复合密封组件、氢气压缩机活塞杆及气缸组件、压缩机的制作方法

1.本实用新型涉及氢气加压设备技术领域，特别是涉及一种复合密封组件、氢气压缩机活塞杆及气缸组件、压缩机。


背景技术：

2.近年来，随着环保意识以及技术能力的增强，现有市场上新能源汽车的占比正在逐年增大，按照新能源汽车的动力系统结构，新能源汽车可分为多种，主要可以分为纯电动汽车(electric vehicle，ev)、混合动力汽车(hybrid electric vehicle，hev)、燃料电池汽车(fuel cell electric vehicle，fcev)三种类型。
3.燃料电池汽车主要指的是氢燃料电池汽车，相较于其他车辆动力系统，由于使用氢气作为燃料，反应产物只有水，对环境不会造成任何污染；车用燃料电池的能量转化效率能达到60％，远远高于传统内燃机的能量转化效率；燃料电池汽车的加氢时间短，续驶里程也可以达到传统汽车的水平；考虑车辆配重，氢燃料电池还具有能量密度高的特点。
4.加氢站为氢燃料电池汽车运用的基础设施。目前的加氢站，通常采用氢气长管拖车在加氢母站加氢，通过公路运输到加氢站，利用卸气柱将氢气长管拖车和站内设备连接。而后采用压缩机，将拖车内20mpa的氢气加压到最高45mpa，依次充装进入车载高压氢气罐、高压储气瓶组、中压储气瓶组中，直至瓶组压力达到45mpa，压缩机停机。当有车辆需要加氢时，根据实际氢气来源，如依次从氢气长管拖车、中压储气瓶组、高压储气瓶组、压缩机取气，直至向车辆中加注到设定压力值的氢气；当加氢站储气瓶组的压力低于设定值时，压缩机启动，通过断续工作的方式维持储气瓶组中的压力；当拖车长管内压力值低到一定程度时，拖车返回加氢母站加氢。
5.现有技术中，申请人在先提出了申请号为cn202210449288.5的专利申请，具体为一种包括活塞式压缩机以及隔膜式压缩机的压缩机组，以达到在保障加氢站供气流量的前提下，可有效降低加氢站的设备故障率目的的方案；其他的，申请人在先提出了申请号为cn202011088931.3的专利申请，具体为一种解决压缩机活塞杆密封问题的技术方案。
6.活塞式压缩机作为氢气压缩设备的关键组成部分，对活塞式压缩机密封技术进行进一步优化，无疑对我国新能源汽车的推广具有促进意义。


技术实现要素：

7.针对上述提出的对活塞式压缩机密封技术进行进一步优化，无疑对我国新能源汽车的推广具有促进意义的技术问题，本实用新型提供了一种复合密封组件、氢气压缩机活塞杆及气缸组件、压缩机。采用本方案提出的技术方案，便于维持密封面的压力、监测液压油油压变化以及调整液压油压力。
8.针对上述问题，本实用新型提供的复合密封组件、氢气压缩机活塞杆及气缸组件、压缩机通过以下技术要点来解决问题：复合密封组件，包括填料盒，所述填料盒上设置有用于活塞杆穿过填料盒的中心孔，填料盒上沿中心孔的轴线方向间隔设置有多个与中心孔相
接的填料槽，各填料槽中均安装有密封填料，所述填料槽中，部分填料槽中设置有柔性填料，部分填料槽中设置有填料环，还包括液压油循环装置；
9.所述液压油循环装置包括油泵及循环管路，循环管路的入口端与油泵的出口相连，循环管路的出口端与油泵的入口相连；
10.还包括串联在循环管路上的背压阀及稳压罐，所述稳压罐位于背压阀的入口与油泵的出口之间，稳压罐的出口位于稳压罐的底侧，稳压罐入口与油泵出口之间的循环管路上串联有单向阀，所述单向阀的导通方向为使得液压油从油泵的出口进入稳压罐中；
