CN112594153A - 一种节能气体无油压缩机及其多级压缩结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种节能气体无油压缩机及其多级压缩结构，包括缸体以及滑动连接在缸体内的活塞体，所述活塞体包括至少两个活塞，所述缸体内设置有供活塞独立滑动的压缩腔，所述压缩腔的容积逐级减小，较大容积所述压缩腔的出气口与较小容积压缩腔的进气口连通；在活塞体被驱使移动时，各个活塞均在压缩腔内各自压缩空气，其中容积较大的压缩腔完成压缩后的空气排出进入到下一级容积更小的压缩腔，从而可以使得压缩比得到大幅度提升，并且各个压缩腔各自压缩有效提高压缩效率，并且还具有节能以及低噪音的优点。

Description

一种节能气体无油压缩机及其多级压缩结构

技术领域

本申请涉及压缩机领域，尤其是涉及一种节能气体无油压缩机及其多级压缩结构。

背景技术

空气压缩机是一种常见的用以压缩气体的设备，其种类繁多，按型式可分为容积式压缩机、活塞式压缩机、回转式压缩机以及滑片式压缩机。

其中活塞式压缩机主要包括缸体、活塞、曲轴箱、曲轴以及连杆、电机等，活塞滑动连接在缸体内部，连杆两端铰接在活塞杆以及曲轴上实现两者联动，从而借助电机驱使曲轴转动，期间连杆联动活塞在缸体内做直线往复运动实现空气压缩。

针对上述中的相关技术，发明人认为单个缸体通常对应单个活塞实现相应压缩，存在压缩效率低且压缩比小的缺陷。

发明内容

为了提高压缩效率以及压缩比，本申请提供一种节能气体无油压缩机及其多级压缩结构。

第一方面，本申请提供一种多级压缩结构，采用如下的技术方案：

一种多级压缩结构，包括缸体以及滑动连接在缸体内的活塞体，所述活塞体包括至少两个活塞，所述缸体内设置有供活塞独立滑动的压缩腔，所述压缩腔的容积逐级减小，较大容积所述压缩腔的出气口与较小容积压缩腔的进气口连通。

通过采用上述技术方案，在缸体内设置至少两个活塞，在活塞体被驱使移动时，各个活塞均在压缩腔内各自压缩空气，其中容积较大的压缩腔完成压缩后的空气排出进入到下一级容积更小的压缩腔，从而可以使得压缩比得到大幅度提升，并且各个压缩腔各自压缩有效提高压缩效率。

可选的，所述活塞上均设置有环槽，所述环槽上套接有密封环，所述密封环背向压缩腔的一侧与环槽壁抵接处设置有与平衡槽，所述平衡槽与压缩腔连通。

通过采用上述技术方案，由于较小容积的压缩腔压力很大，进而容易导致活塞上密封环两侧的压力差较大，借助平衡槽的设置，压缩腔内高压空气可以部分流通到平衡槽内，可以起到平衡承托密封环的作用，使得密封环上下两侧的气压差尽可能减小，从而使得密封环更加耐用，使用寿命更长。

第二方面，本申请提供一种节能气体无油压缩机，采用如下的技术方案：

一种节能气体无油压缩机，包括上述多级压缩结构，还包括机身以及驱动件，所述机身内转动连接有曲轴，所述活塞体的活塞杆与曲轴通过连杆联动，所述驱动件驱使曲轴转动。

通过采用上述技术方案，压缩机具有上述多级压缩结构，在驱动件驱使曲轴转动时，通过连杆带动活塞做往复运动，实现在压缩腔内完成空气压缩，并且压缩效率高，压缩比也高，可以得到压力更大的压缩空气。

可选的，所述缸体内设置有夹层，所述缸体上设置有与夹层连通的进水口和出水口，所述进水口对称设置在夹层底部，所述出水口对称设置在夹层顶部。

通过采用上述技术方案，从两侧对称设置的进水口同时通入夹层内部对缸体进行冷却，冷却水同时从顶部两侧的出水口排出，带走缸体上的热量，达到良好冷却效果，并且由于进水口和出水口对称设置保持进水和出水的均匀性，从而对缸体冷却的均匀性更好，使得内部活塞上的密封环不会因为缸壁上的温差而出现不同程度的磨损。

