一种往复柱塞式气体压缩机及方法

摘要

本发明涉及一种压缩机及方法，属于气体压缩领域，具体涉及一种往复柱塞式气体压缩机及方法。本发明将驱动能转换为液压能的压缩机，用液压油推动液压活塞从而带动柱塞上下运动对气体进行压缩，同时采用上下两端对称的气缸结构，当一个气缸压缩介质时，另一个气缸进介质，既不浪费吸入气体自身的能量又高效节能，特别适用于吸气压力较高的中高压气体或液体压缩，并且采用两级或多级压缩，可以减小油泵的压力、降低压缩介质的温度，同时采用液压驱动有效降低了噪声。

主权项

一种往复柱塞式气体压缩机，包括：主机系统，与主机系统相连的控制系统和冷却系统、与控制系统相连的动力系统、与冷却系统相连的工艺气系统，其特征在于，主机系统包括主机缸(6)，主机缸(6)包括：柱塞(22)、第一气缸(23)、第二气缸(37)、油缸(29)，其中：第一气缸(23)的一端与油缸(29)相连，另一端设有第一气缸连接块(21)，柱塞(22)穿过油缸(29)后进入第一气缸(23)内，并与第一气缸连接块(21)形成密封腔体A；密封腔体A相对的两侧分别设置有第一进气阀(2)、第一排气阀(4)；第二气缸(37)与第一气缸(23)对称的连接于油缸(29)的另一端，柱塞(22)从第二气缸(37)的一端进入第二气缸(37)后与第二气缸(37)另一端上的第二气缸连接块(32)形成密封腔体D；密封腔体D相对的两侧上分别设置有第二进气阀(3)和第二排气阀(5)；第一进气阀(2)、第二进气阀(3)通过控制系统与压缩机的进气端相连；第一排气阀(4)、第二排气阀(5)通过冷却系统与压缩机的排气端连接；柱塞(22)位于油缸(29)内的部分上设置有油缸活塞(28)，其上设置有油缸活塞密封圈(27)，该油缸活塞(28)将油缸(29)分为上下两个密封的油腔B和油腔C；油腔B和油腔C上分别设置有与控制系统相连的油缸进油口(36)；在第一气缸(23)和油缸(29)连接部位以及第二气缸(37)和油缸(29)的连接部位处设置有气缸中间块(25)和油缸中间块(26)，该气缸中间块(25)和油缸中间块(26)通过长拉杆(30)固定于第一气缸(23)和第二气缸(37)的气缸法兰(24)上，在气缸中间块(25)上设置有气缸密封(34)，所述油缸中间块(26)设置有油缸密封(35)；通过气缸中间块(25)、油缸中间块(26)将油缸(29)和气缸隔离开，因此即使密封件破损，气体也不会渗透至液压油；动力系统包括储能器(14)、过滤器(15)、油泵(16)、溢流阀(17)和油池(18)，油泵(16)与溢流阀(17)并联后一端与油池(18)连接，另一端与过滤器(15)连接，过滤器(15)的另一端和储能器(14)以及控制系统的换向阀(8)连接；冷却系统包括冷却器(9)和油冷器(13)，冷却器(9)的进气端与第一排气阀(4)、第二排气阀(5)相连，出气端与工艺气系统的安全阀(10)和第二球阀(11)连接，油冷器(13)一端连接换向阀(8)，另一端连接油池(18)；工艺气系统包括安全阀(10)、第二球阀(11)、单向阀(12)和管线，安全阀(10)和第二球阀(11)的一端与冷却系统的冷却器(9)相连，另一端通过单向阀(12)与压缩机排气端相连；控制系统包括第一球阀(1)、第一进气阀(2)、第二进气阀(3)，第一排气阀(4)， 