CN116447123B - 变频分区控制压缩真空一体泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于压缩机技术领域，公开了变频分区控制压缩真空一体泵，包括电机无磁隔板、电机、气路支撑体结构、正负压一体气缸和气缸盖，气路支撑体结构固定安装于电机的外端，多个正负压一体气缸分别装配于气路支撑体结构的侧表面，电机的输出端均固定安装有电机主轴，电机主轴的外壁装配有活塞偏心轴，活塞偏心轴的外壁通过活塞曲轴轴承装配有活塞连杆，此设备将压缩机压缩空气的功能和真空泵抽取空气的功能集成到一个设备中，使之既能产生正压力空气又能产生负压力空气，实现一机两用，令此设备在小体积下可以分别产生一端正压一端负压且无油运行，同时两端均可实现单独控制转速、扭矩、转向，实现VPSA制氧过程中降低功耗降低体积的技术解决方法。

Description

变频分区控制压缩真空一体泵

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，特别提供了变频分区控制压缩真空一体泵。

背景技术

在VPSA真空负压解吸制氧设备中，压缩机是必要使用的关键部件。工作介质通常采用正压力空气和负压力空气两种，其中正压力空气一般由压缩机提供，负压力空气一般由真空泵提供。但在VPSA制氧方式中既需要正压力空气又需要负压力空气的解吸，因此工作时必须同时配备空压机和真空泵两种空气动力源，会令制氧系统的体积较大，且制氧过程的功耗较高。

此外，在压缩机一体机中，正压力空气和负压力空气一般是基于同轴电机的控制下提供，因此只能通过改变缸体大小来改变正负压流量及气压值，而无法实现在起源终端调节VPSA吸附所需正负压，令对VPSA的不同压力与真空的控制较为繁琐。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了变频分区控制压缩真空一体泵。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：变频分区控制压缩真空一体泵，包括电机无磁隔板、电机、气路支撑体结构、正负压一体气缸和气缸盖，两个所述电机分别装配于电机无磁隔板的两侧，所述气路支撑体结构固定安装于电机的外端，多个所述正负压一体气缸分别装配于气路支撑体结构的侧表面，且气缸盖装配于正负压一体气缸上，所述电机的输出端均固定安装有电机主轴，所述电机主轴的外壁装配有活塞偏心轴，所述活塞偏心轴的外壁通过活塞曲轴轴承装配有活塞连杆，所述正负压一体气缸的内端开设有活塞腔，多个所述活塞连杆的外端分别位于多个所述正负压一体气缸的活塞腔内，所述活塞连杆的外端固定安装有活塞压板，且活塞连杆与活塞压板之间装配有活塞皮碗。

所述气路支撑体结构包括导流外支撑体、正负压一体导流盘、腔体密封盖和接头，所述导流外支撑体固定安装于电机的外端，所述正负压一体导流盘装配于导流外支撑体的外端，所述腔体密封盖固定安装于正负压一体导流盘的外表面，且腔体密封盖的表面固定安装有接头，且导流外支撑体、正负压一体气缸、气缸盖、正负压一体导流盘和接头之间通过气路连通。

进一步地，所述导流外支撑体包括底板、立板和拐角立柱，且立板和拐角立柱一体成型于底板的表面，所述立板和拐角立柱的外端均开设有两个导流气道，所述立板和拐角立柱的外侧壁开设有与导流气道连通的气缸连通孔，所述立板和拐角立柱的外端内壁开设有与导流气道连通的导流盘连通孔。

进一步地，所述正负压一体导流盘的外壁开设有环形形状的负压汇集腔体和正压汇集腔体，且正压汇集腔体位于负压汇集腔体的外圈，所述正负压一体导流盘的内壁外周开设有与立板相对应的立板连接槽和与拐角立柱相对应的拐角立柱连接槽，所述立板连接槽和拐角立柱连接槽的侧壁均开设有与负压汇集腔体连通的负压汇集腔体导气孔和与正压汇集腔体连通的正压汇集腔体导气孔，且负压汇集腔体导气孔和正压汇集腔体导气孔与导流盘连通孔相对应。

进一步地，所述正负压一体导流盘的外壁在负压汇集腔体的外圈、负压汇集腔体与正压汇集腔体之间、正压汇集腔体的内圈均开设有导流盘密封圈安装槽，且导流盘密封圈安装槽内装配有导流盘密封圈。