可选的，所述缸体内设置有填料压盖，所述填料压盖上设置有填料盒，所述填料盒内填充有填料，所述填料压盖和填料盒上均开设有供活塞杆穿过的通孔，所述填料盒和缸体内壁存在间距形成冷却腔，所述冷却腔位于夹层下方且与夹层连通，所述进水口开设在缸体对应冷却腔的底部。

传统冷却方式是在缸体内设置隔层形成冷却流道，冷却效果不佳，通过采用上述技术方案，通过在填料盒与缸体内壁之间形成冷却腔，通入冷却腔内冷却水能够直接与填料盒外壁接触达到对于内部填料更好的冷却效果，而且冷却水从进水口进入后首先对填料盒冷却，然后水位不断上升，后续具有一定温度的冷却水再对压缩腔的缸壁进行冷却，防止铸件因冷热温差大而引起的应力裂缝，从而达到良好冷却效果。

可选的，所述填料盒沿活塞杆轴向设置有多个，相邻填料盒之间设置有密封圈。

通过采用上述技术方案，首先设置多个沿活塞杆轴线设置的填料盒，其可以达到多级密封的作用，可以更好的阻挡气体通过，密封圈的设置可以提高相邻填料盒之间的密封性，阻挡压缩气体从填料盒之间的缝隙漏出。

可选的，所述机身包括曲轴箱，所述曲轴箱的顶部开设有安装口，所述缸体的底部设置有与安装口的适配的安装部，所述安装部与安装口配合时，所述缸体的轴线经过曲轴的转动轴线。

通过采用上述技术方案，借助安装部和安装口的设置，在将缸体安装在曲轴箱上时，直接使得安装部插接到安装口内即可实现配合并且同步保持同心度，相对于传统配合后还需要通过拉杆进行调节的方式，更加方便快捷，并且结构简单且同心度高。

可选的，所述曲轴一端穿出机身且该端部设置有飞轮，所述飞轮上设置供皮带连接的槽体。

通过采用上述技术方案，借助飞轮的设置在曲轴转动时其可以实现提高转动惯量，即驱动件驱使曲轴转动后，借助飞轮的转动惯量可以更好驱使曲轴持续性转动，从而使得驱动所需的电流有效降低，达到相应节能的目的；槽体的设置使得飞轮可以直接充当带轮使用，驱动件通过带传动的方式来驱使曲轴转动，相比于驱动件直接驱动的方式更加容易，有效简化结构，实现飞轮的多用途。

可选的，所述飞轮的一侧设置有支撑座，所述支撑座上转动连接有固定在飞轮上的轴体，所述支撑座上设置有供轴体转动连接有轴承。

通过采用上述技术方案，借助支撑座和轴体的设置能够对飞轮起到良好支撑的作用，而且在具有支撑座的情况下，飞轮的外径可以设置的更大，即让飞轮产生更大的转动惯量，这样使得活塞式空气压缩机能够搭配变频器进行使用，即在外部用气量不多的情况下时，可以通过变频来使得驱动件驱使曲轴转动的速度降低，此时依赖飞轮的转动惯量依然可以保持曲轴良好的转动，减少此时所需电流急剧上升的问题，解决了传统活塞式皮带空气压缩机无法实现变频的缺陷；轴承的设置可以减少摩擦阻力，使得曲轴可以更加流畅的转动。

可选的，所述缸体的压缩腔输出压缩空气的输出管路设置有冷却器以及气液分离器，所述气液分离器上设置有泄压阀，所述泄压阀上连接有射流器，所述射流器的排出口用于连接储气罐。

在外部不需要压缩空气时，驱动件停止工作，压缩机内部依然还存有高压空气，传统的大多直接通过泄压阀排放掉，这样造成了能源浪费，通过在气液分离器的泄压阀处连接射流器，使得高压空气在射流器内与外部空气混合压力降低，能够良好储存在储气罐内，便于后续其他需要低压空气的场合使用，达到更好的节能目的。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.活塞体在Z型缸体内往复垂直移动时实现同步对至少两个压缩腔实现空气压缩，不存在重力侧磨倾向，提高易损件的使用寿命；

2.借助平衡槽的设定，来有效平衡密封环两侧的压差，从而使得密封环可以更加长久的有效使用，延长使用寿命；

3.对于填料的冷却以及对缸壁的冷却采用同一个冷却结构，使得结构得到简化，并且冷却结构采用双进双出的方式，达到冷却均匀度更佳的目的；

4.通过飞轮增重以及支撑座的设置来保护曲轴承力过载，克服了传统活塞式压缩机难以变频使用的缺陷，达到变频减速后惯性动能不变的结果，更加节能。

附图说明

图1是本申请实施例节能气体无油压缩机的整体剖视图；

图2是本申请实施例节能气体无油压缩机中冷却腔及夹层处的结构图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是本申请实施例节能气体无油压缩机中射流器的结构图。

