CN111577571A - 全无油高压氧气压缩机及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开全无油高压氧气压缩机，包括曲轴箱、波形曲轴、多个气体压缩组件、多个导向机构，多个填料密封组件；波形曲轴的两端能够转动的连接在曲轴箱上，导向机构的底部连接在曲轴箱上，导向机构的顶部连接填料密封组件的底部，填料密封组件的顶部连接气体压缩组件；所述导向机构包括连杆；所述气体压缩组件包括活塞杆、活塞缸、活塞；至少四个气体压缩组件依次排开，前一个气体压缩组件的出气口连接后一个气体压缩组件的进气口；以及压缩装置。本发明的有益效果：通过填料密封组件的形式提高活塞杆与活塞缸的密封性，保障氧气压力的提高；压缩机构实现氧气在全无油润滑压缩环境中不断增压，使氧气不受污染、保持纯度。

Description

全无油高压氧气压缩机及装置

技术领域

本发明涉及一种氧气压缩机，尤其涉及的是一种全无油氧气压缩机及装置。

背景技术

在医疗、消防、高海拔行军作战等,都要背负氧气瓶供氧。当前,氧气瓶储氧压力大多为15MPa,在不改变装备的情况下,提高氧气瓶储氧压力,就可多储氧,延长供氧时间,对生命支持更加可靠,意义十分重大。例如:2升容积的氧气瓶,充15MPa的氧气,折算到常压时的体积是300升,若充到30MPa,则常压下的气体体积为600升,即同一个罐,储气多了一倍，实用价值很明显。同样地,在工业应用领域,若能实现超高压供氧,可降低劳动强度,节约成本,有利于企业增收营利。

目前超高压氧气压缩机主要有隔膜压缩机及往复活塞压缩机：

隔膜压缩机结构较复杂，外形尺寸大，机器重量重。隔膜压缩机有油压缩子系统，由油泵将液压油压缩至高压力，然后由高压力液压油推动膜片达到提升被压缩介质——氧气压力的目的。氧气隔膜压缩机所用的液压油要用氟油，普通润滑油因安全因素，不适合高压氧气压缩机。所以隔膜压缩机成本高，体积大，重量重。不适合移动使用；

往复活塞压缩机分油润滑压缩机及全无油润滑压缩机,油润滑压缩机因运行中需润滑油对运动副进行润滑,若用普通润滑油，高压氧气更加易于燃爆，压缩机不能安全运行，若用氟油则成本太高；全无油润滑压缩机避开了润滑油,适合压缩氧气，且经查新,目前全无油润滑氧气压缩机最大压力可以做到15MPa,若在此基础上再开发,提升压缩压力,应是充罐氧系统技术发展进步的方向。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的全无油氧气压缩机的不能满足使用需求的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

全无油高压氧气压缩机，包括曲轴箱、波形曲轴、多个气体压缩组件、多个导向机构，多个填料密封组件；波形曲轴的两端能够转动的连接在曲轴箱上，所述波形曲轴为对称结构，波形曲轴具有至少四个拐点，导向机构的底部连接在曲轴箱上，导向机构的顶部连接填料密封组件的底部，填料密封组件的顶部连接气体压缩组件；所述导向机构包括连杆；

所述气体压缩组件包括活塞杆、活塞缸、活塞；所述活塞杆的底部活动连接连杆的顶端，所述连杆的底端与波形曲轴转动连接；所述活塞杆的中部与填料密封组件连接，所述活塞连接活塞杆的顶端，所述活塞缸远离曲轴箱的一端设有进气口和出气口；至少四个气体压缩组件依次排开，前一个气体压缩组件的出气口连接后一个气体压缩组件的进气口。

本发明通过填料密封组件的形式提高压缩机的密封性，填料密封组件安装在活塞缸与导向机构之间，增加填料密封组件与活塞杆的接触面积，进一步提高密封性，良好的密封性是氧气压缩机性能的重要保障；通过波形曲轴上的不同拐点实现多个活塞杆的往复运动，活塞杆带动活塞在活塞缸内往复运动，使得活塞缸内容积发生周期变化，氧气依次经过多个气体压缩组件；压缩机的各个运动副的润滑采用润滑脂，气体经过该压缩机被压缩的过程中，不接触润滑脂，不会被污染，实现氧气在全无油润滑压缩环境中不断增压，氧气纯度不变；波形曲轴相较于现有的曲轴采用铸造或锻造的方法经机械一次加工而成，整机结构简单，制造成本低，安装及维护方便，寿命长，安全可靠。

