活塞式压缩机
专利汇可以提供活塞式压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 活塞 式 压缩机 ，包括活塞(12)，在汽缸(14)内摆动。设有压缩气体供应布置，包括压缩气体蓄压器(34)、介于压缩气体源(20)和压缩气体蓄压器(34)之间的压缩气体供应管线(18)。另外，压缩气体管线(18)包括进口 阀 (42)，当活塞(12)在充填 位置 时开启。进口阀(42)由汽缸壁开口(22)和活塞壁开口(38)界定，当活塞(12)在充填位置时，彼此在相对位置，因此界定开启阀，而活塞(12)在非充填位置时，分别被活塞壁(40)和汽缸壁(24)封闭，因而界定关闭阀。于是，所设阀不包括任何活动组件，故容易制造，有高度可靠性，且使用寿命长。，下面是活塞式压缩机专利的具体信息内容。
1.一种活塞式压缩机，包括：
活塞(212)，在汽缸(214)内摆动，并且在充填位置时，把汽缸 压缩室(220)内的气体压缩；
气体轴承喷嘴(228)，布置在活塞面积内，以气体支持活塞(212)；
压缩气体蓄压器(234)，与气体轴承喷嘴(228)连接；
压缩气体供应管线(218)，介于汽缸压缩室(220)和压缩气体蓄 压器(234)之间；以及
进口阀(242)，在压缩气体供应管线(218)内，活塞(212)在 充填位置时，进口阀开启；
其特征在于，进口阀(242)由汽缸壁开口和活塞壁开口界定，在 活塞(212)的充填位置时，彼此位于相对位置并界定开启阀，而在非 充填位置时，分别由活塞壁和汽缸壁封闭并界定关闭阀，并且至少一 个气体轴承喷嘴(229)布置在汽缸壳(216)内。
2.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，汽缸壁开口 和/或活塞壁开口构成圆形沟道。
3.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，压缩气体供 应管线(218)布置在汽缸压缩室(220)和进口阀(242)之间的汽缸 壳(216)内。
4.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，压缩气体供 应管线(164)布置在活塞底部(172)和活塞壁之间的活塞(112)内。
5.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，压缩气体蓄 压器(234)和气体轴承喷嘴(228)布置在活塞(212)内。
6.如权利要求4所述的活塞式压缩机，其特征在于，在压缩气体 供应管线(164)内布置有第二进口阀(148)，由第二汽缸壁开口(176) 和第二活塞壁开口(174)界定。
7.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，在汽缸(114) 内设有防扭动装置，防止活塞(112)在汽缸(114)内扭动。
8.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，各气体轴承 喷嘴(228)由插入喷嘴腔孔的金属线形成。
9.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，各气体轴承 喷嘴由烧结材料制成的透气性管塞形成。
10.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，各气体轴 承喷嘴(228)布置在相应的横向平面内、在两活塞端部的水平面位置。
11.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，气体轴承 喷嘴(228)设在活塞(212)内。
