一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，主要包括活塞與頂桿部件。其中活塞包括活塞套與活塞體兩部分，兩者通過螺紋連接，相對(duì)位置可調(diào)，以調(diào)整氣缸內(nèi)工作容積；頂桿部件為一種液力頂桿系統(tǒng)，通過調(diào)整頂桿底部的彈簧彈力與其液體腔內(nèi)的液面高度，可以調(diào)整頂桿與氣閥接觸時(shí)的頂力大小，調(diào)整膨脹機(jī)的進(jìn)氣提前角，從而可以改變氣閥的開啟時(shí)刻與進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)，采用彈簧與液壓相結(jié)合的方式可以有效的降低氣閥頂桿與氣閥碰撞對(duì)彈簧的影響，增加氣閥的緩沖時(shí)間。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的單閥膨脹機(jī)，可以根據(jù)需要調(diào)整其工作容積及進(jìn)氣提前角，擴(kuò)大了膨脹機(jī)的工作范圍，提高了膨脹機(jī)的靈活性，并且通過調(diào)整進(jìn)氣提前角，可以提高膨脹機(jī)的效率。
【專利說明】一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，具體為該活塞系統(tǒng)可調(diào)節(jié)膨脹機(jī)氣缸內(nèi)工作容積以及進(jìn)氣閥啟閉角度。
【背景技術(shù)】
[0002]單閥活塞式膨脹機(jī)曾用于小型制冷和空分領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)的雙閥活塞式膨脹機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易密封、運(yùn)轉(zhuǎn)速度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著小型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、小型超臨界CO2動(dòng)力循環(huán)、小型余熱回收利用系統(tǒng)、小型有機(jī)郎肯循環(huán)等技術(shù)的發(fā)展，單閥活塞式膨脹機(jī)將可以作為上述系統(tǒng)的動(dòng)力輸出設(shè)備，具有良好發(fā)展前景。
[0003]常規(guī)的單閥膨脹機(jī)，其活塞部件為固定結(jié)構(gòu)，一旦制造完畢，將不可以調(diào)節(jié)其工作容積；在進(jìn)氣時(shí)段內(nèi)，頂桿系統(tǒng)與氣閥為剛性碰撞，氣閥近似沿與氣缸軸線對(duì)稱的曲線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣提前角與進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)兩者密切關(guān)聯(lián)，較大的進(jìn)氣提前角將增加膨脹機(jī)壓縮沖程的耗功，降低膨脹機(jī)的工作效率。若可以調(diào)節(jié)氣缸的工作容積，將可以擴(kuò)大膨脹機(jī)的額定工作范圍，提高其靈活性；若改頂桿與氣閥的剛性碰撞為彈性碰撞，降低進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)與進(jìn)氣提前角的關(guān)聯(lián)性，調(diào)整其進(jìn)氣提如角，則可以提聞膨脹機(jī)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明旨在提供一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，可提高單閥膨脹機(jī)工作參數(shù)的可調(diào)節(jié)性，可調(diào)節(jié)氣缸的工作容積，擴(kuò)大膨脹機(jī)的額定工作范圍，提高其靈活性，并且可以改變進(jìn)氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，降低進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)與進(jìn)氣提前角的關(guān)聯(lián)性，調(diào)整進(jìn)氣提前角，提高膨脹機(jī)的效率。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其活塞由兩部分組成，分別為活塞套與活塞體，兩者為螺紋聯(lián)接，其相對(duì)位置可以調(diào)整，從而可調(diào)節(jié)氣缸的工作容積；本發(fā)明的頂桿部件與活塞體相連，為一種液力頂桿系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣過程中氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，降低進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)與進(jìn)氣提前角的關(guān)聯(lián)性，調(diào)整進(jìn)氣提前角。
