CN105402102A - 一种单缸往复活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种往复活塞式压缩机，其包括气缸和设置在气缸内部的两个活塞，所述两个活塞将所述气缸分隔成三个压缩腔，所述两个活塞通过与各自分别相连的动力机构带动而做独立的往复运动，所述三个压缩腔在所述气缸的同一侧均设置有吸气口、在另一侧均设置有排气口，且至少两个压缩腔不同时吸气和/或排气。通过本发明设计提供的一种往复活塞式压缩机，能够使得单缸的往复式压缩机吸排气连续，减弱间歇性吸排气的不利影响；由于将往复式压缩机活塞运动的两个方向都设置了压缩气缸，所以较原来只有一个运动方向存在压缩气缸的压缩机相比，它的吸排气效率均得到大的提高。

Description

一种单缸往复活塞式压缩机

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种单缸往复活塞式压缩机。

背景技术

往复式压缩机吸排气不连续，为了克服间歇性吸排气产生的缺点，人们采用多缸错相的方式以减弱吸排气不连续的影响，但对于单缸压缩机，则无法利用多缸时活塞的错相运动，所以，需要运用其他方法来减弱往复式压缩机吸排气不连续的问题。

由于现有技术中的单缸压缩机存在吸、排气不连续，且吸排气效率低下等的技术问题，因此本发明研究设计出一种单缸往复活塞式压缩机。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的单缸压缩机存在吸、排气不连续的情况的缺陷，从而提供一种单缸往复活塞式压缩机。

本发明提供了一种单缸往复活塞式压缩机，其包括气缸和设置在气缸内部的两个活塞，所述两个活塞将所述气缸分隔成三个压缩腔，所述两个活塞通过与各自分别相连的动力机构带动而做独立的往复运动，所述三个压缩腔在所述气缸的同一侧均设置有吸气口、在另一侧均设置有排气口，且至少两个压缩腔不同时吸气和/或排气。

优选地，所述两个活塞包括位于所述气缸内部左、右两端的左活塞和右活塞，所述左活塞与所述气缸之间形成第一压缩腔，所述左、右活塞之间形成第二压缩腔，所述右活塞与所述气缸之间形成第三压缩腔。

优选地，所述左活塞和所述右活塞呈相向运动或相背运动。

优选地，在所述气缸的下侧，所述第一压缩腔设置有第一吸气口、所述第二压缩腔设置有第二吸气口、所述第三压缩腔设置有第三吸气口；和/或，在所述气缸的上侧，所述第一压缩腔设置有第一排气口、所述第二压缩腔设置有第二排气口、所述第三压缩腔设置有第三排气口。

优选地，所述压缩机还包括设置于所述气缸下侧外部的吸气腔，多个所述的吸气口均与所述吸气腔连通；和/或，所述压缩机还包括设置于所述气缸上侧外部的排气腔，多个所述的排气口均与所述吸气腔连通。

优选地，当三个压缩腔包括第一、第二和第三压缩腔时，三个压缩腔的容积大小关系为：第一压缩腔与第三压缩腔相等，第二压缩腔等于第一压缩腔与第三压缩腔的和。

优选地，当三个压缩腔包括第一、第二和第三压缩腔时，第一、第二、第三吸气口和第一、第二、第三排气口均为多个的结构，分别在所述气缸上等间距地设置，且吸气口和排气口的个数相对应。

