CN102235343A - 活塞往复式压缩机的无余隙结构设计 - Google Patents

Abstract

一种活塞往复式压缩机的“无余隙”结构设计，主要是在世界产销量最大的传统的活塞往复式压缩机的基本结构的基础上，让活塞(5)排气运行过程中能够顶着排气阀片(3)冲出汽缸(6)，并以此造成活塞(5)、排气阀片(3)与锥形吸气阀块(4)三者之间形成没有任何几何空间的“无余隙”接触状态。并能够以此特征，为大幅度提高该压缩机机型的工作压缩比或排气效率创造了条件。为了让活塞往复式“无余隙”结构的机型以崭新的结构形式出现，成为各种机型中“性价比”最高的机型，这里，重点提出了对其关键部位的最佳加工工艺以及采用的最佳结构形式又提出了仅供参考的设计方案，即：吸气阀块(4)与活塞(5)的合体加工工艺以及吸气阀块(4)采用的结构形式。

Description

活塞往复式压缩机的无余隙结构设计

技术领域

本发明涉及活塞往复式压缩机的技术，尤其是涉及了实现它的“无余隙”结构的关键技术设计的加工工艺技术。 

背景技术

目前问世的压缩机品种中的绝大多数都是常规的由曲轴驱动的活塞式压缩机，它具有：制造简单，使用寿命长，对材质要求不高等其它品种压缩机无法与之相比的综合特点，这是它问世以来经久不衰的主要原因。 

上述压缩机由于受到难以逾越的“余隙”瓶颈问题的制约，它的理论排气效率无法达到100％，这就使得它的理论工作压缩比是相当有限的。——通常设计的-级压缩比应该小于“10”才会产生具有实际意义的排气效率。——因此，在设计过程中，活塞往复式压缩机的“容积”效率是个必须考虑的瓶颈问题。 

正式由于现有机型的这个制约工作压缩比的难以逾越的“余隙”瓶颈问题，人们又开发了其他多种不同工作原理的压缩机，期望能够减小上述的“余隙”，提高压缩机的排气效率或工作压缩比，然而，只有回旋式压缩机能够做到“无余隙”，然而，它的制造难度相当高，目前无法指望它制成其“性价比”能够被人们接受的哪怕压缩比稍高一些的机型，例如：单机压缩达到“25∶1”。——回旋式压缩机通常仅仅适用于与现有技术机型中常用的低工作压缩比的工况，例如：工作压缩比月为“4∶1”左右。 

“发明专利”技术(ZL200410030658.3)从结构原理的角度提出了活塞往复式压缩机的“无余隙”结构形式，成功地对上述有“余隙”的瓶颈问题进行了挑战，由于它的“无余隙”结构形式的理论排气效率能够达到100％的工作效率，这就为它最终能够方便地制造出等于或远高于上述“25∶1”的工作压缩比机型创造了条件。 

接下来的问题是如何对上述这种活塞往复式压缩机的“无余隙”结构形式的机型对其关键部位：进行最佳的确保其能够实现上述“无余隙”的金加工工艺设计以及最佳结构形式的问题。 

发明内容

本发明之目的：就是为了解决上述金加工的加工工艺设计问题。 

本发明的关键在于： 

对于上述“发明专利”技术(ZL200410030658.3)在“无余隙”活塞往复运行的机型结构基础上，重点提出对其关键部位的最佳加工工艺以及采用的最佳结构形式。 

本发明的特点：由于提出对上述机型关键部位的最佳加工工艺以及采用的最佳结构形式，这就为确保实现上述“无余隙”结构的机型创造了条件。 

附图说明

图1示意了本发明在卧式曲轴驱动型大功率活塞式压缩机中的实施例。 

图2示意了图1机型的活塞前进(排气)运行时活塞、阀和汽缸的相对位置。 

图3示意了图1机型的活塞后退(吸气)运行时活塞、阀和汽缸的相对位置。 

图4示意了一种能够实现“无余隙”结构而实用的整体型吸气阀块的实施例。 

图5是图4的仰视图。 

图6示意了一种能够实现“无余隙”结构而实用的分体型吸气阀块的实施例。 

H：高压区；W：低压区；P：活塞顶部的吸气孔；D：交流电机；1：缸盖；2：弹簧；3：排气阀片；4：锥形吸气阀块；5：活塞；6：汽缸；7：曲轴；8：连杆；9：机体；10：定位螺丝；V：倒锥形阀盖；H：阀柱体；W：限位装置；H-a：一对对称的弹性支撑臂；W-a：一对对称的限位底脚；L：自然状态下对称的一对限位底脚之间的间距；R：谐振辅助弹簧；H-b：长阀柱体；W-b：限位用途的常规轴用环形卡簧；Q：环形卡槽。 

