CN113153693A - 气浮系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交变流动系统技术领域，公开了一种气浮系统，包括主气缸、高压气库、低压气库和独立气泵，主气缸活塞与主气缸缸筒的内壁之间留有第一气隙；主气缸缸筒的内壁沿主气缸缸筒的轴向构造有两个间隔的回气结构，第一气隙通过回气结构连通于低压气库；主气缸缸筒的内壁在两个回气结构之间构造有两个间隔的供气结构，第一气隙通过供气结构连通于高压气库；独立气泵的气泵活塞将气泵缸筒的内腔分为气泵前腔和气泵背腔，高压气库和低压气库均通过单向阀连通于气泵前腔或者气泵背腔，以使气体从独立气泵进入高压气库，或者使气体从低压气库进入独立气泵。该气浮系统通过设置独立气泵避免了主气缸启动过程中主气缸活塞和主气缸缸筒之间的磨损。

Description

气浮系统

技术领域

本发明涉及交变流动系统技术领域，尤其涉及一种气浮系统。

背景技术

热声发电机和制冷机、斯特林发电机和制冷机、脉管制冷机等都属于交变流动系统，这些系统与外界之间的能量交换通常需要通过直线电机的活塞来实现：在发电机中，流体推动活塞运动后将机械能转化为电能；在制冷机中，电机将电能转化为机械能再通过活塞推动气体运动。在这些系统中，活塞有时也被用来作为系统内部声场的调节机构，使系统获得更好的热功转换效果。由于在这些系统中润滑油会严重恶化系统的性能，因此活塞通常采用气浮支撑的方式来消除活塞与气缸之间的机械磨损，同时达到间隙密封的效果。

现有的小功率的电机中的气缸活塞上设计有高压腔，在气缸朝向前腔的端面与高压腔之间设置有单向阀，使得气流只能从前腔流向高压腔。高压腔与密封气隙之间设计有供气流道。系统运行后活塞开始往复运动，前腔和背腔将会出现压力波动，当前腔的压力升高到一定值时单向阀开启，气流从前腔进入高压腔；当前腔压力小于一定值时单向阀关闭，因此随着活塞的往复运动，高压腔的压力逐渐升高。高压腔的气流通过供气管路注入密封气隙内，在气隙内形成高压气膜从而起到对活塞的支撑作用，防止活塞与气缸之间的机械磨损。这样的气浮结构有几个不足的地方：第一、高压腔的气体来自前腔，经过气膜后一部分流回前腔，一部分流向背腔，这样容易造成前腔和背腔的平均压力不平衡，从而造成活塞的漂移；第二、在活塞刚启动时，高压气膜尚未形成，这时活塞与气缸之间的磨损无可避免，在小功率系统中这种磨损比较轻微，但当功率增大、活塞的质量较大时，活塞与气缸之间的磨损就会越来越严重，从而缩短系统的工作寿命，不适用于大功率系统。

发明内容

本发明实施例提供一种气浮系统，用以解决现有的气浮系统容易造成系统内腔体压力不平衡，不适用于大功率系统的问题，以提升气浮系统的性能。

本发明实施例提供一种气浮系统，包括主气缸和设置于所述主气缸之外的高压气库、低压气库和独立气泵，所述主气缸包括主气缸缸筒和安装于所述主气缸缸筒内的主气缸活塞，所述主气缸活塞与所述主气缸缸筒的内壁之间留有第一气隙；所述主气缸缸筒的内壁沿所述主气缸缸筒的轴向构造有两个间隔的回气结构，所述第一气隙通过所述回气结构连通于所述低压气库；所述主气缸缸筒的内壁在两个所述回气结构之间构造有两个间隔的供气结构，所述第一气隙通过所述供气结构连通于所述高压气库；

所述独立气泵包括气泵缸筒和安装于所述气泵缸筒内的气泵活塞，所述气泵活塞将所述气泵缸筒的内腔分为气泵前腔和气泵背腔，所述高压气库和所述低压气库均通过单向阀连通于所述气泵前腔或者所述气泵背腔，以使气体从所述独立气泵进入所述高压气库，或者使气体从所述低压气库进入所述独立气泵。

