CN101153587A - 往复式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式压缩机，包括：吸入口，工作气体通过该吸入口进入汽缸容积，通过吸入阀打开/关闭该吸入口；排出口，被往复式活塞压缩的工作气体通过该排出口向终端用途发送，通过排出阀打开/关闭该排出口；其中由压缩比确定的最大排出压力设定成相当于所述气体终端用途的需求压力，其中所述压缩比由活塞位于下死点中心位置时的汽缸容积与活塞位于上死点中心位置时的汽缸容积的比率来计算。

Description

往复式压缩机

技术领域

本发明涉及往复式压缩机，其包括吸入口，工作气体通过该吸入口进入汽缸室，且通过吸入阀关闭和打开该吸入口；和排出口，被往复式活塞压缩的工作气体通过该排出口馈送到终端用途，且通过排出阀关闭/打开该排出口。

背景技术

有很多控制原理可以用来控制汽缸内的压力，包括：自动启动/停止控制或者压力开关控制；负载/空载控制或者卸载器控制；上限压力释放控制或者安全阀控制；或者这些控制方案的组合。

在上述汽缸内压控制系统中，需要压力开关控制装置、卸载器控制装置或者安全阀，每一种分别相应于压力开关控制、卸载器控制或者安全阀控制。另外，空气收集器和/或储气器气体保持件是必需的以保持每种控制装置的操作稳定性。

而且，在往复式压缩机中，最大排出压力Pmax取决于活塞的压缩比k，其中k定义为(Vh+Vc)/Vc，且Vh和Vc分别是活塞行程容积和汽缸死容积。这里，汽缸死容积指的是当活塞位于上死点中心位置时的汽缸容积。当汽缸死容积Vc小于传统上有过的值或者当压缩比k大于传统上有过的值的时候，最大排出压力Pmax将超过可允许的值，因此导致Pmax给汽缸室周围的静态和/或运动部件带来过多的应力。

为了避免最大排出压力Pmax过分升高，传统上引入排出压力控制方法来保持最大排出压力小于可允许的值。

例如，专利文件WO 02/29251公开了一种控制最大排出压力的方法。在该相关方法中，是这样防止最大排出压力超过容许极限的：引入放气口和用于打开且关闭缸盖上的该放气口的泄压阀；通过配合到活塞顶部上的驱动凸起在活塞压缩行程的最后阶段打开该泄压阀；和通过该放气口向外排出汽缸内的一部分气体。

需要让压缩机的最大排出压力Pmax保持在正常工作压力(servicepressure)下，从而不会导致汽缸室周围的静态和/或运动部件上出现过多的应力，从而符合使用该排出气体的设备的规定压力。在上述专利文件WO02/29251的相关领域内，通过最大排出压力控制装置将最大排出压力Pmax控制到目标压力，从而满足该两个条件。

但是，在上述相关法方法中，需要另外引入特别的部件和/或相关加工，从而以这样的方式控制最大排出压力，即放气口、打开/关闭该放气口的泄压阀以及该阀的打开/关闭机构安置在缸盖内，而活塞顶面上的驱动凸起要特别加工和/或制造。结果是，在该相关方法中，制作压缩机的处理工时和压缩机的生产成本无法避免地升高。

发明内容

本发明涉及实现一种往复式压缩机，其能保持压缩机的排出压力从而防止压缩机的部件断裂，且总能够将压缩机的排出压力保持在目标压力，从而不会干扰由终端应用条件或者压缩机下游使用的设备的特殊限制条件所决定的所需正常工作压力，从而不会增加零件式样、不会增加处理工时或者生产成本。

根据本发明，一种往复式压缩机包括：吸入口，工作气体通过该吸入口进入汽缸室，且通过吸入阀关闭/打开该吸入口；和排出口，被往复式活塞压缩的工作气体通过该排出口馈送到终端用途，且由排出阀关闭/打开该排出口。最大排出压力由压缩比确定，该比率通过活塞位于下死点中心位置时的汽缸容积与活塞位于上死点中心位置时的汽缸容积的比率来计算，且最大排出压力设定成相当于气体终端用途的需求压力。