具体实施方式

图1、图2与图3重点示意了上述“发明专利”技术(ZL200410030658.3)往复活塞式压缩机的“无余隙”机型设计的结构概况。 

图1重点示意了一种曲轴驱动型压缩机的“无余隙”设计的结构概况。 

由图2所示，其中正在做压缩排气功的活塞5，在将已经被压缩成的高压气体全部挤入高压区H后，它自己继续顶着排气阀片3冲出汽缸6，并进入高压区H。此时，其中的活塞5、锥形吸气阀块4与排气阀片3之间的几何空间(“余隙”)，无论从理论上，还是实际上讲，都能够让它做到为“零”。活塞5冲出汽缸6的行程，通常可以控制在其有效吸气行程长度的十分之一左右或更小。 

由图3所示，当活塞5完全退进汽缸6时，由弹簧2定位的排气阀片3自然会让它同时在高气压的驱动下，将汽缸6顶部封闭住。这是，其中的活塞5自然转换成做顺流吸气功的工作状态，由于压力差的作用，低压区W中的气体，正通过活塞顶部的吸气孔P顶开原来封住它们的锥形吸气阀块4，进入汽缸6中的吸气冲程段，随着活塞5做吸气功的过程，最终将吸气冲程段中的空间添满。 

为了实现本发明之目的，可以采用以下的技术： 

在活塞5往复运行的机型结构基础上，在结构上满足以下的二个机构设置条件： 

一.活塞5的顶部外侧配用控制吸气孔P开启与关闭的锥形吸气阀块4； 

二.活塞5排气运行过程中能够顶着排气阀片3冲出汽缸6，并以此造成活塞5、排气阀片3与锥形吸气阀块4三者之间形成没有几何空间的“无余隙”接触状态。 

并且，构成上述机型关键部位的机加工方法如下： 

取由上述活塞往复式压缩机工作压缩比造成的高温状态所形成的温度环境，——压缩机的“无余隙”结构形式的主要目的是大幅度地提高其工作压缩比(高压缩比必然会造成排气温升的提高——尽管通过类似内燃机水冷的方式是可以完全按照人为意志制约住排气的温升)——让处于密合状态下的吸气阀块4和活塞5，同时进行最后一道工序的顶部研磨，以确保：吸气阀块4的顶部与活塞5的顶部在上述高温环境下正好处于同一个平面。 

——所述的排气阀片3是通过弹簧2的弹压定位在汽缸6的顶部位置： 

弹簧2对排气阀片3的定位作用主要是限制它过大地偏离汽缸6的中轴线，它的取材应该能够耐受上述高压缩比所造成的并已经限制住的温升。 

——所述的吸气阀块4取材的热胀冷缩系数所造成的形体变化，应该与活塞5顶部取材的热胀冷缩系数所造成的形体变化达到相互吻合的要求： 

吸气阀块4与活塞5(主要是指：活塞5顶部的取材)的取材可以相同，更可以不相同，然而，无论是相同或是不相同，都应该使得吸气阀块4与活塞5在正常的高压缩比情况下所造成的并已经限制住的高温度环境下能够进行正常的确保上述“无余隙”地工作，这起码需要通过合理的共同研磨，即在上述高温度环境下的共同研磨工艺来实现。因为： 

吸气阀块4在“热涨”时它的锥形阀身外表面尺寸会胀大；而活塞5上与吸气阀块4必须密合的锥形孔在“热涨”时它的内表面尺寸会缩小。——如果在常温下共同研磨吸气阀块4与活塞5二者的顶部，那么，在上述高温环境下就很可能难以做到吸气阀块4与活塞5二者的密闭吻合，除非压缩机工作在压缩比不很高的情况下。 

通常情况下，压缩机的“无余隙”结构机型是为了大幅度地提高其工作压缩比，即为了通过工程上的单级压缩来取代现有技术中的多级压缩过程，采用本发明的上述加工方法是可取的。 

如果，压缩机的“无余隙”结构机型仅仅是为了利用提高其排气效率(“无余隙”机型的理论排气效率为100％)，无需采用过高工作压缩比的设计方案，那么，就可以无需考虑在上述高温环境条件前提下进行共同研磨的问题了，然而，上述的共同研磨还是应该考虑的。 

活塞往复式压缩机的“无余隙”结构设计中采用的一种实用的整体型吸气阀块： 

吸气阀块4在结构上至少包括：设置在活塞5顶部的倒锥形阀盖V，以及连接该倒锥形阀盖V锥形侧的阀柱体H与连接该阀柱体H且位于活塞5内顶部侧的限位装置W构成；倒锥形阀盖V与设置在活塞5顶部的倒锥形阀孔处于密闭配合的状态，阀柱体H与设置在活塞5内顶部的直阀孔处于滑动配合状态；其特征在于，以下的结构及其安装方法： 

吸气阀块4在结构上的具体改造：上述阀柱体H或阀柱体H的下部是由一对对称的弹性支撑臂H-a来取代的，并且，在该一对对称的弹性支撑臂H-a上又分别设置了取代限位装置W的一对对称的限位底脚W-a，而且，该一对对称的限位底脚W-a之间设置有间距L，当该一对限位底脚W-a被压迫合拢之后就能够穿过活塞5上的直阀孔并伸出活塞W的内顶部，再者，至少包括构成吸气阀块4的：上述倒锥形阀盖V、弹性支撑臂H-a、限位底脚W-a三者是采用了一次性整体成型工艺制成的整体型部件； 

