CN115288971A - 一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，涉及压缩机的设计制造领域，包括压缩机壳体、压缩总成、控制总成、流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置；压缩总成包括传动轴、气缸体、液体活塞、阻流塞、轴承、保持器和调节缸；气缸体偏心设置在调节缸内，气缸体的中心孔内固定有传动轴，沿气缸体的外缘面径向且呈辐射状均匀分布有多个安装孔，安装孔中由内至外依次为气缸室、压缩液体、阻流塞和轴承，阻流塞通过轴承与调节缸及其内壁上的保持器相连接，在气缸室内沿气缸体轴向方向上均开设有导通孔，导通孔与控制总成连通；本发明结构紧凑，动力均衡，控制灵活，运行更为稳定。

Description

一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法

技术领域

本申请涉及压缩机的设计制造领域，尤其是涉及一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法。

背景技术

公知的，压缩机按工作原理分为容积型和速度型两大类。其中容积型压缩机靠运转在气缸内作往复运动（往复式）或回转运动（回转式）的活塞或转子，使工作容积缩小而提高气体压力，称为往复式压缩机或回转式压缩机。同时往复式压缩机又分为往复活塞式压缩机和往复膜片式压缩机两类。往复活塞式压缩机主要优点是应用压力范围广，效率高，适应性强。但是存在以下缺陷：一、外形尺寸及重量较大；二、气阀、支撑环、活塞环和填料等易损零部件较多；三、为延长运行周期压缩机气缸室需要有油润滑，不可避免地存在润滑油或磨屑颗粒物对被压缩气体的污染；四、高压或易泄漏气体应用场合填料密封成本高可靠性低；五、压缩高压气体、易泄漏气体、高纯净度气体或稀有贵重气体适用性差。往复膜片式压缩机虽能避免此类问题，但其存在排气流量偏小、关键零部件（膜片）寿命短等不足，制约了其应用发展。

随着一种离子液体（一种有机阳离子和无机或有机阴离子构成的盐）新材料的出现，传统往复活塞式压缩机的发展迎来新的转变。离子液具有低蒸气压力、低溶解度、高分解温度、高热稳定性、高粘度指数和低可压缩性等优势，这些为往复活塞式压缩机的创新提供了条件。离子液体压缩机由德国林德公司（Linde Kryotechnik AG）首先提出，其产品特点：静止的压缩机气缸呈竖向布置；动力采用液压系统，由液压驱动的活塞推动离子液体在气缸内上下往复运动，通过气缸顶部进气口和排气口单向阀的作用，完成压缩机的吸气和排气压缩过程。林德公司为氢气加注站制造的离子液体压缩机，比标准的往复式压缩机紧凑许多。但此类压缩机工作频次上限较低，限制了其在更多领域的推广应用。

专利公开号为CN111365210A、申请公布日为2020.07.03，专利名称为：活塞行程精准可调的高效增压零余隙式离子液体压缩机；专利公开号为CN111365211A、申请公布日为2020.07.03的一种摆动换向两级增压零余隙式离子液体压缩机；专利公开号为CN111365212A、申请公布日为2020.07.03，专利名称为：相位差实时可调型三级增压零余隙式离子液体压缩机，均采用了：静止的压缩机气缸呈竖向布置；采用液压油站作为动力源，利用换向组件切换完成液压驱动油路的转换，由液压驱动的固体活塞推动离子液体在气缸内上下往复运动，通过气缸顶部进气口和排气口单向阀的作用，完成压缩机的吸气和排气压缩过程的方案。以上专利面临与林德公司专利相同的难题，同时由于其液压系统采用阀控方式，系统功率损耗偏大、能耗偏高。

专利公开号为CN101243258A、申请日为2006.07.25、公开（公告）日为2008.08.13，专利名称为无活塞的压缩机，提出了一种沿倾斜盘面轴向布置的柱塞沿倾斜盘回转中心轴转动，柱塞产生沿回转中心轴向的往复运动，并驱动离子液体完成缸内气体压缩，由配流板进行气路的导通与关断的无活塞压缩机。为完成吸气过程，该压缩机需在入口管路上配置一台预增压用螺杆式压缩机，该专利采用离子液体活塞独立完成气体压缩过程，在运行方式上用泵控替代阀控，整体结构更紧凑，理念上具有积极意义；但由于受结构设计的限制，该无活塞的压缩机难以满足大排量的应用需求。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本申请公开了一种结构紧凑，刚性优异，动力均衡，控制灵活的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法。

为了实现所述申请目的，本申请采用如下技术方案：

一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，包括压缩机壳体、压缩总成、控制总成、流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置；所述压缩总成、控制总成位于压缩机壳体内，流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置位于压缩机壳体外；

