CN102966511B

CN102966511B - 一种动平衡式内燃空气压缩机

Info

Publication number: CN102966511B
Application number: CN201210453525.1A
Authority: CN
Inventors: 张继忠; 张铁柱; 张纪鹏; 霍炜
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2032-11-12
Also published as: CN102966511A

Abstract

本发明属于压缩机设备技术领域，涉及一种动平衡式内燃空气压缩机，动力缸缸盖组件与机体固定连接，动力活塞与动力缸套通过活塞环实现密封；动力活塞组件与连杆体通过活塞销连接并组成回转副，连杆体与连杆头内部安装的轴瓦球墨铸铁曲轴组成回转副，连杆体与连杆头连接成一整体；压气缸缸盖组件、钢制阀板和机体连接为一体式结构，压气缸缸套与机体连接，压气活塞组件与压气缸套通过活塞环实现密封，压气活塞组件与连杆体通过活塞销连接并组成回转副；吸气阀片复位弹簧和排气阀片复位弹簧利用导向轴进行导向；其原理可靠，结构简单，制备成本低，能量转化效率高，环境友好，平衡功能强，应用广泛。

Description

一种动平衡式内燃空气压缩机

技术领域：

本发明属于压缩机设备技术领域，涉及一种能量状态转换装置，特别是一种以改善动平衡性能为目的的将热能转化为空气压力能的动平衡式内燃空气压缩机。

背景技术：

野外作业的风动机械所需的高压气源通常由内燃机经传送带传动驱动的活塞式空气压缩机提供，该组合***振动大、噪音大，具有重量大、成本高、占空间大、移动不便、节能环保效果差等系列问题。另外，传统的内燃机驱动活塞式空气压缩机***由于增加了带传动，能量转化效率有所降低。通过查新，已有类似动平衡结构的内燃空气压缩机的相关文献报导，如：[1]张继忠，商鹏飞，赵红，张翼.内燃式压缩机动力学分析[J].中国机械工程2008,19(20):2415～2418；

[2]张继忠，张铁柱，张洪信，戴作强.内燃式压气机概念设计[J]，现代制造工程,2005,(12)：90～92；等等，上述文献中所涉及的“内燃式压缩机”或“内燃式压气机”均是利用一个连接杆将动力活塞与压气活塞连成一个整体，一起做往复移动实现吸气和排气动作，其结构和工作原理采用的基本上属于常规技术，上述文献中所涉及的“内燃式压缩机”或“内燃式压气机”对动平衡问题没有涉及并得到有效解决；所以，寻求设计制备一种新型结构和原理的内燃式空气压缩机很有价值，这种压缩机具有良好的动平衡性能，实现内燃机和空气压缩机的集成，采用对称布置的两组曲柄连杆机构将动力活塞的往复移动转化为压气活塞的往复移动，有效地解决动平衡问题，消除传统内燃机驱动活塞式空气压缩机***振动大、噪音大的弊端，减轻重量，节省空间，提高能量转化效率，作为野外作业的风动机械的动力源的工作很有应用前景和社会经济价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，将内燃机和空气压缩机集成为一个整体，采用对称布置的两组曲柄连杆机构将动力活塞的往复移动转化为压气活塞的往复移动，实现热能转化为空气压力能的预期功能；有效地解决动平衡问题，消除传统的内燃机驱动活塞式空气压缩机***振动大、噪音大的弊端，减轻重量，节省空间，提高能量转化效率；设计制备一种全新型的动平衡式内燃空气压缩机。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括机体、动力缸缸盖组件、动力缸缸套、动力活塞组件、活塞销、连杆体、轴瓦、连杆头、曲轴、压气活塞组件、压气缸缸套、阀板、压气缸缸盖组件、吸气阀片、吸气阀片复位弹簧、排气阀片复位弹簧和排气阀片；动力缸缸盖组件用四个M12螺栓与铝合金机体固定连接为一体式结构，用铜合金制作的动力缸缸套与机体采用过盈配合连接，用铝合金制作的动力活塞组件与动力缸缸套采用间隙配合并通过活塞环实现密封；动力活塞组件与用合金钢制作的连杆体通过钢制活塞销连接并组成回转副，连杆体与连杆头内部安装有剖分式轴瓦，轴瓦与球墨铸铁曲轴采用间隙配合组成回转副，连杆体与连杆头用两个M8螺栓连接成一整体；压气缸缸盖组件、钢制阀板和机体分别用四个M12螺栓连接为一体式结构，用铜合金制作的压气缸缸套与机体采用过盈配合连接，用铝合金制作的压气活塞组件与压气缸缸套采用间隙配合并通过活塞环实现密封，压气活塞组件与连杆体通过钢制活塞销连接并组成回转副；吸气阀片复位弹簧利用安装在压气缸缸盖组件中的导向轴进行导向，其最右端的一圈弹簧与导向轴用过盈配合固定，其最左端的一圈弹簧与吸气阀片通过粘结方式连成一体；排气阀片复位弹簧利用安装在压气缸缸盖组件中的导向轴进行导向，其最右端的一圈弹簧与导向轴用过盈配合固定，其最左端的一圈弹簧与排气阀片通过粘结方式连成一体；将内燃机和活塞式压缩机集成为一体，内燃机的主机构和压缩机的主机构两组曲柄连杆机构采用完全对称的布置方式且共用一根曲轴，机构中的各构件的尺寸和质量完全对称，曲轴采用双拐结构形式，曲柄销相隔180°布置，压气活塞组件在设计制作时应保证和动力活塞组件质量相等。

