本发明公开一种无余隙桶形隔膜压缩机，包括：活塞、液压油缸、膜片座板、桶形隔膜和阀板；活塞安装于液压油缸中；液压油缸上安装有膜片座板；膜片座板上固定有阀板；膜片座板与阀板之间形成膜腔，膜片座板上设有若干连通膜腔的通孔；膜腔中安装有U形截面波纹管的桶形隔膜。当驱油活塞在油缸中上下移动时，桶底膜片在下侧油压的作用下也在膜片腔室中上下移动，实现桶底膜片上侧吸气、压缩和排气过程。这种无余隙桶形隔膜压缩机的主要特点在于桶形隔膜底板膜片位移大，不发生变形和应力作用，而隔膜桶体的U形截面波纹管的应力小，且不存在余隙容积。有效地提高了膜片式压缩机的输气量和可靠性。
1.一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，包括：油压活塞(19)、液压油缸(18)、膜片座板(17)、无余隙的桶形隔膜(16)和阀板(15)；
油压活塞(19)安装于液压油缸(18)中；液压油缸(18)上安装有膜片座板(17)；
膜片座板(17)与阀板(15)之间形成膜腔，膜片座板(17)上设有若干连通膜腔的通孔；
2.根据权利要求1所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，桶形隔膜(16)由桶底膜片(24)、环状法兰片(21)和桶体波纹管构成；环状法兰片(21)固定在阀板(15)上；桶底膜片(24)和环状法兰片(21)之间通过桶体波纹管连接。
3.根据权利要求2所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，波纹管的每一个波纹节截面形状为U形状，U形的开口朝外径方向，U型的底部朝内径方向，一个U型为一个波纹节；一个波纹节包括一个U形截面波纹管槽底(22)连接在U形截面波纹管槽底(22)两侧的两个U形截面波纹管侧壁(23)；波纹节与相邻的波纹节之间，在U形截面波纹管侧壁(23)的顶端处通过焊接连成一体。
4.根据权利要求3所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，桶形隔膜(16)的桶底膜片(24)厚度tp＝0.5～1.5mm；
桶形隔膜(16)的U形波纹部分的外径与内径之差为Dd；Dd＝15～50mm；
5.根据权利要求1所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，还包括气缸盖(11)；阀板(15)通过气缸盖(11)固定在膜片座板(17)上。
6.根据权利要求1所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，阀板(15)上安装有排气接口(13)和吸气接口(12)。
7.根据权利要求2所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，当油压活塞(19)处在上止点时，U型截面的桶形隔膜(16)的桶底膜片(24)与膜腔中的阀板(15)之间距离为零；
当油压活塞(19)向下移动时，桶形隔膜(16)下方的油腔内油液通过膜片座板(17)上的多个小孔被抽回到液压油缸(18)，油腔中的压力迅速降低，桶形隔膜(16)内进入的气体压力与桶底膜片(24)下面的油压之差将桶形膜片底板向下方推动，桶形隔膜(16)变形部位发生在其U型截面波纹管部分，直到桶形隔膜(16)的桶底膜片(24)接触到下方的膜片座板(17)。
8.根据权利要求2所述的一种无余隙桶形隔膜压缩机，其特征在于，阀板(15)中心设有阀座柱体；桶形隔膜(16)套设在阀座柱体外周；桶形隔膜(16)的U型波纹节内径与阀座柱体外圆之间的间隙为0.01～0.5mm；U型波纹节外径与膜片座板(17)之间的间隙为2～5mm。
一种无余隙桶形隔膜压缩机
技术领域
[0001] 本发明属于压缩机技术领域，特别涉及一种气体压缩机机。
背景技术
[0002] 在化工、国防、食品医药和电子工业领域，通常需要采用隔膜式压缩机来实现各种稀有珍贵气体、有毒气体或者洁净气体压缩和输送。隔膜式压缩机是一种传统气体压缩机械，它由曲柄连杆机构驱动活塞，活塞驱动油腔中的油液，油液进而驱动微碟状的膜片上下运动，实现由阀座板和膜片构成的封闭工作容积中的气体吸入、压缩和排出的过程，如图1所示。国际上和中国国内有不少公司都生产这种压缩机，压缩机的流量范围在0.01～10m3/min排气压力从常压到700MPa。由于在吸气、压缩和排气过程中，膜片下面的油液压力始终与膜片上面压缩腔气体压力基本相等，故膜片自身所受到的张力压差甚小。