11.用于安装柔性填料的填料槽串联在稳压罐出口与背压阀入口之间的循环管路上：填料盒上设置有两个接管孔，两个接管孔均具有位于该填料槽底面上的管口，该填料槽通过接管孔串联在循环管路上；
12.还包括用于测量稳压罐中压力的测压组件。
13.现有技术中，填料环又被称为填料密封环，被广泛运用于防止往复式压缩机活塞杆方向的泄漏。其作用原理为在随气缸压力周期变化过程中，气压实时作用在密封环上从而使得相应密封面上获得产生密封作用的压力。填料环在整个寿命周期内，随着密封接触面磨损、疲劳等原因，将使得填料环的密封可靠性下降，基于此，本方案提出一种复合式密封组件，具体为在利用填料环优异的稳定性、寿命以及功耗性能的同时，利用柔性填料在液压油循环装置的作用下辅助密封，以在需要时，通过调整柔性填料外侧油压以调整柔性填料对密封所产生的贡献，保障密封组件整体的密封可靠性。
14.更为具体的，以上液压油循环装置中，所述油泵用于对液压油进行加压，所述背压阀以及单向阀用于形成位于单向阀出口、背压阀入口之间的压力段，所述柔性填料与填料盒形成油封组件并连串在所述压力段上，且具体使用为：稳压罐的顶侧为气体，底侧为液压油，这样，在通过油泵单次加压后，根据背压阀的设定最高压力，可在所述压力段内获得小于或等于所述最高压力的压力值，该压力下的液压油作用于柔性填料的外侧，可使得柔性填料与对应填料槽槽壁、活塞杆外壁产生对应的密封压力。
15.本方案中，通过设置所述稳压罐，单向阀以及背压阀，首先，油泵单次工作后即可使得油封组件后续在一定周期内均能够正常工作，通过设定所述背压阀的最大压力，即可匹配油封组件对液压油压力的需求以及实现过压保护，使得本方案具有操作简单、安全可靠的特点；其次，在油泵单次加压完成后，可通过测压组件测定稳压罐中的压力变化情况，运用为液压油产生一定泄漏以润滑填料环、柔性填料、活塞杆三者上的密封面时，可根据对比密封组件寿命周期内不同时期的压力变化情况，用于反映密封面的磨损情况/密封组件密封性能变化：单位周期内压力变化变大，可判定为磨损加剧导致封组件密封性能衰减，此时可通过增大油封组件中的油压使得氢气泄漏保持在可接受范围内。
16.现有活塞式氢气压缩机多采用多级压缩使得氢气具有较大的压力，故本方案在运用于氢气压缩机时，为减小稳压罐中的压力，所述柔性填料优选设置在中间位置至远离气缸位置的填料槽中，为提高液压油对填料环的润滑性能，优选设置在中间位置的填料槽中。
17.作为所述复合密封组件更进一步的技术方案：
18.为方便收集回流的润滑油，使得液压油循环装置本身具有富余液压油存储功能以简化对其的维护，并在液压油少于设定量时及时补充液压油，设置为：所述背压阀出口与油泵入口的循环管路上还串联有储油罐，所述储油罐上还设置有补油管。本方案中，优选设置
为储油罐为封闭的容器并在所述补油管上安装截断阀，这样利于润滑油品质维持。
19.为方便密封填料安装、通过直接观察判断密封填料磨损情况、根据具体密封需要设定适宜数量的填料环，设置为：所述填料盒由多个填料盒单体以沿着中心孔的轴线方向层叠的方式层叠而成，相邻填料盒单体之间设置有静密封圈；
20.所述填料盒单体包括第一填料盒和第二填料盒，所述第一填料盒中的密封填料为第一填料，所述第二填料盒中的密封填料为第二填料，所述第一填料为柔性填料，第二填料为填料环。
21.为使得来自第一填料盒泄漏的液压油能够更好的润滑填料环以及活塞杆上的摩擦面，设置为：所述第一填料盒的两侧均设置有第二填料盒。
