CN219045451U - 一种双活塞增压缸结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双活塞增压缸结构，包括：气缸缸筒，其一端设置气缸端盖，所述气缸缸筒的另一端设置油缸端盖，活塞杆穿过油缸端盖位于所述气缸缸筒内；活塞，其包括主活塞和副活塞，所述主活塞活动设置于所述气缸缸筒内，所述副活塞紧贴所述主活塞也设置于所述气缸缸筒内，所述活塞杆连接所述副活塞；所述主活塞朝向所述气缸端盖侧的中心设置有工装孔。本实用新型通过增加一个导向副活塞，与活塞杆固定连接在一起，避免出现偏载，使主活塞具有良好的对中性，减少偏磨，提高增压缸使用寿命。

Description

一种双活塞增压缸结构

技术领域

本实用新型涉及压缩机增压技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种双活塞增压缸结构。

背景技术

氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源。加氢站是将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压罐中，再通过加氢机为氢燃料电池汽车加注氢气的燃气站。加氢站作为联系上下游产业链的核心枢纽，已成为氢能产业发展的关键环节。压缩机是加氢站的核心设备之一，液驱活塞压缩机具有适应频繁启停、容积效率高、结构简单、易维保等优点，是加氢站主要应用形式之一。

现有液驱活塞压缩机多采用浮动活塞结构，但由于活塞与活塞杆之间没有固定连接，在运动过程中，活塞与活塞杆容易出现不对中的现象，活塞发生偏磨，导向环快速磨损，从而导致密封失效及缸筒磨损。现有专利主要是解决往复活塞式压缩机的活塞偏磨现象，并不适用于液驱活塞式压缩机的浮动活塞结构。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种双活塞增压缸结构，通过增加一个导向副活塞，与活塞杆固定连接在一起，避免出现偏载，使主活塞具有良好的对中性，同时也方便更换主活塞上的密封件。

为了实现本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种双活塞增压缸结构，包括：气缸缸筒，其一端设置气缸端盖，所述气缸缸筒的另一端设置油缸端盖，活塞杆穿过油缸端盖位于所述气缸缸筒内；活塞，其包括主活塞和副活塞，所述主活塞活动设置于所述气缸缸筒内，所述副活塞紧贴所述主活塞也设置于所述气缸缸筒内，所述活塞杆连接所述副活塞；所述主活塞朝向所述气缸端盖侧的中心设置有工装孔。

优选的是，所述主活塞上设置有挡圈、密封环和导向环，所述导向环凹陷设置于主活塞外周，所述密封环也凹陷设置于主活塞外周，所述挡圈也凹陷设置于主活塞外周且靠近主活塞位于气缸端盖一侧的端面，所述挡圈将所述主活塞的端面完全覆盖以使得所述主活塞的端面与气缸缸筒的内壁之间形成间隙小于1mm的环空；所述副活塞上设置有导向环，其凹陷设置于副活塞外周。

优选的是，所述气缸端盖上通过气阀压盖设置有进气阀和排气阀，所述进气阀通过设置于所述气缸端盖内的进气通道连通所述气缸缸筒内的气腔，所述排气阀通过设置于所述气缸端盖内的排气通道也连通所述气缸缸筒内的气腔。

优选的是，所述进气通道和排气通道均朝向所述气缸缸筒的中心轴线倾斜直线设置，呈八字形结构。

优选的是，所述油缸端盖后方连接有油缸缸筒，所述活塞杆通过油缸缸筒内的油缸活塞连接并通过液压油压力驱动动作，所述油缸端盖上分别连接有进油回油口和泄油口，所述油缸缸筒的两侧对称设置有两个双活塞气缸，所述活塞杆的两端分别连接两侧的气缸缸筒内的副活塞。

优选的是，所述气缸缸筒内的气腔和所述油缸缸筒内的油腔中间设置有隔离腔，其位于气缸缸筒内，所述隔离腔连通有两个连接口，其分别为A口和B口，A口通入压力为0.1～0.2MPa的氮气，B口外接集油盒，其内设置有液位显示器。

