CN109469603A - 一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统及高压隔膜压缩机和补油方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隔膜压缩机领域，涉及一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统及高压隔膜压缩机和补油方法，补油系统包括补油油路与回油油路，两个油路并联。回油油路连接于柱塞泵与曲轴箱之间，油路中安装有溢流阀；补油油路连接于柱塞泵与油缸之间，止回阀安装于补油油路中，作用于油缸到柱塞泵的流动方向上。溢油阀的溢油压力低于柱塞泵的额定泵油压力，且随时可调，当柱塞泵内的油压高于其溢油压力时，柱塞泵便不再向油缸中补油，多余的油经溢流阀回到曲轴箱中，进而达到控制柱塞泵的补油量与补油时长的目的，从而防止柱塞泵由于补油过早或补油时间过长而导致压缩机排气量降低，以及影响膜片寿命及缸盖强度，增加压缩机耗功的问题。

Description

一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统 及高压隔膜压缩机和补油方法

技术领域

本发明属于隔膜压缩机领域，具体涉及一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统及高压隔膜压缩机和补油方法。

背景技术

随着全球能源日益紧张，开发绿色能源已成为世界的必然趋势。氢气因其燃烧只生成水，且来源丰富，被誉为是本世纪最具发展潜力的清洁能源。以氢气为能源的燃料电池汽车具有环保、高效、零污染、零排放等优点。在氢气的使用和储存过程中，若想不断地开发使用氢气技术，就必须尽量的提高氢气在使用过程中的压力，高压隔膜压缩机是加氢站中用于氢气增压的关键设备，而隔膜压缩机的缸盖强度和膜片寿命问题，则是高压隔膜压缩机研发过程中非常突出的问题。

隔膜压缩机的液压油补液系统是保证隔膜压缩机能够正常运行的关键结构之一。当机器运行时，隔膜压缩机油缸中的液压油不可避免的会通过活塞环而泄漏，其后果就等于减少了活塞行程，这样活塞到达外止点时，膜片便不能与缸盖上支板相贴合。机器每一转都会产生泄漏，故随着运行时间的增加，液压缸中的液压油将会越来越少，膜腔中的余隙容积额也会越来越大，最终会导致压缩机不能再吸进气体而失去工作能力。所以在隔膜压缩机中，须附设一个补液柱塞泵，补液柱塞一般由曲轴端头上设置的凸轮驱动，与曲轴箱内的活塞运行形成一定的相位差，每转向液压缸中补充一定量的液体。

在补液系统中，柱塞泵的补油量以及补油时间是需要着重考虑的两个方面。一般隔膜压缩机的补液时机主要包括两处：一是在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油；二是在压缩行程开始时，活塞离开下止点的某一位置补油。当柱塞泵的工作压力较高时，对于前者，在油缸内的液压油压力还较高时，柱塞泵便开始向油缸内补油，这就相当于减小了活塞向下的行程，极有可能导致膜片不能够充分地向下变形，使得压缩机的吸气过程受到影响，进而影响压缩机的排气量；对于后者，则表现为补油时间过长，即从开始补油起到油缸内的液压油压力在活塞的推动下升高至较高水平时，柱塞泵才停止补油。不管是补油时间过早，还是补油时间过长，对于柱塞泵而言，也就意味着补油量也会过多，这相当于增大了活塞上行时的行程，使得活塞不到外止点时膜片便先贴到了缸盖的上支板，此时若隔膜压缩机的溢流阀不能及时将过多的液压油排出油缸，油缸内的液压油的压力将会在活塞的作用下迅速升高，使得膜片产生更大的附加应力，影响隔膜压缩机缸盖强度及膜片的寿命。因此如何设计出一种能够改善高压隔膜压缩机补油过程的补油系统，使得在保证隔膜压缩机原结构不变的情况下，能够准确把握柱塞泵补油时机及补油量，确保隔膜压缩机能够稳定运行，是设计者追求的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统及高压隔膜压缩机和补油方法，本发明能够使得在保证隔膜压缩机原结构不变的情况下，准确把握柱塞泵补油时机及补油量，确保隔膜压缩机能够稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统，包括补油油路和回油油路以及高压隔膜压缩机的油缸、曲轴箱和柱塞泵，回油油路连接于柱塞泵与曲轴箱之间，回油油路中安装有溢流阀；补油油路连接于柱塞泵与油缸之间，补油油路中安装有止回阀，止回阀作用于油缸到柱塞泵之间油的流动方向上；

