CN115591367A - 一种往复式vpsa技术的真空压缩一体机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其设置有容纳电机、偏心主轴、气缸组件的本体，所述本体设置进气口和出气口，所述电机具有单向电机轴，垂直于电机轴的轴向方向上设置有四组气缸组件，气缸组件包括气缸和阀体，每组气缸组件上设置一组活塞组件，活塞组件上设置有连杆；进气口和出气口与气缸的内部相连通；四组气缸组件中，两组气缸组件执行真空负压运行，两组气缸组件执行压缩正压运行。本发明的往复式VPAS技术的真空压缩一体机结构紧凑，相比于现有技术，其制氧浓度由50%提升至70%，氧气纯度更高，同时减少了由于PSA方式单纯正压解吸造成高压对分子筛的冲击性损耗，从而减少故障率，带来节能效果。
Description
技术领域
本发明属于VPSA制氧压缩机技术领域，具体地是涉及一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机。
背景技术
变压吸附法简称PSA是一种新的气体分离技术，以吸附剂分子筛为例，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。它是以空气为原材料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮气和氧气的选择性吸附的性能把空气中的氮气和氧气分离出来。碳分子筛对氮气和氧气的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，较小直径的气体扩散较快，较多进入分子筛的固相，即较多的氧气进入分子筛的固相。这样气相中就可以得到氮气的富集成分。一段时间后，分子筛对氧气的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧气的吸附，这一过程称为再生。
变压吸附法通常是使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。
真空变压吸附法简称VPSA，现阶段市场产品主要由压缩机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气平衡罐组成，是多种机械体的组合形式。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,被压缩机机增压至0.3barg至0.5barg后进入其中一个吸附器内。吸附器内装填吸附剂，其中水分、二氧化碳及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气平衡罐。当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态,此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反),真空度为0.65barg至0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气,吸附剂得到再生。
相较于PSA制氧技术VPSA优势在于产氧量大效率高，目前市场上利用VPSA制氧技术的产品由于是多个机械部分组成，存在成本高、故障率高、相对能耗大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，而提出的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，所述往复式VPSA技术的真空压缩一体机设置有容纳电机、偏心主轴、气缸组件的本体，电机和偏心主轴固定连接，所述本体上设置进气口和出气口，所述电机具有单向电机轴，垂直于电机轴的轴向方向上设置有四组气缸组件，所述气缸组件包括气缸和阀体，每组气缸组件上设置一组活塞组件，活塞组件上设置有连杆；进气口与气缸的内部相连通，出气口与气缸的内部相连通；活塞组件以往复的方式安装在气缸上，连杆安装在偏心主轴上，活塞组件在气缸中往复运行从而达到挤压及抽取气体的目的。
优选地，所述四组气缸组件为第一气缸组件、第二气缸组件、第三气缸组件、第四气缸组件，四组气缸组件相互保持90度相位差；第一气缸组件和第二气缸组件同轴，并且分别设置真空腔体，执行真空负压运行；第三气缸组件和第四气缸组件同轴，并且分别设置压缩腔体，执行压缩正压运行；压缩腔体与真空腔体均为独立腔室。
本发明中的往复式VPSA技术的真空压缩一体机，相比于现有技术，气缸的数量从两个增加到四个，由于活塞组件的旋转速度和总的排气流量不变，气体有更短的行程，因此，实现了紧凑型往复式VPSA技术的真空压缩一体机。