压缩总成包括传动轴、气缸体、液体活塞、阻流塞、轴承、保持器和调节缸；气缸体偏心设置在调节缸内，气缸体的中心孔内固定有传动轴，调节缸呈圆环状，在装配时气缸体中心与调节缸几何中心之间设置偏心量；沿气缸体的外缘面径向且呈辐射状均匀分布有多个安装孔，在安装孔中由内至外依次为气缸室、压缩液体、阻流塞和轴承，至此形成若干数量的气缸室沿传动轴径向分布于气缸体外缘，阻流塞通过轴承与调节缸及其内壁上的保持器相连接，在每个安装孔中气缸室内沿气缸体轴向方向上均开设有导通孔，导通孔与控制总成连通；

进一步的，传动轴为单件整体锻造结构，且与气缸体的中心孔通过键刚性直联。

进一步的，气缸体安装孔内的气缸室中心线呈辐射状分布，且分布于气缸体径向的同一平面或不同平面内。

进一步的，阻流塞横截面积与液体活塞横截面积采用等同或不等同设计，同时由于液体的流动性，液体活塞流经的气缸室和导通孔流道为流线形态。

进一步的，外来动力通过传动轴传递给气缸体，气缸体随传动轴做同步回转运动，由于气缸体中心与调节缸几何中心间的偏心量，气缸体的转动转化为安装孔内压缩液体、阻流塞和轴承的径向往复运动；气缸体做回转运动时，气缸室内的压缩液体受到离心力作用，离心力限制了压缩液体的流动，并在气缸室内和阻流塞表面形成所述的液体活塞。

进一步的，压缩总成的液体活塞、阻流塞、轴承在气体压缩过程中高速旋转并参与径向往复运动，轴承为滑动轴承或滚柱轴承，轴承为滑动轴承时，其连接端选用球头带颈结构，阻流塞的连接端设置U形槽，在U形槽的槽底设有球槽，球槽与球头带颈结构的滑动轴承相连接，滑动轴承的滑动端与调节缸内壁形成弧形滑动配合面，保持器设置在调节缸内壁与滑动轴承形成环形接触带边沿，在滑动轴承的滑动端配合面上设凹槽，阻流塞的轴向通孔、滑动轴承芯部的轴向通孔均与滑动配合面开设的凹槽连通；轴承为滚柱轴承时，阻流塞的端部设柱状匣槽包覆于柱状构造的滚柱轴承表面，阻流塞芯部的轴向通孔通向滚柱轴承的柱状工作面。

所述的控制总成包括设置在压缩机壳体内的分流盘及压缩机壳体上的进液通道、进气通道和排气通道，分流盘设置在气缸体与压缩机壳体之间，且分流盘安装在压缩机壳体的内壁上，分流盘与气缸体的接触面紧密贴合，在分流盘上沿圆周方向设有三个圆弧凹槽，圆弧凹槽设置在与导通孔对应的分流盘的圆环面上，在三个圆弧凹槽内分别设有进气通道A、排气通道B、进液通道C，压缩机壳体上进液通道的外端与冷却循环系统的供液管路相连，内端与分流盘上的进液通道C连通，压缩机壳体上进气通道的外端通过压缩机入口管道与气液混合器相连，内端与分流盘上的进气通道A连通，压缩机壳体上排气通道的外端通过压缩机出口管道与气液分离器相连，内端与分流盘上的排气通道B连通；

进一步的，当气缸体转动时，气缸室通过导通孔、三个圆弧凹槽依次与进液通道C、进气通道A 和排气通道B循环连通，且分流盘与气缸体之间形成动静密封面，从而阻止了气体或液体的泄漏。

所述的流量调节装置包括设置在调节缸两侧的两个控制活塞和液压控制单元，两个控制活塞分别位于调节缸的对置侧，并与调节缸紧密相连；

进一步的，当控制活塞移动时，带动调节缸移动，控制活塞和调节缸的位移方向在传动轴的垂直方向上，液压控制单元采用电液型控制器，液压控制单元的输出油腔与两个控制活塞分别通过油管连通。

所述的冷却循环系统包括蓄液池、冷却器、冷却器旁路阀、过滤器、供液泵、泵用安全阀、溢流阀和供液管单向阀，蓄液池用于收集压缩液体和从各密封副泄漏的润滑介质，压缩液体和润滑介质统一采用离子液体，离子液体由蓄液池引出，依次经蓄液池的法兰A接口、带有冷却器旁路阀的冷却器、过滤器后被供液泵增压，增压后的压缩液体分为两路：一路为压缩机供液管路，管路上设置有供液管单向阀，供液管单向阀经管道C接口依次接入压缩机壳体内的进液通道和分流盘内的进液通道C中；另一路为压缩机喷液管路，喷液管路经过混合器单向阀、混合器调节阀后进入压缩机入口管道上的气液混合器中，压缩机进气与离子液体在气液混合器中混合成两相流体后，进入压缩机入口；在供液泵的出口处设有泵用安全阀，泵用安全阀的出口管道与蓄液池的法兰B接口连通；在整个冷却循环系统的高点位置设溢流阀，溢流阀出口经法兰B接口泄放回蓄液池。

