CN116538052A - 一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及循环液封压缩机技术领域，尤其涉及一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸。活塞的两侧设有第一压缩腔和第二压缩腔，支撑环本体的外表面设有支撑环环形槽，活塞的外表面设有活塞环形槽，支撑环环形槽内分别设有若干个通孔。压盖本体的轴心孔侧壁设有环形冷却槽，压盖本体内设有与环形冷却槽相连通的径向进液通道和径向出液通道。在活塞往复运动时，第一压缩腔和第二压缩腔可交替工作对气体进行增压并向外排出，充分利用了活塞往复运动的能量，大大提升了压缩效率。提升了气缸缸体的冷却效果，提升了润滑和液封效果，提升了活塞的冷却效果，有利于活塞滑动顺畅，提升了活塞杆和气缸压盖的冷却效果，保证了气缸的正常工作。
Description
技术领域：
本发明涉及循环液封压缩机技术领域，尤其涉及一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸。
背景技术：
循环液封压缩机主要通过驱动机构带动气缸缸体内的活塞往复运动实现对气体的增压，驱动机构包括曲轴连杆、液压驱动或者电机驱动等，压缩介质包含各种易燃、易爆等危险气体和有毒气体。现在的压缩气缸，一般都是单作用气缸，气缸上设置一个进气口和一个排气口，气体从进气口进入气缸，在气缸内增压后，从排气口排出高压气体，这种单作用气缸不能充分利用活塞往复运动的能量，压缩效率低，不能满足市场的需求。
另外，在活塞往复运动过程中，一方面活塞与气缸缸体之间会发生滑动摩擦，产生大量的热量，由于活塞与气缸缸体都为金属材质，且材质不同，热量会在两者之间进行传递，普通金属材质受热后容易发生变形，不同材质的金属受热变形量不同，这样容易导致活塞滑动不畅，严重时甚至出现卡死的情况。目前虽然也有在活塞与气缸缸体之间增加循环液体的技术出现，但是其主要作用是密封和润滑，冷却的效果非常微弱，远远达不到对活塞与气缸缸体进行降温冷却的效果。另外目前也有在活塞外侧增加多个支撑环的结构，但是现有的支撑环轴向尺寸短，只是安装在活塞两端和中间局部几个位置，起到对活塞进行导向和增加轴向支撑力的作用，同样无法起到冷却的作用。目前还没有有效的手段能够有效实现对活塞与气缸缸体之间进行冷却的目的。
在活塞往复运动过程中，另一方面活塞杆与气缸压盖之间会发生滑动摩擦，产生大量的热量，由于活塞杆与气缸压盖都为金属材质，且材质不同，热量会在两者之间进行传递，金属材质受热后容易发生变形，不同材质的金属受热变形量不同，这样容易导致活塞杆滑动不畅，严重时甚至出现卡死的情况。目前还没有有效的手段能够有效实现对活塞杆与气缸压盖之间进行冷却的目的。另外，目前在活塞杆与气缸压盖之间一般仅通过密封圈进行密封，时间久了密封圈容易磨损失效造成气体从活塞杆与气缸压盖之间向外泄漏，影响气缸的压缩效率。
综上，循环液封压缩气缸的上述问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。
发明内容：
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，解决了以往单作用气缸压缩效率低的问题，解决了以往活塞与气缸缸体之间滑动摩擦导致高温变形引起的活塞运动卡死的问题，解决了以往活塞杆与气缸压盖之间滑动摩擦生热发生变形导致滑动不畅的问题，解决了以往活塞杆与气缸压盖之间密封圈容易失效造成气体泄漏的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，包括气缸缸体，所述气缸缸体内设有活塞结构，气缸缸体两端设有气缸压盖和气缸底座，活塞结构包括活塞杆和活塞，活塞活动安装在气缸缸体内，活塞杆活动安装在气缸压盖内，所述活塞的两侧设有第一压缩腔和第二压缩腔，气缸缸体内对应第一压缩腔设有第一进气口和第一出气口，第一进气口内设有第一进气阀，第一出气口内设有第一出气阀，气缸缸体内对应第二压缩腔设有第二进气口和第二出气口，第二进气口内设有第二进气阀，第二出气口内设有第二出气阀；
