CN113236539A - 一种隔膜压缩机膜头组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种隔膜压缩机膜头组件，涉及隔膜压缩机技术领域。不仅能够同时满足膜头的高强度、高抗腐蚀性要求，而且降低了气阀底座的加工难度，节省了成本，同时还解决了散热问题。该膜头组件包括沿轴向依次设置的气侧缸盖和油侧膜头；气侧缸盖和油侧膜头之间设置配气盘和膜片，配气盘和膜片被夹紧在气侧缸盖和油侧膜头之间，且膜片与配气盘和油侧膜头之间分别形成气侧膜腔和油侧膜腔；配气盘上开设进气阀安装部和排气阀安装部；进气阀安装部密封连接进气阀；排气阀安装部密封连接排气阀；排气阀安装部的外周设有至少一层冷却水道。本申请用于提升隔膜压缩机的性能。

Description

一种隔膜压缩机膜头组件

技术领域

本申请涉及隔膜压缩机技术领域，尤其涉及一种隔膜压缩机膜头组件。

背景技术

隔膜压缩机是一种容积式压缩机，由于其密封性好、压力范围广、压缩比较大，因此被广泛应用于加氢站等石油化工领域中压缩输送各种高纯气体、贵重稀有气体、有毒有害气体和腐蚀性气体。

现有技术中的隔膜压缩机膜头主体一般由气侧膜头、油侧膜头和膜片组成。气侧膜头与油侧膜头将膜片夹在中间，并通过螺栓连接。膜片周边部分被油气侧膜头固支，膜片的中间部分分别与油、气侧膜头构成油侧膜腔和气侧膜腔。油侧膜腔内充满液压油，气侧膜腔内为被压缩工质。油活塞推动油侧膜腔内液压油进而驱动膜片变形压缩气侧膜腔实现工质的压缩。隔膜压缩机中的压缩工质与液压油被膜片隔开，可以保证被压缩工质的纯净度和密封性。

由于气侧膜头与被压缩工质接触，用于加氢站的隔膜压缩机中的气侧膜头为临氢环境，因此需要选用耐氢脆材料，行业内一般选用不锈钢，但不锈钢强度低、导热性差、价格高。而为了满足膜头的强度和刚度要求要求，膜头会设计的非常厚，这就会导致气侧膜头散热效果变差，热应力过高，同时，过厚的膜头也使得在膜头内加工气阀底座更加困难，整机成本也大幅提高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供一种隔膜压缩机膜头组件，不仅能够同时满足膜头的高强度、高抗腐蚀性要求，而且降低了气阀底座的加工难度，节省了成本，同时还解决了散热问题。

为了达到上述目的，本申请的实施例提供了一种隔膜压缩机膜头组件，包括沿轴向依次设置的气侧缸盖和油侧膜头；所述气侧缸盖和所述油侧膜头之间设置配气盘和膜片，所述配气盘和所述膜片被夹紧在所述气侧缸盖和油侧膜头之间，且所述膜片与所述配气盘和所述油侧膜头之间分别形成气侧膜腔和油侧膜腔；所述配气盘上开设进气阀安装部和排气阀安装部；所述进气阀安装部密封连接进气阀；所述排气阀安装部密封连接排气阀；所述排气阀安装部的外周设有至少一层冷却水道。

进一步地，所述冷却水道包括四个连通的子冷却水道，四个所述子冷却水道形成“井”字型。

进一步地，四个所述子冷却水道均为盲孔，相互平行的两个所述子冷却水道内的冷却水的流向相同，相互平行的两个所述子冷却水道的水道口分别位于所述排气阀安装部的两侧，且分别为进水口或排水口，两个所述进水口所在的子冷却水道的交叉点与两个所述进水口之间的距离相等。

