[發(fā)明專利]兩級活塞增壓式真空壓縮泵

有效

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• 申請日: 2016-08-09
• 公開（公告）號: CN106286204B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李元月;高中亞;高軍;肖茂宇;徐偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: F04B25/00
• 分類號: F04B25/00;F04B39/00;F04B39/06;F04B35/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,李愛英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空氣壓縮泵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于太空艙內(nèi)生命循環(huán)系統(tǒng)的氣體壓縮裝置。

背景技術(shù)

空氣壓縮泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)化為氣體壓力，是壓縮空氣的發(fā)生裝置。空氣壓縮泵的種類很多，按工作原理可分為容積式和速度式。容積式壓縮泵的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度式壓縮泵的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。

活塞式空壓泵屬于容積式壓縮泵，其使用歷史悠久，是目前國內(nèi)用的最多的壓縮泵，具有壓力范圍廣，能夠適應(yīng)較寬的能量范圍，能量可調(diào)、熱效率高、適應(yīng)多種工況等優(yōu)點。然而市場上常見的活塞式空壓機基本都是采用曲柄連桿或曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度大、易損件多、運行平穩(wěn)性差。此外，常用的壓縮泵外圍輔助管路、接頭等眾多，系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性差。這些問題限制著活塞式空氣壓縮泵的應(yīng)用范圍。

太空艙內(nèi)可用空間緊張，要求產(chǎn)品重量低，同時要求產(chǎn)品可靠性高，現(xiàn)有的常規(guī)活塞式空壓機很難適應(yīng)太空應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種滿足太空艙內(nèi)生命循環(huán)系統(tǒng)使用要求的空氣壓縮泵。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種兩級活塞增壓式真空壓縮泵，它包括：Ⅰ級活塞組件，Ⅱ級活塞組件，曲軸驅(qū)動系統(tǒng)以及中冷系統(tǒng)；其中Ⅰ級活塞組件為兩套并聯(lián)運行；

兩套并聯(lián)運行的Ⅰ級活塞組件對稱分設(shè)在Ⅱ級活塞組件兩側(cè)，每套Ⅰ級活塞組件均包括：Ⅰ級閥板組件，Ⅰ級進(jìn)排氣缸蓋，Ⅰ級進(jìn)氣緩沖腔，Ⅰ級排氣緩沖腔，Ⅰ級活塞桿，Ⅰ級活塞缸，活塞缸密封環(huán)，進(jìn)氣蓋，導(dǎo)向環(huán)，進(jìn)氣緩沖腔，密封環(huán)；Ⅰ級活塞桿外側(cè)設(shè)置有活塞套，活塞套外側(cè)設(shè)置有供冷卻液流動的溝槽，冷卻液在溝槽內(nèi)呈S形流動實現(xiàn)冷卻效果；

Ⅱ級活塞組件包括：Ⅱ級閥板組件，Ⅱ級活塞桿，Ⅱ級活塞缸，Ⅱ級進(jìn)排氣缸蓋，Ⅱ級進(jìn)氣緩沖腔，Ⅱ級排氣緩沖腔；Ⅱ級活塞桿外側(cè)設(shè)置有活塞套，活塞套外側(cè)設(shè)置有供冷卻液流動的溝槽，冷卻液在溝槽內(nèi)呈S形流動實現(xiàn)冷卻效果；