[0003] 传统隔膜式压缩机的膜片在上下运动中，高频率地发生屈曲和弯曲变形，会造成膜片在区部发生疲劳断裂。因此，膜片的上下位移幅值一般都取得很小，以减小膜片变形量和降低膜片屈曲疲劳断裂的风险。但也使得隔膜式压缩机的行程容积大幅减少，与相同外形尺寸的活塞式压缩机相比，其流量要小得很多。这也成为隔膜式压缩机的最大短板。所以，寻求一种膜腔结构，能够获得大幅值的膜片位移，又能保持膜片构件的伸缩变形和应力很小。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种无余隙桶形隔膜压缩机，以解决上述技术问题。
[0005] 为了实现上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种无余隙桶形隔膜压缩机，包括：活塞、液压油缸、膜片座板、无余隙的桶形隔膜和阀板；
[0007] 活塞安装于液压油缸中；液压油缸上安装有膜片座板；
[0008] 膜片座板上固定有阀板；
[0009] 膜片座板与阀板之间形成膜腔，膜片座板上设有若干连通膜腔的通孔；
[0010] 膜腔中安装有无余隙桶形隔膜。
[0011] 进一步的，无余隙桶形隔膜由桶底膜片、环状法兰片和桶体波纹管构成；环状法兰片固定在阀板上；桶底膜片和环状法兰片之间通过桶体波纹管连接。
[0012] 进一步的，波纹管的每一个波纹节截面形状为U形状，U形的开口朝外径方向，U型的底部朝内径方向，一个U型为一个波纹节；一个波纹节包括一个U形截面波纹管槽底连接在 U形截面波纹管槽底两侧的两个U形截面波纹管侧壁；波纹节与相邻的波纹节之间，在U形截面波纹管侧壁的顶端处通过焊接连成一体。
[0013] 进一步的，无余隙桶形隔膜的桶底膜片厚度tp＝0.5～1.5mm；
[0014] 膜腔的形截面波纹管壁厚度tc取0.3～1mm，
[0015] U型波纹节的节距ej为2～8mm
[0016] 无余隙桶形隔膜的U形波纹部分的外径与内径之差为Dd；Dd＝15～50mm；
[0017] 一个波纹节的伸缩变形值δ为0.5～3mm。
[0018] 进一步的，还包括气缸盖；阀板通过气缸盖固定在膜片座板上。
[0019] 进一步的，阀板上安装有排气接口和吸气接口。
[0020] 进一步的，当油压活塞处在上止点时，无余隙桶形隔膜的桶底膜片与膜腔中的阀板之间距离为零；
[0021] 当油压活塞向下移动时，无余隙桶形隔膜下方的油腔内油液通过膜片座板上的多个小孔被抽回到活塞油缸，油腔中的压力迅速降低，无余隙桶形隔膜内进入的气体压力与桶底膜片下面的油压之差将桶形膜片底板向下方推动，无余隙桶形隔膜变形部位发生在其U型截面波纹管部分，直到无余隙桶形隔膜的桶底膜片接触到下方的膜片座板。
[0022] 进一步的，阀板中心设有阀座柱体；无余隙桶形隔膜套设在阀座柱体外周；无余隙桶形隔膜的U型波纹节内径与阀座柱体外圆之间的间隙为0.01～0.5mm；U型波纹节外径与膜片座板之间的间隙为2～5mm。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0023] 本发明提出了一种无余隙桶形隔膜压缩机，其桶体为多层圆环板折叠，形如波纹状、桶底为平面膜片，实现了平面膜片位移幅值大，而桶体波纹管变形及应力小的特点。当驱油活塞在油缸中上下移动时，桶底膜片在下侧油压的作用下也在膜片腔室中上下移动，实现桶底膜片上侧吸气、压缩和排气过程。这种桶形隔膜压缩机的主要特点在于桶形隔膜底板膜片位移大，不发生变形和应力作用，而隔膜桶体的波纹管的应力小。同时在隔膜筒体底面达到阀板底面时，型波纹管体内没有容纳高压气体的余隙容积，有效地提高了膜片式压缩机的输气量和可靠性。应该指出，当U型波纹管处在完全压缩状态，波纹管外侧的波纹槽具有较大的宽度，当波纹管体开始伸长时，液体能够顺利地进入波纹管槽内，有助于波纹管的伸张。非U型截面的紧密重叠型波纹管会造成液体进入波纹槽困难。
附图说明