所述活塞的外表面安装支撑环结构，所述支撑环结构包括支撑环本体，所述支撑环本体设在气缸缸体与活塞之间，所述支撑环本体的外表面设有若干道支撑环环形槽，所述支撑环环形槽用于储存循环液对气缸缸体进行冷却、润滑和液封，所述活塞的外表面对应每道支撑环环形槽的位置分别设有活塞环形槽，每道支撑环环形槽内分别设有若干个将支撑环环形槽与活塞环形槽相连通的通孔，所述通孔用于将支撑环环形槽内的循环液通向活塞环形槽对活塞进行冷却，所述气缸缸体内设有与支撑环环形槽相连通的进液口和出液口；
所述气缸压盖包括压盖本体，所述压盖本体的中心设有与活塞杆滑动配合的轴心孔，轴心孔的侧壁设有环形冷却槽，环形冷却槽内用于储存循环液对活塞杆进行冷却、润滑和液封，轴心孔的侧壁位于环形冷却槽的两侧分别设有密封圈槽，密封圈槽内安装有密封圈，所述密封圈用于防止环形冷却槽内的循环液从压盖本体与活塞杆之间的缝隙向两侧泄漏；所述压盖本体内设有与环形冷却槽相连通的径向进液通道和径向出液通道，径向进液通道与设在压盖本体内的轴向进液通道相连通，径向出液通道与设在压盖本体内的轴向出液通道相连通，所述轴向进液通道、径向进液通道、径向出液通道和轴向出液通道内的循环液用于对压盖本体进行冷却。
所述支撑环本体由金属或非金属复合材料制成，所述支撑环本体沿轴向开设一道开口。
所述支撑环本体套设在活塞外表面的安装槽内，所述活塞两端的外表面预留有密封圈槽，密封圈槽内安装有密封圈，两密封圈槽之间的活塞外表面套设有支撑环本体。
所述若干道支撑环环形槽均匀开设在支撑环本体的外表面，所述活塞环形槽均匀开设在活塞的外表面，所述若干个通孔沿圆周均匀设置在支撑环环形槽内，每道支撑环环形槽内的若干个通孔位置对应设置。
所述活塞通过设在活塞杆上的环形凸台以及设在活塞杆的轴端螺母夹紧固定，所述气缸底座的内端中部设有与轴端螺母相配合的容纳槽。
所述进液口和出液口内端的气缸缸体侧壁上分别设有扩展槽。
所述压盖本体的边缘设有压盖法兰，压盖法兰通过若干个连接螺栓与气缸缸体固定连接。
所述压盖本体的内端两侧分别设有斜切倒角，所述气缸底座的内端两侧分别设有斜切倒角。
所述径向进液通道和径向出液通道分别贯通压盖本体的侧壁。
所述气缸缸体内设有与第一进气口和第二进气口相连通的进气通道，进气通道上设有总进气口，气缸缸体内设有与第一出气口和第二出气口相连通的出气通道，出气通道上设有总出气口。
本发明采用上述方案，具有以下优点：
通过在活塞的两侧设有第一压缩腔和第二压缩腔，在活塞往复运动时，第一压缩腔和第二压缩腔可交替工作对气体进行增压并向外排出，充分利用了活塞往复运动的能量，大大提升了压缩效率。
通过在活塞的外表面安装支撑环本体，在支撑环本体的外表面设有若干道支撑环环形槽，支撑环环形槽用于储存循环液可以对气缸缸体进行冷却、润滑和液封，提升了气缸缸体的冷却效果，提升了润滑和液封效果；在活塞的外表面对应每道支撑环环形槽的位置分别设有活塞环形槽，在每道支撑环环形槽内分别设有若干个将支撑环环形槽与活塞环形槽相连通的通孔，通孔用于将支撑环环形槽内的循环液通向活塞环形槽可以对活塞进行冷却，活塞环形槽可以增大循环液与活塞之间的换热面积，提升了活塞的冷却效果，有效避免了活塞与气缸缸体之间滑动摩擦导致高温变形引起的活塞运动卡死现象，有利于活塞滑动顺畅，保证了气缸的正常工作。
通过在压盖本体轴心孔的侧壁设有环形冷却槽，环形冷却槽内用于储存循环液对活塞杆进行冷却，提升了活塞杆的冷却效果，同时提升了润滑和液封效果，有效防止气体从活塞杆与压盖本体之间向外泄漏，保证了气缸的压缩效率；轴向进液通道、径向进液通道、径向出液通道和轴向出液通道内的循环液用于对压盖本体进行冷却，提升了压盖本体的冷却效果，有效解决了活塞杆与压盖本体之间滑动摩擦生热冷却效果差的问题，有利于活塞杆滑动顺畅，保证了气缸的正常工作。
附图说明：
图1为本发明的纵向剖视结构示意图。
图2为本发明的横向剖视结构示意图。
图3为本发明活塞结构的立体结构示意图。
图4为本发明活塞结构的剖视结构示意图。
图5为本发明气缸压盖的立体结构示意图。
图6为本发明气缸压盖的剖视结构示意图。