其中，所述回气结构为沿所述主气缸缸筒的周向设置的环形的回气槽。

其中，所述回气槽通过设置于所述主气缸缸筒内的回气流道连接于所述低压气库。

其中，所述进气结构为沿所述主气缸缸筒的周向间隔设置的多个供气孔。

其中，所述主气缸缸筒内设置有环形的供气主回路，所述供气主回路连通于所述高压气库，多个所述供气孔通过一一对应设置的供气支路连通于所述供气主回路。

其中，所述主气缸活塞的两端面分别开设有第一对中孔，所述第一对中孔连通于所述第一气隙，且与所述回气槽相对应。

其中，所述气泵活塞与所述气泵缸筒的内壁之间留有第二气隙，所述气泵活塞内设有连通所述第二气隙的活塞气腔，所述气泵前腔通过气泵单向阀连通于所述活塞气腔，以使气体从所述气泵前腔进入所述活塞气腔。

其中，所述气泵缸筒的内壁在周向上设置有环形的对中槽，所述对中槽对应所述气泵活塞的平衡位置；

所述第二气隙通过所述对中槽连通于所述气泵前腔，所述气泵活塞朝向所述气泵背腔的一端开设有第二对中孔，所述第二对中孔连通于所述第二气隙，且与所述对中槽相对应；或者

所述第二气隙通过所述对中槽连通于所述气泵背腔，所述气泵活塞朝向所述气泵前腔的一端开设有第三对中孔，所述第三对中孔连通于所述第二气隙，且与所述对中槽相对应。

其中，所述主气缸的数量为多个，每个所述主气缸的第一气隙分别通过各自的回气结构连通于所述低压气库，每个所述主气缸的第一气隙分别通过各自的供气结构连通于所述高压气库。

本发明实施例提供的气浮系统，包括主气缸、高压气库、低压气库和独立气泵，独立气泵的气泵活塞运动时，会使气泵前腔和气泵背腔内的压力发生变化，当连通高压气库的一侧腔体的压力升高到第一预设值时，其与高压气库之间的单向阀打开，气体从独立气泵进入高压气库；当连通低压气库的一侧腔体的压力降低到第二预设值时，其与低压气库之间的单向阀打开，气体从低压气库进入独立气泵。高压气库内的高压气体从主气缸上的供气结构流入主气缸的第一气隙内，形成高压气膜，对主气缸活塞起到支撑作用；第一气隙内的气体再从主气缸上的回气结构流回至低压气库。该气浮系统在主气缸启动前，可以先启动独立气泵进行供气，使主气缸活塞达到悬浮状态再启动主气缸，避免了主气缸启动过程中主气缸活塞和主气缸缸筒之间的磨损。独立气泵采用了独立的高压气库和低压气库，可以使独立气泵稳定可靠运行，保证第一气隙的压力始终稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例中的一种气浮系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种独立气泵的结构示意图；

图3是本发明实施例中的另一种气浮系统的结构示意图；

附图标记说明：

1、主气缸； 11、主气缸缸筒； 12、主气缸活塞；

121、第一对中孔； 13、主气缸前腔； 14、主气缸背腔；

2、高压气库； 3、低压气库； 4、独立气泵；

41、气泵缸筒； 42、气泵活塞； 421、活塞气腔；

422、气泵供气气路； 43、气泵前腔； 44、气泵背腔；

45、第二气隙； 46、气泵单向阀； 47、对中槽；

471、气泵缸筒对中气路； 48、第二对中孔；

481、气泵活塞对中气路； 5、第一气隙；

6、回气槽； 61、回气流道； 7、供气孔；

71、供气主回路； 72、供气支路； 81、高压单向阀；

82、低压单向阀； 1-1、第一主气缸； 1-2、第二主气缸；

5-1、第一主气缸的第一气隙； 5-2、第二主气缸的第一气隙；

6-1、第一回气槽； 6-2、第二回气槽； 7-1、第一供气孔；

7-2、第二供气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明实施例中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供的一种气浮系统，包括主气缸1和设置于主气缸1之外的高压气库2、低压气库3和独立气泵4，主气缸1包括主气缸缸筒11和安装于主气缸缸筒11内的主气缸活塞12，主气缸活塞12与主气缸缸筒11的内壁之间留有第一气隙5。主气缸缸筒11的内壁沿主气缸缸筒11的轴向构造有两个间隔的回气结构，第一气隙5通过回气结构连通于低压气库3。主气缸缸筒11的内壁在两个回气结构之间构造有两个间隔的供气结构，第一气隙5通过供气结构连通于高压气库2。具体地，供气结构可以为沿主气缸缸筒11的周向设置的多个气孔，或者环形槽，或者多个间隔的弧形槽，或者其他形状的槽等等，只要能够使第一气隙5与高压气库2连通即可。供气结构的一端可以设置于主气缸缸筒11的内壁面，供气结构的另一端可以通过主气缸缸筒11内部的气体流道连通于高压气库2。

