完全平衡型曲軸傳動裝置及其壓縮的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種完全平衡型曲軸傳動裝置，包括至少一組曲軸連桿機構(gòu)，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)包括曲柄軸和兩個與氣缸滑動配合的朝向相反的活塞，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)中的第一活塞的軸線與第二活塞的軸線在同一條直線上。還涉及一種包括上述完全平衡型曲軸傳動裝置的壓縮機。采用上述布置方式可以消除慣性力矩，使高轉(zhuǎn)速壓縮機組體積小、重量輕，在轉(zhuǎn)速上可高達(dá)1800r/min且在高轉(zhuǎn)速下振動小、運行平穩(wěn)，可實現(xiàn)橇塊化設(shè)計，可廣泛應(yīng)用于油氣田領(lǐng)域。
【專利說明】完全平衡型曲軸傳動裝置及其壓縮機【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及往復(fù)壓縮機【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種完全平衡型曲軸傳動裝置及其壓縮機。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的對稱平衡型往復(fù)活塞式壓縮機，如D 型、M型等，其運動機構(gòu)均由曲軸、連桿、十字頭組成。曲軸分共用曲柄和不共用曲柄兩種。無論是共用曲柄還是不共用曲柄的運動機構(gòu)，都采用通用的曲軸連桿機構(gòu)，如圖1所示，其包括至少一組曲軸連桿機構(gòu)，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)包括曲柄軸和兩個與氣缸滑動配合的活塞，每一組曲軸連桿機構(gòu)都是由一個曲柄銷帶動一個連桿組件，一個連桿組件通過一個十字頭部件驅(qū)動活塞往復(fù)運動，其兩個活塞的運動不在一條直線上，即兩個活塞的軸線之間存在間距。如圖2所示，當(dāng)壓縮機運轉(zhuǎn)時，在曲柄軸的帶動下兩個活塞往復(fù)運動，會產(chǎn)生方向相反的慣性力FpF2，同時由于間距的存在，慣性力會產(chǎn)生慣性力矩M。壓縮機設(shè)計者在設(shè)計過程中，往往通過控制慣性質(zhì)量，使每一組曲軸連桿機構(gòu)左右兩側(cè)的慣性質(zhì)量相同，從而使每一組曲軸連桿機構(gòu)的慣性力達(dá)到平衡，然而在這種情況下無論如何調(diào)整曲軸連桿機構(gòu)左右兩側(cè)的慣性質(zhì)量，其產(chǎn)生的慣性力矩是無法得到平衡的。如果無法平衡慣性力矩，壓縮機將會在不平穩(wěn)的狀態(tài)下運行，引起振動，情況惡劣時會導(dǎo)致軸瓦磨損嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致零部件的壞損、管線泄露等等，尤其采用該布置方式的壓縮機在轉(zhuǎn)速提高之后，振動將指數(shù)倍的增長，變得更加劇烈，從而進一步加速壓縮機各零件的壞損。因此，需要改變曲軸連桿機構(gòu)的布置形式來解決以上問題。
實用新型內(nèi)容
[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型在于研究一種完全平衡型高速壓縮機，消除慣性力矩，使高轉(zhuǎn)速壓縮機組在更高的轉(zhuǎn)速下運行更平穩(wěn)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供以下的技術(shù)方案:
[0005]1.一種完全平衡型曲軸傳動裝置，包括至少一組曲軸連桿機構(gòu)，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)包括曲柄軸(I)和兩個與氣缸滑動配合的朝向相反的活塞(2)，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)中的第一活塞(21)的軸線(211)與第二活塞(22 )的軸線(221)在同一條直線上。
[0006]2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲柄軸(I)為完全平衡型曲軸，其包括四個曲柄(12)和三個曲柄銷(13)，三個曲柄銷(13)分別夾在兩個相鄰曲柄(12)的中間。
