本發(fā)明涉及一種壓縮機(jī)，尤其涉及一種氣壓助推的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)及多級(jí)活塞式壓縮機(jī)，可以在100％～0％的范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量，同時(shí)降低壓縮機(jī)消耗的功率。

背景技術(shù)：

在工業(yè)中，用戶需要根據(jù)耗氣量調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量，當(dāng)耗氣量小于壓縮機(jī)的排氣量時(shí)，就需要降低壓縮機(jī)的排氣量，否則排氣系統(tǒng)中的壓力會(huì)持續(xù)升高造成危險(xiǎn)。工程上有四種常用的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣量的方法：

1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，即降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，使壓縮機(jī)排氣量隨之降低，其缺點(diǎn)是降低轉(zhuǎn)速會(huì)同時(shí)降低氣閥的氣體頂推力，引起氣體力和彈簧力匹配失調(diào)，影響氣閥的正常工作，對(duì)氣閥的經(jīng)濟(jì)性和可靠性不利，此外轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)還受壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)性能的影響，調(diào)幅一般不能太大；

2)氣閥調(diào)節(jié)，即利用頂開裝置，把進(jìn)氣閥片強(qiáng)行頂開，使壓縮機(jī)壓縮時(shí)氣缸內(nèi)的氣體又全部或部分通過進(jìn)氣閥流出，其缺點(diǎn)是頂開裝置對(duì)進(jìn)氣閥片頻繁沖擊，會(huì)影響進(jìn)氣閥片的壽命和密封性；

3)余隙調(diào)節(jié)，即連通氣缸的補(bǔ)助容積，使余隙容積增大，降低氣缸的容積系數(shù)，從而減少壓縮機(jī)的排氣量，其缺點(diǎn)是氣缸的補(bǔ)助容積一般是有限的，工程實(shí)際中余隙調(diào)節(jié)的排氣量范圍一般在100％～50％左右，較難降到20％以下。

4)旁路調(diào)節(jié)，一般指進(jìn)、排氣節(jié)流連通調(diào)節(jié)方法，即讓壓縮機(jī)排出的氣體經(jīng)旁通閥節(jié)流，部分回流入進(jìn)氣管，根據(jù)節(jié)流程度排氣量可在100％～0％的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，其缺點(diǎn)是壓縮機(jī)消耗的功率不會(huì)隨排氣量的減少而減小，經(jīng)濟(jì)性較差；

綜上分析，現(xiàn)有技術(shù)中，能在100％～0％的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)排氣量、又對(duì)氣閥影響較小的方法是進(jìn)、排氣節(jié)流連通調(diào)節(jié)法，但是該方法直接把高壓氣體排放入進(jìn)氣管內(nèi)，造成了壓縮氣體能量的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服進(jìn)、排氣節(jié)流連通調(diào)節(jié)法中的能量浪費(fèi)的缺點(diǎn)而提供一種氣壓助推的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)及多級(jí)活塞式壓縮機(jī)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種氣壓助推的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)，包括柱形缸體、設(shè)置在柱形缸體內(nèi)的氣缸和助推缸、設(shè)置在氣缸和助推缸之間的連體活塞、曲軸、低壓容器和高壓容器氣缸，連體活塞與氣缸、連體活塞與助推缸之間的空隙通過密封件密封，曲軸與連體活塞通過活塞桿活動(dòng)連接，氣缸的進(jìn)氣口設(shè)有進(jìn)氣閥、排氣口設(shè)有排氣閥，氣缸的進(jìn)氣管與低壓容器連通、排氣管與高壓容器連通，助推缸與低壓容器之間通過低壓回流管連通，且低壓回流管內(nèi)設(shè)置有低壓閥，助推缸與高壓容器之間通過高壓回流管連通，且所述高壓回流管內(nèi)設(shè)置有高壓閥，低壓容器通過過濾器與外界氣體入口管連通，高壓容器通過冷凝器與壓縮氣罐連通。