12.如权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，设有气动 活塞末端位置控制装置，包括：
在活塞(312)内的控制压力蓄压器(360)，其中控制压力蓄压器 (360)与活塞壁内的控制压力蓄压器活塞壁开口(356)连接；
定压气体源(350)，经由管线(352)与汽缸壁开口(354)连接， 连同控制压力蓄压器活塞壁开口(356)一起界定控制阀(358)，在活 塞(312)的末端位置，位于控制压力蓄压器活塞壁开口(356)对面； 以及
介于汽缸压缩室(366)和汽缸壁开口(368)之间的管线(364)， 连同控制压力蓄压器活塞壁开口(356)一起界定排放阀(370)，而在 循环中在活塞(312)的非末端位置，位于控制压力蓄压器开口(356) 对面。
13.一种史特灵冷却器，包括冷指(460)和权利要求1-12之一 所述的活塞式压缩机(10)，其中
冷指(460)包括在冷指汽缸壳(464)内的移动活塞(462)；
冷指(460)包括压缩气体蓄压器(466)和与之相连接的气体轴 承喷嘴(468)，以支持移动活塞(462)；
冷指压缩气体蓄压器(466)经由冷指气体供应管线(470)与活 塞式压缩机压缩气体蓄压器连接；且
在冷指气体供应管线(470)内布置阀(480)，由活塞式压缩机的 活塞壁开口(482)和汽缸壁开口(484)界定，当活塞式压缩机活塞 在充填位置时开启。
技术领域
背景技术
发明内容
此目的通过如下活塞式压缩机实现。
本发明的活塞式压缩机包括在压缩气体供应管线内的进口阀，该 阀由汽缸壁开口和活塞壁开口加以界定，在活塞充填位置，汽缸壁开 口和活塞壁开口位于彼此相对，并界定开启阀。在活塞非充填位置， 汽缸壁开口和活塞壁开口分别以相对的活塞壁和汽缸壁封闭，并界定 关闭阀。汽缸壁开口和活塞壁开口彼此相对布置方式为，阀以压缩气 体供应管线内以高气体压力开放，而以低气体压力关闭。开启和关闭 过程与压缩气体供应管线内的气体无直接关系，而与活塞位置有关。 止回阀并非绝对必要，故进口阀不需活动机械组件。汽缸壁开口和活 塞壁开口所界定进口阀操作无时间落差，高度可靠，且制造成本较低。
优选地汽缸壁开口和/或活塞壁开口构成圆形沟道。因此，在活塞 充填位置时，汽缸壁开口和活塞壁开口在活塞转动各角度，均彼此位 于相对，使活塞必须在汽缸内不就其转动位置引导。
按照优选的实施例，压缩气体供应管线布置在汽缸壳内，在汽缸 压缩室和进口阀之间。当压缩气体蓄压器位于活塞内，设有单一进口 阀时，此布置特别适当。压缩气体从汽缸压缩室，经由汽缸壳内的压 缩气体供应管线送至进口阀。当活塞壁开口位于汽缸壁开口对面时， 压缩气体即流入活塞内的压缩气体蓄压器。当活塞运动离开其充填位 置时，由汽缸壁开口和活塞壁开口所界定的进口阀再度关闭，而压缩 气体蓄压器内的压缩气体不再经由进口阀逸出。如此一来，即可实现 汽缸内所布置活塞的简单压缩气体供应。
按照优选实施例，压缩气体蓄压器和气体轴承喷嘴配置在活塞内。 气体轴承喷嘴经由活塞内连接线与压缩气体蓄压器直接连接。一般而 言，压缩气体蓄压器也可布置在壳内。
优选地，压缩气体供应管线布置在活塞内，介于面向汽缸压缩室 的活塞底部与活塞侧壁之间。当压缩气体蓄压器设在壳内，或设有多 个进口阀前后串联时，适用此布置。
按照优选实施例，在压缩气体供应管线内设有第二进口阀，其由 第二汽缸壁开口和第二活塞壁开口界定，并在活塞于充填位置时开启。 在活塞充填位置，压缩气体流经两个开启进口阀进入压缩气体蓄压器 内。
