本發(fā)明涉及氣體加壓設(shè)備，特別是涉及一種活塞式氫氣壓縮機(jī)組件以及氫氣壓縮機(jī)。

背景技術(shù)：

1、氫氣壓縮機(jī)是氫能源利用的關(guān)鍵裝備，決定于加壓后對介質(zhì)(液態(tài)/氣態(tài))壓力的要求，氫氣壓縮機(jī)具有壓縮比大、溫升高的特點，同時，由于氫氣具有爆炸極限寬的特性，故對于活塞式氫氣壓縮機(jī)，其工作過程中的氫氣泄漏率為氫氣壓縮機(jī)設(shè)計時需要重點關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用的氫氣壓縮機(jī)形式包括活塞式以及隔膜式，其中，活塞式氫氣壓縮機(jī)以其使用成本低、出氣量大等特點，被廣泛運用于出氣壓力低于25mpa加壓階段的氫氣壓縮，考慮到維護(hù)成本以及工作過程中的振動、噪音以及壓縮機(jī)的故障率，更高的壓力加壓一般采用隔膜式氫氣壓縮機(jī)完成。

2、根據(jù)活塞式氫氣壓縮機(jī)的驅(qū)動形式，活塞式氫氣壓縮機(jī)通常采用的驅(qū)動形式包括曲柄連桿驅(qū)動以及液力驅(qū)動，無論是何種驅(qū)動形式，氫氣壓縮機(jī)中活塞桿均具有在缸體中往復(fù)運動的特點，活塞桿與缸體上孔道的配合間隙也為活塞式氫氣壓縮機(jī)的主要泄漏位置，對于活塞背面充壓的壓縮機(jī)，根據(jù)充壓方式不同，包括恒壓充壓方式以及變壓充壓方式，變壓充壓方式一般為活塞背面的活塞腔與活塞前方的活塞腔直接導(dǎo)通，在壓縮機(jī)工作過程中，活塞背面的活塞腔中壓力可能高達(dá)數(shù)十兆帕，故變壓充壓方式下對所述配合間隙進(jìn)行有效密封難度相對較大，現(xiàn)有技術(shù)中，對于以上位置的軸向密封，具體采用的密封方案包括填料密封、介質(zhì)密封或者填料密封與介質(zhì)密封的組合，同時，所述介質(zhì)包括液體介質(zhì)(如離子液)以及氣體介質(zhì)(如氮氣或加壓后的氫氣)，具體技術(shù)方案如申請?zhí)枮閏n201310361392.x、cn201310361392.x、cn202410378107.3等專利申請文件所提供的技術(shù)方案。

3、活塞桿軸向密封效果是活塞式氫氣壓縮機(jī)正常工作的重要保障，故有必要對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述提出的對活塞式氫氣壓縮機(jī)中活塞桿軸向密封進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種活塞式氫氣壓縮機(jī)組件以及氫氣壓縮機(jī)。本方案不僅利用離子液對密封位置進(jìn)行密封、潤滑和冷卻，同時具有離子液與壓縮機(jī)組件接觸質(zhì)量高、方便配置為填料密封組件具有合適壓緊力的特點。

2、針對上述問題，本發(fā)明提供的一種活塞式氫氣壓縮機(jī)組件以及氫氣壓縮機(jī)通過以下技術(shù)要點來解決問題：一種活塞式氫氣壓縮機(jī)組件，包括缸體以及設(shè)置在缸體桿孔中的活塞桿，還包括用于對所述桿孔與活塞桿之間間隙進(jìn)行軸向密封的密封組件，所述密封組件包括設(shè)置在缸體上的液體密封腔，密封組件還包括填料密封組件，液體密封腔的兩側(cè)均設(shè)置有填料密封組件，所述缸體上還設(shè)置有用于對液體密封腔進(jìn)行供液的進(jìn)液通道以及用于液體密封腔出液的出液通道，所述出液通道設(shè)置在液體密封腔頂側(cè)的缸體上；

3、還包括循環(huán)管路，所述進(jìn)液通道、液體密封腔、出液通道均串聯(lián)在所述循環(huán)管路上，循環(huán)管路上還串聯(lián)有暫存箱以及循環(huán)泵，所述循環(huán)泵用于抽取暫存箱中的離子液，并將所述離子液通過進(jìn)液通道注入液體密封腔中，所述暫存箱用于通過所述出液通道接收并存儲來自液體密封腔的離子液；

