超高壓空氣壓縮的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超高壓空氣壓縮機(jī)，其能克服傳統(tǒng)超高壓空氣壓縮機(jī)笨重、效率低之不足，使得超高壓空氣壓縮機(jī)微型化且可靠性高。該超高壓空氣壓縮機(jī)，包括：多個(gè)氣缸和對應(yīng)多的活塞；多個(gè)雙作用連桿，其沿氣缸的工作方向布置，一端設(shè)置有活塞，另一端與起到驅(qū)動作用的斜盤連接，斜盤用于驅(qū)動雙作用連桿沿工作方向移動；斜盤的數(shù)目為單個(gè)，斜盤相對于工作方向呈銳角或鈍角地傾斜布置，多個(gè)雙作用連桿和多個(gè)氣缸以對稱的方式分別平行布置在，斜盤的兩側(cè)，各級壓縮氣缸中的相鄰下一級氣缸的排氣閥與相鄰上一級氣缸的進(jìn)氣閥串聯(lián)連接，流露最上游氣缸排氣閥與氣瓶進(jìn)氣閥串聯(lián)連接。
【專利說明】超高壓空氣壓縮機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微型超高壓空氣壓縮機(jī)，其適于在線產(chǎn)生超高壓空氣。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮機(jī)是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機(jī)械，屬于將原動機(jī)動力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力能的工作機(jī)。我國壓縮機(jī)技術(shù)起步較晚，但發(fā)展很快。壓縮機(jī)的種類多、用途廣，有“通用機(jī)械”之稱。在超高壓空氣壓縮機(jī)研究應(yīng)用方面國內(nèi)產(chǎn)家生產(chǎn)的產(chǎn)品大都是活塞式壓縮機(jī)為主，由于受結(jié)構(gòu)與機(jī)理的限制，超高壓空氣壓縮機(jī)普遍體積龐大，重量重，重量最小的產(chǎn)品為重量41kg，體積600X340X350mm，排氣壓力30MPa，但是在一些微型低冷特別是在某些特殊場合需要微型化、輕型化在線生產(chǎn)而無法滿足要求。目前市場上超高壓空氣壓縮機(jī)以往復(fù)式活塞壓縮機(jī)為主，由于結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)轉(zhuǎn)等方面的需要，氣缸中存在余隙容積，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開始吸入新鮮氣體，這樣就等于進(jìn)一步減小了氣缸的有效容積。在超高壓壓縮機(jī)中，氣缸有效容積則越小，甚至能夠出現(xiàn)余隙容積內(nèi)的氣體在氣缸內(nèi)完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時(shí)就無法繼續(xù)吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。并且過大的壓縮比使得摩擦和壓縮氣體時(shí)產(chǎn)生大量熱量，不僅造成能源浪費(fèi)，甚至影響壓縮機(jī)正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種超高壓空氣壓縮機(jī)，其能克服傳統(tǒng)超高壓空氣壓縮機(jī)笨重、效率低之不足，使得超高壓空氣壓縮機(jī)微型化且可靠性高。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種超高壓空氣壓縮機(jī)，包括:多個(gè)氣缸和對應(yīng)用于對氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮的活塞；多個(gè)雙作用連桿，其沿氣缸的工作方向布置，一端設(shè)置有所述活塞，另一端與起到驅(qū)動作用的斜盤連接，斜盤用于驅(qū)動雙作用連桿沿工作方向移動；其中，所述斜盤的數(shù)目為單個(gè)，所述斜盤相對于所述工作方向呈銳角或鈍角地傾斜布置，所述多個(gè)雙作用連桿和所述多個(gè)氣缸以對稱的方式分別平行布置在所述斜盤兩側