本發(fā)明涉及壓縮機技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高效往復(fù)式氣體壓縮機。

背景技術(shù)：

作為將機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種動力裝置，圖1給出的是最為基本的往復(fù)式氣體壓縮機的結(jié)構(gòu)示意圖，曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，通過活塞桿6＇成為活塞5＇的直線往復(fù)運動。進氣閥座1＇及排氣閥座3＇中的閥片，通常是以閥片上下兩面的壓差隨活塞5＇上下運動時適時關(guān)閉或者開啟，這樣由缸蓋2＇、氣缸套4＇以及活塞5＇圍成一個體積(V)及壓力(P)周期變化的空間，空間的大小或者變化可在P-V圖中予以表示，活塞5＇上下往復(fù)一次，即一個工作循環(huán)，就對應(yīng)P-V圖中一個封閉的四邊形。如圖二所示，四邊形ABCD中的A點是上一個工作循環(huán)的終點，也是下一個循環(huán)的始點，即對應(yīng)于圖1中的活塞5＇上行至最高點，在壓縮機運行過程中不允許有活塞5＇碰撞缸蓋2＇的可能，即往復(fù)式氣體壓縮機的每一個工作循環(huán)排氣終了時，活塞5＇與缸蓋2＇之間留有少許間隙，這間隙就存有少量壓力為排氣壓力P₂的氣體，隨活塞5下行，殘留在缸內(nèi)壓力為P₂的氣體開始膨脹，直至壓力下降至B點，即缸內(nèi)壓力與進氣系統(tǒng)的壓力相等，這一階段稱膨脹階段，這一階段進排氣閥座均處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞掃過的體積就為V_B-V_A。

活塞繼續(xù)下行，缸內(nèi)壓力稍低于進氣系統(tǒng)的壓力P₁，進氣閥座自動開啟，進氣系統(tǒng)的氣體進入工作缸內(nèi)至C點，即活塞下行的終點，這一階段稱為吸氣階段，這一階段排氣閥座始終關(guān)閉，吸入的體積為V_C-V_B，活塞也不做功，另外V_C-V_A是活塞全程掃過的體積。

活塞經(jīng)C點后開始上行至D點，V_C-V_D是活塞對缸內(nèi)氣體由P₁壓縮至P₂掃過的體積，這一階段為壓縮階段，這一階段進排氣閥座均處于關(guān)閉狀態(tài)，這一階段活塞對缸內(nèi)氣體是需要做功的，其做功W的計算公式為：

式中P₁·(V_C-V_B)及P₂/P₁是反映該壓縮機的兩個重要性能指標(biāo)，前者P₁·(V_C-V_B)是該機在P₁狀態(tài)下輸送能力，即V_C-V_B，而P₂/P₁反映的是該機壓縮比。顯然輸送量越大，消耗功率也大，同樣P₂/P₁越大，則所消耗的功率也越大，如P₂/P₁趨近1，則由上式可以看出，其所消耗的功就接近零。式中K為多變指數(shù)，壓送某確定組分的氣體就對應(yīng)一個確定的K值。

活塞繼續(xù)上行，因缸內(nèi)氣體壓力已經(jīng)達到P₂，排氣閥門開啟，這一階段為排氣階段，這個階段于活塞上行到最高點時結(jié)束。排氣的體積為V_D-V_A，同時活塞與缸蓋之間留有少量體積壓力為P₂的氣體就進入下一個工作循環(huán)，需說明的是這一階段，活塞將氣體通過排氣閥座壓入排氣系統(tǒng)時需消耗一部分功率。

以上描述了往復(fù)式氣體壓縮機運行中其工作循環(huán)對應(yīng)在P-V圖上的一個四邊形ABCD，作了簡要說明，同時也述及功率消耗主要發(fā)生在壓縮階段，并給出計算式(1)。

同時，一個工作循環(huán)在P-V圖上只能對應(yīng)一個四邊形，且四邊形面積越大，所耗的功也就越大，除式(1)外還給出排氣溫度與壓縮比之間的關(guān)系。

