无阀往复式压缩的制造方法

无阀往复式压缩的制造方法
【专利摘要】往复式压缩机包括具有进气口(40)和排气口(42)的压缩气缸(12)，以及设置在压缩气缸(12)内的活塞组件(20)。活塞组件(20)包括活塞(36)和从活塞(36)延伸的流量控制部件(58)。流量控制部件(58)构造成在活塞组件(20)相对于压缩气缸(12)移动时选择性地阻塞进气口(40)和排气口(42)。
【专利说明】无阀往复式压缩机

【技术领域】
[0001]本发明大体涉及往复式机械，诸如往复式压缩机。更具体地说，本发明涉及无阀往复式压缩机。

【背景技术】
[0002]该部分意图向读者介绍本领域的各个方面，其可与本发明的各个方面相关，该本发明的各个方面在下面被描述和/或要求权利。该论述被认为有助于为读者提供背景信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些叙述将照此(in thislight)被阅读，而非作为现有技术的准入门滥(admiss1n)。
[0003]往复式压缩机是正排量装置，其利用马达来经由曲柄轴和连杆驱动一个或更多个活塞。各个活塞在压缩气缸中来回往复，以将工艺流体(例如天然气、空气、二氧化碳等)吸取到室中，压缩在室内的工艺流体，并且将工艺流体从室放出至期望的输出部。在某些往复式压缩机中，阀可用于控制进出室的工艺流体的流。然而，阀拥有固有的操作低效率。另夕卜，阀维护显著地增加了与操作压缩机相关联的成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0004]当参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些以及其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记遍及附图表示同样的部件，其中:
图1是根据本发明的实施例的示例性往复式压缩机的透视图；
图2是图1的示例性往复式压缩机的横截面图，其示出了往复式压缩机的内部构件；图3是往复式压缩机的实施例的横截面图，该往复式压缩机具有流量控制部件，其构造成选择性地阻塞进气口和排气口；
图4是图3的往复式压缩机的横截面图，其示出了活塞组件相对于压缩气缸的移动；图5是往复式压缩机的另一个实施例的横截面图，该往复式压缩机具有活塞和流量控制部件，该活塞构造成选择性地阻塞进气口，该流量控制部件构造成选择性地阻塞排气P ;
图6是图5的往复式压缩机的横截面图，其示出了活塞组件相对于压缩气缸的移动；图7是往复式压缩机的又一个实施例的横截面图，该往复式压缩机具有活塞，其构造成选择性地阻塞进气口和排气口 ；以及
图8是图7的往复式压缩机的横截面图，其示出了活塞相对于压缩气缸的移动。

【具体实施方式】
[0005]将在下面描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到，在任何此类实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当认识到，此类开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。
[0006]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”、“所述”等意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”、“具有”等意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。此外，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”以及这些用语的变体的使用是出于方便而作出的，但不需要构件的任何特别定向。
[0007]本公开的实施例可通过提供活塞组件而相当大地提高往复式压缩机的操作效率，该活塞组件构造成经由压缩气缸内的活塞组件的移动，选择性地阻塞进气口和排气口。例如，在某些实施例中，往复式压缩机包括具有进气口和排气口的压缩气缸。压缩机还包括设置在压缩气缸内的活塞组件。活塞组件构造成在活塞组件沿第一方向移动时相继阻塞进气口，压缩压缩气缸的内部容积内的流体，并且通过排气口排放流体。另外，活塞组件构造成在活塞组件沿与第一方向相反的第二方向移动时相继阻塞排气口，减小内部容积内的流体的压力，并且通过进气口将附加流体吸取到内部容积中。因为进气口和排气口被活塞组件选择性地阻塞，所以排除了阀(例如止回阀)，其另外可用于控制穿过端口的流体流。结果，可相当大地减少或消除与阀维护相关联的操作成本。另外，因为活塞组件不干扰穿过端口的流，所以与采用阀的构造相比，可显著地增强往复式压缩机的效率，该阀可在处于开启位置时部分地阻塞端口。
[0008]现在转到附图，在图1中示出了示例性往复式压缩机10。在目前示出的实施例中，往复式压缩机10包括联接于框架14的一对压缩气缸12。各种内部构件可设置在压缩气缸12和框架14内，以实现流体的引入到压缩气缸12中的压缩。例如，在某些实施例中，往复式压缩机10可用于压缩天然气。然而，在其它实施例中，往复式压缩机10可构造成和/或用于压缩除了别的以外的其它流体，诸如空气、二氧化碳或氮等。