特别地，本发明提供了一种往复式压缩机，其包括：缸盖，该缸盖盖住汽缸并且为箱形；和吸入腔，其连接到吸入口，该吸入腔与连接到排出口的排气室并置；其中吸入口和吸入阀位于汽缸的汽缸壁上部一侧，排出口和排出阀位于汽缸的汽缸壁上部另一侧，排气室位于汽缸排出侧，与排出口相连，另外，吸入阀放置成打开/关闭上述排出口和排气室之间的连接；其中由吸入阀打开/关闭的所述吸入口放置在活塞顶壁处，所述顶壁面对上述汽缸容积，连接到上述吸入口的吸入通道设置在上述活塞内，上述排出口和上述排出阀位于上述汽缸的汽缸壁上部，排气室位于汽缸的上述排出侧，该排气室连接到上述排出口，且上述吸入阀放置成打开/关闭上述排出口和排气室之间的连接；且其中，上述汽缸的上述汽缸壁上部外侧设置有第二汽缸容积，该第二汽缸容积连接到上述汽缸容积，且该第二汽缸容积内放置有活塞，从而能够调节该第二汽缸容积。

根据本发明，总是能保持最大排出压力，从而相当于上述气体终端用途的需求压力，而不需要上述相关领域所述的机构，即，不需要位于活塞顶面上的驱动凸起、都设置在缸盖内的放气口和用于打开/关闭该放气口的泄压阀、以及该泄压阀的打开/关闭装置。

本发明提供了一种方式，完全免去了增加用来控制压缩机最大排出压力的部件的数目，免去了增加这些部件的处理工时，以及免去了增加由此而来的压缩机的生产成本。而且，本发明提供了一种方式，总是将压缩机排出压力保持在目标排出压力或者低于目标排出压力，使得压缩机排出压力令人满意地相当于气体终端用途的需求压力并且能够防止压缩机部件可能发生的断裂。

而且，在普通压缩机的情况中，该普通压缩机包括盖住上述汽缸的箱形缸盖且其中连接到吸入口的吸入腔与连接到排出口的排气室并置，控制效率即压缩机的最大排出压力保持在所需正常工作压力的范围内，可以通过向汽缸和缸盖之间的接触表面插入隔件以及通过仅调节汽缸容积的大小来获得。上述方式适用于当前实际中的压缩机。

在压缩机包括下述内容的情况下：

(a)吸入口和吸入阀，它们位于汽缸的汽缸壁一侧的上部；

(b)排出口和排出阀，它们位于汽缸的汽缸壁另一侧的上部；

(c)排气室，其位于所述汽缸的排出侧，且连接到排出口，

其中所述吸入阀放置成打开/关闭排出口和排气室之间的连接，所以可以：

(i)保证用来将吸入阀放置在汽缸容积的汽缸壁上部的空间；

(ii)通过将排气室设置在汽缸排出侧，且与排出口连接，从而允许盖住汽缸的缸盖结构成为简单的板式，而不是复杂的箱式。

以上述方式，由于简化缸盖结构，可以降低缸盖的生产成本，且可以实现小而紧凑的压缩机，其活塞运行方向的长度减小。

而且，由于缸盖可以是板式的并且冷却翼片可以容易地形成在缸盖外表面上，所以可以预期会获得改进的汽缸冷却效果。

在下述的往复式压缩机情况下：

其中由吸入阀打开和关闭的吸入口放置在活塞顶壁处，所述壁面对汽缸容积；

其中吸入通道连接到吸入口，该通道设置在活塞内；

其中排出口和排出阀位于汽缸的汽缸壁上部；和

其中排气室位于汽缸的排出侧，该排气室连接到排出口，

通过：

(1)将连接到排出口的排气室设置在汽缸排出侧；和

(2)将由吸入阀打开和关闭的吸入口设置在活塞顶壁处，所述壁面对所述汽缸容积；

可以：

(a)由于简化缸盖结构来降低缸盖的生产成本；和

(b)实现小而紧凑的压缩机，其沿着活塞运动方向的长度减小，因为从缸盖上移除了排气室，且缸盖可以是简单的板式，而不是如前所述的复杂的箱式。

另外，可以预期出现改进的汽缸冷却效果，因为缸盖可以是板式的，且冷却翼片可以容易地形成在缸盖外表面上。

而且，由于吸入口和吸入阀放置在活塞顶壁处，所述壁面对所述汽缸容积，所以可以在活塞下行冲程过程中，在所述阀被汽缸内的负压打开时，将工作气体吸入汽缸。在活塞上行冲程过程中，在所述阀被汽缸内的压力上升所关闭时，压缩工作气体。以此方式，可以利用活塞的往复运动打开/关闭吸入阀。