图中，1、气缸缸体，2、气缸压盖，3、气缸底座，4、活塞杆，5、活塞，6、支撑环本体，7、支撑环环形槽，8、活塞环形槽，9、通孔，10、压盖本体，11、环形冷却槽，12、密封圈槽，13、密封圈，14、径向进液通道，15、径向出液通道，16、轴向进液通道，17、轴向出液通道，18、开口，19、环形凸台，20、轴端螺母，21、压盖法兰，22、连接螺栓，23、斜切倒角，24、容纳槽，25、进液口，26、出液口，27、扩展槽，28、第一压缩腔，29、第二压缩腔，30、第一进气口，31、第一出气口，32、第一进气阀，33、第一出气阀，34、第二进气口，35、第二出气口，36、第二进气阀，37、第二出气阀，38、进气通道，39、总进气口，40、出气通道，41、总出气口。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-6所示，一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，包括气缸缸体1，所述气缸缸体1内设有活塞结构，气缸缸体1两端设有气缸压盖2和气缸底座3，活塞结构包括活塞杆4和活塞5，活塞5活动安装在气缸缸体1内，活塞杆4活动安装在气缸压盖2内，所述活塞5的两侧设有第一压缩腔28和第二压缩腔29，气缸缸体1内对应第一压缩腔28设有第一进气口30和第一出气口31，第一进气口30内设有第一进气阀32，第一出气口31内设有第一出气阀33，气缸缸体1内对应第二压缩腔29设有第二进气口34和第二出气口35，第二进气口34内设有第二进气阀36，第二出气口35内设有第二出气阀37；所述气缸缸体1内设有与第一进气口30和第二进气口34相连通的进气通道38，进气通道38上设有总进气口39，气缸缸体1内设有与第一出气口31和第二出气口35相连通的出气通道40，出气通道40上设有总出气口41。
工作时，活塞杆4带动活塞5在气缸缸体1往复移动，气体从总进气口39进入，经进气通道38分别进入第一进气口30和第二进气口34，经第一进气阀32和第二进气阀36分别进入第一压缩腔28和第二压缩腔29，气体在第一压缩腔28和第二压缩腔29内增压后，经第一出气阀33和第二出气阀37排出至第一出气口31和第二出气口35，最后经出气通道40和总出气口41向外排出，实现对气体的增压功能。具体的，当活塞向第一压缩腔28方向移动时，第一压缩腔28内的气体被压缩增压后依次经第一出气阀33、第一出气口31、出气通道40和总出气口41向外排出，此时第二压缩腔29为进气状态，气体依次经总进气口39、进气通道38、第二进气口34和第二进气阀36进入第二压缩腔29；反之，当活塞向第二压缩腔29方向移动时，第二压缩腔29内的气体被压缩增压后依次经第二出气阀37、第二出气口35、出气通道40和总出气口41向外排出，此时第一压缩腔28为进气状态，气体依次经总进气口39、进气通道38、第一进气口30和第一进气阀32进入第一压缩腔28。如此反复实现双作用循环液封压缩气缸功能。
所述活塞5的外表面安装支撑环结构，所述支撑环结构包括支撑环本体6，所述支撑环本体6设在气缸缸体1与活塞5之间，所述支撑环本体6的外表面设有若干道支撑环环形槽7，所述支撑环环形槽7用于储存循环液对气缸缸体1进行冷却、润滑和液封，所述活塞5的外表面对应每道支撑环环形槽7的位置分别设有活塞环形槽8，每道支撑环环形槽7内分别设有若干个将支撑环环形槽7与活塞环形槽8相连通的通孔9，所述通孔9用于将支撑环环形槽7内的循环液通向活塞环形槽8对活塞5进行冷却，活塞环形槽8可以增大循环液与活塞5之间的换热面积，提升冷却效果，所述气缸缸体1内设有与支撑环环形槽7相连通的进液口25和出液口26；
