CN106837792B - 一种旋转式气缸结构和压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋转式气缸结构和压缩机，气缸结构包括气缸中心轴线(1)、气缸内壁(2)、气缸外壁(3)、吸气口(4)、排气口(5)、滑片槽(6)，气缸内壁(2)围成气缸工作腔(7)，且靠近排气口(5)的气缸端面(8)的沿轴线方向上的高度小于靠近吸气口(4)的气缸端面(8)的轴线方向上的高度。本发明能够使得气缸端面形成为台阶状结构或斜面结构，使得压缩机在工作过程中排气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度尽可能地与吸气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度相等或大致相等，从而有效地避免热膨胀后气缸端面轴向高度出现偏差而导致气缸端面出现冷媒泄漏的情况，进而提高压缩机的容积效率、提高压缩机性能。
Description
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种旋转式气缸结构和压缩机。
背景技术
目前旋转式压缩机包括气缸、滚子、滑片、曲轴，上下轴承，称之为泵体6大件。曲轴的旋转中心与气缸的中心重合，气缸精平面与上下轴承精平面构成容积腔，容积腔由与气缸内圆相切的滚子外圆及与滚子外圆接触的滑片分割成吸气腔和排气腔，随着曲轴带动滚子旋转，吸气腔和压缩腔容积大小交替变化。
随着压缩机运转过程中，泵体6大件材料性质决定其在受热时会产生热膨胀变形，为了保证压缩机在运转过程中由于气缸滚子热膨胀量不同(通常滚子的膨胀量大于气缸的膨胀量)、而导致的滚子端面与上下轴承精端面卡死、进而压缩机无法运转的情况不发生，一般将气缸精端面高度与滚子高度进行配档，确保两者有一定的高度差。但是因为这个高度差的存在，导致压缩机在工作过程中轴向端面存在泄漏，端面泄漏直接影响了压缩机的容积效率，图4是某个机型随着高度差的变化，端面泄漏对制冷量影响的变化趋势图。
由于现有技术中的压缩机存在由于热膨胀而导致的冷媒泄漏、致使容积效率降低、压缩机性能降低等技术问题，因此本发明研究设计出一种旋转式气缸结构和压缩机。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的压缩机存在由于热膨胀而导致的冷媒泄漏的缺陷，从而提供一种旋转式气缸结构和压缩机。
本发明提供一种旋转式气缸结构，其包括气缸中心轴线、气缸内壁、气缸外壁、吸气口、排气口、滑片槽，所述气缸内壁围成气缸工作腔，且靠近所述排气口的气缸端面的沿轴线方向上的高度小于靠近所述吸气口的气缸端面的轴线方向上的高度。
优选地，所述气缸端面包括上气缸端面和下气缸端面，且所述下气缸端面的轴线方向的高度均为相等，所述上气缸端面的轴线方向的高度不等、从而在上气缸端面上形成台阶面或斜面。
优选地，定义所述气缸中心轴线与所述滑片槽的连线为基准线，在与所述中心轴线相垂直的平面内，从所述基准线开始逆时针旋转、所述气缸上的任一位置与所述中心轴线之间连线与所述基准线之间的夹角设为α，定义α在0°～160°区间的气缸结构为排气段，α在160°～360°区间的气缸结构为吸气段。
优选地，在所述排气段内气缸端面的高度不变、使得该段内的所述气缸端面为平面。
优选地，在所述排气段内，所述气缸端面的高度保持为19.987mm。
优选地，在所述吸气段内，随着α的增加，气缸端面的高度逐渐增加、使得该段内的所述气缸端面为斜面。