[0006]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述單閥膨脹機(jī)的氣缸中的活塞、與活塞連接的連桿及液力頂桿，其特征在于，所述活塞包括活塞套和活塞體，所述活塞體設(shè)置在活塞套的內(nèi)部，所述活塞套的內(nèi)圓柱面套設(shè)在活塞體的外圓柱面上，二者之間的連接面是密封的，且所述活塞套的頂面高于所述活塞體的頂面，所述活塞套位于所述活塞體的頂面之上的空間構(gòu)成氣缸工作容積，所述活塞套和活塞體之間的相對(duì)位置可調(diào)；其中，所述活塞體內(nèi)設(shè)有液力頂桿容納腔，所述液力頂桿一端套設(shè)在所述液力頂桿容納腔中并被所述液力頂桿容納腔的底面所彈性支撐，另一端伸入所述氣缸工作容積中。
[0007]優(yōu)選地，所述活塞套和活塞體螺紋連接。
[0008]優(yōu)選地，所述液力頂桿被設(shè)置在所述液力頂桿容納腔底面的彈性部件所彈性支撐。優(yōu)選地，所述彈性部件為彈簧。[0009]優(yōu)選地，在所述液力頂桿處于未被壓縮的狀態(tài)時(shí)，所述液力頂桿的伸入所述氣缸工作容積中的一端，伸出于所述活塞套的頂部之外。
[0010]優(yōu)選地，所述液力頂桿上設(shè)有凸臺(tái)，在所述液力頂桿容納腔的上部設(shè)置向內(nèi)伸展的突起，所述凸臺(tái)位于所述液力頂桿容納腔中且可沿著所述液力頂桿容納腔的內(nèi)壁滑動(dòng)但不會(huì)脫離所述液力頂桿容納腔，且所述凸臺(tái)與所述液力頂桿容納腔的內(nèi)壁之間是密封的。
[0011]優(yōu)選地，在所述液力頂桿上還設(shè)有位于所述凸臺(tái)下方的另一凸臺(tái)II，所述凸臺(tái)II與所述彈性部件的頂部相抵觸。
[0012]優(yōu)選地，所述液力頂桿容納腔包括液體腔和瀉流腔，所述液體腔位于所述凸臺(tái)II下方，所述瀉流腔位于所述凸臺(tái)II與凸臺(tái)之間。
[0013]優(yōu)選地，所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II與凸臺(tái)之間的部分，以及所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II下方的部分，其橫截面面積均小于所述凸臺(tái)II的橫截面面積。
[0014]當(dāng)活塞系統(tǒng)從下止點(diǎn)運(yùn)行至接近上止點(diǎn)時(shí)，液力頂桿與膨脹機(jī)的進(jìn)氣閥接觸，SP將開始進(jìn)氣過程，此時(shí)，彈簧以及液體腔內(nèi)的液體受到來自頂桿的壓力，彈簧被壓縮，液體腔內(nèi)的液體通過頂桿部分處的液體通道被擠壓至瀉流腔內(nèi)；此時(shí)活塞繼續(xù)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，彈簧的彈力增加，將推動(dòng)頂桿打開氣閥，開始進(jìn)氣。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，頂桿與氣閥逐漸脫離，彈簧逐漸恢復(fù)至初始狀態(tài)，頂桿逐漸恢復(fù)至初始位置，瀉流腔內(nèi)液體通過頂桿部分處的液流通道流回液體腔，最后氣閥關(guān)閉，完成進(jìn)氣過程。調(diào)整液力頂桿單元的彈簧彈力大小或者改變其下部液體腔中的液面高度，將可以調(diào)整進(jìn)氣閥的啟閉時(shí)刻。當(dāng)彈簧彈力增大，或者液面高度增加時(shí)，將增大頂桿與氣閥碰撞后的頂力，增大進(jìn)氣提前角與進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)；當(dāng)彈簧彈力減小，或者液面高度降低時(shí)，將減小頂桿與氣閥碰撞后的頂力，減小進(jìn)氣提前角與進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)。
[0015]優(yōu)選地，所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II下方的部分，沿著桿的壁面從上到下開有凹槽作為液體通道。
[0016]優(yōu)選地，所述液體腔中的液體為液壓油。
[0017]優(yōu)選地，所述彈性部件的彈力與液體腔內(nèi)的液面高度均是可調(diào)的，通過調(diào)整所述彈性部件的彈力與液體腔內(nèi)的液面高度，可以調(diào)整頂桿與氣閥接觸時(shí)的頂力大小。
[0018]本發(fā)明的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)中，所述活塞套和活塞體之間的相對(duì)位置是可調(diào)的，當(dāng)調(diào)整活塞套與活塞體的相對(duì)位置，增加氣缸內(nèi)的容積時(shí)，膨脹機(jī)的工作流量將增加，其額定膨脹比將減小；當(dāng)減小氣缸內(nèi)的容積時(shí)，膨脹機(jī)的工作流量將減小，其額定膨脹比將增大。
[0019]本發(fā)明所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，調(diào)整液力頂桿單元的彈簧彈力大小或者改變其下部空腔中的液面高度，將可以調(diào)整進(jìn)氣閥的啟閉時(shí)刻；當(dāng)彈簧彈力增大，或者液面高度增加時(shí)，將增大頂桿與氣閥碰撞后的頂力，增加進(jìn)提前氣角；當(dāng)彈簧彈力減小，或者液面高度降低時(shí)，將減小頂桿與氣閥碰撞后的頂力，從而減小進(jìn)氣提前角。
