CN2045028U - 融衡式能量转换机 - Google Patents

Abstract

一种新式压缩机称为融衡式能量转换机，分为压缩机主机及平衡调节器两部分，均由活动缸体、固定柱塞、密封压盖所组成，装在气罐中。主机及平衡调节器的活动缸体相互连接在一起且有管道相通，固定柱塞也相互与气罐连成整体。主机缸体做往复运动调节平衡器缸体亦随之运动，压缩空气到罐内，密封压盖在往向推进时与缸体密闭，退回时脱开使推力与阻力相互抵消达到平衡，以解决压缩机在持续升压中产生反压阻力的问题，本机可用于各种增压设备上起到省力节能的作用。

Description

本实用新型涉及一种融衡式能量转换机构的空气压缩机，工作时起调节平衡的作用。

一般的空气压缩机为压力罐，单向阀及柱塞泵所组成，柱塞往复压缩后，罐内压力升高阻力加大，需要的外力作用也随之加大，若想节省外作用力，只有降低罐内压力，或缩小柱塞面积，当然降低罐内压力不能满足工作需要，缩小柱塞面积必然减少流量，欲满足流量，就要增加往复行程次数，从这传统柱塞泵工作情况来看，在持续升压中，如何避开压力的反压现象，如何能使压缩机在工作时与生成后的压力保持平衡，这是需要解决的困难问题。

本实用新型的目的就是提供一种融衡式能量转换机构的空气压缩机，（简称为融衡式能量转换机）它能在压缩机持续升压过程中，消除其阻力，当主缸体作往复运动时，使推力与阻力相互抵削而达到平衡，以节省能耗。

从流体静力学中知道，一物体在密封流体罐中，不论压力的升降，物体各面始终保持着相等的力在相互作用着。力的相互平衡也就使物体始终处于静止状态，倘受外力作用而发生运动时，即沿受力方向移动与罐内原始流体压力无关。欲避开运动时产生的阻力，只有在压力之中求得平衡。

本实用新型空压机的结构特点是：使压缩机“浸”在压力介质之中，变传统的柱塞做往复运动为缸体做往复运动，柱塞固定不动。由原来的低压流体介质向高压区强行挤进的往向压缩改为由高压流体介质向低压区融汇的复合聚合，在往复行程中，使相互作用的力抵削而达到平衡。因此称为融衡式能量转换机构。再者本机由原来的压力差关系改为面积差关系，因为压力差只有加大输入功率来解决，而面积差可以加减受力面积，改变物体形状来解决，这些都是与传统压缩方法有着根本的不同处。也是本机为避免反压阻力及保持力的平衡所采用的措施。

本实用新型的融衡式能量转换机可分为两大部分。

一为主机部分，以“压缩”为主，另一为辅助部分以调节平衡为主，主机部分由缸体、固定柱塞、及带有碰撞开关的密封压盖三部分组成。工作缸体为圆柱形式，一端浸在压力罐内，另一端露在罐外，当缸体在外力作用下作“往”向移动时，缸体与压盖严密封闭，由于柱塞固定不动，在缸腔内形成真空，从而导致在大气压力的作用下的流体通过柱塞内的单向阀来填充。随着缸体的移动，缸腔亦随之而充满吸进来的压力介质，当缸体被推移到顶端时，由于密封压盖没有碰撞开关，随即因碰撞打开通道，罐内的高压介质便顺流急速涌进缸腔内，与吸进来的流体便交相融汇，低压介质顿时融成了高压，压力罐将暂时出现压降而后上升，高压介质的涌进，也为密封压盖的开启作好准备。

当缸体做“复”向运动时，也就是退回时，密闭压盖必须与缸体脱开，暂时滞留原处，形成缸体以固定柱塞为滑动中心的单方缸体的退缩（脱离压盖），使得缸体内积存的压力介质顺利地“丢”在缸腔外（罐内）。当缸体退到底端时，密封压盖通过控制拉捍，在弹簧的作用下与缸体复位密封，如是便完成了一次“压缩”过程。