凭借上述方式，由于可以从汽缸的汽缸壁下部或者从曲轴箱下部引入吸入气体，可以增加设计气体吸入的自由度，即增加气体吸入的替代选择方案的数目。

另外，在特征如下的压缩机情况下：在汽缸的汽缸壁上部旁边设置第二汽缸容积，其连接到前述的汽缸容积，在所述第二汽缸容积中放置活塞，从而可以调节所述第二汽缸容积，则汽缸死容积可以重新定义为原始汽缸死容积与第二汽缸容积之和，其中所述原始汽缸死容积是在活塞位于上死点中心时的汽缸容积。以此方式，可以调节最大排出压力，从而相当于气体终端用途的需求压力。

附图说明

本发明将参照其优选实施例和附图详细说明，其中：

图1示出了有关本发明的往复式压缩机的实施例的汽缸中心线截面；

图2示出了有关本发明的往复式压缩机上部的另一实施例的汽缸中心线截面；

图3示出了相应于图2的本发明第三实施例；和

图4示出了相应于图2的本发明第四实施例。

具体实施方式

以下将参照附图中所示的实施例详细说明本发明。但是，这些实施例中提及的部件的尺寸、材料、形状、相对位置等不应当理解为限制本发明的范围，除非特别具体指明如此。

图1图示了根据本发明第一实施例的往复式压缩机。曲轴6安装在曲轴箱1内并且穿过该曲轴箱1。曲轴6两端都自由旋转地被主轴承7支撑。汽缸3被未示于图1中的多个螺栓牢固地固紧到曲轴箱1的上部。

活塞5配合到汽缸3内，从而能进行往复运动。活塞5经由活塞销5a连接到连杆8的小端，而连杆8的大端经由轴承旋转连接到曲轴6。曲轴箱盖板2由多个螺栓2a牢固地固紧到曲柄轴向上的曲轴箱1的一侧。

阀箱4a经由隔件40定位在汽缸3上侧。而且，缸盖4经由图中未示出的垫圈放置在阀箱4a上侧。缸盖4和阀箱4a通过图中未示出的多个紧固螺栓一起固定到汽缸3顶面上方。

缸盖4形成箱形。在缸盖4内，设置有吸入腔130，其连接到吸入口10；排气室15，其连接到排出口13；和隔壁130，其设置在吸入腔和排气室之间。另外，吸入腔130具有吸入孔12，其打开用于吸引气体；而排气室15具有排出孔16，其打开用于排出气体。

而且，吸入口10和排出口13定位在阀箱4a处。吸入口10通过吸入阀11打开/关闭，而排出口13通过排出阀14打开/关闭。

根据本发明，在生产如上述那样构成的往复式压缩机的情况下，在图1中相应于汽缸容积9的尺寸C设置成让汽缸内的最大压力符合流经排气室15的压缩气体终端用途的需求压力，其中汽缸内的最大压力由压缩比决定，压缩比用X和Y的比率计算，其中X表示在下死点中心位置(由图1中的B所示)时，由活塞5顶面、汽缸3内部以及缸盖4下表面(阀箱4a侧)包围的汽缸容积9；其中Y表示在上死点中心位置(由图1中的A所示)时，由活塞5顶面、汽缸3内部以及缸盖4下表面(阀箱4a侧)包围的汽缸容积9。

就是说，通过改变隔件40的厚度，调节汽缸容积9，使得活塞5到达上死点中心A时，汽缸容积9的压力符合压缩气体终端用途的需求压力。另外，长度S示出了活塞5的行程。

操作中，驱动源诸如马达(未示出)实施曲轴6的旋转驱动，且曲轴6的旋转运动通过连杆8转换成活塞5的往复运动。

在活塞5从上死点中心A到下死点中心B的下行冲程过程中，吸入阀打开，气体引入到汽缸3内。然后活塞5从下死点中心B到上死点中心A的上行冲程中压缩汽缸3内的气体。然后，在排气室15内的压力脉冲释放后，压缩气体通过排出孔16馈送到使用端。

在图1中，箭头示出了如上所述(图2-4所述相同)的气体流向。

由于在生产往复式压缩机的情况下，汽缸容积9设定为汽缸内由压缩比决定的最大压力符合排出的压缩气体的终端用途设备的需求压力，在活塞5的上死点中心A，汽缸内的最大压力不会超过终端用途的需求压力(必要的工作压力)，而在操作过程中，汽缸内的最大压力也不会异常升高。

上述第一实施例要求压缩机仅以这样的方式组装，使得汽缸容积9设定成让汽缸内由压缩比决定的最大压力符合排出的压缩气体的终端用途设备的需求压力。因此，第一实施例给出了这样的方式，完全免除了相关领域内用于朝向目标压力控制压缩机的最大排出压力的机构，所述机构诸如活塞顶面上的驱动凸起、均设置于缸盖上的放气口和用于打开/关闭该放气口的泄压阀，以及泄压阀的开/关装置。即，第一实施例能让最大排出压力保持，从而完全相当于上述气体终端用途的需求压力，而不需要前述专利文件中所述的机构。

