CN1027390C

CN1027390C - 微型高压压缩机

Info

Publication number: CN1027390C
Application number: CN 91108762
Authority: CN
Inventors: 郁庆章; 陈晓屏; 叶上禄; 李连生; 顾兆林
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2006-09-06
Also published as: CN1070247A

Abstract

一种广泛用于夜视装置或其它需要微量高压气体场合的微型高压压缩机，包括一机座、机座上配置有两个或两个以上的缸体，缸体内配置有活塞，所有活塞均与机座内偏心轴上的圆环相接触，偏心轴的中心和与其对应的主轴的中心有一偏心距，随着主轴转动，可实现对气体的多级压缩，具有结构紧凑、升程可调、拆装方便、能够实现小型化，寿命高，可靠性高的特点。

Description

本发明涉及一种压缩机，特别涉及一种微型高压压缩机。

现有的高压压缩机包括一气缸、气缸内有一活塞，活塞通过曲柄连杆机构与驱动轴相联接，活塞可以是级差式或多级式，以使得被压缩后的气体进入下一级压缩腔压缩，从而形成高压气体（文献：①《活塞式压缩机》，郁永章，机械工业出版社，1981年;②《容积式压缩机原理与结构设计》，陈永江，西安交通大学出版社，1985年。）。由于上述压缩机需要通过曲柄连杆机构将驱动轴的旋转运动变为往复运动，因而结构比较复杂，无法实现小型化。且现有的高压压缩机的气阀为常见的环状阀，当阀两边的压差很大时，阀的可靠性与寿命均大大下降。

美国专利NO.5030065描述了一种偏心滑块机构的多级压缩机，滑块与轭靴由夹持环保证其相互位置，每级的活塞（杆）匀与一个轭靴联接（固接），滑块由曲轴的曲柄驱动。该结构与曲柄连杆机构相比有所简化，但是其偏心滑块的受力特性不好，而且结构仍然复杂。

本发明的目的旨在克服上述现有技术的缺点，提出了一种驱动机构为偏心轴外套一个作行星运动的圆环的高压压缩机，主轴运动后，偏心轴带动圆环作公转运动，圆环自身自转，从而推动与圆环滑动接触的活塞（杆）作往复运动;活塞匀呈浮动状态，一级活塞的回程通过配置于活塞与一级缸体间的弹簧的弹力推动活塞返回，其余各级活塞的回程靠各级的吸气压力推动活塞返回，具有结构紧凑、能够实现微型化的特点。

本发明的另一目的在于提出一种专用于微型高压压缩机的气阀，具有升程可调、拆装方便、且具有较高的寿命和可靠性的特点。

本发明包括一机座、机座上配置有两个或两个以上的缸体，缸体内配置有活塞，所有的活塞均与机座内的一轴承的外圈相接触，轴承的中心和与其相配合的主轴的中心相距一段距离r。一级压缩腔的出气孔通过管道与二级压缩腔的进气孔相连通、二级压缩腔的排气孔通过管道与三级压缩腔的进气孔相连通，以此类推，直到最后一级压缩腔的排气孔。一级活塞的回程通过配置于一级活塞与一级缸体间的弹簧的弹力来实现，其余级活塞的回程靠吸气压力推动返回。

二级以上压缩腔的进气孔和排气孔均配置有升程可调进气阀和升程可调排气阀。所说的升程可调进气阀包括一可螺旋于缸体或缸盖上的调节杆，调节杆内通过弹簧配置有可控制进气孔与压缩腔连通或关闭的阀芯;所说的升程可调排气阀包括一可螺旋于缸体或缸盖上的调节杆，调节杆内通过弹簧配置有可控制排气孔与压缩腔连通或关闭的阀芯。

电机或其它原动机将输出的扭矩传递给主轴，由于主轴中心线与轴承的中心线相距为r，随着主轴的转动，轴承的外圈便推动各级活塞作往复运动，从而获得气体的压缩-排气-吸气过程。

图1是本发明的三级压缩机的压缩部分剖面图。

图2是本发明的三级压缩机通过主轴中心O₂与O₁O₂线垂直相剖的结构原理图。

图3是本发明的二级压缩机的剖示图。

图4是本发明的四级压缩机的剖示图。

下面参照附图对本发明的结构原理和工作原理作详细的说明。

参照图1、图2，本发明的三级压缩机包括一机座（12），机座（12）内配置有轴承（27），轴承（27）内配置有偏心主轴（32），主轴（32）与电机（42）相联接。轴承（27）的中心是O₁、主轴（32）的中心是O₂，O₁、O相距为r。机座（12）上配置有气缸缸体（2、13、33），缸体（2、13、33）的端部分别配置有缸盖（4、19、29），缸体（2、13、33）内分别配置有活塞（10、25、34），活塞（10、25、34）上的端盖（1、26、36）均与轴承（27）的外圈相接触;端盖（1、26、36）可以分别和活塞（10、25、34）为一体，也可以是彼此分开的部件并成紧配合联接。