回气结构可以为沿主气缸缸筒11的周向设置的环形槽，或者多个气孔，或者多个间隔的弧形槽，或者其他形状的槽等等，只要能够使第一气隙5与低压气库3连通即可。回气结构的一端可以设置于主气缸缸筒11的内壁面，回气结构的另一端可以通过主气缸缸筒11内部的气体流道连通于低压气库3。

高压气库2提供的高压气体从主气缸1上的供气结构进入第一气隙5形成高压气膜，对主气缸活塞12起到支撑作用。然后高压气膜的气体再通过回气结构流回低压气库，形成一个气体通路，保证高压气膜内的压力恒定。在启动主气缸1之前，先启动独立气泵4，在第一气隙5内形成高压气膜，先将主气缸活塞12支撑起来，然后再启动主气缸1，避免了主气缸1启动过程中主气缸活塞12和主气缸缸筒11之间的磨损。虽然主气缸前腔13和主气缸背腔14都具备一定的空容积，但不能作为独立气泵4的低压气库，一方面是因为主气缸前腔13和主气缸背腔14的压力波动较大，无法使独立气泵4获得较为稳定的工况，另一方面是会造成主气缸前腔13和主气缸背腔14的平均压力不平衡。

独立气泵4包括气泵缸筒41和安装于气泵缸筒41内的气泵活塞42，气泵活塞42将气泵缸筒41的内腔分为气泵前腔43和气泵背腔44，高压气库2和低压气库3均通过单向阀连通于气泵前腔43或者气泵背腔44，以使气体从独立气泵4进入高压气库2，或者使气体从低压气库3进入独立气泵4。具体地，高压气库2和低压气库3可以同时连通于气泵前腔43，或者同时连通于气泵背腔44，本实施例以高压气库2和低压气库3同时连通于气泵前腔43为例进行说明。高压气库2通过高压单向阀81连通于气泵前腔43，且当气泵前腔43的压力升高到第一预设值时，高压单向阀81打开，气泵前腔43内的气体进入高压气库2。低压气库3通过低压单向阀82连通于气泵前腔43，且当气泵前腔43的压力降低到第二预设值时，低压单向阀82打开，低压气库3内的气体进入气泵前腔43。其中第一预设值大于第二预设值，高压气库2内的压力大于低压气库3内的压力；高压气库2和低压气库3之间的压力差值可以根据主气缸活塞12的重量以及使用要求进行合理选择。高压气库2内的压力可以大于主气缸1内的平均压力，低压气库3内的压力可以小于主气缸1内的平均压力。

本实施例提供的一种气浮系统，包括主气缸、高压气库、低压气库和独立气泵，独立气泵的气泵活塞运动时，会使气泵前腔和气泵背腔内的压力发生变化，当连通高压气库的一侧腔体的压力升高到第一预设值时，其与高压气库之间的单向阀打开，气体从独立气泵进入高压气库；当连通低压气库的一侧腔体的压力降低到第二预设值时，其与低压气库之间的单向阀打开，气体从低压气库进入独立气泵。高压气库内的高压气体从主气缸上的供气结构流入主气缸的第一气隙内，形成高压气膜，对主气缸活塞起到支撑作用；第一气隙内的气体再从主气缸上的回气结构流回至低压气库。该气浮系统在主气缸启动前，可以先启动独立气泵进行供气，使主气缸活塞达到悬浮状态再启动主气缸，避免了主气缸启动过程中主气缸活塞和主气缸缸筒之间的磨损。独立气泵采用了独立的高压气库和低压气库，可以使独立气泵稳定可靠运行，保证第一气隙的压力始终稳定。

