CN114215725A - 一种两级压缩隔膜压缩机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两级压缩隔膜压缩机系统，待压缩气体从进气口进入一级压缩组件，压缩后经过第一套管式冷却器冷却，再通入二级压缩组件，压缩后的气体经过第二套管式冷却器冷却，最终从排气口排出。油路系统具有正常工作补油和停机维修两种状态，通过控制第一换向阀与第二换向阀的阀位、电机的转向和启停、以及截止阀的开关，实现正常补油和快速卸油。本发明公开的压缩机系统可通过液压油路中的加热器和冷却器保证液压油油温处于允许范围内。将两级压缩缸头的冷却液入口、出口易和液压油冷却液的入口、出口分别并联，降低了冷却管路复杂度，便于集中管理。补油过程通过两个过滤器对液压油过滤，防止了液压油中脱落的金属颗粒对膜片油侧不断冲击和磨损。在两级压缩的管路中增加了放空管路与减压回路，可在一定程度上避免了隔膜压缩机的频繁启停，延长了膜片的使用寿命。

Description

一种两级压缩隔膜压缩机系统
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种两级压缩隔膜压缩机系统。
背景技术
隔膜压缩机是一种特殊类型的容积式压缩机。其工作原理为，活塞推动气缸油腔中的液压油，膜片在膜腔中做往复运动，以改变气缸内的工作容积，在吸、排气阀的配合下完成周期性工作。在隔膜压缩机的液压油循环系统中，通过油路补偿经过液压活塞环泄漏的油液，并通过在油压缸头上安装随动阀以调节油缸内工作压力。
隔膜压缩机具有密封性能好，压缩介质完全不接触润滑剂的优点。同时，隔膜压缩机气缸散热性能良好，接近等温压缩，可以采用较高的压缩比。因此，随着氢能的大力发展，隔膜压缩机凭借其不可替代的优点在未来的加氢站市场有极大的潜力。
但隔膜压缩机也存在以下技术缺点：首先，油路系统中阀、泵、密封件等元件在工作过程中，少量金属颗粒磨损脱落，这些油液污染物在高速下会引起油侧膜片的受力面不断产生冲击、切削磨损或疲劳磨损。其次，由于油气两端存在压差，往往会使得膜片反复震荡，极易损坏。最后，润滑油温度过高时，可能导致密封件失效，影响隔膜压缩机的使用寿命，所以大多设置冷却器对润滑油进行降温，但在空气温度较低时，润滑油粘度变大，从而使得润滑油会和残渣物质粘附在一起，将产生较大的内摩擦力，增加油液流动时的阻力，增加油路的清理难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两级压缩隔膜压缩机系统，以克服现有技术的不足。
一种两级压缩隔膜压缩机系统，包括隔膜压缩机油路系统和隔膜压缩机气路系统；隔膜压缩机油路系统包括曲轴箱和压缩组件，曲轴箱的转动轴连接有主电机，转动轴连接有曲轴；压缩组件包括压缩缸体以及设置于压缩缸体内的压缩曲柄，曲轴箱连接有两组压缩组件，压缩组件的曲柄分别与曲轴箱的曲轴连接，其中一级压缩组件的压缩气体入口连接气源，其中一级压缩组件的压缩气体出口连接另一路压缩组件的压缩气体入口，另一路压缩组件的压缩气体出口为压缩气体出口，两组压缩组件的液压口通过液压油路连接有液压油源，液压油路上设有冷却器和加热器，隔膜压缩机气路系统包括连接压缩气体入口与气源的气路管路，气路管路上设置有控制阀。
进一步的，压缩组件的缸头设置有冷却水入口和冷却水出口。
进一步的，压缩组件的液压侧缸体上设置有随动阀，随动阀分别与压缩组件的曲柄侧液压油路和缸头侧的气路连接。
进一步的，压缩组件的液压油路通过液压泵连接于油箱；液压泵的出口端与压缩组件的液压油路之间设有单向阀。
进一步的，两组压缩组件的液压油路通过并联管路连接于油箱。
进一步的，每组压缩组件连接有一个液压泵，每组压缩组件连接的液压泵入口端均设有一个单向阀。
进一步的，油箱与液压泵之间的管路上依次设有第一换向阀、液压泵、液压油冷却器和第二换向阀。
进一步的，油箱与液压泵之间的管路上设有溢流阀，溢流阀连接于油箱。
进一步的，其中一级压缩组件的压缩气体入口连接的气路管路上依次设有截止阀、Y形过滤器、流量控制阀和进气安全阀。
进一步的，其中一级压缩组件的压缩气体出口与另一路压缩组件的压缩气体入口连接的管路设有套管式冷却器，另一路压缩组件的压缩气体出口管路上设有套管式冷却器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种两级压缩隔膜压缩机系统，气体从一级压缩入口进入一级压缩组件，经压缩后的气体从一级压缩出口排出,经过一级压缩的气体从二级压缩入口进入二级压缩组件，经压缩后的气体从二级压缩出口排出,通过液压油路中的加热器和冷却器保证液压油油温处于容许范围内，将两级压缩缸头的冷却液入口、出口易和液压油冷却液的入口、出口分别并联，降低了冷却管路复杂度，便于集中管理，补油过程有两个过滤器对液压油进行过滤，防止了液压油中脱落的金属颗粒对膜片油侧不断冲击和磨损，在两级压缩的管路中增加了放空管路与减压回路，可在一定程度上避免了隔膜压缩机的频繁启停，延长了膜片的使用寿命。