(cè)，各級壓縮氣缸中的相鄰下一級氣缸的排氣閥與相鄰上一級氣缸的進(jìn)氣閥串聯(lián)連接，流露最上游氣缸排氣閥與氣瓶進(jìn)氣閥串聯(lián)連接；當(dāng)所述斜盤轉(zhuǎn)動時(shí)，使得活塞對位于斜盤一側(cè)氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)行壓縮增壓，而位于斜盤另一側(cè)氣缸內(nèi)的氣體膨脹，當(dāng)各級串聯(lián)壓縮氣缸的上級氣缸排氣閥的壓力大于下級氣缸進(jìn)氣閥的壓力時(shí)，兩個(gè)串聯(lián)氣缸空氣連通，以使得從一個(gè)串聯(lián)氣缸排出的氣體能夠繼續(xù)進(jìn)行壓縮。
[0005]優(yōu)選地，所述氣缸的數(shù)目為四個(gè)，即位于斜盤一側(cè)的I級氣缸、II級氣缸以及位于斜盤另一側(cè)與II級氣缸對稱的III級氣缸和與I級氣缸對稱的IV級氣缸，其中，I級氣缸位于壓縮空氣流路的最上游，IV級氣缸位于壓縮空氣流路的最下游，I級氣缸的排氣閥與II級氣缸的進(jìn)氣閥連接，II級氣缸的排氣閥與III級氣缸的進(jìn)氣閥連接，III級氣缸的排氣閥與IV級氣缸的進(jìn)氣閥連接。[0006]優(yōu)選地，所述斜盤相對于平行布置的氣缸的工作方向的傾斜角為70°到75°的范圍。
[0007]優(yōu)選地，所述各級氣缸的截面面積從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸減小。
[0008]優(yōu)選地，所述各級氣缸的行程一致，所述斜盤的尺寸和所述氣缸的位置適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，使得各級相鄰氣缸以180°的相位差布置，以確保上游側(cè)氣缸壓縮排氣時(shí)，相鄰的下游側(cè)氣缸膨脹吸氣。
[0009]優(yōu)選地，所述斜盤通過主軸驅(qū)動轉(zhuǎn)動。
[0010]優(yōu)選地，所述雙作用連桿通過滑靴結(jié)構(gòu)與所述斜盤相連，所述滑靴結(jié)構(gòu)特別地為如下結(jié)構(gòu):斜盤的兩端面設(shè)有凹槽，槽內(nèi)安裝適于滑靴滑動的滑道片體，滑靴上的球狀突起物嵌入雙作用連桿的內(nèi)側(cè)。
[0011]優(yōu)選地，各級氣缸之間通過翅片管相互連接。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的超高壓空氣壓縮機(jī)，從結(jié)構(gòu)機(jī)理方面突破，采用變截面多級壓縮，單級壓縮比小，不僅解決余氣容積的問題，而且使得壓縮機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，多個(gè)(例如四級)氣缸在保證相位相差180°的前提下對稱布置，使得主軸受力比較均勻，波動小，可靠性、通用性強(qiáng)，滿足微型化的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超高壓氣體壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)示意圖；
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超高壓氣體壓縮機(jī)工作過程的一個(gè)示意圖；
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超高壓氣體壓縮機(jī)工作過程的另一示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明
[0017]1、IV級氣缸；2、IV級活塞；3、軸承I ;4、主軸；5、軸承端蓋I ;6、111級活塞；7、111