一级活塞（10）与缸体（2）间配置有回程弹簧（11），缸盖（4）后配置有盖板（5），盖板（5）上开有可与一级压缩腔相连通的进气孔（6）和排气孔（7），进气孔（6）和排气孔（7）的内端分别配置有进气阀片（3）和排气阀片（9）。排气孔（7）通过管道（图中未标出）与二级升程可调进气阀（17a）相连通。

二级升程可调进气阀（17a）布置在缸盖（19）上，其阀腔通过孔（18b）和二级压缩腔相连通。进气阀（17a）包括一可螺旋于缸盖（19）上的升程调节杆（17），升程调节杆（17）的内腔内布置一阀芯（18），弹簧（15）的一端固定在阀芯（18）上，另一端由弹簧压盖（16）支撑着。二级升程可调排气阀（21a）布置在缸盖（19）上，其阀腔可以与二级压缩腔相连通。排气阀（21a）包括一可螺旋于缸盖（19）上的升程调节杆（21），升程调节杆（21）的内腔内布置一阀芯（20），弹簧（22）的一端顶住阀芯（20），另一端支撑在升程调节杆（21）上。

二级升程可调排气阀（21a）通过管道（图中未标出）与三级升程可调进气阀（28）相连通。三级升程可调进气阀（28）和三级升程可调排气阀（37）分别与二级升程可调进气阀（17a）和二级升程可调排气阀（21a）的结构型式相同。

另外，图中，螺钉（1a、24、30）分别把缸体（2、13、33）与机座（12）联接起来;螺栓（8）联接盖板（5）、缸盖（4）与缸体（2）;螺钉（23）联接缸盖（19）与缸体（13）;缸体（33）与缸盖（29）由螺钉（31）联接。（14）、（35）分别为二级缸体（13）和三级缸体（33）与二级活塞（25）和三级活塞（34）之间的密封填料。端板（46）与电机（42）由螺钉（45）联接;为了平衡旋转惯性力，在主轴（32）的一端通过螺帽（38）固定一平衡块（49）;轴承（39）用来支撑主轴（32），（47）是轴承（39）的轴承座;（40）是用来联接主轴端盖（48）、轴承座（47）和机座（12）的螺钉。（41）是轴承（27）、（39）的轴向挡圈，（42）是电机，（43）、（44）分别是主轴（32）、轴承（27）的中心线。

电机（42）带动主轴（32）绕中心O₂转动时，与轴承（27）的外圈相接触的一级活塞端盖（1）、二级活塞端盖（26）分别向气缸缸盖（4、19）移动，三级活塞端盖（36）向脱离缸盖（29）的方向移动，活塞（10）、缸盖（4）、缸体（2）、舌簧阀片（3、9）组成的一级压缩腔中的气体以及活塞（25）、缸体（13）、阀芯（18、20）构成的二级压缩腔中的气体受到压缩;而由缸体（33）、活塞（34）、阀杆（37、28）构成的三级压缩腔处在充气过程，此时的吸气阀（28）是打开的。随着主轴（32）的转动，上述压缩腔中受压缩的气体将逐渐被压缩到一定压力而排出，继而充入新的气体;而充入的气体随吸气阀（28）的关闭而开始被压缩，如此实现三级压缩。当活塞（10）向缸盖（4）侧运动时，放置在活塞端盖（1）和缸体（2）之间的弹簧（11）受到压缩，由此产生的弹力便是活塞（10）向主轴中心O₂移动（即回程）的推动力;由于轴承（27）的外圈与机座（12）组成的容积腔中的气体为一级吸气压力，因此，当活塞（25、34）向主轴中心O₂移动时，其推动力是该级的吸入气体压力，即活塞（25、34）的回程可实现浮动。进气阀片（3）和排气阀片（9）采用舌簧阀，当气体从盖板（5）上的进气孔（6）被吸入时，进气阀片（3）落在缸盖（4）上，当气体被压缩时，进气阀片（3）落到盖板（5）上;当缸体（2）、活塞（10）、缸盖（4）所围空间中的气体被压缩到足以推开排气阀片（9）时，排气阀片（9）落在盖板（5）上，在活塞（10）回程时，排气阀片（9）落在缸盖（4）上。