此外，更短的行程意味着更小的冲程，更小的冲程可以使活塞组件的震荡距离更短，从而保证了长时间的密封能力。
而且，四个气缸大大扩散了头部的散热面，这抑制了活塞组件内压缩室的温度上升，从而大大提高了压缩效率。
第一气缸组件与第二气缸组件同轴，即第一气缸组件与第二气缸组件的轴线在同一条直线上，并且该轴线通过电机轴的中心，第三气缸组件与第四气缸组件同轴的轴线在另一条直线上，并且垂直于第一气缸组件与第二气缸组件的轴线。这种设计使得两个周向相邻的气缸组件之间的间隙更小，使得活塞杆更短。因此，实现了一个更小的压缩机。
第一气缸组件、第二气缸组件、第三气缸组件、第四气缸组件的位置相互保持90度相位差，此处的设计平衡了作用在四个活塞密封头部分的力，从而防止电机轴的运行扭矩波动，从而大大提高了压缩效率。从四个气缸组件产生的声音被平衡，因此，噪音更低，振动更少。
本发明采用同轴多气缸往复式真空压缩一体的设计，真空压缩一体机由在同轴上两两对称的四组气缸组件组成。其中，第一气缸组件与第二气缸组件为负压真空，其作用为抽气，即将氮气快速排除，实现真空解吸；第三气缸组件和第四气缸组件执行压缩正压运行，即为VPSA分子筛吸附塔进行供气增压，从而节能提升吸附效率，实现快速高压吸附；高压吸附与负压真空解吸，使得分子筛中的氧气、氮气往复交替的更彻底。
气缸组件与电机轴垂直往复运动，通过压缩或抽取真空将压缩后的空气通过阀体部分供给到对应的气体通道。
优选地，所述电机轴具有限位安装结构，所述限位安装结构为正压限位和负压限位。电机轴上设置上扶正涨紧器和下扶正涨紧器。上扶正涨紧器和下扶正涨紧器的作用是通过装配位置使电机轴在高速运行中径向圆跳动＜0.02mm，确保整体的动平衡达到稳定。上扶正涨紧器和下扶正涨紧器扶正的是电机轴，涨紧是高速轴承，通过涨紧且与真空腔体与压缩腔体配合形成密封
优选地，所述活塞组件由连杆和活塞密封头组成，活塞密封头通过螺栓定位装配到连杆的顶端。
优选地，所述本体为气缸组件的固定装配载体，四组气缸组件依据本体设置的安装位置通过螺栓固定在本体上。
本发明中一个活塞密封头从压缩冲程转换为进气冲程时所产生的力可以作为辅助另一个活塞密封头运动的力有效地传递，因此在力的传递中显示出较小的损失。
偏心主轴与电机轴进行定位安装后，同轴运行中产生规律性偏移，通过规律性偏移带动活塞组件有规律的在气缸内往复运行。
本发明的有益效果：
本发明的往复式VPAS技术的真空压缩一体机，结构紧凑型，可以更快速更节能的工作，相比于现有技术，其制氧浓度由50%提升至70%，氧气纯度更高，同时减少了由于PSA方式单纯正压解吸造成高压对分子筛的冲击性损耗，从而减少故障率，带来节能效果。
附图说明
图1是本发明的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机的结构示意图之一。
图2是本发明的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机的结构示意图之二。
图3是本发明的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机的结构示意图之三。
图4是本发明的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机的局部结构示意图之一。
图5是本发明的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机的局部结构示意图之二。
图中标记：1为本体，2为偏心主轴，3为进气口，4为出气口，5为第一气缸组件，6为第二气缸组件，7为第三气缸组件，8为第四气缸组件，9为压缩活塞，10为真空活塞，11为真空气缸，12为压缩气缸，13为出气管路，14为电机，15为电机轴，16为活塞组件，17为阀板，18为密封件，19为高速轴承，20为上扶正涨紧器，21为下扶正涨紧器，22为紧定螺丝，23为正压限位，24为负压限位。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体的实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2、图3所示，一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，设置有容纳电机14、偏心主轴2、气缸组件的本体1，所述本体1上设置进气口3和出气口4，所述电机14具有单向电机轴15，垂直于电机轴15的轴向方向上设置有四组气缸组件，所述气缸组件包括气缸和阀体，阀体内设置有阀板17，每组气缸组件上设置一组活塞组件16；进气口3与气缸的内部相连通，出气口4与气缸的内部相连通，形成进气管路和出气管路13；活塞组件16以往复的方式安装在气缸上，活塞组件16在气缸中往复运行从而达到挤压及抽取气体的目的。