所述的气液处理装置包括气液混合器、混合器调节阀、混合器单向阀、气液分离器、分离器液控阀和阻尼循环阀，压缩机冷却循环系统来的喷液管路，连通至混合器单向阀，混合器单向阀连通至混合器调节阀，混合器调节阀的出口与气液混合器的喷液管道入口连通；气液混合器的入口管道与压缩机入口管道连通，气液混合器的出口管道与压缩机壳体内的进气通道连通，压缩机壳体内的进气通道与分流盘内的进气通道A连通；分流盘内的排气通道B与压缩机壳体内的排气通道连通，压缩机壳体内的排气通道与气液分离器的入口管道连通，气液分离器的出液口与分离器液控阀的入口管道连通，分离器液控阀的出口管道与阻尼循环阀的入口管道连通，阻尼循环阀的出口管道经法兰D接口泄放至机身蓄液池，气液分离器的出气口连通至边界外。

所述的吹扫装置包括吹扫器和排放单向阀，吹扫器的进气端与外接气源连通，吹扫器的排气端与压缩机壳体连通，在压缩机壳体上还设有吹扫排放管道，吹扫排放管道连通至外排放系统，在吹扫排放管道上设置排放单向阀。

进一步的，吹扫器的吹扫介质为惰性气体。

所述的在压缩机壳体外部设有安全保护装置，安全保护装置的进气端与压缩机壳体相连通，安全保护装置的排气端与外排放系统连通。

进一步的，安全保护装置选用爆破片或泄放阀。

一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机的工作方法，包括其特征是，包括如下步骤：传动轴带动气缸体转动时，随着液体活塞向离心向力方向的移动，气缸室工作容积也开始增大，分流盘上与进液通道C连通的圆弧凹槽、进液通道C、压缩机壳体内的进液通道与导通孔连通，由冷却循环系统供液管来的离子液体开始注入气缸室内，压缩机的吸液过程开始；吸液过程中气缸室工作容积持续增大，直至气缸室导通孔与该圆弧凹槽断开，吸液过程结束；气缸体继续转动，当分流盘上与进气通道A连通的圆弧凹槽、进气通道A、压缩机壳体内的进气通道与导通孔连通时，压缩机的吸气过程开始；随液体活塞的离心向移动，气缸室容积持续增大，气体由连通的进气通道持续进入气缸室内，直至气缸室导通孔与该圆弧凹槽断开，吸气过程结束；随着气缸体转动，液体活塞开始向心移动，气缸室工作容积开始减小，气体在气缸室内被压缩并压力不断升高，升压过程持续到整个气体压缩过程结束；当分流盘上与排气通道B连通的圆弧凹槽、排气通道B、压缩机壳体1内的排气通道与导通孔连通时，压缩机的排气排液过程开始，气液混相由排气通道持续排出气缸室，期间液体活塞继续向心移动，气缸室容积持续减小，直至气缸室导通孔与该圆弧凹槽断开时，排气排液过程结束；此时压缩机将会进入下一个气体压缩循环过程。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

一、本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，多个气缸室沿传动轴径向分布于气缸体的外缘，有利于实现大尺寸的气缸室，且整机结构紧凑，易满足液体活塞式压缩机对提升排气流量的需求；气缸体内的压缩液体在离心力作用下形成液体活塞，消除了现有技术中“气缸竖向布置”后多重不利因素对液体活塞的影响，拓宽了液体活塞式往复压缩机的应用领域。

二、本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，与现有技术的液体活塞式压缩机相比，压缩机气缸工作方式采用机械式直联直驱，取消了现有技术中常用的液力驱动系统，简化了整机配套，提升了传动效能，所以压缩机结构新颖；与传统往复活塞式压缩机相比，本机为无活塞、无气阀设计，最大限度地减少了活塞式压缩机的易损零部件种类，延长了易损零部件寿命，降低了运行费用，无故障运转周期长。

三、本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，整机轴向尺寸短、轴系支撑跨距小，传动轴和气缸体整体刚度高，压缩机结构紧凑，运行更可靠；径向对称布置的多个气缸运转时动力平衡性好，径向载荷小，几乎无轴向载荷，因此压缩机运行更为稳定。

四、本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，解决了传统活塞式压缩机工作容积固定，实现无级流量调节困难，流量调节设备成本高等难题。本发明的压缩机，可通过调整气缸体中心与调节缸几何中心间的偏心量，低成本地实现压缩机的无级流量调节需求，所以流量控制更灵活。

