专利名称：一种组合式气动压缩机及其压缩方法
技术领域：
本发明涉及气体压缩领域，具体涉及一种组合式气动压缩机及其压缩方法。
背景技术：
压缩机是一种将低压气体压缩为高压气体的流体机械。现有的压缩机一般包括两种1、曲柄连杆式机械压缩机(以下简称机械压缩机)，其工作原理是靠四连杆机构强制驱动和压缩气体；2、液压活塞式压缩机(以下简称液压压缩机)，其工作原理是靠液压动力驱动和压缩气体。机械压缩机和液压活塞式压缩机在压缩气体时分别存在以下不足 机械压缩机在进气压力较低(进气压力接近常压)时，机械压缩机内部的活塞需要高速运动、并且需配备较大功率的电机才能将低压气体压缩为高压气体,不仅使用成本较高，而且为了避免高速运动的活塞在气体热胀冷缩的过程中出现抱死现象，机械压缩机密封时需要留有一定的缝隙，以使得机械压缩机内的气体外泄来保证活塞的正常运作。机械压缩机的密封缝隙限制的气体外泄量一般为机械压缩机内气体的O. 3% O. 6%，但是由于低压气体会压缩为高压气体，而高压气体能够快速的通过机械压缩机的间隙外泄，因此在实际应用中，机械压缩机内气体的外泄量一般为压缩缸内气体的O. 6% 3%，不仅造成了大量的气体浪费，提高了使用成本，而且特殊气体外泄会污染环境，安全存在一定隐患。液压压缩机在使用时，由于其内部同时混合有液体和气体，因此气体会受到液体的污染，混合有液体的气体质量较低；而且液压压缩机配备的电机的功率较小，较小功率的电机使得液压压缩机将低压气体压缩为高压气体的过程比较缓慢，工作效率较低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种组合式气动压缩机及其压缩方法，它在压缩气体的过程中不会混有液体，保证了压缩后得到的气体的质量，不仅压缩气体的过程较快，工作效率较高，而且压缩低压气体时气体难以外泄，气体难以污染外部环境，比较安全。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是一种组合式气动压缩机，包括机械压缩装置，还包括与机械压缩装置排气端连接的高压压缩装置，所述高压压缩装置包括压缩缸，其内部设有隔板和工字型活塞，所述隔板位于压缩缸中部，所述工字型活塞包括活塞顶板、活塞底板和活塞杆，所述活塞顶板和活塞底板分别位于隔板两侧；所述活塞顶板、隔板和活塞底板将压缩缸内的空间隔开，依次形成A腔、B腔、C腔和D腔，A腔和D腔均开有进气孔和排气孔，A腔和D腔相对的腔壁均设有活塞接近开关，B腔和C腔均开有动力孔；所述高压压缩装置还包括BI阀、Cl阀、B2阀和C2阀，所述BI阀和B2阀均与B腔的动力孔通过管道连接，所述Cl阀和C2阀均与C腔的动力孔通过管道连接；所述B2阀和C2阀均与机械压缩装置进气端通过管道连接，A腔的进气孔、D腔的进气孔、BI阀和Cl阀均与机械压缩装置排气端通过管道连接。
在上述技术方案的基础上，还包括低压进气阀，所述低压进气阀与机械压缩装置的进气端连接。在上述技术方案的基础上，所述高压压缩装置还包括动力排气单向阀，所述B2阀和C2阀均通过动力排气单向阀与机械压缩装置连接。在上述技术方案的基础上，还包括与机械压缩装置排气端连接的低压排气单向阀，所述A腔的进气孔、D腔的进气孔、BI阀和Cl阀均通过与低压排气单向阀机械压缩装置连接。在上述技术方案的基础上，所述高压压缩装置还包括动力进气单向阀，所述BI阀和Cl阀均通过动力进气单向阀与低压排气单向阀连接。在上述技术方案的基础上，还包括排气阀，所述A腔的排气孔和D腔的排气孔均与排气阀连接。