[0020]本發(fā)明所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其液力頂桿系統(tǒng)，液體通道處頂桿的截面面積大于其上部瀉流腔位置的頂桿截面面積。
[0021]本發(fā)明效果是:能夠根據(jù)流量與膨脹比的需要調(diào)整活塞系統(tǒng)中活塞套與活塞體的相對(duì)位置，從而調(diào)節(jié)氣缸的工作容積，擴(kuò)大膨脹機(jī)運(yùn)行的工況范圍；其液力頂桿系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改變進(jìn)氣提前角，提高膨脹機(jī)的運(yùn)行效率。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)的剖面圖；
[0023]圖2 (a)、2 (b)、2 (c)與2 (d)為本發(fā)明的液力頂桿部分的截面圖,各圖中,左邊的是凸臺(tái)II的橫截面圖，右邊的是所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II下方的部分的橫截面圖。
[0024]圖中:1_活塞套；2_活塞體；3_氣缸工作容積；4_液力頂桿；5_螺紋；6_彈性部件；7-液體腔；8-凸臺(tái)；9_液力頂桿位于凸臺(tái)與凸臺(tái)II之間的部分；10_凸臺(tái)II ;11_液力頂桿位于凸臺(tái)II下方的部分；12_瀉流腔；13_連桿。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明是對(duì)單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，至于單閥膨脹機(jī)的其他部件未作任何改動(dòng)，因此以下只針對(duì)活塞系統(tǒng)的工作狀況作描述。
[0026]本發(fā)明所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其活塞由兩部分組成，分別為活塞套與活塞體，兩者為螺紋聯(lián)接，其相對(duì)位置可以調(diào)整；本發(fā)明的頂桿部件與活塞體相連，為一種液力頂桿系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣過程中氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
[0027]下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步的描述。
[0028]本發(fā)明一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其剖面圖如圖1所示，包括設(shè)置在所述單閥膨脹機(jī)的氣缸中的活塞、與活塞連接的連桿13及液力頂桿4，所述活塞包括活塞套I和活塞體2，活塞套I與活塞體2兩者為螺紋密封聯(lián)接，且所述活塞套I的頂面高于所述活塞體2的頂面，所述活塞套I的位于所述活塞體2的頂面之上的空間構(gòu)成氣缸工作容積3，二者之間的相對(duì)位置可調(diào)，當(dāng)調(diào)整兩者的相對(duì)位置，增加氣缸工作容積3時(shí)，膨脹機(jī)的工作流量將增加，其額定膨脹比將減??；當(dāng)減小氣缸內(nèi)的容積3時(shí)，膨脹機(jī)的工作流量將減小，其額定膨脹比將增大。所述活塞體2內(nèi)設(shè)有液力頂桿容納腔，所述液力頂桿4 一端套設(shè)在所述液力頂桿容納腔中并被所述液力頂桿容納腔的底面所彈性支撐，另一端伸入所述氣缸工作容積3中。
[0029]所述液力頂桿4被設(shè)置在所述液力頂桿容納腔底面的彈性部件6所彈性支撐，所述彈性部件6優(yōu)選為彈簧。在所述液力頂桿處于未被壓縮的狀態(tài)時(shí)，所述液力頂桿4的伸入所述氣缸工作容積3中的一端，伸出于所述活塞套I的頂部之外。所述液力頂桿4上設(shè)有凸臺(tái)8，在所述液力頂桿容納腔的上部設(shè)置向內(nèi)伸展的突起，所述凸臺(tái)8位于所述液力頂桿容納腔中且可沿著所述液力頂桿容納腔的內(nèi)壁滑動(dòng)但不會(huì)脫離所述液力頂桿容納腔，且所述凸臺(tái)8與所述液力頂桿容納腔的內(nèi)壁之間是密封的。在所述液力頂桿4上還設(shè)有位于所述凸臺(tái)8下方的另一凸臺(tái)II 10，所述凸臺(tái)II 10與所述彈性部件6的頂部相抵觸。所述液力頂桿容納腔包括液體腔7和瀉流腔12，所述液體腔7位于所述凸臺(tái)II 10下方，所述瀉流腔12位于所述凸臺(tái)II 10與凸臺(tái)8之間。優(yōu)選地，所述液力頂桿4位于所述凸臺(tái)II 10與凸臺(tái)8之間的部分9，以及所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II下方的部分11，其橫截面面積均小于所述凸臺(tái)II 10的橫截面面積。
