CN113153684B - 一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，涉及液驱活塞压缩机技术领域。该活塞环冷却结构包括气缸体和活塞，气缸体内沿轴向设有相互连通的活塞腔和隔离腔，活塞腔内设有浮动活塞，隔离腔内设有喷雾式换热器，喷雾式换热器的中心设有沿轴向贯穿的通孔，活塞杆的一端伸出通孔后与浮动活塞相抵接，喷雾式换热器包括冷却水腔和至少一组喷雾小孔，喷雾小孔的入口连通冷却水腔，喷雾小孔的出口朝向浮动活塞，气缸体的侧壁上设有冷却水回流通道，冷却水回流通道的入口连通活塞腔，冷却水回流通道的出口连通气缸体外部。本申请用于提升高压液驱活塞压缩机的性能。

Description

一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构

技术领域

本申请涉及液驱活塞压缩机技术领域，尤其涉及一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构。

背景技术

高压液驱活塞压缩机在压缩气体的过程中，会产生大量的压缩热，导致排气温度很高，从而使得气缸内表面整体温度较高，使得活塞环中高分子材料失效，影响活塞环的密封效果，对液驱活塞压缩机的安全性和可靠性产生极大的影响和威胁。现有的液驱活塞压缩机的活塞环大多采用加工冷却水套降温的方式进行冷却，即在气缸表面沿轴向加工冷却水套与气缸外表面形成冷却水腔并注入循环冷却水，冷却水通过水腔对气缸内的活塞环进行降温。

该冷却方法虽然在一定程度上能够降低气缸内的温度，但是由于气缸结构与加工工艺的限制，同时，由于必须保证气缸的强度，循环冷却水与气缸内表面之间相距一定厚度的钢结构，这部分钢结构会使冷却水与压缩气体之间的换热效果大打折扣，从而导致整个气缸内降温效果不佳，不仅影响压缩机工作效率，而且会使得活塞环工作温度过高，从而导致活塞环密封失效，影响高压液驱活塞压缩机的安全可靠运行。

另外，由于现有高压液驱活塞压缩机气缸中活塞环与气缸内表面无润滑作用，干摩擦会导致活塞环表面的温度进一步升高，导致活塞环中高分子材料高温失效，同时对活塞环材料的耐磨性要求极高，严重影响了活塞环的使用寿命。

发明内容

本申请的实施例提供一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，既能提高活塞环的冷却效果，又能对活塞环进行润滑，从而延长活塞环的使用寿命，提高液驱活塞压缩机的安全性。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，包括气缸体和活塞杆；所述气缸体内沿轴向设有相互连通的活塞腔和隔离腔，所述活塞腔内设有浮动活塞，所述隔离腔内设有喷雾式换热器；所述喷雾式换热器的中心设有沿轴向贯穿的通孔，所述活塞杆的一端伸出所述通孔后与所述浮动活塞相抵接；所述喷雾式换热器包括冷却水腔和至少一组喷雾小孔，所述喷雾小孔的入口连通所述冷却水腔，所述喷雾小孔的出口朝向所述浮动活塞，所述气缸体的侧壁上设有冷却水回流通道，所述冷却水回流通道的入口连通所述活塞腔，所述冷却水回流通道的出口连通所述气缸体外部。

进一步地，所述冷却水腔的容积大于多个所述喷雾小孔的通流体积之和。

进一步地，所述隔离腔的孔径大于所述活塞腔的孔径；所述喷雾式换热器为台阶管，所述喷雾式换热器的大端位于所述隔离腔内且固定在所述气缸体上，所述喷雾式换热器的小端位于所述活塞腔内，并与所述活塞腔的内壁密封配合。

进一步地，所述冷却水腔位于所述喷雾式换热器的大端内，且所述冷却水腔为环腔，所述环腔的侧壁上设有冷却水入口，所述冷却水入口与外部水管连接。

进一步地，每组所述喷雾小孔均沿周向均布在所述喷雾式换热器的小端端面。

进一步地，所述喷雾小孔为多组，多组所述喷雾小孔的连线形成的圆形为同心圆。

进一步地，所述喷雾小孔的直径为1～2mm。

进一步地，所述喷雾式换热器与所述活塞杆之间设有间隙。

进一步地，所述冷却水回流通道位于所述气缸体的最低处，且远离所述浮动活塞设置。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请实施例在传统液驱活塞压缩机加工冷却水套的冷却方式的基础上，通过在隔离腔内设置喷雾式换热器，使冷却水能够直接喷向浮动活塞和气缸体的内表面，从而达到更有针对性地冷却活塞环的目的；本申请实施例不仅能更有效地增加活塞环的换热效果，还能润滑活塞环，减少活塞环与缸壁之间的摩擦热，增加高压液驱活塞压缩机在运行时的可靠性，提高高压液驱活塞压缩机活塞环的使用寿命。