其中，溢流阀的设定溢流压力低于无回油油路时柱塞泵能够向油缸内泵油的最高油压，同时高于高压隔膜压缩机的吸气压力。

溢流阀上端设有调节溢流阀溢油压力的调节基座。

补油油路与回油油路并联分布。

一种高压隔膜压缩机，包括高压隔膜压缩机本体，还包括补油油路和回油油路，回油油路连接于柱塞泵与曲轴箱之间，回油油路中安装有溢流阀；补油油路连接于柱塞泵与油缸之间，补油油路中安装有止回阀，止回阀作用于油缸到柱塞泵之间油的流动方向上；

其中，溢流阀的设定溢流压力低于无回油油路时柱塞泵能够向油缸内泵油的最高油压，同时高于高压隔膜压缩机的吸气压力。

溢流阀上端设有调节溢流阀溢油压力的调节基座。

补油油路与回油油路并联分布。

一种基于所述高压隔膜压缩机的补油方法，其过程如下：

当柱塞泵在压缩机吸气行程结束前补油时，油缸中液压油的压力随着活塞的向下运动也在逐渐降低，若柱塞泵内的液压油压力升高至溢流阀设定的溢油压力时，此时溢流阀打开，柱塞泵内的液压油经回油油路回到曲轴箱内，柱塞泵的液压油压力保持在溢流阀的设定压力水平上；当油缸内的压力降低至低于溢流阀设定的溢油压力后，补油油路连通，此时柱塞泵中的液压油经补油油路进入油缸中，此时溢流阀关闭；

当柱塞泵是在压缩行程开始，曲轴箱内的活塞离开下止点的某一位置补油时，油缸中液压油的压力逐渐升高，油缸中的液压油的整体压力低于溢流阀设定的溢油压力，经柱塞泵压缩的液压油通过补油油路进入油缸中，在此过程中，柱塞泵的泵油压力逐渐升高；当油缸中的液压油压力升高至高于溢流阀的设定压力后，经柱塞泵压缩的液压油压力升高至补油系统中的溢流阀溢流压力，溢流阀被顶开，柱塞泵中剩余的液压油经回油油路回到曲轴箱中，补油回路关闭。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的高压隔膜压缩机补油系统通过在现有高压隔膜压缩机的柱塞泵与曲轴箱之间连接回油油路，在柱塞泵与油缸之间连接补油油路；在补油油路中安装止回阀，在回油油路中安装溢流阀，止回阀安装于补油油路中，作用于油缸到柱塞泵方向的流动方向上，即液压油只能从柱塞泵流向油缸，而不能从油缸流向柱塞泵和回油油路中的溢流阀；其中溢流阀的设定溢流压力低于无回油油路时柱塞泵能够向油缸内泵油的最高油压，同时高于高压隔膜压缩机的吸气压力；本发明的补油系统既适用于柱塞泵在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油的情况，也适用于柱塞泵在压缩行程开始，活塞离开下止点的某一位置补油的情况，具体的：当柱塞泵是在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油时，油缸中液压油的压力随着活塞的向下运动也在逐渐降低，这时在柱塞泵内的液压油压力则在柱塞的作用下开始升高，由于此时油缸内的压力还较高，柱塞泵不能向油缸内补油，柱塞泵内油压继续升高，直至达到溢流阀设定的溢油压力，此时溢流阀打开，柱塞泵内的液压油经回油油路回到曲轴箱内，柱塞泵的液压油压力保持在溢流阀的设定压力水平上；当油缸内的压力降低至低于溢流阀设定的溢油压力后，补油油路连通，柱塞泵中的液压油经补油油路进入油缸中，这时由于油路中的液压油压力低于溢流阀的设定压力，溢流阀关闭，回油油路关闭。当柱塞泵是在压缩行程开始，活塞离开下止点的某一位置补油时，此时油缸中液压油的压力随着活塞的向上运动在逐渐升高，由于此时油缸中的液压油的整体压力较低，低于补油系统中溢流阀设定的溢油压力，经柱塞泵压缩的液压油直接通过补油油路进入油缸中，在此过程中，柱塞泵的泵油压力也在逐渐升高；当油缸中的液压油压力升高至高于溢流阀的设定压力后，经柱塞泵压缩的液压油压力也升高至溢流阀溢流压力，此时补油系统中的溢流阀被顶开，柱塞泵中的液压油经回油油路回到曲轴箱中，补油回路不再工作。综上所述：对于传统的高压隔膜压缩机补油系统，当柱塞泵的工作压力较高时，柱塞泵过早开始补油且补油持续时间较长，这就很可能会导致补油过多使得膜片在下行程的过程中不能充分向下变形，降低压缩机的排气量，同时也会导致活塞在上止点时液压油压力过高，影响缸盖的强度和膜片的寿命，响压缩机的正常运行。而本发明将传统的补油系统替代，以带有补油油路与回油油路两个结构的补油系统，解决了传统隔膜压缩机柱塞泵补油时机过早、补油时间过长以及补油量过多的问题，结构简单，拆装方便。

