CN106499609A - 一种气压助推的单级活塞式压缩机及多级活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气压助推的单级活塞式压缩机及多级活塞式压缩机，包括曲轴、连体活塞、气缸、助推缸，气缸和助推缸布置在连体活塞的两侧，气缸的作用是压缩低压容器内的气体并排放入高压容器，助推缸的作用是：当连体活塞从助推缸一侧的行止点开始向气缸一侧运动时，低压阀关闭，高压阀打开一段时间后再关闭，助推缸内的气压升高，升高的气压辅助曲轴把连体活塞推向气缸一侧；当助推缸内的气压因气体膨胀降至低压容器的气压时，低压阀打开直至连体活塞回到助推缸一侧的行止点再关闭，这期间助推缸停止助推。本发明在把高压气体排放入进气管之前利用高压气体来助推活塞，避免了能量浪费，同时也达到无级调节压缩机排气量的目的。

Description

一种气压助推的单级活塞式压缩机及多级活塞式压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，尤其涉及一种气压助推的单级活塞式压缩机及多级活塞式压缩机，可以在100％～0％的范围内无级调节压缩机的排气量，同时降低压缩机消耗的功率。

背景技术

在工业中，用户需要根据耗气量调节压缩机的排气量，当耗气量小于压缩机的排气量时，就需要降低压缩机的排气量，否则排气系统中的压力会持续升高造成危险。工程上有四种常用的调节压缩机排气量的方法：

1)转速调节，即降低压缩机的转速，使压缩机排气量随之降低，其缺点是降低转速会同时降低气阀的气体顶推力，引起气体力和弹簧力匹配失调，影响气阀的正常工作，对气阀的经济性和可靠性不利，此外转速调节还受压缩机的驱动机性能的影响，调幅一般不能太大；

2)气阀调节，即利用顶开装置，把进气阀片强行顶开，使压缩机压缩时气缸内的气体又全部或部分通过进气阀流出，其缺点是顶开装置对进气阀片频繁冲击，会影响进气阀片的寿命和密封性；

3)余隙调节，即连通气缸的补助容积，使余隙容积增大，降低气缸的容积系数，从而减少压缩机的排气量，其缺点是气缸的补助容积一般是有限的，工程实际中余隙调节的排气量范围一般在100％～50％左右，较难降到20％以下。

4)旁路调节，一般指进、排气节流连通调节方法，即让压缩机排出的气体经旁通阀节流，部分回流入进气管，根据节流程度排气量可在100％～0％的范围内连续调节，其缺点是压缩机消耗的功率不会随排气量的减少而减小，经济性较差；

综上分析，现有技术中，能在100％～0％的范围内连续调节排气量、又对气阀影响较小的方法是进、排气节流连通调节法，但是该方法直接把高压气体排放入进气管内，造成了压缩气体能量的浪费。

发明内容

本发明的目的是为了克服进、排气节流连通调节法中的能量浪费的缺点而提供一种气压助推的单级活塞式压缩机及多级活塞式压缩机。

本发明的目的是这样实现的：一种气压助推的单级活塞式压缩机，包括柱形缸体、设置在柱形缸体内的气缸和助推缸、设置在气缸和助推缸之间的连体活塞、曲轴、低压容器和高压容器气缸，连体活塞与气缸、连体活塞与助推缸之间的空隙通过密封件密封，曲轴与连体活塞通过活塞杆活动连接，气缸的进气口设有进气阀、排气口设有排气阀，气缸的进气管与低压容器连通、排气管与高压容器连通，助推缸与低压容器之间通过低压回流管连通，且低压回流管内设置有低压阀，助推缸与高压容器之间通过高压回流管连通，且所述高压回流管内设置有高压阀，低压容器通过过滤器与外界气体入口管连通，高压容器通过冷凝器与压缩气罐连通。

一种气压助推的多级活塞式压缩机，至少有两级，每一级均包括柱形缸体、设置在柱形缸体内的气缸和助推缸、设置在气缸和助推缸之间的连体活塞、曲轴、低压容器和高压容器气缸，每一级的连体活塞与气缸、连体活塞与助推缸之间的空隙通过密封件密封，每一级的曲轴与连体活塞通过活塞杆活动连接，每一级的气缸的进气口设有进气阀、排气口设有排气阀，每一级的气缸的进气管与低压容器连通、排气管与高压容器连通，每一级的助推缸与高压容器之间通过高压回流管连通，且所述高压回流管内设置有高压阀，第一级的助推缸与低压容器之间通过低压回流管连通，且低压回流管内设置有低压阀，第二级及以后级的助推缸均通过回路与上一级的高压容器连通且该回路内设置有低压阀，第一级的低压容器通过过滤器与外界气体入口管连通，最后一级的高压容器通过冷凝器与压缩气罐连通，上一级的高压容器与下一级低压容器之间也通过冷凝器连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述进气阀和排气阀均是单向阀。

