CN210218021U - 一种非对称两级双作用活塞式压缩缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，涉及压缩结构技术领域，包括第一气缸、第一气缸活塞、第二气缸、第二气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆、支撑隔板、液压系统、冷却系统和油气隔离密封结构，第一气缸的直径大于第二气缸的直径，气缸油缸同轴相连，活塞杆的两端连接气缸活塞，中部设置油缸活塞，液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，气缸活塞分别把第一气缸和第二气缸分隔为两个腔体，在第一气缸内实现一级压缩，第二气缸内实现二级压缩，腔体连接的气体连接管路上设置有冷却系统，活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构。该压缩缸一级压缩和二级压缩同步进行提高了气体的压缩效率，并且排气温度稳定，管路脉动小。

Description

一种非对称两级双作用活塞式压缩缸

技术领域

本实用新型涉及压缩结构技术领域，尤其是一种非对称两级双作用的电动液驱动活塞式压缩缸。

背景技术

目前压缩空气或者压缩其他介质，所使用的压缩缸多为一级压缩，活塞滑动于压缩缸中进行压缩。压缩缸按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机，其中单作用压缩机被压缩介质仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次；而双作用压缩机的被压缩介质轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。双作用压缩机的吸气量较单作用的大，但是其结构较复杂。压缩缸采用单级压缩，则需要的压缩压力很大，从而造成排气温度远远高于允许值，使机器不能正常运行；采用多级压缩，则每一级的压力比可以减小，在各级间使用中间冷却措施，这样压缩气体排气温度便会大降低，但是多级压缩使得压缩结构整体及安装更加复杂。

对称结构的双作用活塞压缩缸在使用时，其通过调整活塞杆的直径来调整压缩比，但是当活塞杆直径变大时，其质量变大，导致活塞运动过程中对支撑点的压力较大，即使是竖直安装也存在活塞受力不平衡的问题；另外对称结构压缩缸腔体的体积差别不大，所以压缩可能存在空循环的问题。为了使压缩缸实现更加高效的两级压缩，并提升压缩缸的密封性能和系统的稳定性，避免液压驱动的油气混合，需要对现有的活塞式压缩缸做进一步的改进。

实用新型内容

为了避免压缩缸运行过程中出现空循环，提升压缩缸的密封性能和系统的稳定性，保证气体的排气温度，减小管路脉动，本实用新型提供了一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，具体技术方案如下。

一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，包括第一气缸、第一气缸活塞、第二气缸、第二气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆、支撑隔板、液压系统、冷却系统和油气隔离密封结构；第一气缸的直径大于第二气缸的直径，第一气缸和第二气缸分别通过支撑隔板和油缸同轴相连，活塞杆的两端分别设置有第一气缸活塞和第二气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞；液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆带动第一气缸活塞和第二气缸活塞分别沿第一气缸和第二气缸运动；第一气缸活塞和第二气缸活塞分别把第一气缸和第二气缸内的空间分隔为两个腔体；第一气缸两个腔体的出气口分别连接第二气缸两个腔体的进气口；第一气缸和第二气缸腔体相连的气体连接管路上，第二气缸腔体的出气口连接管路上均设置有冷却系统；活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构和油气监测通道。

优选的是，第一气缸两端分别固定有第一气缸端盖和支撑隔板，第一气缸端盖上设置有进气口和出气口连通第一气缸内的Ⅰ一级腔体，支撑隔板上设置有进气口和出气口连通第一气缸内的Ⅱ一级腔体；第二气缸两端分别固定有第二气缸端盖和支撑隔板，第二气缸端盖上设置有进气口和出气口连通第二气缸内的Ⅰ二级腔体，支撑隔板上设置有进气口和出气口连通第二气缸内的Ⅱ二级腔体。

还优选的是，油缸两端分别连接有支撑隔板，支撑隔板与第一气缸和第二气缸同轴心线布置，活塞杆沿所述轴心线布置；油缸两端的支撑隔板上还设置有连通油缸内腔的液压油孔，液压系统连接两个液压油孔。

还优选的是，Ⅰ一级腔体和Ⅱ一级腔体相通的进气口通过气体管路与总进气管相连，所述Ⅰ一级腔体的出气口通过气体管路连接冷却系统的第一冷却器，第一冷却器通过气体管路连接Ⅰ二级腔体和Ⅱ二级腔体；Ⅰ二级腔体和Ⅱ二级腔体的出气口通过气体管路连接冷却系统的第二冷却器，第二冷却器通过气体管路连接总排气管。

