氫氣壓縮機的製作方法

2023-08-04 08:56:41 1

專利名稱：氫氣壓縮機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓縮機零部件，特別是一種氫氣壓縮機。
背景技術：
現有的氫氣壓縮機存在的主要缺陷①屬於有油潤滑，即用注油器向氣缸內注 入潤滑油，以潤滑氣缸與活塞環的接觸面，這種方式會汙染氣體造成原料氣純度降低， 不能滿足下遊高純度氣體需要；②容積流量小，目前生產的高壓高清潔度小型壓縮機， 其容積流量為每小時小於100立方，若需大流量，則需增加機器臺數，造成管理成本增 大；③壓縮機的冷卻方式為水冷卻，所有氣缸和氣體換熱器均採用水冷卻，這種方式浪 費水源，無水的地方無法使用。

實用新型內容本實用新型的發明目的在於針對上述存在的問題，提供一種安全、可靠的新 型氫氣壓縮機。本實用新型採用的技術方案是這樣的一種氫氣壓縮機，包括機身、活塞組 件、氣缸組件、填料函組件、冷卻系統、氣閥和安全閥，所述活塞組件分為兩列，每列 均設置為兩個壓縮級，左列上部為四級活塞，下部為二級活塞；右列上部為三級活塞， 下部為一級活塞。所述一級活塞、二級活塞、三級活塞一級對應設置的一級活塞環、二 級活塞環、三級活塞環和四級活塞環組成活塞體，所述活塞體套在活塞杆上用活塞頭固 定，所述氣缸組件分為兩列，各級氣缸與各級活塞相對應布置，氣缸組件分為兩列，各 級氣缸與各級活塞相對應布置，左列上部為四級氣缸，下部為二級氣缸；右列上部為三 級氣缸，下部為一級氣缸。作為優選所述填料函組件包括一級填料函和二級填料函，分別位於一級氣缸 和二級氣缸下端內，所述一級填料函和二級填料函均採用平面機械密封結構；一級填料 函由四組填料盒和一組刮油組件組成，其中所述刮油組件包括刮油環和密封環各一套， 其中靠近氣缸端依次為填料盒、密封環和刮油環；二級填料函由六組填料盒和一組刮油 組件組成，其中刮油組件由刮油環和密封環各一套組成，其中靠氣缸端依次為填料盒、 密封環和刮油環。作為優選所述各級活塞均為單作用，所述活塞杆還上設置有軸封組件。作為優選每個密封環外圈附有彈簧，每個填料盒內密封單元的總的軸向熱間 隙為0.9 1.2mm。進一步的每個填料盒內密封單元的總的軸向熱間隙為0.2 0.3mm。作為優選所述三四、級氣缸為鑲套式結構，包括氣缸體、氣缸套、氣缸頭， 固定在所述一、二級氣缸體上。作為優選所述冷卻系統包括在壓縮機一側設置有一空冷器其產生的持續冷卻 風對通過其內部冷卻管的壓縮氣體和潤滑油進行連續降溫，氣體換熱器採用軸流風機吹掃冷卻以達到其工況要求。氣缸體外表面採用散熱翅片散熱，並在壓縮機中部安裝了一 臺冷卻風機，其產生的連續冷卻風為各級氣缸體進行強制散熱，以使各級氣缸體在正常 溫度內工作。對於填料函的冷卻是從空冷器冷卻管與截止閥間的三通獲且冷卻油進行冷 卻的，其回油是通過管路回到油箱。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是本實用新型 在保證安全、可靠、運轉平穩的原則條件下，合理選擇了氣缸排列、氣閥配置和整機結 構，重點解決了壓縮氣體高清潔度的難題，合理選擇了風冷和無油潤滑，實現目前高壓 (20MPa)、風冷、大排量(500Nm3/h)、無油潤滑時保證壓縮介質純度達99.9999%。

