CN101120171B - 用于压缩有用气体的往复式压缩设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于压缩当前气体的往复式设备(1)，该设备包括：限定压缩室(3)的至少一个气缸(2)；与该气缸配合的活塞(4)，活塞杆(6)从所述活塞伸出；气缸端部(7)，其包含供活塞杆线性往复移动的通路(8)；以及在活塞杆(6)和气缸端部(7)之间的填料函式密封装置(9)。本发明的特征在于，使用提供不关心的加压隔离气体的源(16)；密封装置叠层包括两个插入环(111，112)，即离开气缸一定距离布置的前环(111)和距离气缸较近布置的后环(112)；气缸端部或密封装置体部(7)设有前孔(151)和后孔(152)，使得两个孔在一侧分别与两个插入环中的两个外周腔体(141，142)连通，而在另一侧至少前孔(151)与隔离气体源(16)连通，从而借助于内部环形间隙沿活塞杆(6)的长度产生几乎从密封装置(9)的一端延伸至另一端的包含隔离气体的管状隔离气体路径。

Description

用于压缩有用气体的往复式压缩设备
技术领域
本发明总体涉及利用往复式压缩机对称作有用气体的气体进行压缩，根据下文的定义，该有用气体是所关心的气体。 
更确切地说，在压缩设备或压缩机的各个气缸中，本发明关注于控制在活塞杆和气缸之间必然存在泄漏的有用气体的泄漏速率。 
背景技术
事实上，尽管存在下文所述的密封装置，在以往复平移运动方式来回运动的活塞杆和密封件之间的间隙仍会造成外流的残余泄漏，尽管该残余泄漏尽量小，仍然需要被控制，尤其是防止其因泄漏而被排入大气中或进入紧邻压缩机的周围环境中。 
现有技术已经公开了一种用于往复压缩所关心的气体的设备或机器，其通常包括：
-限定压缩室的至少一个初级气缸(cylindre élémentaire)，该气缸设有用于被压缩的有用气体的至少一个入口和至少一个出口、与该气缸协同作用的活塞，该活塞具有从活塞伸出的操作杆； 
-包括通路的气缸端部，活塞杆可以线性往复的方式通过所述通路； 
-在活塞杆和气缸端部之间针对有用气体密封的填料函式密封装置；通常，这种密封装置沿活塞轴线包括环状密封垫和至少一个插入环的叠层，该插入环不对活塞杆实施密封功能，而是按多种方式被构造成与至少一个相邻的环状密封垫一起适当形成或限定一径向通路，所述径向通路从邻近活塞杆的内部环状间隙延伸至至少一个外周腔体，该密封垫和插入环沿气缸方向借助一填料函密封套紧密地相互压紧；通常，每个中间密封垫包括 形成用于密封件的壳体的杯状件，所述密封件通过适当的装置抵靠杯状件的内缘而被压紧或压缩，并且提供两类密封件，一类对活塞杆进行密封，而另一类对直接相邻的密封垫的杯状件的端部或插入板进行密封； 
-形成在气缸端部或密封装置体部中的一个或多个孔，所述孔与各个插入环的外周腔体以密封的方式连通。 
具有这种构造的设备工作时，尤其是随着密封件的逐渐磨损，将会沿活塞杆形成有用气体向气缸外部泄漏的路径，沿所述路径通过的有用气体从输送压力变为气缸外部和气缸端部的压力。通常，为限制从密封装置逸出到外部的有用气体的量，在前侧即最远离气缸的一侧沿活塞杆的长度排列有一个或多个插入环，该插入环与形成在气缸端部或密封装置体部中的一个或多个孔对准，并用于收集由压力低于输送压力的有用气体组成的泄漏气体，以便使其再循环至压缩室的输送侧或进入在先的气缸，或者将其排出到该设备的外部。 
在这种情况下，随着密封件(密封垫)逐渐被磨损，气体泄漏的速率增加，但是，由于用于使泄漏气体再循环或将其排出该设备的回路的内在压降，通过前述孔回收的气体流量不能显著增加。因此，通过密封装置离开气缸的有用气体流的残余速率永不为零，并且随密封件的磨损而逐渐增加。 
出于各种原因，尤其出于安全和环境方面的原因，不允许将这种残余气体流直接排入大气中。 
因此，需要将压缩设备构造成具有一罩壳，该罩壳利用活塞杆通过其中每一个的一个或多个分隔件而在气缸/气缸端部和外部之间形成一个或多个密封的中间室，所述中间室中的每一个都能够回收和控制残余的有用气体流，尤其是对该残余的有用气体流的低压力——尽管该压力高于大气压力、目的地及任何处理要求进行控制。特别地，唯一的或最后一个中间室可用于容纳润滑活塞杆所需的任何装置。 
