專利名稱：活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的全無(wú)余隙結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
.本發(fā)明涉及活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的技術(shù)，尤其是涉及了 “全無(wú)余隙”機(jī)型的技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前問(wèn)世的壓縮機(jī)品種中的大多數(shù)都是常規(guī)的由曲軸驅(qū)動(dòng)的活塞式壓縮機(jī)，它具有制造簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)材質(zhì)要求不高等其它品種壓縮機(jī)無(wú)法與之相比的綜合特點(diǎn)， 這是它問(wèn)世以來(lái)經(jīng)久不衰的主要原因?；钊鶑?fù)式壓縮機(jī)與其他壓縮機(jī)一樣，由于在結(jié)構(gòu)上受到無(wú)法解決的“余隙”問(wèn)題的困擾，因此它的排氣效率或/和壓縮比始終難以提高。一例如當(dāng)壓縮比接近于“10” 時(shí)，其排氣量將會(huì)減小到失去其工作意義的程度?，F(xiàn)有活塞往復(fù)式壓縮機(jī)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(jī)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的提出活塞往復(fù)式壓縮機(jī)“全無(wú)余隙”的結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)方案。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，擬采用以下的技術(shù)在活塞往復(fù)式機(jī)型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)上還應(yīng)該滿足以下a、b與c的三個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)置條件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V型的活塞環(huán)，該V型的張口是向著圓心的，該V型斷面的張口與定位它的環(huán)槽上的坡度接觸面為滑動(dòng)配合，并且，該活塞環(huán)是通過(guò)與上述V型斷面相吻合的環(huán)槽來(lái)實(shí)施定位的；C.活塞向前排氣運(yùn)行過(guò)程中，最后能夠頂開排氣閥片沖出汽缸，活塞后退吸氣運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)活塞欲完全退回到汽缸內(nèi)，即要與被氣缸阻擋在外的排氣閥片分離的時(shí)刻，將會(huì)造成活塞、排氣閥片、錐形吸氣閥塊與汽缸四者之間形成沒(méi)有幾何空間的“全無(wú)余隙”接觸狀態(tài)?！龅呐艢忾y片是通過(guò)諸如彈簧或彈片一類裝置定位在汽缸的頂部；所述的活塞，當(dāng)它在汽缸內(nèi)的排氣沖程過(guò)程中快要接觸到緊蓋在汽缸口位置的排氣閥片之前，該活塞與該排氣閥片之間會(huì)形成一層能夠大幅度緩解該二者碰撞沖擊力度的“高壓氣墊”；所述的吸氣閥塊取材的熱脹冷縮系數(shù)所造成的形體變化，應(yīng)該(最好)與活塞頂部取材的熱脹冷縮系數(shù)所造成的形體變化達(dá)到盡可能相互吻合的程度?；钊鶑?fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部位的平面機(jī)加工方法將呈V型斷面的活塞環(huán)套進(jìn)活塞外環(huán)頂部的環(huán)形溝槽中，然后將該二者放進(jìn)與汽缸內(nèi)徑相同的研磨工夾具內(nèi)，露出與活塞外側(cè)頂部齊平的其斷面為呈V型斷面的活塞環(huán)， 再將吸氣閥塊置于活塞的外頂部，最后，對(duì)活塞外側(cè)頂部進(jìn)行平面研磨，即對(duì)套進(jìn)與汽缸內(nèi)徑相同的研磨工夾具內(nèi)且與活塞外頂部齊平放置的呈V型斷面的活塞環(huán)、活塞外頂部和與活塞外頂部齊平放置的并處于閉合狀態(tài)下的吸氣閥塊三者共同研磨，以確保工作狀態(tài)下的上述三者正好處于同一個(gè)平面。