附图标记说明：1、曲轴箱；2、曲轴；3、飞轮；4、槽体；5、缸体；6、活塞体；61、第一活塞；62、第二活塞；7、活塞杆；8、十字头；9、连杆；10、第一压缩腔；11、第二压缩腔；12、刮油座；13、填料压盖；14、刮油环；15、填料盒；16、填料；17、冷却腔；18、进水口；19、出水口；20、密封圈；21、夹层；22、环槽；23、密封环；24、平衡槽；25、安装部；26、安装口；27、支撑座；28、轴承；29、射流器；30、高压气入口；31、低压气收集口；32、常压空气吸入口；33、轴体。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种节能气体无油压缩机。

参照图1，一种节能气体无油压缩机包括机身、多级压缩结构以及驱动件，其中机身包括曲轴箱1，曲轴箱1内转动连接有曲轴2，曲轴2一端伸出曲轴箱1，曲轴2伸出曲轴箱1的部分固定有飞轮3，飞轮3上设置有供皮带连接的槽体4；驱动件包括电机，电机的输出轴上设置带轮，带轮与飞轮3通过皮带连接，从而借助电机驱使来带动曲轴2转动。飞轮3上还可以根据实际配重需要增设配重块。

如图1所示，多级压缩机构包括安装在曲轴箱1上方的缸体5，缸体5竖直设置，在缸体5竖向滑动连接有活塞体6，缸体5内设置有供活塞体6滑动的压缩腔，同时在活塞体6上固定有活塞杆7，活塞杆7朝向曲轴箱1的一端固定有十字头8，十字头8与曲轴2之间设置有两者的连杆9，连杆9的两端分别铰接在十字头8和曲轴2上，从而在曲轴2转动的过程中不断驱使活塞体6在压缩腔内做直线往复运动实现空气压缩。

如图1所示，活塞体6包括至少2个活塞，本实施例中活塞具有2个且分别为第一活塞61和第二活塞62，第一活塞61和第二活塞62为一个整体，压缩腔为两个且分别为第一压缩腔10和第二压缩腔11，在其他实施例中活塞以及压缩腔还可以是3个、4个等；第一活塞61匹配第一压缩腔10使用，第二活塞62匹配第二压缩腔11使用，第一活塞61位于第二活塞62的下方，第一活塞61的水平截面面积大于第二活塞62，第一活塞61朝向曲轴2箱1的一侧为第一压缩腔10，第二活塞62背向第一活塞61的一侧为第二压缩腔11，第一压缩腔10的容积大于第二压缩腔11；同时第一压缩腔10和第二压缩腔11均具有进气口和出气口，进气口上设置进气阀，出气口处设置出气阀，进气阀和出气阀均为单向阀，其中第一压缩腔10的出气口与第二压缩腔11的进气口通过通气管连通。

这样在驱使活塞体6下移时，第一活塞61在第一压缩腔10内做功压缩空气，直至其达到相应压力后出气口被打开排出一级压缩的空气，期间第二活塞62下移处于吸气状态，即一级压缩后的空气通过第二压缩腔11的进气口进入到第二压缩腔11内；在驱使活塞体6上移时，第一活塞61在缸体5内上移，第一压缩腔10处于吸气状态，此时外部空气通过第一压缩腔10上的进气口进入到第一压缩腔10内，此时第二活塞62上移在第二压缩腔11内进行二级压缩，在空气压缩到一定压力后再通过排气口排出；这样不断驱使活塞体6往复移动即可实现空气的二级压缩，压缩效果高，而且由于第一压缩腔10容积大于第二压缩腔11的容积，这样使得二级压缩的压缩比更大，可以得到更大压力的压缩空气。

另外在连通第一压缩腔10的出气口和第二压缩腔11进气口的通气管上还依次连接有冷却器以及气液分离器，冷却器为水冷式冷却器，由于压缩后的空气温度较高，通过冷却后便于其后续进行二级压缩，冷却过程中会产生液态水，借助气液分离器分离其中的液态水，从而使得通入第二压缩腔11内压缩空气可以更好的被二级压缩。