优选的是，所述活塞杆连接副活塞的前端设置为变截面，所述隔离腔上设置有接近开关，其用于通过探测活塞杆截面积的变化从而探测到活塞的运动位置。

优选的是，所述隔离腔上设置有流量计，用于监测气体的泄露。

优选的是，两侧的所述气缸缸筒外周均设置有冷却水套。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、本实用新型设置双活塞，将主活塞设置为自由状态，与其余部件无连接，并增加一个导向副活塞，其与活塞杆固定连接在一起，避免出现偏载现象，使得主活塞具有良好的对中性，从而提高密封件寿命，提高增压缸服役时间，减少维修次数。

2、本实用新型通过设置双活塞，由于主活塞为自由状态，当需更换主活塞上的密封件时，只需要拆下气缸端盖，用工装孔取出主活塞即可更换密封件，而不需要拆卸整个增压缸。

3、本实用新型的挡圈采用定制挡圈结构，安装后主活塞与气缸缸筒壁之间仅有微小环空，降低了余隙容积，从而增加了工作效率。

4、本实用新型进气通道和排气通道设置为八字形结构，使得整个结构的相对余隙容积更小，效率更高。

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为本实用新型的增压缸结构示意图；

图2为本实用新型双活塞的主活塞和副活塞局部放大图；

图3为本实用新型现有技术中进气通道和排气通道呈双L形通道示意图；

图4为本实用新型气缸端盖局部放大图；

图5为本实用新型隔离腔的局部放大图；

图6为本实用新型挡圈与主活塞的连接示意图。

附图标记说明：

1、气缸端盖，2、气阀压盖，3、进气阀，4、法兰，5、冷却水套，6、气缸缸筒，7、接近开关，8、排气阀，9、主活塞，10、副活塞，11、活塞杆，12、进气通道，13、排气通道，14、油缸缸筒，15、挡圈，16、密封环，17、导向环，18、工装孔，19、油缸端盖，20、油缸活塞，21、隔离腔，22、流量计。

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至6所示，本实用新型提供一种双活塞增压缸结构，包括：气缸缸筒6，其一端设置气缸端盖1，所述气缸缸筒6的另一端设置油缸端盖19，活塞杆11穿过油缸端盖19位于所述气缸缸筒6内；活塞，其包括主活塞9和副活塞10，所述主活塞9活动设置于所述气缸缸筒6内，所述副活塞10紧贴所述主活塞9也设置于所述气缸缸筒6内，所述活塞杆11连接所述副活塞10；所述主活塞9朝向所述气缸端盖1侧的中心设置有工装孔18。

在上述技术方案中，设置主活塞9为自由状态，与其余部件无连接，主活塞9在右侧油压和左侧气压作用下往返运动。活塞与活塞杆面积比较大，在没有连接的情况下，易发生不对中；同时，由于活塞杆左端无支撑，近似悬臂梁结构，受重力及装配误差的影响，在活塞杆端部会产生挠度，作用在主活塞上的推力对主活塞产生了径向的分力。因此，活塞易出现偏磨，导向环出现快速磨损，从而导致主活塞密封件及缸筒磨损。

因此，增加一个外径与主活塞外径相等的导向副活塞10，与活塞杆固定连接在一起。由于导向副活塞不与氢气接触，只需安装导向环17，长度取主活塞长度的1/3-1/2；一方面，通过增大与主活塞的接触面积避免运动的过程中出现偏载，使主活塞具有良好的对中性；另一方面，副活塞上的导向环17限制了活塞杆自由端沿径向的位移，使活塞运动具有良好的对中性。由于导向副活塞与氢气不接触，为了降低副活塞重力的影响，可选用铝合金等轻质材料。另外，为了避免导向环17磨损后，导向副活塞磨损缸筒，可选导向副活塞材料的硬度小于缸筒材料的硬度。

另外，由于主活塞9为自由状态，当需更换主活塞9上的密封件时，只需要拆下气缸端盖1，用工装孔18取出主活塞9即可更换密封件，而不需要拆卸整个增压缸。所述气缸端盖1与所述气缸缸筒6通过法兰4连接，所述气缸缸筒6与所述油缸端盖19也通过法兰4连接。

在另一种技术方案中，如图2和图6所示，所述主活塞9上设置有挡圈15、密封环16和导向环17，所述导向环17凹陷设置于主活塞9外周，所述密封环16也凹陷设置于主活塞9外周，所述挡圈15也凹陷设置于主活塞9外周且靠近主活塞9位于气缸端盖1一侧的端面，所述挡圈15将所述主活塞9的端面完全覆盖以使得所述主活塞9的端面与气缸缸筒6的内壁之间形成间隙小于1mm的微小环空；所述副活塞10上设置有导向环17，其凹陷设置于副活塞10外周。