二为辅助部分。即平衡调节器（以下简称为器）。由密封压盖活动缸体，固定柱塞及排气通道所组成，该器全部“浸”在压力介质之中，当缸体与密封压盖密闭时，该器虽然被压力介质所包围，在静压中不受外力干扰，各对应面所受的压力都相等而方向却相反。这就是说，该器处在压力相互抵削的平衡状态，一旦罐内生成无孔不入的强压时，在“往”向运动中，压力介质便沿着缸体备有的入孔口强行挤入，必以固定柱塞为反作用面，向压盖的内侧产生推力。又由于固定柱塞的另一侧与大气相通，若以压力相比，此侧便成为无力抗衡的低压区，这样，该器便因受力不均而失去平衡，从图中可以看到，此时该器只有三处与压力有关，即密封压盖的顶部，缸体的尾部及固定柱塞的外侧（另一侧为低压区）压盖顶端和缸体尾部受力相反，使其相反的力相等而抵削。而柱塞外侧则以固定柱塞面为反作用力（由气孔通入）向压盖端方向产生推力，只要缸体处在底处，密封压盖与缸体密合，在罐内压力作用下通过孔进入气缸内（柱塞外侧），产生的这种推力，实际上只是个调节平衡关系，其中并不消耗压力，罐内不发生压降。

当做复向运动时，由于盖体与主机的盖体相连，密封压盖也必须滞留原处，以便与缸体脱开，使之无阻碍地排出滞留于缸腔内的压力介质，其意图与主机缸体相同，不复再述，这样就剩下用推力来克服返回时尾端锥体的压阻了（由顶端退回到底端）。缸体的尾端，如果是一端平面或尾端成一锥体，在做复向运动时，所需的外作用力是不一样的，从实验知道，该器尾端改为14°锥体，在返回时，比端面将减少一半的阻力。故改变尾部形状，如14°锥体，用两个调节平衡器，其锥体退回时阻力就抵削这个推力，（此推力指主缸体盖5与主缸体脱开后气罐压力介质对主缸体端部壁厚的环形面积所产生的推力）对附图及下面实施例来看，很清楚。

发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是本实用新型融衡式能量转换机的剖面图。

图2图2a是主机体往复行程位置剖面示意图，

图3、图3a是平衡调节器往复行程位置剖面示意图。

下面结合附图详细说明本实用新型的具体结构。

参阅图1该结构包括一个空气压缩机主体和环绕在周围2个、4个、6个平衡调节器连接组成。主缸体7左面及平衡调节器全部密封装在气罐25内，主缸体右端露在罐外，主缸体7内装有固定柱塞杆18，活塞20内装有单向球阀，活塞左端有一能开合的密封压盖5，内有气孔通道23，中心装有碰撞开关3，活塞杆右端借螺母13与固定支架14连接固定。固定支架用螺钉11与罐体连接。主缸体往复移动用防漏密封圈10先后密封并用防漏螺盖12固定在罐体上。

参见图1、图3a、图3，平衡调节器在主缸体周围用架22、排气通道9与主缸体相连接。主缸体上有螺母16将通道管锁住，平衡调节器由密封压盖5a、活塞缸体8、固定柱塞杆18a及排气通道组成柱塞杆经锥体尾端用螺钉15锁住，杆端固定在气罐底部。从图3a中柱塞27左面腔19端部有一通孔21，当平衡调节器作往向推进时，经通孔进气，从图1中组合关系看出，往向运动时主缸体和平衡调节器缸体及密封压盖同时向左面推进。这时主缸体左面空腔17将成真空，右面与大气相通，因此大气进入固定柱塞杆空心内腔30（见图2），通过单向阀（由阀球31及弹簧32组装）直入空腔17，当主缸体推进到顶端碰撞杆打开通道23，罐内高压介质涌进17内与吸进来的大气相融汇，也为密封盖开启作准备。当缸体作复向运动时，主缸体及平衡调节器的密封盖，暂滞留原处与缸体脱开，使空腔17，19中积存气体排到罐内，当缸体退到底端时，密封压盖通过控制拉杆1在弹簧2的作用下与缸体复位密封，主缸体密封压盖5备有定位沟槽4便于与限位弹簧2重合而制约压盖。限位弹簧2及偏压弹簧6装在滑道架224上，控制拉杆与缸体相连接随缸体做往复运动，其顶部有一凸出的斜面能把限位弹簧顶开，顶开后压盖使不受限位弹簧制约反而在偏压弹簧作用下使压盖很快与缸体重新封闭而复位。密封压盖5前端受力面积等于两个平衡调节器密封压盖28面受力面积（其面积等于27柱塞面积）见图3，3a（假定只用2个平衡调节器），两者受力相等面方向相反，注意：平衡调节器密封往向推进，前端密封压盖受力面与平衡调节器锥形尾部受力面所受力均相等方向相反而抵削达到平衡。只有2个28面受推力来抵削盖5所受的阻力，因此结构设计时，就要考虑盖5的横断面积与2个27柱塞面积相等。当作复向运动时（退回）密封压盖与缸体脱开，（包括平衡调节器压盖）三个密封压盖，用连接架22连在一起（见图1）。由于主缸体外缘成柱状和右端置于压力罐外，两处均与压力无关，只有主缸体的左端壁厚的环形面和2个平衡调节器缸体左端环形面积之和的受力面（复向推力）与平衡调节器尾部锥体退回时所受的阻力方向相反（见图2a图3a）通过实验，锥体在14°时比端平面减少一半的阻力，锥体长度与大头直径之比为3：1，结构设计时采用2个平衡调节器，故受力面相等而方向相反所以在复向运动时也处于力的平衡状态。