优选的，所述导向机构还包括导向气缸、导向活塞、活塞销，所述导向气缸为两端为空的腔体，所述连杆与所述导向活塞位于导向气缸内，所述连杆的顶端通过活塞销与导向活塞连接，所述活塞杆的底端与导向活塞连接，所述导向气缸的顶端与填料密封组件连接，导向气缸的底部与曲轴箱连接，所述连杆的底端与波形曲轴的拐点处能够转动的连接。

优选的，所述连杆底部为环形结构，连杆的底部通过轴承与波形曲轴连接。

优选的，所述波形曲轴具有四个拐点，波形曲轴的对称面处具有支撑凸起，支撑凸起通过轴承与曲轴箱连接，波形曲轴的两端通过轴承与曲轴箱的两侧面转动连接，所述气体压缩组件为四个，每一个气体压缩组件对应的与波形曲轴上的一个拐点连接。此种曲轴结构为自平衡结构，实现压缩机基本无振动的运行。

优选的，四个所述气体压缩组件的活塞缸的内径尺寸逐渐减小，第一个气体压缩组件的进气口为氧气入口，最后一个气体压缩组件的出气口为完成压缩的氧气出口。通过不断的减小容积，实现不断的压缩。

优选的，所述填料密封组件包括填料函底板、多个填料盒、两个节流环、填料函压盖；所述填料函底板的底面与导向气缸的顶端连接，一个节流环安装在活塞杆与填料函底板之间，多个填料盒依次堆叠在填料函底板的顶面，填料函压盖的底面连接最顶处的填料盒的顶面，填料函压盖的顶面与活塞缸的底端连接，另一个节流环安装在填料函压盖与活塞杆之间。通过多个填料盒增加密封面积，提高密封效果。所述填料密封件为具自润滑性能的材料制成，全无油润滑稳定运行，确保氧气压缩的安全性。

优选的，所述活塞缸包括外缸套、内缸套、缸盖，所述外缸套为两端为空的腔体，所述外缸套外部具有散热翅片，所述内缸套为两端为空的腔体，所述外缸套套接在内缸套外部，缸盖固定安装在外缸套与内缸套的顶端。外缸套具有散热翅片有利于散热，内缸套的内壁对精度要求较高，可以将外缸套与内缸套根据各自加工的重点分开加工，降低加工难度。

优选的，所述缸盖上设置吸气阀和排气阀。

优选的，所述曲轴箱包括上盖、下盖，上盖与下盖固定连接形成内部为空的腔体，曲轴箱的两端具有用于连接波形曲轴的连接孔，曲轴箱上设有多个减重孔。降低曲轴箱重量，也有利于散热、观察。

本发明还公开全无油氧气压缩装置，包括上述全无油高压氧气压缩机、底座、驱动机构、散热装置，全无油高压氧气压缩机、驱动机构、散热装置、控制装置均安装在底座上，驱动机构驱动连接全无油高压氧气压缩机中的波形曲轴的一端，散热装置间隔的安装在全无油高压氧气压缩机的一侧。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过填料密封组件的形式提高活塞杆与活塞缸的密封性，并将填料密封组件安装在活塞缸与导向机构之间，增加填料密封组件与活塞杆的接触面积，进一步提高密封性，良好的密封性是提高氧气压力的重要保障；通过波形曲轴上的不同拐点实现多个活塞杆的往复运动，活塞杆带动活塞在活塞缸内往复运动，使得活塞缸内容积发生周期变化，氧气依次经过多个气体压缩组件，压缩机的各个运动副的润滑采用润滑脂，气体经过该压缩机，不接触液体油，不会被污染，实现在全无油润滑压缩环境得到不断增压，使氧气不受污染、保持纯度；波形曲轴相较于现有的曲轴采用铸造或锻造的方法经机械一次加工而成，整机结构简单，制造成本低，安装及维护方便，寿命长，安全可靠；