进一步优选的是，进气口和排气口相连的气体管路上设置有单向阀；所述第一气缸活塞和油缸活塞之间的活塞杆直径，等于、大于或小于所述第二气缸活塞与油缸活塞之间的活塞杆直径。

进一步优选的是，第一气缸端盖、气缸、支撑隔板之间分段连接或通过拉杆固定连接，第一气缸端盖和第二气缸端盖上设置有位移传感器，位移传感器将位置信号传递至液压系统。

进一步优选的是，油气隔离密封结构包括气密封部件、油密封部件、油气隔离密封部件，活塞杆和支撑隔板之间靠近气缸侧设置有气密封部件，靠近油缸侧设置有油密封部件，气密封部件和油密封部件之间还设置有油气隔离密封部件。

还优选的是，活塞杆与支撑隔板之间、第一气缸活塞与第一气缸之间、以及第二气缸活塞与第二气缸之间使用无油润滑密封。

一种非对称两级双作用活塞式气体压缩方法，利用上述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，步骤包括：一级压缩，气体通过总进气管和进气口分别进入Ⅰ一级腔体和Ⅱ一级腔体，具体是第一气缸活塞向第一气缸端盖侧运动时Ⅰ一级腔体内实现一级压缩并排气，Ⅱ一级腔体吸气；随后第一气缸活塞向支撑隔板侧运动时Ⅱ一级腔体内实现一级压缩并排气，Ⅰ一级腔体吸气；冷却，气体经过一级压缩，分别从Ⅰ一级腔体和Ⅱ一级腔体的出气口由气体管路经过第一冷却器，气体冷却后进入与第二气缸相连的气体管路；二级压缩，冷却后的气体通过第二气缸上的进气口分别进入Ⅰ二级腔体和Ⅱ二级腔体，具体是气缸活塞向第二气缸端盖侧运动时Ⅰ二级腔体内实现二级压缩并排气，Ⅱ二级腔体吸气；随后第二气缸活塞向支撑隔板侧运动时Ⅱ二级腔体内实现二级压缩并排气，Ⅰ二级腔体吸气；冷却，气体经过二级压缩，分别从Ⅰ二级腔体和Ⅱ二级腔体的出气口由气体管路经过第二冷却器，气体冷却后进入总排气管。

进一步优选的是，气体包括空气、氮气、氧气、天然气、氦气、二氧化碳或氢气。

本实用新型的有益效果包括：

(1)提供的非对称两级双作用活塞式压缩缸，通过两个缸径不同的气缸，以及一个油缸实现了两级双作用压缩，通过气缸的缸径不同来改变压缩缸的压缩比，并且简化了压缩缸的安装结构，尤其是不需要通过改变活塞杆直径来改变压缩比，使用合理直径的活塞杆从而提升了压缩缸的密封性能和系统的稳定性。

(2)该压缩缸还设置了位移传感器实现对液压换向系统的控制，通过油缸活塞带动气缸活塞往复运动，另外通过支撑隔板直接支撑活塞杆并隔离油缸和气缸，为了避免油缸和气缸之间油气混合，设置了油气隔离密封结构，其密封性能更好。

(3)压缩缸的气缸采用了非对称结构，能够实现高压压缩，从大直径气缸一侧向小直径气缸一侧供气，从而不会出现空压缩循环，设置冷却系统保证了压缩气体的温度；另外该压缩缸还具有密封性能好，压缩效率高等优点。

利用了该压缩缸的结构，进行气体压缩的方法，实现一级压缩和二级压缩，并且在压缩后分别进行冷却，保证压缩气体的温度，进一步提高了压缩效率。

附图说明

图1是非对称两级双作用活塞式压缩缸结构示意图；

图2是压缩缸压缩气体流向示意图；

图3是活塞杆和活塞的结构示意图；

图4是支撑隔板结构示意图；

图5是非对称两级双作用活塞式压缩缸结构图；

图6是非对称两级双作用活塞式压缩缸结构俯视图；

图7是非对称两级双作用活塞式压缩缸结构的侧视图；

图中：1-第一气缸；2-第一气缸活塞；3-第二气缸；4-第二气缸活塞；5-油缸；6-油缸活塞；7-活塞杆；8-支撑隔板；9-液压系统；10-冷却系统；11-油气隔离密封结构；12-第一气缸端盖；13-第二气缸端盖；14-Ⅰ一级腔体；15-Ⅱ一级腔体；16-Ⅰ二级腔体；17-Ⅱ二级腔体；18-位移传感器；20-单向阀；21-第一冷却器；22-第二冷却器；23-气密封部件；24-油密封部件；25-油气隔离密封部件；26-气密性检测通道；27-油密性检测通道；28-进气口；29-出气口；30-液压油孔。

