CN114320822A - 一种回转活塞压缩机 - Google Patents

Abstract

一种回转活塞压缩机，包括：缸体，其内部形成密封的腔体，且缸体内壁形成有限位结构；旋转组件，包括位于所述腔体内的旋转气缸、以及与所述旋转气缸同轴且伸出所述腔体的主轴，所述旋转气缸开设有一组压缩孔；一组活塞，位于所述腔体内且与所述限位结构相配合，每一所述活塞安装于对应的一所述压缩孔；在外部驱动下，所述主轴和所述旋转气缸可整体旋转，在所述旋转气缸的带动和所述限位结构的作用下，所述活塞可进行用于压缩气体的旋转往复运动。本公开结合了往复压缩机和回转压缩机的特点，实现活塞在气缸中的相对往复运动，既具有结构简单紧凑、可靠性高的特点，又有很好的刚性，还可以实现极小的内泄漏，从而达到很高的排气压力。

Description

一种回转活塞压缩机

技术领域

本公开涉及压缩机技术领域，具体涉及一种回转活塞压缩机。

背景技术

压缩机属于通用机械设备，广泛应用于工业和民生领域。在空气动力领域，据统计压缩机的耗电量占全国总发电量的9％左右，是节能减排的重点监控产品。压缩机分为动力式和容积式两种，容积式压缩机一般用于制冷、空气动力、流程气体增压等。容积式压缩机又分为往复式(主要是活塞式)和回转式(主要是螺杆式)两种。在流程工业中，排气压力超过2MPa的场合大部分采用活塞压缩机，比如工业气体集输与充装等均采用往复压缩机。活塞压缩机结构复杂，易损件多，且占地面积大，但由于可以设置活塞环和填料等自补偿密封结构，可以实现较高的排气压力。螺杆压缩机结构简单、运行可靠，近年来逐步替换了大量活塞压缩机，但在高压工况下由于转子形状复杂刚性受限，且内泄漏较大，因此不能实现较高的排气压力。比如，二氧化碳是较为理想的天然制冷剂，但以二氧化碳为制冷剂的制冷和热泵流程中，二氧化碳压缩机的排气压力远大于氟利昂压缩机的排气压力。目前的回转压缩机无法做到，而活塞压缩机一般通过曲柄连杆机构驱动，导致体积过大，易损件多。由于上述原因，使得虽然二氧化碳是新型制冷剂的热门选择，但二氧化碳压缩机成为二氧化碳制冷剂推广的瓶颈，导致二氧化碳制冷一直无法普及。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提出了一种回转活塞压缩机，其结合了活塞压缩机和螺杆压缩机各自的特点，通过回转驱动，实现活塞在气缸中的相对往复运动，既具有回转压缩机结构简单紧凑、可靠性高的特点，又有很好的刚性，还可以实现极小的内泄漏，从而达到很高的排气压力。

为实现上述目的，本公开提供了一种回转活塞压缩机，包括：

缸体，其内部形成密封的腔体，且缸体内壁形成有限位结构；

旋转组件，包括位于所述腔体内的旋转气缸、以及与所述旋转气缸同轴且伸出所述腔体的主轴，所述旋转气缸开设有一组压缩孔；

一组活塞，位于所述腔体内且与所述限位结构相配合，每一所述活塞安装于对应的一所述压缩孔；

在外部驱动下，所述主轴和所述旋转气缸可整体旋转，在所述旋转气缸的带动和所述限位结构的作用下，所述活塞可进行用于压缩气体的旋转往复运动。

在一些示例中，所述旋转往复运动包括：在所述旋转气缸的带动下，所述活塞可沿所述限位结构绕所述主轴转动；当所述活塞绕所述主轴转动时，在所述限位结构的作用下，所述活塞可同时沿所述压缩孔做往复运动。

在一些示例中，所述缸体包括：缸筒、以及固定在所述缸筒两端的缸盖和缸座；所述旋转组件与所述缸筒同轴设置。

在一些示例中，所述缸座外壁垂直于所述主轴，所述缸座内壁与所述缸座外壁形成一锐角；所述限位机构包括：所述缸座形成的环形轨槽，所述环形轨槽的底面平行于所述缸座内壁，且与所述缸座内壁等距；所述活塞的位于所述压缩孔外的端部形成凸台，所述凸台与所述环形轨槽相卡合，使二者的底面相贴合。