級氣缸；8、鍵；9、雙作用連桿I ;10、滑靴；11、斜盤；12、滑道；13、左箱體；14、右箱體；15、內(nèi)端蓋；16、固體潤滑軸承；17、II級活塞；18、II級氣缸；19、活塞環(huán)；20、氣缸閥蓋；21、翅片管；22、軸承II ;23、軸承端蓋II ;24、I級氣缸；25、雙作用連桿II ;26、I級活塞；27、排氣閥；28、吸氣閥。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的超高壓空氣壓縮機(jī)包括:多個(gè)氣缸和對應(yīng)多個(gè)用于對氣缸的內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮的活塞；多個(gè)雙作用連桿，其沿氣缸的工作方向布置，一端設(shè)置有所述活塞，另一端與起到驅(qū)動作用的斜盤連接，斜盤用于驅(qū)動雙作用連桿沿工作方向移動；其中，所述斜盤的數(shù)目為單個(gè)，所述斜盤相對于所述工作方向呈銳角或鈍角地傾斜布置，所述多個(gè)雙作用連桿和所述多個(gè)氣缸以對稱的方式分別平行布置在所述斜盤的兩側(cè)，各級壓縮氣缸中的相鄰下一級氣缸的排氣閥與相鄰上一級氣缸的進(jìn)氣閥串聯(lián)連接，流露最上游氣缸排氣閥與氣瓶進(jìn)氣閥串聯(lián)連接；當(dāng)所述斜盤轉(zhuǎn)動時(shí)，使得活塞對位于斜盤一側(cè)的氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)行壓縮增壓，而位于斜盤另一側(cè)的氣缸內(nèi)的氣體膨脹，當(dāng)各級串聯(lián)的壓縮氣缸的上級氣缸的排氣閥的壓力大于下級氣缸的進(jìn)氣閥的壓力時(shí)，兩個(gè)串聯(lián)氣缸空氣連通，以使得從一個(gè)串聯(lián)氣缸排出的氣體能夠繼續(xù)進(jìn)行壓縮。氣缸的數(shù)目為偶數(shù)個(gè)，例如為2個(gè)、甚至是6個(gè)；但優(yōu)選為4個(gè)，以4個(gè)為例進(jìn)行說明。
[0020]如圖1所示，超高壓空氣壓縮機(jī)包括:IV級氣缸1、111級氣缸7、II級氣缸18、I級氣缸24 ;與各氣缸分別對應(yīng)的IV級活塞2、111級活塞6、II級活塞17、I級活塞26 ;與各氣缸和活塞協(xié)作的雙作用連桿I 9、雙作用連桿II 25 ;斜盤11 ;氣缸在斜盤11兩側(cè)對稱布置，斜盤11右側(cè)端面布置I級氣缸24和II級氣缸18，斜盤11左側(cè)端面布置III級氣缸7和IV級氣缸1，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動時(shí)，I級氣缸24和II級氣缸18相位相差180度，II級氣缸18和III級氣缸7相位相差180度，III級氣缸7和IV級氣缸I相位還是相差180度，保證低一級氣缸在壓縮氣體時(shí)，高一級氣缸在吸氣膨脹；由于氣缸米用對稱布置，使得主軸4受力較小,波動小。
[0021]在圖示的實(shí)施方式中，超高壓空氣壓縮機(jī)箱體采用分體設(shè)計(jì)，即分為左箱體13和右箱體14，右箱體14設(shè)計(jì)有止口，并設(shè)計(jì)有定位銷，從而保證安裝精度，分體設(shè)計(jì)便于安裝維護(hù)；在左箱體13和右箱體14端面上分別設(shè)計(jì)了兩片通氣孔，便于箱體內(nèi)氣缸散熱；主軸4采用軸肩和軸套配合實(shí)現(xiàn)軸向定位，通過軸承3、22支承在箱體上。斜盤11為橢圓盤，通過鍵8與主軸4固連，隨主軸4 一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動。在斜盤11兩端面分別設(shè)計(jì)了橢圓形凹槽，槽內(nèi)安裝滑道12片體，用于滑靴10滑動?；?0上的鋼球嵌入雙作用連桿9、25的內(nèi)偵U。雙作用連桿I 9的兩端分別通過與II級活塞17和III級活塞6固連。雙作用連桿II 25的兩端分別通過螺紋與I級活塞26和IV級活塞2固連。I級氣缸24排氣閥通過翅片管21與II級氣缸18的進(jìn)氣閥連接，II級氣缸18排氣閥通過翅片管21與III級氣缸7的進(jìn)氣閥連接，III級氣缸7排氣閥通過翅片管21與IV級氣缸I的進(jìn)氣閥連接。雙作用連桿采用固體潤滑軸承16定位和支撐，保證雙作用連桿在水平方向上作往復(fù)直線運(yùn)動，并分擔(dān)一定的徑向力，避免活塞和氣缸摩擦過熱。固體潤滑軸承16嵌入內(nèi)端蓋15內(nèi)孔，內(nèi)端蓋15通過螺釘固定在箱體內(nèi)壁上。雙作用連桿兩端通過螺紋與活塞連接和緊固?；钊獗诎惭b了多道活塞環(huán)用以密封和潤滑。