曲軸驅(qū)動系統(tǒng)包括：電機定子，右端蓋組件，電機轉(zhuǎn)子，兩個Ⅰ級活塞桿支撐軸承，兩個主軸承，曲軸，Ⅱ級活塞桿支撐軸承，曲軸箱，左端蓋，蘇格蘭軛；曲軸由位于Ⅱ級活塞桿支撐軸承兩側(cè)對稱分布的兩個主軸承支撐，兩個Ⅰ級活塞桿支撐軸承位于兩個主軸承外側(cè)，通過在曲軸兩端設(shè)置包括鎖緊螺母、鎖緊墊片及調(diào)整墊片的鎖緊組件，以及在曲軸內(nèi)部設(shè)置壓套、墊塊，實現(xiàn)了對曲軸驅(qū)動系統(tǒng)的鎖緊；曲軸由右側(cè)的電機驅(qū)動，電機轉(zhuǎn)子通過軸套和鎖緊螺母組件與曲軸緊固為一體，電機定子與曲軸箱的右端蓋組件通過過盈配合緊固為一體；兩個Ⅰ級活塞桿和Ⅱ級活塞桿均在底部通過螺栓剛性連接至蘇格蘭軛，蘇格蘭軛內(nèi)部設(shè)置支撐軸承，用于支撐及限制蘇格蘭軛的運動軌跡，隨著曲軸轉(zhuǎn)動，帶動蘇格蘭軛按照設(shè)定的軌跡運動，進(jìn)而推動兩個Ⅰ級活塞桿和Ⅱ級活塞桿實現(xiàn)上下移動；

中冷系統(tǒng)包括：冷卻缸套和集成于冷卻缸套內(nèi)部的中冷管路；中冷管路外側(cè)加工有螺旋翅片，通過調(diào)整該螺旋翅片的螺距而調(diào)節(jié)翅片內(nèi)冷卻液的流速，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷卻效果；冷卻液由進(jìn)水口進(jìn)入中冷管路，對由Ⅰ級活塞組件排出的加壓升溫氣體進(jìn)行冷卻后，分別流入兩個Ⅰ級活塞桿外側(cè)的活塞套外部，對兩個Ⅰ級活塞桿進(jìn)行冷卻；隨后，分別對兩個Ⅰ級活塞桿進(jìn)行冷卻的兩路冷卻液合并后，進(jìn)入Ⅱ級活塞桿外側(cè)的活塞套外部，對Ⅱ級活塞桿進(jìn)行冷卻，再由冷卻缸套流出，經(jīng)由外部管路進(jìn)入電機的外冷卻套內(nèi)，經(jīng)由外冷卻套外側(cè)翅片對電機產(chǎn)生的溫升進(jìn)行冷卻，最后，冷卻液由曲軸箱上的出水口流出，完成冷卻工作；

氣流由進(jìn)氣蓋的進(jìn)氣口流入，在冷卻缸套內(nèi)的進(jìn)氣緩沖腔內(nèi)得到緩沖后，進(jìn)入Ⅰ級進(jìn)氣緩沖腔進(jìn)一步緩沖后，進(jìn)入Ⅰ級活塞缸內(nèi)，經(jīng)過Ⅰ級活塞桿壓縮，氣體壓力增加并由Ⅰ級閥板組件的排氣口排出；排出的氣體在Ⅰ級排氣緩沖腔內(nèi)進(jìn)一步得到緩沖后，進(jìn)入中冷管路，經(jīng)冷卻降溫后，進(jìn)入Ⅱ級進(jìn)氣緩沖腔內(nèi)得到緩沖后，由Ⅱ級閥板組件的進(jìn)氣口進(jìn)入Ⅱ級活塞缸內(nèi)，經(jīng)Ⅱ級活塞桿加壓后，由Ⅱ級排氣緩沖腔的排氣口排出，得到加壓后的氣體。

有益效果：(1)本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)活塞壓縮機中的曲柄連桿和曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，采用蘇格蘭軛實現(xiàn)活塞桿與曲軸的剛性連接，提高了系統(tǒng)可靠性的同時，極大地降低了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，也降低了設(shè)計、加工和裝配難度；

(2)本發(fā)明采用了兩級活塞增壓結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)的單級活塞增壓式空壓機具有更高的工作效率；本發(fā)明的兩個Ⅰ級活塞對稱分布于Ⅱ級活塞兩側(cè)，只需要對Ⅱ級活塞進(jìn)行配重設(shè)計，即可以實現(xiàn)系統(tǒng)往復(fù)運動力的平衡；