本发明涉及的动力缸缸盖组件、动力活塞组件、活塞销、连杆体、轴瓦、连杆头与传统内燃机对应的各零部件相同，压气缸缸盖组件、吸气阀片、吸气阀片复位弹簧、排气阀片复位弹簧、排气阀片与活塞式空气压缩机对应的各零部件相同；压气缸体和压气缸缸盖组件之间加装阀板，包括配气***、润滑***、冷却***、启动***的动力缸其他附属***与内燃机附属***相同；机体根据动力缸和压气缸结构要求以及自身特点进行结构设计；工作时，动力活塞组件在燃料混合气燃烧推动和飞轮惯性驱动下作往复运动，曲轴做旋转运动并通过连杆驱动压气活塞组件作往复运动；由于两组曲柄连杆机构采用对称布置，所以当动力活塞组件向右移动时，压气活塞组件以相同大小的速度向左移动，此时，吸气阀片打开，排气阀片关闭，外部空气经进气管进入压气缸体；当动力活塞组件向左运动时，压气活塞组件以相同大小的速度向右运动，此时，吸气阀片关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；动力缸配气***、润滑***、冷却***、启动***的工作情况与内燃机附属***工作情况相同。

本发明的技术方案是将内燃机和活塞式压缩机集成为一体，内燃机的主机构和压缩机的主机构两组曲柄连杆机构采用完全对称的布置方式且共用一根曲轴；其工作时，动力活塞组件在曲柄连杆机构带动下向右移动，动力缸内产生负压，空气经进气门进入动力缸，与此同时，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件以与动力活塞组件相同的瞬时速度向左移动，此时，吸气阀片打开，排气阀片关闭，外部空气进入压气缸体内；然后曲轴驱动动力活塞组件向左运动，进、排气门都关闭，动力缸内的空气被绝热压缩，压缩气体的温度升高，与此同时，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件向右运动，吸气阀片关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；当动力活塞组件向左运动到达左止点稍前时，在喷油泵高压下柴油经喷油器喷入动力汽缸，成为雾状的细小油滴接触到高温高压空气，自行着火燃烧推动动力活塞组件向右运动并通过连杆驱动曲轴转动，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件以与动力活塞组件相同的瞬时速度向左移动，此时，吸气阀片打开，排气阀片关闭，外部空气进入压气缸体内；曲轴依靠飞轮储存的动能通过连杆驱动动力活塞组件向左运动完成动力缸内燃烧废气的排气动作，与此同时，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件向右运动，吸气阀片关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；在动力活塞组件的一个工作循环中，压气活塞组件实现两个工作循环，工作过程中仍由曲柄连杆机构驱动内燃机附属***工作。