如图1和图2所示，在缸体5内自下而上依次设置有刮油座12以及填料压盖13，刮油座12和填料压盖13的中心均开设有供活塞杆7穿过的通孔，在刮油座12上设置有刮油环14，其可以起到相应刮油作用，避免油液进入到上方的压缩腔内；填料压盖13上设置有填料盒15，填料盒15内填充有填料16，该填料16主要为四氟乙烯，借助填料16来保持连接处的密封性，使得压缩腔内压缩空气无法外泄。

如图2所示，填料盒15与缸体5内壁之间存在间距且形成冷却腔17，在缸体5外壁对应冷却腔17的底部开设有进水口18，进水口18对称设置于缸体5的两侧，在缸体5的上方位置设置有出水口19，出水口19同样对称设置在缸体5上；这样使用时，冷却水从两个进水口18同时进入到冷却腔17内，然后水位不断上升直至从两个出水口19排出，带走填料盒15上的热量，期间对于填料盒15的冷却均匀度好，达到更佳的冷却效果。

如图2所示，其中填料盒15沿活塞杆7轴向设置有多个，各个填料盒15之间设置有密封圈20，借助密封圈20以提高填料盒15之间的密封，避免水分进入到填料盒15内影响密封效果。

如图2所示，在缸体5对应压缩腔的部位设置有夹层21，该夹层21位于冷却腔17与出水口19之间，夹层21与冷却腔17连通，夹层21与冷却腔17连通的连通口对称设置且与进水口18在圆周方向上错开；这样从进水口18进入的水分首先经过冷却腔17对填料盒15进行冷却，等其进入到夹层21内后具有一定温度，有效防止铸件因冷热温差大而引起的应力裂缝，从而达到良好冷却效果，并且水分也是对称的从通水口进入，保持冷却的均匀度；另外由于通水口与进水口18在周向方向错开，这样可以使水流在腔内打着转流动，冷却效果更好。

如图3所示，第一活塞61和第二活塞62外壁均设置有环槽22，且环槽22上套接有密封环23，密封环23为F4环，密封环23抵接缸体5内壁实现密封，由于压缩腔的存在，会导致第一活塞61或第二活塞62靠近压缩腔一侧的压力远大于另一侧，形成较大压差，其中第二活塞62上更加明显，进而容易使得密封环23形变影响其使用寿命，图中以第二活塞62为例，实际使用时密封环23与环槽22顶壁以及内侧壁会存在细小间隙，密封环23的底壁与环槽22底壁抵紧，本实施例中在密封环23背向第二压缩腔11一侧与环槽22壁抵接处设置有平衡槽24，且该平衡槽24与第二压缩腔11连通，从而使得在使用过程中第二压缩腔11内压缩空气可以流通到平衡槽24内，有效减少密封环23两侧的压差，从而大幅度提升密封环23的使用寿命。

如图1所示，在缸体5的底部设置有安装部25，同时在曲轴箱1的顶部开设有安装口26，安装部25与安装口26适配便于缸体5的安装，并且安装部25与安装口26配合后，缸体5的轴线经过曲轴2的轴线实现同心，相比传统还需要通过拉杆调整缸体5的位置保持同心的安装方式更加方便快捷。

如图1所示，在飞轮3远离曲轴箱1的一侧设置有支撑座27，支撑座27上转动连接有与飞轮3固定的轴体33，支撑座27内设置有供轴体33穿入的轴承28，轴承28的设置可以有效减少摩擦阻力，提高曲轴2转动的流畅性，支撑座27和轴体33的设置可以对飞轮3起到良好支撑，在具有支撑座27的情况下，可以将飞轮3的外径设置的更大，进而提高飞轮3的转动惯量，从而使得活塞式空气压缩机能够适用于变频，即可以根据供气量来调节曲轴2的转速，曲轴2转速降低时，由于飞轮3依然均匀较大的转动惯量，依然可以保持良好的转动状态，不会使得电机的电流急剧上升，解决了传统活塞式空气压缩机无法搭配变频器使用的缺陷。

