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一种双对置活塞压缩机结构

基本信息

  • 申请号 CN201811377451.1 
  • 公开号 CN109340078A 
  • 申请日 2018/11/19 
  • 公开日 2019/02/15 
  • 申请人 西安交通大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 何志龙 韩耀祥 曲西德 邢子文  
  • 主分类号 F04B27/00 
  • 申请人地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号 
  • 分类号 F04B27/00;F04B27/02;F04B39/00;F04B35/04 
  • 专利代理机构 西安通大专利代理有限责任公司 61200 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 徐文权 
  • 有效性 授权 
  • 法律状态 授权
  •  

摘要

一种双对置活塞压缩机结构,包括通过联轴器与外部驱动电机相连的压缩机曲轴,压缩机曲轴的两侧布置有两个结构相同的气缸,每个气缸中均相对设置有外活塞和内活塞,压缩机曲轴上曲拐半径较大的曲柄通过内连杆与内活塞连接,压缩机曲轴上曲拐半径较小的曲柄通过外连杆与外活塞连接;通过压缩机曲轴的旋转带动内连杆和外连杆在曲柄上做回转运动,内连杆带动内活塞在气缸中做循环往复运动,外连杆带动外活塞在气缸中做循环往复运动;气缸上开设气阀,气阀与气缸密封连接。
本发明通过双气缸能够完成传统四个气缸的工作,布局简单,重量轻,零部件少,空间利用率高,能够缩短单一活塞的行程,增加总的行程。
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权利要求书


1.一种双对置活塞压缩机结构,其特征在于:包括通过联轴器与外部驱动电机相连的压缩机曲轴(5),压缩机曲轴(5)的两侧布置有两个结构相同的气缸,每个气缸中均相对设置有外活塞(1)和内活塞(2),压缩机曲轴(5)上曲拐半径较大的曲柄通过内连杆(6)与内活塞(2)连接,压缩机曲轴(5)上曲拐半径较小的曲柄通过外连杆(4)与外活塞(1)连接;通过压缩机曲轴(5)的旋转带动内连杆(6)和外连杆(4)在曲柄上做回转运动,内连杆(6)带动内活塞(2)在气缸中做循环往复运动,外连杆(4)带动外活塞(1)在气缸中做循环往复运动;气缸上开设气阀(8),所述的气阀(8)与气缸密封连接。
2.根据权利要求1所述的双对置活塞压缩机结构,其特征在于:所述的压缩机曲轴(5)连接三段曲柄,中间段曲柄的曲拐半径较大,两端曲柄的曲拐半径相等且较小。
3.根据权利要求2所述的双对置活塞压缩机结构,其特征在于:所述的外活塞(1)比内活塞(2)的尺寸大,所述的内活塞(2)均通过一根内连杆(6)将端面直接与中间段曲柄相连,所述的外活塞(1)均通过两根外连杆(4)分别连接两端曲柄。
4.根据权利要求1或3所述的双对置活塞压缩机结构,其特征在于:通过活塞固件(3)将外活塞(1)的尾部侧壁与每根外连杆(4)的端部进行连接。
5.根据权利要求1所述的双对置活塞压缩机结构,其特征在于:所述同一个气缸的外活塞(1)和内活塞(2)共用同一个气缸套(7),气阀(8)开设在止点位置。
6.根据权利要求1所述的双对置活塞压缩机结构,其特征在于:所述内连杆(6)的长度相等,外连杆(4)的长度相等,当一侧气缸吸气完成,另一侧气缸排气完成。
7.根据权利要求1所述的双对置活塞压缩机结构,其特征在于:气缸固定在外部机体上。
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说明书