当活塞在其非充填位置时，在活塞和汽缸间的间隙内存在密封长 度，大约等于活塞行程减开口直径。通过提供多个进口阀，即可增加 有效密封长度。在活塞行程短的情况下特别需要，在活塞非充填位置 时，活塞壁开口不会运动远离汽缸壁开口。提供第二进口阀，在活塞 非充填位置时可大为改进密封效果，即所谓漏气减少。进口阀优选地 位于汽缸的不同角度和纵向位置。还可在气体供应管线内布置前后串 联的三、四或以上的进口阀。
按照优选实施例，设有防扭动装置，可防止活塞在汽缸内扭动。 尤其是在设有多个进口阀，彼此相对以某一固定转动角度布置时所需。
优选地，各气体轴承喷嘴由插入喷嘴腔孔内的金属线形成。在金 属线和汽缸腔孔壁间形成环形间隙，气体从节流的气体轴承喷嘴经此 流出。可选择地，各气体轴承喷嘴可由烧结材料，例如高级钢制的不 透气管塞所形成。
气体轴承喷嘴布置在活塞的横向平面，在两活塞端部的水准。因 此，可实现活塞在汽缸内的稳定气体轴承。气体轴承喷嘴可设在活塞 内，但亦可设在汽缸壳内。气体轴承喷嘴还可部分布置在活塞内，部 分在汽缸壳内。气体轴承喷嘴布置在活塞内的优点是，喷嘴追随活塞 运动，使径向稳定力均匀作用于活塞。气体轴承喷嘴布置在汽缸壳内 的优点是，压缩气体供应可以大程度布置在静止汽缸壳内。
按照优选实施例，活塞式压缩机包括气动活塞末端位置控制装置， 其中定压源可产生气体，较活塞压力行程为恒定，并与汽缸壁开口直 接连接。另外，控制压力蓄压器布置在活塞内并直接与控制压力蓄压 器活塞壁开口连接。当活塞在充填位置时，来自定压气体源的一定气 体压力，即施加到控制压力蓄压器上。定压气体源和第二汽缸壁开口 间设有管线，连同控制压力蓄压器活塞壁开口一起界定充气阀，当活 塞在其末端位置时，位于控制压力蓄压器活塞壁开口封面，使控制压 力蓄压器的气体压力本身可调节至定压气体源的气体压力。除活塞气 体轴承外，设有活塞末端位置控制装置，其中对活塞轴承和活塞末端 位置控制装置各设一压缩气体蓄压器，两装置彼此分开且单独操作。
利用活塞末端位置控制装置，当活塞在充填位置或端部位置以外 的某一位置时，将某一气体量从控制压力蓄压器加到汽缸压缩室内。 如此一来，有关汽缸压缩室内的气体量即保持相对一定。随后在汽缸 压缩室内的气体压缩期间，由汽缸压缩室内的气体压力所决定的活塞 末端位置如终在同样地方。如此一来，即可实施自由摆动活塞的活塞 末端位置的控制，自由摆动活塞是指不以机械方式与曲柄轴等联结。 气动活塞末端位置控制装置不必然是活塞式压缩机的组件，而是可做 为任何一种活塞-汽缸布置用的独立末端位置控制装置。
按照优选实施例，活塞式压缩机形成包括冷指(cold finger)的 史特灵冷却器的组件。冷指的是由冷指汽缸壳内的位移活塞所形成。 冷指包括其本身的压缩气体蓄压器以及与其连接的气体轴承喷嘴，以 支持位移活塞，或另外在活塞外设有共用的压缩气体蓄压器。冷指压 缩气体蓄压器经由冷指气体供应管线与活塞式压缩机压缩气体蓄压器 连接。在冷指气体供应管线内，布置有冷指阀，其以活塞式压缩机的 活塞壁开口和汽缸壁开口加以界定，当活塞式压缩机活塞在其充填位 置时，即开启。为供应冷指气体轴承，把来自活塞式压缩机压缩气体 蓄压器的压缩气体加料以为此目的而设的冷指压缩气体蓄压器。当活 塞式压缩机的活塞在其充填位置时刻，适度进行加料，因为此时可用 最大气体压力供应压缩气体蓄压器。在活塞式压缩机活塞的充填位置， 两压缩气体蓄压器间的冷指阀即开启，使来自活塞式压缩机的汽缸压 缩室的压缩气体流入活塞式压缩机压缩气体蓄压器和冷指压缩气体蓄 压器。如此一来，即不必要使用平面阀或其它机械式阀来隔离冷指压 缩气体蓄压器内的压缩气体。
附图说明
图1为活塞式压缩机的第一实施例，活塞在其充填位置；
图2为图1的活塞式压缩机，活塞在非充填位置；
图3为活塞式压缩机的第二实施例，活塞在其充填位置；
图4为图3的活塞式压缩机，活塞在非充填位置；
图5为活塞式压缩机的第三实施例，活塞在其充填位置；