进一步地，如图1所示，回气结构为沿主气缸缸筒11的周向设置的环形的回气槽6。回气槽6通过设置于主气缸缸筒11内的回气流道61连接于低压气库3。两个回气槽6之间的间距需要小于主气缸活塞12的长度，且主气缸活塞12在进行往复运动时，回气槽6始终不超出主气缸活塞12的端面，即回气槽6始终不与主气缸前腔13和主气缸背腔14连通。考虑到加工方便，可以将回气流道61的引入口开设于主气缸缸筒11的端部，沿主气缸缸筒11的长度方向开设回气流道61。

进一步地，如图1所示，进气结构为沿主气缸缸筒11的周向间隔设置的多个供气孔7。供气孔7的数量可以为四个及以上，供气孔7具有一定的节流作用。

更进一步地，主气缸缸筒11内设置有环形的供气主回路71，供气主回路71连通于高压气库2，多个供气孔7通过一一对应设置的供气支路72连通于供气主回路71。考虑到加工方便，可以将供气主回路71的引入口开设于主气缸缸筒11的端部，沿主气缸缸筒11的长度方向开设供气支路72。

进一步地，如图1所示，主气缸活塞12的两端面分别开设有第一对中孔121，第一对中孔121连通于第一气隙5，且与回气槽6相对应。具体地，第一对中孔121的数量可以为1对或者多对。当主气缸活塞12运动至平衡位置时，主气缸活塞12朝向主气缸前腔13的一侧的第一对中孔121对应连通左侧的回气槽6，主气缸活塞12朝向主气缸背腔14的一侧的第一对中孔121对应连通右侧的回气槽6，因而主气缸前腔13和主气缸背腔14通过回气槽6和回气流道61彼此连通，从而使主气缸前腔13和主气缸背腔14保持压力平衡，防止主气缸活塞12由于其他原因出现漂移。

进一步地，如图2所示，气泵活塞42与气泵缸筒41的内壁之间留有第二气隙45，气泵活塞42内设有连通第二气隙45的活塞气腔421，气泵前腔43通过气泵单向阀46连通于活塞气腔421，以使气体从气泵前腔43进入活塞气腔421。具体地，活塞气腔421通过气泵供气气路422连通于第二气隙45。对于交变运动的气浮活塞，主气缸活塞12的扫气量通常比气泵活塞42的耗气量大1～2个量级，因此独立气泵4的功耗和尺寸都要比主气缸1小很多，因此独立气泵4的气浮设计就可以采用传统的气路设计。

当独立气泵4运行后，气泵活塞42开始往复运动，气泵前腔43和气泵背腔44将会出现压力波动。当气泵前腔43的压力大于第三预设值时，气泵单向阀46开启，气流从气泵前腔43进入活塞气腔421；当气泵前腔43的压力小于第三预设值时，气泵单向阀46关闭。活塞气腔421的气流通过气泵供气气路422注入第二气隙45内，在第二气隙45内形成高压气膜从而起到对气泵活塞42的支撑作用，防止气泵活塞42与气泵缸筒41之间的机械磨损。

进一步地，如图2所示，气泵缸筒41的内壁在周向上设置有环形的对中槽47，对中槽47对应气泵活塞42的平衡位置。第二气隙45通过对中槽47和气泵缸筒对中气路471连通于气泵前腔43，气泵活塞42朝向气泵背腔44的一端开设有第二对中孔48，第二对中孔48通过气泵活塞对中气路481连通于第二气隙45，且与对中槽47相对应。或者采用另一种方式，即第二气隙45通过对中槽47连通于气泵背腔44，气泵活塞42朝向气泵前腔43的一端开设有第三对中孔，第三对中孔连通于第二气隙45，且与对中槽47相对应。上述两种方式都利用对中槽47连通了气泵前腔43和气泵背腔44，从而使气泵前腔43和气泵背腔44保持压力平衡，防止气泵活塞42由于其他原因出现漂移。