优选地，所述吸气口大于排气口，且所述第二压缩腔的吸、排气口大于第一或第三压缩腔的吸、排气口。

优选地，所述吸气口和排气口均为沿吸、排气气流方向设置的长孔台阶型结构。

优选地，所述动力机构包括与两个活塞各自分别直接连接的传动杆，且所述传动杆的长度为使得活塞运动到上、下止点时两个活塞之间、活塞与气缸之间的间距达到最小。

本发明提供的一种单缸往复活塞式压缩机具有如下有益效果：

1.通过本发明设计提供的一种单缸往复活塞式压缩机，能够使得单缸的往复式压缩机吸排气连续，减弱间歇性吸排气的不利影响；

2.由于将单缸往复式压缩机活塞运动的两个方向都设置了压缩腔，所以较原来只有一个运动方向存在压缩腔的压缩机相比，它的吸排气效率均得到大的提高；

3.将三个吸气口与三个排气口分别与同一个吸气腔和排气腔连通，从压缩机整体上实现了活塞式压缩机吸气和排气的连续性。

附图说明

图1是本发明的单缸往复活塞式压缩机的结构示意图；

图2是本发明的单缸往复活塞式压缩机的排气口的结构示意图，其中：(A)是排气口的沿活塞轴向方向的示意图；(B)是(A)中a部分的俯视图；(C)是(A)的俯视图。

图中附图标记表示为：

1—第一曲柄，2—第一连杆，3—第一传动杆，4—汽缸盖，5—第一排气口，6—排气腔壁，7—排气腔，8—气缸壁，9—密封圈，10—左活塞，11—第二排气口，12—第三排气口，13—汽缸盖，14—第二传动杆，15—第二连杆，16—第二曲柄，17—第二密封装置，18—吸气腔壁，19—第三吸气口，20—第三压缩腔，21—吸气腔，22—密封圈，23—第二活塞，24—第二吸气口，25—第二压缩腔，26—第一压缩腔，27—第一吸气口，28—第一密封装置。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种单缸往复活塞式压缩机，其包括气缸和设置在气缸内部的两个活塞，所述两个活塞将所述气缸分隔成三个压缩腔，所述两个活塞通过与各自分别相连的动力机构带动而做独立的往复运动，所述三个压缩腔在所述气缸的同一侧均设置有吸气口、在另一侧均设置有排气口，且至少两个压缩腔不同时吸气和/或排气。

通过本发明单缸往复活塞式压缩机两个活塞形成的三个压缩腔结构，并且三个压缩腔均在位于气缸同一侧设置吸气口、均在另一侧设置排气口，并且结合至少两个压缩腔不同时吸气和/或排气的结构，能够使得至少一个压缩腔吸气时至少有一个压缩腔处于排气状态，该吸气的压缩腔吸气压缩完毕进入排气时还能够保证有至少一个压缩腔处于吸气状态，即能够使得单缸的往复式压缩机吸排气连续，从压缩机整体上看，实现了活塞式压缩机吸气和排气的连续性，减弱间歇性吸排气的不利影响；由于将往复式压缩机活塞运动的两个方向都设置了压缩气缸，所以较原来只有一个运动方向存在压缩气缸的压缩机相比，它的吸排气效率均得到大的提高。

优选地，所述两个活塞包括位于所述气缸内部左、右两端的左活塞10和右活塞23，所述左活塞10与所述气缸之间形成第一压缩腔26，所述左、右活塞10、23之间形成第二压缩腔25，所述右活塞23与所述气缸之间形成第三压缩腔20。这是本发明往复式活塞压缩机的两个活塞、及形成的三个压缩腔的优选布置方式，两个活塞(左、右活塞)作左右往复运动，使得三个压缩腔中的其中至少一个吸气时，存在至少一个压缩腔排气；至少一个压缩腔排气时，存在至少一个压缩腔吸气，从而保证了吸、排气过程的连续运行。

优选地，所述左活塞10和所述右活塞23呈相向运动或相背运动。这是本发明压缩机两个活塞的优选运动方式，当相向运动时，位于两个活塞中间的第二压缩腔被压缩排气、位于两端的第一和第三压缩腔膨胀吸气；而当相背运动时，则正好相反，位于两个活塞中间的第二压缩腔膨胀吸气、位于两端的第一和第三压缩腔被压缩排气，从而保证了吸、排气过程的连续运行。进一步优选地，左活塞和右活塞相对于气缸竖直中轴线做镜面对称运动。

优选地，在所述气缸的下侧，所述第一压缩腔26设置有第一吸气口27、所述第二压缩腔25设置有第二吸气口24、所述第三压缩腔20设置有第三吸气口19。这是一种优选的实施方式，将第一、第二、第三压缩腔的吸气口均设置气缸的下侧，保证并起到了使压缩机从下侧进气的功能和作用，三个压缩腔均从一端进气能够有效提高吸气的连续性；和/或，在所述气缸的上侧，所述第一压缩腔26设置有第一排气口5、所述第二压缩腔25设置有第二排气口11、所述第三压缩腔20设置有第三排气口12。这是一种优选的实施方式，将第一、第二、第三压缩腔的吸气口均设置气缸的下侧，保证并起到了使压缩机从上侧排气的功能和作用，三个压缩腔均从一端排气能够有效提高排气的连续性。

