CN203627774U - 一种单阀膨胀机的活塞系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单阀膨胀机的活塞系统，主要包括活塞与顶杆部件。其中活塞包括活塞套与活塞体两部分，两者通过螺纹连接，相对位置可调，以调整气缸内工作容积；顶杆部件为一种液力顶杆系统，通过调整顶杆底部的弹簧弹力与其液体腔内的液面高度，可以调整顶杆与气阀接触时的顶力大小，调整膨胀机的进气提前角，从而可以改变气阀的开启时刻与进气时长，采用弹簧与液压相结合的方式可以有效的降低气阀顶杆与气阀碰撞对弹簧的影响，增加气阀的缓冲时间。本实用新型相对于传统的单阀膨胀机，可以根据需要调整其工作容积及进气提前角，扩大了膨胀机的工作范围，提高了膨胀机的灵活性，并且通过调整进气提前角，可以提高膨胀机的效率。

Description

一种单阀膨胀机的活塞系统

技术领域

本实用新型涉及一种单阀膨胀机的活塞系统，具体为该活塞系统可调节膨胀机气缸内工作容积以及进气阀启闭角度。

背景技术

单阀活塞式膨胀机曾用于小型制冷和空分领域，相比于传统的双阀活塞式膨胀机，它具有结构简单、易密封、运转速度高、效率高等优点。近年来，随着小型压缩空气储能系统、小型超临界CO₂动力循环、小型余热回收利用系统、小型有机郎肯循环等技术的发展，单阀活塞式膨胀机将可以作为上述系统的动力输出设备，具有良好发展前景。

常规的单阀膨胀机，其活塞部件为固定结构，一旦制造完毕，将不可以调节其工作容积；在进气时段内，顶杆系统与气阀为刚性碰撞，气阀近似沿与气缸轴线对称的曲线运动，进气提前角与进气时长两者密切关联，较大的进气提前角将增加膨胀机压缩冲程的耗功，降低膨胀机的工作效率。若可以调节气缸的工作容积，将可以扩大膨胀机的额定工作范围，提高其灵活性；若改顶杆与气阀的刚性碰撞为弹性碰撞，降低进气时长与进气提前角的关联性，调整其进气提前角，则可以提高膨胀机的效率。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点和不足，本实用新型旨在提供一种单阀膨胀机的活塞系统，可提高单阀膨胀机工作参数的可调节性，可调节气缸的工作容积，扩大膨胀机的额定工作范围，提高其灵活性，并且可以改变进气阀的运动规律，降低进气时长与进气提前角的关联性，调整进气提前角，提高膨胀机的效率。

为实现上述目的，本实用新型的单阀膨胀机的活塞系统，其活塞由两部分组成，分别为活塞套与活塞体，两者为螺纹联接，其相对位置可以调整，从而可调节气缸的工作容积；本实用新型的顶杆部件与活塞体相连，为一种液力顶杆系统，可以调节进气过程中气阀的运动规律，降低进气时长与进气提前角的关联性，调整进气提前角。

本实用新型为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种单阀膨胀机的活塞系统，包括设置在所述单阀膨胀机的气缸中的活塞、与活塞连接的连杆及液力顶杆，其特征在于，所述活塞包括活塞套和活塞体，所述活塞体设置在活塞套的内部，所述活塞套的内圆柱面套设在活塞体的外圆柱面上，二者之间的连接面是密封的，且所述活塞套的顶面高于所述活塞体的顶面，所述活塞套位于所述活塞体的顶面之上的空间构成气缸工作容积，所述活塞套和活塞体之间的相对位置可调；其中，所述活塞体内设有液力顶杆容纳腔，所述液力顶杆一端套设在所述液力顶杆容纳腔中并被所述液力顶杆容纳腔的底面所弹性支撑，另一端伸入所述气缸工作容积中。

优选地，所述活塞套和活塞体螺纹连接。

优选地，所述液力顶杆被设置在所述液力顶杆容纳腔底面的弹性部件所弹性支撑。优选地，所述弹性部件为弹簧。

优选地，在所述液力顶杆处于未被压缩的状态时，所述液力顶杆的伸入所述气缸工作容积中的一端，伸出于所述活塞套的顶部之外。

优选地，所述液力顶杆上设有凸台，在所述液力顶杆容纳腔的上部设置向内伸展的突起，所述凸台位于所述液力顶杆容纳腔中且可沿着所述液力顶杆容纳腔的内壁滑动但不会脱离所述液力顶杆容纳腔，且所述凸台与所述液力顶杆容纳腔的内壁之间是密封的。

优选地，在所述液力顶杆上还设有位于所述凸台下方的另一凸台Ⅱ，所述凸台Ⅱ与所述弹性部件的顶部相抵触。

优选地，所述液力顶杆容纳腔包括液体腔和泻流腔，所述液体腔位于所述凸台Ⅱ下方，所述泻流腔位于所述凸台Ⅱ与凸台之间。

优选地，所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ与凸台之间的部分，以及所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ下方的部分，其横截面面积均小于所述凸台Ⅱ的横截面面积。