[0009]机械功率源或驱动器16，诸如燃烧发动机或电动机可联接于往复式压缩机10，以向各种内部构件提供机械功率，以实现流体在压缩气缸12内的压缩。为了便于接近此类内部构件，如可出于诊断或维护目的而期望的，框架14中的开口可被提供，并且经由可除去盖18选择性地接近。此外，压缩气缸12还可包括活塞组件20。如以下详细论述的，各个压缩气缸12包括进气口和排气口。设置在压缩气缸12内的活塞组件20构造成在活塞组件沿第一方向移动时阻塞进气口。活塞组件20还构造成在活塞组件20沿与第一方向相反的第二方向移动时阻塞排气口。因为进气口和排气口被活塞组件20选择性地阻塞，所以排除了阀(例如止回阀)，其可另外用于控制穿过端口的流体流。结果，可相当大地减少或消除与阀维护相关联的操作成本。另外，因为活塞组件不干扰穿过端口的流，所以与采用阀的构造相比，可显著地增强往复式压缩机的效率，该阀可在处于开启位置时部分地阻塞端口。
[0010]图2是图1的示例性往复式压缩机10的横截面图，其示出了往复式压缩机10的内部构件。在目前示出的实施例中，示例性往复式压缩机10的框架14包括中空的中心体或外壳22，其大体限定了内部容积24，在内部容积24内可收纳各种内部构件，诸如曲柄轴26。在一个实施例中，中心体22可具有大体弯曲或圆筒形的形状。然而，应当注意，根据公开的实施例，中心体22可具有其它形状或构造。
[0011]在操作中，驱动器16使曲柄轴26旋转，曲柄轴26支承在框架14的内部容积24内。在一个实施例中，曲柄轴26经由连杆28和销32联接于十字头30。十字头30设置在十字头引导部34内，十字头引导部34大体从中心体22延伸，并且便于将压缩气缸12连接于往复式压缩机10。在一个实施例中，往复式压缩机10包括两个十字头引导部34，其大体从中心体或外壳22的相对侧垂直地延伸，但可使用其它构造。曲柄轴26的旋转运动经由连杆28转变成十字头引导部34内的十字头30的往复线性运动。
[0012]压缩气缸12构造成接收流体，用于压缩。在示出的实施例中，十字头30经由活塞杆38联接于设置在压缩气缸12内的活塞36。十字头30的往复运动经由活塞36实现压缩气缸12内的流体的压缩。具体地说，当活塞组件20向前(S卩，从中心体22向外)驱动到压缩气缸12中时，活塞组件20的活塞36迫使气缸内的流体变成较小的体积，从而增大流体的压力。活塞组件20的进一步向前移动消除阻塞排气口，从而使压缩流体能够离开压缩气缸12。活塞组件20接着可进行向后冲程，从而消除阻塞进气口。因此，附加流体可通过进气口进入压缩气缸12，用于以上述的相同方式压缩。因为进气口和排气口被活塞组件选择性地阻塞，所以排除了阀(例如止回阀)，其另外可用于控制穿过端口的流体流。
[0013]图3是往复式压缩机10的实施例的横截面图，往复式压缩机10具有流量控制部件，其构造成选择性地阻塞进气口和排气口。如所示，压缩气缸12包括进气口 40和排气口42。进气口 40经由穿过压缩气缸12的内部通道46流体联接于入口 44。在操作中，入口44接收流体流48，其经由内部通道46传送至进气口 40。虽然在示出的实施例中，进气口40经由内部通道46流体联接于入口 44，但是应当认识到，备选实施例可利用外部通道，或内部通道和外部通道的组合来将入口 44联接于进气口 40。
[0014]在示出的实施例中，排气口 42经由内部通道52和外部通道54流体联接于出口50。如以下详细论述的，压缩机10通过排气口 42排出压缩流体56。流体接着流过内部通道52和外部通道54至出口 50。虽然排气口 42经由内部通道52和外部通道54流体联接于出口 50，但是应当认识到，在备选实施例中，排气口 42和出口 50可由例如内部通道或外部通道直接联接。
[0015]在示出的实施例中，活塞组件20包括活塞36，和流量控制部件58，其从活塞36沿轴向方向60延伸。流量控制部件58可与活塞36集成，或者联接于活塞36 (例如经由紧固件、焊接连接等)。如以下详细论述的，流量控制部件58构造成在压缩冲程的至少一部分期间阻塞进气口 40，以便于压缩气缸12内的流体压缩。流量控制部件58还构造成在进气冲程的至少一部分期间阻塞排气口 42，以便于流体流入压缩气缸12中。以该方式，往复式压缩机10可从入口 44循环地接收流体流，压缩压缩气缸12内的流体，并且通过出口 50排出压缩流体。在示出的实施例中，活塞36压缩流体，并且流量控制部件58控制进出压缩气缸12的流体流。
[0016]如所示，流量控制部件58延伸穿过进气口 40，并且包括突出部62，其从流量控制部件58沿径向方向64向外延伸。如以下详细论述的，径向突出部62构造成选择性地阻塞进气口 40，从而建立便于流体压缩的基本上密封的容积。在示出的实施例中，流量控制部件58包括绕着径向突出部62设置的密封件66。密封件66构造成在径向突出部62与进气口40对准时基本上阻塞了穿过进气口 40的流体流。如将认识到的，密封件66可包括例如巴比特密封件、迷宫式密封件、刷式密封件，和/或环形密封件。
[0017]另外，流量控制部件58包括内部通道68，其从压缩气缸12的内部容积70延伸至流量控制部件58的外表面74中的孔口 72。如以下详细论述的，流量控制部件58构造成在孔口 72从排气口 42偏离时阻塞排气口 42，并且当孔口 72与排气口 42对准时便于穿过排气口 42的流。为了便于流体从内部容积70流至内部通道68，流量控制部件58包括多个孔76，其沿径向方向64从内部容积70延伸至内部通道68。如将认识到的，孔76的数量、大小和/或形状可特别地选择成提供进入内部通道68中的期望流体流，同时保持活塞组件20的结构完整性。