因此，第一实施例能实现一种往复式压缩机，其能保持压缩机的排出压力，从而防止压缩机的部件断裂，且该压缩机总能保持压缩机的排出压力处于目标压力，从而不会干扰由终端应用条件或者压缩机下游所用设备的特殊限制条件决定的所需正常工作压力，且不会增加零件式样(marks)、处理工时和生产成本。

而且，在这样的普通压缩机的情况下，即该压缩机包括箱形缸盖4，且该缸盖盖住所述汽缸3，且其中连接到吸入口10的吸入腔130与连接到排出口13的排气室15并置，将压缩机的最大排出压力保持在所需正常工作压力范围内的控制效率，将通过向汽缸和缸盖之间的接触表面中插入隔件40以及仅通过调节汽缸容积来实现。该实施例适用于当前实际中的压缩机。

图2图示了沿着本发明第二实施例的往复式压缩机的汽缸中心线100的上部的局部截面图。

在该第二实施例中，在该汽缸3的汽缸壁上部一侧水平设置有吸入口20和用于打开/关闭所述吸入口20的吸入阀11。在汽缸壁上部另一侧(吸入口20的相对侧)设置有排出口23和打开/关闭所述排出口23的排出阀14。

而且，在汽缸4上部的排出侧设置有连接到排出口23的排气室24。这里，排出阀14放置成能打开/关闭排出口23和排气室24之间的连接。

这里，板式缸盖21盖住汽缸3的上部开口以及排气室24的上部开口。

第二实施例的其他组成部分与上述第一实施例的相同，且相同的部件数目也用在图2中。

上述第二实施例能让汽缸容积9有更大的高度。因此，第二实施例还保证了在汽缸壁上部安装吸入阀11的空间。而且，第二实施例能让缸盖21位于汽缸3的排出侧，且排气室24连接到排出口23，同时从缸盖21去掉排气室，而且能让缸盖21仅盖住汽缸3和排气室24，其中通过放置而盖住汽缸3的缸盖21是板式的。

以上述方式，在缸盖21的结构变得简单的同时，可以降低缸盖21的生产成本，并且可以实现小而紧凑的结构，且限制沿着汽缸中心线的长度。

而且，由于缸盖21可以是板式的，更容易在缸盖21的外表面上形成冷却翼片(未示出)，可以预期在汽缸3上实现改进的冷却效果。

相应于图2的图3示出了本发明的第三实施例。

在第三实施例中，在汽缸的汽缸壁上部外表面上，以与第二实施例一样的方式，放置有排出口23和用于打开/关闭该排出口23的排出阀14。对于排出侧的组成部分，在活塞5上部存在活塞吸入孔25，其上部面对上述汽缸容积9。活塞吸入孔24被吸入阀11打开/关闭。

在第三实施例中，气体吸引入口(未示出)设置在汽缸3汽缸壁下部或者位于曲轴箱1的侧壁面上。在活塞5的下行冲程过程中，吸入阀11由于汽缸3内的负压打开；而在活塞5的上行冲程过程中，吸入阀11由于汽缸3内的压力升高而关闭，且气体受到压缩。

另外，如上述第二实施例，板式缸盖21盖住汽缸3的上部开口和排气室24的上部开口。

其他构造与上述第一实施例的一样，且与上述第一实施例相同的部件以相同的附图标记来表示。

在该第三实施例的情况下，在连接到排出口23的排气室24设置在汽缸3排出侧的同时，活塞吸入孔25开在活塞5的上部，所述活塞5的上部面对汽缸容积9，所述孔25由吸入阀11打开/关闭。因此，与第二实施例的情况一样，缸盖21可以是板式的并且结构简单，而仅具有盖住汽缸3和排气室24的功能。结果是，可以降低缸盖21的生产成本，且可以实现小而紧凑的缸盖结构，该结构限制了压缩机沿着汽缸中心线的长度。

而且，容易在缸盖21外表面上形成冷却翼片，且因此预期会产生改善的汽缸冷却效果。

而且，由于活塞吸入孔25和吸入阀11放置在活塞5顶壁处，该壁面对汽缸容积9，在活塞5下行冲程过程中，且吸入阀11在汽缸3内的负压协助下打开时，气体可被吸入汽缸3中。在活塞5的上行冲程过程中，且吸入阀11在汽缸3内压力上升的协助下被关闭时，气体可以被压缩。以此方式，可以利用活塞5的往复运动而打开/关闭吸入阀11。