圖1和圖2是本實用新型的結構示意圖；圖3為圖1中的B-B剖視圖。圖中標記1為機身組件，2為氣缸組件，3為活塞組件，4為氣閥，5為填料函 組件，51為填料盒，52為密封環，53為刮油環，6為防爆電機，7為冷卻系統，8為氣路 系統。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實 施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。如圖1所示，整個氫氣壓縮機包括機身組件1機身組件1(即曲軸箱)為全機之支座，也是運動轉換中心，機身組件包括機 身、中間體、曲軸組件和連杆十字頭組件等。1)機身為立式，供放置曲軸、連杆、十字頭等組件以及輔助設備。其上部用以 固定中間體；下部連接底盤和盛潤滑油的油底殼；兩側各開有窗孔供安裝和維修內部零 件用；前端連接加油裝置部件；後端上部有一呼吸器，以使機身中的氣體自由膨脹與流 通；內部有供安裝曲軸組件、連杆十字頭組件的軸承座和十字頭滑道。2)中間體上接氣缸體下接機身，兩側各開有窗孔便於活塞杆與十字頭的連接或 拆卸，以及觀察其運動和潤滑情況；內部設有刮油盒和封油圈，刮油盒可將大量的通過 活塞杆上行的油液密封住而封油圈可密封在活塞杆上形成的油膜。3)曲軸組件包括曲軸、平衡塊、軸承及連接件等，曲軸為雙拐結構，雙拐互成 180°夾角，曲柄銷的偏心距為60mm;在曲柄上分別裝有扇形平衡塊，用以平衡慣性 力矩；曲軸的兩端軸頸各有一雙列向心球面滾子軸承，安放在機身的軸承座上，曲軸伸 出端連接聯軸器，另一端連接加油裝置；曲軸內有潤滑油道與加油裝置連通，以潤滑曲 軸、軸承、連杆大頭瓦小頭襯套、十字頭銷、十字頭及滑道等。調整軸承壓蓋與機身間 的墊片，可調整曲軸在機身中的軸向位置及間隙。4)連杆十字頭組件是壓縮機中的運動轉換機構，其作用是將曲軸的旋轉運動轉換成往復運動。連杆十字頭組件包括連杆、連杆大頭瓦小頭襯套、十字頭、十字頭銷及 連接件等。連杆桿身呈工字型，大頭為對開式，內裝軸瓦，小頭孔內壓入襯套，連杆杆 身內鑽有油孔，潤滑油經此油孔潤滑連杆小頭襯套、十字頭銷、十字頭及滑道等，軸瓦 與曲柄銷的徑向間隙及連杆小頭襯套與十字頭銷間的徑向間隙。十字頭內固定的十字頭銷與連杆連接，十字頭上部裝有上襯蓋、下襯座、變向 頭、變向墊等，變向頭可小角度擺動和轉動，其上端的螺孔與I-II級活塞杆連接，改變 活塞杆旋入變向頭的深度可調整氣缸餘隙。十字頭內鑽有油孔，外圓柱面上開有油槽， 潤滑油經曲軸、連杆、十字頭銷進入十字頭油槽潤滑十字頭及滑道。氣缸組件2氣缸組件2是壓縮機中直接進行氣體壓縮的部分，它與活塞組件3、氣閥4等共 同組成壓縮氣體的工作腔。各級氣缸的構成和裝配關係一、二級氣缸體由HT300鑄造而成，三級氣缸體 為鑄鋼件內鑲有氣缸套，四級氣缸體為鍛壓件內部同樣鑲有氣缸套；各級氣缸體外部均 設置有散熱片以利於氣缸體的散熱。氣缸組件分別設計為串聯的兩列安裝在中間體上平 面內；其中一、三級氣缸組成一列(一級氣缸在下部)；而二、四級氣缸組成另一列(二 級氣缸在下部)。分別在兩列一、三級氣缸和二、四級氣缸之間設置有平衡腔，用以改善 壓縮機的受力狀況；在兩列一、二級氣缸體下段設置有填料函軸封，用以密封氣缸體內 氣體。各級氣缸餘隙的調整可分別調整兩列活塞杆旋入十字頭變向節的深度，來調 整一、二級氣缸內的餘隙；三、四級氣缸的餘隙由一、三級氣缸和二、四級氣缸之間的 調整墊片以及三、四級氣缸與三、四級氣缸蓋之間的調整墊來完成。活塞組件3活塞組件3與氣缸內壁及氣閥構成容積可變的工作腔，並由曲軸通過連杆十字 頭組件的帶動，在氣缸內作往復運動來實現氣缸內氣體的壓縮。活塞組件包括活塞、活 塞杆、活塞環及連接件等。活塞為級差式結構，每列有三個直徑段，上部為三級(或四 級)，中間段與氣缸形成平衡腔，下部為一級(或二級)；一、二級活塞通過活塞杆與十 字頭柔性聯接在一起；三、四級活塞分別安裝在一、二級活塞之上且為柔性聯接。各級 活塞上均裝有不同數量的活塞環，裝入氣缸時，每道活塞環的開口應錯開，不能在同一 直線上，以防止缸內氣體穿漏。