优选地，在所述吸气段内，随着α的减小，所述气缸端面的高度逐渐降低，下降至160°其高度降至最低、该处的气缸端面高度与所述排气段的气缸端面的高度相等。
优选地，在所述吸气段内，随着α角度的增加所述气缸端面的高度从19.987mm逐步增加到20mm。
优选地，在所述吸气段内，气缸端面的高度相等、且大于所述排气段内的气缸端面的高度，从而使得整体气缸端面形成具有一定高度差台阶的台阶面。
优选地，在所述吸气段内，所述气缸端面的高度保持为20mm。
优选地，所述气缸端面为能与轴承相接触匹配的精端面。
本发明还提供一种压缩机，其包括前述的气缸结构，其中所述压缩机为滚子压缩机，所述压缩机还包括滚子、曲轴、滑片、上轴承和下轴承，且所述滚子为圆环柱状结构。
本发明提供的一种旋转式气缸结构和压缩机具有如下有益效果：
本发明的旋转式气缸结构和压缩机，通过将靠近所述排气口的气缸端面的沿轴线方向上的高度设置为小于靠近所述吸气口的气缸端面的轴线方向上的高度，能够使得气缸端面形成为台阶状结构或斜面结构，由于压缩机排气腔内的温度通常高于吸气腔内的温度，因此排气腔气缸内壁所承受的轴向热膨胀量较吸气腔部分要大，因此本发明通过上述手段能够使得压缩机在工作过程中排气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度尽可能地与吸气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度相等或大致相等，从而有效地避免热膨胀后气缸端面轴向高度出现偏差而导致气缸端面出现冷媒泄漏的情况，进而有效地提高压缩机的容积效率，提高了压缩机的性能。
附图说明
图1是本发明的旋转式气缸结构部分的俯向剖视图；
图2是本发明的旋转式气缸结构部分的立体结构图；
图3是本发明的旋转式气缸结构的部分放大结构示意图；
图4是本发明以及现有技术中的滚子轴向高度和气缸轴向高度差与制冷量损失之间的性能关系曲线图。
图中附图标记表示为：
1—气缸中心轴线，2—气缸内壁，3—气缸外壁，4—吸气口，5—排气口，6—滑片槽，7—气缸工作腔，8—气缸端面，81—气缸上端面，82—气缸下端面，9—滚子，10—曲轴，11—滑片，12—上轴承，13—下轴承。
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示，本发明提供一种旋转式气缸结构，其包括气缸中心轴线1、气缸内壁2、气缸外壁3、吸气口4、排气口5、滑片槽6，所述气缸内壁2围成气缸工作腔7，且靠近所述排气口5的气缸端面8的沿轴线方向上的高度小于靠近所述吸气口4的气缸端面8的轴线方向上的高度。
通过将靠近所述排气口的气缸端面的沿轴线方向上的高度设置为小于靠近所述吸气口的气缸端面的轴线方向上的高度，能够使得气缸端面形成为台阶状结构或斜面结构，由于压缩机排气腔内的温度通常高于吸气腔内的温度，因此排气腔气缸内壁所承受的轴向热膨胀量较吸气腔部分要大，因此本发明通过上述手段能够使得压缩机在工作过程中排气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度尽可能地与吸气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度相等或大致相等，从而有效地避免热膨胀后气缸端面轴向高度出现偏差而导致气缸端面出现冷媒泄漏的情况，进而有效地提高压缩机的容积效率，提高了压缩机的性能(如图4所示)。
