CN1804395A - 往复运动式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种往复运动式压缩机，配置多个气体压缩机，各具有汽缸与活塞，各该气体压缩机的活塞利用限制轭机构将设置于驱动源的曲柄轴的旋转运动变换成往复运动，以连动方式运转。气体压缩机不会加大或不会增加数目，便可以增加压缩气体的排出量。在汽缸头安装膨胀式消音管，以降低排出气体的压力脉动，并抑止与降低振动与噪音。更简化对应曲柄轴的飞轮的安装程序，并且可以轻易达到与曲柄轴的轴线一致。在汇集压缩气体而集中排出的情形，因排出气体产生的压力脉动可以被抑止与降低。

Description

往复运动式压缩机

本申请是2001年6月15日向中国专利局提出的申请号为01121035.4号的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种往复式压缩机，其配置多个具有汽缸与活塞的气体压缩装置，各气体压缩机的活塞，以设置于驱动源的曲柄轴的转动来变换成往复运动，而以连动方式运转。

背景技术

一般的往复运动式压缩机是由一个具有汽缸与活塞的气体压缩装置所构成，然而也是有具有多个气体压缩装置的往复运动式压缩机存在。此种有多个气体压缩装置的往复运动式压缩机，例如图9A所示一般，其具有三组包含汽缸与活塞的气体压缩装置101、102、103；在正交轴105、106上，活塞以往复运动方式相对配置，并且从气体压缩装置101开始依序将气体压缩并加高压，而至气体压缩装置103为最终阶段。

在上述的往复运动式压缩机100，一对相对配置的活塞51、53连结于轭(yoke)1A上，另外一对相对配置的活塞52、54则连结于轭1B上，此轭1B是与轭1A是以相差90度的相位的方式配置。接着，如图9B所示，藉以电动机装置55的转子56使曲柄轴(crank)51旋转，并藉由曲柄57的旋转使曲柄杆(crank pin)58偏心旋转，并具有限制轭(scotch yoke)机构而使其中一对活塞51、53仅沿着轴105的方向往复运动，而另一对活塞52、53仅沿着轴106的方向往复运动。

此限制轭机构是如图11所示的双滑动曲柄(double sliding crank)机构的一种，其可以从旋转运动转换为往复运动或者是从往复运动转换为旋转运动。上述的情形是将旋转运动转换成往复运动。包含轭1A与轭1B的限制轭机构是安装在配置于曲柄57上的下平衡器59与上平衡器60间的曲柄杆58上并与轭1A与轭1B系合。藉此得以抑止振动等问题而稳定运转。

前述的往复运动式压缩机100，在压缩段数的增加下，气体压缩装置，亦即由汽缸与活塞所构成的气体压缩装置在高压侧左右的汽缸与活塞直径会缩小，并且以各压缩装置的预定的位相差异来动作，而使曲柄杆系合连动。

如上所述的往复运动式压缩机，可以依序加高压于压缩气体而提高到预期的气体压力；由于形成于高压侧左右的气体压缩装置的内部容积会变小之故，最后排出的压缩气体量便会缩小。以使用方面为例，在天然气体汽车的加气站、气体射出成型机、电性绝缘气体(六氟化硫)回收装置、碳酸气体冷煤循环等的使用，需要特别大量的压缩气体的供应。为了因应此等要求，是可以将压缩装置的汽缸与活塞的直径加大，而使其内部容积变大；然而，却会造成压缩机体积变大，电动机的电力消耗变大以及成本变高等问题。此外，对于使用多台汽体压缩机的情形，整个设备的装置空间变大并且会产生经费增加的问题。

