CN104265631B - 一种联动式抽气及气体压缩装置 - Google Patents

Abstract

一种联动式抽气及气体压缩装置，用于抽气及气体压缩，并提高抽气及气体压缩效率。本发明通过转子部（5）转动，带动E形状活塞转动。活塞在沿转动轴（12）中心转动过程中的不同角度受定子部上凸轮柱体（11）柱面形状的制约，该制约加上弹簧孔（8）内的弹簧二者共同作用，使活塞在转动的同时沿转动平面径向的气缸做往复运动，即可实现压缩气体或吸气的目的。本发明具有低噪音、高效率、结构简单的特点，自带有循环油路系统，无需外加油泵，性能稳定、可靠，不易出故障，压缩比大，只需改变电机转动方向，即可实现压缩或吸气功能转换，而且具有在动力电机负荷承载范围内增加独立级数的优点。

Description

一种联动式抽气及气体压缩装置

技术领域

本发明属于抽气及气体压缩机械设计技术领域，主要涉及一种联动式抽气及气体压缩装置。

背景技术

众所周知，在真空机械、制冷等技术领域中，抽气机、气体压缩机在真空环境、室内空调、汽车空调、冷库、深冷环境的营造等领域已得到广泛的应用，其真空机械压缩机的种类已由单纯的往复活塞式压缩机发展成为滚动转子式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机等等。而且随着真空机械、制冷等技术领域的创新和发展，正朝着更加精密、易于制作、低噪音、高效率和高制冷量的方向发展。但目前在现有的机械抽气装置中，为了达到并实现高真空的效果和技术目的，则采用对多个独立的真空泵进行多级串联的方式，但实际使用中效率不高。而现有的气体压缩机在使用中的问题是，活塞式气体压缩机在使用中噪音比较大，滚动转子式、涡旋式压缩机压力小，螺杆式压缩机精度要求太高，不易加工并且价格昂贵。另外，现有技术中的机械抽气机、压缩机不能实现一机两用，也不能在动力电机负荷承载范围内无限增加独立运行级数。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明设计并公开了一种联动式抽气及气体压缩装置，该装置既可以作为抽气机使用，也可作为压缩机使用。通过控制电机的旋转方向实现压缩机、抽气机功能的转换，并可在动力电机负荷承载范围内无限增加独立级数，并且具有低噪音、高效率、结构简单、易于加工的特点。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的具体技术方案是：一种联动式抽气及气体压缩装置，主要是由定子部、转子部、活塞部、自循环油路系统构成；其中圆桶型定子外侧壁、定子内侧壁及凸轮柱体、弧形气槽、吸气孔、排气孔构成了定子部；凸轮柱体安装在与定子外侧壁同心的定子内侧壁的圆心位置，凸轮柱体的柱面由离圆心位置近的小圆柱面、离圆心位置远的大圆柱面以及大圆柱面与小圆柱面之间两段过渡柱面四部分组成；大圆柱面和小圆柱面与转子部上的传动轴、定子部竖直中心线同轴；在定子内侧壁的左右两侧以定子内侧壁圆心位置为对称轴分别设有两段可使气缸上的吸气孔和排气孔连通的上下弧形气槽，每段弧形气槽的长度是圆桶型定子内侧壁周长的四分之一至五分之一；由转子、厚壁圆桶、圆桶上底面、气缸、弹簧孔、传动轴、转子内壁、转子外壁构成转子部，转子部设有四个工作单元，每一个工作单元都设有上气缸、下气缸、弹簧柱、弹簧孔和弹簧；转子部的四个工作单元沿转子转动的平面方向互成90°；传动轴通过固定定子部与转子部的法兰和盖子上的传动轴孔与转子连接，转子外壁与定子内侧壁贴合在一起；厚壁圆桶桶体中心线、圆桶上底面中心线、传动轴转动中心线重合；上气缸和下气缸的中心线以及弹簧孔中心线沿厚壁圆桶径向相互平行且与厚壁圆桶中心线垂直相交；上气缸中心线和下气缸中心线分别与所对应的上下弧形气槽中心线在同一平面内；活塞部由活塞柱、弹簧柱、活塞连杆构成；活塞连杆将上下两个活塞柱和中间的弹簧柱连接在一起，构成E字形结构的活塞；活塞柱的直径与上下气缸内径吻合，活塞在转子部气缸和定子部凸轮柱体共同推动作用下沿转子径向作远离转子中心线方向运动，实现排气过程；活塞在转子部气缸和弹簧孔内弹簧共同作用下沿转子径向作靠近转子中心线运动，实现吸气过程；活塞端面与定子内侧壁曲面平行；自循环油路系统是由转子外侧壁上的上下两个径向供油孔作为油路循环的动力源，定子内侧壁的径向与径向供油孔旋转平面高度一致的两个横向圆环形导油槽与需要润滑部位的上下油路相连，定子部内腔中的润滑油液面高于两个径向供油孔。

