CN107269487B - 双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机 - Google Patents

双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机 Download PDF

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Abstract

将轴承座(1)、锥齿轮(3)、轴流式风扇叶轮(4)上、下椭圆道槽盘体(5)、(7)、机头托盘(6)、顶支架盘(9)依次组装到主轴(2)上，用圆桶形机架(10)与以支撑固定；将机头(19)成双数中心对称地安装在机头托盘(6)上，只在上端面安装机头，构成单列多缸压缩机，在托盘(6)上下两面都安装机头就构成双列多缸压缩机，机头进排气管相互串连组成进排气总管，每个端面上可安装8个机头，活塞式压缩机机头要选用全无油无水、静音压缩机机头。双T形滚动连杆立杆(13)穿过机头托盘(6)上的长孔，其上下两端各安一个滑动轴承(15)分别插入上下对称相向的椭圆轨道槽(16)中，双T形滚动连杆(8)的水平横杆(14)穿过定位导向套(17)与活塞杆(18)固定联接，两杆中心线保持在一条直线上并能与主轴(2)的中心线在空中垂直相交，就构成由回转中心向外辐射状传动机构。机型结构构思巧妙组合相得益彰、科学合理，运转平稳、高效、节能、无惯性击振动、无管路交，脉动，系统顺畅，运转平稳，安全可靠。

