CN218818100U - 一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，包括：密封组件，其为套设在活塞上的环形结构，包括多个支撑件，其沿活塞的长度方向间隔设置并与缸筒间隙配合；多个密封件，其分别填充在相邻的两个支撑件之间并与缸筒过盈配合；两个压环件，其设置在多个支撑件的两端，压环件与相邻的支撑件贴合设置并与缸筒间隙配合，支撑件与压环件、密封件的接触面沿气体压力方向向后凹陷；预紧装置，其位于密封组件的前端并向后压紧相邻的压环件。本实用新型通过设置多重密封结构分散单个密封件承压，配合前后导向和支撑结构使主密封定位稳定，在降低密封件磨损程度的同时保证密封组件随活塞运动时的同轴度，提高了压缩机密封的有效性和耐久性。

Description

一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件

技术领域

本实用新型涉及氢气压缩机密封技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件。

背景技术

氢气以其来源广泛、清洁高效和应用场景丰富的巨大优势，被视为21世纪重要的清洁能源，受到各国的广泛关注和支持。氢气压缩机作为氢气输送和加压的关键过程装备，对氢能产业的发展和运行起到重要作用，更高压力、更大排量的氢气压缩机已经成为研发的热点。其中，气缸活塞无油润滑密封技术对压缩机性能发挥起到关键作用，是氢气压缩机密封研究的重点和难点，但由于应用时间较短，目前90MPa压力无油润滑密封结构和材料公开的研究内容较少。现有技术中，无油润滑密封结构通常采用单道密封，高压工况条件下气体压力直接加载于密封件与缸筒接触面，产生较大的摩擦力，密封件的密封效果难以保证，同时无油润滑环境加剧了密封材料的磨损，且容易出现偏磨情况，从而严重缩短了密封件的使用寿命。

为解决上述问题，需要设计一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，提高氢气压缩机密封的有效性和耐久性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，通过设置多重密封结构分散单个密封件承压，配合前后导向和支撑结构使主密封定位稳定，在降低密封件磨损程度的同时保证密封组件随活塞运动时的同轴度，提高了压缩机密封的有效性和耐久性。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，包括：

密封组件，其为环形结构且同轴套设在活塞上，所述密封组件包括多个支撑件，其沿活塞的长度方向间隔设置并与缸筒间隙配合；多个密封件，其分别填充在相邻的两个支撑件之间，任一密封件与相邻的两个支撑件贴合设置并与缸筒过盈配合；两个压环件，其设置在所述多个支撑件的两端，任一压环件与相邻的支撑件贴合设置并与缸筒间隙配合，所述支撑件与所述压环件、所述密封件的接触面沿气体压力方向向后凹陷；

预紧装置，其套设在活塞上且位于所述密封组件的前端，所述预紧装置沿气体压力方向向后压紧位于前端的压环件。

优选的是，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，与所述预紧装置相邻的压环件的后端面为前宽后窄的锥面，其与相邻的支撑件的前端面贴合连接。

优选的是，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，还包括密封圈，其设置在所述密封组件与活塞之间，所述密封圈位于所述压环件的锥面与活塞连接处。

优选的是，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，所述密封件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面，远离所述预紧装置的所述压环件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面。

优选的是，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，所述密封件、所述支撑件和所述压环件均通过开设在活塞外侧壁上的安装槽与活塞卡接。

优选的是，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，所述预紧装置包括两个支座，其间隔套设在所述密封组件的前端，位于后端的支座与位于前端的压环件抵接；弹性元件，其沿活塞的长度方向设置在所述两个支座之间并与其固定连接。

优选的是，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，还包括卡簧，其与活塞外侧壁固定套接并卡设在远离所述密封组件的支座前端。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型通过设置多重密封结构分散单道密封承压，降低了单个密封件在压缩机工作中所承受的压力，大幅度降低了密封的磨损速度，增加密封结构的可靠性和密封效果，配合前后导向和支撑结构使活塞主密封有稳定的定位，保证密封组件在压缩机缸体内随活塞做直线运动时的同轴度，避免密封件的磨损不均匀造成偏磨问题，延长了密封的使用寿命，从而提高压缩机密封组件的有效性和耐久性。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件的平面结构示意图；

图2为上述实施例中所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件的立体结构示意图。

附图标记说明：

1、密封件；2、支撑件；3、压环件；41、支座；42、弹性元件；5、密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。

如图1-2所示，本实用新型提供一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，包括：

密封组件，其为环形结构且同轴套设在活塞上，所述密封组件包括多个支撑件2，其沿活塞的长度方向间隔设置并与缸筒间隙配合；多个密封件1，其分别填充在相邻的两个支撑件2之间，任一密封件1与相邻的两个支撑件2贴合设置并与缸筒过盈配合；两个压环件3，其设置在所述多个支撑件2的两端，任一压环件3与相邻的支撑件2贴合设置并与缸筒间隙配合，所述支撑件2与所述压环件3、所述密封件1的接触面沿气体压力方向向后凹陷；