第二排气阀(5)和换向阀(8)，第一球阀(1)一端接压缩机的进气端，另外一端与第一进气阀(2)和第二进气阀(3)同时连接；第一排气阀(4)和第二排气阀(5)再同时与冷却器(9)连接，换向阀(8)的一端与主机缸(6)的油腔B和油腔C的油缸进油口(36)连接，另一端分别与过滤器(15)和油冷器(13)连接；柱塞(22)，油缸活塞(28)在主机缸(6)安装后形成密封腔体A、油腔B、油腔C、密封腔体D四个腔，其中，密封腔体A、密封腔体D为气腔，油腔B、油腔C为油腔；在油缸活塞(28)向下运动的过程中，密封腔体A腔容积会增大，腔内压力降低，第一进气阀(2)开启，气体经过第一球阀(1)，从第一进气阀(2)进入密封腔体A，产生密封腔体A的进气过程；同时，密封腔体D容积缩小，气体压力增高，第二进气阀(3)关闭，产生密封腔体D的压缩过程，当密封腔体D内的压力达到第二排气阀(5)所能承受的压力即所需压缩的压力时，第二排气阀(5)打开，气体经过冷却器(9)、第二球阀(11)和单向阀(12)排到储气罐内，形成密封腔体D的排气过程；在此过程中，当密封腔体D内压力超过排气压力时，此时密封腔体D压力＝密封腔体A压力‑油腔C压力+油腔B压力；由于油腔C与油池相通，即与大气相通，油腔C压力忽略不计，且密封腔体A为气体进气压力；因此，此时的密封腔体D压力即排气压力＝油压力+进气压力；由此可知，气体的进气压力越大，所需油压力就越小，所需功率就越小；当柱塞(22)运动到底时，油压会迅速升高，换向阀(8)接收到信号后换向，此时换向阀(8)处于交叉相通的状态；这时，压力油将流进油腔C，油腔B内的油就回到油池(18)，油缸活塞(28)在压力油的作用下向上运动，密封腔体D容积会增大，腔内压力降低，第二进气阀(3)开启，气体经过第一球阀(1)，从第二进气阀(3)进入密封腔体D，产生密封腔体D的进气过程；同时，密封腔体A容积缩小，气体压力增高，第一进气阀(2)关闭，当密封腔体A内的压力达到第一排气阀(4)所承受的压力即所需压缩的压力时，第一排气阀(4)打开，气体经过冷却器(9)、第二球阀(11)和单向阀(12)排到储气罐内，形成密封腔体A的排气过程；在此过程中，当密封腔体A内压力超过排气压力时，此时密封腔体A压力＝密封腔体D压力‑油腔B压力+油腔C压力；由于油腔B与油池相通，即与大气相通，油腔B压力忽略不计，且密封腔体A为气体进气压力；因此，此时的密封腔体A压力即排气压力＝油压力+进气压力；由此可知，气体的进气压力越大，所需油压力就越小，所需功率就越小；当柱塞(22)运动到顶时，油压会迅速升高，换向阀(8)接收到信号后换向，此 时换向阀(8)处于交叉相通的状态；这时，压力油将流进油腔B，油腔C内的油就回到油池(18)，油缸活塞(28)在压力油的作用下向下运动，密封腔体A容积会增大，腔内压力降低，第一进气阀(2)开启，气体经过第一球阀(1)，从第一进气阀(2)进入密封腔体A，产生密封腔体A的进气过程；同时，密封腔体D容积缩小，气体压力增高，第二进气阀(3)关闭，当密封腔体D内的压力达到第二排气阀(5)所承受的压力即所需压缩的压力时，第二排气阀(5)打开，气体经过冷却器(9)、第二球阀(11)和单向阀(12)排到储气罐内，形成密封腔体D的排气过程；为方便更换密封，气缸中间块(25)、油缸中间块(26)为分开的，目的是为了拆卸气缸时不需要拆卸油缸；第一气缸连接块(21)与第二气缸连接块(32)分别通过短拉杆(31)连接于气缸上，在第一气缸(23)和第二气缸(37)位于气缸中间块(25)和油缸中间块(26)相接面的气缸壁上设置有放气孔(33)，该放气孔(33)起保护油缸密封作用，当气缸密封(34)损坏时，介质从放气孔(33)流出，防止损坏油缸密封(35)；动力系统为一个液压工作站，即将所有液压元件集中安装在一起，从而减小体积；利用液压油推动油缸活塞从而带动柱塞上下运动对气体进行压缩，上下两端为对称的气缸，当上面压缩介质时，下面进介质，下面压缩时，上面进介质，中间为油缸，通过油缸活塞隔开。