2.所述气缸和助推缸内分别固定设置了限位块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在把高压气体排放入进气管之前利用高压气体来助推活塞，避免了能量浪费，同时也达到无级调节压缩机排气量的目的。1)本发明通过高压阀把气缸排出的部分高压热气体引入助推缸用以助推连体活塞、压缩气缸内的气体，完成助推后通过低压阀把作功膨胀冷却了的气体排出助推缸、回流进气缸的进气管，充分吸收利用了回流的高压气体的热能和压缩能，降低了压缩机的功耗。2)本发明的压力助推技术对于多级活塞式压缩机是非常有益的，因为多级压缩机越靠后的级中，气缸内的气体压力越大，活塞杠和曲轴受到的作用力也越大，而采用了本发明的压力助推技术，助推缸内的气压无论在何种工作状态都不低于前一级气缸的排气压力，从而部分抵消了气缸内的气压，使活塞杠和曲轴上只受到本级气体增压带来的作用力。

附图说明

图1是本发明的气压助推的单级活塞式压缩机示意图。

图2是本发明的气压助推的多级活塞式压缩机示意图。

各图中编号表示内容如下：

11.曲轴；12.活塞杆；21.进气阀；22.排气阀；23.连体活塞；24.密封件；25.缸体窗口；26.限位块；27.低压阀；28.高压阀；29.气缸；30.助推缸；31.入口管；32.过滤器；33.低压容器；34.进气管；35.排气管；36.低压回流管；37.高压回流管；38.高压容器；39.冷凝器；40.压缩气罐。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例一：气压助推的单级活塞式压缩机

附图1是本实施例的示意图，该单级活塞式压缩机的各部分结构组成关系如下，气缸29和助推缸30分布在一个柱形缸体的上下两端，气缸29和助推缸30之间布置着一个可以上下移动的连体活塞23，也即气缸29和助推缸30布置在连体活塞23的两侧，活塞杆12穿过柱状缸体上的窗口25与曲轴11活动连接，连体活塞23与气缸29、连体活塞23与助推缸30之间的空隙分别通过缸内固定在缸壁上的密封件24密封，在气缸29和助推缸30内、连体活塞23的上止点和下止点位置各固定布置一个限位块26，以防止连体活塞23行程过大触碰缸底或从缸内脱出，气缸29的进气口设有进气阀21、排气口设有排气阀22，所述进气阀21和排气阀22都是单向阀，气缸29的进气管34与低压容器33连通、排气管35与高压容器38连通，连通助推缸30与低压容器33的低压回流管36内设置有低压阀27，连通助推缸30与高压容器38的高压回流管37内设置有高压阀28，低压阀27和高压阀28是信号控制阀门，如电磁阀、电动阀、气动阀或其他具有相同功能的阀门，可以根据输入信号快速开、关反应(可以根据信号指令关闭或打开)；低压容器33通过过滤器32与外界气体入口管31连通，高压容器38通过冷凝器39与压缩气罐40连通。

进一步的，所述低压容器33可以是密闭容器，也可以是与大气连通的开放容器，特别的，压缩机外部的空间也可以被认为是一种低压容器；所述高压容器38与冷凝器39的入口连接，压缩气罐40与冷凝器39的出口连接。

本发明的单级活塞式压缩机的工作流程如下：

1)按正常排气量工作

低压阀27保持在开启状态、高压阀28保持在关闭状态，外界气体从入口管31流经过滤器32过滤掉水蒸气等杂质后进入低压容器33，曲轴每转动一圈，带动连体活塞23上下运动一次，在连体活塞23的作用下，气缸29完成一次从低压容器33吸气、压缩、向高压容器38排气的工作，在此期间助推缸30的气压与低压容器33的气压保持一致，助推缸30不产生助推作用。排入高压容器38内的高压气体流经冷凝器39冷却并过滤掉凝结出来的液体后流入压缩气罐40。

2)按低排气量工作

在此工作流程中，要求低压阀27和高压阀28周期性地开闭以达到助推的目的，在曲轴转动一圈过程中压缩机的具体工作流程如下：当连体活塞23从助推缸30一侧的行止点下止点开始向气缸29一侧运动时，低压阀27关闭，高压阀28打开一段时间具体时间长度需要根据目标排气量确定，时间越长排气量越少，直至排气量降至0，甚至消耗掉高压容器中库存的高压气体后再关闭，助推缸30内的气体压力升高，升高的气压辅助曲轴11把连体活塞23推向气缸29一侧，在连体活塞运动至气缸29一侧的行止点上止点之前，助推缸30内的气压将因气体膨胀降至低压容器33的气压，此时低压阀27打开直至连体活塞23回到助推缸30一侧的行止点下止点再关闭，在低压阀27开启期间助推缸30停止助推。在这种工作状态下，助推缸30消耗一部分气缸29排出的高压气体，使得排放到压缩气罐40中的高压气体减少了，达到气量调节的目的。

