CN102384063A - 活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计 - Google Patents

Abstract

一种活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计，是在消灭余隙方面对它进行改进而实现的，从结构原理的角度来看，在瞬间时刻可以消灭涉及：活塞顶部空间的余隙、吸气与排气机构中的余隙，以及通过活塞环造成的余隙。——最终让活塞(5)、排气阀片(3)、锥形吸气阀块(4)与汽缸(6)四者之间能够形成没有任何几何空间的“全无余隙”接触状态。——让世界上最传统型活塞往复式压缩机以更加崭新的面貌出现：为更大幅度提高该压缩机机型的排气效率(活塞的实际排气量几乎达到100％)或/和工作压缩比，并成为活塞往复式压缩机的换代产品创造了条件，甚至，鉴于其“性价比”的大幅度攀升，又为它有可能成为其他工程领域中使用的多种不同类别压缩机的换代产品创造了条件。

Description

活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计

技术领域.

本发明涉及活塞往复式压缩机的技术，尤其是“全无余隙”机型的技术。

背景技术

目前问世的压缩机品种中的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。

活塞往复式压缩机与其他压缩机一样，由于在结构上受到无法解决的“余隙”问题的困扰，因此它的排气效率或/和压缩比始终难以提高。——例如：当压缩比接近于“10”时，其排气量将会减小到失去其工作意义的程度。

现有活塞往复式压缩机中的“余隙”包括：活塞外顶部与气缸内顶部之间以及由于吸气与排气二者机构必须存在的“余隙”，以及由于活塞环的存在而造成的余隙。

发明内容

本发明之目的：

本发明之目的：提出了活塞往复式压缩机“全无余隙”的结构。

为了实现上述发明目的，拟采用以下的技术：

在活塞往复运行的机型结构基础上，在结构上满足以下a、b与c的三个机构设置条件：

a.活塞的顶部外侧配用控制吸气孔开启与关闭的锥形吸气阀块；

b.至少在与活塞的外侧与顶部齐平位置上设置了其断面为V型的活塞环，该V型的张口是向着圆心的，该V型断面的张口与定位它的环槽上的坡度接触面为滑动配合，并且，该活塞环是通过与上述V型断面相吻合的环槽来实施定位的；

c.活塞向前排气运行过程中，最后能够顶开排气阀片冲出汽缸，活塞后退吸气运行过程中，当活塞欲完全退回到汽缸内，即要与被气缸阻挡在外的排气阀片分离的时刻，将会造成活塞、排气阀片、锥形吸气阀块与汽缸四者之间形成没有几何空间的“全无余隙”接触状态。——排气阀片是通过弹簧一类的弹性装置定位在汽缸的顶部。

本发明与现有技术比较的特点：

由于提出了上述活塞往复式压缩机“全无余隙”的结构的设计方案，这就为：活塞往复式压缩机在其结构原理上能够实现“全无余隙”工作状态的结构形式与运行方式均创造了条件，使得其：理论排气量达到100％的程度，而实际排气量在任何工况条件下都非常接近于100％，并进而能够大幅度地提高其工作压缩比又创造了条件。

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往复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。

H：高压区；W：低压区；K：其断面为V型的活塞环；N：普通的常规活塞环；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。

具体实施方式

一种曲轴驱动型压缩机的“全无余隙”设计的结构原理概况见上述图1的示意。

当活塞5处于压缩冲程时，在它与排气阀片3接触之前，该二者之间就已经在汽缸6中形成了将会缓解相互冲撞力度的高压气垫。一旦活塞5携带着活塞环K一起冲出汽缸6的洞口，即将已经被压缩成的高压气体全部挤入高压区H，并同时和活塞环K一起与排气阀片3接触并顶着该排气阀片3一起在汽缸6的洞口外部行进。

图2示意了上述的活塞5在携带着活塞环K一起，顶着排气阀片3在汽缸6的洞口外部一起行进的状况。——显然，在结构上应该确保：活塞环K不能全部脱离(冲出)汽缸的洞口，否则，活塞环K就不可能被活塞5重新携带着返回汽缸6了。此外，活塞5冲出汽缸6洞口的行程部分，可控制在其有效行程长度的十分之一左右或更小；而且，当活塞5在汽缸6中与顶部的排气阀片3冲撞接触之前，将会受到已经在活塞5与排气阀片3之间形成的高压气垫的强大缓冲作用。