[0018]在示出的实施例中，流量控制部件58包括绕着流量控制部件58的外表面74设置在孔口 72的相对轴向侧上的密封件78。密封件78构造成阻塞来自内部通道68的流体流，直到孔口 72与排气口 42对准。密封件78还构造成在孔口和排气口对准时便于流体从孔口 72流至排气口 42。如将认识到的，密封件78可包括例如巴比特密封件、迷宫式密封件、刷式密封件，和/或环形密封件。在示出的实施例中，活塞36、流量控制部件58、径向突出部62以及密封件66和78为环形结构。然而，应当认识到，活塞36、流量控制部件58、径向突出部62，以及密封件66和78在备选实施例中可为其它形状(例如矩形、多边形等)。
[0019]在操作中，活塞组件20构造成经由沿轴向方向60的循环移动压缩压缩气缸12内的流体。例如，当活塞组件20驱动成沿第一轴向方向80移动时，密封件66接触进气口 40的内表面82，从而阻塞进入内部容积70中的流体流。当孔口 72不与排气口 42对准时，建立了基本上密封的容积，其包括内部容积70和内部通道68。当活塞组件20继续沿方向80平移时，基本上密封的容积的大小在活塞36朝向内部容积70的内表面83被驱动时减小。因此，基本上密封的容积内的流体压力逐渐地增大。一旦孔口 72与排气口 42对准，则加压流体56流过排气口 42朝向出口 50。
[0020]一旦活塞组件20已经到达压缩冲程的终点，则沿相反的轴向方向84驱动活塞组件20，以便于附加流体流入内部容积70中。例如，当活塞组件20驱动成沿第二轴向方向84移动时，孔口 72从排气口 42偏离。结果，密封件78基本上阻塞穿过排气口 42的流体流。此外，当密封件66与进气口 40的内表面82接触时，建立了基本上密封的容积，其包括内部容积70和内部通道68。当活塞组件20继续沿方向84平移时，基本上密封的容积的大小在活塞36远离内部容积70的内表面83被驱动时增大。因此，保留在基本上密封的容积内的流体的压力逐渐地减小。一旦密封件66从进气口 40的内表面82偏离，则内部容积70内的减小的流体压力将附加流体48从入口 44通过进气口 40抽吸到内部容积70中。一旦活塞组件20到达进气冲程的终点，则沿第一轴向方向80驱动活塞组件20，并且重复该过程。
[0021]在示出的实施例中，往复式压缩机10包括双作用活塞组件20，其构造成压缩压缩气缸12的第一侧85内的流体，同时将流体接收到压缩气缸12的第二侧87中。在该构造中，活塞组件20沿第一轴向方向80的移动压缩压缩气缸12的第一侧85内的流体，并且将流体接收到压缩气缸12的第二侧87中。相反地，活塞组件20沿第二轴向方向84的移动压缩压缩气缸12的第二侧87内的流体，并且将流体接收到压缩气缸12的第一侧85中。如所示，活塞组件20包括两个流量控制部件，其构造成控制压缩气缸12的相应容积内的流体流。第一流量控制部件58构造成控制与活塞36的第一侧88相邻的第一容积86内的流体流。类似地，第二流量控制部件90构造成控制与活塞36的第二侧94相邻的第二容积92内的流体流。
[0022]在操作中，当活塞组件20沿方向80移动时，第一流量控制部件58相继阻塞进气口 40、驱动活塞36以压缩第一容积86内的流体，并且通过排气口 42排放流体。另外，第二流量控制部件90相继阻塞排气口 42，驱动活塞36以减小第二容积92内的流体压力，并且通过进气口 40将附加流体接收到第二容积92中。相反地，当活塞组件20沿方向84移动时，第一流量控制部件58相继阻塞排气口 42，驱动活塞36以减小第一容积86内的流体压力，并且通过进气口 40将附加流体接收到第一容积86中。另外，第二流量控制部件90相继阻塞进气口 40，驱动活塞36以压缩第二容积92内的流体，并且通过排气口 42排放流体。因为往复式压缩机10每个冲程都输出压缩流体，所以压缩流体的流率可大于采用单作用活塞组件的压缩机，该单作用活塞组件具有单个流量控制部件。虽然示出的实施例采用双作用活塞组件20来提供增大的压缩流体流，但是应当认识到，备选实施例可采用单作用活塞组件。
[0023]因为进气口 40和排气口 42被活塞组件20选择性地阻塞，所以排除了阀(例如止回阀)，其另外可用于控制穿过端口的流体流。结果，可相当大地减少或消除与阀维护相关联的操作成本。例如，为了维修带阀的压缩机(例如为了更换阀簧，为了更换阀杆等)，压缩机可被去激励和拆卸。接着，可更换和/或修理磨损构件，并且重新装配压缩机。在某些压缩机构造中，可例如每三至六个月执行此类阀维护。结果，阀维护可导致增大的操作成本，以及延长的压缩机不可用性。因为示出的实施例排除了阀，所以可显著地减少压缩机维护成本，同时增强压缩机的可用性。此外，因为活塞组件20不干扰穿过端口 40和42的流，所以与采用阀的构造相比，可显著地增强往复式压缩机的效率，该阀可在处于开启位置时部分地阻塞端口。
[0024]图4是图3的往复式压缩机10的横截面图，其示出了活塞组件10相对于压缩气缸12的移动。如所示，第一流量控制部件58的密封件66与进气口 40的内表面82接触，从而建立了基本上密封的容积，其包括内部容积70和内部通道68。当活塞组件20沿方向80平移时，基本上密封的容积的大小在活塞36朝向内部容积70的内表面83被驱动时减小。在示出的实施例中，活塞杆38的冲程驱动活塞36平移一距离96，从而使基本上密封的容积的大小减小如下量，该量等于活塞36的外径向部分97的横截面积乘以冲程距离96。当容积减小时，基本上密封的容积内的流体的压力逐渐地增大。一旦孔口 72与排气口 42对准，则加压流体56流过排气口 42朝向出口 50。
