CN112664428A - 一种转缸活塞压缩机 - Google Patents

Abstract

一种转缸活塞压缩机，包括缸套以及设置在缸套两端的上支撑板和阀盖，阀盖的内侧设有阀板，阀板与缸套以及上支撑板围成腔体，腔体内部设有旋转部件，阀盖的外侧设有转轴轴承，转轴穿过转轴轴承带动旋转部件旋转；旋转部件包括活塞连杆，活塞连杆套设在转缸内的气缸壁面上，活塞连杆的两端设有能够沿缸套的内壁面进行滚动的滚针轴承，转缸套设在转轴上；转缸的两侧对称设置气缸端盖，气缸端盖上开设有进排气口；转缸带动活塞连杆相对于缸套旋转，同时活塞连杆相对于转缸作往复运动，实现转缸内部活塞连杆两侧容积的变化，从而实现吸气、压缩和排气。本发明减少了易损件，简化了压缩机结构，活塞的整体受力小，运转平稳，增加了压缩机的可靠性。

Description

一种转缸活塞压缩机

技术领域

本发明属于压缩机领域，具体涉及一种转缸活塞压缩机。

背景技术

转缸压缩机是一种新型的容积式压缩机。活塞相对于缸套的旋转运动实现了活塞相对于转缸的往复运动；活塞相对于转缸的往复运动实现了工作腔容积的周期性变化；气缸端盖上进排气孔在转缸旋转过程中与阀板吸气通道和排气通道周期性连通；以上复合运动实现了压缩机的吸气、压缩以及排气过程。传统的活塞式压缩机需要设置进气阀、排气阀和曲柄滑块结构件，易损件较多，结构复杂；传统的转缸压缩机摩擦面大，活塞受力大。

随着社会的进步，对压缩机的高效节能提出了更高的要求。因而，有必要对转缸压缩机进行优化设计，以进一步提高压缩机的效率，实现节能减排。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中转缸活塞压缩机中活塞受力大及摩擦严重的问题，提供一种转缸活塞压缩机，能够有效提高转缸活塞压缩机的整体效率。

为了实现上述目的，本发明提出的一种转缸活塞压缩机有如下的技术方案：包括缸套以及设置在缸套两端的上支撑板和阀盖，阀盖的内侧设有阀板，阀板与缸套以及上支撑板围成腔体，腔体内部设有旋转部件，阀盖的外侧设有转轴轴承，转轴穿过转轴轴承带动旋转部件旋转；旋转部件包括活塞连杆，活塞连杆套设在转缸内的气缸壁面上，活塞连杆的两端设有能够沿缸套的内壁面进行滚动的滚针轴承，转缸套设在转轴上；转缸的两侧对称设置气缸端盖，气缸端盖上开设有进排气口；转缸带动活塞连杆相对于缸套旋转，同时活塞连杆相对于转缸作往复运动，实现转缸内部活塞连杆两侧容积的变化，从而实现吸气、压缩和排气。

作为优选，该压缩机具有预设截面，过转轴轴线的缸套对称平面为第一截面，过转轴轴线且垂直于第一截面的平面称为第二截面，当活塞轴线方向位于第二截面内时，活塞刚好运动到行程的一半。

作为优选，转缸和气缸端盖之间设置有挡片，转缸的侧壁与挡片之间设有密封圈，挡片对应进排气口的位置开口；转缸径向孔在水平方向的对称平面为第三截面，进口位置设置在第三截面以下靠近气缸壁面位置，进排气口出口方向设置为沿转轴的轴线方向向下，进排气通道从进排气口在气缸端盖内延伸至阀板一侧。

作为优选，活塞两侧端部平面设有凸台与进排气口配合，当活塞连杆轴线位于第一截面时，凸台插入进排气口中；气缸端盖在靠近挡片侧设有往复轴密封件，往复轴密封件设在活塞连杆伸出气缸端盖部位的上下两侧，包括支撑环和往复密封环。

作为优选，活塞连杆的两端设置轴承支架，滚针轴承通过轴承轴连接在轴承支架上。

作为优选，所述的两个轴承轴于活塞连杆的两端对称布置，两个轴承轴轴线之间的距离为l₁，滚针轴承的直径为d₀，转缸半径为r，偏心距为

缸套的内壁面型线如下：

滚针轴承中心轴线运动轨迹C的极坐标方程为

将极坐标方程向外等距偏移，偏移量为

由此得到的曲线为缸套内壁面型线。

作为优选，所述曲线的参数方程如下：

作为优选，滚针轴承的直径d₀满足

其中r_θ为缸套的内壁面型线上任意一点的曲率半径，二者满足如下关系式：

作为优选，所述的上支撑板和阀板分别对转缸的上下两个端面进行限位配合，上支撑板和阀板中心设置圆形孔以减小摩擦面，在阀板和转缸之间还单独设置摩擦环以避免阀板和转缸之间的直接摩擦。

