用于增强往复式压缩机的性能的方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

本专利申请主张享有2015年5月5日提交的美国临时申请no.62/157,183在35u.s.c.§119(e)下的优先权，其内容通过引用的方式并入本文。

本公开内容涉及用于增强往复式压缩机的性能的方法和系统。

背景技术：

通常，压缩机接收在第一压力下的流体(诸如液体或气体)供给，并且通过使用活塞迫使具有第一体积的给定量的所接收的流体进入较小的第二体积而增大流体的压力。一些压缩机具有在气缸内往复运动以压缩流体的往复式活塞。活塞包括往复式杆组件。杆组件可联接至容置在曲轴壳体内的曲轴。曲轴可通过容置在马达壳体中的马达进行操作。典型的杆组件包括用以吸入和排出流体的输入阀和输出阀。杆组件可包括杯状密封件，以在杆组件的加压侧和非加压侧之间提供密封。杯状密封件在杆组件于气缸内移动期间挠曲，并且摩擦接合导致在杯形密封件上产生磨损。杯状密封件预期由于气体在杆组件的加压侧的加压、杯状密封件与气缸的摩擦接合、和/或在压缩机内的其他操作状态导致随着时间推移而磨损。因此，由于杯状密封件和气缸之间的接触损耗，所以压缩机的性能会减弱，这可能需要更换杯状密封件。

在目前的实践中，杯状密封件的更换需要移除往复式杆组件上的多个螺钉以拆卸和更换杯状密封件。该过程也包括移除阀。对于压缩机的性能和长寿命来说，阀的对准通常是必须的。在存在重新组装错误的情形中，诸如阀弯曲或未对准可能导致压缩机的性能(流体流动、压力、余隙容积、噪声等)受损和/或阀的寿命缩短。这些因素会使得杯状密封件的维护和更换成为劳动密集型的和/或昂贵的。

技术实现要素：

因此，本公开内容的一个或多个方面涉及一种被配置成增强往复式压缩机的性能的系统。该压缩机包括：第一气缸，该第一气缸形成用于压缩流体的第一空间；第一曲轴壳体，该第一曲轴壳体与第一气缸操作性地联接；第一曲轴，该第一曲轴被容置在第一曲轴壳体内；马达壳体，该马达壳体与第一曲轴壳体操作性地联接；马达，该马达被容置在马达壳体内并被配置成驱动第一曲轴；以及第一杆组件，该第一杆组件被配置成在第一气缸内往复运动从而压缩第一空间内的流体，并被配置成由第一曲轴驱动。第一杆组件包括：第一连接杆部分，该第一连接杆部分被配置成使第一杆组件联接至第一曲轴；第一头部部分，该第一头部部分操作性地联接至第一联接杆；第一杯状密封件，该第一杯状密封件被配置成在第一气缸和第一杆组件之间提供可移动密封；第一帽，该第一帽可移除地联接第一杆组件并被配置成将杯状密封件保持在第一头部部分上的适当位置；以及一个或多个阀，该一个或多个阀被配置成控制穿过头部部分的空气。该一个或多个阀可移除地联接至第一头部部分。该一个或多个阀被构造并布置成在第一帽从第一连接杆组件分离时保持联接至第一头部部分。

本公开内容的另一方面涉及一种用于增强往复式压缩机的性能的方法。该压缩机包括第一气缸、第一曲轴壳体、第一曲轴、马达壳体、马达以及第一杆组件。第一杆组件包括第一连接杆部分、第一头部部分、第一杯状密封件、第一帽以及一个或多个阀。该方法包括利用第一气缸形成用于压缩流体的第一空间；使第一曲轴壳体与第一气缸操作性地联接；将第一曲轴容置在第一曲轴壳体内；使马达壳体与第一曲轴壳体操作性地联接；将马达容置在马达壳体内，该马达被配置成驱动第一曲轴；使第一杆组件在第一气缸内往复运动从而压缩第一空间内的流体，第一杆组件由第一曲轴驱动；利用第一连接杆部分使第一杆组件联接至第一曲轴；使第一头部部分操作性地联接至第一连接杆；利用第一杯状密封件在第一气缸和第一杆组件之间提供可移动密封；利用第一帽将杯状密封件保持在第一头部部分上的适当位置；以及利用一个或多个阀控制穿过头部部分的空气，该一个或多个阀被构造并布置成在第一帽从第一连接杆组件分离时保持联接至第一头部部分。