另外在气液分离器上设置有泄压阀，即在外部不需要高压空气时，但是此时压缩机内部还存留压缩空气，通常通过泄压阀将内部的高压空气放掉，这样会导致能源浪费；本实施例中在泄压阀上连接射流器29，如图4所示，射流器29包括高压气入口30以及低压气收集口31，高压气入口30和低压气收集口31相对设置，在射流器29的一侧开设有常压空气吸入口32，高压气入口30用于与泄压阀连接，低压气收集口31用于连接储气罐，从而在打开泄压阀后，高压气体进入射流器29时通过常压空气吸入口32时带入外部空气，使得整体压力降低，然后从低压气收集口31排出收集到储气罐内，以此来实现对于压缩空气的回收利用，减少能源的浪费，更加节能。

本申请实施例一种节能气体无油压缩机的实施原理为：开启电机借助皮带传动驱使曲轴2转动，然后借助连杆9联动活塞体6在缸体5内往复移动实现空气压缩，其中第一压缩腔10内空气经过一级压缩后从排出口排出，再经过水冷式冷却器冷却，以及气液分离器分离出其中的液态后，再通入到第二压缩腔11内进行二次压缩，完成二次压缩后的压缩气体同样经过冷却以及气液分离后得到最终高压气体，供需要的场景使用；在不工作时关闭电机，压缩机内部残留的高压气体通过泄压阀排出，并经过射流器29与外部空气混合降压后收集到低压储气罐内，实现对于压缩气体的回收储存，达到节能的目的。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级压缩结构，包括缸体（5）以及滑动连接在缸体（5）内的活塞体（6），其特征在于：所述活塞体（6）包括至少两个活塞，所述缸体（5）内设置有供活塞独立滑动的压缩腔，所述压缩腔的容积逐级减小，较大容积所述压缩腔的出气口与较小容积压缩腔的进气口连通。

2.根据权利要求1所述的多级压缩结构，其特征在于：所述活塞上均设置有环槽（22），所述环槽（22）上套接有密封环（23），所述密封环（23）背向压缩腔的一侧与环槽（22）壁抵接处设置有与平衡槽（24），所述平衡槽（24）与压缩腔连通。

3.一种节能气体无油压缩机，包括权利要求1-2任一所述的多级压缩结构，还包括机身以及驱动件，所述机身内转动连接有曲轴（2），所述活塞体（6）的活塞杆（7）与曲轴（2）通过连杆（9）联动，所述驱动件驱使曲轴（2）转动。

4.根据权利要求3所述的多级压缩结构，其特征在于：所述缸体（5）内设置有夹层（21），所述缸体（5）上设置有与夹层（21）连通的进水口（18）和出水口（19），所述进水口（18）对称设置在缸体（5）两侧，所述出水口（19）对称设置在缸体（5）两侧。

5.根据权利要求4所述的节能气体无油压缩机，其特征在于：所述缸体（5）内设置有填料压盖（13），所述填料压盖（13）上设置有填料盒（15），所述填料盒（15）内填充有填料（16），所述填料压盖（13）和填料盒（15）上均开设有供活塞杆（7）穿过的通孔，所述填料盒（15）和缸体（5）内壁存在间距形成冷却腔（17），所述冷却腔（17）位于夹层（21）下方且与夹层（21）连通，所述进水口（18）开设在缸体（5）对应冷却腔（17）的底部。

6.根据权利要求5所述的节能气体无油压缩机，其特征在于：所述填料盒（15）沿活塞杆（7）轴向设置有多个，相邻填料盒（15）之间设置有密封圈（20）。

7.根据权利要求3所述的节能气体无油压缩机，其特征在于：所述机身包括曲轴箱（1），所述曲轴箱（1）的顶部开设有安装口（26），所述缸体（5）的底部设置有与安装口（26）的适配的安装部（25），所述安装部（25）与安装口（26）配合时，所述缸体（5）的轴线经过曲轴（2）的转动轴线。

8.根据权利要求3所述的节能气体无油压缩机，其特征在于：所述曲轴（2）一端穿出机身且该端部设置有飞轮（3），所述飞轮（3）上设置供皮带连接的槽体（4）。

9.根据权利要求8所述的节能气体无油压缩机，其特征在于：所述飞轮（3）的一侧设置有支撑座（27），所述支撑座（27）上转动连接有固定在飞轮（3）上的轴体（33），所述支撑座（27）上设置有供轴体（33）转动连接有轴承（28）。

10.根据权利要求3所述的节能气体无油压缩机，其特征在于：所述缸体（5）的压缩腔输出压缩空气的输出管路设置有冷却器以及气液分离器，所述气液分离器上设置有泄压阀，所述泄压阀上连接有射流器（29），所述射流器（29）的排出口用于连接储气罐。

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