CN117108476A - 一种变频气体压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频气体压缩机，属于压缩设备领域，压缩机包括：曲轴箱，曲轴箱的两侧设有水平对置的气缸组件，气缸组件内均设有活塞组件。气缸组件内部依次设有相互连通的前端孔、中间孔及后端孔，且中间孔、前端孔、后端孔的内径依次减小。活塞组件包括依次设置的前活塞、中活塞及后活塞，前活塞设于前端孔内，其端面与前端孔的前端之间形成有第一腔室，中活塞设于中间孔内，其两端的端面与中间孔的两端之间分别形成有第二腔室，后活塞设于后端孔内，其后端面与后端孔的后端之间形成第三腔室。第一腔室、第二腔室及第三腔室均设有进气道及排气道。压缩机具有较大的流量调节范围，且无需改变飞轮尺寸及电机功率。

Description

一种变频气体压缩机

技术领域

本发明属于压缩设备领域，尤其涉及一种变频气体压缩机。

背景技术

由于化工富氢VOCs尾气流量波动很大，对压缩机流量调节要求非常高，压缩机必须在较宽的范围内自动适应尾气流量的波动，以确保系统稳定高效运行。

具体实施中，有两种方式增大压缩机的流量调节范围：其一，通过大范围变频改变变频电机的转速，以实现大范围流量调节，如采用此种方式，当变频电机工作在最低要求频率的时候，压缩机的转速便会很低，此时电机工作电流将大大超过电机的额定工作电流，且电机工作电流大幅度波动，而电机工作频率过低，压缩机飞轮需要很大的飞轮矩才能满足电机不超电流和小幅电流波动的要求，因此飞轮直径要求很大，无论是从加工、装配还是经济性上都不可取；另一种方式是，适当加大飞轮直径，同时增大变频电机额定功率的措施来保证电机不超电流和减小电流波动的目的，但是电机和飞轮的成本投入都会大大增加。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种变频气体压缩机，具有较大的流量调节范围，且无需改变飞轮尺寸及电机功率。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种变频气体压缩机，包括：曲轴箱，曲轴箱的两侧设有水平对置的气缸组件，气缸组件内均设有活塞组件，曲轴箱内设有双拐结构的曲轴，其双拐呈180°夹角，曲轴分别通过连杆与两侧的活塞组件相连。

气缸组件内部从靠近曲轴箱的一端向另一端依次设有相互连通的前端孔、中间孔及后端孔，且中间孔、前端孔、后端孔的内径依次减小。

活塞组件包括依次设置的前活塞、中活塞及后活塞，前活塞设于前端孔内，其端面与前端孔的前端之间形成有第一腔室，中活塞设于中间孔内，其两端的端面与中间孔的两端之间分别形成有第二腔室，后活塞设于后端孔内，其后端面与后端孔的后端之间形成第三腔室。

第一腔室、第二腔室及第三腔室均设有进气道及排气道，每一组气缸组件中至少一个第二腔室的进气道内设有主动控制开闭的顶开式气阀，其余的进气道及排气道内均设有单向气阀，利用活塞组件移动形成的压差实现自动启闭。

本发明的有益效果在于：

1、通过使部分进气道内的顶开式气阀打开，以减少进气量，从而达到降低排气流量的目的，如此便不需要通过降低压缩机及电机的转速去满足最小气体流量的要求，可使压缩机保持在较高的转速，要求的飞轮矩便会大大降低，电流的波动也得以减小，无需增大变频电机额定功率以及飞轮的尺寸，也可以此降低压缩机的制作成本。

2、压缩机采用水平对置的气缸组件设计，振动更小，运行更加平稳，并且单个气缸组件便可同时对气体进行多级压缩，具有更高的压缩效率。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本申请的整体结构的剖视图。