优选地，所述压缩机还包括设置于所述气缸下侧外部的吸气腔21，多个所述的吸气口均与所述吸气腔连通。将三个吸气口分别与同一个吸气腔连通，从压缩机整体上实现了活塞式压缩机吸气的连续性；和/或，所述压缩机还包括设置于所述气缸上侧外部的排气腔7，多个所述的排气口均与所述吸气腔连通。将三个排气口分别与同一个排气腔连通，从压缩机整体上实现了活塞式压缩机排气的连续性。

优选地，三个压缩腔的容积大小关系为：第一压缩腔26＝第三压缩腔20，第二压缩腔25>＝第一压缩腔26+第三压缩腔20(因三者直径相同，所以也是压缩腔长度关系满足上述关系式)。将第一、第三压缩腔设置成相等，第二压缩腔设置成第一、第三压缩腔容积的和或更大，是因为第一和第三压缩腔的工作状态是对称相同的(均为吸气或压缩排气)，而处于中间的第二压缩腔的工作状态是与第一、第三压缩腔的工作状态相反的(即当第一、三吸气时，第二压缩排气；而当第一、三排气时，第二吸气)，因此设置成第二压缩腔容积为第一和第三压缩腔容积之和，除了能够保证两个活塞的对称式运行，还能够有效地保证吸气量和排气量的大小是对等的，及保证压缩机三个气缸吸、排气压力之间的相同或大致相同。设置成更大是考虑到第一、第三压缩腔中传动杆占用了部分体积，因此这样也是为了尽可能地保证三个气缸的吸、排气量和吸、排气压力之间的相同，促使了压力和气流的均匀性。

优选地，第一、第二、第三吸气口27、24、19和第一、第二、第三排气口5、11、12均为多个的结构，分别在所述气缸上等间距地设置，且吸气口和排气口的个数相对应。通过设置多个结构的吸、排气口能够增大气流吸进压缩腔和排出压缩腔的流量，等间距地设置能够使得气流流动更加均匀，减小了噪音。

优选地，所述吸气口大于排气口(这是因为吸排气的质量流量是相同的，但吸气的体积流量大于排气的体积流量，这就使得吸气口大于排气口。如果将吸气口设计的和排气口一样小，那就导致了吸气速度变大，阻力增大，吸气效率降低，最终也使排气量降低。因此将吸气口设置为大于排气口(截面积)，是为了减小吸气阻力，提高吸气效率、增大排气量)，且所述第二压缩腔25的吸、排气口大于第一26或第三压缩腔20的吸、排气口，这是因为第一、第三压缩腔的工作状态相同，而第二压缩腔的工作状态与之相反，为了保证三个气缸的吸、排气量和吸、排气压力之间尽可能的相同和保证吸、排气均匀，则需要使得第二压缩腔的吸、排气量大于第一或第三压缩腔，因此则将第二压缩腔25的吸、排气口设置为大于第一26或第三压缩腔20的吸、排气口，是为了达到上述的目的。

优选地，所述吸气口和排气口均为沿吸、排气气流方向设置的长孔台阶型结构；将吸、排气口设置成长孔台阶型结构目的是是为了扩大气流通道一部分的流通面积，减弱吸排气通道的阻力，从而起到减小余隙容积的作用。(C)图可以看出来。台阶是沿着气流通道设计的，截面大的通道靠近吸排气腔。具体地，如图2所示，将该长孔型结构的排气口主要分为两段，即与压缩腔相连通的排气孔a和与排气腔相连通的排气道b，排气道b的截面积比a大。同样地，也可以将吸气口做成与该排气口相同的形状，即与压缩腔相连的吸气孔和与吸气腔相连通的吸气道，其中吸气道的截面积比吸气孔大。

优选地，所述吸气口和排气口沿活塞轴向方向设置。相对于圆形排气孔而言的，这样的设置方式除了能减小余系容积外还能保证排气通道不会被活塞挡住：因为当两个活塞相互接近时，中间只剩一条缝隙，如果此时采用常规的圆形排气孔，那么大部分排气面积就被活塞挡住了，不如长孔型(沿活塞轴向的长条型)排气孔占优势；而如果为了保证排气面积，使活塞运动到最近处的间距增大，又会导致余系容积的作用增强，而采用长孔型排气孔则在相同的气流通道面积下，排气面积被挡住的小或者不被挡住，使排气面积较圆形排气孔大。