[0025]如将认识到的，基本上密封的容积的大小的变化至少部分地取决于冲程距离96和活塞36的直径98。例如，增大冲程距离96提供了流体体积的更大变化，从而增大了压缩。相反地，减小冲程距离96提供了流体体积的减小的变化，从而减小了压缩。此外，具有较大直径98的活塞36建立了较大的密封容积，而具有较小直径98的活塞36建立了较小的密封容积。密封容积的初始大小限定了压缩之前的流体体积。因此，较大的初始容积比较小的初始容积便于每冲程压缩更多流体。如将认识到的，足以压缩压缩气缸12内的流体的力至少部分地取决于初始的流体体积和流体压缩的程度。因此，冲程距离96和活塞36的直径98可特别地选择成提供期望程度的压缩，穿过往复式压缩机10的期望流率，以及由功率源16施加的期望功。
[0026]图5是往复式压缩机10的另一个实施例的横截面图，往复式压缩机10具有活塞和流量控制部件，该活塞构造成选择性地阻塞进气口，该流量控制部件构造成选择性地阻塞排气口。如所示，压缩气缸12包括进气口 100和排气口 102。进气口 100经由穿过压缩气缸12的内部通道106流体联接于入口 104。在操作中，入口 104接收流体流48，其经由内部通道106传送至进气口 100。虽然在示出的实施例中，进气口 100经由内部通道106流体联接于入口 104，但是应当认识到，备选实施例可利用外部通道，或内部通道和外部通道的组合来将入口 104联接于进气口 100。
[0027]在示出的实施例中，排气口 102经由内部通道109流体联接于出口 108。如以下详细论述的，压缩机10通过排气口 102排出压缩流体56。流体接着流过内部通道109至出口 108。虽然在示出的实施例中，排气口 102经由内部通道109流体联接于出口 108，但是应当认识到，备选实施例可利用外部通道，或内部通道和外部通道的组合来将出口 108联接于排气口 102。在示出的实施例中，入口 104和出口 108被沿径向方向64从压缩气缸12向外指引。因此，与采用联接于压缩气缸12的轴向端部的弯曲导管的构造相比，基本上笔直的导管可联接于入口 104和出口 108，从而增强流效率。在示出的实施例中，出口 108定位在压缩气缸12的顶部上，而入口 104定位在压缩气缸12的底部上。然而，应当认识到，入口 104可定位在顶部上，而出口 108可定位在底部上。在此类实施例中，进气口 100可定位在压缩气缸12内的排气口 102上方。此类构造可便于增强穿过压缩机10中的压缩气缸12的流，压缩机10具有定位在气缸12上方的入口管和定位在气缸12下方的排放管。
[0028]在示出的实施例中，活塞组件20包括活塞36，和流量控制部件110，其从活塞36沿轴向方向60延伸。流量控制部件110可与活塞36和/或活塞杆38集成，或者联接于活塞36和/或活塞杆38 (例如经由紧固件、焊接连接等)。如以下详细论述的，流量控制部件110构造成在进气冲程的至少一部分期间阻塞排气口 102，而活塞36构造成在压缩冲程的至少一部分期间阻塞进气口 100。以该方式，往复式压缩机10可从入口 104循环地接收流体流，压缩压缩气缸12内的流体，并且通过出口 108排出压缩流体。
[0029]在示出的实施例中，活塞36构造成在活塞36被沿方向84驱动时阻塞进气口 100，从而建立便于流体压缩的基本上密封的容积70。为了提供基本上密封的容积70，活塞组件20包括第一密封件112，其设置在活塞36的外表面114中的凹部113内。第一密封件112构造成基本上阻塞在活塞36的外表面114和压缩气缸12的内表面116之间的流体流。另夕卜，活塞组件20包括第二密封件118，其设置在压缩气缸12的内表面116中的凹部119内。类似于第一密封件112，第二密封件118构造成基本上阻塞在活塞36的外表面114和压缩气缸12的内表面116之间的流体流。如将认识到的，密封件112和118可包括例如巴比特密封件、迷宫式密封件、刷式密封件，和/或环形密封件。虽然在示出的实施例中采用两个密封件112和118来示出不同的密封位置，但是应当认识到，备选实施例可包括单个密封件(例如第一密封件112或第二密封件118)，以基本上阻塞在活塞36的外表面114和压缩气缸12的内表面116之间的流体流。
[0030]在示出的实施例中，流量控制部件110包括突出部120，其从流量控制部件110径向向外延伸。径向突出部120构造成在径向突出部120与排气口 102对准时阻塞排气口102。为了提供基本上密封的容积70，活塞组件20包括密封件122，其构造成基本上阻塞在径向突出部120的外表面124和压缩气缸12的内表面126之间的流体流。如将认识到的，密封件122可包括例如巴比特密封件、迷宫式密封件、刷式密封件，和/或环形密封件。虽然示出的密封件122设置在压缩气缸12的内表面126中的凹部127内，但是应当认识到，在备选实施例中，密封件122可设置在径向突出部120的外表面124中的凹部内。