活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用的吸氣閥塊在結(jié)構(gòu)上至少包括設(shè)置在活塞頂部的倒錐形閥蓋，以及與它連接的閥柱體，該閥柱體下部由一對(duì)彈性支撐臂來(lái)取代，該一對(duì)彈性支撐臂穿過(guò)直閥孔在位于活塞內(nèi)頂部一側(cè)有與該一對(duì)彈性支撐臂連接的一對(duì)限位底腳，而且，一對(duì)限位底腳(包括與該一對(duì)限位底腳相連的一對(duì)彈性支撐臂之間)之間設(shè)置有一定的間距?！龅牡瑰F形閥蓋與設(shè)置在活塞頂部的倒錐形閥孔處于密閉配合的狀態(tài)；所述的閥柱體與設(shè)置在活塞內(nèi)頂部的直閥孔處于滑動(dòng)配合狀態(tài)；所述的吸氣閥塊取材于工程塑料或輕質(zhì)合金材料。吸氣閥塊的配用安裝方法只要將構(gòu)成吸氣閥塊上設(shè)置有限位底腳的一端從活塞頂部壓入直閥孔，直到該一對(duì)限位底腳伸出活塞下頂部并依靠該一對(duì)彈性支撐臂的彈性使得該一對(duì)限位底腳自動(dòng)張開并復(fù)位至上述一定的間距即可?！匾獣r(shí)(主要是指活塞高頻往復(fù)運(yùn)行的機(jī)型)，可以在該限位底腳與上述活塞內(nèi)頂部之間增加能夠使得吸氣閥塊開啟與閉合周期頻率與活塞往復(fù)運(yùn)行頻率一致的閉合復(fù)位(諧振)彈簧。本發(fā)明的特點(diǎn)1.鑒于本發(fā)明所提出的上述活塞往復(fù)式壓縮機(jī)“全無(wú)余隙”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這就為活塞往復(fù)式壓縮機(jī)在其結(jié)構(gòu)原理上能夠?qū)崿F(xiàn)“全無(wú)余隙”工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)行方式均創(chuàng)造了條件，使得其活塞理論排氣量達(dá)到100%的程度，而實(shí)際排氣量在任何工況條件下都非常接近于100%，并進(jìn)而能夠大幅度地提高其工作壓縮比又創(chuàng)造了條件。2.在現(xiàn)有“有余隙”活塞往復(fù)式壓縮機(jī)具有制造簡(jiǎn)單與“性價(jià)比”很高的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，如果又進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)，那么，在其制造簡(jiǎn)單的程度不會(huì)改變，而 “性價(jià)比”更大幅度地攀升情況下，這就會(huì)讓歷史最悠久的活塞往復(fù)式壓縮機(jī)以更嶄新的面貌在地球上出現(xiàn)，非但能夠成為現(xiàn)有傳統(tǒng)型活塞往復(fù)式壓縮機(jī)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(jī)的換代產(chǎn)品。


圖1示意了本發(fā)明在臥式曲軸驅(qū)動(dòng)型大功率活塞往復(fù)式壓縮機(jī)中的實(shí)施例。圖2示意了圖1機(jī)型的活塞前進(jìn)(排氣)運(yùn)行時(shí)活塞、閥和汽缸的相對(duì)位置。圖3示意了圖1機(jī)型的活塞后退(吸氣)運(yùn)行時(shí)活塞、閥和汽缸的相對(duì)位置。圖4示意了一種能夠?qū)崿F(xiàn)“無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)而實(shí)用的整體型吸氣閥塊的實(shí)施例。圖5是圖4的仰視圖。H 高壓區(qū)；W 低壓區(qū)；K 其斷面為缺角矩形的活塞環(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(jī)；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(jī)體；10 定位螺絲；G 倒錐形閥蓋；H 閥柱體(由一對(duì)彈性支撐臂組成)；X 限位底腳；L 一對(duì)限位底腳之間的間距。