2、本申请实施例中的喷雾式换热器与活塞杆之间设有间隙，由此，活塞环泄漏的气体仍能通过该间隙传到隔离腔，再经过流量计被检测到，不会影响泄漏气体的检测。

3、本申请实施例中的冷却水回流通道位于气缸体的最低处，且远离浮动活塞设置，由此，不会占用隔离腔中的油泄漏检测通道。

4、本申请中实施例中的喷雾小孔为多组，多组喷雾小孔的连线形成的圆形为同心圆，每组喷雾小孔均沿周向均布在喷雾式换热器的小端端面，且喷雾小孔的直径为1～2mm，由此，喷雾小孔中的冷却水直接喷射到气缸内表面和浮动活塞上，增加浮动活塞与冷却水的接触面积，同时也增大冷却水的扰动，提高换热效果。

5、本申请实施例中的喷雾式换热器包括冷却水腔，冷却水腔的容积大于多个喷雾小孔的通流体积之和，由此，能够使每个喷雾小孔中的流量恒定，从而实现对浮动活塞和气缸内表面的均匀冷却。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构的示意图；

图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；

图3为本申请实施例高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构中喷雾式换热器的主视剖视图；

图4为本申请实施例高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构中喷雾式换热器的俯视图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为本申请实施例高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构中冷却水流向图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请实施例通过冷却水在气缸中循环实现冷却润滑活塞环的作用。具体的，液驱活塞压缩机运行过程中，气缸内的高温压缩热量被冷却水带走，气缸内表面的温度大大降低，同时减少了活塞环与气缸内表面的摩擦，不但延长了活塞环的寿命，还增加了液驱活塞压缩机的效率。

参照图1，本申请实施例提供了一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，包括气缸体3和活塞杆1，其中，气缸体3内沿轴向设有相互连通的活塞腔13和隔离腔8。隔离腔8位于在气缸与油缸之间，将液压油与气体分隔开，隔离腔8与大气连通，用于检漏和输入换向信号等。隔离腔8的孔径大于活塞腔13的孔径，活塞腔13内设有浮动活塞2，隔离腔8内设有喷雾式换热器6。

活塞腔13远离隔离腔8的一端设有气缸盖4，且气缸体3与气缸盖4密封连接。气缸体3的外侧设有冷却水套(图中未示)，浮动活塞2与气缸盖4之间形成气腔15。气缸体3的侧壁上设有气阀腔5，气阀腔5内设有吸气阀和排气阀(图中未示)。

参照1和图2，为了便于拆装，喷雾式换热器6为台阶管，即凸台式结构，包括圆环状大端和圆环状小端，喷雾式换热器6的中心设有沿轴向贯穿的通孔14，活塞杆1的一端伸出通孔14后与浮动活塞2相抵接，且喷雾式换热器6与活塞杆1之间设有间隙。活塞杆1的止点为喷雾式换热器6的大端表面，由此，可以防止浮动活塞2与喷雾式换热器6之间发生撞击。

参照图2至图5，喷雾式换热器6的大端位于隔离腔8内，且喷雾式换热器6的大端端面上设有螺栓孔12，喷雾式换热器6通过螺栓(图中未示)固定在气缸体3上。螺栓孔12沿喷雾式换热器6径向对称布置，由此，能够将喷雾式换热器6固定在气缸体3中，防止喷雾式换热器6沿轴向位移。喷雾式换热器6的小端位于活塞腔13内，并与活塞腔13的内壁密封配合，由此，可以形成一个半封闭的冷却腔。需要说明的是，喷雾式换热器6的小端也可与活塞腔13的内壁不密封。

