原案申請?zhí)枴?011102555824”原案申請日“2011年08月21日”

原案申請名稱“活塞往復(fù)式壓縮機的全無余隙構(gòu)造及其相關(guān)的加工方法”

技術(shù)領(lǐng)域.

本發(fā)明涉及活塞往復(fù)式壓縮機的技術(shù)，尤其是“全無余隙”機型的技術(shù)。

背景技術(shù)：

目前問世的壓縮機品種中的大多數(shù)都是常規(guī)的由曲軸驅(qū)動的活塞式壓縮機，它具有：制造簡單，使用壽命長，對材質(zhì)要求不高等其它品種壓縮機無法與之相比的綜合特點，這是它問世以來經(jīng)久不衰的主要原因。

活塞往復(fù)式壓縮機與其他壓縮機一樣，由于在結(jié)構(gòu)上受到無法解決的“余隙”問題的困擾，因此它的排氣效率或/和壓縮比始終難以提高?！纾寒攭嚎s比接近于“10”時，其排氣量將會減小到失去其工作意義的程度。

現(xiàn)有活塞往復(fù)式壓縮機中的“余隙”包括：活塞外頂部與氣缸內(nèi)頂部之間以及由于吸氣與排氣二者機構(gòu)必須存在的“余隙”，以及由于活塞環(huán)的存在而造成的余隙。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明之目的：

本發(fā)明之目的：提出了活塞往復(fù)式壓縮機“全無余隙”的結(jié)構(gòu)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，擬采用以下的技術(shù)：

在活塞往復(fù)運行的機型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，滿足以下a、b、c與d的四個機構(gòu)設(shè)計條件：

a.活塞的頂部外側(cè)配用控制吸氣孔開啟與關(guān)閉的錐形吸氣閥塊；

b.至少在與活塞的外側(cè)與頂部齊平位置上設(shè)置了其斷面為半V型的活塞環(huán)，該半V型的張口是向著圓心的，該半V型斷面的張口與活塞頂部所形成的坡度接觸面為滑動配合，并且，該半V型活塞環(huán)是通過與上述半V型斷面相吻合設(shè)置在活塞上的環(huán)槽來實施定位的，而且，該半V型活塞環(huán)的上斜面與活塞頂部坡度之間的滑動配合間隙應(yīng)該小于該半V型活塞環(huán)下平面與上述環(huán)槽底部平面的配合間隙以確保：

半V型活塞環(huán)的上斜面與活塞頂部坡度之間由于受到氣缸內(nèi)部不斷變大的壓縮氣體力的驅(qū)使而向著汽缸內(nèi)壁圓周方向產(chǎn)生擠壓分力時，絕對不會受到該上述環(huán)槽底部平面對于該半V型活塞環(huán)下平面的頂托影響；

c.活塞在向前壓縮排氣行程中，最后能夠頂開排氣閥片沖出汽缸，活塞在后退行程中，當活塞欲完全退回到汽缸內(nèi)，即將與被氣缸阻擋在外的排氣閥片分離的時刻，將會造成活塞、排氣閥片、錐形吸氣閥塊、活塞環(huán)與汽缸五者之間形成沒有幾何空間的“全無余隙”接觸狀態(tài)。

d.排氣閥片是通過彈簧一類的彈性裝置定位在汽缸的頂部。

本發(fā)明關(guān)鍵部位的加工方法如下：

將其斷面為半V型活塞環(huán)，設(shè)置在活塞的外側(cè)與頂部齊平的位置上，將錐形吸氣閥塊也設(shè)置在在活塞上，最后，將該活塞的上頂部、該活塞環(huán)的上部，以及該錐形吸氣閥塊的上頂部(錐體的底部)三者一起進行平面研磨?！_保該三者位于同一個平面。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的特點：

由于提出了上述活塞往復(fù)式壓縮機“全無余隙”的結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，這就為：活塞往復(fù)式壓縮機在其結(jié)構(gòu)原理上能夠?qū)崿F(xiàn)“全無余隙”工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)形式與運行方式均創(chuàng)造了條件，使得其：理論排氣量達到100％的程度，而實際排氣量在任何工況條件下都非常接近于100％，并進而能夠大幅度地提高其工作壓縮比又創(chuàng)造了條件。

附圖說明

圖1示意了本發(fā)明在臥式曲軸驅(qū)動型大功率活塞往復(fù)式壓縮機中的實施例。

圖2示意了圖1機型的活塞前進(排氣)運行時活塞、閥和汽缸的相對位置。

圖3示意了圖1機型的活塞后退(吸氣)運行時活塞、閥和汽缸的相對位置。

H：高壓區(qū)；W：低壓區(qū)；K：其斷面為半V型的活塞環(huán)；N：普通的常規(guī)活塞環(huán)；P：活塞頂部的吸氣孔；D：交流電機；1：缸蓋；2：彈簧；3：排氣閥片；4：錐形吸氣閥塊；5：活塞；6：汽缸；7：曲軸；8：連桿；9：機體；10：定位螺絲。