從上式(1)和(2)可以看出，壓縮比P₂/P₁越大，所耗費功率也越大，排氣溫度也越高，反之，壓縮比越小，如當(dāng)P₁趨近P₂時，所耗外功趨近零，排氣溫度也接近進氣溫度。

圖三中四邊形ABCD和四邊形AB＇C＇D＇是同一臺往復(fù)式壓縮機壓送同一組分的氣體，且排氣壓力相等的兩個不同工況，四邊形AB＇C＇D＇的進氣壓力P₁＇大于四邊形ABCD的進氣壓力P₁，顯然四邊形ABCD的面積大于四邊形AB＇C＇D＇的面積，即四邊形ABCD所耗費的功率應(yīng)大于四邊形AB＇C＇D＇的功率，因為是同一臺壓縮機，這兩個四邊形活塞全程掃過的體積就應(yīng)相等，即V_C-V_A＝V_C＇-V_A，出口壓力壓力相等，所以各自的排氣閥DA與D＇A是重疊在一個水平線上，且D＇A大于DA，從圖3可得：

D＇A＝DA+D＇D

即V_D＇-V_A＝(V_D-V_A)+(V_D＇-V_D)

其中，V_D＇-V_A是四邊形A＇B＇C＇D＇工況下，將壓力為P₁＇、體積為V_C＇-V_A的氣體壓縮至P₂的壓力排出，其量為V_D＇-V_A。

V_D-V_A是四邊形ABCD工況下，將壓力P₁體積為V_C-V_A的氣體壓縮至P₂的壓力排出，其量為V_D-V_A。V_D＇-V_D是上述二個不同工況下，以壓力P₂排出的體積之差。

現(xiàn)一臺與圖三相同性能的壓縮機，設(shè)定的運行工況為圖三中四邊形ABCD，這樣正常運行時，該機應(yīng)重復(fù)四邊形ABCD下運行。在壓縮階段缸內(nèi)的壓力低于排氣腔的壓力，現(xiàn)如對該壓縮機僅在壓縮階段時通過某特定技術(shù)手段將排氣腔內(nèi)壓力為P₂的氣體引入到工作缸內(nèi)，如引入的量為圖三中V_D＇-V_D與已在缸內(nèi)的壓力為P₁的氣體混合后，應(yīng)等同四邊形AB＇C＇D＇，吸入階段結(jié)束時對缸內(nèi)的氣體壓力為P₁＇而不是四邊形ABCD中的吸入階段結(jié)束時的P₁，在壓縮階段發(fā)生在缸內(nèi)的是將P₁＇氣體壓縮至P₂，而不是四邊形ABCD中P₁壓縮至P₂。排氣階段經(jīng)排氣閥座排出的量是V_D＇-V_A，而排氣腔內(nèi)得到的扣除在壓縮階段所注入的，最終得到的仍是四邊形ABCD中所示的V_D-V_A的量。這樣對于往復(fù)式壓縮機，在其運行中的每一個工作循環(huán)，如能在壓縮階段時，將排氣系統(tǒng)壓力為P2的氣體引入到工作缸內(nèi)，這樣真實發(fā)生在缸內(nèi)的壓縮比小于原設(shè)定的壓縮比，就減少了原所需功耗，還能保證原設(shè)定的性能不發(fā)生變化。