优选地，所述气缸端面8包括气缸上端面81和气缸下端面82，且所述气缸下端面82的轴线方向的高度均为相等，所述气缸上端面81的轴线方向的高度不等、从而在气缸上端面81上形成台阶面或斜面。这是本发明的气缸结构形成台阶状或斜面状的气缸端面的进一步优选的结构形式，将气缸下端面设置为平面的结构形式、并且使其贴合抵接于下轴承，能够使得气缸在受热膨胀时尽可能地朝上方向进行膨胀变形，将气缸上端面设置为上述的台阶面或斜面，能够在气缸的上端面产生膨胀伸长，即具体地，在靠近排气口处的气缸上端面的膨胀量由于温度较高(为排气温度)而更大、在靠近吸气口处的气缸上端面的膨胀量由于温度相对较低(为吸气温度和压缩温度)而相对较小，从而使得气缸上端面的靠近排气口端膨胀后的轴向高度尽可能地与气缸上端面靠近吸气口端膨胀后的轴向高度，避免了端面泄漏。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上的进一步改进，定义所述气缸中心轴线1与所述滑片槽6的中心连线为基准线，在与所述中心轴线1相垂直的平面内，从所述基准线开始逆时针旋转、所述气缸上的任一位置与所述中心轴线1之间连线与所述基准线之间的夹角设为α，定义α在0°～160°区间的气缸结构为排气段，α在160°～360°区间的气缸结构为吸气段。
这是本发明的旋转式气缸结构的优选实施方式，气缸中心轴线与滑片槽中心连线作为基准线，此时排气口位于该基准线的右侧，如图4所示，吸气口位于该基准线的左侧，从该基准线逆时针旋转，即α度数较小部分为靠近排气口、此时该工作腔为排气腔，α度数较大部分为靠近吸气口、此时该工作腔为吸气腔，通常α在0°～160°区间工作腔与排气口相通、进行排气作用，α在160°～360°区间工作腔与吸气口相通、进行吸气和压缩作用，0-160°为稳定排气，温度稳定，360°～160°压缩过程逐渐增长、温度逐渐升高。
优选地，在所述排气段内气缸端面的高度维持不变、使得该段内的所述气缸端面为平面。这是本发明的排气段的气缸端面的优选结构形式，由于排气段α在0-160°内为稳定排气，温度稳定，因此该段内气缸膨胀量相同、将其设计为恒定不变能够使得热膨胀后的气缸端面高度仍然能维持高度不变，不会出现高度偏差等情况，防止了冷媒泄漏情况的方式，提高了容积效率。360°～160°压缩过程逐渐增长、温度逐渐升高。
进一步优选地，在所述排气段内，所述气缸端面的高度保持为19.987mm。这是本发明的气缸端面在排气段内的优选高度，这是在具体的压缩机运行工况中气缸内部高度20mm得出的实验结果，其热膨胀量为13mm。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上的进一步改进，在所述吸气段内，随着α的增加，气缸端面的高度逐渐增加、使得该段内的所述气缸端面为斜面。这是本发明的吸气段的气缸端面的优选高度形式，由于在该吸气段存在着吸气和压缩的过程，随着α的减小(即顺时针向右转)、气缸工作腔里的气体温度逐渐升高、气缸端面的热膨胀量增加，即随着α的增大(即顺时针向左转)、气缸工作腔里的气体温度逐渐降低、气缸端面的热膨胀量减小(吸气口处温度接近常温、基本上没有热膨胀)，所以将此段的气缸端面的高度沿逆时针方向设置为逐渐增加的斜面、即沿顺时针方向高度逐渐减小的斜面(优选为光滑的斜面)，能够有效的保证随着温度的上升气缸端面逐渐增高、以使得热膨胀后的吸气段的气缸端面的高度尽可能地一致或大致相等，从而使得该段的气缸端面的不存在或减小端面冷媒泄漏的情况，提高了容积效率、提高了压缩机性能。
优选地，在所述吸气段内，随着α的减小，所述气缸端面的高度逐渐降低，下降至160°其高度降至最低、该处的气缸端面高度与所述排气段的气缸端面的高度相等。这样能够有效地使得吸气段的气缸端面斜面光滑过度至排气段的平面气缸端面，防止出现阶梯跳跃而产生冷媒泄漏的情况，进一步有效地提高压缩机的容积效率。