以上述方式，由于可以从汽缸3的汽缸壁下部或者曲轴箱1的侧壁面吸入气体，所以增加了设计气体吸入的自由度，即，气体吸入的结构的替代选择方案的数目增多。

相应于图2的图4示出了本发明的第四实施例。

在第四实施例中，连接到汽缸容积9的第二汽缸容积30由汽缸3的排出侧形成，且能够做活塞运动的容积调节活塞31配合到第二汽缸容积30内，而用来复位的弹簧32设置在容积调节活塞31下表面和第二汽缸容积30的基底之间。

其他构造与上述第一实施例的相同，且与上述第一实施例相同的部件用相同的附图标记来表示。

在第四实施例的情况下，汽缸死容积可以重新定义为第二汽缸容积30和原始汽缸死容积之和，所述原始汽缸死容积是在活塞5处于上死点中心时的汽缸容积9。且最大排出压力可以调节，从而相应于气体终端用途的需求压力。

而且，由于在汽缸内压力与弹簧32的力平衡时，连接到汽缸容积9的第二汽缸容积30发生变化，所以可以设定第二汽缸容积30和原始汽缸死容积的总体积，其中所述原始汽缸死容积是在活塞5处于上死点中心A时的汽缸容积9。另外，可以自动保持最大排出压力，从而满足气体终端用途的需求压力。

在上述实施例中，解释内容集中于向终端用途送出气体的往复式压缩机。但是，应用类型不限于气体发送。当然，本发明适用于与本发明的往复式压缩机具有相同机构的往复式增压压缩机。

本发明使提供这样一种往复式压缩机成为可能，该往复式压缩机能够保持压缩机的排出压力，从而防止压缩机的部件断裂，且总能够将压缩机的排出压力保持在目标压力，从而不会干扰由终端应用条件或者压缩机下游所用设备的特殊限制条件所决定的所需正常工作压力，而且不增加零件式样、处理工时及生产成本。

Claims (6)

1.一种往复式压缩机，包括：

吸入口，工作气体通过该吸入口进入汽缸，其中通过吸入阀打开/关闭该吸入口；

排出口，被往复式活塞压缩的工作气体通过该排出口向终端用途发送，其中通过排出阀打开/关闭该排出口；和

汽缸容积设定机构，其确定汽缸的汽缸容积；

其中由压缩比确定的最大排出压力由所述汽缸容积设定机构设定，从而相当于气体终端用途的需求压力，其中所述压缩比由所述往复式活塞位于所述汽缸下死点中心位置时的汽缸容积与所述往复式活塞位于所述汽缸上死点中心位置时的汽缸容积的比率来计算。

2.如权利要求1所述的往复式压缩机，进一步包括缸盖，其盖住所述汽缸，其中所述缸盖是箱形的，且其中在所述缸盖内，吸入腔连接到所述吸入口并且与连接到所述排出口的排气室并置。

3.一种往复式压缩机，包括：

吸入口，工作气体通过该吸入口进入汽缸的汽缸容积，其中所述吸入口被吸入阀打开/关闭；和

排出口，被往复式活塞压缩的工作气体通过该排出口向终端用途发送，其中所述排出口被排出阀打开/关闭；

其中所述吸入口和所述吸入阀位于所述汽缸的汽缸壁的吸引侧上部；

其中所述排出口和所述排出阀位于所述汽缸的汽缸壁的排出侧上部；和

其中排气室位于所述汽缸壁的上述排出侧且连接到所述排出口。

4.一种往复式压缩机，包括：

吸入口，工作气体通过该吸入口进入汽缸的汽缸容积，其中所述吸入口被吸入阀打开/关闭；和

排出口，被汽缸内的往复式活塞压缩的工作气体通过该排出口向终端用途发送，其中所述排出口被排出阀打开/关闭；

其中被所述吸入阀打开/关闭的所述吸入口位于面对所述汽缸容积的所述活塞的顶壁处；

其中连接到所述吸入口的吸入通道设置在所述活塞内；

其中所述排出口和所述排出阀位于所述汽缸的汽缸壁的上部；和

其中排气室连接到所述排出口。

5.如权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述汽缸容积设定机构包括：第二汽缸容积，其位于所述汽缸的汽缸壁上部旁边，所述第二汽缸容积连接到所述汽缸容积；和活塞，其能调节所述第二汽缸容积。

6.如权利要求2所述的往复式压缩机，其中所述汽缸容积设定机构包括位于所述汽缸和所述缸盖之间的隔件。

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