由本发明高压隔膜压缩机补油系统的有益效果可知，具有该补油系统的高压隔膜压缩机能够准确把握柱塞泵补油时机及补油量，确保隔膜压缩机能够稳定运行，并且结构简单，拆装方便。

由本发明高压隔膜压缩机的有益效果可知，本发明的补油方法既适用于柱塞泵在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油的情况，也适用于柱塞泵在压缩行程开始，活塞离开下止点的某一位置补油的情况，能够准确把握柱塞泵补油时机及补油量，确保隔膜压缩机能够稳定运行。

附图说明

图1为本发明实例中隔膜压缩机各部分结构及位置示意图。

图2为本发明实例中隔膜压缩机柱塞泵是在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油时(情况一)，油缸内的油压与柱塞泵油压随时间变化示意图。

图3为本发明实例中，柱塞泵是在压缩行程开始，活塞离开下止点的某一位置补油时(情况二)，油缸内的油压与柱塞泵油压随时间变化示意图。

其中，1.油缸，2.曲轴箱，3.柱塞泵，4.补油油路，5.回油油路，6.止回阀，7.溢流阀，8.溢流阀调节基座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，实施例仅用于解释本发明，但不作为对本发明的限定。

参照图1，本发明的能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统包括补油油路4和回油油路5以及高压隔膜压缩机的油缸1、曲轴箱2和柱塞泵3，回油油路5连接于柱塞泵3与曲轴箱2之间，回油油路5中安装有溢流阀7；补油油路4连接于柱塞泵3与油缸1之间，补油油路4中安装有止回阀6，止回阀6作用于油缸1到柱塞泵3之间油的流动方向上，即液压油只能从柱塞泵3流向油缸1，而不能从油缸1流向柱塞泵3和回油油路5中的溢流阀7；补油油路4与回油油路5并联分布；溢流阀7上端设有调节溢流阀7溢油压力的调节基座8，通过调节基座8可随时通过转动调节螺钉改变溢流阀弹簧的预压缩量从而调节溢流阀7的溢油压力；

其中，溢流阀7的设定溢流压力p须低于无回油油路5时柱塞泵3能够向油缸1内泵油的最高油压a，同时高于压缩机的吸气压力。这样当油缸1内的油压大于p时，柱塞泵3泵出的部分液压油只能经溢流阀7及回油油路5回到曲轴箱2内，而不能向油缸1内补油，当油缸1内的液压油压力小于p时，柱塞泵3才能向油缸1内补油，从而达到控制补油时间及补油量的目的。