22.作为密封填料的具体实现方式，设置为：所述柔性填料为四氟盘根，所述填料环的材质为复合有金属添加材料的复合材料，所述金属添加材料包括铜粉。作为本领域技术人员，以上对填料环的材质旨在限定具体的填料环类型，具有铜粉添加的复合材料形式填料环本身为现有技术，本方案并不涉及到对材料的改进。
23.本方案还公开了一种氢气压缩机活塞杆组件，包括法兰及活塞杆，还包括如上任意一项所述的复合密封组件，所述复合密封组件贴合在法兰靠近氢气压缩机气缸的一侧，活塞杆通过所述中心孔穿过填料盒。本方案为包括所述密封组件的氢气压缩机活塞杆组件。
24.作为氢气压缩机活塞杆组件更进一步的技术方案：
25.为解决密封组件的高温问题，现有技术中包括密封组件冷却方案，现有冷却方案多采用冷却水作为冷却剂，这样，需要设置循环水结构，相应结构相对复杂，作为一种在利用现有可良好导热的填料环、填料盒选型，可简化相应散热结构的技术方案，设置为：所述填料盒的外侧还设置有散热组件，所述散热组件为套设在填料盒外侧的套管，散热组件与填料盒的外壁之间还填充有导热灌封料。本方案中，所述填料环采用含铜复合材料，所述套管采用铜管或者铜合金管。进一步的，设置为还包括套管强制冷却机构，套管强制冷却机构可采用风冷装置、水冷装置等，在采用水冷装置时，为套管配置水冷套即可。
26.为进一步提高密封组件的可靠性，设置为：靠近气缸的填料槽中设置有节流环。本方案中，所述节流环位于密封组件与气缸相接的填料槽中，这样，来自气缸的气体以及杂质经过节流环后向其他填料环所在侧运动，利用节流环阻隔杂质以及减小气流对填料环直接冲击的作用，达到保护密封组件、提高密封组件可靠性以及寿命的目的。所述节流环采用锡青铜材质。
27.本方案还公开了一种氢气压缩机气缸组件，包括如上任意一项所述的活塞杆组件。与所述活塞杆组件有区别的，气缸组件为在活塞杆的端部设置有活塞以及气缸。本方案为所述活塞杆组件在气缸组件上的运用。
28.本方案还公开了一种氢气压缩机，包括如上所述的气缸组件。本方案为包括所述气缸组件的活塞式氢气压缩机。
29.本实用新型具有以下有益效果：
30.本方案中，通过设置所述稳压罐，单向阀以及背压阀，首先，油泵单次工作后即可使得油封组件后续在一定周期内均能够正常工作，通过设定所述背压阀的最大压力，即可匹配油封组件对液压油压力的需求以及实现过压保护，使得本方案具有操作简单、安全可
靠的特点；其次，在油泵单次加压完成后，可通过测压组件测定稳压罐中的压力变化情况，运用为液压油产生一定泄漏以润滑填料环、柔性填料、活塞杆三者上的密封面时，可根据对比密封组件寿命周期内不同时期的压力变化情况，用于反映密封面的磨损情况/密封组件密封性能变化：单位周期内压力变化变大，可判定为磨损加剧导致封组件密封性能衰减，此时可通过增大油封组件中的油压使得氢气泄漏保持在可接受范围内。
附图说明
31.图1为本方案所述的氢气压缩机活塞杆组件一个具体实施例的剖视图；
32.图2为本方案所述的氢气压缩机活塞杆组件一个具体实施例中，反映液压油循环装置结构以及液压油循环装置与油封组件连接关系的结构示意图。
33.附图中的附图标记分别为：1、法兰，2、散热组件，3、静密封圈，4、第二填料盒，5、第二填料，6、循环管路，7、第一填料，8、第一填料盒，9、活塞杆，10、背压阀，11、储油罐，12、补油管，13、油泵，14、稳压罐，15、油封组件，16、单向阀。
具体实施方式
34.下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型不仅限于以下实施例：
35.实施例1：