[0022]斜盤相對于平行布置的氣缸的工作方向的傾斜角為70°到75°的范圍，即圖中所示的斜盤傾角Θ為15°到20°。增加斜盤傾角Θ將有利于增加活塞行程，但斜盤傾角Θ過大，速度與加速度會多次出現(xiàn)峰值，特別是加速度峰值的出現(xiàn)，使活塞在一個(gè)循環(huán)中慣性力多次發(fā)生變向，從而引起機(jī)構(gòu)的柔性沖擊，造成運(yùn)動狀況惡化，從受力狀況分析，由于斜盤對連桿的施力方向與連桿運(yùn)動方向不平行，其間夾角即所謂壓力角，斜盤傾角Θ越大，則壓力角越大，受力狀況惡化，甚至出現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡死，斜盤傾角為15°到20°。
[0023]當(dāng)斜盤11轉(zhuǎn)動時(shí)，滑靴10將推動雙作用連桿在水平方向來回往復(fù)運(yùn)動。壓縮機(jī)工作時(shí)，電機(jī)帶動主軸4和斜盤11旋轉(zhuǎn)，斜盤11通過滑靴10推動雙向作用連桿作往復(fù)直線運(yùn)動，并帶動活塞運(yùn)動，壓縮機(jī)一個(gè)周期的初始位置為圖3所示，I級活塞26位于膨脹吸氣的極限位置，I級氣缸24完成從外界吸氣，II級活塞17位于壓縮排氣的極限位置，完成向III級氣缸7的排氣，III級氣缸7恰好吸氣完成，IV級活塞2位于壓縮排氣的極限位置，向氣瓶完成排氣，主軸4帶動斜盤11旋轉(zhuǎn)并通過雙作用連桿驅(qū)動活塞運(yùn)動，I級活塞26壓縮I級氣缸24內(nèi)的氣體，II級氣缸18內(nèi)殘余處于膨脹狀態(tài)，III級活塞6壓縮III級氣缸7內(nèi)的氣體，IV級氣缸I內(nèi)殘余處于膨脹狀態(tài)，當(dāng)I級氣缸24內(nèi)氣體達(dá)到排氣壓力時(shí)，II級氣缸18恰好達(dá)到吸氣壓力，I級氣缸24向II級氣缸18排氣，當(dāng)III級氣缸7內(nèi)氣體達(dá)到排氣壓力時(shí)，IV級氣缸I恰好達(dá)到吸氣壓力，III級氣缸7向IV級氣缸I排氣，當(dāng)運(yùn)動到位置如圖1及圖2所示，I級氣缸24完成排氣，II級氣缸18完成吸氣，III級氣缸7完成排氣，IV級氣缸I完成吸氣，隨著主軸轉(zhuǎn)動，I級氣缸24開始從外界吸氣，II級活塞17壓縮II級氣缸18內(nèi)的氣體，III級氣缸7內(nèi)殘余處于膨脹狀態(tài)，IV級活塞2壓縮IV級氣缸I內(nèi)的氣體，當(dāng)II級氣缸18內(nèi)氣體達(dá)到排氣壓力時(shí)，III級氣缸7恰好達(dá)到吸氣壓力，II級氣缸18向III級氣缸7排氣，IV級氣缸I達(dá)到排氣壓力向氣瓶排氣，從而在主軸4旋轉(zhuǎn)一周的過程，便完成氣體四級壓縮，超高壓空氣壓縮機(jī)完成一個(gè)工作過程。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的超高壓空氣壓縮機(jī)，為了達(dá)到微型化、高效率、高可靠性、長壽命之目的，本發(fā)明從結(jié)構(gòu)機(jī)理方面突破，采用變截面多級壓縮，氣缸在斜盤兩側(cè)對稱布置，主軸轉(zhuǎn)動時(shí)，相鄰兩級氣缸相位相差180°，保證低級氣缸壓縮排氣時(shí)，相鄰高級氣缸膨脹吸氣，而且使得主軸受力比較均勻；氣缸之間布置螺線型翅片管，有效散熱面積增加十倍，滿足壓縮機(jī)冷卻的要求；采用變截面四級壓縮，每一級氣缸的行程一致，并且每一級的壓縮比很小，解決余隙容積問題，從而提高氣缸容積的利用率。斜盤式氣缸兩側(cè)對稱布置的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)機(jī)理上實(shí)現(xiàn)了微型化，變截面多級壓縮的采用，使得空氣壓縮機(jī)在進(jìn)口壓力為0.1MPa,排氣口壓力可達(dá)35MPa，壓縮比為350，該壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單便于加工，價(jià)格低廉，安裝、維護(hù)簡便，使用壽命長可靠性高等諸多特點(diǎn)。