缸体做往复运动可采取多种方式比如机动用凸轮曲轴或油缸带动均可。

融衡式能量转换机已超越了空气压缩机的使用范围，可用于减少能耗的增压设备上，起到省力节能的作用。

Claims (6)

1、一种融衡式能量转换机，分为在缩机主机部分，及平衡调节器部分，两者均由缸体、柱塞、及密封压盖组成，其特征在于：

a、压缩机主缸体7与平衡调节器缸体连接成一个整体，主缸体运动时平衡调节器缸体亦随之而运动。

b、压缩机主缸体7前部浸在压力罐25内而另一端露在罐外，平衡调节器则全部浸在压力罐内。

c、主缸体及平衡调节器的柱塞相互连为一体，固定不动。

d、主缸体及平衡调节器缸体作往前推进时，均与密封压盖封闭为一体(密封压盖用支架22连为一体)，在作复向(退回)运动时，密封压盖与缸体脱开暂时滞留原处，当缸体退到底端时，密封压盖通过控制拉杆1在弹簧的作用下与缸体复位密封。

e、平衡调节器尾部做成锥体形，以减少回程阻力。

f、主缸体做往向推进时，前密封压盖5的受力横断面积应与平衡调节器多个固定柱塞27面积的总和相等，做复向退回时，主缸体端部壁厚的环形面积所受的推力应与锥体8的总和阻力相等，力的方向相反，故相互抵削而达到平衡。

2、根据权利要求1所述的能量转换机，其特征是主缸体中部与平衡调节器锥部有通道9相连接，与通道相通的各缸体内腔17。19与大气相通。

3、根据权利要求1所述的能量转换机，其特征是平衡调节器缸体左端（腔19开口端）有一通孔21，当平衡调节器缸体往前推进，罐内气压经通孔进入内腔19，使28面受力，与主缸体密封压盖5受力（罐内压力）方向相反。

4、根据权利要求1所述的能量转换机，其特征是主缸体上的密封压盖中间装有碰撞开关3，后部由弹簧支撑，压盖内有孔道23，碰撞杆后部开有一孔，与孔道23位置相对应，当主缸体推进到顶端，碰撞杆压缩打开通道23，罐内高压气体涌进腔17内与吸进来的大气相融汇。

5、根据权利要求1所述的能量转换机，其特征是主缸体上装有控制拉杆1随缸体做往复运动，密封压盖上有定位沟槽4与限位弹簧2对位时重合，而制约压盖。限位弹簧2及偏压弹簧6装在滑道架24上，滑道架与罐体25相连接，控制拉杆1顶部有一凸出的斜面，主缸体和控制拉杆一起移动，拉杆上斜面能把限位弹簧顶开，顶开后压盖就不受限位弹簧制约反而在偏压弹簧6的作用下，使压盖很快与缸体重新封闭而复位。

6、根据权利要求1所述的能量转换机，其特征是平衡调节器尾部呈锥体形，锥体夹角为14°，锥体长度与大头直径之比为3：1。

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