如图1所示，本发明的高压隔膜压缩机采用了上述补油系统。

本发明的高压隔膜压缩机进行补油的原理通过以下两种情况进行说明：

情况一为当柱塞泵3在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油时，情况一的补油原理如下：

当柱塞泵3在压缩机吸气行程结束前，即活塞在达到下止点前补油时，油缸1中液压油的压力随着活塞的向下运动也在逐渐降低，这时在柱塞泵3内的液压油压力则在柱塞的作用下开始升高，由于此时油缸内1的压力还较高，柱塞泵3不能向油缸1内补油，柱塞泵3内油压继续升高，直至达到溢流阀7设定的溢油压力，此时溢流阀7打开，柱塞泵3内的液压油经回油油路5回到曲轴箱2内，柱塞泵3的液压油压力保持在溢流阀7的设定压力水平上。当油缸1内的压力降低至低于溢流阀7设定的溢油压力后，补油油路4连通，柱塞泵3中的液压油经补油油路4进入油缸1中，这时由于油路中的液压油压力低于溢流阀3的设定压力，溢流阀3关闭，回油油路5关闭。

图2中，曲线9为情况一油缸内油压随时间变化曲线，曲线10为情况一无回油油路时柱塞泵油压随时间变化曲线，曲线11为情况一回油油路溢流阀溢油压力为b时柱塞泵油压随时间变化曲线，曲线12为情况一回油油路溢流阀溢油压力为c时柱塞泵油压随时间变化曲线；如图2所示，对于情况一，当补油系统中无回油油路时，柱塞泵3能够向油缸1内补油的压力为a，此时柱塞泵3内的液压油全部进入油缸1中；当回油油路5中溢流阀7的溢流压力设定为b时，则柱塞泵3内的液压油一部分先通过溢流阀7回到曲轴箱2中，直到油缸1内的油压降低至低于b点时，柱塞泵3内剩余液压油才经补油油路4进入油缸1中，其中b小于无回油油路5时柱塞泵3能够向油缸1内泵油的最高油压a。当溢流阀7的溢流压力设定为比b更低的c时，则油缸1压力降低至c点时，柱塞泵3才开始向油缸1内补油，这就达到了控制补油时间，减小补油量的目的。

情况二为当柱塞泵3在压缩行程开始，活塞离开下止点的某一位置补油时，情况二的补油原理如下：

当柱塞泵3在压缩行程开始，活塞离开下止点的某一位置补油时，油缸1中液压油的压力随着活塞的向上运动在逐渐升高，由于此时油缸1中的液压油的整体压力较低，低于补油系统中溢流阀7设定的溢油压力，经柱塞泵压缩的液压油直接通过补油油路4进入油缸1中，在此过程中，柱塞泵3的泵油压力也随着油缸1内液压油压力的升高而逐渐升高；当油缸1中的液压油压力升高至高于溢流阀7的设定压力后，经柱塞泵1压缩的液压油压力也升高至溢流阀溢流压力，此时回油油路5中的溢流阀7被顶开，柱塞泵3中的液压油经回油油路5回到曲轴箱2中，补油回路4不再工作。

图3中，曲线9’为情况二油缸内油压随时间变化曲线，曲线10’为情况二无回油油路时柱塞泵油压随时间变化曲线，曲线11’为情况二回油油路溢流阀溢油压力为b’时柱塞泵油压随时间变化曲线，曲线12’为情况二回油油路溢流阀溢油压力为c’时柱塞泵油压随时间变化曲线。如图3所示，对于情况二，当补油系统中无回油油路5时，柱塞泵3从油缸1内油压较低的时候开始补油，直至油压升高至a’点时停止补油，此时柱塞泵3内的液压油全部进入油缸1中。当有回油油路5且溢流阀7的溢流压力设定为低于b’时，则柱塞泵3在向油缸1内补油直至压力升高至b’时，溢流阀7打开，柱塞泵3内剩余的液压油则经回油油路5回到曲轴箱2中，其中，b’小于无回油油路5时柱塞泵3能够向油缸1内泵油的最高油压a’；当溢流阀3的溢流压力设定为比b’更低的c’时，则柱塞泵3内油压在升高至c’点时，就停止向油缸1内补油，这就同样达到了控制补油时间，减小补油量的目的。

