擦部抵顶所述活塞的外周壁，随所述活塞在所述压缩腔内偏心旋转，所述摩擦部与所述活塞的外周壁之间形成摩擦副。本申请通过在叶片先端内嵌由高分子基复合材料形成的摩擦部，由摩擦部与活塞外周壁之间形成摩擦副，可显著改善活塞外周壁的磨耗，降低叶片先端与活塞的摩擦系数，提升能效。

Description

泵体结构和转子式压缩机
技术领域
本申请涉及制冷设备技术领域，具体地说，涉及一种泵体结构和包括该泵体结构的转子式压缩机。
背景技术
现有的转子式压缩机结构中，分离泵体结构的高低压腔的叶片一般采用不锈钢材质。在转子式压缩机中低转速的工况下，和叶片先端接触的活塞外壁磨耗无异常；而在转子式压缩机超高转速的工况下，活塞外壁与叶片先端之间磨损严重，经过长期寿命试验运转发现，活塞外壁的磨耗接近设计上限值。
为保证转子式压缩机的运转寿命，须改善活塞和叶片形成的摩擦副。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种泵体结构和包括该泵体结构的转子式压缩机，以期解决现有技术中活塞外壁磨耗严重的问题。
根据本申请的一个方面，提供一种泵体结构，包括：气缸，所述气缸的内部设有压缩腔，所述气缸的侧壁开设有连通所述压缩腔的叶片槽；活塞，所述活塞可偏心旋转地设于所述压缩腔内；叶片，所述叶片可往复运动地设于所述叶片槽内；所述叶片的先端设有摩擦部，所述摩擦部抵顶所述活塞的外周壁，随所述活塞在所述压缩腔内偏心旋转，所述摩擦部与所述活塞的外周壁之间形成摩擦副。
优选地，上述的泵体结构中，所述叶片包括本体部和所述摩擦部，所述本体部设于所述叶片槽内，所述本体部的先端开设有凹槽；所述摩擦部由高分子基复合材料形成，所述摩擦部包括相对的第一端和第二端，所述摩擦部的第一端具有圆弧面，所述圆弧面抵顶所述活塞的外周壁，所述摩擦部的第二端具有突起嵌条，所述突起嵌条嵌设于所述凹槽内。
优选地，上述的泵体结构中，所述凹槽设有阶梯侧壁，所述阶梯侧壁的内径自所述本体部的先端向所述本体部的后端递减；所述突起嵌条设有阶梯外周，所述阶梯外周的外径自所述摩擦部的第二端向所述摩擦部的第一端递增，所述阶梯外周与所述阶梯侧壁相锲合。
优选地，上述的泵体结构中，所述突起嵌条与所述凹槽之间过盈配合，或者，所述突起嵌条与所述凹槽之间胶接。
优选地，上述的泵体结构中，沿所述活塞的轴向方向，所述摩擦部的高度H1与所述本体部的高度H2满足：0.98<H1/H2<1。
优选地，上述的泵体结构中，沿所述活塞的周向方向，所述摩擦部的宽度B1与所述本体部的宽度B2满足：0.98<B1/B2<1。
优选地，上述的泵体结构中，所述高分子基复合材料包括至少一种高分子化合物和至少一种改进材料，所述高分子化合物选自聚酰亚胺和聚四氟乙烯，所述改进材料选自石墨、铜粉、二硫化钼、芳纶和碳纤。
优选地，上述的泵体结构中，所述高分子基复合材料包括：质量百分比为65％至80％的聚酰亚胺、质量百分比为16％至32％的聚四氟乙烯、和质量百分比为3％至4％石墨。
优选地，上述的泵体结构中，所述高分子基复合材料包括：质量百分比为55％至60％的聚四氟乙烯、质量百分比为15％至30％的铜粉、和质量百分比为15％至25％的石墨。
根据本申请的另一个方面，提供一种转子式压缩机，所述转子式压缩机配置有上述的泵体结构。
本申请与现有技术相比的有益效果在于：
本申请通过在叶片先端内嵌由高分子基复合材料形成的摩擦部，由摩擦部与活塞外周壁之间形成摩擦副，降低叶片先端与活塞的摩擦系数，改善活塞外周壁的磨耗；
经过压缩机的长期运行，摩擦部的高分子基复合材料会部分附着在活塞的外周壁，形成同种材料的对磨，进一步降低活塞外周壁的磨耗，降低冷量的衰减，延长压缩机的使用寿命。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例中一种转子式压缩机的结构示意图；
