CN201802575U - 氢气压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢气压缩机，属于压缩机设备领域，本机为立式双列，四级压缩，风冷活塞式结构；活塞组件分为两列，每列均设置为两个压缩级，分别为四级活塞与二级活塞、三级活塞与一级活塞；气缸组件分为两列，各级气缸与各级活塞相对应布置，本实用新型设置有多种安全保护及自动控制装置：各级设置有安全阀；一级进气和末级排气超压自动停车保护装置；一级进气欠压、润滑油欠压、和电机过热等自动停车保护装置；本机具有结构紧凑、性能良好、运行稳定、安全可靠、使用维护方便、适用范围广等特点，重点解决了压缩气体高清洁度的难题，合理选择了风冷和无油润滑，实现目前气体最高纯度达99.9999％。

Description

氢气压缩机 

技术领域

本实用新型涉及一种压缩机零部件，特别是一种氢气压缩机。 

背景技术

现有的氢气压缩机存在的主要缺陷：①属于有油润滑，即用注油器向气缸内注入润滑油，以润滑气缸与活塞环的接触面，这种方式会污染气体造成原料气纯度降低，不能满足下游高纯度气体需要；②容积流量小，目前生产的高压高清洁度小型压缩机，其容积流量为每小时小于100立方，若需大流量，则需增加机器台数，造成管理成本增大；③压缩机的冷却方式为水冷却，所有气缸和气体换热器均采用水冷却，这种方式浪费水源，无水的地方无法使用。 

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种安全、可靠的新型氢气压缩机。 

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种氢气压缩机，包括机身、活塞组件、气缸组件、填料函组件、冷却系统、气阀和安全阀，所述活塞组件分为两列，每列均设置为两个压缩级，左列上部为四级活塞，下部为二级活塞；右列上部为三级活塞，下部为一级活塞。所述一级活塞、二级活塞、三级活塞一级对应设置的一级活塞环、二级活塞环、三级活塞环和四级活塞环组成活塞体，所述活塞体套在活塞杆上用活塞头固定，所述气缸组件分为两列，各级气缸与各级活塞相对应布置，气缸组件分为两列，各级气缸与各级活塞相对应布置，左列上部为四级气缸，下部为二级气缸；右列上部为三级气缸，下部为一级气缸。 

作为优选：所述填料函组件包括一级填料函和二级填料函，分别位于一级 气缸和二级气缸下端内，所述一级填料函和二级填料函均采用平面机械密封结构；一级填料函由四组填料盒和一组刮油组件组成，其中所述刮油组件包括刮油环和密封环各一套，其中靠近气缸端依次为填料盒、密封环和刮油环；二级填料函由六组填料盒和一组刮油组件组成，其中刮油组件由刮油环和密封环各一套组成，其中靠气缸端依次为填料盒、密封环和刮油环。 

作为优选：所述各级活塞均为单作用，所述活塞杆还上设置有轴封组件。 

作为优选：每个密封环外圈附有弹簧，每个填料盒内密封单元的总的轴向热间隙为0.9～1.2mm。 

进一步的：每个填料盒内密封单元的总的轴向热间隙为0.2～0.3mm。 

作为优选：所述三四、级气缸为镶套式结构，包括气缸体、气缸套、气缸头，固定在所述一、二级气缸体上。 

作为优选：所述冷却系统包括在压缩机一侧设置有一空冷器其产生的持续冷却风对通过其内部冷却管的压缩气体和润滑油进行连续降温，气体换热器采用轴流风机吹扫冷却以达到其工况要求。气缸体外表面采用散热翅片散热，并在压缩机中部安装了一台冷却风机，其产生的连续冷却风为各级气缸体进行强制散热，以使各级气缸体在正常温度内工作。对于填料函的冷却是从空冷器冷却管与截止阀间的三通获且冷却油进行冷却的，其回油是通过管路回到油箱。 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型在保证安全、可靠、运转平稳的原则条件下，合理选择了气缸排列、气阀配置和整机结构，重点解决了压缩气体高清洁度的难题，合理选择了风冷和无油润滑，实现目前高压(20MPa)、风冷、大排量(500Nm³/h)、无油润滑时保证压缩介质纯度达99.9999％。 

