CN1580558A - 一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵 - Google Patents
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Abstract
一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵，其特征在于应用本发明往复运动与旋转运动齿轮式互换机构，将动力机的旋转运动功率变为齿条往复运动的功率，驱动压缩机和泵的活塞作功；缸体活塞由于不受曲轴半径和连杆长度的限制，可按照容积、排量、压力、扬程、功率的需要进行选择设计，使其能耗降低，效率成倍提高，使用寿命延长，成本降低，实是容积式往复压缩机和泵更新换代的产品。
Description
本发明涉及一种容积式往复压缩机和泵，尤其是一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵。
目前，公知的容积式往复压缩机，一般以气体为工质；容积式往复泵，一般以液体为工质；它们均通过曲轴(柄)连杆机构，将内燃机、电动机的旋转运动变为压缩机和泵缸体内活塞的往复运动，使气体或液体在缸体内完成吸进、压缩、排出等过程，由进、排阀门控制气体或液体的吸入和排出，并采用填料阻止气体或液体外泄，活塞上的活塞环阻止两端气缸容积内的气体或液体互相穿漏。这种压缩机和泵的优点是压力高、压力范围广、适用性强；但它的缺点是排量小、流速低；曲轴(柄)连杆机构结构复杂，另损件多；曲轴旋转的惯性力和连杆旋转产生的分力难以平衡，自身消耗的能量大；压力、流量产生脉动性，在长程输送过程中，危害较大；以致影响它的效率的提高，降低使用奉命和使用的经济性。
本发明是为了克服上述技术存在的缺点而提供的一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵。
本发明的目的是这样实现的：应用本人发明专利：往复运动与旋转运动齿轮式互换机构，专利号：ZL96117438.2(下简称齿轮变换机构)取代曲轴(柄)连杆机构；缸径由于不受曲轴半径和连杆长度的限制，可以按容积、压力、流量、功率的最佳配合选择进行设计；活塞无需裙边，可以缩短，以增加缸内容积；缸体两端的缸盖均设计进、排阀门，一个往复两次吸进和排出工质，使单缸容积效率成倍增加；使用对置平衡，将两个单缸组成一个机组，或对称平衡，将四个单缸组成一个机组，以平衡往复惯性力和惯性力矩，提高活塞平均压力(kg.f/cm2)和速度(m/s)，一个机组，一个往复，可使容积流量(m3/min)提高2-4倍；缸体内径和活塞外径采用陶瓷等复合材料，使其成为无润滑油接触，消除气体中混有润滑油的隐患；可以按需要将多个机组排列组合在一起，增大容积和流量，可以组成多级增压，以满足各种高压工况的需要。齿轮变换机构可以附加减速、增速、减速增矩或增速减矩的功能，扩大动力选择的范围。
本发明技术与现有技术相比较，具有如下的优点：
1、用齿轮变换机构取代曲柄连杆机构，将动力机的旋转运动变为活塞的往复运动，节省自身能量消耗在15％以上；机构简单，体积缩小，降低原材料消耗在30％以上，另损件减少，使用寿命延长，制造成本降低40％以上。
2、由于缸径不受曲柄半径和连杆长度的限制，可以按照容积、压力、排量和功率等条件进行选择设计，提高容积和效率；活塞无需裙边，可以缩短，以提高容积和效率。
3、使单缸容积效率成倍提高。缸体两端的缸盖均设计吸进和排出的阀门，一个往复，两次吸进和排出工质，使单缸容积效率成倍提高。
4、使单机容积提高2-4倍，两个缸体对置组合，四个缸体对称组合，可以平衡往复惯性力和惯性力矩，一个机组，一个往复，可使容积流量(m3/min)提高2-4倍；从根本上解决容积式往复压缩机和泵排量小、流速低的问题。
5、可以根据工况需要，对机组进行组合，可以将多机组组合在一起，以增加容积流量；可以组成梯级增压，以满足各种高压工况的需要。