在上述技术方案的基础上，还包括高压排气单向阀，所述A腔和D腔均通过高压排气单向阀与排气阀连接。本发明提供的组合式气动压缩机的压缩方法，包括以下步骤:A、将低压气体通过机械压缩装置压缩后得到中压气体；B、打开BI阀和C2阀，将所述中压气体分别通入A腔、D腔和B腔；B腔内的气体和D腔内的气体均推动工字型活塞的活塞顶板向A腔方向压缩，A腔内的气体经活塞顶板压缩后转化为高压气体排出；(腔内的气体经活塞底板压缩后，通 过C2阀通入机械压缩装置继续压缩；C、工字型活塞与A腔设有活塞接近开关的腔壁接触后，A腔的活塞接近开关发出信号，关闭BI阀和C2阀，打开Cl阀和B2阀，经机械压缩装置压缩后的中压气体分别通入A腔、D腔和C腔;A腔内的气体和C腔内的气体均推动工字型活塞的活塞底板向D腔方向压缩，D腔内的气体受到活塞底板压缩后转化为高压气体排出；B腔内的气体经活塞顶板压缩后，通过B2阀通入机械压缩装置继续压缩；D、工字型活塞与D腔设有活塞接近开关的腔壁接触后，D腔的活塞接近开关发出信号，关闭Cl阀和B2阀，返回步骤B ;E、循环执行步骤B、C和D，直至所有低压气体全部压缩为高压气体。本发明的有益效果在于(I)本发明包括机械压缩装置和与其排气端连接的高压压缩装置。在压缩气体时，低压气体通过机械压缩装置压缩为中压气体，中压气体通过高压压缩装置压缩为高压气体。由于机械压缩装置只需将低压气体压缩为中压气体，中压气体的气压低于高压气体，因此机械压缩装置内部的活塞不需要高速运动，机械压缩机也不需要配备功率较大的电机，降低了使用成本。与背景技术相比，中压气体通过机械压缩机间隙外泄的外泄量比高压气体少，外泄的少量中压气体不仅难以污染环境，比较安全，而且不会造成大量的气体浪费，降低了使用成本。(2)本发明的压缩缸通过气压驱动活塞来压缩气体，压缩缸内没有液体，因此经压缩缸压缩后的气体不会混有液体，保证了压缩后气体的质量。(3)本发明低压气体经机械压缩装置压缩为中压气体后进入高压压缩装置，高压压缩装置仅需要将中压气体压缩为高压气体。与背景技术相比，高压压缩装置的进气压力较高(背景技术中为低压气体)，高压压缩装置将中压气体压缩为高压气体的过程较快，工作效率较高。
图I为本发明实施例的结构流程图。图中I-机械压缩装置，2-高压压缩装置，3-压缩缸，4-工字型活塞，5-动力进气单向阀，6-动力排气单向阀，7-低压进气阀，8-低压排气单向阀，9-排气阀，10-高压排气单向阀。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。参见图I所示，本发明实施例中的组合式气动压缩机，包括机械压缩装置I和高压压缩装置2。机械压缩装置I的进气端与一个低压进气阀7通过管道连接，低压进气阀7能够控制气体进入机械压缩装置；机械压缩装置I的排气端与一个低压排气单向阀8通过管 道连接，低压排气单向阀8不仅能够保证经机械压缩装置I排出的气体不会回流。高压压缩装置2包括压缩缸3，压缩缸3内部设有隔板和工字型活塞4。隔板位于压缩缸3中部，工字型活塞4包括活塞顶板、活塞底板和活塞杆，活塞顶板和活塞底板分别位于隔板两侧；活塞顶板、隔板和活塞底板将压缩缸3内的空间隔开，从上至下依次形成A腔、B腔、C腔和D腔。A腔和D腔均为压缩腔，A腔和D腔均开有进气孔和排气孔，A腔顶部的腔壁和D腔底部的腔壁均设有活塞接近开关；B腔和C腔均为动力腔，B腔和C腔均开有动力孔。高压压缩装置2还包括BI阀、Cl阀、B2阀和C2阀。BI阀为B腔的进气阀，B2阀为B腔的排气阀，BI阀和B2阀均与B腔的动力孔通过管道连接；C1阀为C腔的进气阀，C2阀为C腔的排气阀，Cl阀和C2阀均与C腔的动力孔通过管道连接。A腔的进气孔、D腔的进气孔、BI阀和Cl阀均通过低压排气单向阀8与机械压缩装置I管道连接，B2阀和C2阀均与机械压缩装置I通过管道连接。高压压缩装置2还包括动力进气单向阀5、动力排气单向阀6、高压排气单向阀10和排气阀9。