一種氣壓助推的多級(jí)活塞式壓縮機(jī)，至少有兩級(jí)，每一級(jí)均包括柱形缸體、設(shè)置在柱形缸體內(nèi)的氣缸和助推缸、設(shè)置在氣缸和助推缸之間的連體活塞、曲軸、低壓容器和高壓容器氣缸，每一級(jí)的連體活塞與氣缸、連體活塞與助推缸之間的空隙通過密封件密封，每一級(jí)的曲軸與連體活塞通過活塞桿活動(dòng)連接，每一級(jí)的氣缸的進(jìn)氣口設(shè)有進(jìn)氣閥、排氣口設(shè)有排氣閥，每一級(jí)的氣缸的進(jìn)氣管與低壓容器連通、排氣管與高壓容器連通，每一級(jí)的助推缸與高壓容器之間通過高壓回流管連通，且所述高壓回流管內(nèi)設(shè)置有高壓閥，第一級(jí)的助推缸與低壓容器之間通過低壓回流管連通，且低壓回流管內(nèi)設(shè)置有低壓閥，第二級(jí)及以后級(jí)的助推缸均通過回路與上一級(jí)的高壓容器連通且該回路內(nèi)設(shè)置有低壓閥，第一級(jí)的低壓容器通過過濾器與外界氣體入口管連通，最后一級(jí)的高壓容器通過冷凝器與壓縮氣罐連通，上一級(jí)的高壓容器與下一級(jí)低壓容器之間也通過冷凝器連接。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.所述進(jìn)氣閥和排氣閥均是單向閥。

2.所述氣缸和助推缸內(nèi)分別固定設(shè)置了限位塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在把高壓氣體排放入進(jìn)氣管之前利用高壓氣體來助推活塞，避免了能量浪費(fèi)，同時(shí)也達(dá)到無級(jí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣量的目的。1)本發(fā)明通過高壓閥把氣缸排出的部分高壓熱氣體引入助推缸用以助推連體活塞、壓縮氣缸內(nèi)的氣體，完成助推后通過低壓閥把作功膨脹冷卻了的氣體排出助推缸、回流進(jìn)氣缸的進(jìn)氣管，充分吸收利用了回流的高壓氣體的熱能和壓縮能，降低了壓縮機(jī)的功耗。2)本發(fā)明的壓力助推技術(shù)對(duì)于多級(jí)活塞式壓縮機(jī)是非常有益的，因?yàn)槎嗉?jí)壓縮機(jī)越靠后的級(jí)中，氣缸內(nèi)的氣體壓力越大，活塞杠和曲軸受到的作用力也越大，而采用了本發(fā)明的壓力助推技術(shù)，助推缸內(nèi)的氣壓無論在何種工作狀態(tài)都不低于前一級(jí)氣缸的排氣壓力，從而部分抵消了氣缸內(nèi)的氣壓，使活塞杠和曲軸上只受到本級(jí)氣體增壓帶來的作用力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的氣壓助推的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)示意圖。

圖2是本發(fā)明的氣壓助推的多級(jí)活塞式壓縮機(jī)示意圖。

各圖中編號(hào)表示內(nèi)容如下：

11.曲軸；12.活塞桿；21.進(jìn)氣閥；22.排氣閥；23.連體活塞；24.密封件；25.缸體窗口；26.限位塊；27.低壓閥；28.高壓閥；29.氣缸；30.助推缸；31.入口管；32.過濾器；33.低壓容器；34.進(jìn)氣管；35.排氣管；36.低壓回流管；37.高壓回流管；38.高壓容器；39.冷凝器；40.壓縮氣罐。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：氣壓助推的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)