具體實施方式

圖1示意了一種曲軸驅(qū)動型活塞往復(fù)式壓縮機“全無余隙”的結(jié)構(gòu)概況。

圖2示意了活塞5在向前的壓縮排氣行程時攜帶著活塞環(huán)K一起，頂著排氣閥片3在汽缸6的洞口外部一起行進的狀況。顯然：

A.在活塞5與排氣閥片3接觸之前，該二者之間就已經(jīng)在汽缸6中形成了將會緩解活塞5與排氣閥片3相互沖撞力度的高壓氣墊；

B.此時意味著：活塞5已經(jīng)將被壓縮成的高壓氣體全部擠入高壓區(qū)H；

C.應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計上確保：活塞環(huán)K不能全部脫離(沖出)汽缸的洞口，否則，活塞環(huán)K就不可能被活塞5重新攜帶著返回汽缸6了。此外，活塞5沖出汽缸6洞口的行程部分，可控制在其有效行程長度的十分之一左右或更小。

圖3示意了活塞5在后退的吸氣行程時通過其頂部的錐形吸氣閥塊4吸進低壓氣體的狀態(tài)。顯然：

A.在結(jié)構(gòu)上采用順流式吸氣機構(gòu)最符合“全無余隙”的機型結(jié)構(gòu)要求。

B.當活塞5處于后退行程的初始階段，即在活塞5完全退進汽缸6的洞口之前，首先由較大直徑的排氣閥片3將較小口徑的汽缸6的洞口頂部封閉住，此刻必將形成：

活塞5(包括位于其外緣的活塞環(huán)K)、錐形吸氣閥塊4、排氣閥片3與汽缸6之間“全無余隙”的狀態(tài)(就結(jié)構(gòu)理論而言)。——在此刻之后，就不會存在如現(xiàn)有技術(shù)中殘余高壓氣體的膨脹過程了，直接讓活塞5才進入了具有實際吸氣意義的吸氣沖程階段，直到由吸進的低壓氣體將氣缸6中活塞5至排氣閥片3之間的空間填滿為止。

綜上所述，從本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理上看，當活塞5處于本發(fā)明的吸氣沖程但又尚未進行吸氣時，即主要是在高氣壓的驅(qū)動下，讓排氣閥片3將汽缸6的洞口頂部封閉住的時刻：將會形成最關(guān)鍵的讓：活塞5、排氣閥片3、錐形吸氣閥塊4、活塞環(huán)K與汽缸6之間沒有幾何空間的“全無余隙”接觸狀態(tài)。

關(guān)于本發(fā)明中采用涉及V型斷面形狀活塞環(huán)K來實現(xiàn)“無余隙”的問題：

活塞5與半V型斷面的活塞環(huán)K(其張口是向著圓心的)是通過一定的錐形坡度以擠壓方式接觸的，并且，該坡度方向是離開圓心而向著圓周的，這樣，在活塞5壓縮氣體的過程當中，就必然會增加一個向著汽缸6圓周內(nèi)壁方向上的可變的附加擠壓分力(與被壓縮氣體的壓力成正比)；當被壓縮氣體的壓力達到最高時，那么，通過活塞環(huán)K的上述附加的分力來制止活塞5兩端的高壓與低壓之間漏氣的力度也就隨之達到最大；顯然，在活塞5壓縮氣體的初始行程階段(氣體的壓力不高時)，上述向著圓周方向的擠壓分力就不存在或很小。——活塞環(huán)1與定位該活塞環(huán)1的異型斷面環(huán)槽之間在相互配合時總是會存在一定的、哪怕是極其微小的公差配合，機加工時只要有意識地充分把握住并設(shè)法實現(xiàn)了這一點(充分重視了上述“發(fā)明內(nèi)容”段落中的“b”款)，就能夠很容易使得活塞5在壓縮氣體的過程當中，能夠有效地增加活塞5前后兩端之間上述的制止漏氣的力度，這于高壓縮比或超高壓縮比機型是很重要的。

此外，圖中所示意的活塞環(huán)K的斷面中頂部尺寸S的范圍應(yīng)該大于或等于“零”，具體設(shè)計時，根據(jù)結(jié)構(gòu)改進時的不同需求，上述二種情況的設(shè)計都有可能存在。

關(guān)于本發(fā)明高壓縮比機型的高壓溫升問題：

高壓縮比或特高壓縮比機型必然會面臨對于壓縮機來說的高溫升問題，這可以采用一般的風(fēng)冷方式來解決，也可以采用如汽車發(fā)動機(通過汽油高溫爆炸來驅(qū)動活塞的運行)那樣的水冷方式來解決。

顯然：

現(xiàn)在，“有余隙”的活塞往復(fù)式壓縮機，它具有制造簡單與“性價比”很高的特點，如果實現(xiàn)了本發(fā)明的“全無余隙”的結(jié)構(gòu)，使得其“性價比”就能更大幅度地攀升，這就會讓歷史最悠久的活塞往復(fù)式壓縮機非但能夠成為傳統(tǒng)型活塞往復(fù)式壓縮機的換代產(chǎn)品，而且，還很有可能成為其他工程領(lǐng)域中使用的各種類型壓縮機的換代產(chǎn)品。