当活塞5处于吸气冲程时，在活塞5完全退进汽缸6的洞口之前，首先，由弹簧2定位的较大直径的排气阀片3，主要是在高气压的驱动下，重新将较小口径的汽缸6的洞口顶部封闭住，然后，活塞5再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，通过活塞5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中实施其吸气冲程，最后，吸进的低压气体将气缸6吸气冲程段中的空间全部填满。

图3示意了上述的通过活塞5上的锥形吸气阀块4吸进低压气体的状态。——显然，在结构上采用顺流式吸气机构最符合“全无余隙”的机型结构设计。

综上所述，从本发明机型的结构原理上看，当活塞5处于本发明的吸气冲程但又尚未进行吸气时，即主要是在高气压的驱动下，让排气阀片3将汽缸6的洞口顶部封闭住的时刻：将会造成活塞5、排气阀片3、锥形吸气阀块4与汽缸6四者之间形成没有几何空间的“全无余隙”接触状态。

关于本发明中采用呈V型断面形状活塞环K实现“无余隙”的问题：

活塞5与V型活塞环K(该V型的张口是向着圆心的)是通过一定的锥形坡度的挤压方式接触的，并且，该坡度方向是离开圆心而向着圆周的，显然，在活塞5压缩气体的过程当中，又增加了一个向着汽缸6圆周内壁方向上的可变的挤压分力，而该分力是与被压缩气体的压力成正比的；即当活塞5越是进入其行程的尾端时，由于被压缩气体的压力也升至越高，那么，附加的通过活塞环K的上述出力来制止活塞5两端的高压与低压之间漏气的力度也就越大；而在活塞5压缩气体的初始行程阶段，由于汽缸6内气体的压力不高时，上述向着圆周的平挤压分力就不存在或很小。——活塞环1与定位该活塞环1的环槽之间在相互配合时总是会存在一定的、哪怕是极其微小的公差配合，机加工时只要有意识地充分把握住并设法实现了这一点，就能够很容易使得活塞5在压缩气体的过程当中，增加上述制止漏气的分力。

此外，图2中所示意的活塞环K的V型断面中顶部尺寸S的范围应该大于或等于“零”：如果其顶部尺寸S大于“零”，则：活塞环K的V型断面形状就如图2与图3中示意的那样；如果其顶部尺寸S等于“零”，则：活塞环K的V型断面形状就与该字母“V”很相像了。具体设计时，根据对活塞往复式压缩机实施“全无余隙”的结构改进时的不同需求，上述二种情况的设计都有可能存在。

关于本发明高压缩比机型的高压温升问题：

此外，高压缩比或特高压缩比机型必然会面临对于压缩机来说的高温升问题，这可以采用一般的风冷方式来解决，也可以采用如汽车发动机(通过汽油高温爆炸来驱动活塞的运行)那样的水冷方式来解决。

显然：

现在，“有余隙”的活塞往复式压缩机，它具有制造简单与“性价比”很高的特点，如果实现了本发明的“全无余隙”的结构，那么，其制造简单的程度不会改变，而“性价比”就能更大幅度地攀升，这就会让历史最悠久的活塞往复式压缩机以更崭新的面貌在地球上出现，非但能够成为现有传统型活塞往复式压缩机的换代产品，而且，还很有可能成为其他工程领域中使用的各种类型压缩机的换代产品。

Claims (2)

1.一种活塞往复式压缩机的“全无余隙”结构设计，在活塞(5)往复运行的机型结构基础上，结构上再满足以下a、b与c的三个机构设置条件：

a.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)；

b.至少在与活塞(5)的外侧与顶部齐平位置上设置了其断面为V型的活塞环(K)，该V型的张口是向着圆心的，该V型断面的张口与定位它的环槽位于活塞(5)顶部的坡度接触面为滑动配合，并且，该活塞坏(K)是通过与上述V型断面相吻合的环槽来实施定位的；

c.活塞(5)向前压缩排气运行过程中，最后能够顶开排气阀片(3)冲出汽缸(6)，活塞(5)后退吸气运行过程中，当活塞(5)欲完全退回到汽缸(6)内，即要与被气缸(6)阻挡在外的排气阀片(3)分离的时刻，将会造成活塞(5)、排气阀片(3)、锥形吸气阀块(4)与汽缸(6)四者之间形成没有几何空间的“全无余隙”接触状态。

2.一种根据权利要求1所述的活塞往复式压缩机的“全无余隙”结构设计，其特征在于：所述的排气阀片(3)是通过弹簧(2)一类的弹性装置定位在汽缸(6)的顶部。

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