[0031]示出的往复式压缩机10还包括填料密封件128，其绕着径向突出部120设置，并且构造成基本上阻塞流体流出压缩气缸12。虽然在示出的实施例中采用了两个密封件122和128，但是应当认识到，备选实施例可包括更多或更少的密封件，以基本上阻塞在径向突出部120的外表面124和压缩气缸12的内表面126之间的流体流。在示出的实施例中，活塞36、流量控制部件110、径向突出部120以及密封件112，118，122和128为环形结构。然而，应当认识到，活塞36、流量控制部件110、径向突出部120，以及密封件112，118，122和128可在备选实施例中为其它形状(例如矩形、多边形等)。
[0032]在操作中，活塞组件20构造成经由沿轴向方向60的循环移动压缩压缩气缸12内的流体。例如，当活塞组件20驱动成沿方向84移动时，活塞36横跨进气口 100移动，从而阻塞流体流入内部容积70中。当径向突出部120与排气口 102对准时，建立了基本上密封的容积70。当活塞组件20继续沿方向84平移时，基本上密封的容积70的大小在活塞36被朝向压缩气缸12的内轴向表面129驱动时减小。因此，基本上密封的容积70内的流体的压力逐渐地增大。一旦径向突出部120从排气口 102偏离，并且流量控制部件110的减小的半径部分130与排气口 102对准，则建立流动路径，其便于压缩流体流过排气口 102朝向出口 108。
[0033]一旦活塞组件20已经到达压缩冲程的终点，则沿相反的轴向方向80驱动活塞组件20，以便于附加流体流入内部容积70中。例如，当活塞组件20驱动成沿轴向方向80移动时，径向突出部120与排气口 102对准。结果，基本上阻塞了穿过排气口 102的流体流。此外，当活塞36阻塞了进气口 100时，建立了基本上密封的容积70。当活塞组件20继续沿方向80平移时，基本上密封的容积的大小在活塞36被远离压缩气缸12的内轴向表面129驱动时增大。因此，保留在基本上密封的容积70内的流体的压力逐渐地减小。一旦活塞36从进气口 100偏离，则内部容积70内的减小的流体压力将附加流体48从入口 104通过进气口 100抽吸到内部容积70中。一旦活塞组件20到达进气冲程的终点，则沿相反的轴向方向84驱动活塞组件20，并且重复该过程。
[0034]因为进气口 100和排气口 102被活塞组件20选择性地阻塞，所以排除了阀(例如止回阀)，其另外可用于控制流体流。结果，可相当大地减少或消除与阀维护相关联的操作成本。此外，因为活塞组件20不干扰穿过端口 100和102的流，所以与采用阀的构造相比，可显著地增强往复式压缩机10的效率，该阀可在处于开启位置时部分地阻塞端口。例如，某些往复式压缩机包括止回阀以控制穿过进气口和排气口的流体流。在此类构造中，各个阀由弹簧偏压向闭合位置。当压力差将比弹簧偏压更大的力施加在阀上时，提升阀被提升离开座部，从而便于流体流过阀。然而，穿过开启阀的流面积被阀升程高度限制。另外，当接近阀的流体经由与提升阀接触而直接侧向向外时，流体流近似90度转向。由于受限制的流面积和转动的流，故压缩流体的压力可在流体流过阀时下降，从而降低了压缩机效率。相反，因为示出的实施例排除了阀，所以流体可无限制且无转向地流过端口 100和102，从而提高了往复式压缩机10的效率。
[0035]图6是图5的往复式压缩机的横截面图，其示出了活塞组件20相对于压缩气缸12的移动。在示出的实施例中，往复式压缩机10包括双作用活塞组件20，其构造成压缩压缩气缸12的第一侧133内的流体，同时将流体接收到压缩气缸12的第二侧135中。在该构造中，活塞组件20沿轴向方向84的移动压缩压缩气缸12的第一侧133内的流体，并且将流体接收到压缩气缸12的第二侧135中。相反地，活塞组件20沿相反的轴向方向80的移动压缩压缩气缸12的第二侧135内的流体，并且将流体接收到压缩气缸12的第一侧133中。如所示，活塞组件20包括两个流量控制部件，其构造成控制压缩气缸12的相应容积内的流体流。第一流量控制部件110构造成控制与活塞36的第一侧132相邻的第一容积131内的流体流。类似地，第二流量控制部件134构造成控制与活塞36的第二侧138相邻的第二容积136内的流体流。
[0036]在示出的实施例中，第二流量控制部件134被活塞36驱动移动。因此，当活塞杆38引起活塞36沿轴向方向80移动时，第二流量控制部件134驱动成沿轴向方向80移动。相反地，当活塞杆38引起活塞36沿轴向方向84移动时，第二流量控制部件134驱动成沿轴向方向84移动。如所示，第二流量控制部件134设置在盖帽组件140内，盖帽组件140联接于压缩气缸12 (例如经由紧固件)。盖帽组件140包括第二内部通道109，其从第二排气口 102延伸至出口 108。盖帽组件140还包括第一密封件142和第二密封件144，它们设置在第二排气口 102的相对的轴向侧上。类似于密封件122和128，密封件142和144构造成在第二流量控制部件134的径向突出部120与排气口 102对准时阻塞流体流过排气口102。如将认识到的，密封件142和144可包括例如巴比特密封件、迷宫式密封件、刷式密封件，和/或环形密封件。
