CN112983780A - 一种具有高速开关阀的补油泵补油液体活塞式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有高速开关阀的补油泵补油液体活塞式压缩机，涉及气体压缩机技术领域。能够精确控制活塞组件的位移和速度，并通过补油泵及时给压缩机补充油液，保证活塞组件能够到达上、下极限位置，且不会出现较大速度碰撞。该压缩机包括驱动柱塞泵、增压缸和控制器。增压缸被活塞组件分隔为压缩腔和液压腔，活塞组件的上端设有位移传感器，液压腔的油口分为两路，其中一路通过第二单向阀连接驱动柱塞泵，另一路依次连接高速开关阀和油箱；驱动柱塞泵还通过第三单向阀和补油泵连接油箱；控制器能够接收位移传感器传输的位移信号，并判断活塞组件是否处于上极限位置或下行状态，若是，则开启高速开关阀。

Description

一种具有高速开关阀的补油泵补油液体活塞式压缩机
技术领域
本申请涉及气体压缩机技术领域，尤其涉及一种具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机。
背景技术
目前，国内外常用的压缩机大多采用机械式结构，由于机械式压缩机的整体结构较为复杂，传动系统庞大，因此，其在较高压环境下的使用寿命较短，传动效率较低。另外，在工作过程中由于传动结构的往复运动及高交变的作用下，机械式压缩机的噪声较大。因此，近年来，在较高压力的场合常应用液压式压缩系统。然而现有的液压式压缩系统存在以下几个方面的问题：
1、由于压缩机活塞位置、速度无法实时控制，因此，容易导致压缩机的压缩过程不可控。具体的，在某些情况下，压缩机可能因为油液泄漏无法每次到达相同的上下限位置，导致压缩效率降低，压缩机能量利用率大大降低，并造成较大气体输出脉动和压缩机的较大振动；在另一些情况下，则可能出现活塞以较大速度撞向上下限位置，这不仅会造成了极大的振动，还会大大缩短压缩机各部件的使用寿命。
2、现有的液体活塞压缩机如果不使用离子液隔绝液压油和被压缩气体，就会出现液压油污染被压缩气体的问题，而当前使用的离子液普遍有腐蚀性大、环境污染性大等缺点。
发明内容
本申请的实施例提供一种具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，能够精确控制活塞组件的位移和速度，并通过补液泵及时给压缩机补充油液，保证活塞组件每次都能到达上、下极限位置，且不会出现较大速度碰撞。
为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，包括驱动柱塞泵、压缩单元和控制器；所述压缩单元包括增压缸，所述增压缸包括密封腔，所述密封腔内设有活塞组件，所述密封腔被所述活塞组件分隔为压缩腔和位于所述压缩腔下部的液压腔；所述活塞组件位于所述压缩腔的一端设有位移传感器；所述液压腔的油口分为两路，其中一路通过第二单向阀连接驱动柱塞泵，另一路依次连接高速开关阀和油箱；所述驱动柱塞泵还通过第三单向阀和补油泵连接所述油箱所述第二单向阀的入口均朝向所述驱动柱塞泵，所述第三单向阀的入口朝向所述补油泵；所述驱动柱塞泵能够驱动所述活塞组件向靠近所述压缩腔的方向运动，并在所述活塞组件下行时将所述液压腔排出的液体吸入柱塞腔内；所述驱动柱塞泵的排量大于所述液压腔的容积；所述控制器能够接收所述位移传感器传输的位移信号，并判断所述活塞组件是否处于上极限位置或下行状态，若是，则开启所述高速开关阀。
进一步地，还包括设置在所述第三单向阀的入口处的蓄能器。
进一步地，还包括与所述高速开关阀并联设置的泄流阀。
进一步地，所述压缩单元为多个，多个所述压缩单元串联设置，位于首端的所述压缩单元的进气口用于连通气源，位于末端的所述压缩单元的排气口连通储气瓶。
进一步地，所述驱动柱塞泵为多缸径向柱塞泵，所述驱动柱塞泵的缸数与所述压缩单元的数量相等，且所述驱动柱塞泵的柱塞与所述压缩单元一一对应。
进一步地，所述活塞组件靠近所述液压腔的一端设有缓冲轴，所述液压腔内设有缓冲槽盘，所述缓冲槽盘上设有与所述缓冲轴相适配的通孔，所述缓冲槽盘将所述液压腔分隔为主液压腔和缓冲液压腔，所述补油泵的吸油口连通所述油箱，所述补油泵的排油口连接所述第三单向阀的入口，所述第三单向阀的出口连接所述驱动柱塞泵的油口；所述高速开关阀的入口连接所述主液压腔的油口，所述高速开关阀的出口均连通所述油箱；所述缓冲液压腔的油口连接所述可调节流阀的入口，所述可调节流阀的出口连接所述高速开关阀的入口；所述第二单向阀的入口连接所述驱动柱塞泵的油口，所述第二单向阀的出口连接第四单向阀的入口，所述第四单向阀的出口连接缓冲液压腔的油口。