技术领域
本发明涉及压缩机设计领域,具体涉及一种双对置活塞压缩机结构。
背景技术
活塞式压缩机是容积式压缩机中的一类,通过气缸、气阀以及在气缸中作往复运动的活塞,构成工作容积的不断变化来进行工作,具有压力范围广、排气压力基本不受流量所限、排气量的范畴广、热效率高等优势,因此被广泛应用在各个工业场合。
压缩机按照其气缸中心线与地平面的相对位置关系分为立式压缩机与卧式压缩机,其中卧式压缩机按照气缸相对机身的位置,又分为对置式或对动式。
此类压缩机共有的结构特点是通过曲柄连杆机构带动活塞在气缸内做循环往复运动。
传统的活塞压缩机由于具有曲轴箱以及气缸盖等结构,使得零部件及易损件多,机器质量重,占地面积大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题,提供一种双对置活塞压缩机结构,该结构去除了传统活塞压缩机所需要的曲轴箱以及气缸盖等结构,使压缩机内部空间充分利用,又通过合理配置内部结构,使曲轴两边完全对称,受力平衡,噪声降低,震动减小,能够将其应用在航天飞行器制冷系统等一些对空间要求比较高的场合。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:包括通过联轴器与外部驱动电机相连的压缩机曲轴,压缩机曲轴的两侧布置有两个结构相同的气缸,每个气缸中均相对设置有外活塞和内活塞,压缩机曲轴上曲拐半径较大的曲柄通过内连杆与内活塞连接,压缩机曲轴上曲拐半径较小的曲柄通过外连杆与外活塞连接;通过压缩机曲轴的旋转带动内连杆和外连杆在曲柄上做回转运动,内连杆带动内活塞在气缸中做循环往复运动,外连杆带动外活塞在气缸中做循环往复运动;气缸上开设气阀,所述的气阀与气缸密封连接。
所述的压缩机曲轴连接三段曲柄,中间段曲柄的曲拐半径较大,两端曲柄的曲拐半径相等且较小。
所述的外活塞比内活塞的尺寸大,所述的内活塞均通过一根内连杆将端面直接与中间段曲柄相连,所述的外活塞均通过两根外连杆分别连接两端曲柄。
通过活塞固件将外活塞的尾部侧壁与每根外连杆的端部进行连接。
所述同一个气缸的外活塞和内活塞共用同一个气缸套,气阀开设在止点位置。
内连杆的长度相等,外连杆的长度相等,当一侧气缸吸气完成,另一侧气缸排气完成。
所述的气缸固定在外部机体上。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:双对置结构即对置气缸结合对置活塞,本发明的双对置活塞压缩机结构省去了传统活塞压缩机的曲轴箱和气缸盖等结构,通过双气缸能够完成传统四个气缸的工作,布局简单,重量轻,零部件少,空间利用率高。
通过该设计,能够缩短单一活塞的行程,增加总的行程,具有广泛的应用前景。
进一步的,本发明内连杆的长度相等,外连杆的长度相等,当一侧气缸吸气完成,另一侧气缸排气完成,结构对称,有着良好的力学性能,切向力均匀,经过仿真测试,该结构能够使活塞力近乎完全平衡,活塞压缩机运转平稳,具有噪声低、震动小等优势。
进一步的,本发明外活塞和内活塞共用同一个气缸套,气阀开设在止点位置,避免死区。
附图说明
图1本发明的整体结构示意图;图2本发明内连杆连接内活塞的示意图;图3本发明外连杆连接活塞固件的示意图;图4本发明外连杆连接外活塞的示意图;图5本发明压缩机曲轴的装配示意图;图6本发明压缩机气体力的测试结果曲线;图7本发明压缩机一阶往复惯性力测试结果曲线;图8本发明压缩机二阶往复惯性力测试结果曲线;图9本发明压缩机活塞力的测试结果曲线;图10本发明压缩机法向力的测试结果曲线;图11本发明压缩机切向力的测试结果曲线;附图中:1-外活塞;2-内活塞;3-活塞固件;4-外连杆;5-压缩机曲轴;6-内连杆;7-气缸套;8-气阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1,本发明的双对置活塞压缩机结构包括压缩机曲轴5、外连杆4、内连杆6、气缸套7、内活塞2、外活塞1、活塞固件3以及气阀8。
压缩机曲轴5安装在机壳内,压缩机曲轴5的两端安装有滚动轴承,滚动轴承安装在轴承座内。
曲轴的中间段曲柄连接内连杆6,如图2所示,内连杆6通过活塞销与内活塞2连接。
参见图3,为了使外连杆4与外活塞1固定连在一起,设计了如图所示类似活塞销的活塞固件3,其圆柱部分与活塞相连,并通过连杆螺栓与外连杆4的小头固定连接。
如图4所示,两端曲柄连接外连杆4,外连杆4通过活塞固件3与外活塞1连接,合理设计外连杆4、内连杆6以及内活塞2、外活塞1的长度,使其在内止点处不能碰撞。
如图5所示,在压缩机曲轴5的两端曲柄处对称布置着四根相同的外连杆4,在中间段曲柄处,对称布置着两根相同的内连杆6。
内活塞2、外活塞1与气缸套7滑动连接。
气缸上设置有气阀8,气阀8开设在止点位置,气阀8与气缸密封连接。
本发明的具体工作过程如下:压缩机曲轴5通过联轴器与外部驱动电机相连,带动压缩机曲轴5的旋转,压缩机曲轴5的旋转带动外连杆4、内连杆6在曲柄上做回转运动,内连杆6带动内活塞2在气缸内做循环往复运动,两根外连杆4共同带动外活塞1做循环往复运动。
当两活塞由内止点相背运动时,进行膨胀过程,当缸内压力等于吸气压力时,吸气阀打开,进行吸气过程,当两活塞运动到外止点时,吸气过程结束,吸气阀关闭。
此时,同一气缸内两活塞开始相向运动,压缩过程开始。
当压缩到气缸内压强等于排气压时,排气阀打开,开始进行排气过程。
当两活塞运动到内止点时,排气过程结束。
由结构的特殊性,能够看出,当左面气缸的两活塞在内止点开始膨胀时,此时右面气缸的两活塞正好运动到外止点,即吸气结束点;当左面气缸的吸气完成时,右面气缸刚好处于排气结束点。
本设计结构形式为双对置活塞压缩机,单作用单级风冷式气缸。
压缩介质为空气。
原始数据记录如下: 表1压缩机热力计算及复算性热力计算结果 从图6中能够看出,该压缩机的气体力有着良好的平衡性能,曲轴每侧气缸内相对的两个活塞上的气体力完全对称,能够相互抵消。
气体力称之为内力,因为气体力是产生于活塞上,它能够在气缸里面相互平衡掉,不会传递到机箱外面上。
参见图7,图8,本发明的活塞压缩机,每列产生的一阶往复惯性力可以得到良好的平衡性能,而二阶往复惯性力不能抵消,二阶惯性力数值较一阶较小。
参见图9,本发明压缩机的活塞力虽然不能完全平衡,然而叠加之后数值也较之目前已有活塞压缩机数值小很多。
参见图10,图11,由经验得,压缩机总切向力能够表征出能量的消耗,其分布的均匀性与总体设计有关,如果活塞在相向,相背运动过程中所消耗的功大小相等,则切向力曲线就比较均匀,能量变化值较小。
通过图中总的切向力分析来看,该切向图比较均匀,由此可得,本设计压缩机能量变化相对较小,运动较均匀,振动较小。
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