[0007]3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，位于中間的所述曲柄銷與位于兩側(cè)的所述曲柄銷的錯角為180度，位于兩側(cè)的所述曲柄銷長度相等且位于中間的所述曲柄銷長度為位于兩側(cè)的所述曲柄銷長度的兩倍。
[0008]4根據(jù)技術(shù)方案3所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲柄軸(I)的曲柄(12)設(shè)計成圓盤形，并在曲柄(12)外緣設(shè)有去重平衡孔(14)。
[0009]5.根據(jù)技術(shù)方案2所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲軸連桿機構(gòu)包括兩個分別與第一活塞和第二活塞連接的活塞桿和一系列的連桿組件(3)，所述一系列的連桿組件(3)包括第一連桿(31 )、第二連桿(32)和第三連桿(33)，其中第一連桿(31)連接在所述曲柄軸的位于中間的曲柄銷上，第二、三連桿(32、33)分別連接在所述曲柄軸的位于兩側(cè)的曲柄銷上。
[0010]6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述第一連桿(31)為厚連桿，所述第二、三連桿(32、33)為薄連桿，所述第一連桿(31)的厚度為第二、三連桿(32、33)的厚度的兩倍。
[0011 ] 7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述第一連桿(31)設(shè)置在第一活塞(21)的軸線(211)方向上，所述第二、三連桿(32、33)相對于第二活塞(22)的軸線(221)對稱設(shè)置。
[0012]8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，每一所述連桿組件(3)均包括大頭端(301)、小頭端(302)和連接大頭端和小頭端的桿體(303)，每一所述連桿組件(3 )的所述大頭端(301)連接在曲柄軸(I)上，所述小頭端(302 )連接在兩個活塞桿中一個上。
[0013]9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述連桿組件(3)的大頭端(301)包括兩個相互拼接的第一部(3011)和第二部(3012)，所述第一部(3011)和桿體(303)—體成型，第一部(3011)和第二部(3012)之間通過螺栓(3013)固定。
[0014]10.根據(jù)技術(shù)方案5所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述一系列的連桿組件(3)的小頭端通 過十字頭(4)連接在兩個活塞桿中一個上，其中，所述第一連桿
(31)的小頭端通過第一十字頭(41)連接在第一活塞的活塞桿上，所述第二、三連桿(32、33)的小頭端通過第二十字頭(42)連接在第二活塞的活塞桿上。
[0015]11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述十字頭
(4)包括兩共圓柱面的弧形滑板(401、402)、一位于所述弧形滑板長度及寬度方向中間位置的銷座(403)、用于與活塞桿固定的鎖固裝置(404)以及用于與連桿的小頭端鉸接的銷軸(405)。
[0016]12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述第一十字頭(41)的銷座內(nèi)設(shè)置有一個短的銷軸(405)，所述第一連桿(31)的小頭端通過短的銷軸(405)與第一^h字頭鉸接(41)。
[0017]13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述第二十字頭(42 )的銷座內(nèi)設(shè)置有一個長的銷軸(405 )，該銷軸對稱伸出銷座兩側(cè)，所述第二、三連桿(32、33)的小頭端分別通過長的銷軸(405)與第二十字頭鉸接。
[0018]14.根據(jù)技術(shù)方案1-13任一項所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)的總體重心位于第一活塞(21)的軸線(211)和第二活塞(22)的軸線(221)與所述曲柄軸的軸線(11)的交點處。
[0019]15.根據(jù)技術(shù)方案1-13任一項所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲軸連桿機構(gòu)可以為I組、2組、3組或多組。