进一步地，所述活塞组件为工字型活塞组件。
进一步地，所述压缩单元包括第一缸筒，所述活塞组件包括第一活塞，所述第一活塞能够在所述第一缸筒内移动，所述第一缸筒的外侧设有水套，所述第一缸筒与所述水套之间形成冷却液密封腔。
进一步地，所述第一缸筒的口部设有上端盖，所述上端盖的底面上设有限位轴，所述限位轴与所述活塞组件同轴设置且位于所述活塞组件的上方。
进一步地，所述活塞组件还包括第一连接轴和第二活塞，所述第一连接轴设置在所述第二活塞和所述第一活塞之间，所述第二活塞和所述第一连接轴通过螺杆连接；所述压缩单元还包括第二缸筒，所述第二活塞能够在所述第二缸筒内移动，所述第二缸筒和所述第一缸筒通过连接法兰连接，所述第一连接轴能够在所述连接法兰的内孔中移动
本申请相比现有技术具有以下有益效果：
1、本申请通过位移传感器实时检测活塞组件的位置，并通过补油泵和油箱及时给驱动柱塞泵中补充液压油，在实现了实时精确控制活塞组件的位移、速度的前提下，既保证了活塞组件每次都能到达上下限位置，又保证了活塞组件不会出现较大速度碰撞。
2、本申请进气过程排出的液压油进入油箱后再进行循环，由于油箱的散热面积较大，因此压缩机的冷却效果也更好。
3、本申请通过与高速开关阀并联设置泄流阀，以及在第三单向阀的入口处设置蓄能器，进一步提高了压缩机的安全性和稳压效果。
4、本申请通过与驱动柱塞数目相匹配的压缩级数，实现多级压缩，分配到每一级的压缩级数较低，使压缩过程更贴近等温压缩，提高了压缩效率和能量利用率。
5、本申请通过高速开关阀控制流量，进而控制活塞组件向上运动的位移-时间关系，提高压缩机的压缩效率。
6、本申请通过采用单向缓冲结构，在不损耗压气阶段的能量的情况下，实现了压缩机进气阶段的缓冲功能，保证压缩机不会因为高进气压力而撞向第二缸筒的底部，实现了压缩机的安全、低振动工作。
7、本申请采用工字型活塞隔绝液压油和压缩腔，既避免了液压油污染被压缩气体，又免除了使用离子液带来的对压缩机的腐蚀和对环境的污染。
8、本申请在第一缸筒的外侧设置水套，使第一缸筒与水套之间形成用于冷却压缩腔的冷却液密封腔，压缩腔的散热效果更好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例压缩机的原理图；
图2为本申请一个实施例压缩机中单个压缩单元中增压泵的结构示意图；
图3为本申请一个实施例压缩机中单个压缩单元的液压系统原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1至图3，本申请实施例提供了一种具有高速开关阀的补油泵补油液体活塞式压缩机，该压缩机包括驱动柱塞泵2、压缩单元1和控制器(图中未示)。压缩单元1可以为一个，也可以为多个，当压缩单元1为多个时，驱动柱塞泵2为径向柱塞泵，驱动柱塞泵2的缸数与压缩单元1的数量相等，且驱动柱塞泵2的柱塞与压缩单元1一一对应。以下以压缩单元1为五个为例进行描述。
参照图1，该压缩机为五级压缩型超高压压缩机，压缩单元1为五个，五个压缩单元1串联设置，位于首端的压缩单元1的进气口连通气源(图中未示)，位于末端的压缩单元1的排气口连通储气瓶4。每个压缩单元1的进气口和排气口均设有第一单向阀3。第一单向阀3用于实现压缩机的进气和压缩过程。每一级压缩完的气体被导入下一级继续压缩，最终压缩得到的超高压气体被送入储气瓶4中储存。
参照图1和图2，每个压缩单元1均包括一个增压缸5，增压缸5包括第一缸筒6和设置在第一缸筒6下部的第二缸筒7，第一缸筒6和第二缸筒7之间设有法兰8，第一缸筒6和法兰8之间通过第一螺纹盘9连接，第二缸筒7和法兰8之间通过第二螺纹盘10连接。第一缸筒6和第二缸筒7共同形成密封腔，密封腔内设有活塞组件11，活塞组件11为工字型，密封腔被活塞组件11分隔为压缩腔12和液压腔13。其中，压缩腔12位于第一缸筒6内，液压腔13位于第二缸筒7内。活塞组件11包括第一活塞14和第二活塞15，第一活塞14能够在第一缸筒6内移动，第二活塞15能够在第二缸筒7内移动，第一活塞14和第二活塞15之间设有第一连接轴16，第二活塞15和第一连接轴16通过螺杆17连接。第一连接轴16能够在法兰8的内孔中移动。第一活塞14与第一缸筒6之间设有第三密封圈32和两个第一密封环33。第二活塞15与第二缸筒7之间设有第四密封圈34和两个第二密封环35。第一活塞14上设有位移传感器18。第二活塞15上设有缓冲轴19。驱动柱塞泵2能够驱动活塞组件11上行，并在活塞组件11下行时将液压腔13排出的液体吸入柱塞腔内。