(2)通过多个填料盒增加密封面积，提高密封效果；

(3)外缸套具有散热翅片有利于散热，内缸套的内壁对精度要求较高，可以将外缸套与内缸套根据各自加工的重点分开加工，降低加工难度；

(4)曲轴箱上设有多个减重孔，降低曲轴箱重量，也有利于散热、观察；

(5)全无油润滑波形曲轴使压缩机无振动运行。

(6)被压缩介质在压缩升压过程中不与润滑油脂接触，实现全无油润滑高压压缩，安全可靠。

附图说明

图1是本发明实施例一中全无油高压氧气压缩机的结构示意图；

图2是全无油高压氧气压缩机的爆炸图；

图3是全无油高压氧气压缩机的主视图；

图4是全无油高压氧气压缩机的侧视图；

图5是图4中A-A的剖视图；

图6是图4中B-B的剖视图；

图7是曲轴箱的结构示意图；

图8是曲轴与连杆、活塞杆、活塞的结构示意图；

图9是第一气体压缩组件的活塞缸的结构示意图；

图10是密封组件的爆炸图；

图11是密封组件的剖视图；

图12是全无油氧气压缩装置的结构示意图；

图13是全无油氧气压缩装置的主视图。

图中标号：1、曲轴箱；11、上盖；12、下盖；2、波形曲轴；

3、气体压缩组件；3′、第一气体压缩组件；3″、第二气体压缩组件；3″′、第三气体压缩组件；3″″、第四气体压缩组件；31、活塞杆；32、活塞缸；321、外缸套；322、内缸套；323、缸盖；324、吸气阀；325、排气阀；33、活塞；

4、导向机构；41、连杆；42、导向气缸；43、导向活塞；44、活塞销；

5、填料密封组件；51、填料函底板；52、填料盒；53、节流环；54、填料函压盖；

6、底座；7、驱动机构；71、电机；72、主动皮带轮；73、从动皮带轮；74、防护罩；8、散热装置；9、控制装置；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1、图2、图3、图4所示，全无油高压氧气压缩机，包括曲轴箱1、波形曲轴2、四个气体压缩组件3、四个导向机构4，四个填料密封组件5；一个气体压缩组件3对应一个导向机构4和一个填料密封组件5；波形曲轴2的两端通过轴承能够转动的连接在曲轴箱1上，所述波形曲轴2为对称结构，波形曲轴2具有至少四个拐点，导向机构4的底部连接在曲轴箱1上，导向机构4的顶部连接填料密封组件5的底部，填料密封组件5的顶部连接气体压缩组件3；所述导向机构4包括连杆41，所述连杆41的底端与波形曲轴2通过轴承转动连接；

如图2、图5所示，以最右侧气体压缩组件3的为例，所述气体压缩组件3包括活塞杆31、活塞缸32、活塞33；所述活塞杆31的底部活动连接连杆41的顶端，所述活塞杆31的中部与填料密封组件5连接，所述活塞33通过螺栓固定连接活塞杆31的顶端，所述活塞缸32远离曲轴箱1的一端设有进气口和出气口；四个气体压缩组件3依次排开，前一个气体压缩组件3的出气口连接后一个气体压缩组件3的进气口。

活塞33的材质可以选用聚四氟乙烯材料制得，具有自润滑功能。

如图5所示，结合图9，所述活塞缸32包括外缸套321、内缸套322、缸盖323，所述外缸套321为两端为空的腔体，所述外缸套321外部具有散热翅片，所述内缸套322为两端为空的腔体，所述外缸套321套接在内缸套322外部，缸盖33固定安装在外缸套321与内缸套322的顶端。外缸套321具有散热翅片有利于散热，内缸套322的内壁对精度要求较高，精度需达到多少等级？，可以将外缸套321与内缸套322根据各自加工的重点分开加工，降低加工难度。

如图6所示，所述缸盖323的两侧安装吸气阀324和排气阀325，如图9所示，缸盖323两侧具有安装吸气阀324或排气阀325的孔，两侧安装孔与内缸套322连通，安装完成吸气阀324和排气阀325后，并由吸气阀阀罩与排气阀阀罩将吸气阀324和排气阀325封装在缸盖323上，吸气阀阀罩与排气阀阀罩上具有通气孔，缸盖323的顶部安装有吊装螺栓，用于吊装时的吊点。

如图7所示，本实施例中，所述曲轴箱1包括上盖11、下盖12，上盖11与下盖12通过螺栓固定连接形成内部为空的腔体，上盖11的两侧具有半圆形孔，顶部具有四个用于连接导向机构4的连接孔，导向机构4与曲轴箱1内部连通，下盖12的两侧具有半圆形孔，底部具有用于安装的支脚，上盖11的半圆形孔与下盖12的半圆形孔对接形成整圆，整圆用于连接波形曲轴2，上盖11与下盖12分体式的结构，便于安装波形曲轴2，完成波形曲轴2后，波形曲轴2的一端通过轴承盖密封，另一端与驱动机构7连接，曲轴箱1上设有多个减重孔。降低曲轴箱1重量，也有利于散热、观察。