五、本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，采用离子液作为压缩液体，可以对被压缩气体进行充分地冷却，本发明实现了接近等温的气体压缩过程，实现了高的气体压缩效率。

六、本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机及其工作方法，用液体活塞阻断被压缩气体的泄漏，利用特定液体良好的密封性能替代解决了高压接触式密封领域材料学的难题，使得本压缩机适用于高压气体或者易泄漏气体的压缩；液体活塞采用不溶解被压缩气体而且无残留地与气体分离的压缩液体，使得本压缩机适用于高纯净度气体、稀有贵重气体的压缩，避免了传统压缩机润滑油或磨屑颗粒物对被压缩气体的污染。

附图说明

图1是本发明压缩机的径向结构示意图。

图2是本发明压缩机的轴向结构示意图。

图3是本发明压缩分流盘左侧结构示意图。

图4是本发明压缩分流盘右侧结构示意图。

图5是本发明压缩机系统及管道流程示意图。

图中：1、压缩机壳体；2、传动轴；3、气缸体；4、液体活塞；5、阻流塞；6、轴承；7、保持器；8、调节缸；9、液压控制单元；10、分流盘；11、进气通道；12、排气通道；13、进液通道；14、气液分离器；15、分离器液控阀；16、阻尼循环阀；17、吹扫器；18、排放单向阀；19、安全保护装置；20、气液混合器；21、混合器调节阀；22、混合器单向阀；23、蓄液池；24、冷却器；25、冷却器旁路阀；26、过滤器；27、供液泵；28、泵用安全阀；29、溢流阀；30、供液管单向阀；31、气缸室；32、导通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。应当说明的是，实施例只是对本发明的具体阐述，其目的是为了让本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，不应视为对本发明的限定。

实施例1

如图1～5所示，实施本发明所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，包括压缩机壳体1、压缩总成、控制总成、流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置19；所述压缩总成、控制总成位于压缩机壳体1内，流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置19位于压缩机壳体1外；

压缩总成包括传动轴2、气缸体3、液体活塞4、阻流塞5、轴承6、保持器7和调节缸8；气缸体3偏心设置在调节缸8内，气缸体3的中心孔内固定有传动轴2，调节缸8呈圆环状，在装配时气缸体3中心与调节缸8几何中心之间设置偏心量；沿气缸体3的外缘面径向且呈辐射状均匀分布有多个安装孔，在安装孔中由内至外依次为气缸室31、压缩液体、阻流塞5和轴承6，至此形成若干数量的气缸室31沿传动轴2径向分布于气缸体3外缘，阻流塞5通过轴承6与调节缸8及其内壁上的保持器7相连接，在每个安装孔中气缸室31内沿气缸体3轴向方向上均开设有导通孔32，导通孔32与控制总成连通；传动轴2为单件整体锻造结构，且与气缸体3的中心孔通过键刚性直联；

阻流塞5横截面积与液体活塞4横截面积采用等同设计，在一些优选的方式中，阻流塞5横截面积与液体活塞4横截面积可以采用不等同设计，同时由于液体的流动性，液体活塞4流经的气缸室31和导通孔32流道为流线形态；

压缩总成中气体压缩循环的工作原理如下：

当传动轴2带动气缸体3转动时，由于轴承6、阻流塞5和压缩液体产生惯性离心力和调节缸8、保持器7施加的反作用力与气缸室31内压力循环变化的气体力产生共同作用，其中压缩液体在惯性离心力作用下形成液体活塞4；随着气缸体3转动，在控制总成的协同下，当液体活塞4向离心力方向移动时，气缸室31工作腔容积变大，顺序完成吸液和吸气过程；气缸体3继续转动，压缩机调节缸8内壁推动轴承6、阻流塞5和液体活塞4向气缸体3的回转中心方向移动，气缸室31工作腔容积变小，完成排气和排液过程。

采用离子液体形成液体活塞4，离子液具有低蒸气压力、低溶解度、高分解温度、高热稳定性、高粘度指数和低可压缩性等特性，故离子液体能阻断被压缩气体的泄漏，利用离子液体的密封性能可解决高压接触式密封领域材料学的难题，本实施例适用于高压气体或者易泄漏气体的压缩，也适用于高纯净度气体或稀有贵重气体压缩过程；由于离子液体可以对被压缩气体进行充分冷却，故本实施例可以实现接近等温压缩，实现高的气体压缩效率；离子液体还可以替代压缩机的润滑介质使用，本实施例可实现气缸内无润滑油操作；