优选地，在所述吸气段内，随着α角度的增加所述气缸端面的高度从19.987mm逐步增加到20mm。这是本发明的气缸端面在吸气段内的优选高度，这是在具体的压缩机运行工况中气缸内部高度20mm(吸气口处)至α为160°气缸端面高度19.987mm，得出的实验结果，其热膨胀量从吸气口处至α为160°的优选气缸端面高度、为逐渐变化的光滑斜面，α为160°处热膨胀的长度为13mm、吸气口处的热膨胀量为0。
实施例4
本实施例是在实施例2的基础上的进一步改进，优选地，在所述吸气段内，气缸端面的高度相等、且大于所述排气段内的气缸端面的高度，从而使得整体气缸端面形成具有一定高度差台阶的台阶面。这是本发明的吸气段的气缸端面的另一种优选高度形式(相对于实施例3的替代方式)，由于在该吸气段存在着吸气和压缩的过程，气缸工作腔里的气体温度大于排气段的气体温度、吸气段气缸端面的热膨胀量小于排气段，所以将此吸气段的气缸端面的高度设置为比排气段气缸端面的高度高的结构形式，能够有效的保证随着温度的上升吸气段气缸端面增高后(即热膨胀后)的高度与排气段气缸端面升高后的高度尽可能地相等或大致相等，从而使得该段的气缸端面的不存在或减小端面冷媒泄漏的情况，提高了容积效率、提高了压缩机性能。
优选地，在所述吸气段内，所述气缸端面的高度保持为20mm。这是本实施例的气缸端面在吸气段内的优选高度，这是在具体的压缩机运行工况中气缸内部高度(吸气口处)至α为160°气缸端面高度均为20mm，得出的实验结果，相对于现有的吸气段和排气段气缸端面高度相等的技术方案而言(该技术热膨胀后吸气段的高度低于排气段高度、从而产生高度偏差而导致冷媒泄漏)，有效地降低了吸气段和排气段之间的高度偏差，有效地抑制、防止或减小了冷媒的泄漏，提高了容积效率。
优选地，所述气缸端面为能与轴承相接触匹配的精端面。精端面是相对于粗端面而言的面、其表面粗糙度大大降低、光滑度大大提高，能够增大该面作为接触面时的接触面积，增强密封性能，因此将气缸端面设置为精端面能够有效地提升气缸与上、下轴承之间的密封性能，减小冷媒的泄漏，保证压缩机的性能稳定和安全。目前气缸精平面结构为平面度控制在3微米以内的端平面。
实施例5
本发明还提供一种压缩机，其包括前述的气缸结构，其中所述压缩机为滚子压缩机，所述压缩机还包括滚子9、曲轴10、滑片11、上轴承12和下轴承13，且所述滚子9为圆环柱状结构。
通过包括前述的气缸结构、即对气缸中靠近所述排气口的气缸端面的沿轴线方向上的高度设置为小于靠近所述吸气口的气缸端面的轴线方向上的高度，能够使得气缸端面形成为台阶状结构或斜面结构，由于压缩机排气腔内的温度通常高于吸气腔内的温度，因此排气腔气缸内壁所承受的轴向热膨胀量较吸气腔部分要大，因此本发明通过上述手段能够使得压缩机在工作过程中排气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度尽可能地与吸气腔的气缸端面经过热膨胀后的轴向高度相等或大致相等，从而有效地避免热膨胀后气缸端面轴向高度出现偏差而导致气缸端面出现冷媒泄漏的情况，进而有效地提高压缩机的容积效率，提高了压缩机的性能。
本发明结合压缩机的实际应用场景，通过分析压缩机泵体的工作原理，根据压缩机吸排气特性(吸气与排气的温度差异，对零部件的热变形影响存在差异)，通过改变气缸精平面的结构形状，使不同角度位置对应的高度不同，以降低端面轴向泄漏。克服目前压缩机气缸精平面存在的应用缺陷，降低“气缸-滚子”轴向泄露量(端面泄漏)，提高压缩机容积效率，提高压缩机性能(COP)。
