CN115306677A - 一种无油润滑的高压斜盘式压缩机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无油润滑的高压斜盘式压缩机及其控制方法，属于压缩机技术领域，本发明公开一种无油润滑的高压斜盘式压缩机及其控制方法，包括主轴、斜转体、推力轴承、摆盘、连杆、活塞、低压汽缸体、高压气缸套、冷却器和冷却段缸体等。在一方面，在所述的活塞只设置迷宫密封，不设置气环和油环，所述的冷却器布置在冷却壳体内，由冷却液带走冷却器传递的热量，同时低压级的冷却器采用螺旋盘管，而高压级的冷却器采用微细通道散热器。另一方面，本发明与现有技术相比，本发明提供的无油润滑的高压斜盘式压缩机能有效解决在无油润滑时工质的泄漏量大、活塞和气缸的磨损量大的问题，不仅能够提升压缩机内效率，同时还能够降低压缩机的噪音和振动。

Description

一种无油润滑的高压斜盘式压缩机及其控制方法

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种无油润滑的高压斜盘式压缩机及其控制方法。

背景技术

高压气体在石油、化工、船舶、军事、救援、食品等领域有着广泛的应用，主要用于冷却、潜水呼吸、气动弹射、天然气系统等。目前用于高压气体压缩的大部分为往复活塞式压缩机。但是对于输气量较小的往复活塞式压缩机而言，存在体积较大、重量重等缺点，不利于小型化和轻量化。而对于在一些特殊领域无法使用润滑油时，工质泄漏和零件磨损会急剧恶化，机器效率下降、维护成本增大。

而现如今中，斜盘式压缩机是提供小排量高压气体的理想解决方案，能够较好地实现小型化和轻量化。但是与往复活塞式压缩机相同，在无油润滑的条件下存在工质泄漏、零件磨损严重、机器效率下降、维护成本增大等缺陷。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机及其控制方法。

为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明第一方面提供了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，所述压缩机包括：

低压气缸体，所述低压气缸体在圆周方向上等角度分布有若干不同级的气缸，在圆周方向的排布上，且相邻等级之间的气缸设置一个不同等级的气缸，所述气缸包括活塞，所述活塞的下方上安装有连杆，所述连杆与摆盘活动连接，且所述摆盘的内部上安装有推力轴承，所述推力轴承的另一端安装在斜转体上，以实现所述摆盘以及斜转体的连接，所述斜转体的下方安装有轴承，所述轴承的内圈上固定安装有主轴；

冷却段缸体，所述冷却段缸体内设置有螺旋盘管以及微细通道散热器，所述螺旋盘管用于低压级气体冷却，所述微细通道散热器用于高压级气体冷却，且经过所述活塞的运动后，将低压气缸体传输至冷却段缸体内，以完成气体的增压，且所述冷却段缸体对应活塞的位置上设置有若干通孔，其中一部分所述通孔接通螺旋盘管，另一部分所述通孔接通微细通道散热器。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述活塞的圆周表面上至少覆盖有一层厚度小于0.1mm的陶瓷镀层以及增加迷宫密封层。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述活塞与低压气缸体的配合间隙控制在0.01到0.05mm之间。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，每个等级所述气缸的连杆均采用钛合金材料，且第一预设等级的气缸的活塞采用铸铝材料所制成，第二预设等级的气缸的活塞采用钛合金材料所制成，以使得每一级气缸的连杆与活塞的质量相等。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述压缩机在压缩初始阶段时，所述压缩机的工作模式为单级压缩工作模式，随着气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为多级压缩工作模式。

冷却段缸体进一步地，本发明的一个较佳实施例中，被压缩的气体经过螺旋盘管或者微细通道散热器的冷却后，通过排气管进行流出。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述低压气缸体上还设置有若干吸气管，其中，第二预设等级的气缸与所述低压气缸体通过螺钉连接，且第二预设等级的气缸均与所述微细通道散热器接通，以实现高压级气体冷却。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，每个气缸对应的所述吸气管以及排气管上安装有若干电磁阀，以通过控制电磁阀来调节所述压缩机的工作模式。

本发明第二方面提供了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的控制方法，应用于任一项所述的无油润滑的高压斜盘式压缩机，包括以下步骤：

在压缩初始阶段，通过控制电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32开启，电磁阀G13、G23、G33、G0关闭，气缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为并联工作模式，空气单级压缩后进入储气罐；

随着气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32、G0关闭，电磁阀G13、G23、G33开启，为多级压缩工作模式；