在一些示例中，所述缸盖设置有进气孔和排气孔；所述进气孔、所述排气孔和所述压缩孔三者与所述旋转气缸轴线等距。

在一些示例中，在所述活塞远离所述缸盖的过程中，所述压缩孔可与所述进气孔连通，气体可通过所述进气孔吸入所述压缩孔；在所述活塞接近所述缸盖的过程中，所述压缩孔中的气体被压缩，当压缩孔内气体压力达到目标排气压力时，所述排气孔可与所述压缩孔连通，被压缩的气体可通过所述排气孔排出。

在一些示例中，所述缸盖还设置有喷液孔，在所述活塞接近所述缸盖的过程中，当所述排气孔与所述压缩孔连通之前，所述喷液孔可与所述压缩孔连通，用于向所述压缩孔内喷入用于冷却和密封的液体。

在一些示例中，所述主轴从所述缸座中心穿出，且二者之间设置有轴承和密封结构；和/或，所述活塞与所述压缩孔之间、所述旋转气缸与所述缸筒之间设置有密封结构；和/或，所述旋转气缸与所述缸筒之间、所述旋转气缸与所述缸盖之间设置有轴承。

在一些示例中，所述回转活塞压缩机所需的内压缩比固定，所述排气孔不设置单向阀；或者，所述回转活塞压缩机所需的内压缩比可变化，所述排气孔设置单向阀，当所述压缩孔内的空气压力大于排气压力时，所述单向阀打开，小于排气压力时，所述单向阀关闭。

在一些示例中，当所述回转活塞压缩机所需的内压缩比可变化时，所述排气孔的数量为多个，每个所述排气孔可通过控制机构打开或关闭，以对应不同的压缩比。

在一些示例中，所述腔体内注入润滑剂，为所述活塞与所述旋转气缸的摩擦副、所述活塞与所述缸座间的摩擦副、所述旋转气缸与所述缸体间的摩擦副提供润滑。

在一些示例中，所述缸筒或所述缸座设置有冷却所述润滑剂用的翅片或缸套；或者，采用轴头泵和/或辅助泵或通过后分离器利用进排气压差实现润滑剂循环并配合冷却器为润滑剂冷却。

在一些示例中，所述腔体内不注入润滑剂，所述活塞整体或摩擦面处采用自润滑材料，实现无油压缩。

本公开可用于大部分制冷、空气动力、工艺流程等场景。本公开可以满足二氧化碳制冷压缩机的参数要求。本公开与目前通用的喷油螺杆空压机相比，可通过安装活塞环实现自补偿密封，实现高压和更低的内泄漏，从而大幅提升效率，达到节能减排的效果。本公开可替代部分往复压缩机，具有占地小，成本低，可靠性高的优势。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是本实施例回转活塞压缩机的剖视图；

图2中的(a)、(b)、(c)、(d)分别是本实施例缸筒的俯视图、斜视图、左侧视图、右侧视图；

图3是本实施例回转活塞压缩机的另一剖视图；

图4是本实施例回转活塞压缩机的又一剖视图；

图5中的(a)、(b)、(c)分别是本实施例缸座的侧视图、俯视图、斜视图；

图6中的(a)、(b)分别是本实施例旋转气缸的斜视图、剖视图；

图7中的(a)、(b)、(c)分别是本实施例活塞的侧视图、斜视图、俯视图；

图8中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别是本实施例缸盖的仰视图、第一侧视图、俯视图、第二侧视图、斜视图；

图9中的(a)、(b)分别是本实施例端盖的第一斜视图、第二斜视图；

图10是本实施例回转活塞压缩机的再一剖视图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

1-缸盖；2-缸筒；3-缸座；4-主轴；5-旋转气缸；6-压缩孔；7-活塞；8-润滑剂；9-进气孔；10-排气孔；11-凸台；12-外壁；13-内壁；14、15、16-轴承；17-密封结构；18-环形轨槽；19-中心柱；20-凹槽；21-喷液孔；22-端盖。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本公开实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本公开实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

本实施例提供了一种回转活塞压缩机，包括缸体、旋转组件和一组活塞。

缸体内部形成密封的腔体，且缸体内壁13形成有限位结构。旋转组件包括位于腔体内的旋转气缸5、以及与旋转气缸5同轴且伸出腔体的主轴4，旋转气缸5开设有一组压缩孔。一组活塞位于腔体内且与限位结构相配合，每一活塞7安装于对应的一压缩孔6。在外部驱动下，主轴4和旋转气缸5可整体旋转，在旋转气缸5的带动和限位结构的作用下，活塞7可进行用于压缩气体的旋转往复运动。

