活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102384066 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102384066 A *CN102384066A* (21)申请号 201010529263.3 (22)申请日 2010.10.22 201010271935.5 2010.08.30 CN F04B 39/00(2006.01) (71)申请人 梁嘉麟 地址 310018 浙江省杭州市下沙中国计量学 院机电工程学院 (72)发明人 梁嘉麟 (54) 发明名称 活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计 (57) 摘要 一种活塞往复式压缩机的全无余隙结构设 计， 是在消灭余隙方面对它进行改进而实现的，。

2、 从 结构原理的角度来看， 在瞬间时刻可以消灭涉及 ： 活塞顶部空间的余隙、 吸气与排气机构中的余隙， 以及通过活塞环造成的余隙。最终让活塞 (5)、 排气阀片 (3)、 锥形吸气阀块 (4) 与汽缸 (6) 四者之间能够形成没有任何几何空间的 “全无余 隙” 接触状态。让世界上最传统型活塞往复 式压缩机以更加崭新的面貌出现 ： 为更大幅度提 高该压缩机机型的排气效率 ( 活塞的实际排气量 几乎达到 100 ) 或 / 和工作压缩比， 并成为活塞 往复式压缩机的换代产品创造了条件， 甚至， 鉴于 其 “性价比” 的大幅度攀升， 又为它有可能成为其 他工程领域中使用的多种不同类别压缩机的换代 产。

3、品创造了条件。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102384084 A1/1 页 2 1. 一种活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计， 在活塞 (5) 往复运行的机型结构基础 上， 结构上再满足以下 a、 b 与 c 的三个机构设置条件 ： a. 活塞 (5) 的顶部外侧配用控制吸气孔 (P) 开启与关闭的锥形吸气阀块 (4) ； b. 至少在与活塞 (5) 的外侧与顶部齐平位置上设置了其断面为 V 型活塞环 (K1) 或半 V 型活塞环 (K2)， 该 V 型或半。

4、 V 型的张口是向着圆心的， 该 V 型或半 V 型断面的张口与活塞 (5)顶部所形成的坡度接触面为滑动配合， 并且， 该V型活塞环(K1)或半V型活塞环(K2)是 分别通过与上述 V 型断面或半 V 型断面相吻合设置在活塞 (5) 上的环槽来实施定位的， 而 且， 该 V 型活塞环 (K1) 或半 V 型活塞环 (K2) 的上斜面与活塞 (5) 顶部坡度之间的滑动配合 间隙应该小于该 V 型活塞环 (K1) 或半 V 型活塞环 (K2) 下平面与上述环槽底部平面的配合 间隙 ； c. 活塞 (5) 在向前压缩排气行程中， 最后能够顶开排气阀片 (3) 冲出汽缸 (6)， 活塞 (5) 在后退。

5、行程中， 当活塞 (5) 欲完全退回到汽缸 (6) 内， 即将与被气缸 (6) 阻挡在外的排 气阀片 (3) 分离的时刻， 将会造成活塞 (5)、 排气阀片 (3)、 锥形吸气阀块 (4) 与汽缸 (6) 四 者之间形成没有几何空间的 “全无余隙” 接触状态。 2. 一种根据权利要求 1 所述的活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计， 其特征在于 ： 所述的排气阀片 (3) 是通过弹簧 (2) 一类的弹性装置定位在汽缸 (6) 的顶部。 权 利 要 求 书 CN 102384066 A CN 102384084 A1/3 页 3 活塞往复式压缩机的全无余隙结构设计 技术领域 . 0001 本发明涉。

6、及活塞往复式压缩机的技术， 尤其是 “全无余隙” 机型的技术。 背景技术 0002 目前问世的压缩机品种中的大多数都是常规的由曲轴驱动的活塞式压缩机， 它具 有 ： 制造简单， 使用寿命长， 对材质要求不高等其它品种压缩机无法与之相比的综合特点， 这是它问世以来经久不衰的主要原因。 0003 活塞往复式压缩机与其他压缩机一样， 由于在结构上受到无法解决的 “余隙” 问题 的困扰， 因此它的排气效率或 / 和压缩比始终难以提高。例如 ： 当压缩比接近于 “10” 时， 其排气量将会减小到失去其工作意义的程度。 0004 现有活塞往复式压缩机中的 “余隙” 包括 ： 活塞外顶部与气缸内顶部之间以及。