进一步地，如图3所示，主气缸1的数量可以为多个，每个主气缸1的第一气隙5分别通过各自的回气结构连通于低压气库3，每个主气缸1的第一气隙5分别通过各自的供气结构连通于高压气库2。本实施例中以主气缸1的数量为两个为例进行说明，分别为第一主气缸1-1和第二主气缸1-2，两个主气缸彼此可以相互独立。第一主气缸的第一气隙5-1通过第一回气槽6-1连通于低压气库3，第一主气缸的第一气隙5-1通过第一供气孔7-1连通于高压气库2。第二主气缸的第一气隙5-2通过第二回气槽6-2连通于低压气库3，第二主气缸的第一气隙5-2通过第二供气孔7-2连通于高压气库2。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的气浮系统，包括主气缸、高压气库、低压气库和独立气泵，独立气泵的气泵活塞运动时，会使气泵前腔和气泵背腔内的压力发生变化，当连通高压气库的一侧腔体的压力升高到第一预设值时，其与高压气库之间的单向阀打开，气体从独立气泵进入高压气库；当连通低压气库的一侧腔体的压力降低到第二预设值时，其与低压气库之间的单向阀打开，气体从低压气库进入独立气泵。高压气库内的高压气体从主气缸上的供气结构流入主气缸的第一气隙内，形成高压气膜，对主气缸活塞起到支撑作用；第一气隙内的气体再从主气缸上的回气结构流回至低压气库。该气浮系统在主气缸启动前，可以先启动独立气泵进行供气，使主气缸活塞达到悬浮状态再启动主气缸，避免了主气缸启动过程中主气缸活塞和主气缸缸筒之间的磨损。独立气泵采用了独立的高压气库和低压气库，可以使独立气泵稳定可靠运行，保证第一气隙的压力始终稳定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种气浮系统，其特征在于，包括主气缸和设置于所述主气缸之外的高压气库、低压气库和独立气泵，所述主气缸包括主气缸缸筒和安装于所述主气缸缸筒内的主气缸活塞，所述主气缸活塞与所述主气缸缸筒的内壁之间留有第一气隙；所述主气缸缸筒的内壁沿所述主气缸缸筒的轴向构造有两个间隔的回气结构，所述第一气隙通过所述回气结构连通于所述低压气库；所述主气缸缸筒的内壁在两个所述回气结构之间构造有两个间隔的供气结构，所述第一气隙通过所述供气结构连通于所述高压气库；

所述独立气泵包括气泵缸筒和安装于所述气泵缸筒内的气泵活塞，所述气泵活塞将所述气泵缸筒的内腔分为气泵前腔和气泵背腔，所述高压气库和所述低压气库均通过单向阀连通于所述气泵前腔或者所述气泵背腔，以使气体从所述独立气泵进入所述高压气库，或者使气体从所述低压气库进入所述独立气泵。

2.根据权利要求1所述的气浮系统，其特征在于，所述回气结构为沿所述主气缸缸筒的周向设置的环形的回气槽。

3.根据权利要求2所述的气浮系统，其特征在于，所述回气槽通过设置于所述主气缸缸筒内的回气流道连接于所述低压气库。

4.根据权利要求2所述的气浮系统，其特征在于，所述供气结构为沿所述主气缸缸筒的周向间隔设置的多个供气孔。

5.根据权利要求4所述的气浮系统，其特征在于，所述主气缸缸筒内设置有环形的供气主回路，所述供气主回路连通于所述高压气库，多个所述供气孔通过一一对应设置的供气支路连通于所述供气主回路。

6.根据权利要求2所述的气浮系统，其特征在于，所述主气缸活塞的两端面分别开设有第一对中孔，所述第一对中孔连通于所述第一气隙，且与所述回气槽相对应。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的气浮系统，其特征在于，所述气泵活塞与所述气泵缸筒的内壁之间留有第二气隙，所述气泵活塞内设有连通所述第二气隙的活塞气腔，所述气泵前腔通过气泵单向阀连通于所述活塞气腔，以使气体从所述气泵前腔进入所述活塞气腔。

8.根据权利要求7所述的气浮系统，其特征在于，所述气泵缸筒的内壁在周向上设置有环形的对中槽，所述对中槽对应所述气泵活塞的平衡位置；

所述第二气隙通过所述对中槽连通于所述气泵前腔，所述气泵活塞朝向所述气泵背腔的一端开设有第二对中孔，所述第二对中孔连通于所述第二气隙，且与所述对中槽相对应；或者

所述第二气隙通过所述对中槽连通于所述气泵背腔，所述气泵活塞朝向所述气泵前腔的一端开设有第三对中孔，所述第三对中孔连通于所述第二气隙，且与所述对中槽相对应。

9.根据权利要求1所述的气浮系统，其特征在于，所述主气缸的数量为多个，每个所述主气缸的第一气隙分别通过各自的回气结构连通于所述低压气库，每个所述主气缸的第一气隙分别通过各自的供气结构连通于所述高压气库。

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