作为优选，所述的阀盖上分别设有进气腔，一级排气腔以及二级排气腔；进气腔配合阀板保证压缩机吸气充分，一级排气腔与二级排气腔具有相同的容积，且两级排气腔之间通过圆柱通道连接，起到排气消声与缓冲的作用。

相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

该压缩机在运行时，通过转轴带动转缸、气缸端盖旋转，转缸带动活塞连杆旋转，活塞连杆相对于缸套旋转，同时相对于转缸作往复运动，以实现吸气、压缩和排气，该压缩机结构不需要专门设置进排气阀，减少了易损件，简化了压缩机结构，增加了压缩机的可靠性。滚针轴承位于活塞连杆两侧于缸套内壁面作滚动，使得该压缩机结构摩擦面较小，摩擦功耗小。该转缸活塞压缩机结构中，活塞部分主要承受气体力、驱动活塞转子旋转的部分旋转力矩、往复惯性力和离心力，活塞的整体受力小，运转平稳，增加了压缩机的可靠性。

进一步的，转缸的端面由密封圈进行密封，同时气缸端盖在靠近转缸侧设置有往复轴密封件，实现了工作腔的静密封，以减少泄漏。活塞两侧端部平面设置有凸台，用以减少压缩机的相对余隙容积，从而提升压缩机的综合效率，进而提高压缩机的性能。

附图说明

图1本发明转缸活塞压缩机的结构爆炸图；

图2本发明转缸活塞压缩机的剖视示意图；

图3本发明转缸活塞压缩机的旋转部件结构示意图；

图4本发明转缸活塞压缩机的挡片结构示意图；

图5本发明转缸活塞压缩机的阀板结构示意图；

图6本发明转缸活塞压缩机的阀盖结构示意图；

图7本发明转缸活塞压缩机的转轴结构示意图；

图8本发明转缸活塞压缩机的转缸结构侧视图；

图9本发明转缸活塞压缩机的转缸结构三维视图；

图10本发明转缸活塞压缩机的气缸端盖结构剖视图；

图11本发明转缸活塞压缩机的缸套结构俯视图；

图12本发明活塞连杆设置迷宫密封的结构示意图；

附图中：11-上支撑板；12-阀板；2-旋转部件；20-气缸端盖；20a-端盖通孔；21-活塞连杆；22-转缸；23-密封圈；24-挡片；25-往复密封环；26-滚针轴承；27-支撑环；28-进排气口；29-凸台；210-摩擦环；211-轴承轴；212-轴承支架；22a-工作腔；22b-气缸壁；22c-径向孔；22d-轴向孔；3-缸套；4-阀盖；41-二级排气腔；42-一级排气腔；43-进气腔；5-转轴轴承；6-转轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种转缸活塞压缩机，包括上支撑板11、阀板12、旋转部件2、缸套3、阀盖4和转轴6，其中旋转部件2包括活塞连杆21、转缸22、密封圈23、挡片24、往复密封环25、滚针轴承26、支撑环27、进排气口28、凸台29、摩擦环210、轴承轴211、轴承支架212。转缸22套设在转轴6上，活塞连杆21套设在转缸22内设的气缸壁面22b上，活塞连杆21和轴承轴211、轴承支架212呈一体结构，两侧分别设置的滚针轴承26于缸套3内壁面作滚动，气缸端盖20、挡片24、密封圈23、支撑板11和往复密封环25于转缸22两侧对称设置。

在本实例中，从上往下依次上支撑板11、缸套3、阀板12、阀盖4和转轴轴承5固定，旋转部件2和转轴6在如图所示空间内旋转运动。压缩机结构在运行时转轴6带动旋转部件2旋转，转缸22带动活塞连杆21相对于缸套3旋转，同时活塞连杆21相对于转缸22作往复运动，实现转缸22内部活塞连杆21两侧容积的变化，从而实现吸气、压缩和排气。

在本实施例中，转缸22具有沿其轴向设置的轴向孔22d以及沿其径向设置的径向孔22c，其中，轴向孔22d用于穿入转轴6，径向孔22c用于穿入活塞连杆21，径向孔22c即为本实施例压缩机结构的工作腔22a，孔壁面即为所述压缩机结构的气缸壁面22b。压缩机结构在运行时，活塞连杆21通过与径向孔22c的配合被转缸22带动旋转，并且活塞连杆21在径向孔22c内相对于转缸22作往复运动，以实现吸气、压缩和排气。