附圖1是本實(shí)施例的示意圖，該單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的各部分結(jié)構(gòu)組成關(guān)系如下，氣缸29和助推缸30分布在一個(gè)柱形缸體的上下兩端，氣缸29和助推缸30之間布置著一個(gè)可以上下移動(dòng)的連體活塞23，也即氣缸29和助推缸30布置在連體活塞23的兩側(cè)，活塞桿12穿過柱狀缸體上的窗口25與曲軸11活動(dòng)連接，連體活塞23與氣缸29、連體活塞23與助推缸30之間的空隙分別通過缸內(nèi)固定在缸壁上的密封件24密封，在氣缸29和助推缸30內(nèi)、連體活塞23的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)位置各固定布置一個(gè)限位塊26，以防止連體活塞23行程過大觸碰缸底或從缸內(nèi)脫出，氣缸29的進(jìn)氣口設(shè)有進(jìn)氣閥21、排氣口設(shè)有排氣閥22，所述進(jìn)氣閥21和排氣閥22都是單向閥，氣缸29的進(jìn)氣管34與低壓容器33連通、排氣管35與高壓容器38連通，連通助推缸30與低壓容器33的低壓回流管36內(nèi)設(shè)置有低壓閥27，連通助推缸30與高壓容器38的高壓回流管37內(nèi)設(shè)置有高壓閥28，低壓閥27和高壓閥28是信號(hào)控制閥門，如電磁閥、電動(dòng)閥、氣動(dòng)閥或其他具有相同功能的閥門，可以根據(jù)輸入信號(hào)快速開、關(guān)反應(yīng)(可以根據(jù)信號(hào)指令關(guān)閉或打開)；低壓容器33通過過濾器32與外界氣體入口管31連通，高壓容器38通過冷凝器39與壓縮氣罐40連通。

進(jìn)一步的，所述低壓容器33可以是密閉容器，也可以是與大氣連通的開放容器，特別的，壓縮機(jī)外部的空間也可以被認(rèn)為是一種低壓容器；所述高壓容器38與冷凝器39的入口連接，壓縮氣罐40與冷凝器39的出口連接。

本發(fā)明的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的工作流程如下：

1)按正常排氣量工作

低壓閥27保持在開啟狀態(tài)、高壓閥28保持在關(guān)閉狀態(tài)，外界氣體從入口管31流經(jīng)過濾器32過濾掉水蒸氣等雜質(zhì)后進(jìn)入低壓容器33，曲軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，帶動(dòng)連體活塞23上下運(yùn)動(dòng)一次，在連體活塞23的作用下，氣缸29完成一次從低壓容器33吸氣、壓縮、向高壓容器38排氣的工作，在此期間助推缸30的氣壓與低壓容器33的氣壓保持一致，助推缸30不產(chǎn)生助推作用。排入高壓容器38內(nèi)的高壓氣體流經(jīng)冷凝器39冷卻并過濾掉凝結(jié)出來的液體后流入壓縮氣罐40。

2)按低排氣量工作

在此工作流程中，要求低壓閥27和高壓閥28周期性地開閉以達(dá)到助推的目的，在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過程中壓縮機(jī)的具體工作流程如下：當(dāng)連體活塞23從助推缸30一側(cè)的行止點(diǎn)下止點(diǎn)開始向氣缸29一側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，低壓閥27關(guān)閉，高壓閥28打開一段時(shí)間具體時(shí)間長(zhǎng)度需要根據(jù)目標(biāo)排氣量確定，時(shí)間越長(zhǎng)排氣量越少，直至排氣量降至0，甚至消耗掉高壓容器中庫(kù)存的高壓氣體后再關(guān)閉，助推缸30內(nèi)的氣體壓力升高，升高的氣壓輔助曲軸11把連體活塞23推向氣缸29一側(cè)，在連體活塞運(yùn)動(dòng)至氣缸29一側(cè)的行止點(diǎn)上止點(diǎn)之前，助推缸30內(nèi)的氣壓將因氣體膨脹降至低壓容器33的氣壓，此時(shí)低壓閥27打開直至連體活塞23回到助推缸30一側(cè)的行止點(diǎn)下止點(diǎn)再關(guān)閉，在低壓閥27開啟期間助推缸30停止助推。在這種工作狀態(tài)下，助推缸30消耗一部分氣缸29排出的高壓氣體，使得排放到壓縮氣罐40中的高壓氣體減少了，達(dá)到氣量調(diào)節(jié)的目的。

