CN103629084B - 一种多级气体输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体输送装置的结构设计，其采用多级（至少3级）往复式结构，工作时装置首级可产生一定的真空度，完成对气体的抽吸作用，经过多级增压后排出气体具有较高压力。多级气体输送装置有多个腔体，各腔体采用节段式，由多个可复制的独立腔体（一个首级腔、一个末级腔和若干个中间腔体）组成，各中间腔体结构完全相同，气体输送装置级数的选择依据要求的出口压力来确定，在保证首末腔体不变的情况下，通过增加中间腔体的数量即可。

Description

一种多级气体输送装置

技术领域

本发明涉及一种多级气体输送装置。

背景技术

气体输送设备是指能引起气体持续流动的驱动机器，是压缩和输送气体设备的总称。气体输送设备按照工作原理可以分为离心式、旋转式、往复式和喷射式。按照出口压力和压缩比可分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。各种气体输送设备均有各自的优缺点，各种气体输送设备在使用时均有一定的局限性。真空泵是能够产生真空的气体输送设备，压缩比由真空度决定。真空泵产生真空，使其在进口能够对输送气体形成较好的抽吸作用，但是其出口压力较低。

输送气体时，有时需要在进口产生较高的真空度，以实现对气体的抽吸。同时又要求出口处的气体能具有较高的压力。为满足这种要求，往往先使用真空泵完成抽吸，再通过增压设备将抽送的气体增压到所需压力。采用这种方法可以达到预期效果，但是由于真空泵和增压设备独立存在于的气体输送系统中，需要多个独立的动力源来驱动，增加了系统能耗，同时二者的分散布置，不利于系统的集成，使得系统结构复杂，系统运行的故障率增大，可靠性降低。因此，开发一种既可以在进口处产生一定真空度，同时又能使出口气体具有较高压力的气体输送设备，尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体输送装置，能在进口处产生一定的真空度，同时又能使出口气体具有较高压力。其采用至少3级的多级往复式结构。工作时装置首级可产生一定的真空度，完成对气体的抽吸作用，经过多级增压后排出气体具有较高压力。

实现上述多级气体输送装置采取的技术方案如下：

多级气体输送装置有多个腔体，各腔体采用节段式，由多个可复制的独立腔体（一个首级腔、一个末级腔和若干个中间腔体）组成，各中间腔体结构完全相同，气体输送装置级数的选择依据要求的出口压力来确定，在保证首末腔体不变的情况下，通过增加中间腔体的数量即可。每个腔体内部结构相同，具有一定的互换性。每个节段式腔体由上下腔、活塞盘、环形隔膜片、上下腔体单向连通阀组成；各级节段式腔体之间通过上下盘体依次连接形成泵体，首级下盘布置进气口单向阀并添加进气口，末级上盘布置出气口单向阀并添加出气口，进出气口分别连接进口管路，在各级之间布置级间单向连通阀，首级下盘外部布置连接轴导向密封体。连接轴一端与驱动机构相连，另一端通过导向密封体，穿过各级上下盘，依次连接各级活塞盘。

连接轴在驱动机构的作用下做往复运动，使得各级活塞盘做往复运动，加之隔膜片的变形，各级上下腔容积发生变化，各级上下腔体内气体压力发生变化，在压力差的作用下，各级腔体单向连通阀、级间单向连通阀与进出气口单向阀实现开闭，气体输送装置完成对气体的抽吸以及增压过程，最终实现输送气体的作用。