进一步的，压缩组件的缸头设置有冷却水入口和冷却水出口，进一步确保压缩组件的冷却降温，防止过热。
进一步的，压缩组件的液压侧缸体上设置有随动阀，随动阀分别与压缩组件的曲柄侧液压油路和缸头侧的气路连接，实现管路压力的有效控制，结构简单，安全可靠。
附图说明
图1是本申请实施例中隔膜压缩机系统的液压系统图；
图2是本申请实施例中隔膜压缩机系统的气路系统图。
图中，101-一级压缩气体入口、102-一级压缩气体出口、103-第一随动阀、104-第一截止阀、105-第一冷却水入口、106-第一冷却水出口、107-第一液压泵、108-第一单向阀、109-第二截止阀、110-一级压缩组件、201-二级压缩气体入口、202-二级压缩气体出口、203-第二随动阀、204-第三截止阀、205-第二冷却水入口、206-第二冷却水出口、207-第二液压泵、208-第二单向阀、209-第四截止阀、210-二级压缩组件、3-曲轴箱、4-第一过滤器、5-加热器、6-油箱、7-第三单向阀、8-第一换向阀、9-第三液压泵、10-溢流阀、11-第二换向阀、12-第三冷却水入口、13-第三冷却水出口、14-液压油冷却器、15-第二过滤器、16-第一冷却水球阀、17-主电机、18-进气口、19-第五截止阀、20-Y形过滤器、21-第一流量控制阀、22-进气安全阀、23-第一套管式冷却器、24-第四冷却水出口、25-第二冷却水球阀、26-第四冷却水入口、27-第二套管式冷却器、28-第五冷却水入口、29-第五冷却水出口、30-第三冷却水球阀、31-第二流量控制阀、32-第三流量控制阀、33-第一止回阀阀、34-第四流量控制阀、35-第二止回阀、36-二级排气安全阀、37-放空口、38-排气口、39-减压阀、40-一级排气安全阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
如图1、图2所示，一种两级压缩隔膜压缩机系统，可实现两级压缩氢气至90MPa；包括隔膜压缩机油路系统和隔膜压缩机气路系统；隔膜压缩机油路系统包括曲轴箱3和压缩组件，曲轴箱3的转动轴连接有主电机17，转动轴连接有曲轴；压缩组件包括压缩缸体以及设置于压缩缸体内的压缩曲柄，曲轴箱3连接有两组压缩组件，压缩组件的曲柄分别与曲轴箱3的曲轴连接，其中一级压缩组件的压缩气体入口连接气源，其中一级压缩组件的压缩气体出口连接另一路压缩组件的压缩气体入口，另一路压缩组件的压缩气体出口为压缩气体出口，两组压缩组件的液压口通过液压油路连接有液压油源，液压油路上设有冷却器和加热器，隔膜压缩机气路系统包括连接压缩气体入口与气源的气路管路，气路管路上设置有控制阀。
压缩组件的缸头设置有冷却水入口和冷却水出口，用于连接冷却液，对压缩组件进行冷却。
压缩组件的液压侧缸体上设置有随动阀，随动阀分别与压缩组件的曲柄侧液压油路和缸头侧的气路连接；压缩组件的曲柄侧液压油路上设置有第一截止阀104和第二截止阀109，用于压缩组件液压油路的维修。
压缩组件的液压油路通过液压泵连接于油箱6；液压泵的出口端与压缩组件的液压油路之间设有单向阀，防止油液倒流。
两组压缩组件的液压油路通过并联管路连接于油箱6；每组压缩组件连接有一个液压泵，每组压缩组件连接的液压泵入口端均设有一个单向阀；
油箱6与液压泵之间的管路上依次设有第一换向阀、液压泵、液压油冷却器和第二换向阀，油箱6与液压泵之间的管路上设有溢流阀10，溢流阀10连接于油箱6。
其中一级压缩组件的压缩气体入口连接的气路管路上依次设有截止阀、Y形过滤器、流量控制阀和进气安全阀；
其中一级压缩组件的压缩气体出口与另一路压缩组件的压缩气体入口连接的管路，以及另一路压缩组件的压缩气体出口管路上均设有套管式冷却器。
具体的，如图1所示，两级压缩组件包括一级压缩组件110和二级压缩组件210；一级压缩组件110和二级压缩组件210分别与曲轴箱3连接；