进一步地，四个所述子冷却水道均贯通所述配气盘的外侧面，相互平行的两个子冷却水道内的冷却水的流向相反。

进一步地，四个所述子冷却水道的中心线均与所述配气盘的轴线垂直。

进一步地，所述冷却水道靠近所述排气阀安装部设置。

进一步地，所述冷却水道为多层，多层所述冷却水道沿所述排气阀安装部的中心线依次设置。

进一步地，所述进气阀的入口连接进气管，所述进气阀的两端设有第一外锥面，所述进气阀安装部和所述进气管的口部均设有与所述第一外锥面相适配的第一内锥面，所述第一外锥面与所述第一内锥面之间设有第一密封圈；所述排气阀的入口连接排气管，所述排气阀的两端设有第二外锥面，所述排气阀安装部和所述排气管的口部均设有与所述第二外锥面相适配的第二内锥面，所述第二外锥面与所述第二内锥面之间设有第二密封圈。

进一步地，所述气侧缸盖的上表面上设有气阀压板，所述气阀压板和所述气侧缸盖上均设有通孔，气阀压紧螺栓依次穿过所述气阀压板和所述气侧缸盖的通孔后连接在所述配气盘上；所述进气阀和所述进气管被压紧在所述气阀压板和所述配气盘之间；所述排气阀和所述排气管被压紧在所述气阀压板和所述配气盘之间。

进一步地，所述配气盘的外径小于所述气侧缸盖的外径，所述配气盘与所述气侧缸盖通过一组配气盘连接螺栓连接，且所述配气盘连接螺栓的中心线与所述配气盘的中心线平行；所述气侧缸盖的底面上设有与所述配气盘的外径相适配的凹槽，所述配气盘与所述气侧缸盖连接后所述配气盘的上端进入所述凹槽内。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请采用气侧缸盖和配气盘的组合结构代替现有技术中一体式的气侧膜头，并在配气盘中排气阀安装部的外周设置冷却水道，增强换热效果，这样，气侧缸盖可以选用强度更高的材质，而配气盘可以根据输送的压缩介质所需的要求来选择材质，由此，不仅能够同时满足膜头的高强度、高抗腐蚀性要求，而且降低了气阀底座的加工难度，节省了成本，同时有效降低了中心高温区的温度和热应力水平。

2、本申请中的进气阀气阀和排气阀均与配气盘上的进、排气阀安装部以及进、排气接管之间采用“锥面+O型圈”的密封形式，能够增强密封的可靠性，满足加氢站氢压机对密封性能的要求。

3、本申请中压紧进气阀和排气阀的气阀压紧螺栓穿过气侧缸盖连接在配气盘上，进气阀和排气阀作用在配气盘上的压力和气阀压紧螺栓作用于配气盘上的拉力平衡，由此，压紧进气阀和排气阀的同时不会给配气盘施加额外的力，不会使配气盘向膜腔内变形。

4、本申请中高精度的加工部分如膜腔、气阀底座，还有冷却水道都布置在配气盘上，较小的配气盘体积也便于加工，尤其是加工气阀底座时避免了在气侧膜头上加工深孔，也更能保证气阀底座的加工精度，保证密封效果。

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为本申请实施例隔膜压缩机膜头组件的结构示意图；

图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；

图3为图1中Ⅱ处的局部放大图；

图4为本申请一个实施例中配气盘中的冷却水道的结构示意图；

图5为本申请一个实施例中的冷却水流向示意图；

图6为本申请另一个实施例中配气盘中的冷却水道的结构示意图；

图7为本申请另一个实施例中的冷却水流向示意图。

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。

加氢站用隔膜压缩机需要排气压力到45MPa或90MPa，且膜头部件多为临氢环境，对膜头组件的耐压能力、耐氢脆能力、密封能力都有更高的要求，传统的隔膜压缩机膜头结构和设计方法不再适用于加氢站高压氢气隔膜压缩机。氢气隔膜压缩机气侧膜头需要选用耐氢脆材料，行业内普遍选用不锈钢，其强度较低、价格高、导热性差，为使膜头能够承受足够高的压力负载，一般将膜头设计的非常厚，使膜头散热进一步恶化，导致气侧膜头排气孔口温度过高，热应力超限，同时过厚的膜头使成本增大，也不利于膜头内部气阀底座密封面的加工。