图2示出了本申请气缸组件的剖视图。

图3示出了活塞组件与气缸组件的剖视图。

图4示出了气缸组件与中间体的剖视图。

图5示出了顶开式气阀的一种优选结构示意图。

图中标记：曲轴箱-1、曲轴-11、连杆-12、气缸组件-2、环形腔室-201、前端孔-21、第一腔室-211、中间孔-22、第二腔室-221、后端孔-23、第三腔室-231、进气道-24、排气道-25、顶开式气阀-26、壳体-261、阀片-262、气孔-263、执行元件-264、单向气阀-27、活塞组件-3、前活塞-31、中活塞-32、后活塞-33、中间体-4、导向活塞-41。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1至图4所示，一种变频气体压缩机，包括：曲轴箱1，曲轴箱1的两侧设有水平对置的气缸组件2，气缸组件2内均设有活塞组件3，曲轴箱1内设有双拐结构的曲轴11，其双拐呈180°夹角，曲轴11分别通过连杆12与两侧的活塞组件3相连。

具体的，如图2所示，气缸组件2内部从靠近曲轴箱1的一端向另一端依次设有相互连通的前端孔21、中间孔22及后端孔23，且中间孔22、前端孔21、后端孔23的内径依次减小。

具体的，如图2至图4所示，活塞组件3包括依次设置的前活塞31、中活塞32及后活塞33，前活塞31设于前端孔21内，其端面与前端孔21的前端之间形成有第一腔室211。中活塞32设于中间孔22内，因为中活塞32需要在中间孔22内往复移动，因此中活塞32的长度小于中间孔22的长度，其两端的端面与中间孔22的两端之间分别形成有第二腔室221，即中活塞32与中间孔22形成有两个第二腔室221。其形成原理为：当中活塞32位于中间孔22的中部位置时，中活塞32两端面与中间孔22的两端之间均具有容纳空间，该容纳空间则为第二腔室221，而当活塞组件3往复移动时，位于中活塞32两端的第二腔室221则会交替出现及消失，当其中一个第二腔室221的空间逐渐增大时，另一个第二腔室221的空间将会同等减小，空间增加的第二腔室221为进气状态，空间减小的第二腔室221则同时进行排气，使气体进入空间更小的第一腔室211内进行压缩；当活塞组件3方向移动时，之前进气的第二腔室221则开始排气，而之前排气的第二腔室221则同时开始进气，如此循环往复，使压缩机不间断的进气，同时不间断的完成一级压缩，以提高进气及压缩效率，并且具有更小的尺寸。后活塞33设于后端孔23内，其后端面与后端孔23的后端之间形成第三腔室231，因为前活塞31、中活塞32及后活塞33为整体移动结构，所以活塞的压缩及做功行程相同，并且中间孔22、前端孔21、后端孔23的内径依次减小，因此第二腔室221、第一腔室211至第三腔室231的容积依次减小，以实现同等进气量的情况下，逐级增加气压的目的，此结构即使仅采用单侧的活塞组件3工作也能对气体进行多级压缩，并且气缸组件2及活塞组件3均呈直线结构设置，整体尺寸及体积较小，还能有效降低压缩机的安装高度，降低其重心，不仅方便安装维护，同时稳定性更好。第二腔室221与第一腔室211之间以及第一腔室211与第三腔室231之间通过外部布置的管道相连或是通过在气缸组件2内部形成的通道连接。

具体的，如图2、图3所示，第一腔室211、第二腔室221及第三腔室231均设有进气道24及排气道25，每一组气缸组件2中至少一个第二腔室221的进气道24内设有主动控制开闭的顶开式气阀26，例如可通过气缸或电机控制器内部阀门的开闭，用于控制对应进气道24的开闭，其余的进气道24及排气道25内均设有单向气阀27，利用活塞组件3移动形成的压差实现自动启闭，进气道24内设置的单向气阀27向气缸组件2的内部吸气，排气道25内设置的单向气阀27向气缸组件2的外部排气。