附图说明

图1.三级气体输送装置结构图

图中：1、连接轴，2、导向密封体，3、密封圈，4、首级下盘，5、首级下活塞盘，6、首级隔膜片，7、首级上活塞盘，8、穿杠螺栓，9、首级上盘，10、中间下盘，11、中间下活塞盘，12、中间隔膜片，13、中间上活塞盘，14、中间上盘，15、末级下盘，16、末级下活塞盘，17、末级隔膜片，18、末级上活塞盘，19、末级上盘，20、出气口单向阀，21、出气口，22、驱动机构，23、进气口，28、进气口单向阀，25、首级下腔，26、首级活塞盘紧固螺栓，27、首级腔体单向连通阀，28、首级上腔，29、首级-中间级间密封环，30、首级-中间级间单向连通阀，31、首级-中间连接轴密封圈，32、中间下腔，33、中间活塞盘紧固螺栓，34、中间上腔，35、中间-末级级间密封环，36、中间腔体单向连通阀，37、中间-末级级间单向连通阀，38、末级下腔，39、末级上腔，40、末级活塞盘紧固螺栓，41、中间-末级连接轴密封圈，42、末级腔体单向连通阀，43、连接轴连接螺栓。

具体实施方式

依据实际空间条件气体输送装置在运行过程中，可进行水平、竖直、倾斜布置。对于多级气体输送装置，其由一个首级腔体、一个末级腔体和多个中间腔体组成，各中间腔体结构完全相同。对于气体输送装置级数的选择依据要求的出口压力来确定，在保证首末腔体不变的情况下，增加中间腔体的数量。

结合图1，对竖直布置时的三级气体输送装置的实施形态进行说明，其他布置状态以及多级时的实施形态相同。

三级气体输送装置靠近驱动机构22的一端为首级低压进气端。各级上下盘包围部分为腔体，自下而上依次为首级腔体、中间腔体和末级腔体，各级腔体为节段式可复制，具有一定的互换性。

首级腔体结构如下：首级腔体被首级上活塞盘7、首级下活塞盘5、首级隔膜片6分割为首级上腔28、首级下腔25。首级隔膜片6为环形，在首级隔膜片6内外圈的正反面分设一对环形凸台，通过首级上盘9、首级下盘4，压紧首级隔膜片6外圈，在首级上盘9、首级下盘4对称布置两个环形凹槽，配合首级隔膜片6外圈凸台，在压紧首级隔膜片6外圈的同时起到密封作用。在首级上活塞盘7、首级下活塞盘5对称布置两个环形凹槽，与首级隔膜片6内圈凸台配合，设置首级活塞盘紧固螺栓26以压紧首级上活塞盘7、首级下活塞盘5及首级隔膜片6内圈。在首级上活塞盘7、首级下活塞盘5之间镶嵌至少1个首级腔体单向连通阀27，连通首级上腔28与首级下腔25。

中间腔体结构如下：中间腔体被中间上活塞盘13、中间下活塞盘11、中间隔膜片12分割为中间上腔34、中间下腔32。中间隔膜片12为环形，在中间隔膜片12内外圈的正反面分设一对环形凸台，通过中间上盘14、中间下盘10，压紧中间隔膜片12外圈，在中间上盘14、中间下盘10对称布置两个环形凹槽，配合中间隔膜片12外圈凸台，在压紧中间隔膜片12外圈的同时起到密封作用。在中间上活塞盘13、中间下活塞盘11对称布置两个环形凹槽，与中间隔膜片12内圈凸台配合，设置中间活塞盘紧固螺栓33以压紧中间上活塞盘13、中间下活塞盘11及中间隔膜片12内圈。在中间上活塞盘13、中间下活塞盘11之间镶嵌至少1个中间腔体单向连通阀36，连通中间上腔34与中间下腔32。

末级腔体结构如下：末级腔体被末级上活塞盘18、末级下活塞盘16、末级隔膜片17分割为末级上腔39、末级下腔38。末级隔膜片17为环形，在末级隔膜片17内外圈的正反面分设一对环形凸台，通过末级上盘19、末级下盘15，压紧末级隔膜片17外圈，在末级上盘19、末级下盘15对称布置两个环形凹槽，配合末级隔膜片17外圈凸台，在压紧末级隔膜片17外圈的同时起到密封作用。在末级上活塞盘18、末级下活塞盘16对称布置两个环形凹槽，与末级隔膜片17内圈凸台配合，设置末级活塞盘紧固螺栓40以压紧末级上活塞盘18、末级下活塞盘16及末级隔膜片17内圈。在末级上活塞盘18、末级下活塞盘16之间镶嵌至少1个末级腔体单向连通阀42，连通末级上腔39与末级下腔38。