本发明由于驱动动力活塞和压气活塞的两组曲柄连杆机构采用对称布置方式，机构中的各构件的尺寸和质量完全对称，故两套曲柄连杆机构运动过程中其总质心将保持不动，工作中产生的惯性力得到完全平衡，有效地解决传统内燃机驱动的活塞式空气压缩机工作过程中振动大和噪音大的问题。

本发明与现有技术相比，将内燃机和空气压缩机集成为一个整体，采用对称布置的两组曲柄连杆机构将动力活塞的往复移动转化为压气活塞的往复移动，实现热能转化为空气压力能的预期功能，有效地解决了动平衡问题，新型的内燃式空气压缩机结构，重量轻，节省空间，能量转化效率高，适合用做野外作业的风动机械的动力源；其总体结构原理可靠，组合结构简单，制备成本低，能量转化效率高，使用环境友好，噪音小，振动轻，平衡功能强，应用广泛。

附图说明：

图1为本发明的主体正面结构原理示意图。

图2为本发明的主体水平剖面结构原理示意图。

具体实施方式：

实施例：

下面结合附图并通过实施例对本发明的结构原理进一步阐述。

本实施例的技术方案是将内燃机和活塞式压缩机集成为一体，内燃机的主机构和压缩机的主机构两组曲柄连杆机构采用完全对称的布置方式且共用一根曲轴；其工作时，动力活塞组件4在曲柄连杆机构带动下向右移动，动力缸内产生负压，空气经进气门进入动力缸，与此同时，曲轴9通过另一组连杆驱动压气活塞组件10以与动力活塞4相同的瞬时速度向左移动，此时，吸气阀片14打开，排气阀片17关闭，外部空气进入压气缸体内；然后曲轴9驱动动力活塞组件4向左运动，进、排气门都关闭，动力缸内的空气被绝热压缩，压缩气体的温度升高，与此同时，曲轴9通过另一组连杆驱动压气活塞向右运动，吸气阀片14关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片17打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；当动力活塞组件4向左运动到达左止点稍前时，在喷油泵高压下柴油经喷油器喷入汽缸，成为雾状的细小油滴接触到高温高压空气，自行着火燃烧推动动力活塞组件4向右运动并通过连杆驱动曲轴9转动，曲轴9通过另一组连杆驱动压气活塞组件10以与动力活塞相同的瞬时速度向左移动，此时，吸气阀片14打开，排气阀片17关闭，外部空气进入压气缸体内；曲轴9依靠飞轮储存的动能通过连杆驱动动力活塞组件4向左运动完成动力缸内燃烧废气的排气动作，与此同时，曲轴9通过另一组连杆驱动压气活塞组件10向右运动，吸气阀片14关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片17打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；在动力活塞组件4的一个工作循环中，压气活塞组件10实现两个工作循环，工作过程中仍由曲柄连杆机构驱动内燃机附属***工作。

本实施例由于驱动动力活塞和压气活塞的两组曲柄连杆机构采用对称布置方式，机构中的各构件的尺寸和质量完全对称，故两套曲柄连杆机构运动过程中其总质心将保持不动，工作中产生的惯性力得到完全平衡，有效地解决传统内燃机驱动的活塞式空气压缩机工作过程中振动大和噪音大的问题。