具體實(shí)施例方式一種由曲軸驅(qū)動(dòng)的臥式大型活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)原理概況見(jiàn)上述圖1的示意。當(dāng)活塞5處于壓縮沖程時(shí)，在它與排氣閥片3接觸之前，該二者之間就已經(jīng)在汽缸 6中形成了將會(huì)緩解相互沖撞力度的高壓氣墊。一旦活塞5攜帶著活塞環(huán)K 一起沖出汽缸 6的洞口，即將已經(jīng)被壓縮成的高壓氣體全部擠入高壓區(qū)H，并同時(shí)和活塞環(huán)K 一起與排氣閥片3接觸并頂著該排氣閥片3 —起在汽缸6的洞口外部行進(jìn)。圖2示意了上述的活塞5在攜帶著活塞環(huán)K 一起，頂著排氣閥片3在汽缸6的洞口外部一起行進(jìn)的狀況。——顯然，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該確?；钊h(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，可以控制在其有效吸氣行程的十分之一左右。當(dāng)活塞5處于吸氣沖程并即將從高壓區(qū)H中完全退進(jìn)汽缸6的洞口之前，即將通過(guò)壓力差自動(dòng)開啟錐形吸氣閥塊4做順流吸氣功并吸入低壓區(qū)W中的低壓氣體之前，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(wú)余隙”的狀態(tài)(就結(jié)構(gòu)理論而言)?！诖丝讨?，就不存在殘余高壓氣體的膨脹過(guò)程了，直接讓活塞5才進(jìn)入了具有實(shí)際吸氣意義的吸氣沖程階段，直到完全由吸進(jìn)的低壓氣體將氣缸6 中活塞5至排氣閥片3之間的空間全部填滿為止。圖3示意了上述的通過(guò)活塞5上的錐形吸氣閥塊4吸進(jìn)低壓氣體的狀態(tài)。——顯然，在結(jié)構(gòu)上采用順流式吸氣機(jī)構(gòu)最符合“全無(wú)余隙”的機(jī)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜上所述從本發(fā)明機(jī)型的結(jié)構(gòu)原理上看，當(dāng)活塞5處于本發(fā)明的吸氣沖程時(shí)但又尚未進(jìn)行吸氣時(shí)，即主要是在高氣壓的驅(qū)動(dòng)下，讓排氣閥片3將汽缸6的洞口頂部封閉住的時(shí)刻將會(huì)造成活塞5、排氣閥片3、錐形吸氣閥塊4與汽缸6四者之間形成沒(méi)有幾何空間的“全無(wú)余隙”接觸狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了如此的狀態(tài)，無(wú)論從理論上，還是實(shí)際上講，都能夠讓上述的接觸狀態(tài)實(shí)現(xiàn)“零”余隙。關(guān)于本發(fā)明的V型斷面形狀活塞環(huán)K實(shí)現(xiàn)活塞5與汽缸6之間“無(wú)余隙”的問(wèn)題活塞5與V型活塞環(huán)K(該V型的張口是向著圓心的)是通過(guò)一定的錐形坡度的擠壓方式接觸的，并且，該坡度方向是離開圓心而向著圓周的，顯然，在活塞5壓縮氣體的過(guò)程當(dāng)中，又增加了一個(gè)向著汽缸6圓周內(nèi)壁方向上的可變的擠壓分力，而該分力是與被壓縮氣體的壓力成正比的；即當(dāng)活塞5越是進(jìn)入其行程的尾端時(shí)，由于被壓縮氣體的壓力也升至越高，那么，附加的通過(guò)活塞環(huán)K的上述出力來(lái)制止活塞5兩端的高壓與低壓之間漏氣的力度也就越大；而在活塞5壓縮氣體的初始行程階段，由于汽缸6內(nèi)氣體的壓力不高時(shí)， 上述向著圓周的平擠壓分力就不存在或很小?！钊h(huán)1與定位該活塞環(huán)1的環(huán)槽之間在相互配合時(shí)總是會(huì)存在一定的、哪怕是極其微小的公差配合，機(jī)加工時(shí)只要有意識(shí)地充分把握住并設(shè)法實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，就能夠很容易使得活塞5在壓縮氣體的過(guò)程當(dāng)中，增加上述制止漏氣的分力。