附图说明

图1和图2是本实用新型的结构示意图； 

图3为图1中的B-B剖视图。 

图中标记：1为机身组件，2为气缸组件，3为活塞组件，4为气阀，5为填料函组件，51为填料盒，52为密封环，53为刮油环，6为防爆电机，7为冷却系统，8为气路系统。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。 

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

如图1所示，整个氢气压缩机包括： 

机身组件1 

机身组件1(即曲轴箱)为全机之支座，也是运动转换中心，机身组件包括机身、中间体、曲轴组件和连杆十字头组件等。 

1)机身为立式，供放置曲轴、连杆、十字头等组件以及辅助设备。其上部用以固定中间体；下部连接底盘和盛润滑油的油底壳；两侧各开有窗孔供安装和维修内部零件用；前端连接加油装置部件；后端上部有一呼吸器，以使机身中的气体自由膨胀与流通；内部有供安装曲轴组件、连杆十字头组件的轴承座和十字头滑道。 

2)中间体上接气缸体下接机身，两侧各开有窗孔便于活塞杆与十字头的连接或拆卸，以及观察其运动和润滑情况；内部设有刮油盒和封油圈，刮油盒可将大量的通过活塞杆上行的油液密封住而封油圈可密封在活塞杆上形成的油膜。 

3)曲轴组件包括曲轴、平衡块、轴承及连接件等，曲轴为双拐结构，双拐互成180°夹角，曲柄销的偏心距为60mm；在曲柄上分别装有扇形平衡块，用以平衡惯性力矩；曲轴的两端轴颈各有一双列向心球面滚子轴承，安放在机身的轴承座上，曲轴伸出端连接联轴器，另一端连接加油装置；曲轴内有润滑油道与加油装置连通，以润滑曲轴、轴承、连杆大头瓦小头衬套、十字头销、十字头及滑道等。调整轴承压盖与机身间的垫片，可调整曲轴在机身中的轴向位置及间隙。 

4)连杆十字头组件是压缩机中的运动转换机构，其作用是将曲轴的旋转运动转换成往复运动。连杆十字头组件包括连杆、连杆大头瓦小头衬套、十字头、十字头销及连接件等。连杆杆身呈工字型，大头为对开式，内装轴瓦，小头孔内压入衬套，连杆杆身内钻有油孔，润滑油经此油孔润滑连杆小头衬套、十字头销、十字头及滑道等，轴瓦与曲柄销的径向间隙及连杆小头衬套与十字头销间的径向间隙。 

十字头内固定的十字头销与连杆连接，十字头上部装有上衬盖、下衬座、变向头、变向垫等，变向头可小角度摆动和转动，其上端的螺孔与I-II级活塞杆连接，改变活塞杆旋入变向头的深度可调整气缸余隙。十字头内钻有油孔，外圆柱面上开有油槽，润滑油经曲轴、连杆、十字头销进入十字头油槽润滑十字头及滑道。 

气缸组件2 

气缸组件2是压缩机中直接进行气体压缩的部分，它与活塞组件3、气阀4等共同组成压缩气体的工作腔。 

各级气缸的构成和装配关系：一、二级气缸体由HT300铸造而成，三级气缸体为铸钢件内镶有气缸套，四级气缸体为锻压件内部同样镶有气缸套；各级 气缸体外部均设置有散热片以利于气缸体的散热。气缸组件分别设计为串联的两列安装在中间体上平面内；其中一、三级气缸组成一列(一级气缸在下部)；而二、四级气缸组成另一列(二级气缸在下部)。分别在两列一、三级气缸和二、四级气缸之间设置有平衡腔，用以改善压缩机的受力状况；在两列一、二级气缸体下段设置有填料函轴封，用以密封气缸体内气体。 