通過以上分析可知，本發(fā)明前往復(fù)式壓縮機運行時，活塞每一次往復(fù)就對應(yīng)在P-V圖唯一的一個四邊形，其壓縮階段的壓縮比就是排氣腔的壓力與進氣腔的壓力之比，且活塞與缸頂部之間沒有任何發(fā)生關(guān)聯(lián)的零部件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于改變現(xiàn)有技術(shù)中往復(fù)式氣體壓縮機工作腔部分的結(jié)構(gòu)，在保證原工況不變的條件下，使真實發(fā)生在氣缸內(nèi)的壓縮比小于原設(shè)定的壓縮比，從而降低功耗以及排氣溫度，采用的技術(shù)方案是：一種高效的往復(fù)式氣體壓縮機，包括機身、工作腔部分、傳動部分和輔助部分，所述工作腔部分包括氣缸，所述氣缸包括缸體和缸蓋，所述缸蓋上設(shè)有進氣閥和排氣閥，活塞位于所述缸體內(nèi)且在活塞桿帶動下沿缸體內(nèi)壁往復(fù)運動，所述活塞桿與傳動部分連接，其特征在于：所述工作腔部分還包括排氣腔，所述排氣腔底部為所述缸蓋，還包括設(shè)在所述缸蓋上的注氣閥，當(dāng)所述活塞上行進入壓縮階段時，所述注氣閥在注氣閥開閉部件帶動下打開，將排氣腔內(nèi)的氣體注入所述缸體內(nèi)。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述排氣腔的頂部為大蓋。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述注氣閥開閉部件包括與所述活塞連接、且穿過所述排氣閥軸套的連同桿，所述連同桿背離所述活塞的一端設(shè)撥動部件，還包括于所述撥動部件配合使用的注氣閥閥瓣打開機構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述注氣閥開閉部件包括與所述活塞連接、且穿過缸蓋軸套的連同桿，所述連同桿背離所述活塞的一端設(shè)撥動部件，還包括于所述撥動部件配合使用的注氣閥閥瓣打開機構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述注氣閥閥瓣打開機構(gòu)包括與注氣閥閥瓣連接的注氣閥閥桿，所述閥桿與連接件鉸接，所述連接件與被動桿連接，所述被動桿一端連接被動桿支座上，另一端與所述撥動部件相配合。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述被動桿包括可相對運動的被動桿主桿和被動桿副桿，所述被動桿主桿與所述被動桿支座連接，所述被動桿副桿設(shè)與所述撥動部件配合的端部。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述被動桿主桿與被動桿副桿之間設(shè)有扭轉(zhuǎn)彈簧。

本發(fā)明的技術(shù)特征還有：所述被動桿主桿與被動桿支座之間設(shè)有拉簧和壓簧。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)在保證性能不變的前提下，即流量及排氣量不變的條件下，使實際發(fā)生在壓縮過程中的壓縮比，小于原先需設(shè)定的壓縮比，則所耗費功率低了，即提高了效率。

2)原設(shè)定一臺中，高壓往復(fù)式壓縮機，需多級壓縮，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大，使用本發(fā)明可有選擇的對其中某級壓縮比提高，這樣從整體上的設(shè)計就可能比原設(shè)計少一級或者二級壓縮。

3)采用本發(fā)明，不僅提高了效率，因降低實際壓縮比中的壓縮比，也降低了排氣溫度，有利于使用壽命的提升。

附圖說明

附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中氣體壓縮機原理示意圖，附圖2是P-V圖，附圖3是同一往復(fù)式氣體壓縮機兩種不同工況下P-V圖，附圖4是現(xiàn)有技術(shù)中排氣閥安置在氣缸頂部的一種結(jié)構(gòu)，

附圖5是本發(fā)明實施例一結(jié)構(gòu)示意圖，附圖6-10是實施例一中各個不同動作瞬間位置示意圖，附圖11是排氣閥閥蓋結(jié)構(gòu)示意圖，附圖12是附圖10的俯視圖，附圖13是本發(fā)明實施例二。其中：

1＇是進氣閥，2＇是缸蓋，3＇是排氣閥，4＇是氣缸套，5＇是活塞，6＇是活塞桿。

1"是大蓋，2"是安全彈簧，3"是螺栓，4"是螺母，5"是排氣閥閥蓋，6"是排氣閥彈簧，7"是排氣閥閥座，8"是排氣閥閥片，9"是機體，10"是吸氣閥片，11"是缸套，12"是活塞，13"是活塞環(huán)，14"是吸氣閥座，15"是排氣閥。