吸气时，已被压缩的有一定压力的气体推动阀芯（18）左移，并靠在缸盖（19）开孔（18b）的壁面上;当气体被压缩时，阀芯（18）左侧的气体压力高于右侧，阀芯（18）靠在升程调节杆（17）上并盖住孔（18a）;弹簧（15）用于调节阀芯（18）左右压差，拧动调节杆（17）可以调节阀芯（18）与孔（18b）的相对位置，即调节了阀芯（18）的升程高度。排气时，阀芯（20）靠在升程调节杆（21）上，当阀芯（20）靠在缸盖（19）上时，排气阀（21a）关闭。拧动升程调节杆（21）便可调整升程调节杆（21）与阀芯（20）之间的相对位置，即调节了阀芯（20）的升程，弹簧（22）用于推动阀芯（20）右移。

轴承（27）的内圈与主轴（32）固为一体，轴承（27）的外圈与活塞端盖（1、26、36）之间可相对滑动或纯滚动。压缩机可以有油润滑，也可实现无油润滑。

参照图3，本发明的二级压缩机包括一机座（12），机座（12）内配置有轴承（27），轴承（27）内配置有偏心主轴（32），主轴（32）与电机相联接。轴承（27）的中心是O₁、主轴（32）的中心是O₂，O₁、O₂相距为r。机座（2）上配置有气缸缸体（2、13），缸体（2、13）的端部分别配置有缸盖（4、19），缸体（2、13）内分别配置有活塞（10、25），活塞（10、25）上的端盖（1、 26）均与轴承（27）的外圈之间呈相对滑动或纯滚动;端盖1、26）可以分别和活塞（10、26）为一体，也可以是彼此分开的部件并成紧配合联接。

二级压缩机的一级压缩气缸和二级压缩气的结构形式可以分别和三级压缩机的一级压缩气缸和二级压缩气缸的结构形式完全相同，也可以有如下区别：二级压缩机的机座（12）与一级缸体（2）、二级缸体（13）铸成为一体;二级吸气阀弹簧（15）与二级排气阀弹簧（22）被分别支撑在缸盖（19）和升程调节杆（21）上。这种缸体与机座铸成一体的结构形式亦适应于三级压缩机或多级压缩机。

气体通过吸气管（50）从进气孔（6）进入一级缸体（2）、一级活塞（10）、一级缸盖（4）组成的一级压缩腔，由于偏心主轴（32）转动，气体受到压缩，通过盖板（5）上设置的排气阀片（9）排出，经一级排气和二级进气阀连通管道（51）后被引入二级缸体（13）、活塞（25）、缸盖（19）组成的二级压缩腔，经二级压缩后由排气管（63）排出。图示位置表示二级排气刚刚结束，二级吸气即将开始。一级活塞（10）的回程由弹簧（11）的弹力实现;二级活塞（25）的回程由该级的吸气压力推动返回。

参照图4。本发明的四级压缩机包括一机座（12），机座（12）内配置有轴承（27），轴承（27）内配置有偏心主轴（32），主轴（32）与电机相联接。轴承（27）的中心是O₁、主轴（32）的中心是O₂，O₁、O₂相距为r。机座（12）上配置有气缸缸体（2、13、33、64），缸体（2、13、33、64）的端部分别配置有缸盖（4、19、29、58），缸体（2、13、33、64）内分别配置有活塞（10、25、34、57），活塞（10、25、34、57）上的端盖（1、26、36、55）可以分别和活塞（10、25、34、57）为一体，也可以是彼此分开的部件并成紧配合联接。

四级压缩机的一级压缩气缸的结构形式和三级压缩机的一级压缩气缸的结构形式完全相同。四级压缩机的二级、三级、四级压缩气缸的结构形式可以和二级压缩机的二级压缩气缸或三级压缩机的二级、三级压缩气缸的任一种结构形式相同。二级、三级、四级压缩气缸的升程可调进气阀的结构形式也可以完全相同如图4所示，以三级升程可调进气阀为例说明：它包括一可螺旋于缸盖（29）上的调节杆（28），调节杆（28）的内腔内配置一阀芯（28a）;弹簧（28b）的一端固定在缸盖（29）的槽中，另一端支撑着阀芯（28a）;拧动调节杆（28），可使阀芯（28a）上下移动，由此调节了阀芯（28a）与弹簧（28b）所在槽之间的相对距离，即调节了进气阀的升程。二级、三级压缩气缸的升程可调排气阀的结构形式也可以完全相同，如图4所示，以四级升程可调排气阀为例说明：它括一可螺旋于缸盖（58）上的调节杆（62），调节杆（62）内配置有阀芯（60）;弹簧（61）的一端放置在调节杆（62）上开设的槽中，另一端支撑着阀芯（60），拧动调节杆（62），则可调节调节杆（62）与阀芯（60）之间的相对距离，即排气阀升程可调。