另外，与存在于气缸端部或密封装置体部内的密封装置类似，每个内部或中间分隔件、也可能是每个外部分隔件都具有另一密封装置，该另一 密封装置也具有填料函的结构或构造，并定位在相应的中间室的内部。 
所述各种密封装置使气缸由内向外形成许多密封级。 
由于各种原因，尤其考虑到有用气体的价格或成本，最重要的是限制逸出活塞/气缸端部的密封装置的残余气体的流量。为此，已经提出将加压的阻挡气体例如氮按下述方式注入上述各个密封级中： 
-在最后一个或唯一的中间室中将阻挡气体注入密封装置中； 
-将相同的阻挡气体注入气缸端部的密封装置中； 
-阻挡气体以适当的方式流过在隔开两个中间室的分隔件上的密封装置，从而将阻挡气体作为与逸出气缸/气缸端部的有用气体形成的混合物、也可能与从气缸/气缸端部的密封装置排出的阻挡气体形成的混合物回收入一个中间室中以便排出设备，例如排放到燃烧器中。 
实际上，前述注入/喷出通过与之前的方式相同的构造实现，即每一个都利用插入填料函内的、与位于气缸端部或密封装置体部中的孔连通的环实现。 
这使得对应的压缩设备复杂。此外，仍然有一些有用气体逸出气缸/气缸端部的密封装置，并由于混合在阻挡气体中而被永久地损失掉。 
本发明的目的在于克服前述缺点。 
发明内容
根据本发明，还结合有： 
(a)存在隔离气体源，该隔离气体不是所关心的气体，而是加压气体； 
(b)气缸/气缸端部的密封装置的(填料函式)叠层包括两个插入环，其中离开气缸一定距离的一个被称为前环，而最靠近所述气缸的另一个被称为后环； 
(c)气缸端部或密封装置体部具有两个孔，其中的一个被称为前孔，而另一个被称为后孔，它们在一侧与被称为前环和后环的两个插入环的各自的两个外周腔体连通，而在另一侧至少在前孔的情况下与隔离气体源连通，通过这种结构，在工作过程中会从前插入环和活塞杆之间的内部环状 间隙生成用于隔离气体的管状隔离气体路径，该路径沿活塞杆几乎从密封装置的一端延伸至另一端。 
由于本发明，在气缸/气缸端部的密封装置中，根据现有技术由所关心的有用气体组成的泄漏气体流基本由用于不关心的隔离气体的稳定的管状气体路径代替。 
因此，完全不必在密封装置的某些中间级处回收泄漏气体流以便排出或使其再循环。 
另外，从密封装置逸出的残余气体主要由不关心的隔离气体组成，并且该隔离气体尤其由于其无害于环境或由于该气体的存在不会对压缩机或压缩机的环境造成危险而被选取。 
此外，根据本发明，在某些情况下可以将气缸和罩壳之间的分隔限制成一个单一的密封的中间室。 
一般地并且相对而言，术语“关心”和“不关心”应理解为，被称为有用气体、也被称为“工作气体”的气体具有经济价值，例如是氧、甲烷、氢等，而被称为隔离气体的气体则除了获得该气体的成本外几乎不具有经济价值，或在任何情况下的经济价值都低于所谓的有用气体，例如是氮或空气。 
有用气体和隔离气体的选取相互依赖，应理解，隔离气体还必须满足其他条件，包括： 
-必须是惰性的，并且不与有用气体和/或压缩机的各个部件——包括油和润滑剂——起反应； 
-对环境和操作者等不具有危险性或是无害的；例如，其为无腐蚀性、无爆炸性、非氧化剂或不可燃或无毒的气体。 
附图说明
下面将参考附图对本发明进行说明，在附图中： 
-图1示意性地示出结合有根据本发明的密封装置的往复式压缩机或压缩设备； 
-图2以示例的方式示出根据本发明的位于根据图1的机器的气缸/气缸端部的密封装置。 
具体实施方式
根据图1和2，用于有用气体的往复式压缩机或压缩设备1包括： 
-限定压缩室3的至少一个气缸2，该气缸设有用于分送被压缩的有用气体的至少一个入口(未示出)和至少一个出口4；与该气缸协同作用的活塞5，该活塞具有从活塞伸出的活塞杆6； 
-包括通路8的气缸端部7，活塞杆6可以往复平移运动通过该通路8； 
-在活塞杆6和气缸端部7之间针对有用气体密封的填料函式密封装置9，该密封装置9沿活塞杆6的轴线包括多个环状密封垫10和两个插入环111、112的叠层，每个插入环被设计为形成一径向通路12，该径向通路12从邻近活塞杆6的内部环状间隙13延伸至与气缸端部7或密封装置体部中的通路8的内面邻近的至少一个外周腔体141或142； 