图2是本申请实施例中一种泵体结构的俯视结构示意图；
图3是本申请实施例中一种叶片的结构示意图；
图4是本申请实施例中叶片的摩擦部和本体部沿轴向方向的比例关系示意图；
图5是本申请实施例中叶片的摩擦部和本体部沿周向方向的比例关系示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
本申请通过从叶片的结构和材料出发，改善活塞-叶片摩擦副，以降低转子式压缩机中活塞的磨耗。转子式压缩机可适用于空调器、电冰箱等制冷设备。
图1示出一个实施例中转子式压缩机的结构示意图。参照图1所示，转子式压缩机主要包括：
曲轴，具有顺次相连的长轴部11、偏心部12和短轴部13。
电机，套设于长轴部11的上端。电机包括定子21和转子22，定子21固定于壳体6内壁，转子22套设于长轴部11的外周，转子22转动带动曲轴旋转。
泵体结构，包括偏心部12，套设于偏心部12外周的活塞32，套设于活塞32外周的气缸31等结构，气缸31的侧壁设有叶片33，叶片33的先端抵顶活塞32的外周壁，叶片33用于隔离泵体结构的高低压腔。曲轴将电机的旋转力传递给泵体结构，带动活塞32在气缸31内偏心旋转，以压缩制冷剂。
上缸盖4，套设于长轴部11的下端；下缸盖5，套设于短轴部13的外周，上缸盖4和下缸盖5分别设于气缸31的上方和下方，用于密封泵体结构的压缩腔。泵体结构的具体结构和工作原理将在下文中详细说明。
其中，上述的零部件均容置于壳体6内。转子式压缩机还包括其他常规结构，如储液器7，此处不再重复说明。
本申请主要对转子式压缩机的泵体结构进行了改进。图2示出一个实施例中泵体结构的俯视结构示意图。结合图1和图2所示，泵体结构主要包括：
气缸31(图2中示意出了气缸的内壁，标号31即表示气缸的内壁)，气缸31的内部设有压缩腔311，气缸31的侧壁开设有连通压缩腔311的叶片槽(图中未详细示出)以及吸气口312，吸气口312与储液器7连通，用于吸入制冷剂供压缩腔311压缩。
活塞32，可偏心旋转地设于压缩腔311内。活塞32的内周套有曲轴的偏心部12，活塞32在偏心部12的带动下在气缸31内部，即压缩腔311中偏心旋转。
叶片33，可往复运动地设于叶片槽内。叶片33的先端33a紧贴活塞32的外周壁，后端33b连接弹簧(图中未详细示出)，当活塞32在压缩腔311内偏心旋转，叶片33在活塞32的抵压作用和弹簧的弹性作用下在叶片槽内往复运动。
叶片33的先端33a设有摩擦部331，摩擦部331由高分子基复合材料形成，摩擦部331抵顶活塞32的外周壁，随活塞32在压缩腔311内偏心旋转，摩擦部331与活塞32的外周壁之间形成摩擦副。
由于叶片33的本体部332通常采用不锈钢材料制成，活塞32通常为金属材料，传统的泵体结构中直接由叶片33的本体部332的先端与活塞32的外周壁之间形成金属摩擦副，摩擦系数较大，导致转子式压缩机运行一段时间后活塞32的外周壁磨耗严重。
本实施例中摩擦部331采用高分子基复合材料制成，摩擦部331与活塞32的外周壁之间形成的高分子基复合材料-金属材料的摩擦副的摩擦系数小于本体部332与活塞32的外周壁之间形成的不锈钢材料-金属材料的金属摩擦副的摩擦系数，从而利用摩擦部331与活塞32的外周壁之间形成的摩擦副，避免本体部332与活塞32的外周壁之间的直接接触，降低转子式压缩机运行后活塞32的外周壁的磨耗，提升转子式压缩机的能效。
进一步的，经过转子式压缩机的长期运行，摩擦部331表面的高分子基复合材料会部分附着在活塞32的外周壁，从而在摩擦部331与活塞32的外周壁之间形成同种高分子基复合材料的对磨，进一步降低活塞32外周壁的磨耗，降低冷量的衰减，延长转子式压缩机的使用寿命。
