CN104791219A - 采用非金属活塞环无端隙l型的活塞往复式压缩机的全无余隙结构 - Google Patents

采用非金属活塞环无端隙l型的活塞往复式压缩机的全无余隙结构 Download PDF

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Abstract

一种采用非金属无端隙L型活塞环的活塞往复式压缩机的全无余隙结构，是在消灭压缩机余隙方面的一种改进，即瞬间时刻可以消灭涉及：活塞(5)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(K)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加崭新的面貌出现：为更大幅度提高该压缩机机型的排气效率(活塞的实际排气量达到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创造了条件。

Description

采用非金属活塞环无端隙L型的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，尤其涉及了采用无端隙L型非金属活塞环的活塞往复式压缩机的全无余隙结构的技术。
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。
专利CN1680717A揭示了一种无活塞环的“无余隙”活塞往复式压缩机的结构形式。
此外，JP8-9985B2公开了一种无油活塞往复式压缩机，该压缩机采用了包括诸如聚四氟乙烯(PTFE)或聚四氟乙烯树脂的聚合物制成的活塞环，然而，在其结构上，该活塞环的端隙存在任然是不可避免的，即C型活塞环的端部间隙任然是不可避免的。
发明内容
本发明之目的：
本发明之目的：就是为在理论排气量达到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％的金属活塞环“全无余隙”压缩机机型的一种在结构与材料上的改进。——达到其理论排气量与实际排气量都能够达到100％的程度。
为了实现上述发明目的，拟采用以下的技术：
本发明在活塞往复运行的现有技术机型结构的基础上，其结构与材料上再满足以下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L型且无端隙的活塞环，并且，该活塞环是采用作为非金属且可形变的耐油耐温软性高分子聚合物材料制成的。
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的行程部分小于活塞整个行程行程的1/10；
——排气阀片是通过弹簧一类的弹性装置定位在汽缸的顶部。
----本发明在高压缩比工况下的温升控制方法：采用如内燃发动机那样的水冷方式予以解决。
本发明的特点：
由于本发明采用了其断面为内梯型且无端隙的作为非金属且可形变的耐油耐温软性高分子聚合物材料制成的活塞环结构，这就为让活塞环可以方便地安装定位(套进)在活塞上的专用环形槽上创造了条件；这就进而为世界上历史最悠久且“性价比”最高的活塞往复式机型又能够以最完美的高效结构形式问世又创造了条件。
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：其断面为内梯型的活塞环；N：普通的矩形断面常规活塞环；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
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)。——本发明可以设计出无限大的工作压缩比机型，然而，绝大多数的使用情况所需要的压缩比是有限的，甚至是很有限的，例如：将绝大多数需要的几级压缩的工程变为采用本发明的单机压缩时，需要解决的高温升问题就会简单得多。
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 (3)

1.一种采用非金属L型活塞环的活塞往复式压缩机的全无余隙结构，在活塞(5)往复运行的现有技术机型结构的基础上，其结构与材料上再满足以下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L型且无端隙的活塞环(K)，并且；该活塞环(K)是采用作为非金属且可形变的耐油耐温软性高分子聚合物材料制成的；
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，即将与被气缸(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)的行程部分小于活塞(5)整个行程行程的1/10。
2.一种根据权利要求1所述的采用非金属L型活塞环的活塞往复式压缩机的全无余隙结构，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。
3.根据权利要求2所述的无端隙L型非金属活塞环的活塞往复式压缩机的全无余隙结构所形成压缩在高压缩比工况下的温升控制方法：采用如内燃发动机那样的水冷方式予以解决。
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