一种倒Y型全无油气体压缩机的制作方法

本发明涉及气体压缩机技术领域，具体而言，涉及一种倒y型全无油气体压缩机。

背景技术：

在一些有毒、贵重，或使用环境苛刻、对机器密封性能要求严格的场所，如使用氢气、氦气、及变电站使用的sf6气体等场合，会应用到一类特殊的气体压缩机。而在现有技术中的压缩机多采用往复式，属于容积式压缩机，其工作原理即：使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。压缩过程中，曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，气缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，气体被吸进来，完成进气过程；当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。这种压缩机通常采用活塞环来密封气缸和活塞之间的间隙，并使用润滑油来润滑活塞环。

现有技术中的无油气体压缩机并非绝对意义上的无油润滑，所谓的无油其实只是在气缸内不再使用润滑油，但在曲轴箱内仍然添加有润滑油，气缸与曲轴箱之间主要是采用密封装置隔离开来，防止油分子蹿入压缩气体中，这类压缩机经过多年的优化改进，已形成了系列化、成熟化的设计生产方法，成为当今社会的主流产品。这种结构无法做到100％无泄漏，也不能做到真正意义上的全无油。这是因为，机械密封存在着磨损问题，当使用一段时间后，就会有油分子蹿入压缩气体中去。因为曲轴的动力输入端是动密封部位，不能做到零密封，而且随着使用时间的延长，由于磨损原因，泄漏量会越来越大。

随着技术进步和人民生活水平的提高，对压缩气体的纯净程度也越来越严格。采用传统的有油压缩机，必须附带昂贵的气体净化设备，甚至有些高端场合要求压缩的气体之中不可含油。因此，根据需要就研制出使压缩气体洁净、绝对无油的压缩机成为亟待解决的技术问题之一。

中国专利cn20091011695806公开了一种全无油润滑密封型气体压缩机，包括曲轴箱、曲轴、连杆、气缸、活塞，在曲轴动力输入端上安装有主轴承，曲轴箱内没有润滑油，所有轴承均是油脂润滑，活塞环和导向环是非金属自润滑材料制造。该现有技术采用曲轴带动连杆作往复压缩，气缸工作表面所受的侧向力较大，活塞易磨损，而且由于曲轴运行存在曲轴拐点，工作不平稳，噪声较大。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的密封性能差、运行平稳性差、噪音大等技术问题，本发明提供了一种倒y型全无油气体压缩机。采用本发明的气体压缩机，可以达到全密封，使压缩气体中完全不含油分子。

本发明的技术方案是：

一种倒y型全无油气体压缩机，其特征在于：包括偏心轴箱、高压气缸、低压气缸、活塞、传动轴、偏心轴、轴承轴、磁力耦合装置；所述压缩机共有三个气缸，一个高压气缸分布在偏心轴箱的上部，两个低压气缸分布在偏心轴箱下部两侧，所述高压气缸和低压气缸采用倒“y”形结构分布，三个气缸互呈120°夹角错开，且不在同一平面上排列；所述活塞通过连杆与偏心轴相连，三个活塞之间互成120夹角错开；所述偏心轴的两端分别与传动轴和支撑轴连接；所述磁力耦合装置带动传动轴运动。采用本发明设计结构的压缩机体积更小，重量更轻，实用性很强，应用更广泛。

在此基础上，所述偏心轴箱内没有润滑油；所述低压气缸的入口与偏心轴箱连通，所述低压气缸的出口与高压气缸的入口通过管路连通。

在此基础上，所述高压气缸、低压气缸与活塞之间不添加润滑介质，所述活塞环采用自润滑的非金属材料制成，所述非金属材料是以聚四氟乙烯为基体、添加碳纤维和聚酰亚胺混合制成，成本低，耐摩擦，寿命长，维护方便。

在此基础上，所述磁力耦合装置采用直联型磁耦合传动，包含内磁路和外磁路，所述偏心轴箱与外界大气之间通过非金属隔离套进行全密封隔离，并且所述非金属隔离套将所述内磁路和所述外磁路隔离开来。

