一种微型高压压缩机的制作方法

本发明涉及一种微型高压压缩机，主要是在战机、潜艇、特种车辆等重量体积受限的装备上持续、稳定、高效工作，为其提供高压气体。

背景技术：

压缩机作为一种工业生产常用的公用设施，在很多国家的工业体系中，压缩机耗电量甚至达到10％以上，尤其是高压压缩机在航空航天、石油化工、储能等多个领域得到广泛应用，而且随着工业环保要求不断提高，其应用领域正在快速拓展。高压压缩机由于压比较大，在压缩过程中会产生大量的热量，压缩效率只能达到10％-20％，高达80％-90％的电能转化为热能。如果这些热量不及时散掉，不仅会造成压缩效率迅速降低，还会导致气缸温度迅速升高，热应力和热变形增大、泄漏增加，甚至还会造成密封失效等机械故障。目前高压压缩机主要采用水冷或风冷这两种方式来冷却，而冷却系统的重量和体积要占到整体系统的2/3以上，对于要求持续工作的工业领域会占到4/5，甚至还会更高。因此，对高压压缩机冷却系统实现微型化设计成为减小其重量和体积的一个重要途径。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种微型高压压缩机，压缩机主体结构由多个变截面气缸和活塞组成，通过进排气单向阀将多个气缸的无杆腔连通，形成多级增压气动回路，对外输出高压气体，同时利用气缸的有杆腔压缩制冷剂，形成一套空调制冷系统，并在气缸和配流盘上加工毛细流道，对气缸和级间气体进行冷却，从而使得压缩机在压缩气体的同时对自身进行冷却降温。该高压压缩机不但结构紧凑，体积和重量小，而且冷却降温效率较高，使得压缩机基本处于等温压缩，不但大大提高了压缩的工作效率，而且还能够使其保持长时间稳定高效工作。

为实现上述目的，本发明为一种微型高压压缩机，包括电机、斜盘柱塞、活塞、气缸、进气单向阀、排气单向阀、配流盘、风扇、冷凝器、储液罐、膨胀阀、冷却进气单向和冷却排气单向阀。

电机为压缩机提供旋转动力，通过斜盘柱塞驱动活塞沿着气缸做往复直线运动，采用多个不同直径的气缸，其圆心分布在同一圆周上，在配流盘上加工级间储气腔，通过进排气单向阀将多个气缸的无杆腔和级间储气腔连通，从而形成一条多级增压回路。气体的增压过程是气源中的气体首先通过进气单向阀进入最大直径气缸的有杆腔，经活塞压缩后通过排气单向阀进入一级储气腔，然后经二级进气单向阀进入直径次大的气缸有杆腔，气体经第二次压缩后通过二级排气单向阀进入二级储气腔，按此顺序气体被逐渐压缩进入最小直径的气缸有杆腔，最终通过排气单向阀进入储气瓶，完成整个气体增压过程。活塞在做往复直线运动的过程中，气缸的有杆腔将气态的制冷剂压缩成为高温高压的气体经冷却排气单向阀进入冷凝器，电机同时可带动风扇旋转为冷凝器散热，经散热后高温高压的气态制冷剂逐渐变为常温高压的液态制冷剂进入储气罐，然后制冷剂经膨胀阀进入气缸和配流盘中的毛细管路中，在吸收气缸和级间气体的热量后逐渐变为低压气态制冷剂，然后经冷却进气单向阀进入气缸有杆腔中，从而形成一条冷却降温回路，对压缩机气缸和级间气体进行冷却降温。制冷剂在气缸和配流盘中毛细管的流动方向是经膨胀阀逐渐进入最小直径气缸毛细管、最后一级储气腔周围的毛细管、次小直径气缸毛细管、倒第二级储气腔周围的毛细管，按此顺序最后进入最大直径气缸的毛细管。

本发明为一种微型高压压缩机，充分利用气缸的无杆腔和有杆腔，通过活塞对多个变截面气缸的无杆腔逐级增压完成气体压缩输出高压气体，同时结合空调的制冷原理利用气缸有杆腔压缩制冷剂，与风扇、冷凝器、膨胀阀和储液罐形成一条冷却回路，由同一电机带动风扇对冷凝器中的制冷剂散热，在气缸和配流盘上加工毛细管路和级间储气腔，利用制冷剂对气缸和级间气体冷却。该冷却方式不仅结构紧凑，而且具有较高的冷却效率，可使压缩机基本处于等温压缩过程，从而实现了高压压缩机微型化设计。

附图说明

下面结合附图对本发明进行说明。其中：

图1是根据本发明一个实施方式的一种微型高压压缩机工作原理示意图；

具体实施方式

下文将结合附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解，下面的说明的实施方式仅仅是示例性的，而非限制性。