本发明所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，具有低噪音、高效率、结构简单、易于加工的特点，通过控制电机的旋转方向实现压缩机、抽气机功能的转换，且可以在动力电机负荷承载范围内无限增加独立级数。该装置可实现转子旋转一周可完成多次吸气、排气过程，大大提高了工作效率，在轴向增加凸轮柱体并分级改变凸轮角度时，可实现压缩机、抽气机同时运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中图1的俯视图；

图3为本发明中定子部结构示意图；

图4为本发明中定子部的俯视图；

图5为本发明中转子部结构示意图；

图6为本发明中转子部的俯视图；

图7为本发明中活塞部结构示意图；

图8为本发明中法兰上传动轴孔示意图。

图中：1、法兰；2 、定子外侧壁；3、油路；4、弧形气槽；5、转子；6、活塞柱；7、上气缸；8、弹簧孔；9、转子内壁；10、活塞连杆；11、凸轮柱体；12、传动轴；13、径向供油孔；14、弹簧柱；15、下气缸；16、厚壁圆桶；17、传动轴孔；18、盖子；19、大圆柱面；20、小圆柱面；21、过渡柱面；22、定子内侧壁；23、导油槽；24、转子外壁；25、活塞端面；26、圆桶上底面；27、吸气孔；28、排气孔。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的实施方式如下：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明所述一种联动式抽气及气体压缩装置，主要是由定子部、转子部、活塞部、自循环油路系统构成。其中圆桶型定子外侧壁2、定子内侧壁22、凸轮柱体11、弧形气槽4、吸气孔27、排气孔28构成了定子部；凸轮柱体11安装在与定子外侧壁2同心的定子内侧壁22的圆心位置，凸轮柱体11的柱面由离圆心位置近的小圆柱面20、离圆心位置远的大圆柱面19和大圆柱面19与小圆柱面20之间两段过渡柱面21四部分组成，通过凸轮柱体11的四个柱面和弹簧的回复力共同作用限定活塞柱6的位置，实现活塞柱6的往复运动。大圆柱面19和小圆柱面20与转子部的传动轴12、定子部竖直中心线同轴。在定子内侧壁22左右两侧上，以定子内侧壁22的圆心位置为对称轴分别设有上下两段弧形气槽4，通过弧形气槽4使气缸与吸气孔27，气缸与排气孔28连通。每一段弧形气槽的长度是圆桶形定子内侧壁22周长的四分之一至五分之一。由转子5、厚壁圆桶16、圆桶上底面26、上气缸7、下气缸15、弹簧孔8、传动轴12、转子内壁9、转子外壁24构成转子部。转子部设有四个工作单元，每一个工作单元都设有上气缸7、下气缸15和固定弹簧柱14的弹簧孔8。采用上下气缸是为了保证活塞端面25与定子内侧壁22曲面始终保持平行并使上下气缸在同时开始或结束吸气或排气过程时提高压缩效率，中间弹簧孔8和弹簧柱14用于固定弹簧，由弹簧提供活塞柱6从气缸中抽回的动力。转子部的四个工作单元沿转子5转动的平面方向互成90º，以满足当任意两组相对的上气缸7、下气缸15处于吸气、排气过程中，另外两组活塞分别处在凸轮柱体11的小圆柱面20和大圆柱面19上，沿转子5旋转中心的径向距离不变，使气缸内气体体积不变，四个工作单元之间互不干扰。传动轴12通过固定定子部与转子部的法兰1和盖子18上的传动轴孔17与转子5连接。转子外壁24与定子内侧壁22贴合在一起，厚壁圆桶16桶体中心线、圆桶上底面26中心线以及传动轴12转动中心线重合；上气缸7和下气缸15的中心线以及弹簧孔8中心线沿厚壁圆桶16径向相互平行并与厚壁圆桶16中心线重合相交。上气缸7中心线和下气缸15中心线分别与所对应的上下弧形气槽4中心线在同一平面内。活塞部由活塞柱6、弹簧柱14、活塞连杆10构成。活塞连杆10将上下两个活塞柱6和两个活塞柱之间的弹簧柱14连接在一起，构成E字型结构的活塞；活塞柱6的直径与上气缸7和下气缸15的内径吻合。活塞在转子部气缸和定子部凸轮柱体11共同推动作用下沿转子5径向作远离转子5中心线方向运动，实现排气过程。活塞在转子部气缸和弹簧柱14上的弹簧共同作用下沿转子5径向作靠近转子5中心线运动，实现吸气过程，从而实现活塞柱6在气缸内的往复运行。上下两个活塞柱6的设计技术方案可使每一个活塞柱6不会沿自身轴向转动，以确保活塞端面25与定子内侧壁22曲面平行，排气时气缸内不会残留气体，使吸气时吸取气体体积最大。自循环油路系统是由转子5、转子外壁24上的两个径向供油孔13作为油路循环的动力源，定子内侧壁22上与径向供油孔13旋转平面高度一致的两个横向圆环形导油槽23与需润滑部位的上下油路3相连接。定子部内腔中的润滑油液面高于两个径向供油孔13的位置，当转子5转动时，两个径向供油孔13中的润滑油由于离心作用被高速旋转的转子5甩至两个导油槽23中。这时，转子外壁24与定子内侧壁22贴合紧密，被甩出的润滑油因具有很大的压力而沿着导油槽23及与导油槽23相连的油路3运动。处于低位置的导油槽23通过油路3从凸轮柱体11底部运动至凸轮柱体11顶端。喷射出的润滑油一部分沿着转子圆盘下表面做离心运动至转子部的厚壁圆桶16内侧壁，用以润滑上气缸7、下气缸15和活塞柱6，另一部分可沿着凸轮柱体11外表面流动至侧面作为凸轮柱体11和活塞柱6接触面的润滑剂。多余的润滑油均可在重力作用下流到定子部底部，实现循环。本发明所述的一种联动式抽气及气体压缩装置的工作过程如下：就该装置中的一个工作单元为例，当活塞离开大圆柱面19侧面经过过渡柱面21运动到小圆柱面20侧面前这一过程中，活塞受到过渡柱面21的推力和弹簧弹力作用沿转子部上气缸7、下气缸15轴向运动即向内运动时，气缸体积逐渐增大，气缸内气压减小，通过定子外侧壁2上的吸气孔27将外部气体吸入，即吸气过程。此后，活塞在转子部上气缸7、下气缸15内沿小圆柱面20侧面作切向运动，这时活塞沿转子部上气缸7、下气缸15轴向无位移，气缸内气体体积保持不变。当活塞运动至另一段过渡柱面21时，活塞在转子部气缸和过渡柱面21侧面的推力共同作用下沿转子部上气缸7、下气缸15轴向向外运动，气体体积逐渐减小，气体内气压增大，通过定子内侧壁22上的弧形气槽4将气体排出，即排气过程。然后，活塞在转子部上气缸7、下气缸15内沿大圆柱面19运动，这时活塞沿转子部上气缸7、下气缸15轴向无位移，气缸内气体体积保持不变，如此循环就可将气体逐步压缩至高压腔内。由于本发明采用的是四个工作单元，转子部的四个工作单元沿转子5转动的平面方向互成90º，当一个工作单元开始进入吸气阶段时，与之呈180º的工作单元开始进入排气阶段。前者吸气结束，后者排气结束。另外两个工作单元则分别保持气缸做切向运动，这样转子5旋转一周即可向高压腔内输送四次气体，提高气体压缩效率。