[0030]對(duì)于液力頂桿4，當(dāng)活塞系統(tǒng)從下止點(diǎn)運(yùn)行至接近上止點(diǎn)時(shí)，液力頂桿4與膨脹機(jī)的進(jìn)氣閥接觸，即將開始進(jìn)氣過程，此時(shí)，彈簧6以及液體腔7內(nèi)的液體受到來自頂桿4的壓力，彈簧6被壓縮，液體腔7內(nèi)的液體通過凸臺(tái)II 10處的液體通道被擠壓至瀉流腔12內(nèi)；此時(shí)活塞繼續(xù)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，彈簧6的彈力增加，將推動(dòng)頂桿4打開氣閥，開始進(jìn)氣。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，頂桿4與氣閥逐漸脫離，彈簧6逐漸恢復(fù)至初始狀態(tài)，頂桿4逐漸恢復(fù)至初始位置，瀉流腔12內(nèi)液體通過凸臺(tái)II 10處的液流通道流回液體腔7，最后氣閥關(guān)閉，完成進(jìn)氣過程。調(diào)整液力頂桿單元的彈簧6彈力大小或者改變其下部液體腔7中的液面高度，將可以調(diào)整進(jìn)氣閥的啟閉時(shí)刻。當(dāng)彈簧6彈力增大，或者液面高度增加時(shí)，將增大頂桿4與氣閥碰撞后的頂力，增大進(jìn)氣提前角與進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)；當(dāng)彈簧(6)彈力減小，或者液面高度降低時(shí)，將減小頂桿與氣閥碰撞后的頂力，減小進(jìn)氣提前角與進(jìn)氣時(shí)長(zhǎng)。
[0031]本發(fā)明所述的一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其液力頂桿系統(tǒng)，凸臺(tái)II 10的截面面積大于其上部瀉流腔位置的頂桿9截面面積。這兩處的截面形狀可以為圖2 (a)、(b)、(c)與(d)任意一組。
[0032]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述單閥膨脹機(jī)的氣缸中的活塞、與活塞連接的連桿及液力頂桿，其特征在于，所述活塞包括活塞套和活塞體，所述活塞體設(shè)置在活塞套的內(nèi)部，所述活塞套的內(nèi)圓柱面套設(shè)在活塞體的外圓柱面上，二者之間的連接面是密封的，且所述活塞套的頂面高于所述活塞體的頂面，所述活塞套的位于所述活塞體的頂面之上的空間構(gòu)成氣缸工作容積，所述活塞套和活塞體之間的相對(duì)位置可調(diào)；其中，所述活塞體內(nèi)設(shè)有液力頂桿容納腔，所述液力頂桿一端套設(shè)在所述液力頂桿容納腔中并被所述液力頂桿容納腔的底面所彈性支撐，另一端伸入所述氣缸工作容積中。
2.如權(quán)利要求1所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述活塞套和活塞體螺紋連接。
3.如權(quán)利要求2所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述液力頂桿被設(shè)置在所述液力頂桿容納腔底面的彈性部件所彈性支撐。優(yōu)選地，所述彈性部件為彈簧。
4.如權(quán)利要求3所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，在所述液力頂桿處于未被壓縮的狀態(tài)時(shí)，所述液力頂桿的伸入所述氣缸工作容積中的一端，伸出于所述活塞套的頂部之外。
5.如權(quán)利要求4所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述液力頂桿上設(shè)有凸臺(tái)，在所述液力頂桿容納腔的上部設(shè)置向內(nèi)伸出的突起，使得所述凸臺(tái)位于所述液力頂桿容納腔中且可沿著所述液力頂桿容納腔的內(nèi)壁滑動(dòng)但不會(huì)脫離所述液力頂桿容納腔，且所述凸臺(tái)與所述液力頂桿容納腔的內(nèi)壁之間是密封的。
6.如權(quán)利要求5所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，在所述液力頂桿上還設(shè)有位于所述凸臺(tái)下方的另一凸臺(tái)II，所述凸臺(tái)II與所述彈性部件的頂部相抵觸。
7.如權(quán)利要求6所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述液力頂桿容納腔包括液體腔和瀉流腔，所述液體腔位于所述凸臺(tái)II下方，所述瀉流腔位于所述凸臺(tái)與凸臺(tái)II之間。
8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II與凸臺(tái)之間的部分，以及所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II下方的部分，其橫截面面積均小于所述凸臺(tái)II的橫截面面積。
9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述液力頂桿位于所述凸臺(tái)II下方的部分，沿著桿的壁面從上到下開有凹槽作為液體通道。
10.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的單閥膨脹機(jī)的活塞系統(tǒng)，其特征在于，所述液體腔中的液體為液壓油。
【文檔編號(hào)】F01B25/00GK103644295SQ201310688071
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月15日
【發(fā)明者】張新敬, 陳海生, 徐玉杰, 薛皓白, 譚春青 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所