此外，圖2中所示意的活塞環(huán)K的V型斷面中頂部尺寸S的范圍應(yīng)該大于或等于“零”如果其頂部尺寸S大于“零”，則活塞環(huán)K的V型斷面形狀就如圖2與圖3中示意的那樣；如果其頂部尺寸S等于“零”，則活塞環(huán)K的V型斷面形狀就與該字母“V”很相像了。具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)對(duì)活塞往復(fù)式壓縮機(jī)實(shí)施“全無(wú)余隙”的結(jié)構(gòu)改進(jìn)時(shí)的不同需求，上述二種情況的設(shè)計(jì)都有可能存在。關(guān)于本發(fā)明中的活塞環(huán)K與活塞5以及錐形吸氣閥塊4共同研磨的機(jī)加工問(wèn)題其關(guān)鍵在于對(duì)與活塞外頂部齊平定位的呈V型斷面的活塞環(huán)、活塞外頂部，以及與活塞外頂部齊平放置的吸氣閥塊三者共同研磨，是在模擬工作時(shí)的狀態(tài)下進(jìn)行的，即是在與汽缸6內(nèi)圓尺寸相同的工夾具套住上述共同研磨者的情況下進(jìn)行，并以此確保讓處于工作環(huán)境狀態(tài)下的上述三者正好處于同一個(gè)平面。當(dāng)由上述三者通過(guò)并列構(gòu)成的密封平面與另一個(gè)平面(排氣閥片3)充分接觸時(shí)， 就會(huì)很容易確保該二個(gè)充分接觸的平面之間能夠形成一個(gè)沒(méi)有任何幾何空間，即“無(wú)余隙” 的充分接觸狀態(tài)。關(guān)于本發(fā)明高壓縮比機(jī)型的高壓溫升問(wèn)題高壓縮比或特高壓縮比機(jī)型必然會(huì)面臨對(duì)于壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)的高壓溫升問(wèn)題，解決這個(gè)高壓溫升(含散熱)的問(wèn)題屬于現(xiàn)有技術(shù)范疇一般可以采用風(fēng)冷方式，甚至還可以采用如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(通過(guò)汽油高溫爆炸來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞的運(yùn)行)那樣的水冷方式(壓低溫升)來(lái)予以解決。此外，還應(yīng)該如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)那樣地考慮對(duì)于相關(guān)關(guān)鍵部件之間的涉及其熱脹冷縮系數(shù)的一致性問(wèn)題(當(dāng)然其偏差越小越好)，例如作為關(guān)鍵部件的錐形吸氣閥塊4與活塞5(其頂部設(shè)置了與錐形吸氣閥塊4成動(dòng)配合洞孔)二者應(yīng)該盡量考慮它們之間的熱脹冷縮系數(shù)相互適應(yīng)的問(wèn)題，尤其是在特高壓縮比的狀況下。
權(quán)利要求
1.一種活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)，在活塞( 往復(fù)運(yùn)行的機(jī)型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)上再滿足以下a、b與c的三個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)置條件a.活塞(5)的頂部外側(cè)配用控制吸氣孔(P)開啟與關(guān)閉的錐形吸氣閥塊⑷；b.至少在與活塞(5)的外側(cè)與頂部齊平位置上設(shè)置了其斷面為V型的活塞環(huán)(K)，該 V型的張口是向著圓心的，該V型斷面的張口與定位它的環(huán)槽上的坡度接觸面為滑動(dòng)配合， 并且，該活塞環(huán)(K)是通過(guò)與上述V型斷面相吻合的環(huán)槽來(lái)實(shí)施定位的；c.