当活塞系统从下止点运行至接近上止点时，液力顶杆与膨胀机的进气阀接触，即将开始进气过程，此时，弹簧以及液体腔内的液体受到来自顶杆的压力，弹簧被压缩，液体腔内的液体通过顶杆部分处的液体通道被挤压至泻流腔内；此时活塞继续向上止点运动，弹簧的弹力增加，将推动顶杆打开气阀，开始进气。当活塞从上止点向下止点运动时，顶杆与气阀逐渐脱离，弹簧逐渐恢复至初始状态，顶杆逐渐恢复至初始位置，泻流腔内液体通过顶杆部分处的液流通道流回液体腔，最后气阀关闭，完成进气过程。调整液力顶杆单元的弹簧弹力大小或者改变其下部液体腔中的液面高度，将可以调整进气阀的启闭时刻。当弹簧弹力增大，或者液面高度增加时，将增大顶杆与气阀碰撞后的顶力，增大进气提前角与进气时长；当弹簧弹力减小，或者液面高度降低时，将减小顶杆与气阀碰撞后的顶力，减小进气提前角与进气时长。

优选地，所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ下方的部分，沿着杆的壁面从上到下开有凹槽作为液体通道。

优选地，所述液体腔中的液体为液压油。

优选地，所述弹性部件的弹力与液体腔内的液面高度均是可调的，通过调整所述弹性部件的弹力与液体腔内的液面高度，可以调整顶杆与气阀接触时的顶力大小。

本实用新型的单阀膨胀机的活塞系统中，所述活塞套和活塞体之间的相对位置是可调的，当调整活塞套与活塞体的相对位置，增加气缸内的容积时，膨胀机的工作流量将增加，其额定膨胀比将减小；当减小气缸内的容积时，膨胀机的工作流量将减小，其额定膨胀比将增大。

本实用新型所述的单阀膨胀机的活塞系统，调整液力顶杆单元的弹簧弹力大小或者改变其下部空腔中的液面高度，将可以调整进气阀的启闭时刻；当弹簧弹力增大，或者液面高度增加时，将增大顶杆与气阀碰撞后的顶力，增加进提前气角；当弹簧弹力减小，或者液面高度降低时，将减小顶杆与气阀碰撞后的顶力，从而减小进气提前角。

本实用新型所述的单阀膨胀机的活塞系统，其液力顶杆系统，液体通道处顶杆的截面面积大于其上部泻流腔位置的顶杆截面面积。

本实用新型效果是：能够根据流量与膨胀比的需要调整活塞系统中活塞套与活塞体的相对位置，从而调节气缸的工作容积，扩大膨胀机运行的工况范围；其液力顶杆系统能够调节进气阀的运动规律，改变进气提前角，提高膨胀机的运行效率。

附图说明

图1为本实用新型的单阀膨胀机的活塞系统的剖面图；

图2（a）、2（b）、2（c）与2（d）为本实用新型的液力顶杆部分的截面图，各图中，左边的是凸台Ⅱ的横截面图，右边的是所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ下方的部分的横截面图。

图中：1-活塞套；2-活塞体；3-气缸工作容积；4-液力顶杆；5-螺纹；6-弹性部件；7-液体腔；8-凸台；9-液力顶杆位于凸台与凸台Ⅱ之间的部分；10-凸台Ⅱ；11-液力顶杆位于凸台Ⅱ下方的部分；12-泻流腔；13-连杆。

具体实施方式

本实用新型是对单阀膨胀机的活塞系统进行了改进，至于单阀膨胀机的其他部件未作任何改动，因此以下只针对活塞系统的工作状况作描述。

本实用新型所述的单阀膨胀机的活塞系统，其活塞由两部分组成，分别为活塞套与活塞体，两者为螺纹联接，其相对位置可以调整；本实用新型的顶杆部件与活塞体相连，为一种液力顶杆系统，可以调节进气过程中气阀的运动规律。

下面结合附图作进一步的描述。

本实用新型一种单阀膨胀机的活塞系统，其剖面图如图1所示，包括设置在所述单阀膨胀机的气缸中的活塞、与活塞连接的连杆13及液力顶杆4，所述活塞包括活塞套1和活塞体2，活塞套1与活塞体2两者为螺纹密封联接，且所述活塞套1的顶面高于所述活塞体2的顶面，所述活塞套1的位于所述活塞体2的顶面之上的空间构成气缸工作容积3，二者之间的相对位置可调，当调整两者的相对位置，增加气缸工作容积3时，膨胀机的工作流量将增加，其额定膨胀比将减小；当减小气缸内的容积3时，膨胀机的工作流量将减小，其额定膨胀比将增大。所述活塞体2内设有液力顶杆容纳腔，所述液力顶杆4一端套设在所述液力顶杆容纳腔中并被所述液力顶杆容纳腔的底面所弹性支撑，另一端伸入所述气缸工作容积3中。