具体实施方式

结合图1至图7所示，本实用新型提供的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸具体实施方式如下。

一种非对称两级双作用活塞式压缩缸具体包括第一气缸1、第一气缸活塞2、第二气缸3、第二气缸活塞4、油缸5、油缸活塞6、活塞杆7、支撑隔板8、液压系统9、冷却系统10和油气隔离密封结构11，通过两个缸径不同的气缸，以及一个油缸5实现了两级双作用压缩，通过气缸的缸径不同来改变压缩缸的压缩比，并且简化了压缩缸的安装结构，尤其是不需要通过改变活塞杆7直径来改变压缩比，使用合理直径的活塞杆7从而提升了压缩缸的密封性能和系统的稳定性，该压缩缸的气缸可压缩的气体包括空气、氮气、氧气、天然气、氦气、二氧化碳和氢气。

具体是，第一气缸1的直径大于第二气缸3的直径，第一气缸1和第二气缸3分别通过支撑隔板8和油缸5同轴相连，保证油缸5同时驱动两个气缸，活塞杆7的两端分别设置有第一气缸活塞2和第二气缸活塞4，活塞杆7中部设置有油缸活塞6。液压系统9控制油缸5内的油缸活塞6运动，活塞杆7带动第一气缸活塞2和第二气缸活塞4分别沿第一气缸1和第二气缸3运动，往复运动过程中气体在两个气缸内分别经过两级压缩。第一气缸活塞2和第二气缸活塞4分别把第一气缸1和第二气缸3内的空间分隔为两个腔体，第一气缸1两个腔体的出气口分别连接第二气缸3两个腔体的进气口，在第一气缸1内实现一级压缩，第二气缸3内实现二级压缩，第一气缸1和第二气缸3腔体相连的气体连接管路上，第二气缸3腔体的出气口连接管路上均设置有冷却系统10。冷却系统10包括第一冷却器21和第二冷却器22，冷却系统10能够保证压缩过程中气体的温度不会上升，以及装置的安全。活塞杆7和支撑隔板8之间设置有油气隔离密封结构11，避免油气混合。油气混合会导致气体的含油量高，对气体的下游设备影响较大，特别是对气质很敏感的部件，如果气体混入液压油，将直接破坏液压油，导致液压阀件损坏。

其中，非对称两级双作用活塞式压缩缸实际外形结构如图5至图7所示，图7是图6中的A、B、C、D四个方向上的侧视图。第一气缸1两端分别固定有第一气缸端盖12和支撑隔板8，可以通过螺纹分段连接，第一气缸端盖12上设置有进气口和出气口连通第一气缸1内的Ⅰ一级腔体14，支撑隔板8上设置有进气口和出气口连通第一气缸1内的Ⅱ一级腔体15，两个腔体分别独立进行压缩。第二气缸3两端分别固定有第二气缸端盖13和支撑隔板8，第二气缸端盖13上设置有进气口和出气口连通第二气缸3内的Ⅰ二级腔体16，支撑隔板8上设置有进气口和出气口连通第二气缸3内的Ⅱ二级腔体17，两个腔体分别独立进行压缩。Ⅰ一级腔体14和Ⅱ一级腔体15相通的进气口通过气体管路与总进气管相连，Ⅰ一级腔体14的出气口通过气体管路连接冷却系统10的第一冷却器21，第一冷却器21通过气体管路连接Ⅰ二级腔体16和Ⅱ二级腔体17；Ⅰ二级腔体16和Ⅱ二级腔体17的出气口通过气体管路连接冷却系统10的第二冷却器22，对压缩后的气体及时进行冷却，第二冷却器22通过气体管路连接总排气管。

油缸5两端分别连接有支撑隔板8，支撑隔板8与第一气缸1和第二气缸3同轴心线布置，活塞杆7沿所述轴心线布置，从而保证装置整体的协调性和稳定性。油缸5两端的支撑隔板8上还设置有连通油缸5内腔的液压油孔30，液压系统9连接两个液压油孔30，通过液压系统9控制液压油的进出从而控制油缸活塞6摆动的频率和压力的大小。进气口28和排气口29相连的气体管路上设置有单向阀20，保证气体单向流通、有效压缩。

其中第一气缸1和第二气缸3之间的直径设置是实现制作不同压缩比的压缩缸的关键，通过以下举例对其进行说明：例1.第一气缸1的长度为350mm，内径为160mm，第二气缸3的长度为350mm，内径为110mm，则此时压缩缸两级压缩的压缩比是2.1：1；例2.第一气缸1的长度为350mm，内径为250mm，第二气缸3的长度为350mm，内径为110mm，则此时压缩缸两级压缩的压缩比是5.1：1；例3.第一气缸1的长度为350mm，内径为160mm，第二气缸3的长度为350mm，内径为80mm，则此时压缩缸两级压缩的压缩比是4：1。