本实施例中，旋转往复运动是指在旋转气缸5的带动下，活塞7可沿限位结构绕主轴4转动，且当活塞7绕主轴4转动时，在限位结构的作用下，活塞7可同时沿压缩孔6做往复运动，使得压缩孔6内形成周期性的容积变化，从而实现气体的吸入、压缩、排气的连续循环工作。

如图1所示，缸体包括缸筒2、以及固定在缸筒2两端的缸盖1和缸座3，旋转组件与缸筒2同轴设置。缸盖1、缸座3和缸筒2形成密封的腔体，作为旋转组件的工作区域，腔体中可充入润滑剂8。如图2中的(a)、(b)、(c)、(d)所示，缸筒2为两端开口的圆筒。

缸盖1为圆盘形状。缸座3为不规则的圆盘形状。具体来说，缸座外壁12垂直于主轴4，而缸座内壁13与缸座外壁12形成一锐角。即缸座内壁13和外壁12并不平行，缸座外壁12平行于缸盖1，但内壁13是一斜面，与缸盖1不平行，从图1的视角来看，内壁13的一端(左端)低而另一端(右端)高，缸体腔体的截面为梯形。所述高和低指的是距缸座外壁12的距离。

在一个示例中，如图1所示，限位机构是在缸座3上形成的、绕缸体轴线的环形轨槽18，环形轨槽18的底面平行于缸座内壁13，且与缸座内壁13等距。即环形轨槽18的底面也是斜面，由于环形轨槽18底面与缸座内壁13等距，从图1的视角看，环形轨槽18如同缸座内壁13，也是一端(左端)低而另一端(右端)高。

图1中的环形轨槽18为外窄内宽的类T型槽，但本公开并不限于此。在其他实例中，环形轨槽18也可以是如图3所示的形状，或者如图4和图5中的(a)、(b)、(c)所示的形状，即只有外缘或内缘的半T型槽。

如图1所示，主轴4从缸座3中心穿出，主轴4与缸座3之间设置有轴承14和密封结构17，用于支撑主轴4旋转和防止腔体中的润滑剂泄露。主轴4和旋转气缸5同轴固定或一体成型，一组压缩孔沿旋转气缸5的周向布置。本实施例中，如图6中的(a)、(b)所示，一组压缩孔可以是一个或多个均布的、沿轴向贯穿旋转气缸5的圆形压缩孔。

在一个实例中，主轴4与缸座3之间还可以安装有如图10所示的端盖22。具体地，主轴4由端盖22中心穿过，端盖22扣接在缸座外壁12。通过设置端盖22，可以进一步起到密封作用，防止腔体中的润滑剂泄露。

一组活塞包括数量与压缩孔6对应的一个或多个活塞7。如图1和图7中的(a)、(b)、(c)所示，每一活塞7伸入对应的一压缩孔6，对于活塞7的位于压缩孔6内的端部，其上端面垂直于旋转气缸5轴向。活塞7的位于压缩孔6外的端部形成凸台11，凸台11底面面积大于活塞7本体的横截面积。凸台11与环形轨槽18相卡合，即凸台11底面平行于环形轨槽18底面，使凸台11的底面与环形轨槽18的底面相贴合。凸台11的好处在于，可降低磨损和便于定位。

如图1和图8中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示，缸盖1设置有进气孔9和排气孔10，进气孔9、排气孔10和压缩孔6三者与旋转气缸5轴线等距，也就是说，当旋转气缸5转动时，当压缩孔6分别转动到与进气孔9、排气孔10相同的周向位置时，压缩孔6分别与进气孔9、排气孔10同轴。进气孔9和排气孔10可在不同的周向位置上连通外部与压缩孔6，外部空气可通过进气孔9进入压缩孔6，压缩孔6内的空气可通过排气孔10排出外部。

本实施例的回转活塞压缩机，当活塞7进行旋转往复运动时，在活塞7远离缸盖1的过程中，当压缩孔6转动至与进气孔9同轴的位置时，压缩孔6与进气孔9连通，外部气体可通过进气孔9吸入压缩孔6；在活塞7接近缸盖1的过程中，压缩孔6中的气体被压缩，当压缩孔6转动至与排气孔10同轴的位置时，排气孔10可与压缩孔6连通，被压缩的气体可通过排气孔10排出，从而实现空气压缩的功能。