本公开内容的又一方面涉及一种被配置成增强往复式压缩机的性能的系统。该系统包括：用于形成第一空间的第一装置，该第一空间用于压缩流体；用于容置曲轴的第一装置，其与用于形成第一空间的第一装置操作性地联接；用于容置用于驱动曲轴的马达的装置，使得用于容置用于驱动的装置的装置与用于容置曲轴的第一装置操作性地联接；以及用于在用于形成第一空间的第一装置内往复运动从而压缩第一空间内的流体的第一装置，并使得用于往复运动的装置由曲轴驱动。用于往复运动的第一装置包括用于使用于往复运动的第一装置联接至曲轴的第一装置；用于形成用于往复运动的第一装置的头部部分的第一装置操作性地联接至用于往复运动的第一装置；用于在用于形成第一空间的第一装置和用于往复运动的第一装置之间提供可移动密封的第一装置；用于将杯状密封件保持在用于形成头部部分的第一装置上的适当位置的第一装置；以及用于控制穿过头部部分的空气的第一装置，用于控制空气的第一装置可移除地联接至用于形成头部部分的第一装置，用于控制空气的第一装置被构造并布置成在用于保持的第一装置从用于往复运动的第一装置分离时保持联接至用于形成头部部分的第一装置。

在参照附图考虑了下面的描述和所附的权利要求之后，本公开内容的这些和其它目的、特征和特点以及结构相关元件和部件组合的操作方法和功能、制造的经济性将变得更加显而易见，所有的这些形成本说明书的一部分，其中类似的附图标记标示不同附图中的对应部件。然而，应当清楚地理解，这些附图仅出于示例和描述的目的，并不旨在作为对本发明的限制的限定。

附图说明

图1是压缩机的横截面视图的示意图；

图2示出了根据一个或多个实施方式的示例性杆组件；

图3示出了根据一个或多个实施方式的杆组件的示例性头部部分；

图4示出了根据一个或多个实施方式的杆组件的头部部分的示例性横截面视图；

图5示出了根据一个或多个实施方式的示例性杯状密封件；

图6示出了根据一个或多个实施方式的帽的示例；

图7示出了根据一个或多个实施方式的帽的另一示例；以及

图8示出了用于增强往复式压缩机的性能的方法。

具体实施方式

如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数的指代，除非上下文中清楚地以其他方式指明。如本文中使用的，语句“两或多个部分或部件‘联接’”应当表示所述部分直接或间接地(即，通过一个或多个中间部分或部件)连接或一起运转，只要出现连接关系。如本文中使用的，“直接联接”表示两个元件直接互相接触。如本文中使用的，“固定联接”或“固定”表示两个部件联接而作为一体运动，同时相对彼此保持不变的取向。

如本文中使用的，词语“单体的”表示部件制成为单件或单个单元。即，包括分开地制成且然后联接在一起成为单元的多个零件的部件不是“单体的”部件或物体。如在本文中采用的，语句“两个或更多部分或部件互相‘接合’”将表示所述部分直接或经过一个或多个中间部分或部件互相施加作用力。如在本文中采用的，术语“数目”将表示一或大于一的整数(即，多个)。

在本文中使用的方向性短语，比如(举例且非限制性的)顶、底、左、右、上、下、前、后及其派生词，涉及附图中所示元件的方位，而并非对权利要求限制，除非其中有清楚地描述。

