无油往复式空气压缩机制造技术

本发明专利技术公开一种无油往复式空气压缩机，其中，活塞在汽缸中往复运动，从而压缩从外面吸入的气体并将被压缩的气体排出到外面。该活塞在其外壁上具有环形凹槽，而且，由自润滑树脂复合材料制成的活塞环设置在该环形凹槽中。汽缸的内表面具有ＳｉＣ涂层以延长活塞环的寿命，从而可有效地让该压缩机在高压和高温下使用因而增强了其耐久力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无油往复式空气压缩机。在美国专利No.5,117,742中，无油往复式空气压缩机中的活塞由树脂制成并在其外壁上具有环形凹槽。由树脂制成的活塞环装在该环形凹槽中，而且该活塞在汽缸中往复运动。在无油往复式空气压缩机中，不必要将润滑油加入到活塞环、活塞或汽缸中。没有将润滑油引入汽缸中的压缩室内，而且从压缩机排出的压缩空气中也不包含润滑油。因此，无油往复式空气压缩机十分广泛应用于不希望压缩空气中含有油的医药、食品或给氧领域，或者适用于在润滑油的供给和保养方面有困难的用户。当采用树脂活塞时，汽缸通过Al或Al合金的轧平、铸造或模铸材料制成，而且，为了增加汽缸内表面的硬度，采用硬质耐酸铝来做成与活塞进行滑动接触的内表面。形成具有最大厚度约为30微米的阳极氧化物涂层并将其磨光从而形成汽缸。在无油往复式空气压缩机中，树脂活塞安装在汽缸中，并随着树脂活塞环和树脂导向环(rider ring)进行往复运动。该树脂活塞环具有可长时间使用而不用更换的所需性能。即使该树脂活塞环可能失效而需要被更换，尽管从压缩机排出的空气的量减少，但由于活塞具有自润滑能力，运转也能继续进行而不阻塞。最近，有人要求无油往复式空气压缩机可在1MPa以上例如2-3MPa的高压范围下使用。然而，当其汽缸由Al制成的压缩机在2-3MPa高压下运转时，其中采用硬质耐酸铝来形成汽缸的内表面以增加硬度并将其阳极氧化涂层碾磨，由于硬质耐酸铝处理，汽缸内表面上的硬质耐酸铝层减弱了高温和高压下的散热效应，从而使该硬质耐酸铝层的温度升高并使汽缸内表面上所产生的无数蜂窝状微细孔的开口扩张。因此，树脂活塞环的外表面在扩张了的孔的开口上可滑动地进行往复运动，从而刮磨该树脂活塞环的外表面而让活塞环磨损更快。而且，当活塞环在环形凹槽中向上移动时，从树脂活塞环外表面剥落下来的小碎片落入活塞环下表面与环形凹槽底表面之间的间隙中。在上升压缩阶段当活塞环在环形凹槽中向下移动时，由于所插入的小碎片而产生间隙，从而导致活塞与汽缸之间的泄漏。
技术介绍
下面结合附图来解释众所周知的无油往复式空气压缩机。如图1所示，在Al或Al合金汽缸1的上端，通过吸入阀板2和隔板3安装着汽缸头4。通过隔离壁5将汽缸头4分隔成吸入腔6和排出腔7。入口8形成于吸入腔6的侧壁内，而出口9形成于排出腔7的侧壁内。吸入孔10形成得穿过吸入腔6的底部，排出孔11，12形成得穿过隔板3和吸入阀板2从而与排出腔7相通。排出阀板13安装在隔板3上、位于排出孔11的上端，并敞开着以与排出腔7相通。硬质耐酸铝层14形成于汽缸1的内表面上，而且，Al合金活塞15可滑动地安装在汽缸1中。在活塞15中沿径向延伸的活塞销16经由连接杆17而连接至机轴18。环形凹槽19形成于活塞15上，而且，树脂活塞环20装在该环形凹槽19中，可稍微活动。使机轴18旋转从而将活塞15经由连接杆17作往复运动，因此，通过入口8和吸入孔10而吸入的空气被压缩，之后通过排出孔12，11和出口9排出。当汽缸1的内表面升至高温和高压时，该表面上硬质耐酸铝层14的温度升高。于是，汽缸1内表面上的耐酸铝层14的大量微细孔扩张。因此，活塞环20的外表面在扩张了的孔的开放端上可滑动地进行往复运动，从而导致对树脂活塞环20外表面的刮磨，以致于该环20的寿命缩短。如图3所示，从树脂活塞环20的外表面剥落下来的许多小树脂碎片20a进入树脂活塞环20与活塞环凹槽19下表面之间的间隙，从而在它们之间形成空气通路。如图3中箭头所示，通过该间隙出现了泄漏，从而降低压缩效率并产生噪音。因此，树脂活塞环20的密封能力变差，从而降低了无油往复式空气压缩机的排放性能。而且，泄漏可能产生异常噪声。