继续参照图1、图4和图5，喷雾式换热器6包括冷却水腔10和至少一组喷雾小孔11，冷却水腔10位于喷雾式换热器6的大端内，且冷却水腔10为环腔，冷却水腔10的侧壁上设有冷却水入口9，冷却水入口9与外部水管连接。冷却水腔10的容积大于多个喷雾小孔11的通流体积之和。喷雾小孔11的入口连通冷却水腔10，喷雾小孔11的出口朝向浮动活塞2，由此，可以使冷却水在其中流过时，直接喷向气缸体3的内表面和浮动活塞2，增强气缸内壁和活塞环16的换热效果。

参照图4，在一些实施例中，喷雾小孔11沿雾式换热器6周向设计为三组共90个，每组喷雾小孔11均沿周向均布在喷雾式换热器6的小端端面上，三组喷雾小孔11的连线形成的三个圆形为同心圆，且喷雾小孔11的直径均为1～2mm，由此，可以直接冷却浮动活塞2，大大降低活塞环表面的温度，提高活塞环的使用寿命。

参照图2，气缸体3的侧壁上设有冷却水回流通道7，冷却水回流通道7位于气缸体3的最低处，且远离浮动活塞2设置。冷却水回流通道7的入口连通活塞腔13，冷却水回流通道7的出口连通气缸体3外部。

参照图1和图6，本申请实施例高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构的工作原理如下：

需要说明的是，图中的箭头表示冷却水的流向。高压液驱活塞压缩机工作时，活塞杆1沿轴向作往复运动，活塞杆1推动浮动活塞2前进时，气腔15的容积减小，气体被压缩。当活塞杆1沿反方向运动时，气缸内高压气体推动浮动活塞2与活塞杆1以相同速度紧密贴合运动，此过程为膨胀与吸气过程。吸气过程中吸气阀打开，排气阀关闭；排气过程时排气阀打开，吸气阀关闭。冷却水通过喷雾式换热器6的冷却水入口9进入冷却水腔10，再通过沿周向布置的若干喷雾小孔11喷向浮动活塞2和气缸体3的内表面，最后进行换热后的冷却水通过冷却水回流通道7流出气缸体3后被回收利用。

高压液驱活塞压缩机在运行过程中，气腔内的高温气体将热量通过浮动活塞2传递到隔离腔8中，此时，活塞环16表面的温度迅速升高，而喷雾式换热器6通过连续不断的进排出循环冷却水过程将活塞环16表面的热量带走，也就是将气腔15内压缩气体的压缩热带走，进而实现对压缩气体与活塞环16的降温。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，其特征在于，

包括气缸体和活塞杆；

所述气缸体内沿轴向设有相互连通的活塞腔和隔离腔，所述活塞腔内设有浮动活塞，所述隔离腔内设有喷雾式换热器；

所述喷雾式换热器的中心设有沿轴向贯穿的通孔，所述活塞杆的一端伸出所述通孔后与所述浮动活塞相抵接；

所述喷雾式换热器包括冷却水腔和至少一组喷雾小孔，所述喷雾小孔的入口连通所述冷却水腔，所述喷雾小孔的出口朝向所述浮动活塞，所述气缸体的侧壁上设有冷却水回流通道，所述冷却水回流通道的入口连通所述活塞腔，所述冷却水回流通道的出口连通所述气缸体外部；

所述隔离腔的孔径大于所述活塞腔的孔径；所述喷雾式换热器为台阶管，所述喷雾式换热器的大端位于所述隔离腔内且固定在所述气缸体上，所述喷雾式换热器的小端位于所述活塞腔内，并与所述活塞腔的内壁密封配合；

每组所述喷雾小孔均沿周向均布在所述喷雾式换热器的小端端面；

所述喷雾式换热器与所述活塞杆之间设有间隙，以检测泄漏气体。

2.根据权利要求1所述的高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，其特征在于，所述冷却水腔的容积大于多个所述喷雾小孔的通流体积之和。

3.根据权利要求2所述的高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，其特征在于，所述冷却水腔位于所述喷雾式换热器的大端内，且所述冷却水腔为环腔，所述环腔的侧壁上设有冷却水入口，所述冷却水入口与外部水管连接。

4.根据权利要求1所述的高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，其特征在于，所述喷雾小孔为多组，多组所述喷雾小孔的连线形成的圆形为同心圆。

5.根据权利要求1所述的高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，其特征在于，所述喷雾小孔的直径为1～2mm。

6.根据权利要求1～5任一所述的高压液驱活塞压缩机喷雾式活塞环冷却结构，其特征在于，所述冷却水回流通道位于所述气缸体的最低处，且远离所述浮动活塞设置。