当用气量小于压缩机的排气量时，通过采用变频技术降低电机转速，从而降低压缩机转速；

同时，高压级排气回流至吸气管，保持压缩机为多级压缩工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32关闭，电磁阀G13、G23、G33、G0开启。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

本发明在活塞的圆周表面，均匀的覆盖一层厚度小于0.1mm的陶瓷镀层，增加摩擦表面的硬度，减少摩擦损耗；同时，取消活塞环和油环，增加迷宫密封，控制活塞与气缸的配合间0.01～0.05mm之间，减少在无油润滑条件下压缩气体的泄漏。该压缩机设计为5缸4级压缩，每个气缸的圆心等角度分布在同一圆周上。1级气缸与2级缸之间、2级气缸与3级气缸之间、3级气缸与4级气缸之间均间隔一个气缸，减少每一级气缸在吸气和排气时造成的气流脉动，降低压缩机噪音和振动。一级排气和二级排气冷却采用螺旋铜管换热器，冷却面积大、冷却效果好，同时较大的换热器容积能够起到气体缓冲的目的；三级排气和四级排气冷却采用微通道换热器，既能够很好的承受高压，又具有较高的换热能力。与现有技术相比，本发明提供的无油润滑的高压斜盘式压缩机能有效解决在无油润滑时工质的泄漏量大、活塞和气缸的磨损量大的问题，提升压缩机内效率，同时还能够降低压缩机的噪音和振动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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实施例的附图。

图1示出了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的整体结构示意图；

图2示出了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的部分结构示意图；

图3示出了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的其中一部分结构示意图；

图4示出了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的剖面结构示意图；

图5示出了若干电磁阀的安装结构示意图；

图6示出了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的另一部分结构示意图；

图7示出了活塞与气缸间隙示意图。

图中：

1.低压气缸体，2.气缸，3.冷却段缸体，4.螺旋盘管，5.微细通道散热器，6.排气管，7.吸气管，201.活塞，202.连杆，203.摆盘，204.推力轴承，205.斜转体，206.轴承，207.主轴，301.1级气缸，302.2级气缸，303.3级气缸，304.4级气缸，401.陶瓷镀层，402.迷宫密封层。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

参照图1到图7，本发明第一方面提供了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，所述压缩机包括：

低压气缸体1，所述低压气缸体1在圆周方向上等角度分布有若干不同等级的气缸2，在圆周方向的排布上，且相邻等级之间的气缸2设置一个不同等级的气缸2，所述气缸2包括活塞201，所述活塞201的下方上安装有连杆202，所述连杆202与摆盘203活动连接，且所述摆盘203的内部上安装有推力轴承204，所述推力轴承204的另一端安装在斜转体205上，以实现所述摆盘203以及斜转体205的连接，所述斜转体205的下方安装有轴承206，所述轴承206的内圈上固定安装有主轴207；

需要说明的是，在压缩机工作的过程中，通过主轴207与外界驱动电机，使得主轴207转动，使得斜转体205旋转，由于所述连杆202与摆盘203活动连接，而连杆202又与活塞201连接，从而使得活塞201能够与低压气缸体1发生相对位移量，从而完成压缩过程，从而调节气体的压强。

如图所示，以排气压力为35MPa的空气压缩机为例，该压缩机设计为5缸4级压缩，每个气缸的圆心等角度分布在同一圆周上。1级气缸与2级缸之间、2级气缸与3级气缸之间、3级气缸与4级气缸之间均间隔一个气缸，这样就能够减少每一级气缸在吸气和排气时造成的气流脉动，降低压缩机噪音和振动。

冷却段缸体3，所述冷却段缸体3内设置有螺旋盘管4以及微细通道散热器5，所述螺旋盘管4用于低压级气体冷却，所述微细通道散热器5用于高压级气体冷却，且经过所述活塞201的运动后，将低压气缸体1传输至冷却段缸体3内，以完成气体的增压，且所述冷却段缸体3对应活塞202的位置上设置有若干通孔，其中一部分所述通孔接通螺旋盘管4，另一部分所述通孔接通微细通道散热器5。