参照图1，本申请实施例提供了一种隔膜压缩机膜头组件，包括沿轴向依次设置的气侧缸盖1和油侧膜头2。气侧缸盖1和油侧膜头2之间设置配气盘3和膜片4。配气盘3和膜片4被夹紧在气侧缸盖1和油侧膜头2之间，且膜片4周边固支，膜片4中部与配气盘3和油侧膜头2之间分别形成气侧膜腔和油侧膜腔。油侧膜头4内部设置有油缸套20，油缸套20通过油缸套压板21和油缸套压紧螺栓22与油侧膜头4可拆卸地固定。参照图2和图3，配气盘3上开设进气阀安装部301和排气阀安装部302，进气阀安装部301和排气阀安装部302分别形成进气阀底座和排气阀底座，进气阀安装部301密封连接进气阀5，排气阀安装部302密封连接排气阀6。其中，进气阀5和排气阀6的结构相同，进气阀安装部301和排气阀安装部302的结构也相同。根据膜腔温度场分布特点与隔膜压缩机热流密度分布特征，本申请实施例还在排气阀安装部302的外周设有至少一层冷却水道303。

由此，气侧缸盖1可以选用强度更高的材质，而配气盘3可以根据输送的压缩介质所需的要求来选择材质，例如，耐氢材质，这样，本申请实施例不仅能够同时满足膜头的高强度、高抗腐蚀性要求，而且降低了气阀底座的加工难度，节省了成本。同时，由于排气孔处(排气阀安装部302)是配气盘3的核心高温区，温度最高、热应力最大，冷却水道303将排气孔包围，最大程度上增强了换热效果，有效降低了中心高温区的温度和热应力水平。

参照图1，气侧缸盖1和配气盘3通过止口保持对中性，并通过配气盘连接螺栓17连接在一起，由此，可以防止配气盘3在工作过程中向腔内变形。具体的，配气盘3的外径小于气侧缸盖1的外径，配气盘3的顶面上设有螺纹孔，气侧缸盖1内设有通孔，配气盘连接螺栓17穿过通孔后与配气盘3紧固。配气盘连接螺栓17的中心线与配气盘3的中心线平行，气侧缸盖1的底面上设有与配气盘3的外径相适配的凹槽101，配气盘3与气侧缸盖1连接后配气盘3的上端进入凹槽101内。

继续参照图1，为了在安装时便于定位，气侧缸盖1和油侧膜头2通过主螺栓8可拆卸连接，且通过至少两个定位销筒7定位。具体的，以主螺栓8的数量为十六个为例进行说明。气侧缸盖1上设有十四个通孔和两个第一台阶孔102，油侧膜头2上也设有十四个通孔和两个第二台阶孔201，第一台阶孔102的大孔靠近第二台阶孔201的大孔，其中两个主螺栓8的螺纹端依次穿过第一台阶孔102和第二台阶孔201后与对应的主螺母18紧固。主螺栓8的外侧套设定位销筒7，定位销筒7的一部分位于第二台阶孔201的大孔内，定位销筒7的另一部分位于第二台阶孔201的大孔内。

参照图1至图3，进气阀5的入口连接进气管9，气侧缸盖1和配气盘3上均设有用于安装进气管9的通孔，进气阀5的两端设有第一外锥面51，进气阀安装部301和进气管9的口部均设有与第一外锥面51相适配的第一内锥面10，第一外锥面51与第一内锥面10之间设有第一密封圈12。

排气阀6的入口连接排气管13，气侧缸盖1和配气盘3上也均设有用于安装排气管13的通孔，排气阀6的两端设有第二外锥面61，排气阀安装部302和排气管13的口部均设有与第二外锥面61相适配的第二内锥面14，第二外锥面61与第二内锥面14之间设有第二密封圈15。