7、由于 吸气与排气二者机构必须存在的 “余隙” ， 以及由于活塞环的存在而造成的余隙。 发明内容 0005 本发明之目的 ： 0006 本发明之目的 ： 提出了活塞往复式压缩机 “全无余隙” 的结构。 0007 为了实现上述发明目的， 拟采用以下的技术 ： 0008 在活塞往复运行的机型结构基础上， 满足以下 a、 b 与 c 的三个机构设计条件 ： 0009 a. 活塞的顶部外侧配用控制吸气孔开启与关闭的锥形吸气阀块 ； 0010 b.至少在与活塞的外侧与顶部齐平位置上设置了其断面为V型活塞环或半V型活 塞环， 该 V 型或半 V 型的张口是向着圆心的， 该 V 型或半 V 型断面的张口与活塞。

8、顶部所形成 的坡度接触面为滑动配合， 并且， 该 V 型活塞环或半 V 型活塞环是分别通过与上述 V 型断面 或半 V 型断面相吻合设置在活塞上的环槽来实施定位的， 而且， 该 V 型活塞环或半 V 型活塞 环的上斜面与活塞顶部坡度之间的滑动配合间隙应该小于该V型活塞环或半V型活塞环下 平面与上述环槽底部平面的配合间隙 ； 0011 c. 活塞在向前压缩排气行程中， 最后能够顶开排气阀片冲出汽缸， 活塞在后退行 程中， 当活塞欲完全退回到汽缸内， 即将与被气缸阻挡在外的排气阀片分离的时刻， 将会造 成活塞、 排气阀片、 锥形吸气阀块与汽缸四者之间形成没有几何空间的 “全无余隙” 接触状 态。 。

9、0012 排气阀片是通过弹簧一类的弹性装置定位在汽缸的顶部。 0013 本发明与现有技术比较的特点 ： 0014 由于提出了上述活塞往复式压缩机 “全无余隙” 的结构的设计方案， 这就为 ： 活塞 往复式压缩机在其结构原理上能够实现 “全无余隙” 工作状态的结构形式与运行方式均创 造了条件， 使得其 ： 理论排气量达到 100的程度， 而实际排气量在任何工况条件下都非常 接近于 100， 并进而能够大幅度地提高其工作压缩比又创造了条件。 说 明 书 CN 102384066 A CN 102384084 A2/3 页 4 附图说明 0015 图 1 示意了本发明在卧式曲轴驱动型大功率活塞往复式。

10、压缩机中的实施例。 0016 图 2 示意了图 1 机型的活塞前进 ( 排气 ) 运行时活塞、 阀和汽缸的相对位置。 0017 图 3 示意了图 1 机型的活塞后退 ( 吸气 ) 运行时活塞、 阀和汽缸的相对位置。 0018 H ： 高压区 ； W ： 低压区 ； K1： 其断面为 V 型的活塞环 ； K2： 其断面为半 V 型的活塞环 ； K ： 活塞环 ( 指 ： K1或 K2) ； N ： 普通的常规活塞环 ； P ： 活塞顶部的吸气孔 ； D ： 交流电机 ； 1 ： 缸 盖 ； 2 ： 弹簧 ； 3 ： 排气阀片 ； 4 ： 锥形吸气阀块 ； 5 ： 活塞 ； 6 ： 汽缸 ； 7 。

11、： 曲轴 ； 8 ： 连杆 ； 9 ： 机体 ； 10 ： 定位螺丝。 具体实施方式 0019 图 1 示意了一种曲轴驱动型活塞往复式压缩机 “全无余隙” 的结构概况。 0020 图 2 示意了活塞 5 在向前的压缩排气行程时携带着活塞环 K 一起， 顶着排气阀片 3 在汽缸 6 的洞口外部一起行进的状况。显然 ： 0021 A. 在活塞 5 与排气阀片 3 接触之前， 该二者之间就已经在汽缸 6 中形成了将会缓 解活塞 5 与排气阀片 3 相互冲撞力度的高压气垫 ； 0022 B. 此时意味着 ： 活塞 5 已经将被压缩成的高压气体全部挤入高压区 H ； 0023 C. 应该在结构设计上确保。