[0020]16.根據(jù)技術(shù)方案1-13任一項所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，當(dāng)曲軸連桿機構(gòu)為I組時，1、2列曲拐相位角分別為0°、0° ;當(dāng)曲軸連桿機構(gòu)為2組時，1、2、
3、4列曲拐相位角分別為0°、0°、270°、270° ;當(dāng)曲軸連桿機構(gòu)為3組時，1、2、3、4、5、6列曲拐相位角分別為0°、0。、120。、120。、240。、240。;所謂曲拐相位角，即當(dāng)?shù)贗列活塞在蓋側(cè)止點位置時，其它各列活塞到達(dá)各自蓋側(cè)止點位置曲拐所旋轉(zhuǎn)的角度。
[0021]17.一種壓縮機，包括驅(qū)動裝置和如前任一項技術(shù)方案所述的完全平衡型曲軸傳
動裝置。
[0022]與對稱平衡型曲軸傳動裝置及其壓縮機相比，完全平衡型曲軸傳動裝置及其壓縮機的有益效果是:
[0023](I)常規(guī)對稱平衡型曲軸連桿機構(gòu)的壓縮機振動烈度允許值為18mm/s，本實用新型完全平衡型曲軸傳動裝置的壓縮機振動烈度允許值為4.5mm/s ；
[0024](2)應(yīng)用完全平衡型曲軸傳動裝置的壓縮機，因振動小，轉(zhuǎn)速可達(dá)1800r/min，實現(xiàn)系列化高轉(zhuǎn)速橇塊壓縮機設(shè)計；
[0025](3)應(yīng)用完全平衡型曲軸傳動裝置的壓縮機，因振動小，可實現(xiàn)無固定基礎(chǔ)安裝，降低了壓縮機安裝的施工周期以及工程的投資；
[0026](4)應(yīng)用完全平衡型曲軸傳動裝置的壓縮機，體積小、重量輕，維修方便，維修成本低；
[0027](5)應(yīng)用完全平衡型曲軸傳動裝置的壓縮機，體積小，適應(yīng)性強，可廣泛應(yīng)用于油氣田領(lǐng)域，市場前景可觀。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是對稱平衡型曲軸傳動裝置的示意圖；
[0029]圖2是對稱平衡型曲軸傳動裝置的受力示意圖；
[0030]圖3是完全平衡型曲軸傳動裝置示意圖；
[0031]圖4是完全平衡型曲軸傳動裝置的立體圖；
[0032]圖5是完全平衡型曲軸示意圖；
[0033]圖6是第一連桿的示意圖；
[0034]圖7是第二連桿和第三連桿的示意圖；
[0035]圖8是第一^h字頭的示意圖；
[0036]圖9是第二十字頭的示意圖；
[0037]圖10是完全平衡型曲軸傳動裝置的受力示意圖。
[0038]附圖標(biāo)記:1_曲柄軸、11-軸線、12_曲柄、13-曲柄銷、14-去重平衡孔；
[0039]2-活塞、21-第一活塞、22-第二活塞、211-軸線、221-軸線；
[0040]3-連桿組件、31-第一連桿、32-第二連桿、33-第三連桿、301-大頭端、302-小頭端、303-桿體、3011-第一部、3012-第二部、3013-螺栓；
[0041]4-十字頭、41-第一^h字頭、42-第二十字頭、401/402-弧形滑板、403-銷座、404-鎖固裝置、405-銷軸。
【具體實施方式】
[0042]為使本實用新型所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細(xì)描述。
[0043]如圖3、4所示，本實用新型實施例提供的一種完全平衡型曲軸傳動裝置，包括至少一組曲軸連桿機構(gòu)，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)包括曲柄軸I和兩個與氣缸滑動配合的朝向相反的活塞2，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)中的第一活塞21的軸線211與第二活塞22的軸線221在同一條直線上。在這里，可以看出其與圖1中的常規(guī)對稱平衡型曲軸傳動裝置具有顯著的區(qū)別，常規(guī)對稱平衡型曲軸連桿機構(gòu)的兩個活塞的軸線之間存在間距，而本實用新型中第一活塞21的軸線211與第二活塞22的軸線221在同一條直線上，也就是所謂的完全平衡型。
[0044]如圖5所示，所述曲柄軸I為完全平衡型曲軸，其包括四個曲柄12和三個曲柄銷13，三個曲柄銷13分別夾在兩個相鄰曲柄12的中間。位于中間的所述曲柄銷與位于兩側(cè)的所述曲柄銷的錯角為180度，位于兩側(cè)的所述曲柄銷長度相等且位于中間的所述曲柄銷長度約為位于兩側(cè)的所述曲柄銷長度的兩倍。所述曲柄軸I的曲柄12設(shè)計成圓盤形，并在曲柄12外緣設(shè)有去重平衡孔14，以便于曲柄軸在精加工后做動平衡試驗時進行調(diào)整。采用上述成四個曲柄夾三個曲柄銷結(jié)構(gòu)，更加便于操作人員調(diào)節(jié)曲柄軸的慣性質(zhì)量，更易達(dá)到完全平衡。