首级下盘4布置进气口单向阀24并添加进气口23，末级上盘19布置出气口单向阀20并添加出气口21，分别连接进出口管路；在首级上盘9与中间下盘10之间镶嵌至少一个首级-中间级间单向连通阀30，在中间上盘14与末级下盘15分别镶嵌至少一个中间-末级级间单向连通阀37

从驱动机构22开始依次向上，连接轴1布置方式如下：

首级下盘4外部布置导向密封体2，并在导向密封体2和首级下盘4外部之间增设一个密封圈3。连接轴1一端与驱动机构22相连，另一端依次穿过导向密封体2、密封圈3、首级下盘4，连接首级上活塞盘7与首级下活塞盘5，在连接轴1与首级下活塞盘7接触位置设置一个轴肩，首级上活塞盘7与连接轴1通过螺纹连接，在连接轴1首级上活塞盘7外部位置设置一个卡环，通过轴肩、螺纹、卡环将首级上活塞盘7与首级下活塞盘5与连接轴1固定连接，使得首级上活塞盘7与首级下活塞盘5随连接轴1同步运动。连接轴穿过首级上盘9和中间下盘10，进入中间下腔32，在首级上盘9和中间下盘10与连接轴1接触位置上对称设置一对首级-中间级间密封圈31，同时在首级上盘9和中间下盘10之间添加一个首级-中间级间密封环29。

连接轴1穿过中间下腔32，连接中间上活塞盘13、中间下活塞盘11，在连接轴1与中间下活塞盘11接触位置设置一个轴肩，中间上活塞盘13与连接轴1通过螺纹连接，在连接轴1中间上活塞盘13外部位置设置一个卡环，通过轴肩、螺纹、卡环将中间上活塞盘13与中间下活塞盘11与连接轴1固定连接，使得中间上活塞盘13与中间下活塞盘11随连接轴1同步运动。连接轴1穿过中间上盘14和末级下盘15，进入末级下腔38，在中间上盘14和末级下盘15与连接轴1接触位置上对称设置一对中间-末级级间密封圈41，同时在中间上盘14和末级下盘15之间添加一个中间-末级级间密封环35。

连接轴1穿过末级下腔38，末级上活塞盘18、末级下活塞盘16在中间位置通过连接轴连接螺栓43与连接轴1固定连接，二者同步运动。在末级上盘19与连接轴连接螺栓43对应位置设置一个凹槽，避免连接轴1运动到顶端时与末级上盘19发生干涉，同时减小了气体输送装置的轴向尺寸。

各级上下盘组成了气体输送装置的壳体，通过穿杠螺栓8连接起来。

气体输送装置的工作过程：

连接轴1在驱动机构22的作用下做往复运动，使得各级活塞盘做往复运动，同时各级隔膜片发生变形。

当连接轴1向下运动时，各级活塞盘下移，各级隔膜片发生变形，各级上腔体积增大，气体压力减小，各级下腔体积减小，气体压力增大，出气口单向阀20关闭，进气口单向阀24关闭，首级-中间级间单向连通阀30、中间-末级级间单向连通阀37关闭，首级腔体单向连通阀27、中间腔体单向连通阀36、末级腔体单向连通阀42打开，各级气体从各级下腔进入各级上腔。

当连接轴1向上运动时，各级活塞盘上移，各级隔膜片发生变形，各级下腔体积增大，气体压力减小形成低压，上腔体积减小，气体压力增大，进气口单向阀24打开，气体进入首级下腔25；首级腔体单向连通阀27、中间腔体单向连通阀36、末级腔体单向连通阀42关闭，首级-中间级间单向连通阀30、中间-末级级间单向连通阀37打开，气体从上一级上腔进入下一级下腔（首级上腔28进入中间下腔32、中间上腔34进入末级下腔38）当末级上腔38压力大于打开出气口单向阀20所需的压力时，出气口单向阀20打开，末级上腔38气体排出。