[0037]在操作中，当活塞组件20沿方向84移动时，活塞36相继阻塞进气口 100，并且压缩第一容积131内的流体。第一流量控制部件110的径向突出部120接着移动成不与排气口 102对准，从而便于流体流过排气口 102。另外，活塞36相继驱动第二流量控制部件134以阻塞第二排气口 102，减小第二容积136内的流体压力，并且便于流体通过第二进气口 100流入第二容积136中。相反地，当活塞组件20沿方向80移动时，第一流量控制部件110相继阻塞排气口 102，驱动活塞36以减小第一容积131内的流体压力，并且将活塞36驱动成不与进气口对准，从而便于附加流体流入第一容积131中。另外，活塞36相继阻塞第二进气口 100，压缩第二容积136内的流体，并且将第二流量控制部件134的径向突出部120驱动成不与排气口 102对准，从而便于流体流过排气口 102。因为往复式压缩机10每个冲程都输出压缩流体，所以压缩流体的流率可大于采用单作用活塞组件的压缩机，该单作用活塞组件具有单个流量控制部件。虽然示出的实施例采用双作用活塞组件20来提供增大的压缩流体流，但是应当认识到，备选实施例可采用单作用活塞组件。
[0038]如所示，活塞36与进气口 100对准，从而阻塞穿过进气口 100的流，并且建立基本上密封的容积131。当活塞组件20沿方向84平移时，基本上密封的容积131的大小在活塞36被朝向压缩气缸12的内轴向表面129驱动时减小。在示出的实施例中，活塞杆38的冲程驱动活塞36平移一距离146，从而使基本上密封的容积131的大小减小如下量，该量等于活塞36的外径向部分147的横截面积乘以冲程距离146。当容积减小时，基本上密封的容积131内的流体的压力逐渐地增大。一旦流量控制部件110的减小的半径部分130与排气口 102对准，则加压流体56流过排气口 102朝向出口 108。
[0039]如将认识到的，基本上密封的容积131的大小的变化至少部分地取决于冲程距离146和活塞36的直径148。例如，增大冲程距离146提供了流体体积的更大变化，从而增大了压缩。相反地，减小冲程距离146提供了流体体积的减小的变化，从而减小了压缩。此外，具有较大直径148的活塞36建立了较大的密封容积131，而具有较小直径148的活塞36建立了较小的密封容积131。密封容积的初始大小限定了压缩之前的流体体积。因此，较大的初始容积比较小的初始容积每冲程压缩更多流体。如将认识到的，足以压缩压缩气缸12内的流体的力至少部分地取决于初始的流体体积和流体压缩的程度。因此，冲程距离146和活塞36的直径148可特别地选择成提供期望程度的压缩，穿过往复式压缩机10的期望流率，以及由功率源16施加的期望功。
[0040]图7是往复式压缩机的又一个实施例的横截面图，该往复式压缩机具有活塞，其构造成选择性地阻塞进气口和排气口。如所示，压缩气缸12包括进气口 150和排气口 152。如以下详细论述的，活塞36构造成在压缩冲程的至少一部分期间阻塞进气口 150，并且在进气冲程的至少一部分期间阻塞排气口 152。以该方式，往复式压缩机10可通过进气口 150循环地接收流体流，压缩压缩气缸12内的流体，并且通过排气口 152排出压缩流体。
[0041]在示出的实施例中，活塞36包括内部通道154，其从压缩气缸12的内部容积70延伸至活塞36的外表面157中的孔口 156。如以下详细论述的，活塞36构造成在孔口 156从排气口 152偏离时阻塞排气口 152。相反地，当孔口 156与排气口 152对准时，内部通道154建立了从内部容积70至排气口 152的流动路径，从而便于压缩流体流过排气口 152。在示出的实施例中，活塞36是环形结构。然而，应当认识到，活塞36可在备选实施例中为其它形状(例如矩形、多边形等)。
[0042]在操作中，活塞组件20构造成经由沿轴向方向60的循环移动压缩压缩气缸12内的流体。例如，当活塞组件20驱动成沿轴向方向84移动时，活塞36阻塞进气口 150，从而阻塞流体流入内部容积70中。当孔口 156不与排气口 152对准时，建立了基本上密封的容积158，其包括内部容积70和内部通道154。当活塞组件20继续沿方向84平移时，基本上密封的容积158的大小在活塞36被朝向内部容积158的内表面159驱动时减小。因此，基本上密封的容积158内的流体的压力逐渐地增大。一旦孔口 156与排气口 152对准，则通过排气口 152排出加压流体。
[0043]一旦活塞组件20已经到达压缩冲程的终点，则沿相反的轴向方向80驱动活塞组件20，以便于附加流体流入内部容积158中。例如，当活塞组件20驱动成沿轴向方向80移动时，孔口 156从排气口 152偏离。结果，活塞36基本上阻塞穿过排气口 152的流体流。此夕卜，当活塞36阻塞进气口 150时，建立了基本上密封的容积158，其包括内部容积70和内部通道154。当活塞组件20继续沿方向80平移时，基本上密封的容积158的大小在活塞36被远离内部容积158的内表面159驱动时增大。因此，保留在基本上密封的容积158内的流体的压力逐渐地减小。一旦活塞36从进气口 150偏离，则内部容积158内的减小的流体压力将附加流体通过进气口 150抽吸到内部容积158中。一旦活塞组件20到达进气冲程的终点，则沿相反的轴向方向84驱动活塞组件20，并且重复该过程。
[0044]在示出的实施例中，往复式压缩机10包括双作用活塞组件20，其构造成压缩压缩气缸12的第一侧161内的流体，同时将流体接收到压缩气缸12的第二侧163中。在该构造中，活塞组件20沿轴向方向84的移动压缩压缩气缸12的第一侧161内的流体，并且将流体接收到压缩气缸12的第二侧163中。相反地，活塞组件20沿轴向方向80的移动压缩压缩气缸12的第二侧163内的流体，并且将流体接收到压缩气缸12的第一侧161中。如所不，往复式压缩机10包括与活塞36的第一侧160相邻的第一容积158。第一容积158由压缩气缸12、活塞36，以及联接于压缩气缸12 (例如经由紧固件)的端盖162限定。另外，往复式压缩机10包括与活塞36的第二侧166相邻的第二容积164。第二容积164由压缩气缸12、活塞36、以及联接于压缩气缸12 (例如经由紧固件)的端盖168限定。