本实施例中的主体结构包括机体1、动力缸缸盖组件2、动力缸缸套3、动力活塞组件4、活塞销5、连杆体6、轴瓦7、连杆头8、曲轴9、压气活塞组件10、压气缸缸套11、阀板12、压气缸缸盖组件13、吸气阀片14、吸气阀片复位弹簧15、排气阀片复位弹簧16和排气阀片17；动力缸缸盖组件2用四个M12螺栓与铝合金机体1固定连接为一体式结构，用铜合金制作的动力缸缸套3与机体1采用过盈配合连接，用铝合金制作的动力活塞与动力缸套3采用间隙配合并通过活塞环实现密封；动力活塞组件4与用合金钢制作的连杆体6通过钢制活塞销5连接并组成回转副，连杆体6与连杆头8内部安装有剖分式轴瓦7，轴瓦7与球墨铸铁曲轴9采用间隙配合组成回转副，连杆体6与连杆头8用两个M8螺栓连接成一整体；压气缸缸盖组件13、钢制阀板12和机体1分别用四个M12螺栓连接为一体式结构，用铜合金制作的压气缸缸套11与机体1采用过盈配合连接，用铝合金制作的压气活塞组件10与压气缸套11采用间隙配合并通过活塞环实现密封，压气活塞组件10与连杆体通过钢制活塞销连接并组成回转副；吸气阀片复位弹簧15利用安装在压气缸缸盖组件13中的导向轴进行导向，其最右端的一圈弹簧与导向轴用过盈配合固定，其最左端的一圈弹簧与吸气阀片14通过粘结方式连成一体；排气阀片复位弹簧16利用安装在压气缸缸盖组件13中的导向轴进行导向，其最右端的一圈弹簧与导向轴用过盈配合固定，其最左端的一圈弹簧与与排气阀片17通过粘结方式连成一体。

本实施例涉及的动力缸缸盖组件2、动力活塞组件4、活塞销5、连杆体6、轴瓦7、连杆头8与传统内燃机对应的各零部件相同，压气缸缸盖组件13、吸气阀片14、吸气阀片复位弹簧15、排气阀片复位弹簧16、排气阀片17与活塞式空气压缩机对应的各零部件相同；曲轴9采用双拐结构形式，曲柄销相隔180°布置，压气活塞组件10在设计制作时应保证和动力活塞组件质量相等，压气缸体和压气缸盖组件之间加装阀板12，动力缸其他附属***如配气***、润滑***、冷却***、启动***等与内燃机附属***相同；机体根据动力缸和压气缸结构要求以及自身特点进行结构设计；工作时，动力活塞组件4在燃料混合气燃烧推动和飞轮惯性驱动下作往复运动，曲轴9做旋转运动并通过连杆驱动压气活塞作往复运动；由于两组曲柄连杆机构采用对称布置，所以当动力活塞向右移动时，压气活塞以相同大小的速度向左移动，此时，吸气阀片14打开，排气阀片17关闭，外部空气经进气管进入压气缸体；当动力活塞组件4向左运动时，压气活塞以相同大小的速度向右运动，此时，吸气阀片14关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片17打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；动力缸配气***、润滑***、冷却***、启动***等其他附属***的工作情况与内燃机附属***工作情况相同。

