CN102384069A - 活塞往复式压缩机的全无余隙结构及其相关的加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种活塞往复式压缩机的全无余隙结构及其相关的加工方法，是在完全消灭“余隙”方面进行的改进而实现的，即在ZL200410030658.3“无余隙”技术的基础上再进行的改进而实现的；从结构原理的角度来看，在瞬间时刻完全可以让：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几何空间的“全无余隙”接触状态。——让最传统的活塞往复式压缩机以更加崭新的面貌出现世界上：其活塞(5)的实际排气量在任何工况条件下都非常接近于100％，并进而能够大幅度提高其压缩比，为它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及其相关的加工方法
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”的结构机型的设计方案。
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，并且，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；
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、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；
——排气阀片是通过弹簧一类的弹压装置定位在汽缸顶部。
本发明关键部位的加工方法如下：
将呈V型断面的活塞环设置在活塞的外侧与顶部齐平的位置上，将锥形吸气阀块也设置在在活塞上，最后，将该活塞的上顶部、该活塞环的上部，以及该锥形吸气阀块的上顶部(锥体的底部)三者一起进行平面研磨。——确保该三者位于同一个平面。
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，使得活塞理论排气量达到100％，而实际排气量在任何工况条件下都非常接近于100％，并进而为能够大幅度地提高该机型的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；S：V型断面活塞环的顶部尺寸(大于或等于“零”)；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6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。活塞5冲出汽缸6洞口的行程，通常可以控制在其有效吸气行程长度的十分之一左右。
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、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。
上述的活塞5，当它在汽缸6内的排气冲程过程中快要接触到紧盖在汽缸6洞口位置的排气阀片3之前，该活塞5与该排气阀片3之间会形成一层能够大幅度缓解该二者碰撞冲击力度的“高压气垫”。——该工作机理又增加了实现本发明的可行性。
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。一一活塞环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挤压分力。
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。
关于本发明中的活塞环K与活塞5以及锥形吸气阀块4共同研磨的机加工问题：
通过活塞环K、活塞5顶部以及锥形吸气阀块4一起进行至少是最后的一次平面研磨的机加工工序，容易实现在该三者密封的前提下又能够确保该三者的顶部位于同一个平面内，当由该三者通过并列构成的密封平面与另一个平面(排气阀片3)充分接触时，就会很容易确保该二个充分接触的平面之间能够形成又一个“无余隙”的状态，这对于减小甚至消除活塞往复式压缩机的整体余隙是及其有利的。
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时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、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。实现了如此的状态，无论从理论上，还是实际上讲，都能够让上述的接触状态实现“零”余隙。——实现该“全无余隙”的状态，将会使得本发明机型活塞5的理论排气量达到100％的程度，这对于极大幅度地提高本发明机型的压缩比是极其有利的。
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高压温升的问题，通常可以采用现有技术，例如，采用一般或特殊的风冷方式，甚至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(压低温升)来解决“全无余隙”活塞往复式压缩机在高压缩比或特高压缩比工况条件下的温升控制与散热的问题。
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，
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、c与d的四个机构设置条件：
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，并且，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；
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)、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；
d.排气阀片(3)是通过弹簧(2)一类的弹压装置定位在汽缸(6)的顶部。
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”结构关键部位的加工方法：
将呈V型断面的活塞环(K)设置在活塞(5)的外侧与顶部齐平的位置上，将锥形吸气阀块(4)也设置在在活塞(5)上，最后，将该活塞(5)的上顶部、该活塞环(K)的上部，以及锥形吸气阀块(4)的上顶部一起进行平面研磨。
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