所述液力顶杆4被设置在所述液力顶杆容纳腔底面的弹性部件6所弹性支撑，所述弹性部件6优选为弹簧。在所述液力顶杆4处于未被压缩的状态时，所述液力顶杆4的伸入所述气缸工作容积3中的一端，伸出于所述活塞套1的顶部之外。所述液力顶杆4上设有凸台8，在所述液力顶杆容纳腔的上部设置向内伸展的突起，所述凸台8位于所述液力顶杆容纳腔中且可沿着所述液力顶杆容纳腔的内壁滑动但不会脱离所述液力顶杆容纳腔，且所述凸台8与所述液力顶杆容纳腔的内壁之间是密封的。在所述液力顶杆4上还设有位于所述凸台8下方的另一凸台Ⅱ10，所述凸台Ⅱ10与所述弹性部件6的顶部相抵触。所述液力顶杆容纳腔包括液体腔7和泻流腔12，所述液体腔7位于所述凸台Ⅱ10下方，所述泻流腔12位于所述凸台Ⅱ10与凸台8之间。优选地，所述液力顶杆4位于所述凸台Ⅱ10与凸台8之间的部分9，以及所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ下方的部分11，其横截面面积均小于所述凸台Ⅱ10的横截面面积。

对于液力顶杆4，当活塞系统从下止点运行至接近上止点时，液力顶杆4与膨胀机的进气阀接触，即将开始进气过程，此时，弹簧6以及液体腔7内的液体受到来自顶杆4的压力，弹簧6被压缩，液体腔7内的液体通过凸台Ⅱ10处的液体通道被挤压至泻流腔12内；此时活塞继续向上止点运动，弹簧6的弹力增加，将推动顶杆4打开气阀，开始进气。当活塞从上止点向下止点运动时，顶杆4与气阀逐渐脱离，弹簧6逐渐恢复至初始状态，顶杆4逐渐恢复至初始位置，泻流腔12内液体通过凸台Ⅱ10处的液流通道流回液体腔7，最后气阀关闭，完成进气过程。调整液力顶杆单元的弹簧6弹力大小或者改变其下部液体腔7中的液面高度，将可以调整进气阀的启闭时刻。当弹簧6弹力增大，或者液面高度增加时，将增大顶杆4与气阀碰撞后的顶力，增大进气提前角与进气时长；当弹簧(6)弹力减小，或者液面高度降低时，将减小顶杆与气阀碰撞后的顶力，减小进气提前角与进气时长。

本实用新型所述的一种单阀膨胀机的活塞系统，其液力顶杆系统，凸台Ⅱ10的截面面积大于其上部泻流腔位置的顶杆9截面面积。这两处的截面形状可以为图2（a）、（b）、（c）与（d）任意一组。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种单阀膨胀机的活塞系统，包括设置在所述单阀膨胀机的气缸中的活塞、与活塞连接的连杆及液力顶杆，其特征在于，所述活塞包括活塞套和活塞体，所述活塞体设置在活塞套的内部，所述活塞套的内圆柱面套设在活塞体的外圆柱面上，二者之间的连接面是密封的，且所述活塞套的顶面高于所述活塞体的顶面，所述活塞套的位于所述活塞体的顶面之上的空间构成气缸工作容积，所述活塞套和活塞体之间的相对位置可调；其中，所述活塞体内设有液力顶杆容纳腔，所述液力顶杆一端套设在所述液力顶杆容纳腔中并被所述液力顶杆容纳腔的底面所弹性支撑，另一端伸入所述气缸工作容积中。 

2.如权利要求1所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述活塞套和活塞体螺纹连接。 

3.如权利要求2所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述液力顶杆被设置在所述液力顶杆容纳腔底面的弹性部件所弹性支撑。 

4.如权利要求3所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，在所述液力顶杆处于未被压缩的状态时，所述液力顶杆的伸入所述气缸工作容积中的一端，伸出于所述活塞套的顶部之外。 

5.如权利要求4所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述液力顶杆上设有凸台，在所述液力顶杆容纳腔的上部设置向内伸出的突起，使得所述凸台位于所述液力顶杆容纳腔中且可沿着所述液力顶杆容纳腔的内壁滑动但不会脱离所述液力顶杆容纳腔，且所述凸台与所述液力顶杆容纳腔的内壁之间是密封的。 

6.如权利要求5所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，在所述液力顶杆上还设有位于所述凸台下方的另一凸台Ⅱ，所述凸台Ⅱ与所述弹性部件的顶部相抵触。 

7.如权利要求6所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述液力顶杆容纳腔包括液体腔和泻流腔，所述液体腔位于所述凸台Ⅱ下方，所述泻流腔位于所述凸台Ⅱ与凸台之间。 

8.如权利要求7所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ与凸台之间的部分，以及所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ下方的部分，其横截面面积均小于所述凸台Ⅱ的横截面面积。 

9.如权利要求8所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述液力顶杆位于所述凸台Ⅱ下方的部分，沿着杆的壁面从上到下开有凹槽作为液体通道。 

10.如权利要求7至9任一项所述的单阀膨胀机的活塞系统，其特征在于，所述液体腔中的液体为液压油。 

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