在此基础上，所述非金属隔离套为以尼龙加玻璃纤维为主材料成型的隔离套，能承受偏心轴箱内最大0.8mpa的压力，在压力低于0.8mpa的场合，压缩机可以直接接入而不需要外加减压装置。

在此基础上，所述压缩过程采用两级级压缩，所述两低压气缸对气体进行一级压缩，所述高压气缸再进一步对气体进行二级压缩。

在此基础上，所述全无油气体压缩机的排气量可达6-60m³/h，输出压力可达6mpa；所述低压气缸入口的工作压力可以为-0.05-0.8mpa区间上的任何一值工作。

在此基础上，所述气体入口与偏心轴箱是连通的，压缩机工作时，入口和偏心轴箱内的气体，在流动过程中都将进入低压压缩气缸并带走偏心轴箱内的轴承和其它传动机构的机械运动所产生的热量，从低压气缸的出口进入到高压气缸内。

在此基础上，所述低压气缸和高压气缸外壁具有若干翅型结构的散热片。

在此基础上，所述高压气缸外壁具有冷却装置；所述冷却装置为采用风扇强制风冷。

在此基础上，所述偏心轴的两端都具有惯性平衡轮，并通过惯性平衡轮分别与支撑轴、传动轴连接；所述惯性平衡轮上具有平衡片调整重力平衡，这样的平衡结构，使得运行非常平稳，震动非常小，机械噪音非常低。所述低压气缸和高压气缸位于两惯性平衡轮的中间；所述偏心轴与惯性平衡轮之间安装有隔环，避免运动部件之间的相互干扰摩擦。

本发明提供的倒y型全无油压缩机适用用于惰性气体及非易燃易爆气体的压缩，尤其适用于sf6气体回收处理装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供的全无油气体压缩机，采用直联式磁耦合传动，气缸、偏心轴箱不添加任何润滑油，通过隔离套有效地将偏心轴箱、高/低压所有气缸与外界大气完全隔离，真正做到了全密封，不存在偏心轴箱传动轴动密封泄漏的问题。在非金属隔离套的密封作用下，即使低压入口在负压条件，外界气体也不能进入压缩机，有效保护了需要压缩的气体的纯度。

2)本发明提供的全无油气体压缩机，气缸采用倒y形结构，三个气缸之间均以120°夹角错开，且不在同一平面上排列，使得三列活塞的合力在同一偏心轴上，平衡力达完全平衡，因此运行平稳，静音效果好；并且压缩机可取较高的转速，使采用直联式磁耦合成为可能，从而使压缩机效率得到极大地提高。

3)本发明提供的全无油气体压缩机，采用两级压缩的设计方式，一级压缩气缸的进气口与偏心轴箱腔体相连：通过被压缩气体进气口吸入的气体流动，带走偏心轴箱内的热量，解决偏心轴箱发热问题；同时，减小气体压缩时，一级气缸与偏心轴箱的气体压差，从而减小压缩气体时所需的推力，减小活塞受力，有利于延长传递机构如活塞、活塞环、活塞销、、活塞轴承等部件的寿命，使输出压力也得到了大幅提高。

4)本发明提供的全无油气体压缩机，采用偏心轴结构，无需像偏心轴那样有拐数，因此主轴颈、偏心轴与连杆间的传动均采用深沟球密封轴承，装配简便，效率高。而且，三个活塞之间均以120°夹角错开，大幅改善了往复运动机械运行拐点产生的机械震颤。

5)本发明提供的全无油气体压缩机，采用两级压缩，入口压力可以在-0.05-0.8mpa之间，提高了压缩效率；而且，这种两级三缸的设计方式，级间冷却管在冷却风扇(风冷式)作用下，有效地降低排气温度，使得压缩机排量可以做大到6-60m³/h,并能达到6mpa的输出压力，节省了功率消耗。