36.如图1和图2所示，复合密封组件，包括填料盒，所述填料盒上设置有用于活塞杆9穿过填料盒的中心孔，填料盒上沿中心孔的轴线方向间隔设置有多个与中心孔相接的填料槽，各填料槽中均安装有密封填料，所述填料槽中，部分填料槽中设置有柔性填料，部分填料槽中设置有填料环，还包括液压油循环装置；
37.所述液压油循环装置包括油泵13及循环管路6，循环管路6的入口端与油泵13的出口相连，循环管路6的出口端与油泵13的入口相连；
38.还包括串联在循环管路6上的背压阀10及稳压罐14，所述稳压罐14位于背压阀10的入口与油泵13的出口之间，稳压罐14的出口位于稳压罐14的底侧，稳压罐14入口与油泵13出口之间的循环管路6上串联有单向阀16，所述单向阀16的导通方向为使得液压油从油泵13的出口进入稳压罐14中；
39.用于安装柔性填料的填料槽串联在稳压罐14出口与背压阀10入口之间的循环管路6上：填料盒上设置有两个接管孔，两个接管孔均具有位于该填料槽底面上的管口，该填料槽通过接管孔串联在循环管路6上；
40.还包括用于测量稳压罐14中压力的测压组件。
41.现有技术中，填料环又被称为填料密封环，被广泛运用于防止往复式压缩机活塞杆9方向的泄漏。其作用原理为在随气缸压力周期变化过程中，气压实时作用在密封环上从而使得相应密封面上获得产生密封作用的压力。填料环在整个寿命周期内，随着密封接触面磨损、疲劳等原因，将使得填料环的密封可靠性下降，基于此，本方案提出一种复合式密封组件，具体为在利用填料环优异的稳定性、寿命以及功耗性能的同时，利用柔性填料在液压油循环装置的作用下辅助密封，以在需要时，通过调整柔性填料外侧油压以调整柔性填料对密封所产生的贡献，保障密封组件整体的密封可靠性。
42.更为具体的，以上液压油循环装置中，所述油泵13用于对液压油进行加压，所述背压阀10以及单向阀16用于形成位于单向阀16出口、背压阀10入口之间的压力段，所述柔性填料与填料盒形成油封组件15并连串在所述压力段上，且具体使用为：稳压罐14的顶侧为气体，底侧为液压油，这样，在通过油泵13单次加压后，根据背压阀10的设定最高压力，可在所述压力段内获得小于或等于所述最高压力的压力值，该压力下的液压油作用于柔性填料的外侧，可使得柔性填料与对应填料槽槽壁、活塞杆9外壁产生对应的密封压力。
43.本方案中，通过设置所述稳压罐14，单向阀16以及背压阀10，首先，油泵13单次工作后即可使得油封组件15后续在一定周期内均能够正常工作，通过设定所述背压阀10的最大压力，即可匹配油封组件15对液压油压力的需求以及实现过压保护，使得本方案具有操作简单、安全可靠的特点；其次，在油泵13单次加压完成后，可通过测压组件测定稳压罐14中的压力变化情况，运用为液压油产生一定泄漏以润滑填料环、柔性填料、活塞杆9三者上的密封面时，可根据对比密封组件寿命周期内不同时期的压力变化情况，用于反映密封面的磨损情况/密封组件密封性能变化：单位周期内压力变化变大，可判定为磨损加剧导致封组件密封性能衰减，此时可通过增大油封组件15中的油压使得氢气泄漏保持在可接受范围内。
44.现有活塞式氢气压缩机多采用多级压缩使得氢气具有较大的压力，故本方案在运用于氢气压缩机时，为减小稳压罐14中的压力，所述柔性填料优选设置在中间位置至远离气缸位置的填料槽中，为提高液压油对填料环的润滑性能，优选设置在中间位置的填料槽中。
45.实施例2：
46.本实施例在实施例1的基础上进行进一步细化：