对于一级压缩组件110，气体从一级压缩入口101进入一级压缩组件110，经压缩后的气体从一级压缩出口102排出。第一随动阀103在缸头侧为气路，曲柄侧为液压油路。工作过程中，若油压超过第一随动阀103设定压力，则少量液压油经过第一随动阀103流至油箱6。补油过程中，液压油通过第一液压泵107泵送至油缸内，第一单向阀108可防止液压油倒流。第一截止阀104、第二截止阀109为常闭状态，在维修时打开，方便油缸中的液压油排出。
一级压缩组件110上设置有第一冷却水入口105和第一冷却水出口106，第一冷却水入口105和第一冷却水出口106连接于冷却源，冷却源的冷却液从第一冷却水入口105流入缸头冷却，从第一冷却水出口106排出。
一级压缩组件110和二级压缩组件210结构相同，类似地，经过一级压缩的气体从二级压缩入口201进入二级压缩组件210，经压缩后的气体从二级压缩出口202排出。第二随动阀203在缸头侧为气路，曲柄侧为液压油路。工作过程中，若油压超过第二随动阀203设定压力，则少量液压油经过第二随动阀203流至油箱6。补油过程中，液压油通过第二液压泵207泵送至油缸内，第二单向阀208可防止液压油倒流。第三截止阀204、第四截止阀209为常闭状态，在维修时打开，方便油缸中的液压油排出。二级压缩组件210通过冷却源冷却，二级压缩组件210上开设第二冷却水入口205和第二冷却水出口206，第二冷却水入口205和第二冷却水出口206连接外部冷却源，第二冷却水入口205和第二冷却水出口206连通二级压缩组件210内部，冷却液从第二冷却水入口205流入缸头冷却，从第二冷却水出口206排出。
补油过程中，油箱6中的液压油首先经过第一过滤器4的过滤，去除其中的固体颗粒，再经过第一换向阀8，通过第三液压泵9加压补油。此时第一换向阀8处于左位，之后，液压油依次经过液压油冷却器14、第二过滤器15、第二换向阀11，分为两路分别为两级压缩油缸补油。此时第二换向阀11处于右位。第三冷却水入口12、第三冷却水出口13、以及第一冷却水球阀16与液压油冷却器14连接；冷却水从第三冷却水入口12流入液压油冷却器14，从第三冷却水出口13流出。油路采用溢流阀10连接至油箱6保持背压，溢流阀10一端连接至油箱6，另一端连接至主油路。第一冷却水球阀16用于排空液压油冷却器14中的冷却水。
第一换向阀8处于右位时，第二换向阀11处于左位。第一液压泵107、第二液压泵207、主电机17停止工作。第二截止阀109和第四截止阀209打开。此时第二换向阀11依次与第三液压泵9、第一换向阀8、油箱6连接。加热器5与油箱6连接。
气体从进气口18进入隔膜机压缩系统，进气口18依次与第五截止阀19、Y形过滤器20、第一流量控制阀21、一级压缩组件110连接。气体经过一级压缩后，从一级压缩组件110排出。第一套管式冷却器23一端与一级压缩组件110连接，另一端与二级压缩组件210连接。一级排气安全阀40连接在两级压缩中间的气体管路中。第四冷却水入口26、第四冷却水出口24以及第二冷却水球阀25与第一套管式冷却器23连接。
为便于维修，可采用第三液压泵9反向转动的方法，加快液压油卸油。此时第一换向阀8处于右位，第二换向阀11处于左位。第一液压泵107、第二液压泵207、主电机17停止工作，第二截止阀109和第四截止阀209打开。液压油依次经第二换向阀11、第三液压泵9、第一换向阀8，直接流回油箱6，无需经过第一过滤器4、第二过滤器15和液压油冷却器14。加热器5的作用是防止开机时环境温度过低，造成密封件失效。
如图2所示，气体从进气口18进入隔膜机压缩系统，依次经过第五截止阀19、Y形过滤器20、第一流量控制阀21，进入一级压缩组件110。进气安全阀22可防止进气压力过高发生危险。气体经过一级压缩后，经第一套管式冷却器23水冷，再进入二级压缩组件210。一级排气安全阀40用于防止一级压缩后的气体压力过高。第一套管式冷却器23中，冷却水从第四冷却水入口26进入，从第四冷却水出口24排出。第二冷却水球阀25用于排空第一套管式冷却器23中的冷却水。类似地，二级压缩后的气体经过第二套管式冷却器27水冷至容许温度。第二套管式冷却器27中，冷却水从第五冷却水入口28进入，从第五冷却水出口29排出。第三冷却水球阀30用于排空第二套管式冷却器27中的冷却水。二级压缩的气体经过第二套管式冷却器27冷却后，依次通过第四流量控制阀34、第二止回阀35，从排气口38流出隔膜压缩机系统。
由于隔膜压缩机在启停期间容易造成膜片的非正常变形，进而加速损坏膜片，降低膜片使用寿命，本申请在两级串联的管路上增加了放空口37和减压回路。二级压缩后气体可依次经过第三流量控制阀32、第一止回阀33，从放空口37排出。二级压缩后气体也可依次经过第二流量控制阀31、减压阀39流回至一级压缩前，与进气混合稳定后开始一级压缩。