图6为图5的活塞式压缩机，活塞在非充填位置；
图7为活塞式压缩机的第四实施例，包括活塞末端位置控制装置， 活塞在其充填位置；
图8为图7的活塞式压缩机，活塞在非充填位置；
图9为形成史特灵冷却一部分的活塞式压缩机的第五实施例，包 括冷指、活塞式压缩机活塞在其充填位置。
具体实施方式
图1-8表示活塞式压缩机的若干实施例，例如用做史特灵低温冷 却器的组成组件。包括活塞式压缩机的史特灵低温冷却器如图9所示。
活塞式压缩机10的第一实施例见图1和图2。活塞式压缩机10 基本上包括活塞12，在汽缸14内，在图1和图2分别所示两末端位 置间摆动。
在汽缸14的壳16内，设有压缩气体供应管线18，在汽缸一端连 接汽缸压缩室20与汽缸侧壁24内的汽缸壁开口22。
活塞12包括四个气体轴承喷嘴28，布置在两平面内，喷嘴彼此 间以横向管道30和纵向管道32连接。在各平面设有至少三个气体轴 承喷嘴。横向和纵向管道30、32联合形成压缩气体蓄压器34，其含 有充分容量的压缩气体，在循环中以压缩气体供应气体轴承喷嘴28。 由管道30、32形成的压缩气体蓄压器34还包括连接管道36，其进入 活塞侧壁40的活塞壁开口38。沿周缘方向延伸的圆形沟道39关联到 活塞壁开口38内，沟道延伸跨越汽缸侧壁24的整个周缘。
汽缸壁开口22和活塞壁开口38联合界定进口阀42，当活塞12 在图1所示的充填或末端位置时，压缩气体经此由汽缸压缩室20流出， 进入压缩气体蓄压器34。在图2所示非充填位置，进口阀42关闭。 在活塞12的非充填位置，如在充填位置，压缩气体从压缩气体蓄压器 34经由气体轴承喷嘴28缓慢排放。
气体轴承喷嘴28各包括插入轴向腔孔内的金属线，金属线界定轴 向腔孔内的环状间隙。如此，即可在气体轴承喷嘴内实现压力降，以 防止压缩气体蓄压器34内在压力下保持的气体太快选出。另外，例如 高级钢等烧结材料的管塞可插入腔孔内。
在整个循环中，气体缓缓逸出。压缩气体蓄压器34内的气体压力 缓慢下降，以致实际上在活塞12的整个活动循环中，气体压力主要足 以保持活塞12在汽缸中心。
气体轴承喷嘴28分布在活塞全长和活塞沿周，起节流阀的作用。 气体轴承喷嘴28继续从压缩气体蓄压器34供应压缩气体。流经气体 轴承喷嘴28的压缩气体在活塞12和汽缸壳16之间形成间隙，活塞 12即此保持在汽缸中心，而在汽缸壳16内无接触地往复运动。
当活塞12大约在汽缸14的径向中心时，气体轴承喷嘴28的节流 阻力与活塞12和汽缸14间气体流动的节流阻力幅度大约相同。因此， 活塞12和汽缸14间的间隙内的压力接近气体轴承喷嘴28处，大约为 气体轴承喷嘴上游主宰压力，即压缩气体蓄压器34内压力的一半。大 约为活塞12四周主宰的同样压力。当力对活塞12作用时，活塞12 屈服于此力，沿径向朝汽缸壁24运动。因此，活塞壁40和汽缸壁24 间的间隙在此区域变小。于是，活塞壁40和汽缸壁24间的间隙的节 流效果在此区域增强，因而对活塞12加压，沿朝向汽缸中心的径向朝 向方向，抵抗径向朝外方向的干扰力。
为操作气体轴承，在压缩气体蓄压器34内的气体压力需超过周围 压力。在循环中，当活塞12在图1所示的充填位置时，所需气体压力 即从汽缸压缩室20引接，汽缸压缩室此时具有高气压。在此位置，由 汽缸壁开口22和活塞壁开口38所界定的进口阀42开启，使高度加压 气体可流出汽缸压缩室20，进入压缩气体蓄压器34内。若活塞12留 在充填位置，活塞壁40即位于汽缸壁开口22对面，而汽缸壁24位于 活塞壁开口38对面，使进口阀42关闭。
若活塞12具有圆形截面，且汽缸14为圆形造型，则圆形沟道39 与活塞壁开口38关联，确保在活塞12的充填位置内，进口阀42实际 上可在活塞12的各转动位置开启。