本发明的往复式VPSA技术的真空压缩一体机，相比于现有技术，气缸的数量从两个增加到四个，由于活塞组件16的旋转速度和总的排气流量不变，因此，气体有更短的行程，因此实现了紧凑型往复式VPSA技术的真空压缩一体机。
此外，更短的行程意味着更小的冲程，更小的冲程可以使活塞组件16的震荡距离更短，从而保证了长时间的密封能力。
而且，四个气缸大大扩散了头部的散热面，这抑制了气缸组件内压缩室的温度上升，从而大大提高了压缩效率。
如图2所示，所述四组气缸组件中，第一气缸组件5和第二气缸组件6执行真空负压运行，第一气缸组件5和第二气缸组件6内的气缸为真空气缸11，真空气缸11内设置真空活塞10；第三气缸组件7和第四气缸组件8执行压缩正压运行，第三气缸组件7和第四气缸组件8内的气缸为压缩气缸12，其内设置压缩活塞9；第一气缸组件5、第二气缸组件6、第三气缸组件7、第四气缸组件8相互保持90度相位差，第一气缸组件5与第二气缸组件6同轴，第三气缸组件7与第四气缸组件8同轴。
这种设计使得两个周向相邻的气缸组件之间的间隙更小，实现了一个更小的压缩机。
本发明采用同轴多气缸往复式真空压缩一体的设计，真空压缩一体机由在同轴上两两对称的四组气缸组件组成。其中，第一气缸组件5与第二气缸组件6为负压真空，其作用为抽气，将氮气快速排除，实现真空解吸；第三气缸组件7和第四气缸组件8执行压缩正压运行，为VPSA分子筛吸附塔进行供气增压，从而节能提升吸附效率，实现快速高压吸附；高压吸附与负压真空解吸，使得分子筛中的氧气、氮气往复交替的更彻底。
气缸组件与电机轴15垂直往复运动，通过压缩或抽取真空将压缩后的空气通过阀体部分供给到对应的气体通道。
如图4所示，电机轴15具有限位安装结构，所述限位安装结构为正压限位23和负压限位24。电机轴15上还设置了上扶正涨紧器20和下扶正涨紧器21。
如图5所示，通过紧定螺丝22将偏心主轴2与电机轴15固定连接。
如图2所示，活塞组件16由连杆和活塞密封头组成，活塞密封头通过螺栓定位装配到连杆的顶端，连杆旋转安装在电机轴15的偏心主轴2上，活塞密封头设置了密封件18。
优选地，所述本体1为气缸组件的固定装配载体，四组气缸组件依据本体1设置的安装位置通过螺栓固定在本体1上。
优选地，所述连杆通过高速轴承19安装在偏心主轴2上。
偏心主轴2与电机轴15进行定位安装后，同轴运行中产生规律性偏移，通过规律性偏移带动活塞组件16有规律的在气缸内往复运行。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述往复式VPSA技术的真空压缩一体机设置有容纳电机、偏心主轴、气缸组件的本体，电机和偏心主轴固定连接，所述本体上设置进气口和出气口，所述电机具有单向电机轴，垂直于电机轴的轴向方向上设置有四组气缸组件，所述气缸组件包括气缸和阀体，每组气缸组件上设置一组活塞组件，活塞组件上设置有连杆；进气口与气缸的内部相连通，出气口与气缸的内部相连通；活塞组件以往复的方式安装在气缸上，连杆安装在偏心主轴上。
2.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述四组气缸组件为第一气缸组件、第二气缸组件、第三气缸组件、第四气缸组件，四组气缸组件相互保持90度相位差；第一气缸组件和第二气缸组件同轴，并且分别设置真空腔体，执行真空负压运行；第三气缸组件和第四气缸组件同轴，并且分别设置压缩腔体，执行压缩正压运行；压缩腔体与真空腔体均为独立腔室。
3.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述电机轴具有限位安装结构，所述限位安装结构为正压限位和负压限位。
4.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述电机轴设置上扶正涨紧器和下扶正涨紧器。
5.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述活塞组件由连杆和活塞密封头组成，活塞密封头通过螺栓定位装配至连杆的顶端。
6.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述本体为气缸组件的固定装配载体，四组气缸组件依据本体设置的安装位置通过螺栓固定在本体上。
7.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述连杆与偏心主轴之间设置高速轴承。
8.根据权利要求1所述的一种往复式VPSA技术的真空压缩一体机，其特征在于：所述电机和偏心主轴固定连接的具体方式为通过紧定螺丝将偏心主轴与电机的电机轴固定连接。
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