4、所述暫存箱設(shè)置在出液通道的上方，出液通道通過循環(huán)管路上由下往上延伸的管段與暫存箱的底部相連，所述管段的上端位于暫存箱的底部；

5、所述填料密封組件包括安裝于缸體上的柔性填料環(huán)，所述活塞桿由柔性填料環(huán)的中心孔中穿過，各填料密封組件均配置有壓緊組件，所述壓緊組件用于調(diào)整柔性填料環(huán)對缸體、活塞桿的壓緊力大小。

6、現(xiàn)有技術(shù)中，為實現(xiàn)活塞式氫氣壓縮機(jī)上缸體與活塞桿之間間隙的軸向密封，相應(yīng)的密封組件包括在桿孔上設(shè)置環(huán)形的液體密封腔，以通過向液體密封腔中注入離子液，達(dá)到密封、潤滑以及冷卻的目的，并在液體密封腔的兩側(cè)均設(shè)置填料密封組件，比如，液體密封腔與活塞腔之間的填料密封組件作為前級密封件，用于降低液體密封腔前側(cè)的壓力，以降低對液體密封腔中離子液壓力的要求，液體密封腔另一側(cè)的填料密封組件作為液體密封腔后級密封件，以避免離子液向活塞桿的驅(qū)動機(jī)構(gòu)所在側(cè)發(fā)生軸向泄漏。然而，現(xiàn)有技術(shù)中采用的填料密封組件一般為預(yù)裝在桿孔與活塞桿之間的填料環(huán)，比如，該填料環(huán)夾持在與桿孔同軸的環(huán)槽中，填料環(huán)的內(nèi)側(cè)與活塞桿相貼并受到活塞桿擠壓，填料環(huán)的外側(cè)與環(huán)槽的槽底相貼并受到槽底的擠壓，填料環(huán)的左右兩側(cè)分別與環(huán)槽的相應(yīng)側(cè)面接觸和擠壓，即填料環(huán)對密封面的壓力決定于活塞桿以及缸體對填料環(huán)的壓力，特別是在采用十字頭滑塊驅(qū)動活塞桿往復(fù)運動時，活塞桿在工作過程中具有徑向方向的振動，當(dāng)填料環(huán)老化或者磨損量偏大時，活塞桿與缸體對填料環(huán)的夾持力存在不能迫使填料環(huán)及時填補(bǔ)因為所述振動所產(chǎn)生的泄漏間隙的情況，比如，水平設(shè)置的活塞桿相對于缸體向上振動時，將迫使活塞桿下側(cè)與填料環(huán)之間出現(xiàn)泄漏間隙，而缸體對填料環(huán)的作用力存在不能迫使填料環(huán)填充該泄漏間隙的情況，該間隙的出現(xiàn)將導(dǎo)致密封組件的密封性能變差，影響對桿孔與活塞桿之間間隙進(jìn)行軸向密封的可靠性。另外，對于填料密封組件上填料環(huán)的裝配，如果填料環(huán)裝配得過緊，將導(dǎo)致活塞桿運動阻力增大以及填料環(huán)被加速磨損，如果填料環(huán)裝配得過松，將導(dǎo)致活塞腔中的氣體泄漏至液體密封腔或者對離子液的壓力要求提高、導(dǎo)致離子液向活塞桿的驅(qū)動端泄漏。

