CN102384067B - 采用半v型活塞环活塞往复式压缩机的全无余隙结构 - Google Patents

Abstract

一种采用半V型活塞环活塞往复式压缩机的全无余隙结构，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)、活塞环(K)与汽缸(6)五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崭新的面貌出现：为更大幅度提高该机型的排气效率(活塞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也创造了条件。

Description

采用半V型活塞环活塞往复式压缩机的全无余隙结构

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。

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。

专利公告号“CN1680717”技术揭示了略欠缺于本发明的机型结构，即无活塞环机型的活塞往复式“无余隙”压缩机的结构(ZL200410030658.3)。

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半V型活塞环，该半V型的张口是向着圆心的，并且，该半V型断面的张口与活塞顶部形成具有坡度的接触面，由该坡度接触面与该顶部齐平面所形成半V型活塞环的断面夹角为锐角，而且，在该半V型活塞环与活塞接触的部位呈该活塞顶部由内向外圆周方向嵌入该半V型活塞环断面的张口的结构形式；

c.活塞在向前压缩排气行程中，最后能够顶开排气阀片冲出汽缸，活塞在后退行程中，当活塞欲完全退回到汽缸内，即将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、活塞环与汽缸五者之间形成没有几何空间的“全无余隙”接触状态；

所述的半V型活塞环的下端部位置平面与支持该平面的设置在活塞上的环槽平面之间留有足够的微小位移的间隙。

——排气阀片是通过弹簧一类的弹性装置定位在汽缸的顶部。

本发明的特点：

由于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，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。

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：其断面为半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；S：半V型断面活塞环的顶部尺寸(大于或等于“零”)；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

图1示意了一种曲轴驱动型活塞往复式压缩机“全无余隙”的结构概况。

图2示意了活塞5在向前的压缩排气行程时携带着活塞环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：

A.在活塞5与排气阀片3接触之前，该二者之间就已经在汽缸6中形成了将会缓解活塞5与排气阀片3相互冲撞力度的高压气垫；

B.此时意味着：活塞5已经将被压缩成的高压气体全部挤入高压区H；

C.应该在结构设计上确保：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。

图3示意了活塞5在后退的吸气行程时通过其顶部的锥形吸气阀块4吸进低压气体的状态。显然：

A.在结构上采用顺流式吸气机构最符合“全无余隙”的机型结构要求。

B.当活塞5处于后退行程的初始阶段，即在活塞5完全退进汽缸6的洞口之前，首先由较大直径的排气阀片3将较小口径的汽缸6的洞口顶部封闭住，此刻必将形成：

活塞5(包括位于其外缘的活塞环K)、锥形吸气阀块4、排气阀片3与汽缸6之间“全无余隙”的状态(就结构理论而言)。——在此刻之后，就不会存在如现有技术中残余高压气体的膨胀过程了，直接让活塞5才进入了具有实际吸气意义的吸气冲程阶段，直到由吸进的低压气体将气缸6中活塞5至排气阀片3之间的空间填满为止。

综上所述，从本发明的结构原理上看，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：将会形成最关键的：活塞5、排气阀片3、锥形吸气阀块4、活塞环K、与汽缸6五者之间没有几何空间的“全无余隙”接触状态。

关于本发明中采用涉及半V型断面形状活塞环K来实现“无余隙”的问题：

活塞5与半V型断面活塞环K(其张口是向着圆心的)是通过一定的锥形坡度以挤压方式接触的，并且，该坡度方向是离开圆心而向着圆周的，这样，在活塞5压缩气体的过程当中，就必然会增加一个向着汽缸6圆周内壁方向上的可变的附加挤压分力(与被压缩气体的压力成正比)，其前提是：活塞环K的另一个(指：下端部位置)平面与支持该平面的设置在活塞5上的环槽平面之间应该留有足够的微小位移的间隙，例如：应该小于1毫米；当被压缩气体的压力达到最高时，那么，通过活塞环K的上述附加的分力来制止活塞5两端的高压与低压之间漏气的力度也就随之达到最大；显然，在活塞5压缩气体的初始行程阶段(气体的压力不高时)，上述向着圆周方向的挤压分力就不存在或很小。——能够有效地增加活塞5前后两端之间上述的制止漏气的力度，这于高压缩比或超高压缩比机型是很重要的。

然而，在活塞5的吸气行程当中，该半V型断面活塞环K的作用机理如传统技术活塞环(矩形断面)一样，不会增加上述的对着汽缸圆周内壁方向上的挤压分力，这于减小活塞环K与汽缸6二个摩擦部件之间的磨损与整机的功耗是有利的。

此外，图中所示意的活塞环K的断面中顶部尺寸S的范围是大于或等于零，如果其顶部尺寸S大于零，则：活塞环K的半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的半V型断面形状就与该字母半个“V”很相像了。根据结构改进时的不同需求，上述尺寸S大于或等于零的情况都有可能存在。

关于本发明高压缩比机型的高压温升问题：

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。——属于现有技术范畴。

显然：

“有余隙”活塞往复式压缩机，其性价比已经很高了，若实现了“全无余隙”结构，其性价比就能更大幅度地攀升，就会让新机型非但能够成为传统型活塞往复式压缩机的换代产品，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，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半V型活塞环(K)，该半V型的张口是向着圆心的，并且，该半V型断面的张口与活塞(5)顶部形成具有坡度的接触面，由该坡度接触面与该顶部齐平面所形成半V型活塞环(K)断面的夹角为锐角，而且，在该半V型活塞环(K)与活塞(5)接触的部位呈该活塞(5)顶部由内向外圆周方向嵌入该半V型活塞环(K)断面的张口的结构形式；

c.活塞(5)在向前压缩排气行程中，最后能够顶开排气阀片(3)冲出汽缸(6)，活塞(5)在后退行程中，当活塞(5)欲完全退回到汽缸(6)内，即将与被汽缸(6)阻挡在外的排气阀片(3)分离的时刻，将会形成活塞(5)、排气阀片(3)、锥形吸气阀块(4)、活塞环(K)与汽缸(6)五者之间形成没有几何空间的“全无余隙”接触状态；

所述的半V型活塞环(K)的下端部位置平面与支持该平面的设置在活塞(5)上的环槽平面之间留有足够的微小位移的间隙。

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。