在本实例中，压缩机具有预设截面，过转轴6轴线的缸套3对称平面称为第一截面A1，过转轴6轴线且垂直于第一截面A1的平面称为第二截面A2，活塞连杆21轴线方向位于第一截面A1内时，活塞连杆21刚好运动到一侧止点位置，位于第二截面A2内时，活塞连杆21活塞段刚好运动行程的一半。转缸径向孔22c在水平方向的对称平面称为第三截面A3。

在本实例中，在转缸22和气缸端盖20之间设置有挡片24，与密封圈23形成密封面，转缸22、挡片24和气缸端盖20由螺栓进行紧固连接。挡片24和气缸端盖20上开设有进排气口28，进口位置设置为第三截面A3以下靠近气缸壁面22b位置以减小相对余隙容积，进排气口28出口方向设置为沿转轴6轴线方向向下，进排气通道从进排气口28在气缸端盖20内延伸至阀板12一侧。当进排气口28与阀板12进气口连通时，压缩机吸气，当进排气口28与阀板排气口连通时，压缩机排气，从而实现所述压缩机结构的吸气、排气过程。

在本实施例中，沿工作腔22a轴线方向对称的两个轴承轴211轴线之间的距离为l₁，滚针轴承26直径为d₀，转缸半径为r，偏心距为

缸套3内壁面型线由如下方式得到：

压缩机结构在运行时，滚针轴承26中心轴线运动轨迹C的极坐标方程为

一般的，取

保证该轨迹C没有尖点和绕扣。通过上述参数限定，可以保证压缩机结构的不同部件的加工装配精度，以及实现良好的运转。进一步地，对该型线进行向外等距偏移，偏移量为

由此得到曲线即为缸套3内壁面型线，具体计算过程如下所示：

通过简单的坐标系转换，得到轨迹C的参数方程为：

要求C向外偏移

的等距方程，假设C上一点P坐标为(x₀,y₀)，有P点坐标参数满足C参数方程。假设偏移后轨迹C‘上一点P’坐标为(x,y)得到如下表达式：

其中

求出

则

完全确定，它的坐标就是P₁点的坐标，进而得到C’的参数方程。

在向量

中，已知

设C在P点的法线单位向量为

则：

令

η_x、η_y分别是单位法向量

在x,y方向上的分量，则C’的参数方程可以表示为：

该方程即为缸套3内壁面的型线参数方程。

在本实施例中，滚针轴承的直径d₀应该满足

其中r_θ为缸套3型线上任意一点的曲率半径，使得滚针轴承能够在缸套3上连续滚动，可以表示为如下关系式：

在本实施例中，如图3所示，在活塞连杆21活塞两侧端部平面设置、有凸台29与进排气口28配合，当活塞连杆21轴线位于第一截面A1时，凸台29插入进排气口28中，用以减少压缩机的相对余隙容积。活塞连杆21圆柱形表面和气缸壁面22b之间的活动间隙应保证具有一定的密封性能，减少高低压腔之间的内泄漏。气缸端盖20沿气缸壁面22b轴线方向设置、有端盖通孔20a，活塞连杆21贯穿其中并相对于气缸壁面22b作往复运动，气缸端盖20在靠近挡片24侧设置、有往复轴密封件，包括支撑环27和往复密封环25，用以减少压缩腔外泄漏。在本实施例中，如图5、6所示，进排气口角度Ф、吸气角π-θ-γ+Ф、排气角β+Ф，满足Ф<θ<15°，β>15°，Ф＝2γ，使得进气结束时工作腔22a内容积最大和排气结束时工作腔22a内容积最小，保证吸气和排气充分。当活塞连杆21轴线位于第一截面A1时，该压缩机结构两个腔分别吸气结束和排气结束。

如图1至3所示，本实施例中设置滚针轴承26用以减小摩擦，提高压缩机结构效率，滚针轴承26的结构还可以替换为其他具有相同功能的机械结构。

如图12所示，活塞连杆21活塞圆周表面可以设置非接触式的迷宫密封结构，减小两个工作腔之间的内泄漏，提高压缩机结构的整体效率。

如图1至3所示，压缩机结构还包括上支撑板11，上支撑板11和阀板12分别对转缸22的上下两个端面进行限位配合，上支撑板11和阀板12中心设置圆形孔以减小摩擦面，在阀板12和转缸之间还单独设置摩擦环211避免阀板与转缸之间的直接摩擦。

如图5、6所示，阀盖4上分别设有进气腔43，一级排气腔42、二级排气腔41，进气腔43配合阀板12保证压缩机结构吸气充分。设置一级排气腔42和二级排气腔41具有相同的容积，两级排气腔之间通过圆柱通道连接，起到了排气消声与缓冲的作用。