7、本方案中，所述循環(huán)管路、循環(huán)泵、液體密封腔、暫存箱、出液通道、進(jìn)液通道用于形成離子液循環(huán)回路，具體設(shè)置為暫存箱位于出液通道的上方、出液通道通過上下延伸的管段實現(xiàn)與暫存箱的連接，旨在實現(xiàn)：對于以上設(shè)置在活塞腔后端、用于防止氣體從活塞腔背面泄漏的密封組件，當(dāng)液體密封腔與活塞腔之間的填料密封組件發(fā)生泄漏或初始密封壓力不足時，活塞組件后端的氣體經(jīng)缸體與活塞桿之間的間隙泄漏到液體密封腔中，以上出液通道的位置、管道的延伸方式以及暫存箱的位置，可以使得進(jìn)入液體密封腔中并上浮的氣體能夠及時通過出液通道、管段，從暫存箱中排出，避免出現(xiàn)因為液體密封腔中離子液不足導(dǎo)致離子液與壓縮機(jī)組件接觸質(zhì)量變差的問題，保障離子液對密封位置進(jìn)行密封、潤滑和冷卻的可靠性。同時，以上離子液循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計還可實現(xiàn)：通過檢測暫存箱的氣體排出情況，即可用于判斷液體密封腔靠近活塞腔一側(cè)填料密封組件的性能，如在壓縮機(jī)調(diào)試階段以及使用階段，當(dāng)通過暫存箱中鼓泡或排氣管向外排氣，判定為暫存箱中具有來自所述管段的氣體時，可通過壓緊組件調(diào)整該填料密封組件的壓緊力，以恢復(fù)該填料密封組件的密封性能；通過監(jiān)測暫存箱的液位，判定為位于液體密封腔與活塞桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)之間的填料密封組件發(fā)生過量泄漏時，可通過壓緊組件調(diào)整該填料密封組件的壓緊力，以恢復(fù)該填料密封組件的密封性能，故本方案中為填料密封組件所配置的壓緊組件以及離子液循環(huán)回路，使得本方案具有可方便將填料密封組件配置為具有合適壓緊力的特點。

8、作為所述活塞式氫氣壓縮機(jī)組件更進(jìn)一步的技術(shù)方案：

9、對于用于調(diào)整柔性填料環(huán)對缸體、活塞桿壓緊力大小的壓緊組件，可以采用的方式包括機(jī)械壓緊式以及介質(zhì)壓緊式，由于機(jī)械壓緊式不方便在壓縮機(jī)運行過程中進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，故較優(yōu)的實現(xiàn)方式是：在各填料密封組件上，柔性填料環(huán)的外側(cè)與缸體圍成環(huán)形的封閉腔，缸體上還配置有用于向所述封閉腔中引入壓力介質(zhì)的流路；

10、所述壓緊組件包括由主管、支管組成的引壓管路，各流路均通過獨立的支管與主管相連，各支管上均串聯(lián)有減壓閥；

11、所述主管與缸體上的活塞腔相通。本方案中提供一種可在壓縮機(jī)運行過程中在線調(diào)整所述壓緊力大小的具體實現(xiàn)方式，具體為：通過所述主管向引壓管路中引入活塞腔的壓力介質(zhì)，并通過支管以及減壓閥將減壓后的壓力介質(zhì)引入封閉腔中，從而使得各填料密封組件上的柔性填料環(huán)外側(cè)具有壓力可調(diào)的壓力氣體，本方案不僅通過壓縮機(jī)本身解決了壓力介質(zhì)的來源問題，同時提供了一種以氣體作為壓力介質(zhì)，避免如液體壓力介質(zhì)因為泄漏至液體密封腔中污染離子液的技術(shù)方案，同時提供了一種可分別針對各柔性填料環(huán)外側(cè)壓力需要，以對應(yīng)的減壓閥作為閥后壓力調(diào)節(jié)部件實施針對性調(diào)整的技術(shù)方案。

12、所述填料密封組件包括設(shè)置在缸體上的環(huán)形槽，所述環(huán)形槽繞桿孔的周向方向延伸，環(huán)形槽的內(nèi)側(cè)與桿孔相接；

13、所述柔性填料環(huán)設(shè)置在環(huán)形槽中，在活塞桿的軸線方向上，柔性填料環(huán)的兩側(cè)分別與環(huán)形槽的不同側(cè)面相貼，在活塞桿的徑向方向上，活塞桿位于柔性填料環(huán)的內(nèi)側(cè)，柔性填料環(huán)的外側(cè)與環(huán)形槽圍成所述封閉腔；

14、所述流路的一端位于缸體的側(cè)面上并通過該端與支管相接，流路的另一端與所述封閉腔相接。本方案提供一種填料密封組件的具體實現(xiàn)方式，所述環(huán)形槽即為以上桿孔上的環(huán)槽，柔性填料環(huán)的兩側(cè)與環(huán)形槽相貼即用于柔性填料環(huán)與環(huán)形槽側(cè)壁之間間隙的密封，在所述封閉腔的內(nèi)壓下，柔性填料環(huán)內(nèi)側(cè)與活塞桿外側(cè)的接觸力即用于柔性填料環(huán)與活塞桿之間間隙的密封，所述流路即為將減壓閥減壓后的壓力介質(zhì)由缸體的外側(cè)導(dǎo)入至所述封閉腔中的通道。