6、齿轮变换的容积式往复机压缩和泵，其往复运动均为匀速运动，从根本上解决了压缩机和泵排出气体和液体的脉动性问题。而且，也从根本上解决了压缩机的气流脉动性造成管道的振动问题。
7、尤其是泵瞬时流量的脉动性，引起吸入和排出管路内液体流通的脉动并产生加速度和惯性力，在前半个吸入行程中，增加泵的吸入阻力，在前半个排出行程中，增加泵的排出阻力，当排出的管路细长，系统无足够大的背压时，脉动的惯性力可能引起吸入和排出阀一齐打开，造成液体直接由吸入管冲向排出管的过流现象，使泵不能适用于要求流量稳定的场合；齿轮变换机构传动的容积式往复泵从根本上解决了流量的稳定性问题。
8、采用复合材料，解决缸体内壁的无油润滑问题，使气体中不含润滑油，避免引起油气爆炸等隐患。
9、本发明应用广泛，在石油化工、化肥工业、油气输送、制冷工业、矿山机械、动力机械、工程施工等部门，凡是原来采用容积式往复压缩机和泵的地方均可采用，使用本发明将为它们带来巨大的经济效益和社会效益。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
附图1齿轮变换容积式往复压缩机和泵机组结构图
附图2旋转运动变往复运动机构图
附图3缸体结构图
附图4单机组合图
附图5单机梯级增压示意图
附图1所示：为齿轮变换容积式往复压缩机和泵的机组结构：本机组由旋转运动变往复运动机构(2)，单机A(11)、单机B(12)组成，动力输入轴(1)输入旋转运动的功率，通过旋转运动变往复运动机构(2)中心轴(3)变矩齿轮(4)、(5)和齿条(7)、(8)、(9)、(10)将单机A(11)和单机B(12)组成一个机组；单机A(11)、单机B(12)的结构基本相同，但两个单机A(11)、B(12)可以通过变矩齿轮(4)、(5)不同的半径，使齿条(7)、(8)和(9)、(10)有不同的往复行程和力矩，齿条(7)、(8)和(9)、(10)均通过导框(13)和支架(14)和螺钉(15)固定在箱体(16)上；轴(1)、(17)和中心轴(3)均通过轴承(18)安装在箱体(16)上；单机A(11)、B(12)各有两个缸体(19)、(20)，4个缸体均通过螺栓(21)固定在箱体(16)上，通过齿条(7)、(8)和(9)、(10)的往复运动，驱动活塞(22)作功。
附图2所示：为旋转运动变往复运动机构，该机构由4对齿轮副构成，动力输入轴(1)输入旋转运动的功率，旋转运动变往复运动机构(2)由两个几何尺寸相同的全周齿轮(23)、(24)互相啮合，全周齿轮(23)、(24)与两几何尺寸相同的半周圆弧齿轮(25)、(26)相复合，两个半周圆弧齿轮(25)、(26)与一个介圆弧齿轮(27)交替啮合，即介圆弧齿轮(27)啮上半周圆弧齿轮(25)时即脱开半周圆弧齿轮(26)，反之，当介圆弧齿轮(27)啮上半周圆弧齿轮(26)时，即脱开半周圆弧齿轮(25)，如此循环往复。大型的旋转运动变往复运动机构，可将两个半周圆弧齿轮(25)、(26)改为两个半周圆弧滚柱轮(25)、(26)使介圆弧齿轮(27)与两个半周圆弧滚柱轮(25)、(26)交替啮合，圆弧滚柱轮(25)、(26)的滚柱能够自转，产生分力，降低介圆弧齿轮(27)在反转时产生的惯性力；齿轮(23)、(24)、圆弧齿轮(25)、(26)、(27)通过轴(1)、(19)(3)和轴承(18)组装在箱体(16)中；介圆弧齿轮(27)通过中心轴(3)和变矩齿轮(4)、(5)同心结合，驱动齿条(7)、(8)、(9)、(10)作往复运动；变矩齿轮(4)、(5)可以有不同的半径，使齿条(7)、(8)和(9)、(10)有不同的往复行程和力矩，以达到减速增矩或增速减矩；在轴(1)输入功率时，可以增加一组齿轮副(28)，可以减速或增速，同时兼有变速箱的功能。在箱体(16)上有个卡簧(29)，当介圆弧齿轮(27)正反转到止点时给予一定的反弹力。