压缩室内的高温空气以热的方式对于活塞轴承带来负面影响，从而缩短了活塞销16、连接杆17的末端和轴承的寿命。在高压和高温操作中，活塞环被异常磨损从而降低了密封能力，然后又被局部磨损以致破损。为了防止操作中的异常噪声，并防止轴承的寿命由于泄漏的高温压缩空气所携带的热而缩短，必须在较早的阶段就更换活塞环。为了消除这样的缺点，在日本技术公报No.35-14811中，在环形凹槽的上和下表面上形成了一个或多个曲径凹槽，而且，将被磨损的活塞环的小碎片引入曲径凹槽中以长时间保持活塞环功能。由于环形凹槽的曲径作用从而减少了沿着活塞环底表面泄漏的气体。然而，当操作继续时，曲径凹槽中的活塞环小碎片增加以致进入活塞环凹槽中，因此，在经过一定时间之后，就不能达到所期望的目的了。为了消除这样的缺点，本专利技术的专利技术人考虑到，可以形成不同于Al的层以使得汽缸内表面中没有微细孔。例如将Ni或Cr等金属镀层应用于汽缸的内表面，但是Ni和Cr镀层降低了滑动性能和抗咬合性。特别是在高压和高温操作中，这并没有提高活塞环的寿命。
技术实现思路
考虑到上述缺点，本专利技术的目的是提供这样一种无油往复式空气压缩机，其可在高于1MPa的2-3MPa高压和高温下操作，能够防止从在汽缸中可滑动地进行往复运动的活塞环产生小树脂碎片，从而长时间地保持活塞环的密封能力，防止由泄漏而产生的异常噪声，并且防止热传递至活塞的轴承，还能进一步避免在活塞环或活塞的往复运动中的损坏或故障，因此极大地延长活塞环的寿命而能长时间地保持其性能。附图说明图1是众所周知的无油往复式空气压缩机的前垂直剖视图；图2是沿着图1中II-II线的垂直剖视图；图3是放大了的、图2中圈A内的视图；图4示出了本专利技术的一个实施例，该图与图3类似；以及图5示出了本专利技术的另一个实施例，该图对应于放大了的、沿着图2中V-V线的水平剖视图。具体实施例方式根据本专利技术的无油往复式空气压缩机具有如下的结构特征 汽缸尺寸孔50mm，75mm材料Al或Al合金内表面通过涂敷形成的SiC涂层该涂层的硬度维氏硬度(Hv)1600-2400该涂层的厚度15μm平均表面粗糙度Ra0.05-0.5μm镜面抛光活塞尺寸外直径50mm，75mm，高度50mm，75mm材料COPNA树脂和石墨的复合材料活塞环尺寸公称直径50mm，75mm，宽度4.53mm，厚度4.0mm材料聚四氟乙烯树脂(特氟隆TM)和石墨的复合材料特性拉伸强度13-35MPa，压缩强度10-13MPa，维氏硬度(Hv)360-400制成活塞的COPNA树脂是热固性树脂，该树脂是在酸催化剂存在下，用对二甲苯乙二醇将例如萘、蒽、菲、芘或煤焦油沥青多环芳烃进行交联而制备。“COPNA”是“缩合多核芳香烃”的缩写，并在美国专利No.5,605,401中披露过。活塞和活塞环中的石墨都具有耐热性并提高了滑动性能。活塞环特氟隆具有自润滑特性。下面继续说明上述SiC涂层的特性。对用Al或Al合金制成的汽缸1的内表面进行加工，并在该内表面上形成SiC涂层21。该涂层的最小化厚度有利于降低制造成本。在可应用于工业的无油往复式空气压缩机中，树脂活塞环20的寿命要求超过一万小时，因而，当初始磨损为2-3μm时，该活塞环20的厚度要求超过10μm。因此，将该厚度确定为15μm。在一小负荷往复式空气压缩机中，涂层21的厚度可超过0.5μm。该SiC涂层的厚度最小为0.5μm，最大为50-100μm。涂敷以后，磨光该表面以使其平均表面粗糙度Ra为0.05-0.5μm。包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无油往复式空气压缩机，包括：由Ａｌ或Ａｌ合金制成的汽缸；在汽缸中往复运动的活塞，压缩从外面吸入的气体并将其从汽缸中排出，所述活塞在其外壁表面上具有环形凹槽；以及固定在活塞的环形凹槽中的活塞环，该活塞环由用于提高滑 动性能的自润滑树脂和耐热材料的复合材料制成，汽缸的内表面具有ＳｉＣ涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井上弘，
申请(专利权)人：阿耐斯特岩田株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]