各级气缸余隙的调整：可分别调整两列活塞杆旋入十字头变向节的深度，来调整一、二级气缸内的余隙；三、四级气缸的余隙由一、三级气缸和二、四级气缸之间的调整垫片以及三、四级气缸与三、四级气缸盖之间的调整垫来完成。 

活塞组件3 

活塞组件3与气缸内壁及气阀构成容积可变的工作腔，并由曲轴通过连杆十字头组件的带动，在气缸内作往复运动来实现气缸内气体的压缩。活塞组件包括活塞、活塞杆、活塞环及连接件等。活塞为级差式结构，每列有三个直径段，上部为三级(或四级)，中间段与气缸形成平衡腔，下部为一级(或二级)；一、二级活塞通过活塞杆与十字头柔性联接在一起；三、四级活塞分别安装在一、二级活塞之上且为柔性联接。各级活塞上均装有不同数量的活塞环，装入气缸时，每道活塞环的开口应错开，不能在同一直线上，以防止缸内气体穿漏。在每级活塞上均装有一道支承环。本机的活塞环均由具有世界先进水平的“法国利亚”所制造。 

气阀4 

气阀4是压缩机中最重要的部件之一，其工作的好坏直接影响压缩机运行的可靠性和经济性。本机的气阀均选用具有世界先进水平的“贺尔碧格”的产品。 

填料函组件5 

填料函组件5位于一、二级气缸下端，用于密封一、二级气缸中的气体，防止气体沿活塞杆泄漏。本机填料函采用平面机械密封结构；一级填料函内共有六个密封单元，由四组填料盒和一组刮油组件组成，其中所述刮油组件包括刮油环和密封环各一套，其中靠近气缸端依次为填料盒、密封环和刮油环；二级填料函内共有八个密封单元，其中包括六组填料盒、一套密封环和一套刮油环，其中靠近气缸端依次为填料盒、密封环和刮油环；每个填料盒内密封单元的总的轴向热间隙为0.25mm，以上产品中的刮油环、密封环、填料均为“法国利亚”所制。 

防爆电机6 

防爆电机6是压缩机正常运转的动力来源。 

气路系统8 

气路系统8是指气体从进气到送气过程所经过通道，包括压缩机各压缩工作单元间相互连接的管道、过滤器、空冷器、安全阀、各种手(自)动阀门以及附属装置等。 

本机在末级设置有过滤器用于过滤气体；各级排气管道均分别与空冷器相联以便气体的冷却；各级气体经空冷器冷却后的管路以及一级进气管路上均设置有船用压力表，用以监控气路流程的气体压力是否正常。 

1)冷却系统7是在压缩机一侧设置有一空冷器其产生的持续冷却风对通过其内部冷却管的压缩气体和润滑油进行连续降温，以达到其工况要求。 

另外在压缩机中部安装了一台风机其产生的连续冷却风将为各级气缸体进行散热，以使各级气缸体在正常温度内工作。 

对于填料函的冷却是从空冷器冷却管与截止阀间的三通获且冷却油进行冷 却的，其回油是通过管路回到油箱。 

2)润滑系统对压缩机的运转有着重大影响，润滑系统有减小零件的磨损、减小摩擦功率、冷却摩擦面、防止零件锈蚀或腐蚀、清洗摩擦副等作用。 

本机润滑油路分为两路：一路由油箱出油口经滤油器、油泵、空冷器冷却管、截止阀、油箱回油口回到油箱，此油路的作用是使其冷却润滑油温度被控制在正常工作范围内；另一路由冷却回路中空冷器冷却管与截止阀间的三通经精滤油器和曲轴端加油装置向曲轴、轴承、连杆大头瓦小头衬套、十字头销、十字头及滑道等摩擦副强制供油，其目的是使这些运动副得到有效润滑能正常运转。 

本机油箱采用铆焊而成，它是向油泵供油的储油容器，装在机身的底部，在靠近油泵端装设有加油杯、放油孔、油标、润滑油进出油口接头等，机油从加油杯加入后，油位应达到油标的最高刻度线位置。 