在上述技术方案中，气腔为高温高压环境，主活塞处为高压动密封，为了保证密封效果，一般采用泛塞封等密封形式。为了便于安装密封环16，将主活塞做成分体式沟槽，需要在沟槽前安装挡圈。如果选用传统的挡圈结构，挡圈与气缸缸筒内壁之间的环空较大，导致相对余隙容积增大，会降低增压缸的工作效率。因此，将挡圈15设计为台阶型自制结构，将主活塞的端面完全覆盖使得主活塞的端面与气缸缸筒的内壁之间形成间隙小于1mm的环空，并通过4个螺钉与主活塞固定连接在一起，增强了安全性与可靠性。主活塞9和副活塞10上的导向环17一般均间隔设置两个。工装孔18的设置用于更换密封件时主活塞9与外部的机构进行连接，将主活塞9从气缸缸筒6中取出。

在另一种技术方案中，如图4所示，所述气缸端盖1上通过气阀压盖2设置有进气阀3和排气阀8，所述进气阀3通过设置于所述气缸端盖1内的进气通道12连通所述气缸缸筒6内的气腔，所述排气阀8通过设置于所述气缸端盖1内的排气通道13也连通所述气缸缸筒6内的气腔。

在上述技术方案中，进气阀3和排气阀8通过气阀压盖2安装在气缸端盖1内。当压缩机开始排气工作时，排气阀8打开，增压后的气体从排气通道13排出；活塞反向运动，残留在余隙容积内的高压气体先膨胀，直至工作腔内的气体压力低于压缩机进气接管中的压力时，进气阀3打开，压缩机开始吸气时，气体从进气通道12进入气缸内。

压缩机的容积效率η_v直接反映压缩机气缸工作容积被有效利用的程度，是表征压缩机性能的重要参数之一。其中，λ_v是容积系数，相对余隙容积越大，容积系数越小；λ_p是压力系数；λ_T是温度系数，气缸冷却状况不良，尤其是进气通道附近冷却不好，就会使缸壁、阀腔壁面温度高，传给气体的热量就多，导致λ_T降低；λ_l是泄漏系数。

η_v＝λ_v.λ_p.λ_T.λ_l

因此，降低相对余隙容积，对缸筒进行冷却，是提高压缩机的容积效率的有效手段。

在另一种技术方案中，所述进气通道12和排气通道13均朝向所述气缸缸筒6的中心轴线倾斜直线设置，呈八字形结构。本申请进气通道12和排气通道13设置为八字形结构，如图4所示。对比图3的进气通道12和排气通道13设置为双L形通道，本申请结构的相对余隙容积更小，效率更高。

在另一种技术方案中，如图1所示，所述油缸端盖19后方连接有油缸缸筒14，所述活塞杆11通过油缸缸筒14内的油缸活塞20连接并通过液压油压力驱动动作，所述油缸端盖19上分别连接有进油回油口和泄油口，所述油缸缸筒14的两侧对称设置有两个双活塞气缸，所述活塞杆11的两端分别连接两侧的气缸缸筒6内的副活塞10。

在上述技术方案中，液压系统从油缸端盖19上进油回油口向油缸缸筒14内的油腔供油，液压油压力使得油缸缸筒14内的油缸活塞20带动活塞杆11及气缸缸筒6内的副活塞11向右运动，进气阀3打开，气缸缸筒6的气腔开始进行气体膨胀过程，浮动主活塞9在气体力的作用下紧贴导向副活塞10一起向右运动。当油缸活塞20反向运动时，气腔进行气体压缩过程，浮动主活塞9和导向副活塞10在油压推动下一起向左运动，通过上述过程实现气体压缩和膨胀过程，同时进气阀3和排气阀8随着压力的变化而打开和关闭。两侧的两个双活塞增压缸可根据实际需要配置相同内径或不同内径。

在另一种技术方案中，如图5所示，所述气缸缸筒6内的气腔和所述油缸缸筒14内的油腔中间设置有隔离腔21，其位于气缸缸筒6内，所述隔离腔21连通有两个连接口，其分别为A口和B口，A口通入压力为0.1～0.2MPa的氮气，B口外接集油盒，其内设置有液位显示器。