另外，摩擦部331表面的高分子基复合材料的粉末状组分因局部转移脱落而露出颗粒状、纤维状填料，承受活塞32径向的载荷，并与活塞32不断打磨与抛光，使其摩擦系数在无油及缺油状态下远小于金属摩擦副之间的对磨，从而在载荷不变的情况下，摩擦力大幅减小，活塞32外周壁的磨耗也进一步显著下降。
图3示出一个实施例中叶片的结构示意图。参照图3所示，叶片33包括：本体部332和摩擦部331，本体部332设于叶片槽内，本体部332的先端332a(先端是指靠近活塞32的一端)开设有凹槽3321。
摩擦部331包括相对的第一端331a和第二端331b，摩擦部331的第一端331a具有图示的圆弧面，圆弧面抵顶活塞32的外周壁，摩擦部331的第二端331b具有突起嵌条3311，突起嵌条3311嵌设于凹槽3321内。
进一步的，在优选的实施例中，凹槽3321设有阶梯侧壁，阶梯侧壁的内径自本体部332的先端332a向本体部332的后端332b递减(以图示方向为例，则凹槽3321的阶梯侧壁的内径由上至下递减)；突起嵌条3311设有阶梯外周，阶梯外周的外径自摩擦部331的第二端331b向摩擦部331的第一端331a递增(以图示方向为例，则突起嵌条3311的阶梯外周的外径由上至下递减，从而突起嵌条3311的阶梯外周可以由上至下插入凹槽3321的阶梯侧壁中)，阶梯外周与阶梯侧壁相锲合，使突起嵌条3311与凹槽3321相锲合，从而摩擦部331与本体部332相锲合，形成叶片33。
在一些实施例中，突起嵌条3311与凹槽3321之间可以通过过盈量压紧进行过盈配合，或者，突起嵌条3311与凹槽3321之间可以通过胶黏剂等方式胶接。
图4示出一个实施例中叶片的摩擦部和本体部沿轴向方向的比例关系，图5示出一个施例中叶片的摩擦部和本体部沿周向方向的比例关系。在优选的实施例中，因叶片33的摩擦部331的高分子基复合材料的热膨胀系数比本体部332的不锈钢材料的热膨胀系数高，为避免摩擦部331在运动过程中卡死，但又不会导致摩擦部331端面高压腔向低压腔的泄露，参照图4所示，沿活塞32的轴向方向，也即图1所示的转子式压缩机的高度方向，摩擦部331的高度H1应占本体部332的高度H2的98％-100％，即摩擦部331的高度H1与本体部332的高度H2满足：0.98<H1/H2<1。在一些实施例中，沿活塞32的轴向方向，摩擦部331的高度H1比本体部332的高度H2小0～0.5mm。
参照图5所示，沿活塞32的周向方向，也即图1所示的转子式压缩机的宽度方向，摩擦部331的宽度B1应占本体部332的宽度B2的98％-100％，也即摩擦部331的宽度B1与本体部332的宽度B2满足：0.98<B1/B2<1。在一些实施例中，沿活塞32的周向方向，摩擦部331的宽度B1比本体部332的宽度B2小0～0.5mm。由此，即使由于转子式压缩机的运转导致摩擦部331膨胀，由于摩擦部331的高度和宽度均略小于本体部332的高度和宽度，摩擦部331在往复运动过程中不会出现卡死现象，同时又能抵顶活塞32的外周壁，分离压缩腔311的高低压腔，不会导致高压腔向低压腔的泄露。
在其他实施例中，摩擦部331的高度H1与本体部332的高度H2之间，以及摩擦部331的宽度B1与本体部332的宽度B2之间可以采用其他的比例关系，只要能保证摩擦部331随活塞32的偏心旋转做往复运动，不出现卡死且不导致压缩腔311的高压腔向低压腔泄露即可。
进一步的，在优选的实施例中，摩擦部331的高分子基复合材料包括至少一种高分子化合物和至少一种改进材料，高分子化合物可以选自聚酰亚胺(PI)和聚四氟乙烯(PTFE)，或者其他摩擦性能好、在金属表面可形成润滑转移膜的高分子化合物。改进材料选自石墨、铜粉、二硫化钼、芳纶和碳纤等可以掺入高分子化合物中，以降低与金属之间的摩擦系数的材料。