需要说明的是，1级气缸和2级气缸的被压缩气体的冷却采用螺旋盘管4的换热器，冷却面积大、冷却效果好，同时较大的换热器容积能够起到气体缓冲的目的；3级气缸和4级气缸被压缩气体的冷却采用微通道换热器5，既能够很好的承受高压，又具有较高的换热能力；采用冷却液冷却级间换热器的方式对每级排气进行冷却，每级换热器布置在同一个壳体内，而且能够根据储气罐内气体压力，调整压缩级数。压缩初始阶段，所有气缸为串联工作模式，为单级压缩工作模式；随着储气罐内气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，为多级压缩工作模式；当用气量小于压缩机的排气量时，采用降低压缩机转速和高压级排气回流至第一级吸气口两种能量调节方式。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述活塞201的圆周表面上至少覆盖有一层厚度小于0.1mm的陶瓷镀层401以及增加迷宫密封层402。

需要说明的是，本发明取消有油润滑时活塞环和油环，通过优化活塞与气缸的配合间歇在0.01～0.05mm和增加迷宫密封来减少无油润滑时工质的泄漏量，同时采用材料镀层增加活塞和气缸的耐磨性能。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述活塞201与低压气缸体1的配合间隙控制在0.01到0.05mm之间。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，每个等级所述气缸2的连杆202均采用钛合金材料，且第一预设等级的气缸的活塞201采用铸铝材料所制成，第二预设等级的气缸的活塞201采用钛合金材料所制成，以使得每一级气缸2的连杆202与活塞201的质量相等。

需要说明的是，优化各级的连杆-活塞(和导向活塞)的结构和材料，使每一级的连杆-活塞(和导向活塞)的总质量相等，降低压缩机的振动。第一预设等级的气缸为1级气缸以及2级气缸，第二预设等级的气缸为3级气缸以及4级气缸。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述压缩机在压缩初始阶段时，所述压缩机的工作模式为单级压缩工作模式，随着气体压力的升高，气缸2之间由并联逐渐改变为多级压缩工作模式。

冷却段缸体进一步地，本发明的一个较佳实施例中，被压缩的气体经过螺旋盘管4或者微细通道散热器5的冷却后，通过排气管6进行流出。

需要说明的是，所述排气管6接通外界储气罐。空气单级压缩后进入储气罐。随着储气罐内气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，当用气量小于压缩机的排气量时，通过采用变频技术降低电机转速，从而降低压缩机转速；同时，高压级排气回流至第一级吸气口，保持压缩机为多级压缩工作模式。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述低压气缸体1上还设置有若干吸气管7，其中，第二预设等级的气缸2与所述低压气缸体1通过螺钉连接，且第二预设等级的气缸2均与所述微细通道散热器5接通，以实现高压级气体冷却。

需要说明的是，高压级采用导向活塞和外置气缸的方式，减少主壳体材料的强度要求。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，每个气缸2对应的所述吸气管7以及排气管6上安装有若干电磁阀，以通过控制电磁阀来调节所述压缩机的工作模式。

需要说明的是，如图5所示，通过在压缩初始阶段，将电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32开启，电磁阀G13、G23、G33、G0关闭，气缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为并联工作模式，空气单级压缩后进入储气罐。随着储气罐内气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32、G0关闭，电磁阀G13、G23、G33开启，为多级压缩工作模式。当用气量小于压缩机的排气量时，通过采用变频技术降低电机转速，从而降低压缩机转速；同时，高压级排气回流至第一级吸气口，保持压缩机为多级压缩工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32关闭，电磁阀G13、G23、G33、G0开启。如此可以减少压缩机启停带来的电流冲击和热冲击，延长压缩机的使用寿命。

本发明第二方面提供了一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的控制方法，应用于任一项所述的无油润滑的高压斜盘式压缩机，包括以下步骤：

S102:在压缩初始阶段，通过控制电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32开启，电磁阀G13、G23、G33、G0关闭，气缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为并联工作模式，空气单级压缩后进入储气罐；

S104:随着气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32、G0关闭，电磁阀G13、G23、G33开启，为多级压缩工作模式；

S106:当用气量小于压缩机的排气量时，通过采用变频技术降低电机转速，从而降低压缩机转速；

S108:同时，高压级排气回流至吸气管，保持压缩机为多级压缩工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32关闭，电磁阀G13、G23、G33、G0开启。

需要说明的是，通过在压缩初始阶段，将电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32开启，电磁阀G13、G23、G33、G0关闭，气缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为并联工作模式，空气单级压缩后进入储气罐。随着储气罐内气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32、G0关闭，电磁阀G13、G23、G33开启，为多级压缩工作模式；

当用气量小于压缩机的排气量时，通过采用变频技术降低电机转速，从而降低压缩机转速；同时，高压级排气回流至第一级吸气口，保持压缩机为多级压缩工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32关闭，电磁阀G13、G23、G33、G0开启。如此可以减少压缩机启停带来的电流冲击和热冲击，延长压缩机的使用寿命。