[0025]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高壓空氣壓縮機(jī)，包括: 多個(gè)氣缸和對應(yīng)用于對氣缸的內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮的活塞； 多個(gè)雙作用連桿，其沿氣缸的工作方向布置，一端設(shè)置有所述活塞，另一端與起到驅(qū)動作用的斜盤連接，斜盤用于驅(qū)動雙作用連桿沿工作方向移動； 其中，所述斜盤的數(shù)目為單個(gè)，所述斜盤相對于所述工作方向呈銳角或鈍角地傾斜布置，所述多個(gè)雙作用連桿和所述多個(gè)氣缸以對稱的方式分別平行布置在所述斜盤的兩側(cè)，各級壓縮氣缸中的相鄰下一級氣缸的排氣閥與相鄰上一級氣缸的進(jìn)氣閥串聯(lián)連接，流露最上游氣缸排氣閥與氣瓶進(jìn)氣閥串聯(lián)連接； 當(dāng)所述斜盤轉(zhuǎn)動時(shí)，使得活塞對位于斜盤一側(cè)的氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)行壓縮增壓，而位于斜盤另一側(cè)的氣缸內(nèi)的氣體膨脹，當(dāng)各級串聯(lián)壓縮氣缸上級氣缸的排氣閥壓力大于下級氣缸的進(jìn)氣閥壓力時(shí)，兩個(gè)串聯(lián)氣缸空氣連通，以使得從一個(gè)串聯(lián)氣缸排出的氣體能夠繼續(xù)進(jìn)行壓縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述氣缸的數(shù)目為四個(gè)，即位于斜盤一側(cè)的I級氣缸、II級氣缸以及位于斜盤另一側(cè)的一側(cè)與II級氣缸對稱的III級氣缸和與I級氣缸對稱的IV級氣缸，其中，I級氣缸位于壓縮空氣流路的最上游，IV級氣缸位于壓縮空氣流路的最下游，I級氣缸的排氣閥與II級氣缸的進(jìn)氣閥連接，II級氣缸的排氣閥與III級氣缸的進(jìn)氣閥連接，III級氣缸的排氣閥與IV級氣缸的進(jìn)氣閥連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述斜盤相對于平行布置的氣缸的工作方向的傾斜角為70°到75°的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述各級氣缸的截面面積從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述各級氣缸的行程一致，所述斜盤的尺寸和所述氣缸的位置適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，使得各級相鄰氣缸以180°的相位差布置，以確保上游側(cè)氣缸壓縮排氣時(shí)，相鄰的下游側(cè)氣缸膨脹吸氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述斜盤通過主軸驅(qū)動轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述雙作用連桿通過滑靴結(jié)構(gòu)與所述斜盤相連，所述滑靴結(jié)構(gòu)特別地為如下結(jié)構(gòu):斜盤的兩端面設(shè)有凹槽，槽內(nèi)安裝適于滑靴滑動的滑道片體，滑靴上的球狀突起物嵌入雙作用連桿的內(nèi)側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，各級氣缸之間通過翅片管相互連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓空氣壓縮機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)氣缸設(shè)置在超高壓空氣壓縮機(jī)的箱體上 ，所述箱體采用分體設(shè)計(jì)。
【文檔編號】F04B25/04GK103899510SQ201410161599
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】劉永光, 楊曉偉, 高曉輝, 王一軒, 劉文磊, 程楠楠, 孫健 申請人:北京航空航天大學(xué)