发明内容

因此，本发明的第一目的是在具有多台汽体压缩机的往复运动式压缩机中，并不会使压缩机变大，并且不使用多台而使压缩气体的排放量增加。

此外，在上述的现有的往复运动式压缩机，各气体压缩机101、102、103的排放口附近会产生因气体所造成的压力脉动，这成为振动与噪音的原因。为此，现有在连结各个气体压缩机101、102、103的连接管分别加装消音管(图略)，以降低排出气体的压力脉动。然而，在安装消音管时，要切除一部分连接管，此部分毹要与消音管溶接，使得组装作业变得麻烦。此外，因为消音管的外径比连接管的外径大，故会造成压缩机本身大型化，这便造成因制作程序与零件增加而产生成本上升的因素。现有的消音管耐久性差，会因为高压气体的排出而会有容易损坏的问题。

因此，本发明的第二目的是在于提供一种往复运动式压缩机，其可以简化消音管的组装程序，使之小型紧致化，成本的降低与耐久性的提升。

此外，在上述现有的往复运动式压缩机，为了使曲柄轴的转速一定或力矩可以平均，便在曲柄轴的下端安装飞轮。例如图6所示，现有的飞轮的安装是在从转子56的轴孔突出的曲柄轴57的下端对飞轮61的轴孔进行烧嵌。此外，在曲柄轴57下端切出公螺纹，而在飞轮61的轴孔切出母螺纹，藉以使之螺接而将飞轮61安装上去。采用上述的现有的飞轮安装方式，将导致安装程序的困难，且曲柄轴57与飞轮61的轴心一致也很困难达成。飞轮61的轴线倾斜安装时，会导致轴心振动的原因。

因此，本发明的第三目的即在提供一种往复运动式压缩机，其具有飞轮的安装程序简单，并且与曲柄轴轴线的一致性很容易达成，而不会产生轴心振动的情形。

再者，在现有的往复运动式压缩机，因为目的要增加排出气体量，故在多个气体压缩机压缩的气体分别以连接管连接汇集到一个地方，将气体集中排放出来。在此情形，各气体压缩机的压缩性能均相同，也就是说汽缸与活塞的大小均相同。随着曲柄杆的转动，各个气体压缩机的压缩动作有一定的间隔；例如，各个压缩气体接由连接管汇集到设置在一气体压缩机的汽缸头内，并从此汽缸头集中排放出去。然而，此种集中排出形式的往复运动式压缩机，由于是透过多个连接管传送到汽缸头内来加以汇集，会有因互相干涉而产生大的压力脉动的问题产生。为此，在各连接管内设置消音管，使从各气体压缩机排出的气体的压力脉动可以降低，但是消音管的安装是非常麻烦的，会导致零件增加而使成本增加，更会使压缩机本身产生体积变大的问题。

因此，本发明的第四目的即在提供一种集中排放式的往复运动式压缩机，其不必在连接管安装消音管，利用汇集的压缩气体的干涉来抑止与降低压力脉动。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