压缩腔12的口部设有上端盖20，上端盖20的底面上设有限位器21，具体的，限位器21为限位轴，限位轴与活塞组件11同轴设置且位于活塞组件11的上方。限位轴与第一缸筒6之间通过第一密封件22密封。
第一缸筒6的外侧设有水套23，第一缸筒6与水套23之间通过两个第二密封件24密封，第一缸筒6与水套23之间形成冷却液密封腔。
第二缸筒7的底部由上至下依次连接连接盘25、进油盘26、缓冲槽盘27和底座28。缓冲槽盘27上设有与缓冲轴19相适配的通孔29，缓冲槽盘27将液压腔13分隔为主液压腔30和缓冲液压腔31。
参照图3，补油泵42的吸油口连通油箱43，补油泵42的排油口和蓄能器40的油口均连接第三单向阀39的入口，第三单向阀39的出口连接驱动柱塞泵2的油口。
高速开关阀36的入口和泄流阀44的入口均连接主液压腔30的油口，高速开关阀36的出口和泄流阀44的出口均连通油箱43。
缓冲液压腔31的油口连接可调节流阀37的入口，可调节流阀37的出口分别连接高速开关阀36的入口和泄流阀44的入口。
第二单向阀38的入口连接驱动柱塞泵2的油口，第二单向阀38的出口连接第四单向阀41的入口，第四单向阀41的出口连接缓冲液压腔31的油口。
气动柱塞泵2的单个柱塞的排量大于液压腔13的容积，控制器能够接收位移传感器18传输的位移信号，并判断活塞组件11是否处于上极限位置或下极限位置，若是，则开启高速开关阀36。
本申请实施例不仅通过活塞组件11将液压腔13和压缩腔12分隔，阻止了液压油对被压缩气体的污染，而且考虑到液压油路和压缩机内可能存在泄漏，柱塞腔内的液压油的排出量略大于液压腔13内的液压油的最大容积，还通过设置位移传感器18控制高速开关阀36开关，起到优化压缩机压缩行程、进气阶段回油和对整个液压系统补油的作用。
参照图1至图3，本申请实施例一种具有高速开关阀的补油泵补油液体活塞式压缩机的工作原理如下：
进气过程中，高速开关阀36和补油泵42均处于开启状态，且补油泵42持续开启。外部气源中的带压气体打开增压泵进气口的第一单向阀3后，推动活塞组件11下行，位移传感器18实时采集活塞组件11的位移信号，并发送给控制器，增压泵的液压腔13内的液压油，由主液压腔30的油口流出后通过高速开关阀36进入油箱43中。当活塞组件11到达下极限位置时，控制器控制高速开关阀36关闭，油箱43中的液压油进入驱动柱塞泵2内，对驱动柱塞泵2内的液压油进行补充。
在进气过程中，当缓冲轴19进入缓冲槽盘27的通孔29之前，液压油经主液压腔30的油口流出，不起缓冲作用。当在缓冲轴19进入缓冲槽盘27的通孔29后，主液压腔30内的液压油继续由主液压腔30的油口流出，缓冲液压腔31内的液压油经可调节流阀37节流后再经高速开关阀36进入油箱43中，形成瞬时高压，起缓冲作用。
压气过程中，高速开关阀36关闭，驱动柱塞泵2内的液压油经第二单向阀38后再由主液压腔30的油口进入液压腔13内，或经过第二单向阀38后再通过第四单向阀41后由缓冲液压腔31的油口进入液压腔13内驱活塞组件11上行，直至活塞组件11上行至上极限位置时，控制器控制高速开关阀36打开，主液压腔30开始排油，活塞组件11下行，继续重复进气过程。每一级压缩完的气体被导入下一级继续压缩，最终压缩得到的超高压气体被送入储气瓶4中储存。
在整个进气及压缩过程中，蓄能器40和泄流阀43均可以保证整个液压系统压力稳定，提高压缩机的使用安全性。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，
包括驱动柱塞泵、压缩单元和控制器；
所述压缩单元包括增压缸，所述增压缸包括密封腔，所述密封腔内设有活塞组件，所述密封腔被所述活塞组件分隔为压缩腔和位于所述压缩腔下部的液压腔；所述活塞组件位于所述压缩腔的一端设有位移传感器；所述液压腔的油口分为两路，其中一路通过第二单向阀连接驱动柱塞泵，另一路依次连接高速开关阀和油箱；所述驱动柱塞泵还通过第三单向阀和补油泵连接所述油箱；所述第二单向阀的入口均朝向所述驱动柱塞泵，所述第三单向阀的入口朝向所述补油泵；