图1示出了压缩机10。在一些实施方式中，压缩机10包括用于压缩流体(诸如液体或气体)的气缸12a、12b(在本实施方式中示出了两个)、杆组件14a、14b、曲轴72a、72b、和/或其他部件。杆组件14a、14b被配置成分别在气缸12a、12b中往复运动，从而压缩流体。曲轴72a和72b被配置成分别在气缸12a和12b内驱动杆组件14a、14b。杆组件14a和14b包括一个或多个阀52a和52b以及杯状密封件60a和60b(在本文中描述)。压缩机10可被配置成在需要更换杯状密封件时降低对压缩机内的阀的损坏和未对准的可能性。压缩机10的配置可有助于使杯状密封件的总体更换时间最小化、使与杯状密封件更换相关联的花费最小化、增大压缩机10的余隙容积以及减小压缩机10的噪声。余隙容积是当杆组件14a和14b处于它们在气缸12a和12b内的行程的最前位置处时在气缸12a和12b内剩余的空间。管理余隙容积可增强压缩机的性能。压缩机10可被用在免油应用(例如，医用氧浓缩器压缩机)和/或其他应用中，在免油应用中在给定小时数的运转之后执行维护以更换磨损的杯状密封件。

第一曲轴壳体18a围住第一曲轴72a，操作性地联接至第一杆组件14a，并被配置成驱动第一杆组件14a。在一些实施方式中，第一曲轴72a与马达轴16操作性地联接，该马达轴提供来自容置在马达壳体22内的马达(未示出)的扭矩能。如图1中所示，马达轴16与容置在第二曲轴壳体18b内的第二曲轴72b操作性地联接，第二曲轴壳体18b沿压缩机组件10的第四侧46设置在第三侧44处。

第二曲轴72b被配置成驱动第二杆组件14b以压缩第二往复运动空间11b内的气体。第二空间11b由第二杆组件14b、第二气缸12b、和第二帽密封件13b沿着压缩机组件10的第四侧46限定。沿压缩机组件10的第四侧46的部件可与沿压缩机组件10的第二侧42的部件相同和/或相似。例如，沿第二侧42设置的第一帽密封件13a可与沿第四侧46设置的第二帽密封件60b相同和/或相似。

在一些实施方式中，压缩机10具有两个气缸12a、12b形成的串联式布置结构，气缸12a、12b具有接收于其中的杆组件14a、14b。马达轴16被配置成使马达联接至曲轴72a和72b，曲轴与两个杆组件14a、14b中的一个联接，使得杆组件14a、14b的运动彼此相反。然而，本实施方式并不旨在是限制性的，并且设想到压缩机10可以具有其它的布置结构和其他数目的气缸12a、12b。例如，压缩机10可以是单作用设计或双作用设计。压缩机10还可以包括多于两个的气缸。

在一些实施方式中，杆组件14a和14b被配置成分别在气缸12a和12b内交替地往复运动，从而压缩流体。曲轴72a和72b被配置成在气缸12a和12b内驱动活塞14a、14b。在一些实施方式中，杆组件14a、14b是摇摆式(或wob-l)杆组件。然而，设想到的是，可以使用其他类型的杆组件。曲轴72a和72b被容置在与气缸12a、12b操作性地联接的曲轴箱或曲轴壳体18a、18b中。在一些实施方式中，设置两个曲轴箱18a、18b。曲轴箱18a、18b与气缸12a、12b中的一个相关联。马达(未示出)与曲轴72a和72b操作性地联接，并且被配置成驱动曲轴72a和72b。马达被容置在马达壳体22中，马达壳体22与曲轴箱18a、18b操作性地联接。

如图1中所示，杆组件14a和14b具有下端68a和68b，该下端68a和68b带有被构造成接收曲轴72a和72b的一部分的轴承中心71a和71b。曲轴72a和72b是偏移的且不与马达轴16的轴线呈线性相关。在这种配置中，马达轴16和杆组件14a和14b被配置成是偏心的。偏心的曲轴72a和72b被连接至马达轴16，使得由马达轴16限定的轴线偏离由轴承中心限定的轴线。