Claims

1.一种动平衡式内燃空气压缩机，其特征在于主体结构包括机体、动力缸缸盖组件、动力缸缸套、动力活塞组件、活塞销、连杆体、轴瓦、连杆头、曲轴、压气活塞组件、压气缸缸套、阀板、压气缸缸盖组件、吸气阀片、吸气阀片复位弹簧、排气阀片复位弹簧和排气阀片；动力缸缸盖组件用四个M12螺栓与铝合金机体固定连接为一体式结构，用铜合金制作的动力缸缸套与机体采用过盈配合连接，用铝合金制作的动力活塞组件与动力缸缸套采用间隙配合并通过活塞环实现密封；动力活塞组件与用合金钢制作的连杆体通过钢制活塞销连接并组成回转副，连杆体与连杆头内部安装有剖分式轴瓦，轴瓦与球墨铸铁曲轴采用间隙配合组成回转副，连杆体与连杆头用两个M8螺栓连接成一整体；压气缸缸盖组件、钢制阀板和机体分别用四个M12螺栓连接为一体式结构，用铜合金制作的压气缸缸套与机体采用过盈配合连接，用铝合金制作的压气活塞组件与压气缸缸套采用间隙配合并通过活塞环实现密封，压气活塞组件与连杆体通过钢制活塞销连接并组成回转副；吸气阀片复位弹簧利用安装在压气缸缸盖组件中的导向轴进行导向，其最右端的一圈弹簧与导向轴用过盈配合固定，其最左端的一圈弹簧与吸气阀片通过粘结方式连成一体；排气阀片复位弹簧利用安装在压气缸缸盖组件中的导向轴进行导向，其最右端的一圈弹簧与导向轴用过盈配合固定，其最左端的一圈弹簧与排气阀片通过粘结方式连成一体；将内燃机和活塞式压缩机集成为一体，内燃机的主机构和压缩机的主机构两组曲柄连杆机构采用完全对称的布置方式且共用一根曲轴，机构中的各构件的尺寸和质量完全对称，曲轴采用双拐结构形式，曲柄销相隔180°布置，压气活塞组件在设计制作时应保证和动力活塞组件质量相等。

2.根据权利要求1所述的动平衡式内燃空气压缩机，其特征在于涉及的动力缸缸盖组件、动力活塞组件、活塞销、连杆体、轴瓦、连杆头与传统内燃机对应的各零部件相同，压气缸缸盖组件、吸气阀片、吸气阀片复位弹簧、排气阀片复位弹簧、排气阀片与活塞式空气压缩机对应的各零部件相同；压气缸体和压气缸缸盖组件之间加装阀板，包括配气***、润滑***、冷却***、启动***的动力缸其他附属***与内燃机附属***相同；机体根据动力缸和压气缸结构要求以及自身特点进行结构设计；工作时，动力活塞组件在燃料混合气燃烧推动和飞轮惯性驱动下作往复运动，曲轴做旋转运动并通过连杆驱动压气活塞组件作往复运动；由于两组曲柄连杆机构采用对称布置，所以当动力活塞组件向右移动时，压气活塞组件以相同大小的速度向左移动，此时，吸气阀片打开，排气阀片关闭，外部空气经进气管进入压气缸体；当动力活塞组件向左运动时，压气活塞组件以相同大小的速度向右运动，此时，吸气阀片关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；动力缸配气***、润滑***、冷却***、启动***的工作情况与内燃机附属***工作情况相同。

3.根据权利要求1所述的动平衡式内燃空气压缩机，其特征在于其工作时，动力活塞组件在曲柄连杆机构带动下向右移动，动力缸内产生负压，空气经进气门进入动力缸，与此同时，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件以与动力活塞组件相同的瞬时速度向左移动，此时，吸气阀片打开，排气阀片关闭，外部空气进入压气缸体内；然后曲轴驱动动力活塞组件向左运动，进、排气门都关闭，动力缸内的空气被绝热压缩，压缩气体的温度升高，与此同时，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件向右运动，吸气阀片关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；当动力活塞组件向左运动到达左止点稍前时，在喷油泵高压下柴油经喷油器喷入动力汽缸，成为雾状的细小油滴接触到高温高压空气，自行着火燃烧推动动力活塞组件向右运动并通过连杆驱动曲轴转动，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件以与动力活塞组件相同的瞬时速度向左移动，此时，吸气阀片打开，排气阀片关闭，外部空气进入压气缸体内；曲轴依靠飞轮储存的动能通过连杆驱动动力活塞组件向左运动完成动力缸内燃烧废气的排气动作，与此同时，曲轴通过另一组连杆驱动压气活塞组件向右运动，吸气阀片关闭，压气缸体内空气被压缩，达到预定压力后，排气阀片打开，高压空气通过管路输送到储气罐备用；在动力活塞组件的一个工作循环中，压气活塞组件实现两个工作循环，工作过程中仍由曲柄连杆机构驱动内燃机附属***工作。