连接轴1在驱动机构22的作用下做完成一次往复运动，各级均完成一次吸气、排气的过程，气体经过三次增压后排出，获得较高压力。当连接轴1做循环往复运动时，即可完成对气体的输送。

结论

以上，为本发明专利参照几个实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。

Claims (8)

1.一种多级气体输送装置，采用至少3级结构，各级隔膜片固定在活塞盘上，活塞盘串联在连接轴上，与其同步运动，各级活塞盘上布置有腔体连通阀，其特征在于：由泵腔、泵体和连接驱动机构组成；

泵腔：多级气体输送装置有多个腔体，各腔体采用节段式，由多个可复制的独立腔体组成，所述独立腔体为一个首级腔、一个末级腔和若干个中间腔体，各中间腔体结构完全相同，气体输送装置级数的选择依据要求的出口压力来确定，在保证首末腔体不变的情况下，通过增加中间腔体的数量即可；每个腔体内部结构相同，具有一定的互换性；每个节段式腔体由上下腔、活塞盘、环形隔膜片、上下腔体单向连通阀组成；

泵体：各节段式泵腔之间通过各级上下盘依次连接组成泵体，泵体通过穿杠螺栓连接固定；泵体上布置级间单向连通阀、进出气口单向阀以及进出气口；

连接驱动机构：连接驱动机构主要有连接轴、驱动机构以及与连接轴相关的导向密封体；

连接轴在驱动机构的作用下做往复运动，使得各级活塞盘做往复运动，加之隔膜片的变形，各级上下腔容积发生变化，各级上下腔体内气体压力发生变化，在压力差的作用下，各级腔体单向连通阀、级间单向连通阀与进出气口单向阀实现开闭，气体输送装置完成对气体的抽吸以及增压过程，最终实现输送气体的作用。

2.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：各级隔膜片内外圈正反两面分设一对环形凸台，各级上下盘对称布置两个环形凹槽与隔膜片外圈凸台配合。

3.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：各级上下盘包裹的空间中有由活塞盘和隔膜片分割成的上下腔体，首级下盘和末级上盘分别布置进出气口以及：进出气口单向阀。

4.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：各级活塞盘分为上下两部分，在上下活塞盘之间布置至少1个上下腔体单向连通阀，在各级上下活塞盘对称布置两个环形凹槽与隔膜泵外圈凸台配合，活塞盘上设置活塞盘紧固螺栓以压紧上下活塞盘及隔膜片内圈；在本级上盘和下一级下盘之间分别镶嵌至少1个级间单向连通阀，其中所述本级上盘和下一级下盘为首级上盘与中间下盘或中间上盘与末级下盘。

5.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：首级下盘外部布置导向密封体，并在导向密封体和首级下盘外部之间增设一个密封圈，在各级间与连接轴接触的盘体位置对称设置一对级间密封圈，在每级泵体的本级上盘与下级下盘之间添加一个级间密封环。

6.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：连接轴连接首级活塞盘，在连接轴与首级下活塞盘接触位置设置一个轴肩，首级上活塞盘与连接轴通过螺纹连接，在连接轴首级上活塞盘外部位置设置一个卡环，通过轴肩、螺纹、卡环将首级活塞盘与连接轴固定连接，使得首级活塞盘随连接轴同步运动；对于中间活塞盘的连接与首级活塞盘的连接相同。

7.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：末级活塞盘在中间位置通过连接轴连接螺栓与连接轴固定连接，二者同步运动。

8.如权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于：在末级上盘与连接轴连接螺栓对应位置设置一个凹槽，避免连接轴运动到顶端时与末级上盘发生干涉，同时减小了隔膜泵的轴向尺寸。