活塞(5)向前壓縮排氣運(yùn)行過(guò)程中，最后能夠頂開排氣閥片C3)沖出汽缸(6)，活塞(5)后退吸氣運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)活塞(5)欲完全退回到汽缸(6)內(nèi)，即要與被氣缸(6)阻擋在外的排氣閥片⑶分離的時(shí)刻，將會(huì)造成活塞(5)、排氣閥片(3)、錐形吸氣閥塊(4)與汽缸(6)四者之間形成沒(méi)有幾何空間的“全無(wú)余隙”接觸狀態(tài)；并且，所述的吸氣閥塊(4)取材的熱脹冷縮系數(shù)所造成的形體變化，應(yīng)該與活塞(5)頂部取材的熱脹冷縮系數(shù)所造成的形體變化達(dá)到相互吻合的程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)關(guān)鍵部位的平面機(jī)加工方法將呈V型斷面的活塞環(huán)(K)套進(jìn)活塞( 外環(huán)頂部的環(huán)形溝槽中，然后將該二者放進(jìn)與汽缸(6)內(nèi)徑相同的研磨工夾具內(nèi)，露出與活塞(5)外側(cè)頂部齊平的其斷面為呈V型斷面的活塞環(huán)(K)，再將吸氣閥塊(4)置于活塞( 的外頂部，最后，對(duì)活塞( 外側(cè)頂部進(jìn)行平面研磨，即對(duì)套進(jìn)與汽缸(6)內(nèi)徑相同的研磨工夾具內(nèi)且與活塞( 外頂部齊平放置的呈V型斷面的活塞環(huán)(K)、活塞( 外頂部和與活塞( 外頂部齊平放置的并處于閉合狀態(tài)下的吸氣閥塊(4)三者共同研磨，以確保工作狀態(tài)下的上述三者正好處于同一個(gè)平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)中采用的整體型吸氣閥塊吸氣閥塊(4)在結(jié)構(gòu)上至少包括設(shè)置在活塞(5)頂部的倒錐形閥蓋(G)，以及與它連接的閥柱體(H)，該閥柱體下部由一對(duì)彈性支撐臂(H)來(lái)取代，該一對(duì)彈性支撐臂(H)穿過(guò)直閥孔在位于活塞( 內(nèi)頂部一側(cè)有與該一對(duì)彈性支撐臂(H)連接的一對(duì)限位底腳(X)，而且，該一對(duì)限位底腳(X)之間設(shè)置有間距(L)， 并且，所述的a.倒錐形閥蓋(G)與設(shè)置在活塞( 頂部的倒錐形閥孔處于密閉配合的狀態(tài)；b.閥柱體(H)與活塞(5)內(nèi)頂部的直閥孔處于滑動(dòng)配合狀態(tài)；c.吸氣閥塊(4)取材于工程塑料或輕質(zhì)合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)中采用的整體型吸氣閥塊的配用安裝方法只要將構(gòu)成吸氣閥塊(4)上設(shè)置有限位底腳(X)的一端從活塞(5)頂部壓入直閥孔， 直到該一對(duì)限位底腳(X)伸出活塞(5)下頂部并依靠該一對(duì)彈性支撐臂(H)的彈性使得該一對(duì)限位底腳(X)自動(dòng)張開并復(fù)位至間距(L)即可。
全文摘要
一種活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的“全無(wú)余隙”結(jié)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì)，是在消滅“余隙”方面進(jìn)行的重大改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的，從結(jié)構(gòu)原理的角度來(lái)看，在瞬間時(shí)刻完全可以消滅涉及活塞頂部空間的余隙、吸氣與排氣機(jī)構(gòu)中的余隙以及通過(guò)活塞環(huán)造成的余隙?！罱K讓活塞(5)、排氣閥片(3)、錐形吸氣閥塊(4)與汽缸(6)四者之間能夠形成沒(méi)有幾何空間的“全無(wú)余隙”接觸狀態(tài)?！屖澜缟献顐鹘y(tǒng)的活塞往復(fù)式壓縮機(jī)以嶄新的面貌出現(xiàn)其活塞(5)的實(shí)際排氣量在任何工況條件下都非常接近于100％，并進(jìn)而能夠大幅度提高其壓縮比，為它成為活塞往復(fù)式壓縮機(jī)的換代產(chǎn)品創(chuàng)造了條件，甚至，鑒于其“性價(jià)比”的大幅度攀升，又為它有可能成為其他工程領(lǐng)域中使用的多種不同類別壓縮機(jī)的換代產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。
文檔編號(hào)F04B39/00GK102384062SQ201010506849
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者梁嘉麟 申請(qǐng)人:梁嘉麟