Description

双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机
一、技术领域：空气动力机械
二、背景技术：
广泛应用于矿山开采、冶金、炼油、石油开采、石油化工、化肥、医药化工、空气动力、制冷、空调、空气分离等诸多工业领域的曲柄连杆活塞式、隔膜式压缩机。由于它适用压力范围广，高、中、低都适用，调压方便，适用多种媒体工质，除了超高压范围外，中、低压范围内，机体对材质要求不高，排出气流损失小、效率高等诸多优点，使它在压缩机领域中一直占据主流机型地位，市场占有率一直稳步上升。但是这一机型结构本身存在有难以克服的结构性缺点和弊病、极大地影响应用领域企业的发展和环境保障。(一)曲柄连杆活塞式这种结构必然产生高速往复惯性冲击振动，这是该种设备工作运转过程中产生振动的振动源，往复惯性冲击力产生的干扰力矩的周期性作用必然会激起曲系的扭转振动，以上这两种振动，一产生噪音、污染环境，对环保不利。(二)是机头疲劳损害的内因损害机体、缩短机器使用寿命，增加维修工作量，加大生产成本。(三) 曲柄连杆活塞这种结构本身就已经够笨重复杂了，再加上十字头滑槽连杆中间传递机构，又为了平衡惯性力和离心力，离心力矩等还必须增加额外平衡质量，同时必须将气缸的排列设计成对称平衡式、对置式、角置式、角度式等多种形式，这样势必造成整机结构更加复杂笨重，占地面积大，费材费工，成本高。(四)曲柄连杆机构在将原动力转换成活塞的直线往复运动过程中吸排气的周期性，造成吸排气管内气流脉动，其直接结果是： (1)增加压缩机吸入阻力，使其吸入能力下降；(2)增加排出阻力，使管路增加额外负荷，运转费用增加；(3)当排出管路细长，系统无足够背压时，脉动的惯性力可能引起吸入阀和排出阀一齐打开，造成流体由吸入管直接流向排出管的过流现象，损害设备；(4)引起吸入和排出压力脉动，管路振动，损害整个系统，威胁压缩机的安全运行；(5)使压缩机不能适用于流量要求稳定的场合，从而缩小该机型的市场；(五)曲柄连杆结构在将原动力的旋转运动转换成活塞的直线运动，对气体加压，增加其压力能的过程中，必然产生出以下几种无用功的能量消耗损失；(1)产生活塞的侧向推力，增加摩擦损失；(2)为平衡往复惯性力和离心力，离心力矩而增加额外平衡质量的能量消耗；(3)产生与切线方向旋转力垂直的法向力，增加曲柄迴转中心的磨擦力。以上三种无用功的力其总和大于有用功的切线方向旋转力，所以该结构将原动力的旋转运动转化成活塞的直线运动，对工质做功加压，增加其压力能的功能转换效率不足50％，功能转换效率低，运转费用偏高。(六)曲轴加工工艺复杂，技术条件要求高，加工难度大，气缸数越多，曲柄越多，曲轴越长，曲柄相对错开角度变化越多，越难加工，加工成本偏高，曲轴加工工艺已成为多缸大功率压缩机发展的“瓶颈”。
隔膜压缩机(泵)以其结构简单、没有内磨擦无用功消耗，本身无振动、无噪音，不与介质接触可以使介质保持纯净，密封性好，介质无外漏可能等特点，故特别适合输送易燃、易爆、有毒、有危险流体、贵重稀有气体。因此隔膜压缩机(泵)在压缩机(泵)领域占有一定的特殊地位。有些功能是不可替代的。但是它也有不完美的“胎里带”毛病：(1)压出的流体流速偏低，流量不稳定；(2)与其配套的驱动装置：A是机械，就是曲轴连杆机构，它的缺点前边已列出，不再重复；B液压(气动)传动机构复杂、笨重、占地大、成本高，运转费用高。
三、发明内容：
针对上述现行曲柄连杆活塞式、隔膜式压缩机的弊病、缺陷不足，我发明一种新型压缩机——双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机，用以更新换代，此目的是通过以下方式来实现的，轴承座、主轴、主轴锥齿轮、轴流式风扇叶轮、下椭圆轨道槽盘体、机头托盘、上椭圆轨道槽盘体、双T形滚动连杆、顶支架盘、圆桶形机架组成；主轴下端插入轴承座中，向上依次穿过主轴锥齿轮的圆心，轴流式风扇叶轮的圆心、下椭圆轨道槽盘体的圆心，机头托盘的圆心；上椭圆轨道槽盘体的圆心、顶支架盘的圆心，实现七心同轴，主轴从下向上依次与轴承座用组合轴承定位固定联接；与主轴锥齿轮用花键固定联接；与轴流式风扇叶轮用花键固定联接；与下椭圆轨道槽用花键固定联接；与机头托盘用调心滚子轴承定位固定联接；与上椭圆轨道槽盘体用花键固定联接；与顶支架盘用调心滚子轴承定位固定联接。
双T形滚动连杆由一根立杆、两根水平横杆三根杆件构成，两根水平横杆垂直联接在立杆上，三杆处在一个水平面上，立杆穿过机头托盘的长孔，其上下两端各安一个滑动轴承，分别插入上下对称相向的椭圆轨道槽中，同一边的多个轴承共用一个椭圆轨道槽、双T形滚动连杆之水平横杆分别穿过定位导向滑套与机头活塞杆固定联接，两杆中心线保持在一条直线上，该直线必须能与主轴(2)的中心线在空中垂直相交，这样就构成由迴转中心向外辐射状的传动机构。
将压缩机机头成双数中心对称安装在机头托盘上，每个机头的中心线必须能与主轴(2)的中心线在空中垂直相交，一个托盘端面上可以安装8个机头，在托盘上安装活塞式机头就构成多缸活塞式压缩机，安装隔膜式机头，就构成隔膜式压缩机、活塞式压缩机机头选用全无油、无水、静音压缩机机头；在托盘的上下端面都安装压缩机机头，就构成双列压缩机，只在上端面安装机头，就构成单列压缩机。