图3所示：为缸体结构，本机采用单头贯穿双作用缸体，缸体(19)由外缸体(30)、内缸壁(31)、活塞(22)、活塞环(32)、活塞梢(33)、活塞杆(34)、两头缸盖(35)(36)和缸盖上吸入阀(37)(38)排出阀(39)、(40)，缓冲缸(41)、(42)构成；缸体(19)的缸径因不受曲轴半径和连杆长度的限制。可以按压力、排量、扬程和功率效率的要求进行选择设计；外缸体(30)结构应利于散热；内缸壁(31)材料要求耐高压、耐磨，活塞环(32)的材料要求耐磨，无油自润滑，密封性可靠，活塞(22)两侧工质无穿漏；活塞梢(33)与活塞(22)的连结和活塞梢(33)与活塞杆(34)的连结，构成万向运动副(43)；活塞杆(34)与齿条(7)、(8)、(9)、(10)的连结处为螺纹旋合(44)，有一个反紧螺帽，可对活塞(22)的往复行程进行微调；活塞杆(34)穿过缸盖(36)处是密封填料(45)防止工质无穿漏；缸盖(35)上有吸入阀(37)，排出阀(39)，缓冲缸(41)，缸盖(36)上有吸入阀(38)排出阀(40)，缓冲缸(42)，当活塞(22)向活塞杆(34)方向运动时，缸盖(35)一侧，排出阀(39)关闭，吸入阀(37)打开，吸入工质，缸盖(36)一侧吸入阀(40)关闭，排出阀(38)当压力达到一定高度时打开；当活塞(22)随活塞杆(34)作反向运动时，缸盖(36)一侧排出阀(40)关闭，吸入阀(38)打开，吸入工质，缸盖(35)一侧吸入阀(37)关闭，排出阀(39)当压力达到一定高度时打开，排出工质；活塞(22)达到行程末端时，触及缓冲缸(41)或(42)和弹簧(46)，被活塞封入缓冲室内的空气受压缩，背压升高，使活塞减速制动，调节节流阀可调节缓冲速度，当活塞再起动时，通过单向阀供气，弹簧(46)给予反弹力，以缓冲活塞(22)在行程末端的惯性力和再起动时给予反弹力，这样缸体一个往复，双向作功，比单向作功相同的缸体和行程，容积和排量增加一倍。
附图4所示：单机组合，(a)对置平衡，单机由两个缸A缸(47)、B缸(48)组成，(b)为对称平衡，单机由4个缸A缸(47)、B缸(48)、C缸(49)、D缸(50)组成，原容积式往复压缩机和泵主要缺点是排量小，流速低，本发明通过单机组合，可4倍、8倍的增加排量和流速；另一方面(a)为对置平衡，(b)为对称平衡，消除和降低往复运动中有害的惯性力。(a)、(b)为单机组，可以同样结构，在一个中心轴(3)上通过变矩齿轮(4)、(5)和(4)′(5)″组成多机组组合，它们可以有不同的速度，不同的力矩，不同的用途。它的功率和效率的计算：A、按照缸体半径(51)、缸体长度(52)、活塞长度(53)求出缸体容积及机组总容积；B、按用途选择排量，压力或流量、扬程参数；C、然后计算功率和效率。为了增加容积、排量、压力或流量、扬程，除了缸内壁(31)、活塞(22)、活塞环(32)、填料(45)应按照压力和排量的不同级别选择不同级别的材料，还应按压力和排量的级别选择阀门，包括吸入阀(37)、(38)。排出阀(39)、(40)和管路(54)以及(37)、(38)、(39)、(40)、(54)之间不同的排别组合状况，还应配合进气、进液净化、润滑、冷却和消声装置，严格按照不同压力下的级数，选择材料和配件，控制制造精度，使其获得良好的效率。
图5所示：为梯级增压示意，一般容积式压缩机和泵都使用在高压的地方，为使工质达到很高的压力，在中心轴(3)上，通过变矩齿轮(4)、(5)、(59)和齿条(7)、(8)、(9)、(10)、(60)、(61)、活塞(22)组成3级增压机组，由A(47)、B(48)、C(49)、D(50)、E(57)、F(58)3个单机组成，即A(47)B(48)单机吸进工质(56)，经加压后，排入单机C(49)、D(50)，再经加压后，排入单机E(57)、F(58)，再经E(57)和F(58)第三次加压，排出高压工质(56)，这是三级增压，同样机组结构，也可以组成4级、5级增压机组。梯级增压，需与功率相匹配。
Claims (5)