[0045]在操作中，当活塞组件20沿方向84移动时，活塞36相继阻塞进气口 150，并且压缩第一容积158内的流体。一旦孔口 156与排气口 152对准，则压缩流体流过内部通道154，并且通过排气口 152排出。另外，活塞36相继阻塞第二排气口 152，减小第二容积164内的流体压力，并且消除阻塞第二进气口 150，以便于附加流体流入第二容积164中。相反地，当活塞组件20沿方向80移动时，活塞36相继阻塞第一排气口 152，减小第一容积158内的流体压力，并且消除阻塞第一进气口 150，以便于附加流体流入第一容积158中。另外，活塞36相继阻塞第二进气口 150，并且压缩第二容积164内的流体。一旦第二孔口 170与第二排气口 152对准，则压缩流体流过第二内部通道172，并且通过第二排气口 152排出。因为往复式压缩机10每个冲程都输出压缩流体，所以压缩流体的流率可大于采用单作用活塞组件的压缩机。虽然示出的实施例采用双作用活塞组件20来提供增大的压缩流体流，但是应当认识到，备选实施例可采用单作用活塞组件。
[0046]在示出的实施例中，活塞36包括凹部174，和通道176，其构造成接收活塞杆38。在某些实施例中，活塞杆38延伸穿过端盖162，从而使活塞杆38能够沿轴向方向80和84驱动活塞36。如将认识到的，密封件(例如巴比特密封件、迷宫式密封件、刷式密封件、环形密封件等)可绕着活塞杆38设置，以阻塞流体从压缩气缸12流出。此外，应当认识到，附加密封件可遍及往复式压缩机10设置。例如，密封件可定位在孔口 156和170的相对的轴向端部上，以阻塞流体流过排气口 152，直到各个孔口与相应的端口对准。另外，密封件可绕着进气口 150设置，以在活塞36与相应的进气口对准时阻塞流体流过各个进气口。
[0047]因为进气口 150和排气口 152被活塞36选择性地阻塞，所以排除了阀(例如止回阀)，其另外可用于控制穿过端口 150和152的流体流。结果，可相当大地减少或消除与阀维护相关联的操作成本。另外，因为活塞组件20不干扰穿过端口 150和152的流，所以与采用阀的构造相比，可显著地增强往复式压缩机10的效率，该阀可在处于开启位置时部分地阻塞端口。此外，穿过活塞36的内部通道154和172可相当大地减小压缩机10的往复质量，从而减小用于驱动活塞组件20，使之沿轴向方向80和84移动的能量。结果，与采用实心活塞的构造相比，可增强往复式压缩机10的效率。
[0048]图8是图7的往复式压缩机的横截面图，其示出了活塞组件20相对于压缩气缸12的移动。如所示，活塞36与进气口 150对准，从而建立了基本上密封的容积158。当活塞组件20沿方向84平移时，基本上密封的容积158的大小在活塞36被朝向内部容积158的内表面159驱动时减小。在示出的实施例中，活塞杆38的冲程驱动活塞36平移一距离178，从而使基本上密封的容积158的大小减小如下量，该量等于活塞36的横截面积乘以冲程距离178。当容积减小时，基本上密封的容积158内的流体的压力逐渐地增大。一旦孔口 156与排气口 152对准，则通过排气口 152排出加压流体。
[0049]如将认识到的，基本上密封的容积158的大小的变化至少部分地取决于冲程距离178和活塞36的直径180。例如，增大冲程距离178提供流体体积的更大变化，从而增大了压缩。相反地，减小冲程距离178提供流体体积的减小的变化，从而减小了压缩。此外，具有较大直径180的活塞36建立了较大的密封容积，而具有较小直径180的活塞36建立了较小的密封容积。密封容积的初始大小限定了压缩之前的流体体积。因此，较大的初始容积比较小的初始容积每冲程压缩更多的流体。如将认识到的，足以压缩压缩气缸12内的流体的力至少部分地取决于初始的流体体积和流体压缩的程度。因此，冲程距离178和活塞36的直径180可特别地选择成提供期望程度的压缩，穿过往复式压缩机10的期望流率，以及由功率源16施加的期望功。
[0050]虽然本发明可容易受到各种修改和备选形式的影响，但是特定的实施例已经经由图中的示例示出，并且已经在本文中详细描述。然而，应当理解，本发明不意图限制于公开的特别形式。相反地，本发明将涵盖落在由以下所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和备选方案。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 压缩气缸，其构造成安装于往复式压缩机，其中所述压缩气缸包括进气口和排气口 ；和 活塞组件，其设置在所述压缩气缸内，其中所述活塞组件包括活塞和从所述活塞延伸的第一流量控制部件； 其中所述第一流量控制部件构造成在所述活塞组件相对于所述压缩气缸移动时选择性地阻塞所述进气口和所述排气口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进气口绕着所述第一流量控制部件设置，并且所述第一流量控制部件包括径向突出部，其构造成在所述径向突出部与所述进气口对准时选择性地阻塞所述进气口。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述活塞组件包括绕着所述径向突出部设置的密封件。