1、空调工况下压缩机气缸吸排气腔的温度差在60℃左右，以气缸内壁高度为20mm为例进行仿真计算，对应不同腔的气缸内壁承受的轴向热膨胀量差异大概有13微米左右，即在空调工况下运行时，α在0°～160°区间(即稳定排气区域)内的气缸内壁轴向膨胀量最大，随着α的增加，热膨胀量减小。故根据这一特性，通过设计一种斜精平面气缸，使气缸端面密封精平面的高度在α角度在【160，360】之间，端面为斜面，随α的减小，逐步减小，随着α角度的增加高度从20mm-13微米逐步增加到20mm；α在【0，160】为平面，高度保持为20mm-13微米，由于0-160°为稳定排气，温度稳定，因此气缸膨胀量设计为恒定不变，以确保运行时消除因热膨胀量不同造成的多余泄漏，提高容积效率。
2、根据压缩机不同的应用场合，通过设计具有一定高度差台阶的气缸密封端面，该端面在α在【0，160】区间内为20mm-13微米,在α在[161,360]区间内为20mm；
根据前面旋转式压缩机泵体结构详述可知，气缸内壁对应两个工作腔，一部分与吸气腔中的气体接触，一部分与排气腔中的气体接触，α在【0，160】区间的气缸内壁是稳定排气腔，承受的温度为排气温度，较吸气侧的最大温差在60～100°之间。
含该创新设计点的压缩机在低温领域使用，优势体现更明显
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种旋转式气缸结构，其特征在于：包括气缸中心轴线(1)、气缸内壁(2)、气缸外壁(3)、吸气口(4)、排气口(5)、滑片槽(6)，所述气缸内壁(2)围成气缸工作腔(7)，且靠近所述排气口(5)的气缸端面(8)的沿轴线方向上的高度小于靠近所述吸气口(4)的气缸端面(8)的轴线方向上的高度；定义所述滑片槽(6)在与所述气缸中心轴线(1)相垂直的平面内的径向中心线为基准线，在与所述气缸中心轴线(1)相垂直的平面内，从所述基准线开始逆时针旋转、所述气缸上的任一位置与所述气缸中心轴线(1)之间连线与所述基准线之间的夹角设为α，定义α在0°～160°区间的气缸结构为排气段，α在160°～360°区间的气缸结构为吸气段；在所述排气段内气缸端面(8)的高度不变、使得该段内的所述气缸端面(8)为平面；在所述吸气段内，随着α的增加，气缸端面(8)的高度逐渐增加、使得该段内的所述气缸端面(8)为斜面。
2.根据权利要求1所述的旋转式气缸结构，其特征在于：所述气缸端面(8)包括上气缸端面(81)和下气缸端面(82)，且所述下气缸端面(82)的轴线方向的高度均为相等，所述上气缸端面(81)的轴线方向的高度不等、从而在上气缸端面(81)上形成斜面。
3.根据权利要求1所述的旋转式气缸结构，其特征在于：在所述排气段内，所述气缸端面(8)的高度保持为19.987mm。
4.根据权利要求1所述的旋转式气缸结构，其特征在于：在所述吸气段内，随着α的减小，所述气缸端面(8)的高度逐渐降低，下降至160°其高度降至最低、该处的气缸端面(8)高度与所述排气段的气缸端面(8)的高度相等。
5.根据权利要求1所述的旋转式气缸结构，其特征在于：在所述吸气段内，随着α角度的增加所述气缸端面(8)的高度从19.987mm逐步增加到20mm。
6.根据权利要求1所述的旋转式气缸结构，其特征在于：所述气缸端面(8)为能与轴承相接触匹配的精端面。
7.一种压缩机，其特征在于：包括权利要求1-6中任一项所述的旋转式气缸结构，其中所述压缩机为滚子压缩机，所述压缩机还包括滚子(9)、曲轴(10)、滑片(11)、上轴承(12)和下轴承(13)，且所述滚子(9)为圆环柱状结构。
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