BI阀和Cl阀均与动力进气单向阀5通过管道连接，动力进气单向阀5能够保证进入BI阀和Cl阀的气体不会回流。B2阀和C2阀均与动力排气单向阀6通过管道连接，动力排气单向阀6能够保证BI阀和Cl阀排出的气体不会回流。A腔的排气孔和D腔的排气孔均通过高压排气单向阀10与排气阀9管道连接。高压排气单向阀10能够保证A腔排气孔和D腔排气孔排出的气体不会回流，排气阀9控制气体的排出。本发明实施例中组合式气动压缩机压缩气体的方法包括以下步骤步骤101 :打开低压进气阀7、低压排气单向阀8、动力进气单向阀5、动力排气单向阀6、高压排气单向阀10和排气阀9。步骤102 :将需压缩的低压气体通过低压进气阀7通入机械压缩装置1，机械压缩装置I将低压气体压缩为中压气体。步骤103 :打开BI阀和C2阀，将机械装置压缩后的中压气体通过低压排气单向阀8同时通入A腔、D腔和动力进气单向阀5，通入动力进气单向阀5的中压气体通过BI阀进入B腔；B腔内的气体和D腔内的气体均推动工字型活塞4的活塞顶板向A腔方向压缩，A腔内的气体经活塞顶板压缩后转化为高压气体，高压气体经高压排气单向阀10和排气阀9排出；(腔内的气体经活塞底板压缩后，经C2阀和动力排气单向阀6通入机械压缩装置I继续压缩；中压气体同时通入A腔、D腔和B腔时，由于A腔和D腔通入的中压气体相同，因此A腔内的气体对活塞顶板产生向下的压力(以下简称Fa)与D腔内的气体对活塞底板产生向上的压力(以下简称Fd)相同；但是B腔内通入了中压气体，而C腔内的气体经C2阀排出，因此B腔内的气体较多，C腔内的气体较少，B腔内的气体对活塞顶板产生的向上的压力(以下简称Fb)大于C腔的气体对活塞底板产生的向下的压力(以下简称F。)。由于Fa = Fd,而Fb > Fc,因此Fa+F。< Fd+Fb，即活塞顶板受到向上的压力大于活塞底板受到的向下压力，故，工字型活塞4向A腔方向压缩。步骤104 :工字型活塞4与A腔顶部的腔壁接触后，A腔顶部腔壁的活塞接近开关发出信号，关闭BI阀和C2阀，打开Cl阀和B2阀，经机械压缩装置I压缩后的中压气体分 别通入A腔、D腔和动力进气单向阀5，通入动力进气单向阀5的气体通过Cl阀进入C腔；A腔内的气体和C腔内的气体均推动工字型活塞4的活塞底板向D腔方向压缩，D腔内的气体受到活塞底板压缩后转化为高压气体，高压气体经高压排气单向阀10和排气阀9排出；B腔内的气体经活塞顶板压缩后，经B2阀和动力排气单向阀6通入机械压缩装置I继续压缩；中压气体同时通入A腔、D腔和C腔时，Fa = FD，但是由于C腔通入了中压气体，而B腔内的气体经C2阀排出，因此C腔内的气体较多，B腔内的气体较少，F。> Fb。综上所述，Fa+Fc > Fd+Fb，即活塞底板受到向下的压力大于活塞顶板受到的向上压力，故，工字型活塞4向D腔方向压缩。步骤105 :工字型活塞4与D腔底部的腔壁接触后，D腔顶部腔壁的活塞接近开关发出信号，关闭Cl阀和B2阀，返回步骤103。步骤106 :循环进行步骤103至步骤105直至所有低压气体全部压缩为高压气体。步骤107 :关闭低压进气阀7、低压排气单向阀8、动力进气单向阀5、动力排气单向阀6、高压排气单向阀10和排气阀9。本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种组合式气动压缩机，包括机械压缩装置(I)，其特征在于还包括与机械压缩装置(I)排气端连接的高压压缩装置(2 )，所述高压压缩装置(2 )包括压缩缸(3 )，其内部设有隔板和工字型活塞(4)，所述隔板位于压缩缸(3)中部，所述工字型活塞(4)包括活塞顶板、活塞底板和活塞杆，所述活塞顶板和活塞底板分别位于隔板两侧； 所述活塞顶板、隔板和活塞底板将压缩缸(3)内的空间隔开，依次形成A腔、B腔、C腔和D腔，A腔和D腔均开有进气孔和排气孔，A腔和D腔相对的腔壁均设有活塞接近开关，B腔和C腔均开有动力孔；所述高压压缩装置(2)还包括BI阀、Cl阀、B2阀和C2阀，所述BI阀和B2阀均与B腔的动力孔通过管道连接，所述Cl阀和C2阀均与C腔的动力孔通过管道连接；所述B2阀和C2阀均与机械压缩装置(I)进气端通过管道连接，A腔的进气孔、D腔的进气孔、BI阀和Cl阀均与机械压缩装置(I)排气端通过管道连接。