结合图5、图8所示，本实施例中，所述波形曲轴2具有四个拐点，波形曲轴2的对称面处具有支撑凸起，支撑凸起通过轴承与曲轴箱1连接，波形曲轴2的两端通过轴承与曲轴箱1的两侧面转动连接，所述气体压缩组件3为四个，每一个气体压缩组件3对应的与波形曲轴2上的一个拐点连接；上述中的轴承均采用封闭的高性能润滑脂润滑，波形曲轴2相较于现有的曲轴采用铸造或锻造的方法经机械一次加工而成，整机结构简单，制造成本低，安装及维护方便，寿命长，安全可靠。

如图3、图5所示，本实施例中的气体压缩组件3为四个，每个气体压缩组件3的零件组成相同，包括依次排列的第一气体压缩组件3′、第二气体压缩组件3″、第三气体压缩组件3″′、第四气体压缩组件3″″；四个所述气体压缩组件3的活塞缸32的内径尺寸逐渐减小，对应的活塞33的内径也逐渐变小，第四气体压缩组件3″″的活塞缸32的内壁精度要求更高，第一个气体压缩组件3′的进气口为氧气入口，第四气体压缩组件3″″的出气口为完成压缩的氧气出口，通过不断的减小容积，实现不断的压缩。

本发明的工作过程：波形曲轴2在驱动机构7的驱动下转动，带动连杆41上下往复运动，连杆41带动活塞杆31以及活塞杆31顶部的活塞33在活塞缸32内同样做上下往复运动，实现吸气、排气，四个气体压缩组件3依次吸气、排气，实现工作的连续性，最终将氧气压缩至所需气压。

本实施例通过填料密封组件5的形式提高活塞杆31与活塞缸32的密封性，并将填料密封组件5安装在活塞缸32与导向机构4之间，增加填料密封组件5与活塞杆31的接触面积，进一步提高密封性，良好的密封性是提高氧气压力的重要保障；通过波形曲轴2上的不同拐点实现多个活塞杆31的往复运动，活塞杆31带动活塞33在活塞缸32内往复运动，使得活塞缸32内容积发生周期变化，氧气依次经过多个气体压缩组件3，压缩机的各个运动副的润滑采用润滑脂，气体经过该压缩机，不接触液体油，不会被污染，实现在全无油润滑压缩环境得到不断增压，使氧气不受污染、保持纯度。

实施例二：

在上述实施例一的基础上，如图2、图5所示，本实施例中所述导向机构4还包括导向气缸42、导向活塞43、活塞销44(图中未示出)，所述导向气缸42为两端为空的腔体，所述连杆41与所述导向活塞43位于导向气缸42内，所述连杆41的顶端通过活塞销44与导向活塞43连接，所述活塞杆31的底端与导向活塞43连接，所述导向气缸42的顶端与填料密封组件5连接，导向气缸42的底部与曲轴箱1连接，所述连杆41的底端与波形曲轴2的拐点处能够转动的连接。

如图2、图8所示，其中所述连杆41底部为环形结构，连杆41的底部通过轴承与波形曲轴2连接。

本实施例中，如图5、结合图10、图11所示，所述填料密封组件5包括填料函底板51、多个填料盒52、两个节流环53、填料函压盖54；所述填料函底板51的底面与导向气缸42的顶端连接，一个节流环53安装在活塞杆31与填料函底板51之间，多个填料盒52依次堆叠在填料函底板51的顶面，填料函压盖54的底面连接最顶处的填料盒52的顶面，填料函压盖54的顶面与活塞缸32的底端连接，另一个节流环53安装在填料函压盖54与活塞杆31之间。通过多个填料盒52增加密封面积，提高密封效果。

实施例三：

如图12、图13所示，本实施例公开全无油氧气压缩装置，包括上述实施例一或实施例二中全无油高压氧气压缩机、底座6、驱动机构7、散热装置8、控制装置9，全无油高压氧气压缩机、驱动机构7、散热装置8、控制装置9均安装在底座6上，驱动机构7驱动连接全无油高压氧气压缩机中的波形曲轴2的一端，散热装置8间隔的安装在全无油高压氧气压缩机的一侧。

驱动机构7包括电机71、主动皮带轮72、从动皮带轮73，通过电机71带动主动皮带轮72转动，主动皮带轮72通过皮带(图中未示出)带动从动皮带轮73转动，继而实现波形曲轴2的转动；驱动机构7处为保证安全，设置一个防护罩74，罩在皮带外围；散热装置8采用现有的风冷或水冷的均可，主要用于气体压缩组件3的散热，故设置在气体压缩组件3的侧面；控制装置9用于控制电机转速、氧气流速等，可采用现有技术。