第一气缸活塞2和油缸活塞6之间的活塞杆7直径，等于、大于或小于所述第二气缸活塞4与油缸活塞6之间的活塞杆7直径，即第一气缸活塞2和油缸活塞6之间的活塞杆7直径，以及第二气缸活塞4与油缸活塞6之间的活塞杆7直径可以根据实际需要调整，改变该段活塞杆7的直径可以改变两个二级腔体的腔内体积，也可以改变气体的压缩比。第一气缸端盖12、气缸、支撑隔板8之间分段连接或通过拉杆固定连接，分段连接可以使用螺纹连接分别进行拆装，结构的灵活性更好；拉杆固定连接即通过拉杆固定其两端，将中间的部件仅仅的挤压在一起，保证其密封性能，该结构安装方便并且成本低。第一气缸端盖12和第二气缸端盖13上设置有位移传感器18，位移传感器18将位置信号传递至液压系统9，液压系统9根据该信号调整油缸活塞6的运动。

油气隔离密封结构11包括气密封部件23、油密封部件24、油气隔离密封部件25，活塞杆7和支撑隔板8之间靠近气缸侧设置有气密封部件23，靠近油缸5侧设置有油密封部件24，气密封部件23和油密封部件24之间还设置有油气隔离密封部件25。另外油密封部件24和油气隔离密封部件25之间的支撑隔板8上还设置有油密性检测通道27，气密封部件23和油气隔离密封部件25之间的支撑隔板8上还设置有气密性检测通道26。油气密封结构通过气密封部件23、油密封部件24和油气隔离密封部件25，分别隔离气缸和油缸5，避免了油气混合；还设置了气密性检测通道26和油密性检测通道27，实现了对油气密封结构有效性的实时监测，避免了油气混合后发现密封失效带来的危险，另外通过该检测通道还可以对泄露的介质进行回收。

活塞杆7和支撑隔板8之间，靠近气缸侧至支撑隔板8长度方向的中部，依次设置有第一气密封部件23和第二气密封部件23。其中第一气密封部件23包括固定环和摩擦环，摩擦环套在活塞杆7上，固定环压设在摩擦环上；第二气密封部件23包括弹簧圈和带槽活动圈，带槽活动圈套设在活塞杆7上，弹簧圈固定在带槽活动圈的安装槽内。活塞杆7和支撑隔板8之间，靠近油缸5侧至支撑隔板8长度方向的中部，依次设置有第一油密封部件24和第二油密封部件24。其中第一油密封部件24包括压环和O形耐油橡胶圈，压环套设在活塞杆7上，O形耐油橡胶圈压设在压环上，第二油密封部件24包括带槽活动圈，带槽活动圈朝油缸5侧的方向开槽。油气隔离密封部件25具体可以是耐油橡胶密封圈，设置在气密封部件23和油密封部件24的中间位置，另外气密封部件23的材料和油密封部件24的材料可以根据具体的使用场景以及使用的需要任意更换。

活塞杆7与支撑隔板8之间、第一气缸活塞2与第一气缸1之间、以及第二气缸活塞4与第二气缸3之间可以使用无油润滑密封，保证在压缩过程中压缩介质不会被污染，可以适用于高纯度气体的压缩。

结合图2所示，一种非对称两级双作用活塞式气体压缩方法，气体压缩的步骤包括：(1)一级压缩，气体通过总进气管和进气口分别进入Ⅰ一级腔体14和Ⅱ一级腔体15，具体是第一气缸活塞2向第一气缸端盖12侧运动时Ⅰ一级腔体14内实现一级压缩并排气，Ⅱ一级腔体15吸气；随后第一气缸活塞2向支撑隔板8侧运动时Ⅱ一级腔体15内实现一级压缩并排气，Ⅰ一级腔体14吸气；(2)冷却，气体经过一级压缩，分别从Ⅰ一级腔体14和Ⅱ一级腔体15的出气口由气体管路经过第一冷却器21，气体冷却后进入与第二气缸3相连的气体管路；(3)二级压缩，冷却后的气体通过第二气缸3上的进气口分别进入Ⅰ二级腔体16和Ⅱ二级腔体17，具体是气缸活塞向第二气缸端盖13侧运动时Ⅰ二级腔体16内实现二级压缩并排气，Ⅱ二级腔体17吸气；随后第二气缸活塞4向支撑隔板8侧运动时Ⅱ二级腔体17内实现二级压缩并排气，Ⅰ二级腔体16吸气；(4)冷却，气体经过二级压缩，分别从Ⅰ二级腔体16和Ⅱ二级腔体17的出气口由气体管路经过第二冷却器22，气体冷却后进入总排气管。另外，通过调整液压系统9可以控制油缸活塞6的动力和运动频率，从而调整气体压缩的效率及压缩比，实现两级压缩，灵活改变压缩比，提升压缩效率。