在上述技术方案中，在气腔和油腔中间设置隔离腔21，这样活塞杆11运动过程中带出的少量液压油不会进入气腔，同时也避免了气密封或油密封失效带来的气液混合；同时，在隔离腔21下A口通压力为0.1～0.2MPa的氮气，用于保持隔离腔21内微正压，避免空气进入隔离腔21造成氢氧油的混合，隔离腔21下B口外接一个带液位显示的集油盒，用于监测液压油的泄漏。

在另一种技术方案中，所述活塞杆11连接副活塞10的前端设置为变截面，所述隔离腔21上设置有接近开关7，其用于通过探测活塞杆11截面积的变化从而探测到对侧活塞的换向信号。

在上述技术方案中，隔离腔21上端另一接口用于安装接近开关7，活塞杆11前端加工成变截面，当接近开关7探测到活塞杆11截面积的变化时，输出信号到换向阀，当采用液压驱动时，控制液压油换向，此连接控制为现有常规技术，在此不再赘述，本申请不限于液压换向。接近开关7安装在低压隔离腔21内，安装更换更加方便。

在另一种技术方案中，所述隔离腔21上设置有流量计22，用于监测气体的泄漏。

在另一种技术方案中，如图1所示，两侧的所述气缸缸筒6外周均设置有冷却水套5。

在上述技术方案中，气体在压缩过程中会产生大量的热量，导致气缸缸筒6的温度很高，冷却水套5用于给气缸缸筒6冷却，降低排温，提高压缩机的容积效率。

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 (9)

1.一种双活塞增压缸结构，其特征在于，包括：

气缸缸筒，其一端设置气缸端盖，所述气缸缸筒的另一端设置油缸端盖，活塞杆穿过油缸端盖位于所述气缸缸筒内；

活塞，其包括主活塞和副活塞，所述主活塞活动设置于所述气缸缸筒内，所述副活塞紧贴所述主活塞也设置于所述气缸缸筒内，所述活塞杆连接所述副活塞，所述主活塞朝向所述气缸端盖侧的中心设置有工装孔。

2.如权利要求1所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述主活塞上设置有挡圈、密封环和导向环，所述导向环凹陷设置于主活塞外周，所述密封环也凹陷设置于主活塞外周，所述挡圈也凹陷设置于主活塞外周且靠近主活塞位于气缸端盖一侧的端面，所述挡圈将所述主活塞的端面完全覆盖以使得所述主活塞的端面与气缸缸筒的内壁之间形成间隙小于1mm的环空；所述副活塞上也设置有导向环，其凹陷设置于副活塞外周。

3.如权利要求1所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述气缸端盖上通过气阀压盖设置有进气阀和排气阀，所述进气阀通过设置于所述气缸端盖内的进气通道连通所述气缸缸筒内的气腔，所述排气阀通过设置于所述气缸端盖内的排气通道也连通所述气缸缸筒内的气腔。

4.如权利要求3所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述进气通道和排气通道均朝向所述气缸缸筒的中心轴线倾斜直线设置，呈八字形结构。

5.如权利要求1所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述油缸端盖后方连接有油缸缸筒，所述活塞杆通过油缸缸筒内的油缸活塞连接并通过液压油压力驱动动作，所述油缸端盖上分别连接有进油回油口和泄油口，所述油缸缸筒的两侧对称设置有两个双活塞气缸，所述活塞杆的两端分别连接两侧的气缸缸筒内的副活塞。

6.如权利要求5所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述气缸缸筒内的气腔和所述油缸缸筒内的油腔中间设置有隔离腔，其位于气缸缸筒内，所述隔离腔连通有两个连接口，其分别为A口和B口，A口通入压力为0.1～0.2MPa的氮气，B口外接集油盒，其内设置有液位显示器。

7.如权利要求6所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述活塞杆连接副活塞的前端设置为变截面，所述隔离腔上设置有接近开关，其用于通过探测活塞杆截面积的变化从而探测到对侧活塞的换向信号。

8.如权利要求6所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，所述隔离腔上设置有流量计。

9.如权利要求5所述的双活塞增压缸结构，其特征在于，两侧的所述气缸缸筒外周均设置有冷却水套。

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