压缩总成的液体活塞4、阻流塞5、轴承6在气体压缩过程中高速旋转并参与径向往复运动。轴承6采用滑动轴承型式，滑动轴承的连接端选用球头带颈结构，阻流塞5的连接端设置U形槽，U形槽可预防滑动轴承的翻转，在U形槽的槽底设有球槽，球槽与球头带颈结构的滑动轴承相连接。滑动轴承的滑动端与调节缸8内壁形成弧形滑动配合面，保持器7设置在调节缸8内壁与滑动轴承形成的环形接触带边沿，保持器7可保持滑动轴承与调节缸8始终处于良好地接触状态，并亦可预防滑动轴承翻转；在滑动轴承的滑动端配合面上设凹槽，阻流塞5的轴向通孔、滑动轴承芯部的轴向通孔均与滑动配合面开设的凹槽连通。

压缩总成中各种作用力之间关系如下：

压缩总成内的液体活塞4、阻流塞5通过轴承6与调节缸8及其内壁上的保持器7产生相互作用力，各作用力间的典型关系是：当气缸体3转动时，气缸体3内的液体活塞4、阻流塞5和轴承6会产生惯性离心力，调节缸8和保持器7限制了它们的移动，会对其施加反作用力，同时气缸室31内压力循环变化的气体还会对液体活塞4、阻流塞5和轴承6施加气体力，所以液体活塞4、阻流塞5和轴承6的受力是气体力与各部件惯性离心力的矢量叠加；压缩总成气缸室31内气体力的大小关系是：当气缸室31与分流盘10内的进气通道A和压缩机壳体1内的进气通道11导通时，气体力大小等于进气压力；当气缸室31与分流盘10间不导通时，气体力大小取决于气体的实际被压缩状态，数值上介于压缩机进排气压力之间；当气缸室31与分流盘10内的排气通道B和压缩机壳体1内的排气通道12导通时，气体力大小等于排气压力。

如附图1～4所示，控制总成的分流盘10设置在气缸体3与压缩机壳体1之间，且分流盘10安装在压缩机壳体1的内壁上，分流盘10与气缸体3的接触面紧密贴合；同时在压缩机壳体1和分流盘10内设有三种通道，分别用于压缩机的进液、进气和排气，这些不同类型通道间彼此隔离，但同一类型通道间，压缩机壳体1内的通道和分流盘10内的通道一一对应；进一步的，在压缩机壳体1内分别设进液通道13、进气通道11和排气通道12，在分流盘10上沿圆周方向设有三个圆弧凹槽，圆弧凹槽设置在与导通孔32对应的分流盘10的圆环面上，在三个圆弧凹槽内分别设有进气通道A、排气通道B、进液通道C，其中压缩机壳体1内的进液通道13，对外与冷却循环系统的供液管路相连，对内与分流盘10内的进液通道C相连；压缩机壳体1内的进气通道11，对外通过压缩机入口管道与气液混合器 20相连，对内与分流盘10内的进气通道A相连；压缩机壳体1内的排气通道12，对外通过压缩机出口管道与气液分离器14相连，对内与分流盘10内的排气通道B相连，当气缸体3转动时，气缸体3内的气缸室31通过导通孔32、三个圆弧凹槽依次与分流盘10内的进液通道C、进气通道 A 和排气通道 B循环连通。

当气缸体3转动时，分流盘10与气缸体3间的贴合面形成动静接触面，动静接触面垂直于压缩机的传动轴2，同时气缸体3上的接触面为转动侧，分流盘10上的接触面为静止侧，动静接触面之间存在有密封介质，故在分流盘10与气缸体3间形成的是动静密封面，动静密封面阻止了气体或液体的泄漏。

压缩总成与控制总成协同工作的原理如下：

气缸体3转动时，随着液体活塞4开始离心向移动，气缸室31工作容积也开始增大，此时，分流盘10上与进液通道C连通的圆弧凹槽、进液通道C、压缩机壳体1内的进液通道13与导通孔32连通，由冷却循环系统供液管来的离子液体开始注入气缸室31内，压缩机的吸液过程开始；吸液过程中气缸室31工作容积持续增大，直至导通孔32与该圆弧凹槽断开，吸液过程结束；气缸体3继续转动，当分流盘10上与进气通道A连通的圆弧凹槽、进气通道A、压缩机壳体1内的进气通道11与导通孔32连通时，压缩机的吸气过程开始；随液体活塞4的离心向移动，气缸室31容积持续增大，气体由连通的进气通道11持续进入气缸室31内，直至气缸室31的导通孔32与该圆弧凹槽断开，吸气过程结束；随着气缸体3转动，液体活塞4开始向心移动，气缸室31工作容积开始减小，气体在气缸室31内被压缩并压力不断升高，升压过程持续到整个气体压缩过程结束；当分流盘10上与排气通道B连通的圆弧凹槽、排气通道B、压缩机壳体1内的排气通道12与导通孔32连通时，压缩机的排气排液过程开始，气液混相由排气通道12持续排出气缸室31，期间液体活塞4继续向心移动，气缸室31容积持续减小，直至气缸室31导通孔32与该圆弧凹槽断开时，排气排液过程结束；此时压缩机将会进入下一个气体压缩循环过程。