在每級活塞上均裝有一道支承環。本機的活塞環均由具 有世界先進水平的「法國利亞」所製造。氣閥4氣閥4是壓縮機中最重要的部件之一，其工作的好壞直接影響壓縮機運行的可 靠性和經濟性。本機的氣閥均選用具有世界先進水平的「賀爾碧格」的產品。填料函組件5填料函組件5位於一、二級氣缸下端，用於密封一、二級氣缸中的氣體，防止 氣體沿活塞杆洩漏。本機填料函採用平面機械密封結構；一級填料函內共有六個密封 單元，由四組填料盒和一組刮油組件組成，其中所述刮油組件包括刮油環和密封環各一 套，其中靠近氣缸端依次為填料盒、密封環和刮油環；二級填料函內共有八個密封單 元，其中包括六組填料盒、一套密封環和一套刮油環，其中靠近氣缸端依次為填料盒、密封環和刮油環；每個填料盒內密封單元的總的軸向熱間隙為0.25mm，以上產品中的刮 油環、密封環、填料均為「法國利亞」所制。防爆電機6防爆電機6是壓縮機正常運轉的動力來源。氣路系統8氣路系統8是指氣體從進氣到送氣過程所經過通道，包括壓縮機各壓縮工作單 元間相互連接的管道、過濾器、空冷器、安全閥、各種手(自)動閥門以及附屬裝置等。本機在末級設置有過濾器用於過濾氣體；各級排氣管道均分別與空冷器相聯以 便氣體的冷卻；各級氣體經空冷器冷卻後的管路以及一級進氣管路上均設置有船用壓力 表，用以監控氣路流程的氣體壓力是否正常。1)冷卻系統7是在壓縮機一側設置有一空冷器其產生的持續冷卻風對通過其內 部冷卻管的壓縮氣體和潤滑油進行連續降溫，以達到其工況要求。另外在壓縮機中部安裝了一颱風機其產生的連續冷卻風將為各級氣缸體進行散 熱，以使各級氣缸體在正常溫度內工作。對於填料函的冷卻是從空冷器冷卻管與截止閥間的三通獲且冷卻油進行冷卻 的，其回油是通過管路回到油箱。2)潤滑系統對壓縮機的運轉有著重大影響，潤滑系統有減小零件的磨損、減小 摩擦功率、冷卻摩擦面、防止零件鏽蝕或腐蝕、清洗摩擦副等作用。本機潤滑油路分為兩路一路由油箱出油口經濾油器、油泵、空冷器冷卻管、 截止閥、油箱回油口回到油箱，此油路的作用是使其冷卻潤滑油溫度被控制在正常工作 範圍內；另一路由冷卻迴路中空冷器冷卻管與截止閥間的三通經精濾油器和曲軸端加 油裝置向曲軸、軸承、連杆大頭瓦小頭襯套、十字頭銷、十字頭及滑道等摩擦副強制供 油，其目的是使這些運動副得到有效潤滑能正常運轉。本機油箱採用鉚焊而成，它是向油泵供油的儲油容器，裝在機身的底部，在靠 近油泵端裝設有加油杯、放油孔、油標、潤滑油進出油口接頭等，機油從加油杯加入 後，油位應達到油標的最高刻度線位置。本機油箱內加N68機械油。控制系統操作控制系統是本機使用時的控制中樞，它控制全機的系統工作情況，因此必 須熟悉其性質和操作方法。操作控制系統由控制櫃和現場操作按鈕組成。一次儀表箱安裝在壓縮機底盤 上，儀表箱內所有儀表均為防爆元件。控制櫃是全套裝置集中控制的場所，內裝所有控 制電氣元件均不防爆，必須與壓縮機隔離，安裝在安全場所。工作原理該壓縮機工作時，本機由防爆電機直聯驅動，將一定體積流量的氫氣由0.7MPa 壓縮至20MPa後供化工流程配套使用。由防爆電機通過聯軸器帶動機身1中的曲軸旋轉，並通過連杆十字頭傳動，活 塞組件3在氣缸組件2中作往復運動。在曲軸行程過程中，當氣缸內壁，氣缸蓋和活塞 頂面所構成的工作容積增大時，氫氣推開一、四級進氣閥進入各自氣缸，直到工作容積變得最大為止，進氣閥關閉；與此同時二、三級氣缸中氣體容積減少，氣體壓力增高， 當壓力達到並略高於相應級排氣壓力，則各自的排氣閥打開排出氣體。通過上述過程周 而復始的重複變化，將進氣壓力經四級壓縮後的氣體經冷卻管冷卻、油水分離，最終壓 至20Mpa壓力供用戶使用。