本实施例中氧气压缩装置，实际使用后可以将氧气压缩至35Mpa，且本装置无附加润滑系统，无填料函密封，结构简单，维护方便，安全可靠；因结构型式自动平衡，压缩机基本无振动，结构紧凑，操作简便，对人的要求较低，外形尺寸小、重量轻，方便做成车载移动。在医疗、消防及军工方面有着广泛的应用前景。

例如：高原地区战士外出巡逻，背负15MPa氧气瓶补氧，若改成30MPa气瓶则巡逻时间及距离都加倍，这意义重大；消防员背负30MPa氧气瓶比15MPa氧瓶，可在火海等危险环境中多坚持一倍的时间，生命更加安全；工业40升瓶若由15MPa压力供氧改为30MPa压力供氧，供氧量提高一倍，运输等相关费用相应减少。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.全无油高压氧气压缩机，其特征在于，包括曲轴箱、波形曲轴、多个气体压缩组件、多个导向机构，多个填料密封组件；波形曲轴的两端能够转动的连接在曲轴箱上，所述波形曲轴为对称结构，波形曲轴具有至少四个拐点，导向机构的底部连接在曲轴箱上，导向机构的顶部连接填料密封组件的底部，填料密封组件的顶部连接气体压缩组件；所述导向机构包括连杆；

所述气体压缩组件包括活塞杆、活塞缸、活塞；所述活塞杆的底部活动连接连杆的顶端，所述连杆的底端与波形曲轴转动连接；所述活塞杆的中部与填料密封组件连接，所述活塞连接活塞杆的顶端，所述活塞缸远离曲轴箱的一端设有进气口和出气口；至少四个气体压缩组件依次排开，前一个气体压缩组件的出气口连接后一个气体压缩组件的进气口。

2.根据权利要求1所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述导向机构还包括导向气缸、导向活塞、活塞销，所述导向气缸为两端为空的腔体，所述连杆与所述导向活塞位于导向气缸内，所述连杆的顶端通过活塞销与导向活塞连接，所述活塞杆的底端与导向活塞连接，所述导向气缸的顶端与填料密封组件连接，导向气缸的底部与曲轴箱连接，所述连杆的底端与波形曲轴的拐点处能够转动的连接。

3.根据权利要求2所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述连杆底部为环形结构，连杆的底部通过轴承与波形曲轴连接。

4.根据权利要求1所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述波形曲轴具有四个拐点，波形曲轴的对称面处具有支撑凸起，支撑凸起通过轴承与曲轴箱连接，波形曲轴的两端通过轴承与曲轴箱的两侧面转动连接，所述气体压缩组件为四个，每一个气体压缩组件对应的与波形曲轴上的一个拐点连接。

5.根据权利要求4所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，四个所述气体压缩组件的活塞缸的内径尺寸逐渐减小，第一个气体压缩组件的进气口为氧气入口，最后一个气体压缩组件的出气口为完成压缩的氧气出口。

6.根据权利要求1所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述填料密封组件包括填料函底板、多个填料盒、两个节流环、填料函压盖；所述填料函底板的底面与导向气缸的顶端连接，一个节流环安装在活塞杆与填料函底板之间，多个填料盒依次堆叠在填料函底板的顶面，填料函压盖的底面连接最顶处的填料盒的顶面，填料函压盖的顶面与活塞缸的底端连接，另一个节流环安装在填料函压盖与活塞杆之间。

7.根据权利要求1所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述活塞缸包括外缸套、内缸套、缸盖，所述外缸套为两端为空的腔体，所述外缸套外部具有散热翅片，所述内缸套为两端为空的腔体，所述外缸套套接在内缸套外部，缸盖固定安装在外缸套与内缸套的顶端。

8.根据权利要求7所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述缸盖上设置吸气阀和排气阀。

9.根据权利要求1所述的全无油高压氧气压缩机，其特征在于，所述曲轴箱包括上盖、下盖，上盖与下盖固定连接形成内部为空的腔体，曲轴箱的两端具有用于连接波形曲轴的连接孔，曲轴箱上设有多个减重孔。

10.全无油高压氧气压缩装置，其特征在于，包括上述权利要求1-8任意一项的全无油高压氧气压缩机，底座、驱动机构、散热装置，全无油高压氧气压缩机、驱动机构、散热装置、控制装置均安装在底座上，驱动机构驱动连接全无油高压氧气压缩机中的波形曲轴的一端，散热装置间隔的安装在全无油高压氧气压缩机的一侧。

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