流量调节装置负责压缩机的无级流量调节，通过无级地调整气缸体3中心与调节缸8几何中心间的偏心量，对应调整阻流塞5的行程长短，进而完成了对气缸室31工作容积的无级调节，完成对压缩机流量的无级调节；流量调节装置由调节缸8两侧的两个控制活塞和液压控制单元9组成，两个控制活塞分别位于调节缸8的对置侧，并与调节缸8紧密相连；当控制活塞移动时，带动调节缸8移动，控制活塞和调节缸8的位移方向在传动轴2的垂直方向上；液压控制单元9采用电液型控制器，电液型控制器具备电液转换功能，液压控制单元9的输出油腔与两个控制活塞通过油管分别连通；

液压控制单元9接收到外部的控制电信号后,通过电液信号的转换，分别为两个控制活塞输出液压控制油，液压控制油推动控制活塞和调节缸8同步产生水平移动，该水平移动垂直于驱动轴方向，且水平移动调整了气缸体3中心与调节缸8几何中心间的偏心量，该偏心量是本流量调节装置的主控变量，通过对主控变量的调整可对应调节气缸体3内液体活塞4的往复行程长短，进而完成了对气缸室31工作容积大小的无级调节，完成了对压缩机流量的无级调节。

冷却循环系统为压缩机的热平衡、系统润滑和冷却冲洗提供运行条件，供液泵27作为动力源，为冷却循环系统提供循环动力。蓄液池23用于收集压缩液体（离子液体）和从各密封副泄漏的润滑介质（离子液体），压缩液体和润滑介质统一采用离子液体；离子液体由蓄液池23引出，依次经蓄液池23的法兰A接口、带有冷却器旁路阀25的冷却器24、过滤器26后被供液泵27增压，增压后的离子液体分为两路：一路为压缩机供液管路，管路上设置供液管单向阀30，供液管单向阀30经管道C接口依次接入压缩机壳体1内的进液通道13和分流盘10内的进液通道C中；另一路为压缩机喷液管路，喷液管路经过混合器单向阀22、混合器调节阀21后进入压缩机入口管道上的气液混合器20中，压缩机进气与离子液体在气液混合器20中混合成两相流体后，进入压缩机入口；在供液泵27的出口处设有泵用安全阀28，泵用安全阀28的出口管道与蓄液池23的法兰B接口连通；在整个冷却循环系统的高点位置设溢流阀29，溢流阀29出口经法兰B接口泄放回蓄液池23。

气液处理装置为压缩机进出口气体的预处理和后处理装置，其中气液混合器20位于压缩机进气管道上，实现压缩机进气与压缩液体的气液混合；而气液分离器14位于压缩机排气管道上，实现压缩机排气与压缩液体的分离功能；

由压缩机冷却循环系统来的喷液管路，连通至混合器单向阀 22，混合器单向阀22连通至混合器调节阀 21，混合器调节阀21的出口与气液混合器20的喷液管道入口连通；气液混合器20的入口管道与压缩机进口管道连通，气液混合器20的出口管道与压缩机壳体1内的进气通道11连通，压缩机壳体1内的进气通道11与分流盘10内的进气通道A连通；

进一步的,由冷却循环系统供液泵27来的压缩液体（离子液体），经混合器单向阀22后进入混合器调节阀21，混合器调节阀21出口的压缩液体（离子液体）进入气液混合器20，压缩机进气与压缩液体在气液混合器20中混合成两相流体后，进入压缩机的进气通道11和进气通道A；

分流盘10内的排气通道B与压缩机壳体1内的排气通道12连通，压缩机壳体1内的排气通道12与气液分离器14的入口管道连通，气液分离器14的出液口与分离器液控阀15的入口管道连通，分离器液控阀15的出口管道与阻尼循环阀16的入口管道连通，阻尼循环阀16的出口管道经法兰D接口泄放至机身蓄液池23，气液分离器14的出气口连通至边界外。

进一步的,由压缩机排气通道B和排气通道12来的气液两相流体进入气液分离器14，气液分离器14分离出的压缩液体（离子液体）经分离器液控阀15和阻尼循环阀16后，泄放至冷却循环系统中的机身蓄液池23；经气液分离器14分离后的气体送至边界外；

所述气液混合器20结构型式采用逆流式；混合器调节阀21为气液混合器20提供稳定的喷射压力；气液分离器14结构型式采用聚结式；分离器液控阀15工作模式为连续式，持续对气液分离器14的液位进行监测和控制调节。