在一些实施方式中，马达壳体22包括马达(未示出)，该马达被配置成驱动曲轴72a和72b。马达轴16旋转曲轴72a和72b，继而致使杆组件14a和14b在气缸12a、12b内向上和向下往复运动。这种配置使杆组件14a和14b能够在所有位置(除了在杆组件14a、14b被定位成使得它们位于最靠近图1的第一侧40和第三侧44时之外)由于曲轴72的偏心而相对于气缸12a、12b倾斜。设想到的是，曲轴72并不必是偏心的，并且可以具有其它的配置或布置结构。作为示例，在图2中所示的杆组件14a处于最底部的位置，并且图2所示的杆组件14b处于最顶部的位置。杆组件14a和14b以及曲轴72形成的这种配置将来自马达(未示出)的旋转能转换成杆组件14a和14b在气缸12a、12b中的直线运动。这种配置使得压缩组件10能够增加流体的压力。

图2示出了根据一个或多个实施方式的、与上述杆组件14a和14b类似的杆组件14的示例。杆组件14包括连接杆部分56、头部部分54、杯状密封件60、帽53、一个或多个阀52和/或其他部件。连接杆56具有带有轴承70的下端。轴承70具有被构造成接收曲轴(图2中未示出)的一部分的中心区域71。头部部分54可与图1中描述的头部部分54a和54b相同和/或相似。头部部分54操作性地联接至连接杆部分56。在该实施方式中，头部部分54和连接杆部分56是一体的。在一些实施方式中，头部部分54可移除地联接至连接杆部分56，和/或在其他实施方式中头部部分54和连接杆部分56可以是彼此分离开的。头部部分54和/或连接杆部分56可以由坚固的轻质材料，诸如铝合金铸造而成，和/或以其他方式由其他材料形成。在一些实施方式中，头部部分54和/或连接杆部分56可由钢(例如，用于生产发动机)制成、由轻质与强度相结合的钛(例如，用于生成高性能发动机)以较高成本制成、由用于诸如小型摩托车的应用的铸铁和/或其他材料的组合制成。

图3示出了根据一个或多个实施方式的杆组件14的示例性头部部分54。图3中所示的头部部分54可具有接收表面51，该接收表面被构造成接收杯状密封件(未示出)、接收连接杆组件56的其他部件和/或接收压缩机10的其他部件。头部部分54可具有带有环形沟槽58的大致平坦的圆形构造，该环形沟槽58由头部部分54的边缘66限定，用于接收杯状密封件(在本文中描述)。孔39可被构造成接收一个或多个螺钉，该一个或多个螺钉被配置成将帽(在本文中描述)与头部部分54联接，由此将杯状密封件与头部部分54联接。在一些实施方式中，杯状密封件可使用帽与头部部分54联接。可使用一个或多个螺钉和/或其他联接装置将帽与头部部分联接。在一些实施方式中，头部部分54可具有升高部分59，该升高部分设置于头部部分54的接收表面51上。升高部分59由边缘67和表面69限定。表面69可被构造成使得一个或多个阀在升高部分59的表面69处可移除地连接至升高部分59。在一些实施方式中，该一个或多个阀可在表面69处通过一个或多个螺钉和/或其他联接机构联接至升高部分59。例如，孔79可被构造成接收螺钉以便将阀在表面69处联接至升高部分59。在一些实施方式中，设置于升高部分59上的孔49可被构造成接收一个或多个阀。

升高部分59可具有不同的尺寸和形状。在一些实施方式中，升高部分59可以是方形的、环形的、肾形的、椭圆形的和/或其他形状。升高部分59可具有不同的尺寸。例如，升高部分可以是将允许升高部分59接收一个阀的尺寸，或可以是将允许升高部分59接收一个或多个阀和/或其他部件的尺寸。在一些实施方式中，升高部分59可以是头部部分54的整体一部分、可以联接至头部部分54、或可移除地联接头部部分54。在一些实施方式中，升高部分59可由与头部部分54相同的材料制成、由不同的材料制成和/或它们的组合。

图4是根据一个或多个实施方式的压缩机10的杆组件的横截面视图。图4示出了连接杆56、头部部分54、沟槽58和升高部分59。如图4中所示，边缘66限定沟槽58，且升高部分59由表面69和边缘67限定。孔49用于接收一个或多个阀(未示出)，且孔79用于接收联接装置(例如螺钉)，该联接装置用于将一个或多个阀固定在头部部分54的升高部分59上。