四、有益效果
本发明的核心技术成果由两部分组成：其一是将活塞式或隔膜式压缩机的机头以偶数中心对称地安装在机头托盘上，每个机头的进排气管串联成进排气总管。其二就是用轻巧圆滑的椭圆轨道槽滚动连杆取代传统的曲柄连杆传动机构这一更新改造成功地打破了曲柄连杆传动机构在动力机械领域里一百多年的统治地位，这是一项重大的科技创新，这一创新具有以下明显的优点和进步。第一，高效。本机型由于椭圆轨道槽的结构特性，主轴转一圈便能产生两次纯正的直线往复运动，使机头产生两次吸排气功能，做功两次与主轴转一圈只能做功一次的曲柄连杆式压缩机相比，其工作效率整整提高了一倍，说它高效名符其实，无水分。第二，节能。本机型的椭圆轨道槽滚动连杆传动，使活塞受到的是纯直线方向上的推拉力作用。这样就去掉了连杆左右摇摆、斜拉斜撑造成无用功的能量损失，所以它就能节能，理论推估，节能应在40％以上。第三，消振。本机型的对置对称设计便于实现动平衡，从结构上轻松地消除了曲柄连杆传动造成的高速往复惯性冲击振动、扭转振动这两个使全世界科学家们头痛了一百多年的大祸害，消除了振动就消除了疲劳损害，消除了振动，整机运转平稳就有效延长了机器的使用寿命，增加了机器运转的安全可靠性。第四，消除管路中气流脉动的产生，本机型工作效率高出一倍，又是多缸体结构进排气管串联在一起组成进排排气总管，所以进排气的连续性极强，因此就能轻松解决了脉动问题。第五，本机型零件简单，适合大批量生产，这对降低加工成本十分有利。第六，本机型轻松解决了多缸体曲轴加工难、整机动平衡难这两个难题，为多缸大功率活塞式压缩机设计、生产加工，开辟了一条新路。本机型特别适合一机多级、一机同时输送多种不同气体场合；本机型特别适合多缸大功率中高、超高压领域，因为它传动特别轻松省力。如果说，老式的曲柄连杆压缩机是“三八大盖”步枪的话，那么，本发明就是机枪和多管连发的“卡秋莎”。
综上所述，不难看出本发明是压缩机发展史上的一个新思路、创新性强、构思巧妙、组合相得益彰、科学合理，成功解决了大功率和超大功率多缸活塞式隔膜式压缩机设计制造的技术难题，开辟了活塞式隔膜式压缩机向前发展的又一新时代，它必将引领世界活塞式隔膜式压缩机的新潮流，因此它的经济效益和社会效益显著巨大。
本机型零件简单容易加工，任何压缩机厂、发动机厂均可加工生产。
五、附图说明
图1是本发明机体结构示意图
图2是机头在托盘上安装布局及传动关系示意图
图3是机头托盘上双T形滚动连杆(8)之立杆(13)穿过机头托盘 (6)上的穿孔布局示意图
图中：轴承座(1)，主轴(2)，主轴锥齿轮(3)，轴流式风扇叶轮(4)，下椭圆轨道槽盘体(5)，机头托盘(6)，上椭圆轨道槽盘体(7)，双T形滚动连杆(8)，顶支架盘(9)，圆桶形机架(10)，主轴组合轴承(11)，托盘调心滚子轴承(12)，立杆(13)，水平横杆(14)连杆滑动轴承(15)，椭圆轨道槽(16)，定位导向套(17)，活塞杆(18)，机头(19)
六、具体实施方式
本发明的双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机选用全无油、无水静音活塞式压缩机机头(19)成双数中心对称安装在托盘(6)上，托盘每个端面可以安装8个机头，每个机头的中心线都必须能与主轴中心线在空中垂直相交，每个机头的进排气管相互串联成进排气总管；只在托盘上端面安装机头就构成单列压缩机，在上、下两个端面都安装机头，就构成双列压缩机；所述双T形滚动连杆(8)之立杆(13)上下两端各安一个滑动轴承(15)穿过托盘(6)的长孔，插入上下对称的椭圆轨槽(16) 中，双T形滚动连杆立杆(13)之水平横杆(14)分别穿过，定位导向套 (17)与机头活塞杆(18)固定联接，两杆中心线必须保持在同一条直线上，并能与主轴(2)中心线在空中垂直相交，这样就构成由内向外辐射状传动机构。
参照附图，设椭圆轨道槽(长轴-短轴)÷2＝活塞行程S，当主轴(2) 带动上、下对称的椭圆轨道槽盘体(5)、(7)同步旋转时，双T形滚动连杆(8)受机头活塞杆(18)和定位导向套(17)的限制，不能随之一起转动双T形滚动连杆之立杆(13)上下两端安装的滑动轴承(15)受椭圆轨道槽(16)内壁推力，外壁拉力的轮流交替作用，只能在自己所受限制的相位上，作离心的往复直线运动，从而带动活塞在气缸内作往复直线运动，在阀门配合下，完成吸排气工作；由于双T形滚动连杆(8)之立杆 (13)上下两端的滑动轴承(15)同时受到上下对称的椭圆轨道槽(16) 的同步作用，所以它受力状态好，力的传递平稳顺畅、整机也就运转平稳顺畅。由于椭圆轨道槽的结构特性，主轴(2)转一圈、双T形滚动连杆 (8)便产生两次离心往复直线运动，往复运动的直线距离等于活塞行程S，从而带动活塞完成两次吸排气工作，周而复始。
将托盘上的机头换成隔膜式压缩机的机头，本机型就变成了双椭圆轨道槽往复传动隔膜式压缩机了，其结构原理与上相同，这样就圆满解决了原隔膜式压缩机排出流体流速低、流量、动压不稳和配套传动机构笨重、运转成本高的弊病。