气体从吸气管（50）吸入，经四级压缩后由排气管（59）排出，一级排气与二级吸气由管道（51）连通;二级排气与三级吸气由管道（52）连通;三级排气与四级吸气由管道（53）连通。机座（12）与缸体（2、13、33、64）可以铸成一体，活塞端盖（55）、活塞（57）、密封填料（56）、缸盖（58）、缸体（64）组成了第四级压缩气缸。螺钉（65）把缸体（64）与缸盖（58）联接起来;（54）是四级吸气阀调节杆;一级活塞（10）的回程由弹簧（11）的弹力实现，其余级活塞（25、34、57）的回程由相应级的吸气压力作用返回。

以此类推，多级压缩机的一级压缩气缸的结构形式和三级压缩机的一级压缩气缸的结构形式相同。多级压缩机的其它级压缩气缸的结构形式可以和二级压缩机的二级压缩气缸或三级压缩机的二级、三级压缩气缸或四级压缩机的二级、三级、四级压缩气缸的任一种结构形式相同。

本发明的轴承的外圈上可以套装一过渡圈，使得过渡圈直接和各级活塞相接触。

由此可见，由于本发明可以直接将主轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，在二级以上的压缩气缸中采用升程可调阀杆，因而具有结构紧凑、可靠性高、安全方便的特点。

最佳实施例：

三级压缩机，排气压力为30兆帕，驱动功率为60瓦，采用直流电源供电，主轴偏心距r＝7-20毫米，用在军用装甲车的夜视装置中，尺寸为220×200×200毫米。

四级压缩机，排气压力为35兆帕，驱动功率为60瓦，采用直流电源供电，主轴偏心距r＝5-18毫米，用在军用装甲车的夜视装置中，尺寸为220×200×200毫米。

六级压缩机，排气压力为40兆帕，驱动功率为60瓦，采用直流电源供电，主轴偏心距r＝4-15毫米，用在军用装甲车的夜视装置中，尺寸为220×200×200毫米。

Claims

1、微型高压压缩机，包括一机座、机座上的气缸缸体、缸体内的活塞及缸体末端的缸盖，机座上配置有两个或两个以上的缸体，每一缸体内均配置有活塞，本发明的特征在于，偏心轴与主轴有一偏心距，各级活塞在气缸内呈浮动状态，一级活塞与一级气缸体间配置有回程弹簧，一级压缩腔的进气孔和排气孔分别配置有舌簧阀片，二级以上压缩腔的进气孔和排气孔均配置有升程可调进气阀和升程可调排气阀。

2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所说的升程可调进气阀包括一可螺旋于缸盖上的升程调节杆，升程调节杆内布置一阀芯和弹簧，弹簧的一端固定在阀芯上，另一端由弹簧压盖支撑着。

3、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所说的升程可调进气阀包括一可螺旋于缸盖上的调节杆，调节杆内配置一阀芯和弹簧，弹簧的一端固定在缸盖的一槽中，另一端支撑着阀芯。

4、根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，所说的升程可调排气阀包括一可螺旋于缸盖上的升程调节杆，升程调节杆内布置一阀芯和弹簧，弹簧的一端顶住阀芯，另一端支撑在升程调节杆上。

5、根据权利要求1或3所述的压缩机，其特征于在，所说的升程可调排气阀包括一可螺旋于缸盖上的升程调节杆，升程调节杆内布置一阀芯和弹簧，弹簧的一端顶住阀芯，另一端支撑在升程调节杆上。

6、根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，所说的升程可调排气阀包括一可螺旋于缸盖上的升程调节杆，升程调节杆内布置一阀芯和弹簧，弹簧的一端固定于升程调节杆内的槽中，另一端支撑着阀芯。

7、根据权利要求1或3所述的压缩机，其特征在于，所说的升程可调排气阀包括一可螺旋于缸盖上的升程调节杆，升程调节杆内布置一阀芯和弹簧，弹簧的一端固定于升程调节杆内的槽中，另一端支撑着阀芯。