6)本发明提供的全无油气体压缩机，气缸活塞采用无十字头滑块的连接方式，按两列一级压缩、一列二级压缩，提高压缩机压缩效率，减小压缩机体积与重量，使达到一定排气量情况下，使压缩机小型化，实用性更强，应用更为广泛。

7)本发明提供的全无油气体压缩机，气缸内采用可自润滑的非金属材料活塞环，具有耐高温、耐磨、热变形膨胀系数小的特点，使得被压缩气体全无油接触，对被压缩的sf6的气体品质有极高的保证。

8)本发明提供的全无油气体压缩机，采用直联型磁耦合传动，通过非金属隔离套有效地将偏心轴箱与外界大气隔离，保障压缩机无泄漏和动力传动的安全保护，在机械故障时不损坏电机和传动件的二次被动损坏，降低维修、维护成本。

9)本发明的偏心轴的两端都具有惯性平衡轮，这种双平衡轮的结构使得偏心轴在旋转过程中受力平衡，压缩机运行非常平稳，震动非常小，机械噪音非常低。

附图说明

图1是本发明的倒y型全无油气体压缩机的剖面结构示意图；

图2是发明的倒y型全无油气体压缩机的截面结构示意图；

图3是本发明的倒y型全无油气体压缩机的压缩过程的工作原理流程图；

图4是发本明的倒y型全无油气体压缩机的低压连杆活塞组件的结构示意图；

图5是本发明的倒y型全无油气体压缩机的高压连杆活塞组件的结构示意图；

图1-图2中附图标记如下：

偏心轴箱1、过渡法兰2、偏心轴箱盖板3、低压气缸4、高压气缸5、第一隔环6、惯性平衡轮7、偏心轮8、传动轴9、支撑轴10、隔离套固定夹11、第二隔环12、高压缸盖螺栓13、低压缸盖螺栓14、紧固螺栓15、连杆16、高压活塞17、平衡片18、内磁路20、密封轴承21、盖板螺栓25、圆柱销28、法兰密封垫圈34、平键36、紧固螺钉37、通气接头38、气缸密封垫圈40、高压阀片42、高压缸盖45、出入口接头50、温度传感器接头52、低压阀片54、低压缸盖57、隔离套密封垫圈59、隔离套60、外磁路61、电机连接筒62、孔档64。

图4、图5中附图标记如下：低压活塞405、高压活塞505、密封滚动轴承66、张力弹片67、低压活塞环68、导向环69、高压活塞环70。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1和图2所示，一种倒y型全无油气体压缩机，包括偏心轴箱1、低压气缸4、低压活塞65、高压气缸5、高压活塞17、连杆16、传动轴9、支撑轴10、惯性平衡轮7、偏心轴8、磁路耦合装置；其中：偏心轴箱1一端具有偏心轴箱盖板3，偏心轴箱盖板3通过盖板螺栓25与偏心轴箱固定连接，盖板螺栓25上还套有防松垫圈。高压气缸5为一个，分布在偏心轴箱的上部，低压气缸4为两个，分布在偏心轴箱下部两侧，高压气缸和低压气缸采用倒“y”形结构分布，三个气缸互呈120°夹角错开，且不在同一平面上排列。低压活塞65和高压活塞17通过连杆16与偏心轮7相连，三个活塞之间也互成120夹角错开。偏心轴8位于支撑轴10和传动轴9之间，两端分别与之相连。这种设计结构的压缩机体积更小，重量更轻，实用性很强，应用更广泛。

磁力耦合装置包括：内磁路20、隔离套60、外磁路61。内磁路20为一筒状结构，两端口径大小不一，较小口径的一端安装在传动轴9上，且在内径和传动轴9上有对应的槽，槽内安装有平键36，以方便拆卸联结、用以传递转矩，在较小口径端的外壁，还具有若干对应的通孔，孔内安装有紧固螺钉37，用以紧固内磁路20与传动轴9的联接。隔离套60为非金属材料制成，隔离套60为一盆状结构，在口径的边缘处有向外延伸的折边，折边处具有隔离套固定夹11，用以固定隔离套60；隔离套60的端口与过渡法兰2之间通过隔离套密封垫圈59进行密封，折边处还具有若干紧固螺栓，用以固定连接隔离60和过渡法兰2。