本实施例的回转活塞压缩机，在工作过程中，活塞7周期性的远离和接近缸盖1，形成吸气-压缩-排气的工作过程。

旋转气缸5带动活塞7绕主轴4转动，如图1的视角中，使活塞7由右端转向左端时，由于环形轨槽18与活塞7的凸台11相卡合，在环形轨槽18的限位作用下，使活塞7远离缸盖1，压缩孔6与活塞7形成的容积逐渐增大。当压缩孔6与缸盖1的进气孔9联通时，气体通过进气孔9吸入压缩孔6。当活塞7与缸盖1最远时，即活塞7转动至图1的左端时，压缩孔6内的容积最大，进气过程完成。之后旋转气缸5继续旋转，使活塞7由图1的左端转向右端时，由于环形轨槽18与活塞7的凸台11相卡合，在环形轨槽18的限位作用下，活塞7接近缸盖1，压缩孔6内的容积逐渐减小，实现气体的压缩过程。当压缩孔6与缸盖1的排气孔10联通时，压缩孔6内压力正好达到需要的排气压力时，压缩孔6内的压缩气体开始排气，当活塞7与缸盖1最近时，即活塞7转动至图1的右端时，排气过程结束，以此循环实现连续吸气、压缩和排气。

本实施例的回转活塞压缩机，旋转气缸5带动一个或多个压缩孔6内的活塞7在一定角度的平面上做旋转运动，使活塞7在压缩孔6内做旋转并往复的相对运动，形成压缩孔6内周期性容积变化，从而实现气体的吸入、压缩、排气的连续循环工作。

当压缩孔6内的容积增大(活塞7远离缸盖1)时，是吸气过程，此过程中压缩孔6与进气孔9保持联通。当压缩孔6内的容积减小(活塞7接近缸盖1)时，首先是压缩过程，此过程中压缩孔6与进气孔9和排气孔10均不联通；当压缩孔6内的容积持续减小直至孔内压力达到排气压力时，压缩孔6与排气孔10联通，并保持到活塞7运动到顶点完成排气。

由此可见，本实施例的回转活塞压缩机，其结合了活塞压缩机和螺杆压缩机各自的特点，通过回转驱动，实现活塞7在气缸中的相对往复运动，既具有回转压缩机结构简单紧凑、可靠性高的特点，又有很好的刚性，还可以实现极小的内泄漏，从而达到很高的排气压力。

本实施例的回转活塞压缩机，腔体中的润滑剂为活塞与旋转气缸的摩擦副、活塞与缸座间的摩擦副、旋转气缸与缸体间的摩擦副提供润滑。在一些示例中，缸体或缸座可以设置有冷却润滑剂用的翅片或缸套，也可以与双螺杆压缩机一样采用轴头泵和/或辅助泵或通过后分离器利用进排气压差实现润滑剂循环并配合冷却器为润滑剂冷却。在另一个示例中，腔体内也可以不注入润滑剂，活塞整体或摩擦面处采用自润滑材料，以实现无油压缩。

在一个示例中，缸盖1还设置有喷液孔21，喷液孔21和压缩孔6二者与旋转气缸5轴线等距；在活塞7接近缸盖1的过程中，当排气孔10与压缩孔6连通之前，喷液孔21可与压缩孔6连通，用于向压缩孔6内喷入用于冷却和密封的液体。即本实施例中，在压缩过程中，压缩孔6与进气孔9和排气孔10均不联通，当旋转气缸5转动到使压缩孔6与喷液孔21联通时，可通过喷液孔21向压缩孔6内喷入冷却液。冷却液可以与腔体内的润滑剂相同，也可以采用其他液体。当采用其他液体时，可在活塞7与压缩孔6间、以及旋转气缸5和缸筒2间设置密封结构。

本实施例的回转活塞压缩机，在活塞7与压缩孔6之间还可以设置活塞环等密封结构，从而提高排气压力并减少内泄漏。在旋转气缸5与缸筒2之间也可以设置密封结构，以避免腔体中的润滑剂8窜入被压缩气体。

在一个示例中，如图10所示，旋转气缸5与缸筒2之间可设置轴承16。缸盖1可沿其轴线形成中心柱19，旋转气缸5顶端沿轴线形成凹槽20，旋转气缸5与缸盖1之间也可以设置轴承15，轴承15设置在中心柱19与凹槽20之间。通过设置上述轴承，可提高旋转组件旋转的稳定性。本实施例中，轴承可以采用滑动轴承或滚动轴承。

本实施例的回转活塞压缩机，其压缩比可以是固定的。按照排气孔10的周向位置与压缩比的对应关系，通过设置排气孔10的周向位置，确定压缩机的压缩比，使压缩孔6内的气体压力达到要求时正好与排气孔10联通即可。