[0024] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0025] 图1为传统隔膜式压缩机结构示意图；
[0026] 图2为无余隙桶形隔膜压缩机主体部分结构示意图；
[0027] 图3为无余隙桶形隔膜结构示意图；
[0028] 图4为无余隙桶形隔膜在压缩状态下内侧波纹无余隙示意图；
[0029] 图中：1-膜片；2-阀座盖板；3-膜片座板；4-油腔；5-活塞连杆机构；11-缸盖；12-吸气接管；13-排气接管；14-组合气阀；15阀板；16-桶形隔膜；17-膜片座板；18-液压缸体；19- 油压活塞；20-曲柄连杆结构；21-环片法兰；22-U形截面波纹管槽底23-U形截面波纹管侧壁。 24-桶底膜片。
具体实施方式
[0030] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031] 以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0032] 请参阅图2所示，本发明提出了一种无余隙桶形隔膜压缩机，包括：曲柄连杆机构20、活塞19、液压油缸18、膜片座板17、桶形隔膜16、阀板15、组合气阀14、排气接头13、吸气接头12和气缸盖11组成。
[0033] 液压油缸18中安装有由曲柄连杆机构20驱动的活塞19；液压油缸18上安装有膜片座板17；膜片座板17上通过气缸盖11固定有阀板15；膜片座板17与阀板15之间形成膜腔，膜片座板17上设有若干连通膜腔的通孔。膜腔中安装有无余隙桶形隔膜16，所谓无余隙指的是U型截面波纹管在完全压缩状态下，其内侧的波纹体内波纹侧壁与相邻侧壁紧密接触，不存在容纳高压气体的缝隙。阀板15上安装有排气接口13、吸气接口12和通用的进排气组合式气阀14。
[0034] 请参阅图3所示，桶形隔膜16又由桶底膜片24、U型截面波纹管22、23和环片法兰21 构成。当驱油油压活塞19处在图2的上止点时，无余隙桶形隔膜16的桶底膜片24与膜腔中的阀板15之间距离为零，当油压活塞19向下移动时，桶形隔膜16下方的油腔内油液通过膜片座板17上的多个小孔被抽回到活塞油缸18，油腔中的压力迅速降低，桶形隔膜16内进入的气体压力与膜腔底板24下面的油压之差将桶形膜片底板向下方推动，桶形隔膜16变形部位发生在其U型截面波纹管部分，直到桶形隔膜16的桶底膜片24接触到下方的膜片座板17。在此过程中，桶形隔膜16与阀板15构成的气缸，其容积达到最大值；当油压活塞19上方移动时，油液流过膜片座板17推动桶底膜片24向上移动，膜腔桶体部分的U型截面波纹管收缩变形，实现气缸中气体的压缩和排出。
[0035] 本发明的特点是桶底膜片24始终保持平直而不弯曲变形，其伸缩全部依靠U型截面的两侧壁的弯曲变形，制作成U型截面的目的是减小或消除波纹管压缩状态下其内侧波纹槽内的容积，也即压缩机的余隙容积，如图4所示的U形波纹节侧壁相互紧靠在一起。同时也便于外侧波纹槽容纳焊接点加厚部分。该桶体部分的波纹管的每一个波纹节截面形状似U形状， U形的开口朝外径方向，U型的底部朝内径方向，一个U型成为一个波纹节，U形波纹节与相邻的U型波纹节之间，在顶端处通过焊接连成一体。
[0036] 桶形隔膜16的桶底膜片24厚度tp一般为tp＝0.5～1.5mm；
[0037] 膜腔的筒体波纹管壁厚度tc一般取0.3～1mm，
[0038] U型波纹节的节距ej一般为2～5mm
[0039] 桶形隔膜16波纹部分的外径与内径之差为Dd；取Dd＝15～50mm；
[0040] 一个波纹节的伸缩变形值δ可取为δ0.5～3mm；
[0041] 例如，一台压缩机的桶形隔膜16的内径为300mm，外径取值340mm；桶底膜片24的上下位移幅设计值可取15mm；桶形隔膜16的桶底膜片24厚度取值为1mm；桶形隔膜的波纹管体部分的厚度取值为0.5mm；U型波纹管的节距取值为3mm；可选取6个波节，U型壁的倾角取值为5°，作为初始形状进行焊接。连接成如图3所示的桶形隔膜形状，安装到图2 的压缩机中。
[0042] 由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