本发明的压缩机结构没有传统活塞压缩机中的曲柄滑块运动件和进排气阀结构，简化了传统活塞式压缩机的整体结构；活塞连杆运动平稳连续，增加了该结构的运转可靠性和使用寿命；活塞连杆受力小，转轴驱动力小，从而有利于改善现有技术中的转缸活塞压缩机中活塞受力大以及摩擦严重的问题，进而提高转缸活塞压缩机的整体效率。

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的技术方案，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 (10)

1.一种转缸活塞压缩机，其特征在于：包括缸套(3)以及设置在缸套(3)两端的上支撑板(11)和阀盖(4)，阀盖(4)的内侧设有阀板(12)，阀板(12)与缸套(3)以及上支撑板(11)围成腔体，腔体内部设有旋转部件(2)，阀盖(4)的外侧设有转轴轴承(5)，转轴(6)穿过转轴轴承(5)带动旋转部件(2)旋转；旋转部件(2)包括活塞连杆(21)，活塞连杆(21)套设在转缸(22)内的气缸壁面(22b)上，活塞连杆(21)的两端设有能够沿缸套(3)的内壁面进行滚动的滚针轴承(26)，转缸(22)套设在转轴(6)上；转缸(22)的两侧对称设置气缸端盖(20)，气缸端盖(20)上开设有进排气口(28)；转缸(22)带动活塞连杆(21)相对于缸套(3)旋转，同时活塞连杆(21)相对于转缸(22)作往复运动，实现转缸(22)内部活塞连杆(21)两侧容积的变化，从而实现吸气、压缩和排气。

2.根据权利要求1所述的转缸活塞压缩机，其特征在于：具有预设截面，过转轴(6)轴线的缸套(3)对称平面为第一截面，过转轴(6)轴线且垂直于第一截面的平面称为第二截面，当活塞轴线方向位于第二截面内时，活塞刚好运动到行程的一半。

3.根据权利要求2所述的转缸活塞压缩机，其特征在于：转缸(22)和气缸端盖(20)之间设置有挡片(24)，转缸(22)的侧壁与挡片(24)之间设有密封圈(23)，挡片(24)对应进排气口(28)的位置开口；转缸径向孔(22c)在水平方向的对称平面为第三截面，进口位置设置在第三截面以下靠近气缸壁面(22b)位置，进排气口(28)出口方向设置为沿转轴(6)的轴线方向向下，进排气通道从进排气口(28)在气缸端盖(20)内延伸至阀板(12)一侧。

4.根据权利要求3所述的转缸活塞压缩机，其特征在于：活塞两侧端部平面设有凸台(29)与进排气口(28)配合，当活塞连杆(21)轴线位于第一截面时，凸台(29)插入进排气口(28)中；气缸端盖(20)在靠近挡片(24)侧设有往复轴密封件，往复轴密封件设在活塞连杆(21)伸出气缸端盖(20)部位的上下两侧，包括支撑环(27)和往复密封环(25)。

5.根据权利要求1所述的转缸活塞压缩机，其特征在于：活塞连杆(21)的两端设置轴承支架(212)，滚针轴承(26)通过轴承轴(211)连接在轴承支架(212)上。

6.根据权利要求5所述的转缸活塞压缩机，其特征在于，所述的两个轴承轴(211)于活塞连杆(21)的两端对称布置，两个轴承轴(211)轴线之间的距离为l₁，滚针轴承(26)的直径为d₀，转缸半径为r，偏心距为

缸套(3)的内壁面型线如下：

滚针轴承(26)中心轴线运动轨迹C的极坐标方程为

将极坐标方程向外等距偏移，偏移量为

由此得到的曲线为缸套(3)内壁面型线。

7.根据权利要求6所述的转缸活塞压缩机，其特征在于，所述曲线的参数方程如下：

8.根据权利要求6所述的转缸活塞压缩机，其特征在于，滚针轴承(26)的直径d₀满足

其中r_θ为缸套(3)的内壁面型线上任意一点的曲率半径，二者满足如下关系式：

9.根据权利要求1所述的转缸活塞压缩机，其特征在于：

所述的上支撑板(11)和阀板(12)分别对转缸(22)的上下两个端面进行限位配合，上支撑板(11)和阀板(12)中心设置圆形孔以减小摩擦面，在阀板(12)和转缸(22)之间还单独设置摩擦环(210)以避免阀板(12)和转缸(22)之间的直接摩擦。

10.根据权利要求1所述的转缸活塞压缩机，其特征在于：

所述的阀盖(4)上分别设有进气腔(43)，一级排气腔(42)以及二级排气腔(41)；进气腔(43)配合阀板(12)保证压缩机吸气充分，一级排气腔(42)与二级排气腔(41)具有相同的容积，且两级排气腔之间通过圆柱通道连接，起到排气消声与缓冲的作用。

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