磁路耦合装置外面还具有电机连接筒62。

在本实施例中，为了确保压缩机内无油，在偏心轴箱内不添加润滑油。

压缩过程采用两级级压缩，两低压气缸对气体进行一级压缩，高压气缸再进一步对气体进行二级压缩；其工作原理如图3所示：低压气缸的入口与偏心轴箱1连通，出口通过管路与高压气缸的入口连通。进入低压气缸的气体偏心轴箱内被压缩，然后经过低压气缸的出口通过外管路进入到高压气缸中去，这样完成一级压缩。高压气缸的内腔分为直径不同的两段部分组成，靠近活塞的一段内腔的直径大于另一段内腔的直径，经过一级压缩后的气体先进入到高压气缸内，被进行二级压缩后通入外部设备中。高压气缸的上下两段之间通过圆形垫圈进行密封，高压缸盖45和高压气缸5之间具有高压阀片42和弹性垫圈，高压缸盖45和高压气缸5之间通过高压缸盖螺栓13进行固定连接。

低压气缸4不分段，为整体一段。低压缸盖57和低压气缸4之间具有低压阀片54和弹性垫圈，低压缸盖57和低压气缸4之间通过低压缸盖螺栓14进行固定连接。低压气缸4和高压气缸5外壁还具有散热片。

在偏心轴箱1内，偏心轴8的两端安装有两个惯性平衡轮7，惯性偏心轮7的外侧面具有圆形腔，左端惯性偏心轮7的圆形腔内嵌套有支撑轴10，右端惯性偏心轮7的圆形腔内嵌套有传动轴9；低压气缸4和高压气缸5位于两个惯性平衡轮7的中间，偏心轴8的位置偏离惯性平衡轮的圆心，在惯性平衡轮7上远离偏心轴8的一侧还安装有平衡片18，两惯性平衡轮7上各有一只，并通过沉头螺栓与惯性平衡轮7固定连接。在偏心轴8与惯性平衡轮7之间具有隔环，左右各一，分别为第一隔环6和第二隔环12，其中第一隔环6靠近支撑轴10，第二隔环12靠近传动轴9。这种双平衡轮的设计结构，使得压缩机运行非常平稳，震动非常小，机械噪音非常低。偏心轴与惯性平衡轮之间的隔环，能有效避免运动部件之间的相互干扰摩擦。

偏心轴8的两端面与惯性平衡轮7之间、支撑轴10的端面与惯性平衡轮7之间、传动轴9的端面与惯性平衡轮7之间，均通过圆柱销28进行固定；隔离套60的端面与过渡法兰2之间也通过圆柱销28进行固定连接。支撑轴10的端面中心位置还具有紧固螺栓15和防松垫片，将支撑轴10和偏心轴8连接在一起。在惯性平衡轮7圆形腔的底部也通过紧固螺栓和防松垫片将其和偏心轴固定连接。

偏心轴箱1与偏心轴箱盖板3之间、偏心轴箱1与过渡法兰2之间，安装有法兰密封垫圈34进行密封。在高、低压气缸与偏心轴箱1连接处，通过气缸密封垫圈40进行密封。

偏心轴箱盖板3与支撑轴10之间、密封法兰2与传动轴9之间安装有密封轴承21；各活塞连杆16与偏心轴8之间，通过密封轴承21进行连接。该密封轴承21可为深沟球轴承。

高、低压气缸上都安装有出入口接头50,每个气缸有两个，左右各一，三个气缸共有6个。高压气缸上还具有通气接头38和温度传感器接头52。

本发明提供的全无油气体压缩机，采用直联式磁耦合传动，气缸、偏心轴箱不添加任何润滑油，通过隔离套有效地将偏心轴箱、高/低压所有气缸与外界大气完全隔离，真正做到了全密封，不存在偏心轴箱传动轴动密封泄漏的问题。在非金属隔离套的密封作用下，即使在负压条件，外界气体也不能进入压缩机，有效保护了需要压缩的气体的纯度。