进一步地，所述正负压一体气缸的活塞腔内壁开设有通孔，多个所述通孔分布于活塞腔的两侧，一侧所述通孔的内端装配有负压阀片，另一侧所述通孔的外端装配有正压阀片，所述正负压一体气缸的外壁对称开设有两个外支撑体连通孔，且外支撑体连通孔与气缸连通孔连通。

进一步地，所述气缸盖的内壁开设有导气槽，两个所述导气槽分别与装配负压阀片和装配正压阀片的通孔连通，两个所述导气槽分别与外支撑体连通孔连通。

进一步地，所述正负压一体气缸的外壁开设有气缸密封圈安装槽，且气缸密封圈安装槽为8字形，所述气缸密封圈安装槽内装配有气缸密封圈。

进一步地，两个所述电机所装配的活塞连杆上的活塞皮碗的开口方向相反。

进一步地，所述活塞连杆的外端表面与正负压一体气缸的活塞腔的内平面之间的夹角为1.5°。

进一步地，所述活塞连杆与活塞偏心轴之间装配有活塞曲轴轴承。

使用本发明的有益效果是：

此设备将压缩机压缩空气的功能和真空泵抽取空气的功能集成到一个设备中，使之既能产生正压力空气又能产生负压力空气，实现了一机两用，令此设备在小体积下可以分别产生一端正压一端负压且无油运行，同时两端均可以实现单独控制转速、扭矩、转向，实现VPSA制氧过程中降低功耗降低体积的技术解决方法。

此设备的正压端和负压端利用两个电机分别控制，因此可以在不改变缸体大小的基础上，通过对电机转速的控制，调整正负压流量及气压值，实现在起源终端调节VPSA吸附所需的正负压的效果，同时可以实现在VPSA制氧过程中依据不同的分子筛吸附周期及不同压力与真空需求分别调控两端压缩机及真空泵的转速，实现不同的压力与真空度配比，从而达到相对最佳的产氧效果。

本发明对气路支撑体结构中的气道进行设计，且气道与正负压一体气缸、气缸盖的配合使用，能够高效完成正压力空气和负压力空气的产生，此外通过分控模式及气道分布方法，在一个机体上即可实现在正负压同时工作状态下，对VPSA的不同压力与真空的控制。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明电机无磁隔板与电机的爆炸图。

图3为本发明的爆炸图。

图4为本发明的主视图。

图5为本发明图4中A-A的剖视图。

图6为本发明图5中a部分的局部放大图。

图7为本发明图4中B-B的剖视图。

图8为本发明图7中b部分的局部放大图。

图9为本发明气路支撑体结构及其内部结构的主视剖视图。

图10为本发明气路支撑体结构的立体示意图。

图11为本发明导流外支撑体的立体图之一。

图12为本发明导流外支撑体的立体图之二。

图13为本发明导流外支撑体的侧视图。

图14为本发明图13中C-C的剖视图。

图15为本发明正负压一体导流盘的立体图之一。

图16为本发明正负压一体导流盘的立体图之二。

图17为本发明图15中俯视的气道示意图。

图18为本发明正负压一体气缸的立体图之一。

图19为本发明正负压一体气缸的立体图之二。

图20为本发明气缸盖的立体图之一。

图21为本发明气缸盖的立体图之二。

附图标记包括：1、电机无磁隔板，2、电机，3、电机主轴，4、气路支撑体结构；

41、导流外支撑体，411、底板，412、立板，413、拐角立柱，414、导流气道，415、气缸连通孔，416、导流盘连通孔；

42、正负压一体导流盘，421、负压汇集腔体，422、正压汇集腔体，423、立板连接槽，424、拐角立柱连接槽，425、负压汇集腔体导气孔，426、正压汇集腔体导气孔，427、导流盘密封圈放置槽；

43、腔体密封盖，44、接头，45、导流盘密封圈；

5、正负压一体气缸，51、负压阀片，52、正压阀片，53、气缸密封圈，54、外支撑体连通孔；

6、气缸盖，61、导气槽；

7、活塞偏心轴，8、活塞连杆，9、活塞压板，10、活塞皮碗。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

参照图1至图21，变频分区控制压缩真空一体泵，包括电机无磁隔板1、电机2、气路支撑体结构4、正负压一体气缸5和气缸盖6，两个电机2分别装配于电机无磁隔板1的两侧，气路支撑体结构4固定安装于电机2的外端，多个正负压一体气缸5分别装配于气路支撑体结构4的侧表面，且气缸盖6装配于正负压一体气缸5上，电机2的输出端均固定安装有电机主轴3，电机主轴3的外壁装配有活塞偏心轴7，活塞偏心轴7的外壁通过活塞曲轴轴承装配有活塞连杆8，正负压一体气缸5的内端开设有活塞腔，多个活塞连杆8的外端分别位于多个正负压一体气缸5的活塞腔内，活塞连杆8的外端固定安装有活塞压板9，且活塞连杆8与活塞压板9之间装配有活塞皮碗10。