1、一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵，其特征在于机组由旋转运动变往复运动机构(2)、单机A(11)、单机B(12)组成，动力输入轴(1)输入旋转运动的功率，通过旋转运动变往复运动机构(2)的中心轴(3)、变矩齿轮(4)、(5)和齿条(7)、(8)、(9)、(10)。将单机A(11)和单机B(12)组成一个机组，单机A(11)和单机B(12)的结构基本相同，但两个单机A(11)B(12)可以通过变矩齿轮(4)、(5)不同的半径，使齿条(7)、(8)和(9)、(10)有不同的往复行程和力矩，齿条(7)、(8)和(9)、(10)均通地导框(13)和支架(14)和螺钉(15)固定在箱体(16)上，轴(1)、(17)和中心轴(3)均通过轴承(18)安装在箱体(16)上，单机A(11)和B(12)各有两个缸体(19)、(20)，4个缸体均通过螺栓(21)固定在箱体(16)上，通过齿条(7)、(8)、和(9)、(10)的往复运动，驱动活塞(22)作往复运动。
2、按照权利要求1所述的一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵，其特征在于动力输入轴(1)输入旋转运动的功率，旋转运动变往复运动机构(2)由两个几何尺寸相同的全周齿轮(23)、(24)互相啮合，与两个几何尺寸相同的半周圆弧齿轮(25)、(26)相复合，两个半周圆弧齿轮(25)、(26)与一个介圆弧齿轮(27)交替啮合；大型的旋转运动变往复运动机构，可将两半周圆弧齿轮(25)、(26)改为两个半周圆弧滚柱轮(25)、(26)，使介圆弧齿轮(27)与两个半周圆弧滚柱轮(25)、(26)交替啮合，圆弧滚柱轮(25)、(26)的滚柱能够自转，齿轮(23)、(24)圆弧齿轮(25)、(26)、(27)，通过轴(1)、(17)、(3)和轴承(18)组装在箱体(16)中，介圆弧齿轮(27)通过中心轴(3)和变矩齿轮(4)、(5)同心结合，驱动齿条(7)、(8)、(9)、(10)作往复运动，变矩齿轮(4)、(5)可以有不同的半径，使齿条(7)、(8)和(9)、(10)有不同的往复行程和力矩；轴(1)可增加一组齿轮副(28)，在箱体(16)上有个卡簧(29)。
3、按照权利要求1所述的一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵，其特征在于缸体(19)由外缸体(30)、内缸壁(31)、活塞(22)、活塞环(32)、活塞梢(33)、活塞杆(34)、两个缸盖(35)、(36)和缸盖上吸入阀(37)、(38)，排出阀(39)、(40)，缓冲缸(41)、(42)构成；活塞梢(33)与活塞(22)的连结和活塞梢(33)与活塞杆(34)的连结，构成万向运动副(43)；活塞杆(34)与齿条(7)、(8)、(9)、(10)的连结处为螺纹旋合(44)，并有一个反紧螺帽。
4、按照权利要求1所述的一种齿轮变换容积式往复压缩机和泵，其特征在于(a)为对置平衡，单机由两个缸体A缸(47)、B缸(48)组成；(b)为对称平衡，单机由4个缸体A缸(47)、B缸(48)、C缸(49)、D缸(50)组成；在中心轴(3)上可通过变矩齿轮(4)、(5)和(4)′(5)″组成多机组。
5、按照权利要求1所述的一种齿轮式变换容积式往复压缩机和泵，其特征在于在中心轴(3)上通过变矩齿轮(4)、(5)、(59)，齿条(7)、(8)、(9)、(10)、(60)、(61)和缸体(19)、活塞(22)组成三级增压机组，由A(47)、B(48)、C(49)、D(50)、E(57)、F(58)3个单机组成；一样机理结构，也可组成4级、5级增压多机组。
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- 2004-05-18 CN CNB2004100225571A patent/CN100357597C/zh not_active Expired - Fee Related
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