由此，进气阀5与配气盘3上的进气阀底座以及进气管9之间形成密封锥面。两锥面在接触时会形成一道密封线，与平面密封相比，更能保证密封可靠性，在密封锥面上再设置一道O型圈，采用“锥面+O型圈”的密封形式，进一步增强密封可靠性，满足加氢站氢压机对密封性能的要求。同理，排气阀6与配气盘3上的排气阀底座以及排气管13之间也采用“锥面+O型圈”的密封形式，此处不再详述。

参照图1至图3，由于直接通过螺栓连接气侧缸盖1和油侧膜头2来压紧进气阀5或排气阀6时，压紧进、排气阀时会给配气盘3施加一个指向膜腔的压紧力，使配气盘3更容易向膜腔内变形，使膜腔内部凸起，加速膜片4损坏。因此，本申请实施例在气侧缸盖1的上表面上设有气阀压板16，气阀压板16、气侧缸盖1和配气盘3通过一组气阀压紧螺栓19连接，进气阀5和进气管9被压紧在气阀压板16和配气盘3之间。具体的，气阀压板16和气侧缸盖1上均设有通孔，气阀压紧螺栓19依次穿过气阀压板16和气侧缸盖1的通孔后连接在配气盘3上。排气阀6和排气管13也被压紧在气阀压板16和配气盘3之间。由此，进气阀5和排气阀6作用在配气盘3上的压力和气阀压紧螺栓19作用于配气盘3上的拉力平衡，可将配气盘3、进排气阀、进排气管、气阀压板16和气阀压紧螺栓19作为一个整体，压紧进排气阀的同时不会给配气盘3施加额外的力，可以延长膜片4的使用寿命。

为了使冷却效果更好且便于加工，参照图4和图5，在一些实施例中，冷却水道303包括四个连通的子冷却水道，四个子冷却水道形成“井”字型。被压缩后的高温工质持续地从配气盘3中心的排气孔处流出，配气盘3中心排气孔处是温度最高、热应力最大的区域，冷却水道303应尽量增大与中心区域的换热面积，“井”字型结构使水道在整个配气盘3上近似均匀分布，在冷却中心高温区的同时也可使整个配气盘3温度降低，能有效地减小进气过程中的进气加热，使排气温度降低，从源头解决排气温度过高，导致膜头热应力过大的问题。

在另一些实施例中，冷却水道303也可以包括三个或五个连通的子冷却水道，多个子冷却水道的中部形成三角形或多边形，子冷却水道的数量此处不做限制。

具体的，当子冷却水道为四个时，为使冷却效果最好，应使冷却水尽量在水道内充分流动。参照图4，在一些实施例中，四个子冷却水道均为盲孔，相互平行的两个子冷却水道内的冷却水的流向相同，相互平行的两个子冷却水道的水道口分别位于排气阀安装部的两侧，且分别为进水口或排水口，两个进水口所在的子冷却水道的交叉点与两个进水口之间的距离相等。两个排水口所在的子冷却水道的交叉点与两个排水口之间的距离也相等。为了便于描述，四个子冷却水道分别记为3031、3032、3033和3034，四个水道口分别记为3032a、3032b、3032c和3032d。例如，水道口3032a和水道口3032b均为进水口，水道口3032c和水道口3032d均为排水口，由此，各子冷却水道内的冷却水的行程最大，冷却效果最好。参照图5，需要说明的是，对于卧式膜头，水道口有上下位置的区别，应从下部的水道口进水，从上部的水道口出水，例如，由水道口3032a和水道口3032b进水，由水道口3032c和水道口3032d排水。对于立式膜头，水道位于同一平面，可以由子由水道口3032a和水道口3032b进水，也可以由水道口3032c和水道口3032d进水。