本发明提供的全无油气体压缩机，气缸采用倒y形结构，三个气缸之间均以120°夹角错开，且不在同一平面上排列，使得三列活塞的合力在同一偏心轴上，平衡力达完全平衡，因此运行平稳，静音效果好；并且压缩机可取较高的转速，使采用直联式磁耦合成为可能，从而使压缩机效率得到极大地提高。

本发明提供的全无油气体压缩机，采用偏心轴结构，无需像偏心轴那样有拐数，因此主轴颈、偏心轴与连杆间的传动均采用深沟球密封轴承，装配简便，效率高。而且，三个活塞之间均以120°夹角错开，大幅改善了往复运动机械运行拐点产生的机械震颤。

实施例2

如图1和图2所示，一种倒y型全无油气体压缩机，包括偏心轴箱1、低压气缸4、低压活塞65、高压气缸5、高压活塞17、连杆16、传动轴9、支撑轴10、惯性平衡轮7、偏心轴8、磁路耦合装置；其中：偏心轴箱1一端具有偏心轴箱盖板3，偏心轴箱盖板3通过盖板螺栓25与偏心轴箱固定连接，盖板螺栓25上还套有防松垫圈。高压气缸5为一个，分布在偏心轴箱的上部，低压气缸4为两个，分布在偏心轴箱下部两侧，高压气缸和低压气缸采用倒“y”形结构分布，三个气缸互呈120°夹角错开，且不在同一平面上排列。低压活塞65和高压活塞17通过连杆16与偏心轮7相连，三个活塞之间也互成120夹角错开。偏心轴8位于支撑轴10和传动轴9之间，两端分别与之相连。偏心轴8的两端具有惯性平衡轮7，并通过惯性平衡轮7分别与支撑轴10、传动轴9连接；惯性平衡轮7上具有平衡片18，低压气缸4和高压气缸5位于两惯性平衡轮7的中间；偏心轴8与惯性平衡轮7之间安装有隔环。

如图4所示，低压气缸的连杆活塞组件，连杆16的一端连接密封轴承21，另一端连接有低压活塞405，密封轴承21与连接的腔之间具有空挡64，低压活塞405与连杆16之间通过密封滚动轴承66连接，活塞外壁嵌套有张力弹片67、低压活塞环68、导向环69。该密封轴承21为深沟球轴承，密封滚动轴承66为滚针轴承。

如图5所示，高压气缸的连杆活塞组件，连杆16的一端连接密封轴承21，另一端连接有高压活塞505，密封轴承21与连接的腔之间具有空挡64，高压活塞505与连杆16之间通过密封滚动轴承66连接，活塞外壁嵌套有张力弹片67、低压活塞环68、导向环69。与低压气缸的不同之处在于，高压活塞505向外还具有延伸的一段，延伸段上具有高压活塞环70。。该密封轴承21为深沟球轴承，密封滚动轴承66为滚针轴承。

活塞与连杆之间采用无十字头滑块的结构设计，结构简单、紧凑、机器高度较低，重量较轻，一般不需专门的润滑机构。

高压气缸、低压气缸与活塞之间不添加润滑介质，活塞环采用自润滑的非金属材料制成，该非金属材料是以聚四氟乙烯为基体、添加碳纤维和聚酰亚胺混合制成。成本低，耐摩擦，寿命长，维护方便

磁力耦合装置采用直联型磁耦合传动，包含内磁路和外磁路，偏心轴箱与外界大气之间通过非金属隔离套进行全密封隔离，并且所述非金属隔离套将所述内磁路和所述外磁路隔离开来。非金属隔离套为以尼龙加玻璃纤维为主材料成型的隔离套，能承受偏心轴箱内最大0.8mpa的压力，在压力低于0.8mpa的场合，压缩机可以直接接入而不需要外加减压装置。