本壓縮機設有進氣欠壓、排氣超壓、排氣超溫等自動連鎖停機保護，在各級排 氣管道還設有機械式安全閥。該機具有抗靜電能力強、壓縮溫度低、節能、環境汙染 小、排氣量大、安全可靠、結構緊湊、保護功能齊全、操作維護簡單等優點。重點解 決了壓縮氣體高清潔度的難題，合理選擇了風冷和無油潤滑，實現目前氣體最大純度達 99.9999%。本實用新型的成功研製，突破了氫氣壓縮機清潔度不高的禁區，給需求高清 潔度氫氣壓縮機的用戶減小了投資費用，帶來了管理和維修等方面的方便。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在 本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用 新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種氫氣壓縮機，包括機身、活塞組件、氣缸組件、填料函組件、冷卻系統、氣 閥和安全閥，其特徵在於所述活塞組件分為兩列，每列均設置為兩個壓縮級，其中一 列上部為四級活塞，下部為二級活塞；另一列上部為三級活塞，下部為一級活塞；所述 一級活塞、二級活塞、三級活塞、四級活塞以及對應設置的一級活塞環、二級活塞環、 三級活塞環和四級活塞環組成活塞體，所述活塞體套在活塞杆上用活塞頭固定，所述氣 缸組件分為兩列，各級氣缸與各級活塞相對應布置，氣缸組件分為兩列，各級氣缸與各 級活塞相對應布置，其中一列上部為四級氣缸，下部為二級氣缸；另一列上部為三級氣 缸，下部為一級氣缸。
2.根據權利要求1所述的氫氣壓縮機，其特徵在於所述填料函組件包括一級填料 函和二級填料函，分別位於一級氣缸和二級氣缸下端內，所述一級填料函和二級填料函 均採用平面機械密封結構；一級填料函由四組填料盒和一組刮油組件組成，其中所述刮 油組件包括刮油環和密封環各一套，其中靠近氣缸端依次為填料盒、密封環和刮油環； 二級填料函由六組填料盒和一組刮油組件組成，其中刮油組件由刮油環和密封環各一套 組成，其中靠氣缸端依次為填料盒、密封環和刮油環。
3.根據權利要求1所述的氫氣壓縮機，其特徵在於所述冷卻系統包括在所述氫氣 壓縮機一側設置的一空冷器和在所述氫氣壓縮機中部設置的一風機。
4.根據權利要求1所述的氫氣壓縮機，其特徵在於所述壓縮機的各級活塞均為單 作用，所述活塞杆還上設置有軸封組件。
5.根據權利要求2所述的氫氣壓縮機，其特徵在於每個密封環外圈附有彈簧，每 個填料盒內密封單元的總的軸向熱間隙為0.2 0.3mm。
6.根據權利要求1所述的氫氣壓縮機，其特徵在於所述三級氣缸、四級氣缸為鑲 套式結構，包括氣缸體、氣缸套、氣缸頭，分別對應固定在所述一級氣缸和二級氣缸體 上。
專利摘要本實用新型公開了一種氫氣壓縮機，屬於壓縮機設備領域，本機為立式雙列，四級壓縮，風冷活塞式結構；活塞組件分為兩列，每列均設置為兩個壓縮級，分別為四級活塞與二級活塞、三級活塞與一級活塞；氣缸組件分為兩列，各級氣缸與各級活塞相對應布置，本實用新型設置有多種安全保護及自動控制裝置各級設置有安全閥；一級進氣和末級排氣超壓自動停車保護裝置；一級進氣欠壓、潤滑油欠壓、和電機過熱等自動停車保護裝置；本機具有結構緊湊、性能良好、運行穩定、安全可靠、使用維護方便、適用範圍廣等特點，重點解決了壓縮氣體高清潔度的難題，合理選擇了風冷和無油潤滑，實現目前氣體最高純度達99.9999％。
文檔編號F04B25/00GK201802575SQ20102055074
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者何新民, 夏慧生, 官曉雲, 楊澤炎, 程小利, 胡光源, 趙俊 申請人:自貢市機一裝備製造有限公司