實(shí)施例二：氣壓助推的多級(jí)活塞式壓縮機(jī)

附圖2是本實(shí)施例的示意圖，該多級(jí)活塞式壓縮機(jī)至少包含兩級(jí)，每級(jí)都包括一套連體活塞23、氣缸29、助推缸30、低壓容器33、高壓容器38及相應(yīng)的連接管道和閥門，每相鄰兩級(jí)之間、最后一級(jí)與壓縮氣罐40之間都通過一個(gè)冷凝器39連接，相鄰兩級(jí)間的具體連接方式是：前一級(jí)的高壓容器38與冷凝器39的入口連接、后一級(jí)的低壓容器33或壓縮氣罐40與冷凝器39的出口連接，前一級(jí)的高壓容器38與后一級(jí)的助推缸30通過后一級(jí)的低壓回流管36連接，第一級(jí)的助推缸30通過本級(jí)的低壓回流管36與本級(jí)的低壓容器33連接，第一級(jí)的低壓容器33通過過濾器32與外界氣體入口管31連通。除此之外，各級(jí)內(nèi)的部件連接與具體實(shí)施例一中的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)連接方式相同。本實(shí)施例中從第二級(jí)開始各級(jí)的助推缸30不與本級(jí)的低壓容器33連接，而與前一級(jí)的高壓容器38連通，目的是提高各級(jí)助推缸內(nèi)氣體的溫度，以增強(qiáng)助推能力(氣體越熱、越有利于膨脹作功)。

本發(fā)明的多級(jí)活塞式壓縮機(jī)的工作流程如下：

1)按正常排氣量工作

各級(jí)的低壓閥27保持在開啟狀態(tài)、高壓閥28保持在關(guān)閉狀態(tài)，外界氣體從入口管31流經(jīng)過濾器32過濾掉水蒸氣等雜質(zhì)后進(jìn)入第一級(jí)的低壓容器33，曲軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，帶動(dòng)連體活塞23上下運(yùn)動(dòng)一次，氣缸29完成一次從低壓容器33吸氣、壓縮、向高壓容器38排氣的工作流程。排入高壓容器38內(nèi)的高壓氣體流經(jīng)冷凝器39冷卻并過濾掉凝結(jié)出來的液體后流入下一級(jí)的低壓容器33，重復(fù)上述過程，把氣體逐步提壓，最后排入壓縮氣罐40。在此期間各助推缸30內(nèi)的氣壓與前一級(jí)的排氣壓力或第一級(jí)的吸氣壓力保持一致，助推缸30不產(chǎn)生助推作用。為了使曲軸受力更均勻，可以讓各級(jí)氣缸處于不同的工作行程，如圖2所示，第一級(jí)處于進(jìn)氣行程，第二級(jí)處于壓縮行程。

2)按低排氣量工作

在此工作流程中，要求各級(jí)低壓閥27和高壓閥28根據(jù)本級(jí)連體活塞23的行程周期性地開閉以達(dá)到助推的目的，其具體工作方式同實(shí)施例一中的單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的按低排氣量工作的方式一致，這里不再重復(fù)描述。要調(diào)節(jié)該多級(jí)活塞式壓縮機(jī)的排氣量，需要調(diào)整各級(jí)高壓閥的通氣時(shí)間，當(dāng)各級(jí)的排氣壓力穩(wěn)定下來之后，各級(jí)的排氣量也穩(wěn)定下來，該多級(jí)活塞式壓縮機(jī)的排氣量也得到了調(diào)整。