如图1所示，微型高压压缩机包括：电机1、斜盘柱塞2、活塞3、气缸4、进气单向阀5、排气单向阀6、配流盘7、安全阀8、储气瓶9、风扇10、冷凝器11、储气罐12、膨胀阀13、冷却排气单向阀14和冷却进气单向阀15。

如图1所示，电机1一端经斜盘柱塞2带动活塞3沿着气缸4做往复直线运动，电机1另一端安装风扇10，可同时对电机和冷凝器11进行风冷散热。

如图1所示，压缩机中含有多组不同直径的气缸4和活塞3，并分别配置了进气单向阀5和排气单向阀6形成变截面多级压缩系统。

如图1所示，配流盘7将气缸4一端封闭并与活塞3形成无杆腔20，气缸4的另一端也封闭并与活塞3形成有杆腔21，在配流盘上安装进气单向阀5和排气单向阀6与无杆腔20连通，在有杆腔21一侧安装冷却排气单向阀14与冷凝器11连通。

如图1所示，在配流盘7中为多个气缸安装进气单向阀5和排气单向阀6，并加工级间储气腔18，上一级气缸的排气单向阀6经储气腔18与下一级气缸的进气单向阀5连通，在级间储气腔18周围加工配流盘毛细管路17，为级间气体冷却降温。

如图1所示，在气缸4的外壁上加工气缸毛细管路16，为气缸4冷却降温。

如图1所示，无杆腔20、进气单向阀5、排气单向阀6、级间储气腔18、安全阀8与储气瓶9形成气体压缩回路。当活塞3在电机1的驱动下做往复直线运动时，气源19中的气体经进气单向阀5进入无杆腔20，气体被活塞3压缩后经排气单向阀6进入级间储气腔18，然后经下一级的进气单向阀5进入下一级气缸无杆腔中被再次压缩，经多次压缩后最后进入储气瓶9中，安全阀8主要确保系统的最高安全输出压力。

如图1所示，有杆腔21、冷却排气单向阀14、冷凝器11、风扇10、储气罐12、膨胀阀13、气缸毛细管路16、配流盘毛细管路17和冷却进气单向阀15形成冷却回路。当活塞3在电机1的驱动下做往复直线运动时，有杆腔21将气态的制冷剂压缩成为高温高压的气体，经冷却排气单向阀14进入冷凝器11中，风扇10为冷凝器11散热，泠凝器11中高温高压的气态制冷剂经散热后逐渐变为常温高压的液态制冷剂进入储气罐12中，然后制冷剂经膨胀阀13节流后进入最后一级气缸毛细管路16和配流盘毛细管路17，再进入倒数第二级气缸毛细管路16和配流盘毛细管路17，最终经冷却进气单向阀15进入有杆腔21，从而实现对气缸4和级间高气体的冷却降温。

基于该公开，在图示和说明特征的配置和操作序列中的许多变形例对于本领域技术人员而言是明显的。因而，应当领略的是，在不偏离权利要求主题的精神和范畴的情况下，可以对本专利做出各种改变。

技术特征：

1.一种微型高压压缩机，其特征在于包括：电机1、斜盘柱塞2、活塞3、气缸4、进气单向阀5、排气单向阀6、配流盘7、安全阀8、储气瓶9、风扇10、冷凝器11、储气罐12、膨胀阀13、冷却排气单向阀14和冷却进气单向阀15。

电机1一端经斜盘柱塞2带动活塞3沿着气缸4做往复直线运动，电机1另一端安装风扇10，可同时对电机1和冷凝器11进行风冷散热。

在气缸4的外壁上加工气缸毛细管路16，在配流盘7中加工级间储气腔18和配流盘毛细管路17。

将活塞的有杆腔封闭用来压缩至制冷剂，同时增加冷却排气单向阀14、冷凝器11、风扇10、储气罐12、膨胀阀13、气缸毛细管路16、配流盘毛细管路17和冷却进气单向阀15形成冷却回路，对气缸和级间气体进行冷却降温。

技术总结
本发明为一种微型高压压缩机，通过变截面多级活塞式压缩对外输出高压气体，结合空调的制冷原理利用气缸有杆腔压缩制冷剂，在气缸和配流盘上加工毛细管路和级间储气腔，同时在系统中加入风扇、冷凝器、膨胀阀、储液罐和冷却进排气单向阀形成冷却回路，利用制冷剂对气缸和级间气体进行冷却，这样当压缩机在压缩气体的同时对自身进行冷却降温。该冷却方式不仅结构紧凑，体积和重量小，而且具有较高的冷却效率，可使压缩机基本处于等温压缩过程，从而将冷却系统的体积和重量大大降低，可保证其长时间稳定高效工作，从而实现了高压压缩机微型化设计。

技术研发人员：高晓辉;刘永光;冯志鹏;赵哲;程楠楠;万译泽;井旭升;张春友
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2019.09.17
技术公布日：2019.11.15