1是小蓋，2是大蓋，3是安全彈簧，4是彈簧座，5是撥動環(huán)，6是連同桿，7是螺栓，8是螺帽，9是大墊，10是排氣閥閥蓋，11是排氣閥，12是排氣閥閥片，13是排氣閥閥座，14是活塞，15是軸套，16是注氣閥，17是注氣閥閥桿，18是注氣閥閥體，19是注氣閥閥瓣，20是注氣閥彈簧，21是氣缸套，22是排氣閥彈簧，23是被動桿支座，24是拉簧，25是壓簧，26是小軸，27是被動桿主桿，28是連接件，29是扭轉(zhuǎn)彈簧，30是被動桿副桿，31是罩蓋，32是缸蓋，33是缸套。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行說明。在本發(fā)明之前，往復(fù)式氣體壓縮機運行時，活塞每一次往復(fù)就對應(yīng)P-V圖上唯一一個四邊形，其壓縮階段的壓縮比就是排氣腔的壓力與進氣腔的壓力之比，且活塞與缸頂之間沒有任何發(fā)生關(guān)聯(lián)的構(gòu)件。

在敘述本專利實施措施前，需說明的是往復(fù)式壓縮機在結(jié)構(gòu)設(shè)計時通常盡可能將排氣閥直接安置在缸蓋頂部。附圖4是將排氣閥安裝在氣缸頂部并包含相臨近構(gòu)件的眾多結(jié)構(gòu)形式中的一種，需說明排氣閥15"作為一個機構(gòu)，是由排氣閥閥蓋5"、排氣閥彈簧6"、排氣閥閥座7"及排氣閥閥片8"等組成，并由螺栓3"、螺母4"緊固成一個完整的部件，另外缸套11"外部及機體9"下方為進氣腔，機體9和大概1之間為排氣腔。排氣閥15"通過安全彈簧2"及大蓋1"固定在缸套11"上。

本發(fā)明是在往復(fù)式氣體壓縮機這一技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，設(shè)一個一端在排氣腔內(nèi)、中間穿過氣缸頂部、另一端則與活塞相連并能與活塞同步上下運動的桿，此桿上下運動時，能適時撥動處在排氣腔內(nèi)的某種構(gòu)件，使之能在壓縮階段提拉安裝在氣缸頂部的注氣閥，將排氣腔內(nèi)的氣體注入正在壓縮的氣缸內(nèi)，以降低壓縮階段的壓縮比，即降低了功耗及排氣溫度，且原設(shè)定的工況需求不變。從以上分析內(nèi)容可見，實施本技術(shù)僅需增設(shè)能與活塞同步運動的桿，和缸蓋外并處于排氣腔內(nèi)的某些構(gòu)件以及安置在缸蓋上的注氣閥，而這些件僅僅與活塞及氣缸頂部的構(gòu)件有關(guān)。

實施措施：

圖5至圖10表示的是排氣閥安裝在氣缸套頂部，其活塞在其每一個工作循環(huán)中的某一小段行程、實施本技術(shù)的較為連貫的瞬間。

圖5中排氣腔頂端的連同桿6上裝有撥動環(huán)5，連同桿6中部穿過排氣閥11中的軸套15，下端則安裝在活塞14上，這樣連同桿6就能與活塞14同步上下運動。圖5表示的是活塞14下行經(jīng)膨脹進氣、還有一小段未了的吸氣行程，但還未觸及被動桿前的瞬間。

被動桿由被動桿主桿27、被動桿副桿30和扭轉(zhuǎn)彈簧29組成，被動桿副桿30能通過扭轉(zhuǎn)彈簧29對被動桿主桿27作一定角度的順時針旋轉(zhuǎn)。而被動桿固定在被動桿支座23的小軸26上，這樣被動桿能對小軸26作一定角度的旋轉(zhuǎn)，被動桿支座23則固定在排氣閥閥蓋10不含排氣流道的徑向條幅上。另外被動桿主桿27與被動桿支座23之間有拉簧24和壓簧25，其中拉簧24的兩端分別固定在被動桿支座23和被動桿主桿27上，壓簧25僅固定在被動桿支座23上。