综上所述，本发明在活塞的圆周表面，均匀的覆盖一层厚度小于0.1mm的陶瓷镀层，增加摩擦表面的硬度，减少摩擦损耗；同时，取消活塞环和油环，增加迷宫密封，控制活塞与气缸的配合间0.01～0.05mm之间，减少在无油润滑条件下压缩气体的泄漏。该压缩机设计为5缸4级压缩，每个气缸的圆心等角度分布在同一圆周上。1级气缸与2级缸之间、2级气缸与3级气缸之间、3级气缸与4级气缸之间均间隔一个气缸，减少每一级气缸在吸气和排气时造成的气流脉动，降低压缩机噪音和振动。

本发明的1级气缸和2级气缸的被压缩气体的冷却采用螺旋铜管换热器，冷却面积大、冷却效果好，同时较大的换热器容积能够起到气体缓冲的目的；而3级气缸和4级气缸被压缩气体的冷却采用微通道换热器，既能够很好的承受高压，又具有较高的换热能力。

本发明与现有技术相比，本发明提供的无油润滑的高压斜盘式压缩机能有效解决在无油润滑时工质的泄漏量大、活塞和气缸的磨损量大的问题，提升压缩机内效率，同时还能够降低压缩机的噪音和振动。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围之内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术。

Claims (9)

1.一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，所述压缩机包括：

低压气缸体，所述低压气缸体在圆周方向上等角度分布有若干不同级的气缸，在圆周方向的排布上，且相邻等级之间的气缸设置一个不同等级的气缸，所述气缸包括活塞，所述活塞的下方上安装有连杆，所述连杆与摆盘活动连接，且所述摆盘的内部上安装有推力轴承，所述推力轴承的另一端安装在斜转体上，以实现所述摆盘以及斜转体的连接，所述斜转体的下方安装有轴承，所述轴承的内圈上固定安装有主轴；

冷却段缸体，所述冷却段缸体内设置有螺旋盘管以及微细通道散热器，所述螺旋盘管用于低压级气体冷却，所述微细通道散热器用于高压级气体冷却，且经过所述活塞的运动后，将低压气缸体传输至冷却段缸体内，以完成气体的增压，且所述冷却段缸体对应活塞的位置上设置有若干通孔，其中一部分所述通孔接通螺旋盘管，另一部分所述通孔接通微细通道散热器。

2.根据权利要求1所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，所述活塞的圆周表面上至少覆盖有一层厚度小于0.1mm的陶瓷镀层以及增加迷宫密封层。

3.根据权利要求1所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，所述活塞与低压气缸体的配合间隙控制在0.01到0.05mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，每个等级所述气缸的连杆均采用钛合金材料，且第一预设等级的气缸的活塞采用铸铝材料所制成，第二预设等级的气缸的活塞采用钛合金材料所制成，以使得每一级气缸的连杆与活塞的质量相等。

5.根据权利要求1所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，所述压缩机在压缩初始阶段时，所述压缩机的工作模式为单级压缩工作模式，随着气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为多级压缩工作模式。

6.根据权利要求1所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，被压缩的气体经过螺旋盘管或者微细通道散热器的冷却后，通过排气管进行流出。

7.根据权利要求1所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，所述低压气缸体上还设置有若干吸气管，其中，第二预设等级的气缸与所述低压气缸体通过螺钉连接，且第二预设等级的气缸均与所述微细通道散热器接通，以实现高压级气体冷却。

8.根据权利要求7所述的一种无油润滑的高压斜盘式压缩机，其特征在于，每个气缸对应的所述吸气管以及排气管上安装有若干电磁阀，以通过控制电磁阀来调节所述压缩机的工作模式。

9.一种无油润滑的高压斜盘式压缩机的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的无油润滑的高压斜盘式压缩机，包括以下步骤：

在压缩初始阶段，通过控制电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32开启，电磁阀G13、G23、G33、G0关闭，气缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为并联工作模式，空气单级压缩后进入储气罐；

随着气体压力的升高，气缸之间由并联逐渐改变为串联工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32、G0关闭，电磁阀G13、G23、G33开启，为多级压缩工作模式；

当用气量小于压缩机的排气量时，通过采用变频技术降低电机转速，从而降低压缩机转速；

同时，高压级排气回流至吸气管，保持压缩机为多级压缩工作模式，电磁阀G11、G12、G21、G22、G31、G32关闭，电磁阀G13、G23、G33、G0开启。

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