吹扫装置为了防止工艺气体由压缩总成内外泄引发安全风险，在压缩机运行状态或非运行状态时，对压缩机壳体1内部进行正压吹扫保护；正压吹扫保护维持壳体内部压力略高于外部大气压力；吹扫器17的进气端与外接气源连通，吹扫器17的排气端与压缩机壳体1连通，同时在压缩机壳体1上设吹扫排放管道，在吹扫排放管道上设置排放单向阀18，排放单向阀18后连通至外排放系统；本实施例中采用氮气作为吹扫气源；吹扫器17工作方式为连续运转，当压缩机位于在爆炸性危险场所时，吹扫器17优选气动型；本实施例中，选用连续运转全气动型吹扫器17。

安全保护装置19用于在事故状态下对压缩机的超压保护，可维持压缩机壳体1内工作压力在安全范围内，当壳体内压力超出安全限度时进行安全泄放，以保护压缩机的整机安全；安全保护装置19的进气端与压缩机壳体1相连通，安全保护装置19的排气端与外排放系统连通；安全保护装置19可以选用爆破片或泄放阀，本实施例中选用泄放阀；泄放阀进气端与压缩机壳体1相连通，泄放阀的排气端与外排放系统连通。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，包括压缩机壳体、压缩总成、控制总成、流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置，其特征是：所述压缩总成、控制总成位于压缩机壳体内，流量调节装置、冷却循环系统、气液处理装置、吹扫装置和安全保护装置位于压缩机壳体外；

压缩总成包括传动轴、气缸体、液体活塞、阻流塞、轴承、保持器和调节缸；气缸体偏心设置在调节缸内，气缸体的中心孔内固定有传动轴，调节缸呈圆环状，在装配时气缸体中心与调节缸几何中心之间设置偏心量；沿气缸体的外缘面径向呈辐射状均匀分布有多个安装孔，且分布于气缸体径向的同一平面或不同平面内，在安装孔中由内至外依次为气缸室、压缩液体、阻流塞和轴承，至此形成若干数量的气缸室沿传动轴径向分布于气缸体外缘，阻流塞通过轴承与调节缸及其内壁上的保持器相连接，在每个安装孔中气缸室内沿气缸体轴向方向上均开设有导通孔，导通孔与控制总成连通；气缸体做回转运动时，气缸室内的压缩液体受到离心力作用，离心力限制了压缩液体的流动，并在气缸室内和阻流塞表面形成所述的液体活塞，液体活塞采用离子液体，液体活塞能阻断被压缩气体的泄漏，由于气缸体中心与调节缸几何中心存在偏心量，气缸体的转动转化为液体活塞、阻流塞和轴承的径向往复运动；

控制总成包括设置在压缩机壳体内的分流盘及压缩机壳体上的进液通道、进气通道和排气通道，分流盘设置在气缸体与压缩机壳体之间，且分流盘安装在压缩机壳体的内壁上，分流盘与气缸体的接触面紧密贴合，在分流盘上沿圆周方向设有三个圆弧凹槽，三个圆弧凹槽分布在分流盘上与导通孔对应的圆环面上，在三个圆弧凹槽内分别设有进气通道A、排气通道B、进液通道C，压缩机壳体上进液通道的外端与冷却循环系统的供液管路相连，内端与分流盘上的进液通道C连通，压缩机壳体上进气通道的外端通过压缩机入口管道与气液混合器相连，内端与分流盘上的进气通道A连通，压缩机壳体上排气通道的外端通过压缩机出口管道与气液分离器相连，内端与分流盘上的排气通道B连通；当气缸体转动时，气缸室通过导通孔、三个圆弧凹槽依次与进液通道 C、进气通道A 和排气通道B循环连通，且分流盘与气缸体之间形成动静密封面，用于阻止气体或液体的泄漏。

2.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：液体活塞横截面积与阻流塞横截面积采用等同或不等同设计，液体活塞流经的气缸室和导通孔的流道形态为流线形态。

3.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：压缩总成的液体活塞、阻流塞、轴承在气体压缩过程中高速旋转并参与径向往复运动，轴承为滑动轴承或滚柱轴承，轴承为滑动轴承时，其连接端选用球头带颈结构，阻流塞的连接端设置U形槽，在U形槽的槽底设有球槽，球槽与球头带颈结构的滑动轴承相连接，滑动轴承的滑动端与调节缸内壁形成弧形滑动配合面，保持器设置在调节缸内壁与滑动轴承形成环形接触带边沿，在滑动轴承的滑动端配合面上设凹槽，阻流塞的轴向通孔、滑动轴承芯部的轴向通孔均与滑动配合面开设的凹槽连通；轴承为滚柱轴承时，阻流塞的端部设柱状匣槽包覆于柱状构造的滚柱轴承表面，阻流塞芯部的轴向通孔通向滚柱轴承的柱状工作面。