返回到图2，杯状密封件60被设置在头部部分54上。杯状密封件60被配置成在图1所述的第一气缸12a和第一杆组件14之间提供可移动密封。杯状密封件60可具有相对于头部部分54朝向外的偏置，使其在杆组件14的整个行程中压缩地接合气缸12a的内壁13a(图1中示出)。杯状密封件60可采用相对于气缸12a的空间11a向上挠曲的位置。杯状密封件60的示例在图5中示出。杯状密封件60可以是具有孔65、唇缘63和沟槽67的环形形状。杯状密封件60的尺寸可对应于压缩机10的压缩机类型、头部部分54的尺寸、帽53的尺寸和/或压缩机10的其他部件的尺寸。例如，唇缘63的高度33、沟槽67的宽度37、杯状密封件60的厚度35、孔65的直径32以及杯状密封件60的其他尺寸可对应于压缩机10的类型、头部部分54的尺寸、帽53的尺寸和/或压缩机10的其他部件的尺寸。

帽53被可移除地联接至杆组件14。帽53被配置成将杯状密封件60保持在头部部分54上的适当位置。一个或多个螺钉62可被用于将帽53固定至头部部分54，由此也将杯状密封件60保持于沟槽58内。在一些实施方式中，帽53可具有基本圆形的构造。在一些实施方式中，帽53可具有不同的构造并形成不同的形状。在一些实施方式中，帽53可被构造成具有孔19以适应头部部分54的升高部分59的形状。孔19被构造成使得在帽53被放置于头部部分54的顶部上时，帽53接合头部部分54，使得升高部分59被帽53围绕。

图6和7示出了根据一个或多个实施方式的帽53的示例。在图6-7所示的示例中，帽53包括四个孔29，该四个孔被构造成接收用于将第一帽53固定至头部部分54的四个螺钉，由此也将杯状密封件60保持于头部部分54的沟槽58内(如上所述)。在图6-7中还示出了孔19，该孔被构造成接收头部部分54的升高部分59。孔19可具有不同的尺寸和形状以适应升高部分59。例如，帽53的孔19可以是方形、环形、肾形、卵形，和/或具有其他形状。

返回到图2，一个或多个阀52被配置成控制穿过头部部分54的空气。在一些实施方式中，一个或多个阀52可被构造并布置成使得一个或多个阀52在杆组件14朝下运动时允许空气穿过。在一些实施方式中，一个或多个阀52可被构造并布置成使得一个或多个阀52在杆组件14朝下和/或沿其他方向运动时允许空气穿过。在一些实施方式中，一个或多个阀可移除地联接至头部部分54，使得在帽53从连接杆组件14分离时(例如，在杯状密封件60需要更换时)一个或多个阀保持联接至头部部分54。

在一些实施方式中，一个或多个阀52通过一个或多个螺钉可移除地联接至升高部分59。在该示例中，螺钉57可被配置成穿过开口79(图3中所示)插入以将一个或多个阀52联接至头部部分54。在一些实施方式中，一个或多个阀53通过其他联接方式可移除地联接至头部部分54的升高部分59。

杯状密封件60a的更换可通过移除螺钉(在图2中示为62)、从头部部分54a分离帽53a、以及从头部部分54a移除杯状密封件来进行。在杯状密封件60被移除时，一个或多个阀52a保持附接至头部部分54a。新的杯状密封件60a可放置于头部部分54上，并通过帽53a压在适当的位置，帽53a将使用螺钉62联接至头部部分54a。在新的杯状密封件60被放置在适当位置时，一个或多个阀保持附接至头部部分54a。根据一个或多个实施方式的压缩机10的构造可有助于降低阀损坏和/或未对准的可能性，这可有助于减小由未对准的阀产生的噪声以及帮助管理压缩机10的余隙容积。