-形成在气缸端部7或密封装置体部中的两个孔151和152，它们与密封装置9的各个插入环111和112的外周腔体以密封的方式连通。 
如图2所示，每个环状密封垫10包括一杯状件21，该杯状件21形成用于单个密封件或通过适当装置压紧或压缩的两个叠置的密封件22的壳体，在图2的情况下，该适当装置为抵靠在杯状件21的表面上的环形弹簧或轴向弹簧23。实际上，这些密封件22执行两种密封功能，即对活塞杆6进行密封和对直接相邻的密封垫10的杯状件21的端部或相应的插入板进行密封。 
根据本发明，如上所述还结合有： 
(a)存在隔离气体源16，该隔离气体不是所关心的气体，而是加压气体； 
(b)密封装置9的叠层包括两个插入环111、112，其中离开气缸2一定距离的一个被称为前环111，而最靠近所述气缸的另一个被称为后环112； 
(c)相应地，气缸端部7或密封装置体部具有两个孔151和152，其中的一个被称为前孔151，而另一个被称为后孔152，它们在一侧与被称为前环和后环的两个插入环111和112的各自的两个外周腔体141、142连通，而在另一侧至少在前孔151的情况下与加压隔离气体源16连通。 
因此，在工作过程中，由于前述措施而从活塞杆6和插入环111之间的内部环状间隙13生成主要由隔离气体组成的管状隔离气体路径，该路径沿活塞杆6几乎从密封装置9的一端延伸至另一端。 
如图1所示，所述(压缩)设备还包括供给回路17和控制阀18，所述供给回路17自隔离气体源16与前述前孔151连通，所述控制阀18用于根据在前述后孔152的出口处获得的压力来控制前述隔离气体路径的压力。 
优选地，将隔离气体路径中的气体压力值设定为低于气体进入压缩室3的进气压力，其目的在于限制隔离气体通向气缸2的程度。 

Claims (3)

1.一种用于压缩有用气体的往复式压缩设备(1)，包括：
-限定压缩室(3)的至少一个气缸(2)，该气缸设有用于被压缩的有用气体的至少一个入口和至少一个出口(4)；与该气缸协同作用的活塞(5)，该活塞具有从活塞伸出的活塞杆(6)；
-包括通路(8)的气缸端部(7)，所述活塞杆可以线性往复的方式通过该通路(8)；
-在活塞杆(6)和气缸端部(7)之间针对有用气体进行密封的填料函式密封装置(9)，该密封装置(9)沿活塞杆(6)的轴线包括多个环状密封垫(10)和至少一个插入环(111，112)的填料函式叠层，所述插入环被设计为形成径向通路(12)，该径向通路(12)从邻近活塞杆(6)的内部环状间隙(13)延伸至与气缸端部(7)中的通路(8)的内面邻近的至少一个外周腔体(141，142)；
-形成在气缸端部(7)中的至少一个孔(151，152)，所述孔与密封装置的腔体以密封的方式连通；
其特征在于，该设备结合有：
(a)存在隔离气体源(16)，该隔离气体不是所关心的气体，而是加压气体；
(b)密封装置(9)的叠层包括两个插入环(111，112)，其中离开气缸一定距离的一个是前环(111)，而最靠近所述气缸的另一个是后环(112)；
(c)气缸端部(7)具有两个孔：前孔(151)和后孔(152)，它们形成为在一侧分别与两个插入环即前环和后环的两个外周腔体(141，142)连通，而在另一侧至少前孔(151)与隔离气体源(16)连通，从而从内部环状间隙(13)生成一用于隔离气体的管状隔离气体路径，该路径沿活塞杆(6)几乎从密封装置(9)的一端延伸至另一端。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括供给回路(17)和控制阀(18)，所述供给回路(17)自隔离气体源(16)与所述前孔(151)连通，所述控制阀(18)用于根据在所述后孔(152)的出口处获得的压力来控制所述隔离气体路径的压力。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，将所述隔离气体路径的气体压力值设定为低于气体进入压缩室(3)的进气压力。
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