[0045]如圖3、4所示，所述曲軸連桿機構(gòu)包括兩個分別與第一活塞和第二活塞連接的活塞桿和一系列的連桿組件3，所述一系列的連桿組件3包括第一連桿31、第二連桿32和第三連桿33，其中第一連桿31連接在所述曲柄軸的位于中間的曲柄銷上，第二、三連桿32、33分別連接在所述曲柄軸的位于兩側(cè)的曲柄銷上。所述第一連桿31為厚連桿，所述第二、三連桿32、33為薄連桿，所述第一連桿31的厚度約為第二、三連桿32、33的厚度的兩倍。薄連桿和厚連桿全部采用模鍛，質(zhì)量輕、強度高、剛性好。所述第一連桿31設(shè)置在第一活塞21的軸線211方向上，所述第二、三連桿32、33相對于第二活塞22的軸線221對稱設(shè)置。采用上述布置方式，更加便于操作人員調(diào)節(jié)連桿組件的慣性質(zhì)量，其計算過程更簡單，也更易達(dá)到完全平衡。
[0046]進一步如圖6、7所示，每一所述連桿組件3均包括大頭端301、小頭端302和連接大頭端和小頭端的桿體303，每一所述連桿組件3的所述大頭端301連接在曲柄軸I上，所述小頭端302連接在兩個活塞桿中一個上。所述連桿組件3的大頭端301包括兩個相互拼接的第一部3011和第二部3012，所述第一部3011和桿體303 —體成型，第一部3011和第二部3012之間通過螺栓3013固定。采用拼接結(jié)構(gòu)的連桿組件便于組裝，連接牢固，并可僅對磨損的部件進行替換，不會造成整個連桿組件的報廢，降低維護成本。
[0047]如圖3、4、8、9所示、所述一系列的連桿組件3的小頭端通過十字頭4連接在兩個活塞桿中一個上，其中，所述第一連桿31的小頭端通過第一十字頭41連接在第一活塞的活塞桿上，所述第二、三連桿32、33的小頭端通過第二十字頭42連接在第二活塞的活塞桿上。所述十字頭4包括兩共圓柱面的弧形滑板401、402、一位于所述弧形滑板長度及寬度方向中間位置的銷座403、用于與活塞桿固定的鎖固裝置404以及用于與連桿的小頭端鉸接的銷軸405。采用上述結(jié)構(gòu)的十字頭結(jié)構(gòu)簡單，受力均勻，耐磨損。
[0048]完全平衡型高速壓縮機的曲軸連桿機構(gòu)根據(jù)連桿組件的不同相應(yīng)設(shè)計了兩種不同的十字頭，主要區(qū)別在于十字頭銷軸的位置，一種十字頭針對厚連桿設(shè)計，其銷軸設(shè)置在十字頭內(nèi)部，另一種十字頭針對薄連桿設(shè)計，其銷軸需加長伸出體外，將兩個薄連桿安裝在十字頭兩側(cè)。具體結(jié)合圖3、4可見，所述第一^h字頭41的銷座內(nèi)設(shè)置有一個短的銷軸405，所述第一連桿31的小頭端通過短的銷軸405與第一十字頭鉸接41。所述第二十字頭42的銷座內(nèi)設(shè)置有一個長的銷軸405，該銷軸對稱伸出銷座兩側(cè)，所述第二、三連桿32、33的小頭端分別通過長的銷軸405與第二十字頭鉸接。
[0049]每一組所述曲軸連桿機構(gòu)的總體重心位于第一活塞21的軸線211和第二活塞22的軸線221與所述曲柄軸的軸線11的交點處，即此時的慣性力為0，慣性力矩也為O。為了保證完全平衡型曲軸連桿機構(gòu)往復(fù)慣性力的平衡，設(shè)計時可以通過三維設(shè)計軟件準(zhǔn)確建模，精確計算運動部件的質(zhì)量，配平對稱列往復(fù)質(zhì)量。
[0050]本實施例給出了具有3組曲軸連桿機構(gòu)的曲軸傳動裝置，但不僅限于3組，在使用過程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)工況需要而對曲軸連桿機構(gòu)的列數(shù)進行選擇。
[0051]本實用新型還提供一種壓縮機，包括驅(qū)動裝置和如前所述的完全平衡型曲軸傳動 裝直。
[0052]下面，通過裝配過程進一步解釋各部件間的連接關(guān)系。
[0053]裝配時，先卸除第一連桿31 (厚連桿)上螺栓3013，將大頭端301的第二部3012從大頭端301取下，將大頭端301的第一部3011與曲柄軸I的位于中間的曲柄銷裝配在一起，將第一部3011與第二部3012拼接在一起，并通過螺栓3013將第二部3012與第一部3011緊固在一起；將活塞的活塞桿通過鎖固裝置404固定于第一十字頭41上，通過一個短銷軸將第一連桿31的小頭端302與第一十字頭41鉸接在一起，由此將活塞、第一十字頭、第一連桿與曲柄軸裝配在一起。