图1A是绘示往复运动式压缩机整体的平面图；

图1B是绘示部分剖面的正视图；

图1C是绘示部分剖面的侧视图；

图2绘所示2汽缸1段压缩方式所构成的往复运动式压缩机；

图3为绘示本发明的适用2系统2段压缩方式的往复运动式压缩机的实施例；

图4绘示在气体压缩的汽缸头所安装的膨胀式消音管的剖面示意图的实施型态；

图5绘示飞轮的安装状态的重要元件的剖面图；

图6绘示现有飞轮的安装状态的重要元件的剖面图；

图7绘示本发明的往复运动式压缩机的典型示意图；

图8绘示利用连接管从各气体压缩机传送的气体压力波的波形状态图；

图9A绘示现有的往复运动式压缩机的横剖面图；图9B绘示纵剖面图；

图10绘示曲柄轴装置的说明图；以及

图11绘示限制轭机构的说明图。

附图标记说明：

1～4气体压缩机           5汽缸头

5a排放口                 6～8/4b连接管

9风扇箱                  10基座

11风扇马达               12冷却风扇

13进气孔                 14支撑脚

15防振轮                 16支柱

17冷却外壳               18保护盖

19电动机装置             20吸入口

21第一气体压缩机         22第二气体压缩机

21a排放口                23汽缸头

24连接管                 23a排放口

24连接管                 23a排放口

31A、31B第一段气体压缩机

32A、32B第二段气体压缩机

56转子                   57曲柄轴

61飞轮                   61a轴孔

101/102/103气体压缩机

121减压件                122固定栓

123膨胀式消音管          124排放口

221飞轮                  221a圆柱状安装部

221b安装孔                  222转子

222a轴孔                    223曲柄轴

224固定栓                   225插栓

具体实施方式

接着，依据所附的图式来说明本发明的往复运动式压缩机的优选实施例。其中图11中，标号60表示曲柄，标号62表示滑动器。

第一实施例

此为达成前述的本发明的第一目的的实施例。图1A是绘示往复运动式压缩机整体的平面图；图1B是绘示部分剖面的正视图；图1C是绘示部分剖面的侧视图。往复运动式压缩机P1是由四个气体压缩装置，亦即第一气体压缩机1、第二气体压缩机2、第三气体压缩机3与第四气体压缩机，以十字型彼此相对配置。此四个气体压缩机1～4分别均具有汽缸与活塞，与前述的现有往复运动式压缩机的相异处在于此四个气体压缩机的内容积与压缩性能均相同。第一气体压缩机1的活塞与第三气体压缩机3的活塞是以同轴方式连结在其中一个轭上；而第二气体压缩机2的活塞与第四气体压缩机4的活塞是以同轴方式连结在另一个相差90度位相的轭上。

在前述的第四气体压缩机4的汽缸头部装配汽缸头5，其内部设置气体通路，并且在其中一端设置排放口5a。此气体通路与前述的第一气体压缩机1的排放口1a、第二气体压缩机2的排放口2a与第三气体压缩机3的排放口3a，分别以第一连接管6、第二连接管7与第三连接管8相连。藉此，在各个气体压缩装置1～4，被压缩的气体会汇集到汽缸头5内的气体通路。

往复运动式压缩机P1为无润滑型式，并具有冷却用的冷却装置Q。如图1B与图1C所示，冷却装置Q在风扇箱(fan casing)9内的基座(unit base)10上设置风扇马达(fan motor)11，其旋转轴的前端安装冷却风扇，而风扇箱9的侧面则设置付护网(net)的进气孔(intake)13。往复运动式压缩机P1经由支撑脚14安装在冷却装置Q上，支撑脚14的上端配有防振轮15，以吸收往复运动式压缩机P1产生的振动。此外，在风扇壳9的四个角落竖立支柱16，以稳定支撑往复运动式压缩机P1。冷却用外壳17配置于往复运动式压缩机P1的周围。保护盖(terminal cover)18用来做为往复运动式压缩机P1的电动机装置19的连接端子。

如上所述的往复运动式压缩机P1的构造，气体由设置在气体供应源上端的吸入口20所供应，之后气体流至气体压缩机1～4内的汽缸，并经由活塞将气体压缩。利用活塞的压缩步骤，随着上述的电动机装置19的转子的转动，如同现有方式一般，经由曲柄轴转动曲柄杆，使相差90度相位的两个轭得以动作。曲柄轴转动一圈，第一气体压缩机1～第四气体压缩机4便依序压缩其内部的气体。在第一气体压缩机1中被压缩的气体便从排放口1a排出，并经由第一连接管6送入汽缸头5内；同样地，在第二气体压缩机2与第三气体压缩机3中被压缩的气体便分别经由第二连接管7与第三连接管8送入汽缸头5内。再者，在第四气体压缩机4中被压缩的气体也从排放口4a排出，而送入汽缸头5内。据此，在第一气体压缩机1～第四气体压缩机4分别被压缩的气体，便汇流到汽缸头5，而此汇流的压缩气体便从排放口5a一起排出。藉此，从往复运动式压缩机P1所排出的压缩气体的排放量便增大4倍。