两个电机2分别为两个气路支撑体结构4内部的活塞连杆8提供动力，且两个气路支撑体结构4分别为正压端和负压端，通过与正负压一体气缸5和气缸盖6的配合，能够产生正压力空气和负压力空气。

通过调节两个电机2的转速，即可调整正负压流量及气压值。

一个气路支撑体结构4安装多个正负压一体气缸5，能够提高正负压气体的流量，提高工作效率。

在此实施例中，电机无磁隔板1、电机2和气路支撑体结构4的截面形状均为正六边形，且一个气路支撑体结构4的五个侧表面上分别安装有正负压一体气缸5，气路支撑体结构4的另一个侧表面没有安装正负压一体气缸5，方便对此设备进行安装固定。

气路支撑体结构4包括导流外支撑体41、正负压一体导流盘42、腔体密封盖43和接头44，导流外支撑体41固定安装于电机2的外端，正负压一体导流盘42装配于导流外支撑体41的外端，腔体密封盖43固定安装于正负压一体导流盘42的外表面，且腔体密封盖43的表面固定安装有接头44，且导流外支撑体41、正负压一体气缸5、气缸盖6、正负压一体导流盘42和接头44之间通过气路连通。

具体而言，如图11至图14所示，导流外支撑体41包括底板411、立板412和拐角立柱413，且立板412和拐角立柱413一体成型于底板411的表面，立板412和拐角立柱413的外端均开设有两个导流气道414，立板412和拐角立柱413的外侧壁开设有与导流气道414连通的气缸连通孔415，立板412和拐角立柱413的外端内壁开设有与导流气道414连通的导流盘连通孔416。

具体而言，如图15至图17所示，正负压一体导流盘42的外壁开设有环形形状的负压汇集腔体421和正压汇集腔体422，且正压汇集腔体422位于负压汇集腔体421的外圈，正负压一体导流盘42的内壁外周开设有与立板412相对应的立板连接槽423和与拐角立柱413相对应的拐角立柱连接槽424，立板连接槽423和拐角立柱连接槽424的侧壁均开设有与负压汇集腔体421连通的负压汇集腔体导气孔425和与正压汇集腔体422连通的正压汇集腔体导气孔426，且负压汇集腔体导气孔425和正压汇集腔体导气孔426与导流盘连通孔416相对应。

腔体密封盖43的外表面均安装两个接头44，且两个接头44的一端分别与负压汇集腔体421和正压汇集腔体422连通。

其中正压端的连接负压汇集腔体421的接头44的另一端连接到进气过滤设备，连接正压汇集腔体422的接头44的另一端连接到电磁阀，之后经过分子筛后与储氧罐连接，令正压端可以向储氧罐内充入经过分子筛后的压缩气体；

负压端的连接负压汇集腔体421的接头44的另一端连接到电磁阀，之后经过分子筛后与储氧罐连接，连接正压汇集腔体422的接头44的另一端连接到过滤设备，令负压端可以将储氧罐内剩余的氮气抽出；

当正压端的储氧罐充满并取出氧气，且负压端的储氧罐抽完氮气后，可以通过阀体等结构自动改变气路连通，令此设备继续对取出氧气的储氧罐进行抽气工作，对氮气抽出后的储氧罐进行充入压缩气体的工作。

导流外支撑体41与正负压一体导流盘42安装时，将导流外支撑体41上的立板412和拐角立柱413分别插入到正负压一体导流盘42上的立板连接槽423和拐角立柱连接槽424内，同时能够实现导流气道414与负压汇集腔体导气孔425、正压汇集腔体导气孔426的连通。

具体而言，如图3和图15所示，正负压一体导流盘42的外壁在负压汇集腔体421的外圈、负压汇集腔体421与正压汇集腔体422之间、正压汇集腔体422的内圈均开设有导流盘密封圈安装槽，且导流盘密封圈安装槽内装配有导流盘密封圈45。