Claims (3)

1.双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机由：轴承座(1)、主轴(2)、主轴锥齿轮(3)、轴流式风扇叶轮(4)、下椭圆轨道槽盘体(5)、机头托盘(6)、上椭圆轨道槽盘体(7)、双T形滚动连杆(8)、顶支架盘(9)、圆桶形机架(10)组成；主轴(2)下端插入轴承座(1)中，向上依次穿过主轴锥齿轮(3)的圆心，轴流式风扇叶轮(4)的圆心、下椭圆轨道槽盘体(5)的圆心，机头托盘(6)的圆心，上椭圆轨道槽(7)的圆心，顶支架盘(9)的圆心，实现七心同轴，主轴(2)从下向上依次与轴承座(1)用组合轴承(11)定位固定联接；与主轴锥齿轮(3)用花键固定联接；与轴流式风扇叶轮(4)用花键固定联接，与下椭圆轨道槽盘体(5)用花键固定联接，与机头托盘(6)用调心滚子轴承(12)定位固定联接；与上椭圆轨道槽盘体(7)用花键固定联接；与顶支架盘(9)用调心滚子轴承(12)定位固定联接。
2.根据权利要求1所述的双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机，其特征是：双T形滚动连杆(8)由一根立杆(13)和两根水平横杆(14)三根杆件构成，两根水平横杆(14)垂直联接在立杆(13)上，三杆处在一个水平面上，立杆(13)穿过机头托盘(6)的长孔，其上下两端各安一个滑动轴承(15)，分别插入上下对称相向的椭圆轨道槽(16)中，同一边的多个轴承(15)共用一个椭圆轨道槽(16)、双T形滚动连杆(8)之水平横杆(14)分别穿过定位导向滑套(17)与机头活塞杆(18)固定联接，其中心线保持在一条直线上，该直线必须能与主轴(2)的中心线在空中垂直相交，这样就构成由迴转中心向外辐射状的传动机构。
3.根据权利要求1所述的双椭圆轨道槽往复传动活塞式、隔膜式压缩机，其特征是：将压缩机机头(19)成双数中心对称安装在机头托盘(6)上，每个机头中心线都必须能与主轴(2)的中心线在空中垂直相交，一个托盘端面上可以安装8个机头，在托盘上安装活塞式机头就构成多缸活塞式压缩机，安装隔膜式机头，就构成隔膜式压缩机，机头上的进排气管相互串联构成进排气总管；活塞式压缩机机头选用全无油、无水、静音压缩机机头；在托盘(6)的上下端面都安装压缩机机头，就构成双列压缩机，只在上端面安装机头，就构成单列压缩机。
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