参照图6和图7，对于压比较高，对膜头冷却要求更高的机型，四个子冷却水道均贯通配气盘的外侧面，可以减小水道在配气盘3中的死水区。为了使冷却水尽量在水道内充分流动，相互平行的两个子冷却水道内的冷却水的流向相反。为了便于描述，四个子冷却水道的入口分别记为3033a、3033b、3033c和3033d；四个子冷却水道的八个水道口分别记为3034a、3034b、3034c、3034d、3034e、3034f、3034g、3034h。从任意对角的四个水道口如3034a、3034b、3034e和3034f进水，从另外对角的四个水道口3034c、3034d、3034g和3034h出水，由此，各子冷却水道内的冷却水的行程最大，冷却效果最好。

为了便于加工，四个子冷却水道的中心线均与配气盘3的轴线垂直。为了增强冷却效果，四个子冷却水道均靠近排气阀安装部302设置。

为了进一步增强冷却效果，冷却水道303可以为多层，多层冷却水道303沿排气阀安装部302的中心线依次设置。

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)

1.一种隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，包括沿轴向依次设置的气侧缸盖和油侧膜头；

所述气侧缸盖和所述油侧膜头之间设置配气盘和膜片，所述配气盘和所述膜片被夹紧在所述气侧缸盖和油侧膜头之间，且所述膜片与所述配气盘和所述油侧膜头之间分别形成气侧膜腔和油侧膜腔；

所述配气盘上开设进气阀安装部和排气阀安装部；所述进气阀安装部密封连接进气阀；所述排气阀安装部密封连接排气阀；

所述排气阀安装部的外周设有至少一层冷却水道。

2.根据权利要求1所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，所述冷却水道包括四个连通的子冷却水道，四个所述子冷却水道形成“井”字型。

3.根据权利要求2所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，四个所述子冷却水道均为盲孔，相互平行的两个所述子冷却水道内的冷却水的流向相同，相互平行的两个所述子冷却水道的水道口分别位于所述排气阀安装部的两侧，且分别为进水口或排水口，两个所述进水口所在的子冷却水道的交叉点与两个所述进水口之间的距离相等。

4.根据权利要求2所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，四个所述子冷却水道均贯通所述配气盘的外侧面，相互平行的两个子冷却水道内的冷却水的流向相反。

5.根据权利要求3或4所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，四个所述子冷却水道的中心线均与所述配气盘的轴线垂直。

6.根据权利要求1所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，所述冷却水道靠近所述排气阀安装部设置。

7.根据权利要求1所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，所述冷却水道为多层，多层所述冷却水道沿所述排气阀安装部的中心线依次设置。

8.根据权利要求1所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，

所述进气阀的入口连接进气管，所述进气阀的两端设有第一外锥面，所述进气阀安装部和所述进气管的口部均设有与所述第一外锥面相适配的第一内锥面，所述第一外锥面与所述第一内锥面之间设有第一密封圈；

所述排气阀的入口连接排气管，所述排气阀的两端设有第二外锥面，所述排气阀安装部和所述排气管的口部均设有与所述第二外锥面相适配的第二内锥面，所述第二外锥面与所述第二内锥面之间设有第二密封圈。

9.根据权利要求8所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，所述气侧缸盖的上表面上设有气阀压板，所述气阀压板和所述气侧缸盖上均设有通孔，气阀压紧螺栓依次穿过所述气阀压板和所述气侧缸盖的通孔后连接在所述配气盘上；所述进气阀和所述进气管被压紧在所述气阀压板和所述配气盘之间；所述排气阀和所述排气管被压紧在所述气阀压板和所述配气盘之间。

10.根据权利要求9所述的隔膜压缩机膜头组件，其特征在于，所述配气盘的外径小于所述气侧缸盖的外径，所述配气盘与所述气侧缸盖通过一组配气盘连接螺栓连接，且所述配气盘连接螺栓的中心线与所述配气盘的中心线平行；所述气侧缸盖的底面上设有与所述配气盘的外径相适配的凹槽，所述配气盘与所述气侧缸盖连接后所述配气盘的上端进入所述凹槽内。

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