第二腔室221对气体进行一级压缩，第一腔室211对气体进行二级压缩，第三腔室231对气体进行再次压缩并排出。气体在压缩过程中，当需要较大气体流量时，通过两处中活塞32在对应中间孔22内形成的四个第二腔室221同时进行不间断的进气及一级压缩，以满足最大的排出流量需求；当需要实现最小流量输出时，通过使部分进气道24内的顶开式气阀26打开，以使得进入第二腔室221的气体从设有顶开式气阀26的进气道24排出，从而减少进气量，以达到降低排气流量的目的，如此便不需要通过降低压缩机及电机的转速去满足最小气体流量的要求，可使压缩机保持在较高的转速，要求的飞轮矩便会大大降低，电流的波动也得以减小，无需增大变频电机额定功率以及飞轮的尺寸，也可以此降低压缩机的制作成本。

优选的，如图1、图4所示，曲轴箱1与气缸组件2之间设有中间体4，其内部设有导向活塞41，导向活塞41前端与活塞组件3相连，其后端与连杆12相连，曲轴11通过连杆12带动导向活塞41往复移动，且方向与活塞组件3的移动方向一致，以此来保证活塞组件3移动的平稳性，降低连杆12对活塞组件3产生的径向力矩，有助于使前活塞31、中活塞32及后活塞33与对应的安装孔之间保持同轴，以减少活塞环的偏心磨损，并保证第一腔室211、第二腔室221及第三腔室231的密封性。

优选的，两组气缸组件2的第三腔室231的容积不同，压缩机的总排气道设于其中容积较小的第三腔室231上，容积较大的第三腔室231的排气与容积较小的第三腔室231进气相连，容积较大的第三腔室231的进气与第一腔室211的排气相连，第一腔室211的进气与第二腔室221的排气相连，从而形成四级压缩，进一步提高排气压力，并且压缩机整体结构尺寸仍能保持不变。同理，两组气缸组件2的第一腔室211的容积不同，其中容积较小的第一腔室211的排气与第三腔室231相连，其进气与容积较大的第一腔室211的排气相连，以增加气体压缩次数，如同时将两组气缸组件2的第三腔室231的容积设为不同，便能实现五级压缩，并且无需增加活塞及相应的缸筒结构。

优选的，如图2所示，气缸组件2的侧壁对应前端孔21、中间孔22及后端孔23的外部均具有环形腔室201，其内部通入氮气或冷却水，以降低气缸组件2的整体温度。

优选的，曲轴箱1及气缸组件2均设于一水平框架上，以便于整体转移，方便运输及安装。

优选的，如图5所示，顶开式气阀26包括壳体261，其底部设有阀片262，其上方设有气孔263，壳体261内部对应阀片262的上方设有执行元件264，用于推动阀片262下移，更具体的，执行元件264可采用气缸或是直线电机控制，顶开式气阀26在正常进气时，阀片262下移使气孔263被打开，实现进气；相反的，阀片262上移，将气孔263关闭；进气时利用活塞移动产生的压差使阀片262下移，使气流顺利通过气孔263进入气缸组件2内，当排气时，由于气缸组件2的腔室内部压力增大，将使阀片262上移，从而使进气道24关闭，以使得气体只能从排气道25排出，从而实现了自动启闭，而需要减少进气量时，则利用执行元件264推动阀片262下移，使气孔263处于常开的状态，使得气体从对应的进气道24排出，使气体无法被压入第一腔室211内，以此实现减少排气量的目的。

优选的，第二腔室221与第一腔室211之间以及第一腔室211与第三腔室231之间通过在气缸组件2外部布置的管道相连，且管道上设有冷却装置，用于对压缩后的气体进行冷却，以降低气体压缩功和改善活塞环和各个阀门的工作条件，延迟使用寿命。

优选的，前活塞31、中活塞32及后活塞33为相互独立的结构，前活塞31与中活塞32穿设于同一根连接轴，后活塞33的连接轴同轴设于中活塞32的端面，此种结构不仅可降低活塞组件3的加工精度，同时此种安装结构使得远端的后活塞33与中活塞32及前活塞31之间具备了沿径向方相对位置误差，而前端孔21、中间孔22及后端孔23在加工时势必会存在同轴度的偏差，此种装配式的活塞组件3，便可利用后活塞33与中活塞32及前活塞31之间沿径向的误差来适应前端孔21、中间孔22及后端孔23之间的同轴度偏差，从而方便组装。