12、 ： 活塞环 K 不能全部脱离 ( 冲出 ) 汽缸的洞口， 否则， 活 塞环 K 就不可能被活塞 5 重新携带着返回汽缸 6 了。此外， 活塞 5 冲出汽缸 6 洞口的行程 部分， 可控制在其有效行程长度的十分之一左右或更小。 0024 图 3 示意了活塞 5 在后退的吸气行程时通过其顶部的锥形吸气阀块 4 吸进低压气 体的状态。显然 ： 0025 A. 在结构上采用顺流式吸气机构最符合 “全无余隙” 的机型结构要求。 0026 B.当活塞5处于后退行程的初始阶段， 即在活塞5完全退进汽缸6的洞口之前， 首 先由较大直径的排气阀片 3 将较小口径的汽缸 6 的洞口顶部封闭住， 此刻必将形成 ：。

13、 0027 活塞 5( 包括位于其外缘的活塞环 K)、 锥形吸气阀块 4、 排气阀片 3 与汽缸 6 之间 “全无余隙” 的状态 ( 就结构理论而言 )。在此刻之后， 就不会存在如现有技术中残余 高压气体的膨胀过程了， 直接让活塞 5 才进入了具有实际吸气意义的吸气冲程阶段， 直到 由吸进的低压气体将气缸 6 中活塞 5 至排气阀片 3 之间的空间填满为止。 0028 综上所述， 从本发明的结构原理上看， 当活塞 5 处于本发明的吸气冲程但又尚未 进行吸气时， 即主要是在高气压的驱动下， 让排气阀片 3 将汽缸 6 的洞口顶部封闭住的时 刻 ： 将会形成最关键的 ： 活塞 5、 排气阀片 3、。

14、 锥形吸气阀块 4 与汽缸 6 四者之间没有几何空 间的 “全无余隙” 接触状态。 0029 关于本发明中采用涉及 V 型断面形状活塞环 K 来实现 “无余隙” 的问题 ： 0030 活塞 5 与 V 型或半断 V 型断面活塞环 K( 其张口是向着圆心的 ) 是通过一定的锥 形坡度以挤压方式接触的， 并且， 该坡度方向是离开圆心而向着圆周的， 这样， 在活塞 5 压 缩气体的过程当中， 就必然会增加一个向着汽缸 6 圆周内壁方向上的可变的附加挤压分力 (与被压缩气体的压力成正比) ； 当被压缩气体的压力达到最高时， 那么， 通过活塞环K的上 述附加的分力来制止活塞 5 两端的高压与低压之间漏气。

15、的力度也就随之达到最大 ； 显然， 在活塞5压缩气体的初始行程阶段(气体的压力不高时)， 上述向着圆周方向的挤压分力就 说 明 书 CN 102384066 A CN 102384084 A3/3 页 5 不存在或很小。活塞环 1 与定位该活塞环 1 的异型断面环槽之间在相互配合时总是会 存在一定的、 哪怕是极其微小的公差配合， 机加工时只要有意识地充分把握住并设法实现 了这一点 ( 充分重视了上述 “发明内容” 段落中的 “b” 款 )， 就能够很容易使得活塞 5 在压 缩气体的过程当中， 能够有效地增加活塞 5 前后两端之间上述的制止漏气的力度， 这于高 压缩比或超高压缩比机型是很重要的。。

16、 0031 此外， 图中所示意的活塞环K的断面中顶部尺寸S的范围应该大于或等于 “零” ， 具 体设计时， 根据结构改进时的不同需求， 上述二种情况的设计都有可能存在。 0032 关于本发明高压缩比机型的高压温升问题 ： 0033 高压缩比或特高压缩比机型必然会面临对于压缩机来说的高温升问题， 这可以采 用一般的风冷方式来解决， 也可以采用如汽车发动机 ( 通过汽油高温爆炸来驱动活塞的运 行 ) 那样的水冷方式来解决。 0034 显然 ： 0035 现在，“有余隙” 的活塞往复式压缩机， 它具有制造简单与 “性价比” 很高的特点， 如 果实现了本发明的 “全无余隙” 的结构， 使得其 “性价比” 就能更大幅度地攀升， 这就会让历 史最悠久的活塞往复式压缩机非但能够成为传统型活塞往复式压缩机的换代产品， 而且， 还很有可能成为其他工程领域中使用的各种类型压缩机的换代产品。 说 明 书 CN 102384066 A CN 102384084 A1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102384066 A CN 102384084 A2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 102384066 A 。