如前所述，由于第一气体压缩机1的活塞与其相对的第三气体压缩机3的活塞是直接连结在其中一个轭上，在以第一气体压缩机1进行气体压缩操作时，于第三压缩机3往汽缸内的气体吸入动作也会同时进行；相反地，在以第三气体压缩机3进行气体压缩操作时，于第一压缩机1往汽缸内的气体吸入动作也会同时进行。同理，由于第二气体压缩机2的活塞与其相对的第四气体压缩机4的活塞是直接连结在错开90度的另一个轭上，在以第二气体压缩机2进行气体压缩操作时，于第四压缩机4往汽缸内的气体吸入动作也会同时进行；相反地，在以第四气体压缩机4进行气体压缩操作时，于第二压缩机2往汽缸内的气体吸入动作也会同时进行。因此，随着前述的曲柄杆的旋转，便以第一气体压缩机1～第四气体压缩机4的顺序反覆地进行压缩动作，因而可以在汽缸头5将汇集的大量压缩气体连续地排放出来。

在上述的情形中，虽然是以4汽缸1段压缩的方式为例子，然而也可以使用如图2所示一般的2汽缸1段压缩方式所构成的往复运动式压缩机P2来实施。亦即，第一气体压缩机21与第二气体压缩机22为相对配置，而第一气体压缩机21的排放口21a与第二气体压缩机22侧的汽缸头23是以连接管24相连接。此往复运动式压缩机P2中，于第一气体压缩机21被压缩的气体经由前述的连接管24送入汽缸头23，并且与在第二气体压缩机22被压缩的气体汇集而从汽缸头23的排放口23a集中排放出来。藉此，可以使气体排出量增加两倍。

在此情形下，相对配置的第一气体压缩机21的活塞与第二气体压缩机22的活塞是直接连结在一个轭上，并藉由前述的限制轭机构使之往复运动。于一方进行气体压缩的动作时，在另一方便进行气体吸入动作。此外，以图式省略的3汽缸方式来实施，或者是以星型等的十字型以外的对向配置，也可以改变为5汽缸以上的方式来实施。

图3为绘示本发明的适用2段压缩方式的实施例。往复运动式压缩机P3是将四个气体压缩机对向配置为十字型，以构成2系统的2段压缩机构。亦即，第一段气体压缩机31A、31B以错开90度相位的方式配置，第二段气体压缩机32A、32B也以错开90度相位的方式配置。藉由将第一段气体压缩机31A与第二段气体压缩机32A以连接管33A连接，而另一边的第一段气体压缩机31B与第二段气体压缩机32B以连接管33B连接，以形成2系统的2段压缩机构RA、RB。第二段气体压缩机32A、32B的排放口34A、34B在S点汇集而集中排放出来。

在前述的2段压缩机构RA中的第一段气体压缩机31A与在2段压缩机构RB中的第二段气体压缩机32B是位在相对位置以其中一个轭直接连结，2段压缩机构RB中的第一段气体压缩机31B与在2段压缩机构RA中的第二段气体压缩机32A是位于相对位置以错开90度的另一个轭直接连结。在此情形，曲柄杆转动一次，便以第一段气体压缩机31B、31A与第二段气体压缩机32A、32B的顺序来压缩气体。在第一段气体压缩机31B、31A被压缩的气体，藉由前述的连接管33B、33A分别送入第二段气体压缩机32B、32A；而在在第二段气体压缩机32B、32A被压缩的气体，藉由前述的排放管34B、34A汇集于S点集中排放出来。藉此，利用将分别在2系统的2段压缩机构RA、RB被压缩的高压气体使之汇集，可以将排放量增加两倍。

藉由此发明，在具有多个气体压缩机的往复运动式压缩机中，因为其构成是使在各个气体压缩机压缩的气体汇集于一个地方，所以不会使压缩机本身大型化，或者不必使用多台，可以对应气体压缩机的数目增加数倍的气体排放量。此外，利用形成2系统的2段压缩机构的构造，并且藉由在个别的2段压缩机构压缩的气体汇集到一个地方，可以使气体排放量增大。