4.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：流量调节装置包括设置在调节缸两侧的两个控制活塞和液压控制单元，两个控制活塞分别位于调节缸的对置侧，并与调节缸紧密相连；控制活塞移动时，带动调节缸移动，调节缸无级地移动，调整了气缸体中心与调节缸几何中心间的偏心量，阻流塞的行程长短无级地发生变化，气缸室工作容积也无级地发生变化，气缸室工作容积的无级变化用于对压缩机流量的无级调节；控制活塞和调节缸的位移方向在传动轴的垂直方向上，液压控制单元的输出油腔与两个控制活塞分别通过油管连通。

5.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：冷却循环系统包括蓄液池、冷却器、冷却器旁路阀、过滤器、供液泵、泵用安全阀、溢流阀和供液管单向阀，离子液体由蓄液池引出，依次经蓄液池的法兰A接口、带有冷却器旁路阀的冷却器、过滤器后被供液泵增压，增压后的压缩液体分为两路：一路为压缩机供液管路，管路上设置有供液管单向阀，供液管单向阀经管道C接口依次接入压缩机壳体内的进液通道和分流盘内的进液通道C中；另一路为压缩机喷液管路，喷液管路经过混合器单向阀、混合器调节阀后进入压缩机入口管道上的气液混合器中，压缩机进气与离子液体在气液混合器中混合成两相流体后，进入压缩机入口；在供液泵的出口处设有泵用安全阀，泵用安全阀的出口管道与蓄液池的法兰B接口连通；在整个冷却循环系统的高点位置设溢流阀，溢流阀出口经法兰B接口泄放回蓄液池，蓄液池用于收集压缩液体和从各密封副泄漏的润滑介质，压缩液体和润滑介质统一采用离子液体。

6.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：气液处理装置包括气液混合器、混合器调节阀、混合器单向阀、气液分离器、分离器液控阀和阻尼循环阀，压缩机冷却循环系统来的喷液管路，连通至混合器单向阀，混合器单向阀连通至混合器调节阀，混合器调节阀的出口与气液混合器的喷液管道入口连通；气液混合器的入口管道与压缩机入口管道连通，气液混合器的出口管道与压缩机壳体内的进气通道连通，压缩机壳体内的进气通道与分流盘内的进气通道A连通；分流盘内的排气通道B与压缩机壳体内的排气通道连通，压缩机壳体内的排气通道与气液分离器的入口管道连通，气液分离器的出液口与分离器液控阀的入口管道连通，分离器液控阀的出口管道与阻尼循环阀的入口管道连通，阻尼循环阀的出口管道经法兰D接口泄放至机身蓄液池，气液分离器的出气口连通至边界外。

7.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：吹扫装置包括吹扫器和排放单向阀，吹扫器的进气端与外接气源连通，吹扫器的排气端与压缩机壳体连通，在压缩机壳体上还设有吹扫排放管道，吹扫排放管道连通至外排放系统，在吹扫排放管道上设置排放单向阀；吹扫器的吹扫介质为惰性气体。

8.根据权利要求1所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机，其特征是：在压缩机壳体外部设有安全保护装置，安全保护装置的进气端与压缩机壳体相连通，安全保护装置的排气端与外排放系统连通；安全保护装置选用爆破片或泄放阀。

9.根据权利要求1-8中任一权利所述的径向转动气缸液体活塞式往复压缩机的工作方法，包括其特征是，包括如下步骤：

传动轴带动气缸体转动时，随着液体活塞向离心向力方向的移动，气缸室工作容积也开始增大，分流盘上与进液通道C连通的圆弧凹槽、进液通道C、压缩机壳体1内的进液通道与导通孔连通，由冷却循环系统供液管来的离子液体开始注入气缸室内，压缩机的吸液过程开始；吸液过程中气缸室工作容积持续增大，直至气缸室导通孔与该圆弧凹槽断开，吸液过程结束；气缸体继续转动，当分流盘上与进气通道A连通的圆弧凹槽、进气通道A、压缩机壳体内的进气通道与导通孔连通时，压缩机的吸气过程开始；随液体活塞的离心向移动，气缸室容积持续增大，气体由连通的进气通道持续进入气缸室内，直至气缸室导通孔与该圆弧凹槽断开，吸气过程结束；随着气缸体转动，液体活塞开始向心移动，气缸室工作容积开始减小，气体在气缸室内被压缩并压力不断升高，升压过程持续到整个气体压缩过程结束；当分流盘上与排气通道B连通的圆弧凹槽、排气通道B、压缩机壳体内的排气通道与导通孔连通时，压缩机的排气排液过程开始，气液混相由排气通道持续排出气缸室，期间液体活塞继续向心移动，气缸室容积持续减小，直至气缸室导通孔与该圆弧凹槽断开时，排气排液过程结束；此时压缩机将会进入下一个气体压缩循环过程。

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