名词解释：

气流通道面积：指吸排气气流通道的截面积；

排气面积：排气时，压缩腔的实时容积在排气口面积上的投影面积。Eg：两活塞运行到最近时，中间的缝隙在排气口的投影面积就是排气面积。(在气流通道面积相同的情况下，在长孔上的投影面积大于在圆形孔上的投影面积)。

优选地，所述动力机构包括与两个活塞各自分别直接连接的传动杆，且所述传动杆的长度为使得活塞运动到上、下止点时两个活塞之间、活塞与气缸之间的间距达到最小。通过将传动杆设置成满足上述情况的长度能够起到有效地减小余隙容积的作用。

下面介绍一下本发明的优选实施例和工作原理

如图1所示，本发明设计了一种单缸双活塞式的能够边吸气边排气的活塞式压缩机；工作部分主要由：第一、第二、第三压缩腔26&25&20、第一、第二活塞10&23、汽缸盖4&13、第一、第二传动杆3&14、吸气腔21、排气腔7、第一、第二、第三吸气口27&24&19、第一、第二、第三排气口5&11&12和曲柄连杆机构1、2&15、16组成。

各零部件组合关系

如图1所示：两个活塞10&23将圆筒形气缸体8隔断成三个压缩腔26&25&20；三个压缩腔的大小关系为：20＝26，25＝20+26(因直径相同，所以也是压缩腔长度关系)；活塞由活塞体10&23和密封圈9&22组成；汽缸盖4&13位于气缸体8的两端，并气缸体密封紧固连接，与活塞配合形成压缩腔20&26；汽缸盖4&13的中间为通孔，并设有密封结构17&28分别与传动杆3&14密封滑动配合；传动杆3&14一端与活塞10&23固定连接，一端与连杆2&15转动副连接；第一、第二、第三吸气口27&24&19和第一、第二、第三排气口5&11&12分别沿着圆形气缸体8的侧壁上等间距设置；且吸气口和排气口一一对应(即一个吸气口对应一个特定的排气口，具体见图1所示)设置在相对的方向上(即如图1所示的，吸气口均设置在下面，排气口均设置在上面)；如图2所示，该方案中的吸排气口虽然大小有所区别(吸气口大于排气口，压缩腔25的吸排气口大于其他两个压缩腔的吸排气口)；但由于其都是安装在气缸体的侧壁面的，所以为了减小余隙容积都采用一种长孔型结构；该长孔型结构的吸排气口主要分为两段，即吸排气口a和吸排气道b组成；在这样长孔台阶型的吸排气口中可安装相对应的吸排气阀(该阀门需要特定设计，图中未画出)；吸气腔21和排气腔7设置在气缸体外围，分别通过吸气口27&24&19和排气口5&11&12与对应的压缩腔26&25&20连通。