通过导流盘密封圈45实现负压汇集腔体421和正压汇集腔体422以及外界空间之间的密封。

具体而言，如图18和图19所示，正负压一体气缸5的活塞腔内壁开设有通孔，多个通孔分布于活塞腔的两侧，一侧通孔的内端装配有负压阀片51，另一侧通孔的外端装配有正压阀片52，正负压一体气缸5的外壁对称开设有两个外支撑体连通孔54，且外支撑体连通孔54与气缸连通孔415连通。

正压端的五个正负压一体气缸5的负压阀片51和正压阀片52的安装位置相同，负压端的五个正负压一体气缸5的负压阀片51和正压阀片52的安装位置与正压端的相反。

具体而言，如图20和图21所示，气缸盖6的内壁开设有导气槽61，两个导气槽61分别与装配负压阀片51和装配正压阀片52的通孔连通，两个导气槽61分别与外支撑体连通孔54连通。

通过导气槽61和负压阀片51、正压阀片52的作用，令负压抽入的气体和正压压缩的气体不会混到一起，两者通过不同的气道路径。

具体而言，如图19所示，正负压一体气缸5的外壁开设有气缸密封圈安装槽，且气缸密封圈安装槽为8字形，气缸密封圈安装槽内装配有气缸密封圈53。

通过气缸密封圈53实现两个导气槽61之间以及导气槽61与外界空间之前的密封。

具体而言，如图5至图8所示，两个电机2所装配的活塞连杆8上的活塞皮碗10的开口方向相反。

活塞皮碗10的开口方向不同，会令其连接的活塞连杆8在运行中产生的正压和负压不同，进而能够更有效产生正压力空气和负压力空气。

正压端的活塞皮碗10的开口朝向外侧，会令活塞连杆8运行过程中产生的正压大于负压；

负压端的活塞皮碗10的开口朝向内侧，会令活塞连杆8运行过程中产生的正压小于负压。

具体而言，如图9所示，活塞连杆8的外端表面与正负压一体气缸5的活塞腔的内平面之间的夹角为1.5°。

在多缸体结构中，活塞连杆8在运行中呈现不同角度，为了能够满足运行的动密封，使压缩过程与正负压一体气缸5的压缩腔内端面滑动距离保持尽可能平行状态，活塞连杆8需要呈现仰角状态，从而保持压缩截面为矩形，减少漏气量，因此活塞连杆8的外端设计为1.5°的仰角。

具体而言，如图3所示，活塞连杆8与活塞偏心轴7之间装配有活塞曲轴轴承，令活塞连杆8能够顺利在活塞偏心轴7上转动。

此变频分区控制压缩真空一体泵的工作过程为：

启动电机2，令电机主轴3带动活塞偏心轴7和活塞连杆8转动，令活塞连杆8和活塞皮碗10在正负压一体气缸5内进行活塞工作。

当正压端的活塞连杆8自外侧向内侧移动时，气体通过接头44流入到负压汇集腔体421，然后通过负压汇集腔体导气孔425、导流盘连通孔416、导流气道414、气缸连通孔415和外支撑体连通孔54进入到导气槽61内，之后气体通过负压阀片51进入到正负压一体气缸5的活塞腔内；

当正压端的活塞连杆8自内侧向外侧移动时，正负压一体气缸5的活塞腔内的气体经压缩后通过正压阀片52流入到气缸盖6的另一个导气槽61内，然后通过外支撑体连通孔54、气缸连通孔415、导流气道414、导流盘连通孔416、和正压汇集腔体导气孔426流入到正压汇集腔体422内，之后通过接头44流出；

其中，五个正负压一体气缸5均从接头44和负压汇集腔体421处吸入气体，将气体压缩后从正压汇集腔体422和接头44排出；

同理可得负压端的气体流动方向，且当正压端吸气时，负压端排气，正压端排气时，负压端吸气。

在实际使用过程中，正压端的接头44和负压端的接头44分别连接到两个储氧罐，正压端用于向未充入氧气的储氧罐内充入氧气，负压端用于将提取氧气后只剩余氮气的储氧罐内的氮气抽出。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：包括电机无磁隔板（1）、电机（2）、气路支撑体结构（4）、正负压一体气缸（5）和气缸盖（6），两个所述电机（2）分别装配于电机无磁隔板（1）的两侧，所述气路支撑体结构（4）固定安装于电机（2）的外端，多个所述正负压一体气缸（5）分别装配于气路支撑体结构（4）的侧表面，且气缸盖（6）装配于正负压一体气缸（5）上，所述电机（2）的输出端均固定安装有电机主轴（3），所述电机主轴（3）的外壁装配有活塞偏心轴（7），所述活塞偏心轴（7）的外壁通过活塞曲轴轴承装配有活塞连杆（8），所述正负压一体气缸（5）的内端开设有活塞腔，多个所述活塞连杆（8）的外端分别位于多个所述正负压一体气缸（5）的活塞腔内，所述活塞连杆（8）的外端固定安装有活塞压板（9），且活塞连杆（8）与活塞压板（9）之间装配有活塞皮碗（10）；