15、對于沿著活塞桿軸向方向排布密封組件各組成部分，可設(shè)置為：在所述桿孔上設(shè)置三個相間隔的環(huán)槽：由活塞桿的驅(qū)動端至活塞組件，分別為第一環(huán)槽、第二環(huán)槽以及第三環(huán)槽，第二環(huán)槽作為所述液體密封腔，第一環(huán)槽中設(shè)置為柔性填料環(huán)的第一填料環(huán)，第三環(huán)槽中設(shè)置為柔性填料環(huán)的第二填料環(huán)，第一環(huán)槽與其中的第一填料環(huán)組成液體密封腔后端的填料密封組件，第三環(huán)槽與其中的第二填料環(huán)組成液體密封腔前端的填料密封組件。在具體實施時，所述柔性填料環(huán)優(yōu)選采用一體成型的環(huán)形結(jié)構(gòu)，如為橡膠環(huán)，并在環(huán)形結(jié)構(gòu)的外側(cè)上設(shè)置與環(huán)形結(jié)構(gòu)同軸的環(huán)形凹槽，以在介質(zhì)壓力下，利用該環(huán)形凹槽強(qiáng)化柔性填料環(huán)各側(cè)面與環(huán)槽側(cè)面的密封效果。

16、所述液體密封腔為與所述桿孔同軸的環(huán)形腔體，所述進(jìn)液通道設(shè)置在液體密封腔底側(cè)的缸體上。本方案提供了一種離子液循環(huán)回路的具體實現(xiàn)方式，具體為通過將進(jìn)液通道設(shè)置在液體密封腔的底側(cè)，可改善液體密封腔中離子液的流動性，使液體密封腔中的離子液能夠更好的參與到離子液循環(huán)回路中的循環(huán)中，對離子液的潤滑以及冷卻功能有利。

17、所述缸體遠(yuǎn)離活塞腔的一端設(shè)置有離子液回收腔，該端的填料密封組件位于離子液回收腔與液體密封腔之間；

18、所述缸體的底側(cè)設(shè)置有沿著上、下方向延伸的離子液回收液路，所述離子液回收液路的上端與所述離子液回收腔相通，離子液回收液路的下端與回收管路的一端相接，所述回收管路的另一端被設(shè)置為將回收管路中的離子液導(dǎo)入暫存箱中；

19、還包括串聯(lián)在回收管路上的回收泵以及回收箱，所述回收箱用于暫存由離子液回收腔導(dǎo)出的離子液，所述回收泵用于將回收箱中的離子液泵入暫存箱中；

20、所述回收箱位于離子液回收液路的下方，回收箱與離子液回收液路之間的回收管路由下往上延伸。以在活塞桿的驅(qū)動端設(shè)置用于配置十字頭滑塊的滑動腔為例，對于液體密封腔的兩側(cè)，液體密封腔靠近活塞腔的一側(cè)為高壓側(cè)，液體密封腔靠近滑動腔的一側(cè)為低壓側(cè)，實際工況下的運用是液體密封腔中離子液的壓力與其高壓側(cè)上填料密封組件后端的壓力差維持在適宜的區(qū)間內(nèi)，較優(yōu)的配置是液體密封腔中離子液的壓力小于活塞腔的出氣壓力，為減小液體密封腔低壓側(cè)填料密封組件的磨損，液體密封腔中離子液可具有向滑動腔一側(cè)泄漏的泄漏狀態(tài)，在此運用基礎(chǔ)上，設(shè)置為還包括所述離子液回收腔，離子液回收腔可為所述滑動腔也可為單獨的腔體結(jié)構(gòu)，例如該腔體結(jié)構(gòu)位于滑動腔與第一環(huán)槽之間，這樣，穿過低壓側(cè)填料密封組件的離子液在進(jìn)入離子液回收腔后，經(jīng)過離子液回收液路以及回收管路被導(dǎo)入至?xí)捍嫦渲?，以實現(xiàn)對該部分離子液進(jìn)行重復(fù)利用。具體的，穿過液體密封腔低壓側(cè)填料密封組件的離子液進(jìn)入到離子液回收腔中后，依次經(jīng)過離子液回收液路、回收管路進(jìn)入到回收箱中，當(dāng)回收箱中離子液液面達(dá)到設(shè)定位置時，通過回收泵將離子液泵入暫存箱中以參與途徑液體密封腔的循環(huán)，以上關(guān)于回收箱位置、離子液回收液路位置以及回收管路延伸方向的設(shè)定，使得離子液能夠在重力以及壓差下及時從本組件中排出，以用于輔助判斷離子液的泄漏情況。