[0054]第二連桿32 (薄連桿)和第三連桿33 (薄連桿)的裝配過程與第一連桿31的裝配過程略有不同。先將另一個活塞的活塞桿通過鎖固裝置404固定于第二十字頭42上，將第二連桿32和第三連桿33的小頭端302分別通過其銷座兩側(cè)的長銷軸與第二十字頭42鉸接在一起；之后，卸除第二連桿32和第三連桿33上螺栓3013，將大頭端301的第二部3012從大頭端301取下，將第二連桿32和第三連桿33的大頭端301的第一部3011與曲柄軸I的位于兩側(cè)的曲柄銷裝配在一起，將第一部3011與第二部3012拼接在一起，并通過螺栓3013將第二部3012與第一部3011緊固在一起，由此將活塞、第二十字頭、第二連桿和第三連桿與曲柄軸裝配在一起。
[0055]參見圖10，圖示為完全平衡型高速壓縮機的曲軸連桿機構(gòu)的受力示意圖，可見完全平衡型曲軸連桿機構(gòu)的活塞之間不存在列間距，慣性力在一條直線上，在達(dá)到慣性力平衡的同時，進一步消除了慣性力矩的存在，即完全平衡。由于慣性力矩的消除，本實用新型的完全平衡型曲軸傳動裝置振動烈度明顯下降，因振動小，轉(zhuǎn)速獲得了大幅度提升，可達(dá)1800r/min。
[0056]以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種完全平衡型曲軸傳動裝置，包括至少一組曲軸連桿機構(gòu)，每一組所述曲軸連桿機構(gòu)包括曲柄軸(I)和兩個與氣缸滑動配合的朝向相反的活塞(2)，其特征在于:每一組所述曲軸連桿機構(gòu)中的第一活塞(21)的軸線(211)與第二活塞(22)的軸線(221)在同一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲柄軸(I)為完全平衡型曲軸，其包括四個曲柄(12)和三個曲柄銷(13)，三個曲柄銷(13)分別夾在兩個相鄰曲柄(12)的中間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，位于中間的所述曲柄銷與位于兩側(cè)的所述曲柄銷的錯角為180度，位于兩側(cè)的所述曲柄銷長度相等且位于中間的所述曲柄銷長度為位于兩側(cè)的所述曲柄銷長度的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲柄軸(I)的曲柄(12)設(shè)計成圓盤形，并在曲柄(12)外緣設(shè)有去重平衡孔(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述曲軸連桿機構(gòu)包括兩個分別與第一活塞和第二活塞連接的活塞桿和一系列的連桿組件(3)，所述一系列的連桿組件(3 )包括第一連桿(31)、第二連桿(32 )和第三連桿(33 )，其中第一連桿(31)連接在所述曲柄軸的位于中間的曲柄銷上，第二、三連桿(32、33)分別連接在所述曲柄軸的位于兩側(cè)的曲柄銷上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述第一連桿(31)為厚連桿，所述第二、三連桿(32、33)為薄連桿，所述第一連桿(31)的厚度為第二、三連桿(32、33)的厚度的兩倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述第一連桿(31)設(shè)置在第一活塞(21)的軸線(211)方向上,所述第二、三連桿(32、33)相對于第二活塞(22)的軸線(221)對稱設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，每一所述連桿組件(3)均包括大頭端(301)、小頭端(302)和連接大頭端和小頭端的桿體(303)，每一所述連桿組件(3 )的所述大頭端(301)連接在曲柄軸(I)上，所述小頭端(302 )連接在兩個活塞桿中一個上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的完全平衡型曲軸傳動裝置，其特征在于，所述連桿組件(3)的大頭端(301)包括兩個相互拼接的第一部(3011)和第二部(3012)，所述第一部(3011)和桿體(303)—體成型，第一部(3011)和第二部(3012)之間通過螺栓(3013)固定。
10.一種壓縮機，包括驅(qū)動裝置和如前任一項權(quán)利要求所述的完全平衡型曲軸傳動裝置。
【文檔編號】F04B39/00GK203743349SQ201420025576
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】張士永, 馬靜, 李寬, 白福慶, 張秋穎, 鄧剛 申請人:沈陽遠(yuǎn)大壓縮機股份有限公司