Claims (7)

1.一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统，其特征在于，包括补油油路(4)和回油油路(5)以及高压隔膜压缩机的油缸(1)、曲轴箱(2)和柱塞泵(3)，回油油路(5)连接于柱塞泵(3)与曲轴箱(2)之间，回油油路(5)中安装有溢流阀(7)；补油油路(4)连接于柱塞泵(3)与油缸(1)之间，补油油路(4)中安装有止回阀(6)，止回阀(6)作用于油缸(1)到柱塞泵(3)之间油的流动方向上；

其中，溢流阀(7)的设定溢流压力低于无回油油路(5)时柱塞泵(3)能够向油缸(1)内泵油的最高油压，同时高于高压隔膜压缩机的吸气压力。

2.根据权利要求1所述的一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统，其特征在于，溢流阀(7)上端设有调节溢流阀(7)溢油压力的调节基座(8)。

3.根据权利要求1所述的一种能够控制补油时机的加氢站用高压隔膜压缩机补油系统，其特征在于，补油油路(4)与回油油路(5)并联分布。

4.一种高压隔膜压缩机，其特征在于，包括高压隔膜压缩机本体，还包括补油油路(4)和回油油路(5)，回油油路(5)连接于高压隔膜压缩机本体的柱塞泵(3)与曲轴箱(2)之间，回油油路(5)中安装有溢流阀(7)；补油油路(4)连接于高压隔膜压缩机本体的柱塞泵(3)与油缸(1)之间，补油油路(4)中安装有止回阀(6)，止回阀(6)作用于油缸(1)到柱塞泵(3)之间油的流动方向上；

其中，溢流阀(7)的设定溢流压力低于无回油油路(5)时柱塞泵(3)能够向油缸(1)内泵油的最高油压，同时高于高压隔膜压缩机的吸气压力。

5.根据权利要求4所述的一种高压隔膜压缩机，其特征在于，溢流阀(7)上端设有调节溢流阀(7)溢油压力的调节基座(8)。

6.根据权利要求4所述的一种高压隔膜压缩机，其特征在于，补油油路(4)与回油油路(5)并联分布。

7.一种基于权利要求4所述的高压隔膜压缩机的补油方法，其特征在于，补油过程如下：

当柱塞泵(3)在压缩机吸气行程结束前补油时，油缸(1)中液压油的压力随着活塞的向下运动也在逐渐降低，若柱塞泵(3)内的液压油压力升高至溢流阀(7)设定的溢油压力时，此时溢流阀(7)打开，柱塞泵(3)内的液压油经回油油路(5)回到曲轴箱(2)内，柱塞泵(3)的液压油压力保持在溢流阀(7)的设定压力水平上；当油缸(1)内的压力降低至低于溢流阀(7)设定的溢油压力后，补油油路(4)连通，此时柱塞泵(3)中的液压油经补油油路(4)进入油缸(1)中，此时溢流阀(7)关闭；

当柱塞泵(3)是在压缩行程开始，曲轴箱内(2)的活塞离开下止点的某一位置补油时，油缸(1)中液压油的压力逐渐升高，油缸(1)中的液压油的整体压力低于溢流阀(7)设定的溢油压力，经柱塞泵(3)压缩的液压油通过补油油路(4)进入油缸(1)中，在此过程中，柱塞泵(3)的泵油压力逐渐升高；当油缸(1)中的液压油压力升高至高于溢流阀(7)的设定压力后，经柱塞泵(3)压缩的液压油压力升高至补油系统中的溢流阀(7)溢流压力，溢流阀(7)被顶开，柱塞泵(3)中剩余的液压油经回油油路(5)回到曲轴箱(2)中，补油回路(4)关闭。