47.为方便收集回流的润滑油，使得液压油循环装置本身具有富余液压油存储功能以简化对其的维护，并在液压油少于设定量时及时补充液压油，设置为：所述背压阀10出口与油泵13入口的循环管路6上还串联有储油罐11，所述储油罐11上还设置有补油管12。本方案中，优选设置为储油罐11为封闭的容器并在所述补油管12上安装截断阀，这样利于润滑油品质维持。
48.实施例3：
49.本实施例在实施例1的基础上进行进一步细化：
50.为方便密封填料安装、通过直接观察判断密封填料磨损情况、根据具体密封需要设定适宜数量的填料环，设置为：所述填料盒由多个填料盒单体以沿着中心孔的轴线方向层叠的方式层叠而成，相邻填料盒单体之间设置有静密封圈3；
51.所述填料盒单体包括第一填料盒8和第二填料盒4，所述第一填料盒8中的密封填料为第一填料7，所述第二填料盒4中的密封填料为第二填料5，所述第一填料7为柔性填料，第二填料5为填料环。
52.为使得来自第一填料盒8泄漏的液压油能够更好的润滑填料环以及活塞杆9上的摩擦面，设置为：所述第一填料盒8的两侧均设置有第二填料盒4。
53.作为密封填料的具体实现方式，设置为：所述柔性填料为四氟盘根，所述填料环的材质为复合有金属添加材料的复合材料，所述金属添加材料包括铜粉。作为本领域技术人员，以上对填料环的材质旨在限定具体的填料环类型，具有铜粉添加的复合材料形式填料
环本身为现有技术，本方案并不涉及到对材料的改进。
54.实施例4：
55.本实施例在实施例1的基础上，提供一种氢气压缩机活塞杆9组件，包括法兰1及活塞杆9，还包括如上任意一个实施例所述的复合密封组件，所述复合密封组件贴合在法兰1靠近氢气压缩机气缸的一侧，活塞杆9通过所述中心孔穿过填料盒。本方案为包括所述密封组件的氢气压缩机活塞杆9组件。
56.实施例5：
57.本实施例在实施例4的基础上进行进一步细化：
58.为解决密封组件的高温问题，现有技术中包括密封组件冷却方案，现有冷却方案多采用冷却水作为冷却剂，这样，需要设置循环水结构，相应结构相对复杂，作为一种在利用现有可良好导热的填料环、填料盒选型，可简化相应散热结构的技术方案，设置为：所述填料盒的外侧还设置有散热组件2，所述散热组件2为套设在填料盒外侧的套管，散热组件2与填料盒的外壁之间还填充有导热灌封料。本方案中，所述填料环采用含铜复合材料，所述套管采用铜管或者铜合金管。进一步的，设置为还包括套管强制冷却机构，套管强制冷却机构可采用风冷装置、水冷装置等，在采用水冷装置时，为套管配置水冷套即可。
59.实施例6：
60.本实施例在实施例4的基础上进行进一步细化：
61.为进一步提高密封组件的可靠性，设置为：靠近气缸的填料槽中设置有节流环。本方案中，所述节流环位于密封组件与气缸相接的填料槽中，这样，来自气缸的气体以及杂质经过节流环后向其他填料环所在侧运动，利用节流环阻隔杂质以及减小气流对填料环直接冲击的作用，达到保护密封组件、提高密封组件可靠性以及寿命的目的。所述节流环采用锡青铜材质。
62.实施例7：
63.本实施例在实施例4的基础上，提供一种氢气压缩机气缸组件，包括实施例4所述的活塞杆9组件。与所述活塞杆9组件有区别的，气缸组件为在活塞杆9的端部设置有活塞以及气缸。本方案为所述活塞杆9组件在气缸组件上的运用。
64.实施例8：
65.本实施例在实施例7的基础上，提供一种氢气压缩机，包括如实施例7所述的气缸组件。本方案为包括所述气缸组件的活塞式氢气压缩机。
66.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。