预紧装置，其套设在活塞上且位于所述密封组件的前端，所述预紧装置沿气体压力方向向后压紧位于前端的压环件。

上述技术方案中，所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件整体套设并固定在活塞上，密封组件位于活塞与压缩机缸筒之间，当活塞沿缸筒内壁做直线运动时，密封组件随活塞同步移动，将密封组件和预紧装置作为整体随活塞移动时，整体密封组件与活塞间不存在相对滑动，保证密封的可靠性和有效性。所述液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件的安装方向设置为：前方(图1左侧方向)朝向压缩机端盖，后方(图1右侧方向)朝向活塞杆，外部气体沿轴向从密封组件(活塞)前方向后方施压，即气体压力方向为沿活塞轴向从前向后。相应的，预紧装置设置在整体密封组件的前端，密封组件位于整体密封组件的后端，压环件、密封件和支撑件沿压缩机缸体轴向交错分布在活塞外侧形成多重密封结构，任意两层相邻的密封(支撑件与密封件或支撑件与压环件)之间贴合连接且环形接触面的截面为沿气体压力方向向后凹陷(即从前向后凹陷)的形状。其中，压环件、密封件和支撑件均为环形结构，其内环均与活塞外侧壁固定连接，密封件的外环与缸筒内壁过盈配合连接，起到主密封的作用；支撑件设置在每个密封件的两端，支撑件外环与缸筒内壁间隙配合连接，为中间的密封件提供支撑、导向和限位作用，起到辅助密封的效果，同时使活塞主密封有稳定的定位，保证密封组件在压缩机缸体内随活塞做直线运动时的同轴度，避免密封件的磨损不均匀造成偏磨问题，延长了密封的使用寿命，从而提高压缩机密封组件的有效性和耐久性；压环件设置在全部支撑件和密封件的外侧两端，起到作用力传导和支撑的作用，压环件能够通过(活塞上)安装位置的限制从两端向内压紧所述支撑件和密封件，为主密封和辅助密封结构提供一定的预紧力，使密封组件更好的连为整体，从而保证密封组件的整体性和密封稳定性。

整体密封组件中，支撑件和密封件均可设置为多个，任意两个相邻的支撑件之间均设有密封件，密封件在作为主密封封闭活塞与缸筒间隙的同时也封闭相邻的两个支撑件的间隙将其连为整体，两个压环件分别设置在最外侧的两个支撑件的两端并将其向内压紧。其中，支撑件和密封件的具体数量可根据不同的压缩机工况进行选择和调整，在本实施例中，如图1-2所示，支撑件的数量设置为三个，相应的，需要设置在相邻的两个支撑件之间的密封件的数量为两个。具体的，压环件和支撑件可采用金属材质如316L，也可以采用高分子工程塑料如PEEK，密封件可采用自润滑改性材料PTFE。预紧装置设置在整体密封组件的前端，初始状态下预紧装置存在由内向外的预紧压力，在与后方的密封组件合装后能够为其提供额外的初始预紧力，与密封组件原有的压环件结构配合能够从内部和外部同时压紧多层密封，进一步提高主密封的密封效果。同时，密封组件内部设置有多层密封(压环件、密封件和支撑件)，将原本的单道承压转换为多道密封分散承压，降低了单个密封件在压缩机工作中所承受的压力，大幅度降低了密封的磨损速度。另外，支撑件与密封件/压环件的接触面的凹陷方向与气体压力方向相同，即与密封组件的承压方向相同，与多重密封的结构配合能够更好的辅助承压，整个密封组件通过相互作用力传导，将气体压力作用于主密封(密封件)，使得密封件和缸筒壁间的作用力高于气体压力，进一步保证了密封效果，解决了气缸活塞密封结构工作压力较小、寿命较短的问题。

在另一技术方案中，所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，与所述预紧装置相邻的压环件的后端面为前宽后窄的锥面，其与相邻的支撑件的前端面贴合连接。其中，位于前端的压环件与支撑件的接触面为向后凹陷的锥面，在工作时该压环件与支撑件通过锥面贴合相互压紧进行作用力传导。