21、所述出液通道與暫存箱之間管段上串聯(lián)有調(diào)壓閥。本方案中，通過該調(diào)壓閥發(fā)揮的節(jié)流作用，控制和改變液體密封腔中離子液的壓力，以使得液體密封腔中離子液的壓力能夠隨壓縮機(jī)不同的運行工況以及軸向密封工況，適應(yīng)液體密封腔高壓側(cè)填料密封組件后端的壓力變化。

22、所述缸體靠近活塞腔的一端的間隙中設(shè)置有第三填料環(huán)，缸體該端的填料密封組件位于液體密封腔與第三填料環(huán)之間；

23、還包括用于對第三填料環(huán)提供擠壓的填料壓環(huán)，所述填料壓環(huán)通過壓緊螺栓安裝于缸體上。本方案中，所述第三填料環(huán)作為基于端部壓環(huán)壓緊的填料密封結(jié)構(gòu)，第三填料環(huán)被設(shè)置在液體密封腔高壓側(cè)填料密封組件的前方，以降低該填料密封組件前端的氣壓，達(dá)到保護(hù)該填料密封組件以延長該填料密封組件壽命的目的。

24、本方案還涉及一種氫氣壓縮機(jī)，該氫氣壓縮機(jī)包括如上任意一項所述的活塞式氫氣壓縮機(jī)組件。本方案即為采用所述氫氣壓縮機(jī)組件的氫氣壓縮機(jī)。

25、作為所述氫氣壓縮機(jī)更進(jìn)一步的技術(shù)方案：

26、還包括用于驅(qū)動活塞桿往復(fù)運動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括與活塞桿相連并滑動配合于缸體中的十字頭滑塊。本方案即為提供一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)為曲柄連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的氫氣壓縮機(jī)，相比于液力驅(qū)動的氫氣壓縮機(jī)，該形式的氫氣壓縮機(jī)不僅結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高，同時，從活塞桿徑向振動角度，本方案提供的壓縮機(jī)組件能夠較好解決活塞腔后側(cè)的軸向密封問題、潤滑問題以及冷卻問題。

27、所述活塞式氫氣壓縮機(jī)組件為如上壓緊組件包括主管、支管以及減壓閥的活塞式氫氣壓縮機(jī)組件，所述主管在缸體上的連接位置位于活塞組件的背側(cè)。本方案即為：主管從活塞組件的背面取壓，以將所述減壓閥運用為比例減壓，對于活塞組件背側(cè)的變壓活塞腔，該運用可使得減壓閥后側(cè)的壓力隨活塞組件背側(cè)活塞腔中的壓力而發(fā)生同步變化，以在活塞組件的不同工作階段，使封閉腔中壓力發(fā)生同步變化，該運用對優(yōu)化柔性填料環(huán)的壽命有利。

28、本發(fā)明具有以下有益效果：

29、本方案可避免出現(xiàn)因為液體密封腔中離子液不足導(dǎo)致離子液與壓縮機(jī)組件接觸質(zhì)量變差的問題，保障離子液對密封位置進(jìn)行密封、潤滑和冷卻的可靠性。

30、以上離子液循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計還可實現(xiàn)：通過檢測暫存箱的氣體排出情況，可用于判斷液體密封腔靠近活塞腔一側(cè)填料密封組件的性能，通過監(jiān)測暫存箱的液位，判定位于液體密封腔與活塞桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)之間的填料密封組件是否發(fā)生過量泄漏，故本方案中為填料密封組件所配置的壓緊組件以及離子液循環(huán)回路，使得本方案具有可方便將填料密封組件配置為具有合適壓緊力的特點。