被動桿主桿27前端有一小孔，與安置在排氣閥11中的注氣閥閥桿17用有足夠強度、無伸縮變形、并與壓送介質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)的連接件28連接，該連接件可選用細鋼絲繩等材料制成。

注氣閥16由注氣閥閥體18、注氣閥閥桿17、注氣閥彈簧20及注氣閥閥瓣19等組成。

被動桿不被撥動環(huán)觸碰，即便觸碰，一旦脫離了撥動環(huán)5，也能在多個彈簧的作用下恢復(fù)到如圖5所示的穩(wěn)定狀態(tài)。

撥動環(huán)5隨同活塞14繼續(xù)下行，牽動被動桿到最低點，這就是圖6顯示的瞬間。

圖6中的活塞14下行一個瞬間，被動桿就脫離了撥動環(huán)5，即恢復(fù)到如圖5所示穩(wěn)定、靜止?fàn)顟B(tài)，撥動環(huán)5脫離被動桿后，繼續(xù)下行一小段有限的未了的吸氣行程，準(zhǔn)備開始上行的瞬間，這就是圖7所示瞬間?；钊?4開始上行進入壓縮階段，同樣僅經(jīng)很小一段行程，撥動環(huán)5隨同活塞14自下而上觸碰，但還沒有牽動被動桿的情景，這就是圖8描繪的瞬間。撥動環(huán)5隨同活塞14繼續(xù)上行，同時抬升被動桿至最高點，即圖10顯示瞬間。

在圖8至圖9這一小段行程，由于被動桿抬升，通過連接件28提拉注氣閥閥桿17，使得注氣閥閥瓣19脫離注氣閥閥體18的密封面，在這一段行程，氣缸內(nèi)的壓力仍然小于排氣腔內(nèi)的壓力，這樣在圖8至圖9這一段行程，排氣腔內(nèi)壓力為P₂的氣體通過注氣閥進入氣缸內(nèi)，提高了缸內(nèi)的壓力，同時也降低了壓縮階段的壓縮比。

圖10顯示的是活塞上行至最高點的一個瞬間，在這一段行程中活塞對缸內(nèi)的氣體實施未了的壓縮和排氣，活塞上行到最高點，意味著這一排氣階段結(jié)束，即這一工作循環(huán)結(jié)束，然后活塞下行又開始下一個工作循環(huán)。

圖5中被動桿支座23、注氣閥閥體18、軸套15以及螺栓的孔的布置，可以從排氣閥閥蓋10的零件圖(圖11和圖12)中看到，中部直徑為D₁的孔安裝軸套，3個直徑為D₂的孔設(shè)置注氣閥閥體，三個直徑為D₃的孔用于安裝螺栓，另外圖11的閥蓋上三個不含排氣通道的徑向條幅上有螺孔M_d，用于固定被動桿支座。

另外，從圖11和圖12可出，一個撥動環(huán)可同時撥動三個被動桿，即可同時提拉三個注氣閥閥桿17，這樣效果更好。

螺栓及螺母通過大墊9防止軸套15及注氣閥閥體18軸向竄動，還將排氣閥閥蓋10、排氣閥閥座13、排氣閥閥片12及排氣閥彈簧22等組成一個完整的排氣閥部件。

連同桿6上下運動行程同活塞14、小蓋1予以補償。

安全彈簧3通過大蓋2、小蓋1及彈簧座4將排氣閥固定在氣缸頂部。

圖13是氣缸套頂部為缸蓋而不是排氣閥，實施本技術(shù)的示意圖，實施本技術(shù)的原理及直接用于本技術(shù)的零部件與前述相同，不再贅述。

當(dāng)然，上述說明并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護范圍。