第二实施例

此例是为了达成前述本发明的第二目的实施例。如图4所示，减压件(discharge block)121利用固定栓122安装于前述第四气体压缩机4的汽缸头5的排放口5a。膨胀式消音管(muffler)形成于减压件121的往排放口5a的连接部。膨胀式消音管123内部是以配置空间S方式形成，空间S的内径比汽缸头5的排放口5a内径还大，而前端则形成内径比空间S内径还小的排放口124。排放口124连接到图未显示的气体供应管。

如前所述，在第一压缩机1～第三压缩机被压缩的气体，通过第一连接管6～第三连接管8，分别送入至第四压缩机4侧的汽缸头，并且与在第四压缩机4被压缩的气体汇集，而从汽缸头5的排放口5a排放至前述的减压件。由于在减压件121处形成前述的膨胀式消音管123，故从汽缸头5的排放口5a所排出的高压气体，在通过空间S的时候，会使得压力急剧下降。因此，可以降低高压气体的压力脉动，而且伴随而来的振动与噪音也可以抑止降低。

由于前述的减压件121的形状很小，安装于汽缸头5的排放口5a处也不会占用太多空间，因而不会造成往复运动式压缩机的体积增大。另外，由于减压件121是以前述的方式利用固定栓121简单地安装上去，与现有的消音管安装相较之下，作业可以简化，步骤、零件与成本都可以抑止降低。再者，减压件121比起现有的消音管更具有耐久性的优点，可以充分地因应高压排放气体。

在上述的实施例中，内建膨胀式消音管123的减压件121仅安装于第四气体压缩机的汽缸头5，但在第一气体压缩机1～第三气体压缩机的各个排放口也可以安装。藉此，排放气体的压力脉动可以更进一步地降低。

藉由此发明，于具有多个气体压缩机的往复运动式压缩机中，因为至少有一个气体压缩机的排放口处安装膨胀式消音管，故可以降低排放气体的压力脉动且抑止振动与噪音，同时相较于现有的消音管，其可以使安装程序更为简化，小型紧致化，成本降低与耐久性提高等等。

第三实施例

此例是为了达成前述的本发明的第三目的的实施例。如图5所示，飞轮(fly wheel)221的上端部形成圆柱状的安装部221a，并且在轴线方向设置安装孔221b。圆柱状的安装部221a是以电动机19的转子222的轴孔222a为基准所形成；亦即，圆柱状安装部221的外径与转子222的轴孔222a的内径一致。安装飞轮221是将前述的圆柱状安装部221插入转子222的轴孔222a中，使其上端面与曲柄轴223的下端面接触，再将固定栓224插入前述的安装孔221b中，使之与设置于曲柄轴223的轴线方向的螺丝孔223a螺接固定。

在安装的时候，在将前述飞轮221的圆柱状安装部221a插入转子222的转孔222a中而使上端面与曲柄轴223的下端面接触时，飞轮221的轴线与曲柄轴223的轴线为一致，并且也与转子222的轴线一致。因为曲柄轴223是预先使其对转子222的轴线一致而安装，飞轮221便可藉由转子222使之与曲柄轴223的轴线一致。藉此使飞轮221与曲柄轴223的轴线，相较于旧有的方式更为简单，由于不必使用锻烧而可以仅使用一个固定栓，故组装程序可以很容易。此外，由于螺孔223a可仅在曲柄轴223侧，可以比现有的螺接方式的螺丝切割程序更少。在此情形，因为飞轮221与曲柄轴223的接触位置是利用转子222的轴孔222a来固定，故安定性良好。

插栓225是连结飞轮221的圆柱状安装部221a与曲柄轴223的下端。如前所述一般，在将飞轮221插入转子222的轴孔222a时，因在圆柱状安装部221a与曲柄轴223上所分别设置的插栓槽(图未绘示出)，故可以使插栓225容易插入。插栓225可以强化飞轮221与曲柄轴223间的结合，并且做为防止松动的作用。藉此，在启动与停止时均可以具有良好的稳定性。