安装方法：只要将设置有倒锥形阀盖V的上述构成吸气阀块4限位底脚W-a的一端从活塞5顶部压入直阀孔，直到一对限位底脚W-a伸出活塞5下顶部并依靠一对弹性支撑臂H-a的弹性使得该一对限位底脚W-a张开复位至间距L。 

上述整体型吸气阀块也可以由分体型吸气阀块的来替换，即结构设计中采用的分体型吸气阀块的结构形式以及安装方法的其特征在于： 

吸气阀块4中的限位装置W能够利用限位用途的常规轴用环形卡簧W-b来取代，只要将该环形卡簧W-b安装定位在长阀柱体H-b尾端伸出在活塞5下顶部尾端位置上的环形卡槽Q中即可。 

分体型吸气阀块的结构稍许比上述整体型吸气阀块复杂一些，但是，它对于材料的要求较低，因此，也是一个可以考虑取用的方案。 

说明一点：过高的工作压缩比，肯定会造成过高的温升，但是，最终总是可以通过采用如汽车发动机那样的强制水冷方式将该由于高压燃气“爆炸”造成的温升限制住的，然而，鉴于本发明机型的“无余隙”结构的要求，本发明的吸气阀结构关键部位的加工过程是有必要按照本发明所指的特殊要求实施的。 

Claims (5)

1.一种活塞往复式压缩机的“无余隙”结构设计，在活塞(5)往复运行的机型结构基础上，在结构上满足以下的二个机构设置条件：

一.活塞(5)的顶部外侧配用控制吸气孔(P)开启与关闭的锥形吸气阀块(4)；

二.活塞(5)排气运行过程中能够顶着排气阀片(3)冲出汽缸(6)，并以此造成活塞(5)、排气阀片(3)与锥形吸气阀块(4)三者之间形成没有几何空间的“无余隙”接触状态。

并且，构成上述机型关键部位的机加工方法如下：

取由上述活塞往复式压缩机工作压缩比造成的高温状态所形成的温度环境，让处于密合状态下的吸气阀块(4)和活塞(5)，同时进行最后一道工序的顶部研磨，以确保：吸气阀块(4)的顶部与活塞(5)的顶部在上述高温环境下正好处于同一个平面。

2.根据权利要求1所述的一种“无余隙”型活塞往复式压缩机的结构设计，其特征在于：所述的排气阀片(3)是通过弹簧(2)的弹压定位在汽缸(6)的顶部位置。

3.根据权利要求1所述的一种“无余隙”型活塞往复式压缩机的结构设计，其特征在于：所述的吸气阀块(4)取材的热胀冷缩系数所造成的形体变化，应该与活塞(5)顶部取材的热胀冷缩系数所造成的形体变化达到相互吻合的要求。

4.一种活塞往复式压缩机的“无余隙”结构设计中采用的整体型吸气阀块，

吸气阀块(4)在结构上至少包括：设置在活塞(5)顶部的倒锥形阀盖(V)，以及连接该倒锥形阀盖(V)锥形侧的阀柱体(H)与连接该阀柱体(H)且位于活塞(5)内顶部侧的限位装置(W)构成；倒锥形阀盖(P)与设置在活塞(5)顶部的倒锥形阀孔处于密闭配合的状态，阀柱体(H)与设置在活塞(5)内顶部的直阀孔处于滑动配合状态；

其特征在于：

吸气阀块(4)在结构上的具体改造：上述阀柱体(H)或阀柱体(H)的下部是由一对对称的弹性支撑臂(H-a)来取代的，并且，在该一对对称的弹性支撑臂(H-a)上又分别设置了取代限位装置(W)的一对对称的限位底脚(W-a)，而且，该一对对称的限位底脚(W-a)之间设置有间距(L)，当该一对限位底脚(W-a)被压迫合拢之后就能够穿过活塞(5)上的直阀孔并伸出活塞(W)的内顶部，再者，至少包括构成吸气阀块(4)的：上述倒锥形阀盖(V)、弹性支撑臂(H-a)、限位底脚(W-a)三者是采用了一次性整体成型工艺制成的整体型部件；

安装方法：只要将设置有倒锥形阀盖(V)的上述构成吸气阀块(4)限位底脚(W-a)的一端从活塞(5)顶部压入直阀孔，直到一对限位底脚(W-a)伸出活塞(5)下顶部并依靠一对弹性支撑臂(H-a)的弹性使得该一对限位底脚(W-a)张开复位至间距(L)。

5.根据权利要求4所述的一种活塞往复式压缩机的“无余隙”结构设计中采用的分体型吸气阀块，

其特征在于：

吸气阀块(4)中的限位装置(W)能够利用限位用途的常规轴用环形卡簧(W-b)来取代，只要将该环形卡簧(W-b)安装定位在长阀柱体(H-b)尾端伸出在活塞(5)下顶部尾端位置上的环形卡槽(Q)中即可。

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