所述气缸压盖2包括压盖本体10，所述压盖本体10的中心设有与活塞杆4滑动配合的轴心孔，轴心孔的侧壁设有环形冷却槽11，环形冷却槽11内用于储存循环液对活塞杆4进行冷却、润滑和液封，轴心孔的侧壁位于环形冷却槽11的两侧分别设有密封圈槽12，密封圈槽12内安装有密封圈13，所述密封圈13用于防止环形冷却槽11内的循环液从压盖本体10与活塞杆4之间的缝隙向两侧泄漏；所述压盖本体10内设有与环形冷却槽11相连通的径向进液通道14和径向出液通道15，径向进液通道14与设在压盖本体10内的轴向进液通道16相连通，径向出液通道15与设在压盖本体10内的轴向出液通道17相连通，所述轴向进液通道16、径向进液通道14、径向出液通道15和轴向出液通道17内的循环液用于对压盖本体10进行冷却。
所述循环液可以是水、离子液、油等各种液体。
所述支撑环本体6由金属或非金属复合材料制成，金属材料选热膨胀系数小的金属。所述支撑环本体6沿轴向开设一道开口18，开口18可以是直的或斜的，支撑环本体6具有一定弹性，通过开口18方便撑开将支撑环本体6套设在活塞5外表面的安装槽内，安装后支撑环本体6的外表面略高于活塞5的外表面。
所述支撑环本体6套设在活塞5外表面的安装槽内，所述活塞5两端的外表面预留有密封圈槽，密封圈槽内安装有密封圈13，对内侧的循环液进行密封，将循环液和外界介质隔开，两密封圈槽之间的活塞5外表面套设有支撑环本体6，支撑环本体6将活塞5的外表面大部分进行覆盖，可大大减小气缸缸体1与活塞5两个金属之间的接触面积，从而减小滑动摩擦产生的热量，另外，还可增大循环液的换热面积，提升冷却效果。所有支撑环环形槽7的总长度，其跨度进出口大于活塞行程。
所述若干道支撑环环形槽7均匀开设在支撑环本体6的外表面，所述活塞环形槽8均匀开设在活塞5的外表面，所述若干个通孔9沿圆周均匀设置在支撑环环形槽7内，可使换热冷却效果更加均匀，每道支撑环环形槽7内的若干个通孔9位置对应设置，方便加工。
所述活塞5通过设在活塞杆4上的环形凸台19以及设在活塞杆4的轴端螺母20夹紧固定，所述气缸底座3的内端中部设有与轴端螺母20相配合的容纳槽24。
所述进液口25和出液口26内端的气缸缸体1侧壁上分别设有扩展槽27，扩展槽27可对应多个支撑环环形槽7，利于循环液从进液口25进入支撑环环形槽7内，同样也利于支撑环环形槽7内的循环液从出液口26向外排出。通过活塞运动，对每一道支撑环环形槽7单独进液体循环冷却，每次循环1-2道，可防止出现死液区，避免某些位置液体不循环。
所述压盖本体10的边缘设有压盖法兰21，压盖法兰21通过若干个连接螺栓22与气缸缸体1固定连接。
所述压盖本体10的内端两侧分别设有斜切倒角23，所述气缸底座3的内端两侧分别设有斜切倒角23，斜切倒角23一方面可以对气体进行导向，另一方面可以减少压盖本体10、气缸底座23与气缸缸体1之间的余隙容积，提高整机性能。
所述径向进液通道14和径向出液通道15分别贯通压盖本体10的侧壁，方便加工。
活塞5与气缸缸体1之间工作原理如下：
外部的循环液经气缸缸体1内的进液口25进入后首先进入并可储存在支撑环本体6的支撑环环形槽7内，可以对支撑环本体6与气缸缸体1之间进行冷却、润滑和液封，提升了气缸缸体1的冷却效果，提升了润滑和液封效果；支撑环环形槽7内的循环液经若干个通孔9通向活塞环形槽8进行热交换可以对活塞5进行冷却，活塞环形槽8可以增大循环液与活塞5之间的换热面积，提升了活塞5的冷却效果，支撑环环形槽7和活塞环形槽8内的循环液最后经气缸缸体1内的出液口26向外排出进行循环利用。
活塞杆4与气缸压盖2之间工作原理如下：
外部的循环液经压盖本体10内的轴向进液通道16、径向进液通道14进入并可储存在环形冷却槽11内，可以对活塞杆4进行冷却，提升了活塞杆4的冷却效果，同时提升了活塞杆4与压盖本体10之间润滑和液封效果，有效防止气体从活塞杆4与压盖本体10之间向外泄漏，保证了气缸的压缩效率；环形冷却槽11内的循环液最后经径向出液通道15和轴向出液通道17向外排出进行循环利用。轴向进液通道16、径向进液通道14、径向出液通道15和轴向出液通道17内的循环液还可对压盖本体10进行冷却，提升了压盖本体10的冷却效果，有效解决了活塞杆4与压盖本体10之间滑动摩擦生热冷却效果差的问题，有利于活塞杆4滑动顺畅，保证了气缸的正常工作。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，包括气缸缸体，所述气缸缸体内设有活塞结构，气缸缸体两端设有气缸压盖和气缸底座，活塞结构包括活塞杆和活塞，活塞活动安装在气缸缸体内，活塞杆活动安装在气缸压盖内，其特征在于：所述活塞的两侧设有第一压缩腔和第二压缩腔，气缸缸体内对应第一压缩腔设有第一进气口和第一出气口，第一进气口内设有第一进气阀，第一出气口内设有第一出气阀，气缸缸体内对应第二压缩腔设有第二进气口和第二出气口，第二进气口内设有第二进气阀，第二出气口内设有第二出气阀；