上述提及的第一冷却水入口105、第二冷却水入口205、第三冷却水入口12、第四冷却水入口26、第五冷却水入口28并联连接，从主进水口进水。第一冷却水出口106、第二冷却水出口206、第三冷却水出口13、第四冷却水出口24、第五冷却水出口29并联连接，从主排水口排水。
优选地，进气口18的进气压力为5-20MPa，进气温度为常温。排气口38的排气压力为90MPa，排气温度小于等于45℃。冷却水入口温度小于等于32℃。
主电机转速为375r/min，选用额定功率为110W。
本发明一种两级压缩隔膜压缩机系统，包括隔膜压缩机油路系统和隔膜压缩机气路系统，可实现两级压缩氢气至90MPa。气体从一级压缩入口进入一级压缩组件，经压缩后的气体从一级压缩出口排出。经过一级压缩的气体从二级压缩入口进入二级压缩组件，经压缩后的气体从二级压缩出口排出,通过液压油路中的加热器和冷却器保证液压油油温处于容许范围内。将两级压缩缸头的冷却液入口、出口易和液压油冷却液的入口、出口分别并联，降低了冷却管路复杂度，便于集中管理。补油过程有两个过滤器对液压油进行过滤，防止了液压油中脱落的金属颗粒对膜片油侧不断冲击和磨损。在两级压缩的管路中增加了放空管路与减压回路，可在一定程度上避免了隔膜压缩机的频繁启停，延长了膜片的使用寿命。

Claims (10)

1.一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，包括隔膜压缩机油路系统和隔膜压缩机气路系统；隔膜压缩机油路系统包括曲轴箱(3)和压缩组件，曲轴箱(3)的转动轴连接有主电机(17)，转动轴连接有曲轴；压缩组件包括压缩缸体以及设置于压缩缸体内的压缩曲柄，曲轴箱(3)连接有两组压缩组件，压缩组件的曲柄分别与曲轴箱(3)的曲轴连接，其中一级压缩组件的压缩气体入口连接气源，其中一级压缩组件的压缩气体出口连接另一路压缩组件的压缩气体入口，另一路压缩组件的压缩气体出口为压缩气体出口，两组压缩组件的液压口通过液压油路连接有液压油源，液压油路上设有冷却器和加热器，隔膜压缩机气路系统包括连接压缩气体入口与气源的气路管路，气路管路上设置有控制阀。
2.根据权利要求1所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，压缩组件的缸头设置有冷却水入口和冷却水出口。
3.根据权利要求1所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，压缩组件的液压侧缸体上设置有随动阀，随动阀分别与压缩组件的曲柄侧液压油路和缸头侧的气路连接。
4.根据权利要求1所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，压缩组件的液压油路通过液压泵连接于油箱(6)；液压泵的出口端与压缩组件的液压油路之间设有单向阀。
5.根据权利要求1所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，两组压缩组件的液压油路通过并联管路连接于油箱(6)。
6.根据权利要求5所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，每组压缩组件连接有一个液压泵，每组压缩组件连接的液压泵入口端均设有一个单向阀。
7.根据权利要求5所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，油箱(6)与液压泵之间的管路上依次设有第一换向阀、液压泵、液压油冷却器和第二换向阀。
8.根据权利要求5所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，油箱(6)与液压泵之间的管路上设有溢流阀(10)，溢流阀(10)连接于油箱(6)。
9.根据权利要求1所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，其中一级压缩组件的压缩气体入口连接的气路管路上依次设有截止阀、Y形过滤器、流量控制阀和进气安全阀。
10.根据权利要求1所述的一种两级压缩隔膜压缩机系统，其特征在于，其中一级压缩组件的压缩气体出口与另一路压缩组件的压缩气体入口连接的管路设有套管式冷却器，另一路压缩组件的压缩气体出口管路上设有套管式冷却器。
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