注：1.图中只画了吸排气腔与缸体之间密封连接的情况，实际中可根据需要和加工方便设计成分开的；

2.图中的传动杆3&14的长度和曲柄连杆机构配合后，要求满足活塞到达上下止点时活塞与活塞，活塞与汽缸盖4和13的间距尽可能的小(即减小余隙容积)；

3.吸排气腔体上还有与外界连通的吸排气口，图中未画出。

工作原理

曲柄连杆机构1、2&15、16带动传动杆3&14作往复运动；由于传动杆3&14与活塞10&23是紧固刚性连接关系，所以活塞10&23被带动作往复运动；当活塞10&23分别向气缸两端的汽缸盖4&13运动，压缩腔25中的参数降低到吸气值时(压力小于等于吸气腔内的压力或活塞运动到一特定位置)，吸气口24的吸气阀门打开；将吸气腔21中低温低压的气体通过吸气口24吸入到压缩腔25中；此时，压缩腔20&26中的气体被压缩，当压缩腔20&26中的气体参数达到设定排气要求值时(压力大于等于排气腔内压力或活塞运动到一特定位置)，排气口5&12的排气阀门打开；压缩腔20&26中的高温高压气体被排出到排气腔7中；当活塞10&23到达下止点，开始往回相向运动，并且压缩腔20&26中的参数降低到设定值时(压力大于等于排气腔内的压力或活塞运动到一特定位置)，排气口12的排气阀门关闭；进一步的，当压缩腔20&26中的参数降低到吸气值时(压力小于等于吸气腔内的压力或活塞运动到一特定位置)，吸气口19&27的吸气阀门打开；将吸气腔21中低温低压的气体通过吸气口19&27分别吸入到压缩腔20&26中；在活塞向上止点运动的过程中，当压缩腔25中的参数达到一设定值时(压力大于等于吸气腔内压力或活塞运动到一特定位置)，吸气口24的阀门关闭；此时活塞对压缩腔25中的气体进行压缩，当压缩腔25中的气体被压缩到设定排气参数时(压力大于等于排气腔内的压力或活塞运动到一特定位置)，排气口11的排气阀门打开，压缩腔25中的高温高压气体被排出到排气腔7中；当活塞到达上止点后，再次向汽缸盖4&13运动；当压缩腔25中的气体参数再次达到设定值时(压力任然大于等于排气腔内的压力或活塞运动到一特定位置)，排气口11的排气阀门关闭；进一步的，当压缩腔25中的参数降低到吸气值时(压力小于等于吸气腔内的压力或活塞运动到一特定位置)，吸气口24的吸气阀门再次打开吸气，完成一个循环。

注：两个活塞呈镜面对称运动。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：包括气缸和设置在气缸内部的两个活塞，所述两个活塞将所述气缸分隔成三个压缩腔，所述两个活塞通过与各自分别相连的动力机构带动而做独立的往复运动，所述三个压缩腔在所述气缸的同一侧均设置有吸气口、在另一侧均设置有排气口，且至少两个压缩腔不同时吸气和/或排气。

2.根据权利要求1所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：所述两个活塞包括位于所述气缸内部左、右两端的左活塞(10)和右活塞(23)，所述左活塞(10)与所述气缸之间形成第一压缩腔(26)，所述左、右活塞(10、23)之间形成第二压缩腔(25)，所述右活塞(23)与所述气缸之间形成第三压缩腔(20)。

3.根据权利要求2所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：所述左活塞(10)和所述右活塞(23)呈相向运动或相背运动。

4.根据权利要求2-3之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：在所述气缸的下侧，所述第一压缩腔(26)设置有第一吸气口(27)、所述第二压缩腔(25)设置有第二吸气口(24)、所述第三压缩腔(20)设置有第三吸气口(19)；和/或，在所述气缸的上侧，所述第一压缩腔(26)设置有第一排气口(5)、所述第二压缩腔(25)设置有第二排气口(11)、所述第三压缩腔(20)设置有第三排气口(12)。

5.根据权利要求1-4之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：所述压缩机还包括设置于所述气缸下侧外部的吸气腔(21)，多个所述的吸气口均与所述吸气腔连通；和/或，所述压缩机还包括设置于所述气缸上侧外部的排气腔(7)，多个所述的排气口均与所述吸气腔连通。

6.根据权利要求2-5之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：当三个压缩腔包括第一、第二和第三压缩腔时，三个压缩腔的容积大小关系为：第一压缩腔(26)与第三压缩腔(20)相等，第二压缩腔(25)大于或等于第一压缩腔(26)与第三压缩腔(20)的和。

7.根据权利要求4-6之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：当三个压缩腔包括第一、第二和第三压缩腔及包含第一、第二、第三吸、排气口时，所述第一、第二、第三吸气口(27、24、19)和第一、第二、第三排气口(5、11、12)均为多个的结构，分别在所述气缸上等间距地设置，且吸气口和排气口的个数相对应。

8.根据权利要求1-7之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：所述吸气口大于排气口，且所述第二压缩腔(25)的吸、排气口大于第一压缩腔(26)或第三压缩腔(20)的吸、排气口。

9.根据权利要求1-8之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：所述吸气口和排气口均为沿吸、排气气流方向设置的长孔台阶型结构。

10.根据权利要求1-9之一所述的单缸往复活塞式压缩机，其特征在于：所述动力机构包括与两个活塞各自分别直接连接的传动杆，且所述传动杆的长度为使得活塞运动到上、下止点时两个活塞之间、活塞与气缸之间的间距达到最小。