本发明提供的全无油气体压缩机，低压气缸入口能承受最大0.8mpa的压力的工作压力，高压气缸的排量为6-60m³/h,输出压力可达6mpa。气体入口与偏心轴箱是连通的，压缩机工作时，入口和偏心轴箱内的气体，在流动过程中都将进入低压压缩气缸并带走偏心轴箱内的轴承和其它传动机构的机械运动所产生的热量，从低压气缸的出口进入到高压气缸内。

为进一步增加冷却效果，在此基础上，所述低压气缸和高压气缸外壁具有若干翅型结构的散热片。高压气缸外壁具有冷却装置；所述冷却装置为采用风扇强制风冷。

参考图3工作原理，本发明提供的y型全无油气体压缩机，结构新颖，运行平稳。它是在一根偏心轴上并排套上三根连杆，三列气缸在空间内互成120°夹角形成的，它也可以看做是将w型气体压缩机两边的两只气缸旋转60°形成的。此压缩机传动采用直联式传动，是由磁耦合联轴器传动，通过非接触式传动，在非金属隔离套的隔离作用下，不存在传统联轴器所采用的传动轴的动密封，使偏心轴箱处于全密封状态下工作，有效地防止了压缩气体的泄漏。

以图2和图三为例，进一步阐述本发明的工作原理，当与电机转动轴相连的外磁路61转动时，由于磁路关系，磁力透过隔离套带动内磁路20转动，内磁路20带动偏心轴箱传动轴9转动，传动轴9带动偏心轴8并围绕传动轴9的圆心转动。又因为一级2列低压气缸、二级1列高压气缸的连杆套在同一偏心轴上并彼此错开120°夹角，所以一级、二级的3列活塞在偏心轴箱传动轴9所转动的每一转的周期内，每一列活塞依次进行的往复运动一次，由一级的2列气缸活塞往复运动将气体通过低压阀片压缩到一级与二级的级间冷却管中，经过冷却风扇风冷作用，再吸入二级活塞气缸中经二级活塞往复运动压缩后又经过二级冷却管冷却后输出高压气体。

由于偏心轴箱没有注入任何润滑油，所以整个压缩过程是全无油的。偏心轴箱级三列气缸与外界大气处于完全隔离的状态，所以不存在气体对外泄漏问题。

本发明提供的全无油气体压缩机，适用用于惰性气体及非易燃易爆气体的压缩，尤其适用于sf6气体回收处理装置。

本发明提供的全无油气体压缩机，采用两级压缩的设计方式，一级压缩气缸的进气口与偏心轴箱腔体相连：通过被压缩气体进气口吸入的气体流动，带走偏心轴箱内的热量，解决偏心轴箱发热问题；同时，减小气体压缩时，一级气缸与偏心轴箱的气体压差，从而减小压缩气体时所需的推力，减小活塞受力，有利于延长传递机构如活塞、活塞环、活塞销、活塞销、活塞轴承等部件的寿命，确保在无油润滑的条件下，极大地延长了压缩机寿命。

本发明提供的全无油气体压缩机，采用两级压缩，入口压力可以在0-0.8mpa之间，提高了压缩效率；而且，这种两级三缸的设计方式，级间冷却管在冷却风扇(风冷式)作用下，有效地降低排气温度，使得压缩机排量可以做大到6-60m³/h,并能达到6mpa的输出压力，节省了功率消耗。

本发明提供的全无油气体压缩机，气缸活塞采用无十字头滑块的连接方式，按两列一级压缩、一列二级压缩，提高压缩机压缩效率，减小压缩机体积与重量，使达到一定排气量情况下，使压缩机小型化。

本发明提供的全无油气体压缩机，气缸内采用可自润滑的非金属材料活塞环，具有耐高温、耐磨、热变形膨胀系数小的特点，使得被压缩气体全无油接触，对被压缩的sf6的气体品质有极高的保证。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。