本机油箱内加N68机械油。 

控制系统 

操作控制系统是本机使用时的控制中枢，它控制全机的系统工作情况，因此必须熟悉其性质和操作方法。 

操作控制系统由控制柜和现场操作按钮组成。一次仪表箱安装在压缩机底盘上，仪表箱内所有仪表均为防爆元件。控制柜是全套装置集中控制的场所，内装所有控制电气元件均不防爆，必须与压缩机隔离，安装在安全场所。 

工作原理 

该压缩机工作时，本机由防爆电机直联驱动，将一定体积流量的氢气由0.7MPa压缩至20MPa后供化工流程配套使用。 

由防爆电机通过联轴器带动机身1中的曲轴旋转，并通过连杆十字头传动， 活塞组件3在气缸组件2中作往复运动。在曲轴行程过程中，当气缸内壁，气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积增大时，氢气推开一、四级进气阀进入各自气缸，直到工作容积变得最大为止，进气阀关闭；与此同时二、三级气缸中气体容积减少，气体压力增高，当压力达到并略高于相应级排气压力，则各自的排气阀打开排出气体。通过上述过程周而复始的重复变化，将进气压力经四级压缩后的气体经冷却管冷却、油水分离，最终压至20Mpa压力供用户使用。 

本压缩机设有进气欠压、排气超压、排气超温等自动连锁停机保护，在各级排气管道还设有机械式安全阀。该机具有抗静电能力强、压缩温度低、节能、环境污染小、排气量大、安全可靠、结构紧凑、保护功能齐全、操作维护简单等优点。重点解决了压缩气体高清洁度的难题，合理选择了风冷和无油润滑，实现目前气体最大纯度达99.9999％。本实用新型的成功研制，突破了氢气压缩机清洁度不高的禁区，给需求高清洁度氢气压缩机的用户减小了投资费用，带来了管理和维修等方面的方便。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种氢气压缩机，包括机身、活塞组件、气缸组件、填料函组件、冷却系统、气阀和安全阀，其特征在于：所述活塞组件分为两列，每列均设置为两个压缩级，其中一列上部为四级活塞，下部为二级活塞；另一列上部为三级活塞，下部为一级活塞；所述一级活塞、二级活塞、三级活塞、四级活塞以及对应设置的一级活塞环、二级活塞环、三级活塞环和四级活塞环组成活塞体，所述活塞体套在活塞杆上用活塞头固定，所述气缸组件分为两列，各级气缸与各级活塞相对应布置，气缸组件分为两列，各级气缸与各级活塞相对应布置，其中一列上部为四级气缸，下部为二级气缸；另一列上部为三级气缸，下部为一级气缸。

2.根据权利要求1所述的氢气压缩机，其特征在于：所述填料函组件包括一级填料函和二级填料函，分别位于一级气缸和二级气缸下端内，所述一级填料函和二级填料函均采用平面机械密封结构；一级填料函由四组填料盒和一组刮油组件组成，其中所述刮油组件包括刮油环和密封环各一套，其中靠近气缸端依次为填料盒、密封环和刮油环；二级填料函由六组填料盒和一组刮油组件组成，其中刮油组件由刮油环和密封环各一套组成，其中靠气缸端依次为填料盒、密封环和刮油环。

3.根据权利要求1所述的氢气压缩机，其特征在于：所述冷却系统包括在所述氢气压缩机一侧设置的一空冷器和在所述氢气压缩机中部设置的一风机。

4.根据权利要求1所述的氢气压缩机，其特征在于：所述压缩机的各级活塞均为单作用，所述活塞杆还上设置有轴封组件。

5.根据权利要求2所述的氢气压缩机，其特征在于：每个密封环外圈附有弹簧，每个填料盒内密封单元的总的轴向热间隙为0.2～0.3mm。

6.根据权利要求1所述的氢气压缩机，其特征在于：所述三级气缸、四级气缸为镶套式结构，包括气缸体、气缸套、气缸头，分别对应固定在所述一级气缸和二级气缸体上。

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