在汽缸压缩室20的相对端，对汽缸14施加一定气体压力，例如 大气压力。利用图上未示出的致动器，例如静态电磁铁协同活塞弹簧， 或活塞连带在径向运动的磁铁，移动活塞。
致动器的例子详见图5和图6所示的实施例。
在图3和图4所示的第二实施例中，与图1和图2所示的实施例 相同的组件，附图标记加100。依此类推，所有其它实施例附图标记 分别加200、300和400。
在图3和图4所示的活塞式压缩机110的第二实施例中，与第一 实施例相较之下，多个进口阀142、144、146、148在压缩气体管线 118、160、162、164内前后串联布置。
在此活塞式压缩机110内，有一段压缩气体管线164布置在活塞 底部172的开口170和第二活塞壁开口174间的活塞112内，该第二 活塞壁开口174连同第二汽缸壁开口176界定进口阀148。当活塞在 其充填位置时，其余进口阀142、144、146也由活塞壁开口及其对面 的汽缸壁开口所界定。
当活塞112在图3所示充填位置时，全部四个进口阀142-148开 启，而在图4所示的非充填位置时关闭，因为汽缸壁开口和进口阀 142-148的活塞壁开口彼此不在相对位置，而是分别由相对的活塞壁 和汽缸壁关闭。提供多个进口阀142-148可以增加所谓的密封长度， 即同一进口阀的活塞壁开口和汽缸壁开口间的活塞-汽缸间隙长度。设 有四个进口阀142-148时，密封长度为4倍，大为减少气体泄漏。在 只有活塞短行程，从而造成进口阀两壁开口间的短密封长度的活塞压 缩机情况下特别必要。另一段压缩气体供应管线160在第三和第四进 口阀144、146间的活塞112内延伸。
在汽缸114内设有防扭动装置，以防活塞112在汽缸114内扭动。 防扭动装置可为固定在活塞112的马达的非圆形磁性组件，组件位于 相对应的磁极块的对面。
在图5和图6所示的活塞式压缩机210的第三实施例中，活塞212 和汽缸214均包括气体轴承喷嘴228、229。为供应汽缸侧气体轴承喷 嘴229，设有第二进口阀250，通过活塞侧压缩气体蓄压器234与第一 进口阀242连接。当活塞212在图5所示的充填位置时，汽缸侧压缩 气体蓄压器252经由第二进口阀250供给压缩气体。
驱动活塞212的马达260基本上包括与活塞的永久磁化部合作的 磁铁262。活塞212可在磁铁262区域减少外周缘，于是，汽缸214 可包含马达260的轴向长度。得以降低制造成本，提高轴承品质。
图7和图8表示活塞式压缩机的第四实施例，其中略去汽缸内的 活塞轴承。活塞式压缩机310包括在气体轴承上的活塞312，其在汽 缸314内摆动，并支持于压缩气体上，如图1-6所示的实施例。下述 活塞末端位置控制装置也可利用不同的活塞-汽缸布置来驱动。
图7和图8所示的活塞末端位置控制装置用来控制活塞312在图 7所示的充填位置的末端位置。充填位置必须始终严格维持，因为这 是维持活塞壁开口与进口阀汽缸壁开口彼此正确对准的唯一途径，而 两开口所界定的进口阀具有充分大的开口截面和充分长的开口期限， 可完成再充填活塞式压缩机的压缩气体蓄压器。
活塞式压缩机310包括定压气体源350，在此气体压力始终一定。 定压气体源350经由管线352与汽缸壁开口354连接，此开口在图7 所示的活塞312的末端或充填位置与活塞壁开口356对准，并共同界 定开口充填阀358。
在活塞312中设有控制压力蓄压器360，在活塞312的充填位置 施加压缩气体源350的气体压力。
另外，在汽缸壳362内设有管线364，把汽缸压缩室366与第二 汽缸壁开368连接。第二汽缸壁开口368与活塞壁开口356一同界 定排放阀370，在图8所示的活塞312的非末端位置开启，使控制压 力蓄压器360和汽缸空间366的气体压力彼此调节。