所述驱动柱塞泵能够驱动所述活塞组件向靠近所述压缩腔的方向运动，并在所述活塞组件下行时将所述液压腔排出的液体吸入柱塞腔内；所述驱动柱塞泵的排量大于所述液压腔的容积；
所述控制器能够接收所述位移传感器传输的位移信号，并判断所述活塞组件是否处于上极限位置或下行状态，若是，则开启所述高速开关阀。
2.根据权利要求1所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，还包括设置在所述第三单向阀的入口处的蓄能器。
3.根据权利要求1所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，还包括与所述高速开关阀并联设置的泄流阀。
4.根据权利要求1～3任一所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，所述压缩单元为多个，多个所述压缩单元串联设置，位于首端的所述压缩单元的进气口用于连通气源，位于末端的所述压缩单元的排气口连通储气瓶。
5.根据权利要求4所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，所述驱动柱塞泵为多缸径向柱塞泵，所述驱动柱塞泵的缸数与所述压缩单元的数量相等，且所述驱动柱塞泵的柱塞与所述压缩单元一一对应。
6.根据权利要求1所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，
所述活塞组件靠近所述液压腔的一端设有缓冲轴，所述液压腔内设有缓冲槽盘，所述缓冲槽盘上设有与所述缓冲轴相适配的通孔，所述缓冲槽盘将所述液压腔分隔为主液压腔和缓冲液压腔，所述补油泵的吸油口连通所述油箱，所述补油泵的排油口连接所述第三单向阀的入口，所述第三单向阀的出口连接所述驱动柱塞泵的油口；所述高速开关阀的入口连接所述主液压腔的油口，所述高速开关阀的出口均连通所述油箱；所述缓冲液压腔的油口连接可调节流阀的入口，所述可调节流阀的出口连接所述高速开关阀的入口；所述第二单向阀的入口连接所述驱动柱塞泵的油口，所述第二单向阀的出口连接第四单向阀的入口，所述第四单向阀的出口连接缓冲液压腔的油口。
7.根据权利要求1所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞组件为工字型活塞组件。
8.根据权利要求1所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，所述压缩单元包括第一缸筒，所述活塞组件包括第一活塞，所述第一活塞能够在所述第一缸筒内移动，所述第一缸筒的外侧设有水套，所述第一缸筒与所述水套之间形成冷却液密封腔。
9.根据权利要求8所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，所述第一缸筒的口部设有上端盖，所述上端盖的底面上设有限位轴，所述限位轴与所述活塞组件同轴设置且位于所述活塞组件的上方。
10.根据权利要求9所述的具有高速开关阀的补液泵补油液体活塞式压缩机，其特征在于，
所述活塞组件还包括第一连接轴和第二活塞，所述第一连接轴设置在所述第二活塞和所述第一活塞之间，所述第二活塞和所述第一连接轴通过螺杆连接；
所述压缩单元还包括第二缸筒，所述第二活塞能够在所述第二缸筒内移动，所述第二缸筒和所述第一缸筒通过连接法兰连接，所述第一连接轴能够在所述连接法兰的内孔中移动。
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Assignee: JIANGSU DALONGKAI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: XI'AN JIAOTONG University

Contract record no.: X2023980034024

Denomination of invention: A Liquid Piston Compressor with High Speed On/Off Valve for Oil Replenishment Pump and Oil Replenishment

Granted publication date: 20220111

License type: Common License

Record date: 20230324