在一些实施方式中，代替具有升高部分59，头部部分54可具有缩进部分。缩进部分可被构造成接收一个或多个阀，使得在帽53从头部部分54分离时，一个或多个阀保持附接至头部部分54。头部部分54的缩进部分可具有不同的尺寸和形状。在一些实施方式中，头部部分54的缩进部分可以是方形、圆形、环形、肾形、卵形和/或其他形状。头部部分54的缩进部分可具有不同的尺寸。例如，缩进部分可以是将允许其接收一个阀的尺寸，或可以是将允许其接收一个或多个阀和/或其他部件的尺寸

图8示出了用于通过压缩机增大流体的压力的方法800。压缩机包括第一气缸、第一曲轴壳体、第一曲轴、马达壳体、马达、以及第一杆组件和/或其他部件。第一杆组件包括第一连接杆部分、第一头部部分、第一杯状密封件、第一帽、一个或多个阀、和/或其他部件。

下文给出的方法800的操作旨在是示意性的。在一些实施方式中，方法800可利用未描述的一个或多个附加操作来实现，和/或在没有所论述的操作中的一个或多个的情况下实现。另外，在图8中示出且在下文中描述的方法800的操作顺序并不旨在是限制性的。

在操作802处，利用第一气缸形成用于压缩流体的第一空间。在一些实施方式中，操作802通过与第一气缸12a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一气缸来执行。

在操作804处，第一曲轴壳体与第一气缸操作性地联接。在一些实施方式中，操作804通过与连接件(18a)(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一曲轴壳体来执行。

在操作806处，第一曲轴容置在第一曲轴壳体中。在一些实施方式中，操作806通过与第一曲轴72a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一曲轴来执行。

在操作808处，马达壳体与第一曲轴壳体操作性地联接。在一些实施方式中，操作808通过与马达壳体22(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的马达壳体来执行。

在操作810处，马达被容置在马达壳体中。马达被配置成驱动第一曲轴。在一些实施方式中，操作810通过与马达20(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的马达来执行。

在操作812处，第一杆组件在第一气缸内往复运动，从而压缩第一空间内的流体。第一杆组件由第一曲轴驱动。在一些实施方式中，操作812通过与第一杆组件14a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一杆组件来执行。

在操作814处，第一杆组件利用第一连接杆部分联接第一曲轴。在一些实施方式中，操作814通过与第一连接杆部分56a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一连接杆部分来执行。

在操作816处，第一头部部分操作性地联接至第一连接杆。在一些实施方式中，操作816通过与第一头部部分54a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一头部部分来执行。

在操作818处，通过第一杯状密封件在第一气缸和第一杆组件之间提供可移动密封。在一些实施方式中，操作818通过与第一杯状密封件60a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的第一杯状密封件来执行。

在操作820处，杯状密封件通过第一帽被保持在第一头部部分上的适当位置。在一些实施方式中，操作820通过与第一帽53a(在图1中示出且本文中描述)相同或相似的第一帽来执行。

在操作822处，一个或多个阀被构造和布置成在第一帽从第一连接杆组件分离时保持联接至第一头部部分。该一个或多个阀被配置成控制穿过头部部分的空气。在一些实施方式中，操作822通过与一个或多个阀52a(在图1中示出且在本文中描述)相同或相似的一个或多个阀来执行。

在权利要求中，在括号之间的任何附图标记都不应解释为限制权利要求。词语“包括”或“包含”不排斥存在除了权利要求中列举的那些之外的元件或步骤。在列举了几个装置的装置权利要求中，这些装置中的一些可以由同一个硬件来体现。在元件前面的词语“一”或“一个”不排斥存在多个这种元件。在列举了几种装置的任何装置权利要求中，这些装置中的一些可以由同一个硬件来体现。事实上，某些元件在彼此区别的从属权利要求中描述并不表示这些元件不能结合使用。

虽然为了说明的目的已经基于目前认为是最实用和优选的实施例详细描述了本发明，但是应当理解，这些细节仅用于该目的，且本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖落入所附权利要求的精神和范围内的修改和等同布置。例如，应当理解，本发明设想在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征组合。