实施例二：气压助推的多级活塞式压缩机

附图2是本实施例的示意图，该多级活塞式压缩机至少包含两级，每级都包括一套连体活塞23、气缸29、助推缸30、低压容器33、高压容器38及相应的连接管道和阀门，每相邻两级之间、最后一级与压缩气罐40之间都通过一个冷凝器39连接，相邻两级间的具体连接方式是：前一级的高压容器38与冷凝器39的入口连接、后一级的低压容器33或压缩气罐40与冷凝器39的出口连接，前一级的高压容器38与后一级的助推缸30通过后一级的低压回流管36连接，第一级的助推缸30通过本级的低压回流管36与本级的低压容器33连接，第一级的低压容器33通过过滤器32与外界气体入口管31连通。除此之外，各级内的部件连接与具体实施例一中的单级活塞式压缩机连接方式相同。本实施例中从第二级开始各级的助推缸30不与本级的低压容器33连接，而与前一级的高压容器38连通，目的是提高各级助推缸内气体的温度，以增强助推能力(气体越热、越有利于膨胀作功)。

本发明的多级活塞式压缩机的工作流程如下：

1)按正常排气量工作

各级的低压阀27保持在开启状态、高压阀28保持在关闭状态，外界气体从入口管31流经过滤器32过滤掉水蒸气等杂质后进入第一级的低压容器33，曲轴每转动一圈，带动连体活塞23上下运动一次，气缸29完成一次从低压容器33吸气、压缩、向高压容器38排气的工作流程。排入高压容器38内的高压气体流经冷凝器39冷却并过滤掉凝结出来的液体后流入下一级的低压容器33，重复上述过程，把气体逐步提压，最后排入压缩气罐40。在此期间各助推缸30内的气压与前一级的排气压力或第一级的吸气压力保持一致，助推缸30不产生助推作用。为了使曲轴受力更均匀，可以让各级气缸处于不同的工作行程，如图2所示，第一级处于进气行程，第二级处于压缩行程。

2)按低排气量工作

在此工作流程中，要求各级低压阀27和高压阀28根据本级连体活塞23的行程周期性地开闭以达到助推的目的，其具体工作方式同实施例一中的单级活塞式压缩机的按低排气量工作的方式一致，这里不再重复描述。要调节该多级活塞式压缩机的排气量，需要调整各级高压阀的通气时间，当各级的排气压力稳定下来之后，各级的排气量也稳定下来，该多级活塞式压缩机的排气量也得到了调整。

Claims (6)

1.一种气压助推的单级活塞式压缩机，其特征在于：包括柱形缸体、设置在柱形缸体内的气缸和助推缸、设置在气缸和助推缸之间的连体活塞、曲轴、低压容器和高压容器气缸，连体活塞与气缸、连体活塞与助推缸之间的空隙通过密封件密封，曲轴与连体活塞通过活塞杆活动连接，气缸的进气口设有进气阀、排气口设有排气阀，气缸的进气管与低压容器连通、排气管与高压容器连通，助推缸与低压容器之间通过低压回流管连通，且低压回流管内设置有低压阀，助推缸与高压容器之间通过高压回流管连通，且所述高压回流管内设置有高压阀，低压容器通过过滤器与外界气体入口管连通，高压容器通过冷凝器与压缩气罐连通。

2.根据权利要求1所述的一种气压助推的单级活塞式压缩机，其特征在于：所述进气阀和排气阀均是单向阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种气压助推的单级活塞式压缩机，其特征在于：所述气缸和助推缸内分别固定设置了限位块。

4.一种气压助推的多级活塞式压缩机，其特征在于：至少有两级，每一级均包括柱形缸体、设置在柱形缸体内的气缸和助推缸、设置在气缸和助推缸之间的连体活塞、曲轴、低压容器和高压容器气缸，每一级的连体活塞与气缸、连体活塞与助推缸之间的空隙通过密封件密封，每一级的曲轴与连体活塞通过活塞杆活动连接，每一级的气缸的进气口设有进气阀、排气口设有排气阀，每一级的气缸的进气管与低压容器连通、排气管与高压容器连通，每一级的助推缸与高压容器之间通过高压回流管连通，且所述高压回流管内设置有高压阀，第一级的助推缸与低压容器之间通过低压回流管连通，且低压回流管内设置有低压阀，第二级及以后级的助推缸均通过回路与上一级的高压容器连通且该回路内设置有低压阀，第一级的低压容器通过过滤器与外界气体入口管连通，最后一级的高压容器通过冷凝器与压缩气罐连通，上一级的高压容器与下一级低压容器之间也通过冷凝器连接。

5.根据权利要求4所述的一种气压助推的多级活塞式压缩机，其特征在于：所述进气阀和排气阀均是单向阀。

6.根据权利要求4或5所述的一种气压助推的单级活塞式压缩机，其特征在于：所述气缸和助推缸内分别固定设置了限位块。