在另一技术方案中，所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，还包括密封圈5，其设置在所述密封组件与活塞之间，所述密封圈位于所述压环件的锥面与活塞连接处。上述技术方案中，密封圈可选用氟橡胶材质的O形密封圈，其安装在密封组件与活塞的间隙处，对压缩气体进行密封，防止活塞两侧的腔体产生流体交换。位于前端的压环件与支撑件间设置为锥面连接，在锥面与活塞的连接处开设有沟槽，密封圈卡设在所述沟槽内，方便密封圈的安装，安装完成后的密封圈与所述沟槽、活塞过盈配合，以保证密封效果。

在另一技术方案中，所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，所述密封件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面，远离所述预紧装置的所述压环件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面。其中，密封件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面，能够更好的进行压力传导，同时便于密封组件的逐层定位和拼装；远离所述预紧装置的所述压环件与相邻的支撑件的接触面也设置为相互贴合且向后凹陷的弧面，以避免加工和安装误差，如果继续采用(前端的压环件与支撑件间的)锥面形式，安装时容易导致接触面未对齐等安装误差，在作用力传导时存在受力不均匀的风险，密封件容易被压坏。

在另一技术方案中，所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，所述密封件1、所述支撑件2和所述压环件3均通过开设在活塞外侧壁上的安装槽与活塞卡接。具体的，密封件、支撑件和压环件均通过安装槽与活塞连接，所述安装槽可以设置为一个，在安装时将全部密封组件放入同一安装槽内，此时安装槽的宽度与密封组件的设计宽度相适应；所述安装槽也可以是在活塞外侧壁上间隔开设的多个安装槽，其与密封组件中用于定位的组件(如两端压环件)的设计安装位置相对应，在安装时依次将各组件卡入对应的安装槽内，即能实现密封组件的快速定位和相对固定，且在安装完成后各组件连为整体，便于密封组件的快速、准确安装。

在另一技术方案中，所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，所述预紧装置包括两个支座41，其间隔套设在所述密封组件的前端，位于后端的支座与位于前端的压环件抵接；弹性元件42，其沿活塞的长度方向设置在所述两个支座之间并与其固定连接。其中，支座为固定在活塞上的环形套筒结构，其截面为L形，两个支座在活塞上相对对称设置，任一支座的水平部与活塞外侧壁贴合连接，两个支座的竖直部之间通过弹性元件连接。弹性元件可选用材质为316L的弹簧，两个支座的设置间距小于弹簧的自由长度，即安装后的弹性元件处于压缩状态，能够为提供密封组件提供足够的密封初始压紧力。

在另一技术方案中，所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，还包括卡簧(图中未示出)，其与活塞外侧壁固定套接并卡设在远离所述密封组件的支座前端。其中，所述卡簧可选用半圆形卡簧，其通过预先开设好的沟槽卡设在活塞前端的支座位置处，由于卡簧卡入沟槽后向外凸起，从结构上限制了预紧装置的移动，从而，将整体密封组件在活塞上锁紧，避免在预紧装置的前端支座在随活塞移动的过程中由于弹性元件的弹力变化发生额外的向前位移，保证预紧装置始终对密封组件存在足够的压紧力，进一步保证了密封可靠性。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，包括：

密封组件，其为环形结构且同轴套设在活塞上，所述密封组件包括多个支撑件，其沿活塞的长度方向间隔设置并与缸筒间隙配合；多个密封件，其分别填充在相邻的两个支撑件之间，任一密封件与相邻的两个支撑件贴合设置并与缸筒过盈配合；两个压环件，其设置在所述多个支撑件的两端，任一压环件与相邻的支撑件贴合设置并与缸筒间隙配合，所述支撑件与所述压环件、所述密封件的接触面沿气体压力方向向后凹陷；

预紧装置，其套设在活塞上且位于所述密封组件的前端，所述预紧装置沿气体压力方向向后压紧位于前端的压环件。

2.如权利要求1所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，与所述预紧装置相邻的压环件的后端面为前宽后窄的锥面，其与相邻的支撑件的前端面贴合连接。

3.如权利要求2所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，还包括密封圈，其设置在所述密封组件与活塞之间，所述密封圈位于所述压环件的锥面与活塞连接处。

4.如权利要求2所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，所述密封件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面，远离所述预紧装置的所述压环件与相邻的支撑件的接触面为相互贴合且向后凹陷的弧面。

5.如权利要求1所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，所述密封件、所述支撑件和所述压环件均通过开设在活塞外侧壁上的安装槽与活塞卡接。

6.如权利要求1所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，所述预紧装置包括两个支座，其间隔套设在所述密封组件的前端，位于后端的支座与位于前端的压环件抵接；弹性元件，其沿活塞的长度方向设置在所述两个支座之间并与其固定连接。

7.如权利要求6所述的液驱氢气压缩机活塞的无油润滑密封组件，其特征在于，还包括卡簧，其与活塞外侧壁固定套接并卡设在远离所述密封组件的支座前端。

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