在图7所示活塞312的末端或充填位置，活塞312是在接近汽缸 空间366的末端位置。此时，汽缸空间366内的气体压力比在控制压 力蓄压器360或定压气体源350内的高。活塞312在此位置时，控制 阀358开启，使控制压力蓄压器360内的气体压力本身调节到定压气 体源350的气体压力。当活塞312在图8内所示的非末端位置时，此 气体压力较汽缸压缩室366内的气体压力高。在图8所示活塞312的 非末端位置时，控制阀358关闭，而排放阀370开启。于是，汽缸压 缩室366的压力调节到控制压力蓄压器360内的压力，使得在此活塞 位置时，汽缸压缩室366始终含有相同量的气体。
在过度压力下，即汽缸压缩室366内有过多气体量时，未达图7 所示活塞312的末端位置，以致没有气体从定压气体源350供应给控 制加压蓄压器360。由于不免有气体损失，并引起气缸压缩室366内 的压力降，故活塞312的汽缸空间侧末端位置即逐次循环中朝汽缸压 缩室366运动，直到在其末端位置，控制阀358再度开启为止。因此， 活塞312的加压侧末端位置即受到控制和/或限制。
为控制活塞312的右端位置，可设有第二相对应活塞末端位置控 制装置。
上述活塞末端位置的控制导致最大压缩机压力的界定位置，其中 图1-6所示进口阀的阀动作，不比已知平面阀差太多，但进口阀是绝 对无磨损方式操作。
利用运动磁铁或铁芯驱动活塞，其优点为不需活动电气管线。此 外，由磁场产生弹性，即不需定中弹簧。因此，容易破裂的全部磨耗 组件和弹簧均省略。
如果与活塞212连接的磁铁260和/或强磁性组件无转动对构造 型，则进行沿转动轴线导引，即可省略机械式防扭动装置。
第9图表示由活塞式压缩机10和冷指460所形成的史特灵低温冷 却器400。冷指460从而由在冷指汽缸壳464内摆动的移动活塞462 所形成。移动活塞462是在冷指壳内由气体支持。为此目的，冷指460 包括冷指压缩气体蓄压器466。此外，在汽缸壳464内设有支持移动 活塞462用的气体轴承喷嘴468。气体轴承喷嘴468是由压缩气体蓄 压器466供应压缩气体。活塞式压缩机压缩气体蓄压器34经由冷指气 体供应管线470与冷指压缩气体蓄压器466连接。在活塞式压缩机压 缩气体蓄压器34和冷指气体供应管线470之间设有冷指阀480，由活 塞式压缩机10的活塞壁开口482和汽缸壁开口484界定，当活塞式压 缩机活塞12在图9所示充填位置时开启。在活塞式压缩机活塞12的 充填位置，冷指460的压缩气体蓄压器466也供给压缩气体。冷指阀 480的造型方式与活塞式压缩机进口阀42相同。
当活塞式压缩机活塞12在其充填位置时，压缩气体流入冷指压缩 气体蓄压器466内，并在移动活塞462的整个活动循环中，经由冷指 气体轴承喷嘴468排出。
图示史特灵冷却器是分开式史特灵冷却器，其中溢流管线480给 冷指460供应来自活塞式压缩机10的气体。
移动活塞462由气体轴承喷嘴468支持，布置在两个横向平面内， 只在冷指汽缸壳464的“温暖”半边。冷指气体轴承喷嘴468如此布 置可防止流出冷指气体轴承喷嘴468的较暖气体把冷指460的冷侧加 温。
在活塞式压缩机活塞12运动进入非充填位置之际，活塞式压缩机 汽缸压缩室20内的压力快速降低，而压缩气体的两蓄压器34、466 内的气体压力经由活塞式压缩机10和冷指460的气体轴承喷嘴28、 468以及所谓活塞泄漏而徐徐下降。在活塞式压缩机活塞12以充分高 频率摆动时，在气体轴承喷嘴28、468上游和下游的任何时间均有充 分压力差存在，以维持活塞12、462的气体支持。流自冷指460的气 体轴承载嘴的少量气体经由溢流管线490回到活塞式压缩机10的汽缸 压缩室20。
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