藉由此发明，以往复运动式压缩机中的转子的轴孔内径为基准，来形成飞轮的圆柱状安装部，并且利用将此圆柱状安装部插入转子的轴孔，使之与飞轮的轴线一致。因为以一个固定栓来螺接安装飞轮，因此飞轮的安装程序变得简单，并且与曲柄轴的轴线配合也可以很容易，藉以得到不会产生轴心振动等优良的效果。

第四实施例

此例是为了达成上述的本发明第四目的的实施例。图6是绘示前述的往复运动式压缩机P1的典型示意图。在此，前述的第一连接管6的长度为L1、第二连接管7的长度为L2、第三连接管8的长度为L3，而从第四气体压缩机4至汽缸头5的距离(可以为第四连接管4b)为L4。各个连接管的内径为相同。

如前所述一般，当曲柄杆转动一次时，第一气体压缩机1～第四气体压缩机4便依序进行压缩，而压缩气体接着汇集到汽缸头5集中排放出去，而在此气体汇集处T，压缩气体的压力波可以互相抵消而抑止压力脉动的产生。在此，因为第一气体压缩机1～第四气体压缩机4分别相差90度(π/2)的相位，故在到达曲柄杆转一圈(2π)时，需要将各压缩气体的压力波互相抵消。

前述往复运动式压缩机P1的各个连接管的长度是限定在从压缩机整体的大小的某程度范围内，在此范围中例如第二连接管2的优选长度L2为1.133m。为了研究通过第二连接管2内的压缩气体的波形，安装压力侦测器来测定之，曲柄杆在旋转一圈间的波形山峰的数目为5个。此时曲柄杆的转数为1800rpm。第二连接管2的长度L2为1.133m，而关于其他连接管的长度也限定在从压缩机整体大小的范围内，以优选的长度来实验；在L1＝0.708m、L3＝0.436m、L4＝0.298m的情形时，可以将脉动抑制到最小限度。在研究调查通过第一连接管6、第二连接管7与第四连接管4的压缩气体的压力波形后，在曲柄杆转一圈期间，在第一连接管6内的波形山峰数为8个，在第三连接管8内的波形山峰数为13个，而在第四连接管4b内为19个。

图7是依据上述的波形山峰数目，绘示出相差90度相位差的压力波形。在曲柄杆转一圈的时间点(2π)，第一气体压缩机1以及与其相对配置的第三气体压缩机3的压力波会彼此互相抵消，且第二气体压缩机2以及与其相对配置的第四气体压缩机4的压力波会彼此互相抵消。以此周期方式反覆操作而从汽缸头的汇集处T将气体集中排放出，此时的压力脉动便被抑止而抵消。

藉由此发明，在具有多个气体压缩机的往复运动式压缩机中，从各个压缩机到汽缸头的汇集处之间，用以传送压缩气体的各个连接管长度是设定在预定的长度，如此便可以在将气体集中排出时的压力脉动加以抑制而降低。藉此，往复运动式压缩机的振动与噪音等问题可以显著地降低。此外，因为不必像现有一般，在各个连接管安装连接管，故可以防止困难的组装作业，因零件增加而产生的高成本，以及压缩机本身的大型化等问题。

综上所述，虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作出各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视后附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (3)

1.一种往复运动式压缩机，配置多个气体压缩机，各具有一汽缸与一活塞，各该气体压缩机的该活塞是利用一限制轭机构将设置于一驱动源的一曲柄轴的旋转运动变换成往复运动，而以连动方式运转，并且至少在其中一个该气体压缩机的排放口处安装一膨胀式消音管。

2.如权利要求1所述的往复运动式压缩机，该些气体压缩机是由四个气体压缩机以十字型方式彼此相对配置，在其中该三个气体压缩机分别被压缩的气体，藉由一连接管分别传送到剩下一个气体压缩机的一汽缸头，并且与在该剩下的气体压缩机被压缩的气体汇集后，从该汽缸头集中排放出，该膨胀式消音管是安装于该汽缸头的排放口。

3.如权利要求1或2所述的往复运动式压缩机，其中该膨胀式消音管是安装于一减压件的连接部，而该减压件则安装于该气体压缩机或该汽缸头的排放口。

Images