2.如权利要求I所述的组合式气动压缩机，其特征在于还包括低压进气阀(7)，所述低压进气阀(7)与机械压缩装置(I)的进气端连接。
3.如权利要求2所述的组合式气动压缩机，其特征在于所述高压压缩装置(2)还包括动力排气单向阀(6)，所述B2阀和C2阀均通过动力排气单向阀(6)与机械压缩装置(I)连接。
4.如权利要求I所述的组合式气动压缩机，其特征在于还包括与机械压缩装置(I)排气端连接的低压排气单向阀(8)，所述A腔的进气孔、D腔的进气孔、BI阀和Cl阀均通过与低压排气单向阀(8 )机械压缩装置(I)连接。
5.如权利要求4所述的组合式气动压缩机，其特征在于所述高压压缩装置(2)还包括动力进气单向阀(5)，所述BI阀和Cl阀均通过动力进气单向阀(5)与低压排气单向阀(8)连接。
6.如权利要求I所述的组合式气动压缩机，其特征在于还包括排气阀(9)，所述A腔的排气孔和D腔的排气孔均与排气阀(9)连接。
7.如权利要求5所述的组合式气动压缩机，其特征在于还包括高压排气单向阀(10)，所述A腔和D腔均通过高压排气单向阀(10 )与排气阀(9 )连接。
8.一种基于权利要求I至7任一所述的组合式气动压缩机的压缩方法，其特征在于，包括以下步骤 A、将低压气体通过机械压缩装置(I)压缩后得到中压气体； B、打开BI阀和C2阀，将所述中压气体分别通入A腔、D腔和B腔；B腔内的气体和D腔内的气体均推动工字型活塞(4)的活塞顶板向A腔方向压缩，A腔内的气体经活塞顶板压缩后转化为高压气体排出；(腔内的气体经活塞底板压缩后，通过C2阀通入机械压缩装置(I)继续压缩； C、工字型活塞(4)与A腔设有活塞接近开关的腔壁接触后，A腔的活塞接近开关发出信号，关闭BI阀和C2阀，打开Cl阀和B2阀，经机械压缩装置(I)压缩后的中压气体分别通入A腔、D腔和C腔；A腔内的气体和C腔内的气体均推动工字型活塞(4)的活塞底板向D腔方向压缩，D腔内的气体受到活塞底板压缩后转化为高压气体排出出腔内的气体经活塞顶板压缩后，通过B2阀通入机械压缩装置(I)继续压缩； D、工字型活塞(4)与D腔设有活塞接近开关的腔壁接触后，D腔的活塞接近开关发出信号，关闭Cl阀和B2阀，返回步骤B ;E 循环执行步骤B、C和D，直至所有低压气体全部压缩为高压气体。
全文摘要
本发明公开了一种组合式气动压缩机及其压缩方法，涉及气体压缩领域。组合式气动压缩机包括机械压缩装置和高压压缩装置，高压压缩装置内的压缩缸包括A腔、B腔、C腔和D腔。组合式气动压缩机压缩气体时，低压气体通过机械压缩装置压缩为中压气体，中压气体通过高压压缩装置压缩为高压气体后经A腔或D腔排出，B腔或C腔内的气体通入机械压缩装置再次压缩。本发明在压缩气体的过程中不会混有液体，保证了压缩后得到的气体的质量，不仅压缩气体的过程较快，工作效率较高，而且压缩低压气体时气体难以外泄，气体难以污染外部环境，比较安全。
文档编号F04B35/02GK102828927SQ20121033542
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者唐广洲, 方红星, 张志红, 谭锐, 张元坤 申请人:武汉齐达康环保科技有限公司