Claims (8)

1.一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：所述的联动式抽气及气体压缩装置主要由定子部、转子部、活塞部、自循环油路系统构成；其中圆桶形定子外侧壁（2）、定子内侧壁（22）、凸轮柱体（11）、弧形气槽（4）构成定子部；凸轮柱体（11）安装在定子内侧壁（22）的圆心位置，凸轮柱体（11）的柱面是由离圆心位置近的小圆柱面（20）、离圆心位置远的大圆柱面（19）和大圆柱面（19）与小圆柱面（20）之间的两段过渡柱面（21）四部分组成；在定子内侧壁（22）上的左右两侧，以定子内侧壁（22）的圆心位置为对称轴，分别设有上下两段弧形气槽（4）；由转子（5）、厚壁圆桶（16）、圆桶上底面（26）、上气缸（7）、下气缸（15）、弹簧孔（8）、传动轴（12）、转子内壁（9）、转子外壁（24）构成转子部；转子部设有四个工作单元，每一个工作单元都设有上气缸（7）、下气缸（15）和固定弹簧柱（14）的弹簧孔（8）；传动轴（12）通过法兰（1）和盖子（18）上的传动轴孔（17）与转子（5）联接；转子外壁（24）与定子内侧壁（22）贴合在一起；活塞部由活塞柱（6）、弹簧柱（14）、活塞连杆（10）构成；活塞连杆（10）将上下两个活塞柱（6）和两个活塞柱（6）之间的弹簧柱（14）连接在一起，构成E字型结构的活塞；活塞柱（6）的直径与上气缸（7）和下气缸（15）直径吻合；自循环油路系统通过转子外壁（24）上的两个径向供油孔（13）作为定子部上的油路（3）循环的动力源，定子内侧壁（22）上与径向供油孔（13）旋转平面高度一致的两个横向圆形导油槽（23）与定子部上的上下油路（3）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：大圆柱面（19）和小圆柱面（20）与转子部的传动轴（12）、定子部的竖直中心线同轴。

3.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：弧形气槽（4）的长度是圆桶形定子内侧壁（22）周长的四分之一至五分之一。

4.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：转子部的四个工作单元沿转子（5）转动的平面方向互成90º。

5.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：上气缸（7）中心线和下气缸（15）中心线分别与所对应的上下弧形气槽（4）的中心线在同一平面内。

6.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：活塞柱（6）的直径与上气缸（7）和下气缸（15）内径吻合。

7.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：活塞在转子部气缸和定子部凸轮柱体（11）共同推动作用下，沿转子（5）径向作远离转子（5）中心线方向运动；在转子部气缸和弹簧柱（14）上的弹簧共同作用下沿转子（5）径向做靠近转子（5）中心线运动。

8.根据权利要求1所述的一种联动式抽气及气体压缩装置，其特征是：定子部的润滑油液面高于两个径向供油孔（13）的位置。