在一个实施例中，形成叶片33的摩擦部331的高分子基复合材料包括：质量百分比为65％至80％的聚酰亚胺、质量百分比为16％至32％的聚四氟乙烯、和质量百分比为3％至4％石墨。
在一个实施例中，形成叶片33的摩擦部331的高分子基复合材料包括：质量百分比为55％至60％的聚四氟乙烯、质量百分比为15％至30％的铜粉、和质量百分比为15％至25％的石墨。
在其他实施例中，形成摩擦部331的高分子基复合材料可以以多种方式进行参比，以期达到与活塞32的摩擦系数最低，磨耗最小。
综上，本申请在叶片33的先端33a开槽，并嵌入由高分子基复合材料形成的摩擦部331，使摩擦部331与活塞32的外周壁之间形成摩擦副，避免叶片33的不锈钢本体部332与活塞32的外周壁直接接触，从而减小活塞32外周壁的磨耗；
通过摩擦部331与本体部332的结构配合，在降低活塞32外周壁的磨耗的同时，保证摩擦部331随活塞32的偏心旋转做往复运动，不出现卡死、泄露等现象；
随着转子式压缩机的运行，摩擦部331表面的高分子基复合材料部分附着至活塞32的外周壁，使摩擦部331与活塞32的外周壁之间形成高分子基复合材料的对磨，进一步降低活塞32外周壁的磨耗，提升能效，延长转子式压缩机的使用寿命。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种泵体结构，其特征在于，包括：
气缸，所述气缸的内部设有压缩腔，所述气缸的侧壁开设有连通所述压缩腔的叶片槽；
活塞，所述活塞可偏心旋转地设于所述压缩腔内；
叶片，所述叶片可往复运动地设于所述叶片槽内；
所述叶片的先端设有摩擦部，所述摩擦部抵顶所述活塞的外周壁，随所述活塞在所述压缩腔内偏心旋转，所述摩擦部与所述活塞的外周壁之间形成摩擦副。
2.如权利要求1所述的泵体结构，其特征在于：
所述叶片包括本体部和所述摩擦部，所述本体部设于所述叶片槽内，所述本体部的先端开设有凹槽；
所述摩擦部由高分子基复合材料形成，所述摩擦部包括相对的第一端和第二端，所述摩擦部的第一端具有圆弧面，所述圆弧面抵顶所述活塞的外周壁，所述摩擦部的第二端具有突起嵌条，所述突起嵌条嵌设于所述凹槽内。
3.如权利要求2所述的泵体结构，其特征在于：
所述凹槽设有阶梯侧壁，所述阶梯侧壁的内径自所述本体部的先端向所述本体部的后端递减；
所述突起嵌条设有阶梯外周，所述阶梯外周的外径自所述摩擦部的第二端向所述摩擦部的第一端递增，所述阶梯外周与所述阶梯侧壁相锲合。
4.如权利要求3所述的泵体结构，其特征在于，所述突起嵌条与所述凹槽之间过盈配合，或者，所述突起嵌条与所述凹槽之间胶接。
5.如权利要求2所述的泵体结构，其特征在于，沿所述活塞的轴向方向，所述摩擦部的高度H1与所述本体部的高度H2满足：0.98<H1/H2<1。
6.如权利要求2所述的泵体结构，其特征在于，沿所述活塞的周向方向，所述摩擦部的宽度B1与所述本体部的宽度B2满足：0.98<B1/B2<1。
7.如权利要求1所述的泵体结构，其特征在于，所述高分子基复合材料包括至少一种高分子化合物和至少一种改进材料，所述高分子化合物选自聚酰亚胺和聚四氟乙烯，所述改进材料选自石墨、铜粉、二硫化钼、芳纶和碳纤。
8.如权利要求7所述的泵体结构，其特征在于，所述高分子基复合材料包括：
质量百分比为65％至80％的聚酰亚胺、质量百分比为16％至32％的聚四氟乙烯、和质量百分比为3％至4％石墨。
9.如权利要求7所述的泵体结构，其特征在于，所述高分子基复合材料包括：
质量百分比为55％至60％的聚四氟乙烯、质量百分比为15％至30％的铜粉、和质量百分比为15％至25％的石墨。
10.一种转子式压缩机，其特征在于，所述转子式压缩机配置有如权利要求1-9任一项所述的泵体结构。
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