两个电机（2）分别为两个气路支撑体结构（4）内部的活塞连杆（8）提供动力，且两个气路支撑体结构（4）分别为正压端和负压端，通过与正负压一体气缸（5）和气缸盖（6）的配合，能够产生正压力空气和负压力空气；

所述气路支撑体结构（4）包括导流外支撑体（41）、正负压一体导流盘（42）、腔体密封盖（43）和接头（44），所述导流外支撑体（41）固定安装于电机（2）的外端，所述正负压一体导流盘（42）装配于导流外支撑体（41）的外端，所述腔体密封盖（43）固定安装于正负压一体导流盘（42）的外表面，且腔体密封盖（43）的表面固定安装有接头（44），且导流外支撑体（41）、正负压一体气缸（5）、气缸盖（6）、正负压一体导流盘（42）和接头（44）之间通过气路连通；

所述导流外支撑体（41）包括底板（411）、立板（412）和拐角立柱（413），且立板（412）和拐角立柱（413）一体成型于底板（411）的表面，所述立板（412）和拐角立柱（413）的外端均开设有两个导流气道（414），所述立板（412）和拐角立柱（413）的外侧壁开设有与导流气道（414）连通的气缸连通孔（415），所述立板（412）和拐角立柱（413）的外端内壁开设有与导流气道（414）连通的导流盘连通孔（416）；

所述正负压一体气缸（5）的活塞腔内壁开设有通孔，多个所述通孔分布于活塞腔的两侧，一侧所述通孔的内端装配有负压阀片（51），另一侧所述通孔的外端装配有正压阀片（52），所述正负压一体气缸（5）的外壁对称开设有两个外支撑体连通孔（54），且外支撑体连通孔（54）与气缸连通孔（415）连通；

正压端的五个正负压一体气缸（5）的负压阀片（51）和正压阀片（52）的安装位置相同，负压端的五个正负压一体气缸（5）的负压阀片（51）和正压阀片（52）的安装位置与正压端的相反；

两个所述电机（2）所装配的活塞连杆（8）上的活塞皮碗（10）的开口方向相反。

2.根据权利要求1中所述的变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：所述正负压一体导流盘（42）的外壁开设有环形形状的负压汇集腔体（421）和正压汇集腔体（422），且正压汇集腔体（422）位于负压汇集腔体（421）的外圈，所述正负压一体导流盘（42）的内壁外周开设有与立板（412）相对应的立板连接槽（423）和与拐角立柱（413）相对应的拐角立柱连接槽（424），所述立板连接槽（423）和拐角立柱连接槽（424）的侧壁均开设有与负压汇集腔体（421）连通的负压汇集腔体导气孔（425）和与正压汇集腔体（422）连通的正压汇集腔体导气孔（426），且负压汇集腔体导气孔（425）和正压汇集腔体导气孔（426）与导流盘连通孔（416）相对应。

3.根据权利要求2中所述的变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：所述正负压一体导流盘（42）的外壁在负压汇集腔体（421）的外圈、负压汇集腔体（421）与正压汇集腔体（422）之间、正压汇集腔体（422）的内圈均开设有导流盘密封圈安装槽，且导流盘密封圈安装槽内装配有导流盘密封圈（45）。

4.根据权利要求1中所述的变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：所述气缸盖（6）的内壁开设有导气槽（61），两个所述导气槽（61）分别与装配负压阀片（51）和装配正压阀片（52）的通孔连通，两个所述导气槽（61）分别与外支撑体连通孔（54）连通。

5.根据权利要求1中所述的变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：所述正负压一体气缸（5）的外壁开设有气缸密封圈安装槽，且气缸密封圈安装槽为8字形，所述气缸密封圈安装槽内装配有气缸密封圈（53）。

6.根据权利要求1中所述的变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：所述活塞连杆（8）的外端表面与正负压一体气缸（5）的活塞腔的内平面之间的夹角为1.5°。

7.根据权利要求1中所述的变频分区控制压缩真空一体泵，其特征在于：所述活塞连杆（8）与活塞偏心轴（7）之间装配有活塞曲轴轴承。