本实施例的回转活塞压缩机，其压缩比可以是可调节的。在一个示例中，缸盖1可设置多个排气孔10，每个排气孔10对应不同的压缩比，每个排气孔10通过各自的控制机构控制其打开和关闭，以实现不同的压缩比或不同的排气压力。在另一示例中，可在排气孔10处设置单向阀，使得当压缩孔6内的空气压力大于排气压力时，单向阀打开，小于排气压力时，单向阀关闭。

本公开可用于大部分制冷、空气动力、工艺流程等场景。本公开可以满足二氧化碳制冷压缩机的参数要求。本公开与目前通用的喷油螺杆空压机相比，可通过安装活塞环实现自补偿密封，实现高压和更低的内泄漏，从而大幅提升效率，达到节能减排的效果。本公开可替代部分往复压缩机，具有占地小，成本低，可靠性高的优势。

对于本公开的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种回转活塞压缩机，其特征在于，包括：

缸体，其内部形成密封的腔体，且缸体内壁形成有限位结构；

旋转组件，包括位于所述腔体内的旋转气缸、以及与所述旋转气缸同轴且伸出所述腔体的主轴，所述旋转气缸开设有一组压缩孔；

一组活塞，位于所述腔体内且与所述限位结构相配合，每一所述活塞安装于对应的一所述压缩孔；

在外部驱动下，所述主轴和所述旋转气缸可整体旋转，在所述旋转气缸的带动和所述限位结构的作用下，所述活塞可进行用于压缩气体的旋转往复运动。

2.根据权利要求1所述的回转活塞压缩机，其特征在于，所述旋转往复运动包括：

在所述旋转气缸的带动下，所述活塞可沿所述限位结构绕所述主轴转动；

当所述活塞绕所述主轴转动时，在所述限位结构的作用下，所述活塞可同时沿所述压缩孔做往复运动。

3.根据权利要求1或2所述的回转活塞压缩机，其特征在于，所述缸体包括：

缸筒、以及固定在所述缸筒两端的缸盖和缸座；

所述旋转组件与所述缸筒同轴设置。

4.根据权利要求3所述的回转活塞压缩机，其特征在于，

所述缸座外壁垂直于所述主轴，所述缸座内壁与所述缸座外壁形成一锐角；

所述限位机构包括：所述缸座形成的环形轨槽，所述环形轨槽的底面平行于所述缸座内壁，且与所述缸座内壁等距；

所述活塞的位于所述压缩孔外的端部形成凸台，所述凸台与所述环形轨槽相卡合，使二者的底面相贴合。

5.根据权利要求3所述的回转活塞压缩机，其特征在于，所述缸盖设置有进气孔和排气孔；所述进气孔、所述排气孔和所述压缩孔三者与所述旋转气缸轴线等距。

6.根据权利要求5所述的回转活塞压缩机，其特征在于，

在所述活塞远离所述缸盖的过程中，所述压缩孔可与所述进气孔连通，气体可通过所述进气孔吸入所述压缩孔；

在所述活塞接近所述缸盖的过程中，所述压缩孔中的气体被压缩，当压缩孔内气体压力达到目标排气压力时，所述排气孔可与所述压缩孔连通，被压缩的气体可通过所述排气孔排出。

7.根据权利要求6所述的回转活塞压缩机，其特征在于，所述缸盖还设置有喷液孔，

在所述活塞接近所述缸盖的过程中，当所述排气孔与所述压缩孔连通之前，所述喷液孔可与所述压缩孔连通，用于向所述压缩孔内喷入用于冷却和密封的液体。

8.根据权利要求3所述的回转活塞压缩机，其特征在于，

所述主轴从所述缸座中心穿出，且二者之间设置有轴承和密封结构；和/或，

所述活塞与所述压缩孔之间、所述旋转气缸与所述缸筒之间设置有密封结构；和/或，

所述旋转气缸与所述缸筒之间、所述旋转气缸与所述缸盖之间设置有轴承。

9.根据权利要求5所述的回转活塞压缩机，其特征在于，所述回转活塞压缩机所需的内压缩比固定所述排气孔不设置单向阀，；

或者，

所述回转活塞压缩机所需的内压缩比可变化，所述排气孔设置单向阀，当所述压缩孔内的空气压力大于排气压力时，所述单向阀打开，小于排气压力时，所述单向阀关闭。

10.根据权利要求9所述的回转活塞压缩机，其特征在于，当所述回转活塞压缩机所需的内压缩比可变化时，所述排气孔的数量为多个，每个所述排气孔可通过控制机构打开或关闭，以对应不同的压缩比。

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