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流量控制部件包括内部通道，其从所述压缩气缸的内部容积延伸至所述第一流量控制部件的外表面中的孔口，并且其中所述第一流量控制部件构造成在所述孔口从所述排气口偏离时阻塞所述排气口。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述活塞组件包括密封件，其绕着所述第一流量控制部件的外表面设置在所述孔口的相对的轴向侧上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流量控制部件构造成控制与所述活塞的第一侧相邻的第一容积内的流体流，所述活塞组件包括从所述活塞延伸的第二流量控制部件，并且所述第二流量控制部件构造成控制与所述活塞的第二侧相邻的第二容积内的流体流。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流量控制部件构造成在所述活塞组件沿第一方向移动时阻塞所述进气口，并且在所述活塞组件沿与所述第一方向相反的第二方向移动时阻塞所述排气口。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括入口，其流体联接于所述进气口。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述入口经由穿过所述压缩气缸的内部通道流体联接于所述进气口。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括出口，其经由穿过所述压缩气缸的内部通道、经由外部通道或它们的组合流体联接于所述排气口。
11.一种系统，包括: 压缩气缸，其构造成安装于往复式压缩机，其中所述压缩气缸包括进气口和排气口 ；和 活塞组件，其设置在所述压缩气缸内，其中所述活塞组件包括活塞和从所述活塞延伸的流量控制部件； 其中所述活塞组件构造成在所述活塞组件沿第一方向移动时利用所述流量控制部件相继阻塞所述进气口，压缩所述压缩气缸的内部容积内的流体，并且通过所述排气口排放所述流体，并且其中所述活塞组件构造成在所述活塞组件沿与所述第一方向相反的第二方向移动时利用所述流量控制部件相继阻塞所述排气口，减小所述内部容积内的所述流体的压力，并且通过所述进气口将附加流体吸取到所述内部容积中。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述进气口绕着所述流量控制部件设置，并且所述流量控制部件包括径向突出部，其构造成在所述径向突出部与所述进气口对准时选择性地阻塞所述进气口。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述活塞组件包括绕着所述径向突出部设置的密封件。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述流量控制部件包括内部通道，其从所述压缩气缸的内部容积延伸至所述流量控制部件的外表面中的孔口，并且其中所述流量控制部件构造成在所述孔口从所述排气口偏离时阻塞所述排气口。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述流量控制部件构造成控制与所述活塞的第一侧相邻的第一容积内的流体流，所述活塞组件包括从所述活塞延伸的第二流量控制部件，并且所述第二流量控制部件构造成控制与所述活塞的第二侧相邻的第二容积内的流体流。
16.—种系统，包括: 压缩气缸，其构造成安装于往复式压缩机，其中所述压缩气缸包括进气口和排气口 ；和 活塞组件，其设置在所述压缩气缸内，其中所述活塞组件包括活塞和从所述活塞延伸的流量控制部件； 其中所述流量控制部件构造成在所述活塞组件以第一方向移动时阻塞所述进气口，并且在所述活塞组件沿与所述第一方向相反的第二方向移动时阻塞所述排气口。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述进气口绕着所述流量控制部件设置，并且所述流量控制部件包括径向突出部，其构造成在所述径向突出部与所述进气口对准时选择性地阻塞所述进气口。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述活塞组件包括绕着所述径向突出部设置的密封件。
19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述流量控制部件包括内部通道，其从所述压缩气缸的内部容积延伸至所述流量控制部件的外表面中的孔口，并且所述流量控制部件构造成在所述孔口从所述排气口偏离时阻塞所述排气口。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述活塞组件包括密封件，其绕着所述流量控制部件的外表面设置在所述孔口的相对的轴向侧上。
【文档编号】F04B7/04GK104471243SQ201280071630
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2012年1月19日
【发明者】M. 卡比尔 O., 拉马库马 K., 阿什拉夫 K. 申请人:通用电气石油和天然气压缩系统有限责任公司