进一步优选的，后活塞33的连接轴通过法兰与中活塞32的端面相连，中活塞32或后活塞33的端面具有容纳法兰的沉孔，且法兰的外径小于后活塞33的外径，以使法兰隐藏于中活塞32与后活塞33的端面之间，如此一来，用于连接法兰的螺栓即使产生松动或是断裂，也会被限制在中活塞32与后活塞33之间，从而避免造成顶缸这类重大事故的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种变频气体压缩机，其特征在于，包括：曲轴箱（1），曲轴箱（1）的两侧设有水平对置的气缸组件（2），气缸组件（2）内均设有活塞组件（3），曲轴箱（1）内设有双拐结构的曲轴（11），其双拐呈180°夹角，曲轴（11）分别通过连杆（12）与两侧的活塞组件（3）相连；

气缸组件（2）内部从靠近曲轴箱（1）的一端向另一端依次设有相互连通的前端孔（21）、中间孔（22）及后端孔（23），且中间孔（22）、前端孔（21）、后端孔（23）的内径依次减小；

活塞组件（3）包括依次设置的前活塞（31）、中活塞（32）及后活塞（33），前活塞（31）设于前端孔（21）内，其端面与前端孔（21）的前端之间形成有第一腔室（211），中活塞（32）设于中间孔（22）内，其两端的端面与中间孔（22）的两端之间分别形成有第二腔室（221），后活塞（33）设于后端孔（23）内，其后端面与后端孔（23）的后端之间形成第三腔室（231）；

第一腔室（211）、第二腔室（221）及第三腔室（231）均设有进气道（24）及排气道（25），每一组气缸组件（2）中至少一个第二腔室（221）的进气道（24）内设有主动控制开闭的顶开式气阀（26），其余的进气道（24）及排气道（25）内均设有单向气阀（27），利用活塞组件（3）移动形成的压差实现自动启闭。

2.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，曲轴箱（1）与气缸组件（2）之间设有中间体（4），其内部设有导向活塞（41），导向活塞（41）前端与活塞组件（3）相连，其后端与连杆（12）相连。

3.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，两组气缸组件（2）的第三腔室（231）的容积不同，压缩机的总排气道设于其中容积较小的第三腔室（231）上。

4.根据权利要求1或3所述的变频气体压缩机，其特征在于，两组气缸组件（2）的第一腔室（211）的容积不同，其中容积较小的第一腔室（211）的排气与第三腔室（231）相连，其进气与容积较大的第一腔室（211）的排气相连。

5.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，气缸组件（2）的侧壁对应前端孔（21）、中间孔（22）及后端孔（23）的外部均具有环形腔室（201），其内部通入氮气或冷却水。

6.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，曲轴箱（1）及气缸组件（2）均设于一水平框架上。

7.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，顶开式气阀（26）包括壳体（261），其底部设有阀片（262），其上方设有气孔（263），壳体（261）内部对应阀片（262）的上方设有执行元件（264），用于推动阀片（262）下移。

8.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，第二腔室（221）与第一腔室（211）之间以及第一腔室（211）与第三腔室（231）之间通过在气缸组件（2）外部布置的管道相连，且管道上设有冷却装置。

9.根据权利要求1所述的变频气体压缩机，其特征在于，前活塞（31）、中活塞（32）及后活塞（33）为相互独立的结构，前活塞（31）与中活塞（32）穿设于同一根连接轴，后活塞（33）的连接轴同轴设于中活塞（32）的端面。

10.根据权利要求9所述的变频气体压缩机，其特征在于，后活塞（33）的连接轴通过法兰与中活塞（32）的端面相连，中活塞（32）或后活塞（33）的端面具有容纳法兰的沉孔，且法兰的外径小于后活塞（33）的外径。