所述活塞的外表面安装支撑环结构，所述支撑环结构包括支撑环本体，所述支撑环本体设在气缸缸体与活塞之间，所述支撑环本体的外表面设有若干道支撑环环形槽，所述支撑环环形槽用于储存循环液对气缸缸体进行冷却、润滑和液封，所述活塞的外表面对应每道支撑环环形槽的位置分别设有活塞环形槽，每道支撑环环形槽内分别设有若干个将支撑环环形槽与活塞环形槽相连通的通孔，所述通孔用于将支撑环环形槽内的循环液通向活塞环形槽对活塞进行冷却，所述气缸缸体内设有与支撑环环形槽相连通的进液口和出液口；
所述气缸压盖包括压盖本体，所述压盖本体的中心设有与活塞杆滑动配合的轴心孔，轴心孔的侧壁设有环形冷却槽，环形冷却槽内用于储存循环液对活塞杆进行冷却、润滑和液封，轴心孔的侧壁位于环形冷却槽的两侧分别设有密封圈槽，密封圈槽内安装有密封圈，所述密封圈用于防止环形冷却槽内的循环液从压盖本体与活塞杆之间的缝隙向两侧泄漏；所述压盖本体内设有与环形冷却槽相连通的径向进液通道和径向出液通道，径向进液通道与设在压盖本体内的轴向进液通道相连通，径向出液通道与设在压盖本体内的轴向出液通道相连通，所述轴向进液通道、径向进液通道、径向出液通道和轴向出液通道内的循环液用于对压盖本体进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述支撑环本体由金属或非金属复合材料制成，所述支撑环本体沿轴向开设一道开口。
3.根据权利要求1或2所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述支撑环本体套设在活塞外表面的安装槽内，所述活塞两端的外表面预留有密封圈槽，密封圈槽内安装有密封圈，两密封圈槽之间的活塞外表面套设有支撑环本体。
4.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述若干道支撑环环形槽均匀开设在支撑环本体的外表面，所述活塞环形槽均匀开设在活塞的外表面，所述若干个通孔沿圆周均匀设置在支撑环环形槽内，每道支撑环环形槽内的若干个通孔位置对应设置。
5.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述活塞通过设在活塞杆上的环形凸台以及设在活塞杆的轴端螺母夹紧固定，所述气缸底座的内端中部设有与轴端螺母相配合的容纳槽。
6.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述进液口和出液口内端的气缸缸体侧壁上分别设有扩展槽。
7.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述压盖本体的边缘设有压盖法兰，压盖法兰通过若干个连接螺栓与气缸缸体固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述压盖本体的内端两侧分别设有斜切倒角，所述气缸底座的内端两侧分别设有斜切倒角。
9.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述径向进液通道和径向出液通道分别贯通压盖本体的侧壁。
10.根据权利要求1所述的一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸，其特征在于：所述气缸缸体内设有与第一进气口和第二进气口相连通的进气通道，进气通道上设有总进气口，气缸缸体内设有与第一出气口和第二出气口相连通的出气通道，出气通道上设有总出气口。
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