该非对称两级双作用活塞式压缩缸采用非对称结构，进一步提高了压缩效率，整体运行也更加稳定，气缸两级腔体同步运行一级压缩后的气体进入更小的空间内，不会存在空循环，所以压缩气体的排气稳定，管路脉动小；另外该压缩缸还具有密封性能好，压缩效率高，维修方便等优点。

本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

此外，本文中较多的使用了诸如“第一气缸、第一气缸活塞、第二气缸、第二气缸活塞、油缸、油缸活塞、支撑隔板、液压系统、冷却系统、油气隔离密封结构、第一气缸端盖、第二气缸端盖”等术语，但不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更为方便的描述和解释本实用新型的本质；把他们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，包括第一气缸、第一气缸活塞、第二气缸、第二气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆、支撑隔板、液压系统、冷却系统和油气隔离密封结构；

所述第一气缸的直径大于第二气缸的直径，所述第一气缸和第二气缸分别通过支撑隔板和油缸同轴相连，所述活塞杆的两端分别设置有第一气缸活塞和第二气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞；所述液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆带动第一气缸活塞和第二气缸活塞分别沿第一气缸和第二气缸运动；

所述第一气缸活塞和第二气缸活塞分别把第一气缸和第二气缸内的空间分隔为两个腔体；所述第一气缸两个腔体的出气口分别连接第二气缸两个腔体的进气口；第一气缸和第二气缸腔体相连的气体连接管路上，第二气缸腔体的出气口连接管路上均设置有冷却系统；

所述活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构和油气监测通道，所述油气监测通道包括气密性检测通道和油密性检测通道。

2.根据权利要求1所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述第一气缸两端分别固定有第一气缸端盖和支撑隔板，第一气缸端盖上设置有进气口和出气口连通第一气缸内的Ⅰ一级腔体，支撑隔板上设置有进气口和出气口连通第一气缸内的Ⅱ一级腔体；所述第二气缸两端分别固定有第二气缸端盖和支撑隔板，第二气缸端盖上设置有进气口和出气口连通第二气缸内的Ⅰ二级腔体，支撑隔板上设置有进气口和出气口连通第二气缸内的Ⅱ二级腔体。

3.根据权利要求2所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述油缸两端分别连接有支撑隔板，支撑隔板与第一气缸和第二气缸同轴心线布置，活塞杆沿所述轴心线布置；所述油缸两端的支撑隔板上还设置有连通油缸内腔的液压油孔，所述液压系统连接两个液压油孔。

4.根据权利要求2所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述Ⅰ一级腔体和Ⅱ一级腔体相通的进气口通过气体管路与总进气管相连，所述Ⅰ一级腔体的出气口通过气体管路连接冷却系统的第一冷却器，第一冷却器通过气体管路连接Ⅰ二级腔体和Ⅱ二级腔体；Ⅰ二级腔体和Ⅱ二级腔体的出气口通过气体管路连接冷却系统的第二冷却器，第二冷却器通过气体管路连接总排气管。

5.根据权利要求4所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述进气口和排气口相连的气体管路上设置有单向阀；所述第一气缸活塞和油缸活塞之间的活塞杆直径，等于、大于或小于所述第二气缸活塞与油缸活塞之间的活塞杆直径。

6.根据权利要求2所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述第一气缸端盖、气缸、支撑隔板之间分段连接或通过拉杆固定连接，所述第一气缸端盖和第二气缸端盖上设置有位移传感器，位移传感器将位置信号传递至液压系统。

7.根据权利要求2所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述油气隔离密封结构包括气密封部件、油密封部件、油气隔离密封部件，活塞杆和支撑隔板之间靠近气缸侧设置有气密封部件，靠近油缸侧设置有油密封部件，气密封部件和油密封部件之间还设置有油气隔离密封部件。

8.根据权利要求2所述的一种非对称两级双作用活塞式压缩缸，其特征在于，所述活塞杆与支撑隔板之间、第一气缸活塞与第一气缸之间、以及第二气缸活塞与第二气缸之间使用无油润滑密封。

Images