一种往复式压缩机无泵润滑密封系统及方法

技术领域

本申请涉及往复式压缩机的领域，尤其是涉及一种往复式压缩机无泵润滑密封系统及方法。

背景技术

目前往复式压缩机包括其中布置有空腔的气缸和能够进行往复运动的装置，所述装置包括活塞和活塞杆，所述往复式压缩机还包括配置成使所述装置以往复运动的形式运动的驱动部件。

往复式压缩机靠油泵，一般为柱塞泵，将润滑油分别泵送至气缸和填料处进行润滑并辅助密封；往复式压缩机上固设有套设于活塞杆外侧的填料盒，调料盒上设置有润滑油罐，现有的润滑油罐内的润滑有进入活塞杆与填料盒之间对活塞杆进行润滑。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有柱塞泵单元需要一定的成本，柱塞泵上设置有驱动柱塞泵的电机，柱塞泵单元整体有一定的故障率，增加了压缩机整机故障率的缺陷；另一方面，现有的压缩机使用，若气缸内腔为负压时，此时气缸内腔压强小于外界大气压力，会有少量空气经过调料盒进入气缸内腔，若压缩机压缩的气体为可燃气体时，空气进入压缩机内腔，会造成安全隐患，为避免空气进入压缩机内腔，加装高压充氮装置，则成本会显著增高。

发明内容

为了降低整机故障率，本申请提供一种往复式压缩机无泵润滑密封系统及方法。

第一方面，本申请提供一种往复式压缩机无泵润滑密封系统，采用如下的技术方案：

一种往复式压缩机无泵润滑密封系统，包括气缸，所述气缸内密封滑动连接有滑动压缩块，所述滑动压缩块上固定连接有驱动杆，所述驱动杆伸出气缸，且驱动杆滑动时能保持气缸内腔与大气之间的相对封闭，所述驱动杆外侧套设有引导驱动杆移动的填料盒，所述填料盒与气缸固定连接，所述填料盒上容纳驱动杆穿过的孔为导向孔，所述导向孔与气缸内腔连通，所述填料盒与气缸之间相对稳定；所述气缸两端均固设有与其内腔连通的进气阀，所述气缸两端均固设有与其内腔连通的排气阀，所述气缸上固设有向其内腔送入润滑油的润滑口，所述润滑口喷出的润滑油能进入滑动压缩块移动方向的两端，所述填料盒内腔设置有与导向孔连通的隔离腔和压力油腔，所述隔离腔位于压力油腔和气缸之间；所述隔离腔与进气阀所在进气管路连通；

所述驱动杆与填料盒连接后，隔离腔和压力油腔与外界大气相对封闭，所述填料盒上连接有向压力油腔内送入润滑油的润滑油罐；

所述压力油腔与润滑口之间设置有将其相互连通的润滑油主管，所述润滑油主管仅能单向的向润滑口内输送润滑油；

所述润滑油罐上连通有润滑油高压进气管，所述润滑油高压进气管与排气阀所在出气管路连通。

通过采用上述技术方案，当排气阀输出高压气体时，高压气体进入润滑油罐，将润滑油罐内的润滑油压入压力油腔，压力油腔内的充满的润滑油能对驱动杆与填料盒之间的滑动进行润滑，使用排气阀排出的高压气体作为润滑油罐的高压气源，将润滑油罐内的润滑油罐压入压力油腔，避免使用外界压力气源或柱塞泵，减少设备整体故障率，实现了无泵润滑，为设备减少了故障点；

同时由于填料盒的压力油腔内的压力始终大于外界大气压，在气缸与填料盒压力油腔之间设有隔离腔，隔离腔与进气相通，其内压力始终低于压力油腔内的压力，当气缸内为负压时空气不会漏进气缸；

同时保证当气缸内腔压力过大时，高温高压的工艺气进入隔离腔，不会有高温高压的工艺气从气缸漏入填料压力油腔而引起其内润滑油氧化与泡沫化；实现了对气缸内负压的隔离密封，扩大了压缩机对不同工况的适应范围；本方案尤其适用于低速压缩机的使用。

优选的，所述润滑油主管上设置有节流阀和单向阀。

通过采用上述技术方案，通过节流阀限制进入气缸内的润滑油的流量；单向阀保证润滑油主管内流体的单向移动，避免气缸内的气体进入润滑油主管内引起气堵。

优选的，所述滑动压缩块侧壁开设有储油槽，所述滑动压缩块侧壁固设有两个密封环，两个密封环位于储油槽沿滑动压缩块滑动方向两端。

通过采用上述技术方案，当润滑口未向气缸内腔送入润滑油，且滑动压缩块与气缸之间存在相对移动时，即压缩机开始启动时，储油槽内上次积存的润滑油能对运动的滑动压缩块进行润滑。

优选的，所述润滑油罐上设置有补油系统，补油系统包括高位油罐，高位油罐与润滑油罐之间设置有补油管，高位油罐通过补油管向润滑油罐内送入润滑油。

通过采用上述技术方案，通过高位油罐向润滑油罐内补油，保证润滑油罐内腔的始终有润滑油，便于压缩机的长时间使用。

优选的，所述高位油罐与大气连通，所述补油管上设置有单向阀；

所述润滑油罐上连通有润滑油通气管，所述润滑油通气管上连通有三向阀，所述三向阀其中一个阀口与大气连通，所述三向阀另一个阀口与润滑油高压进气管连通。

通过采用上述技术方案，通过三向阀能实现润滑油通气管与大气的连通，此时润滑油通气管与润滑油高压进气管之间封闭隔绝；三向阀能实现润滑油通气管与润滑油高压进气管的连通，此时润滑油通气管与大气之间封闭隔绝，润滑油通气管与大气的连通时，能对润滑油罐内腔补充高压油。

优选的，所述润滑油高压进气管上设置有冷却分离设备。

通过采用上述技术方案，进一步提高输出到下道工序中的气体的纯净度，减少气体中水分子的含量，并降低气体温度，防止润滑油罐内润滑油的乳化与氧化。

优选的，所述滑动压缩块外侧固设有支撑环，所述支撑环设置有沿其滑动方向间隔设置的两个；

所述滑动压缩块外侧固设有密封环；

所述填料盒内侧固设有两个位于压力油腔沿驱动杆滑动方向两端的密封环；

所述填料盒上连接有防尘环。

通过采用上述技术方案，支撑环降低滑动压缩块与气缸内壁之间的磨损，便于滑动压缩块的滑动；密封环保证压力油腔的良好封闭效果；防尘环阻挡外界颗粒进入填料盒与驱动杆之间的缝隙中。

第二方面，本申请提供一种往复式压缩机无泵润滑密封方法，采用如下的技术方案：

一种往复式压缩机润滑方法，包括气缸，所述气缸内密封滑动连接有滑动压缩块，所述滑动压缩块上固定连接有驱动杆，所述驱动杆伸出气缸，且驱动杆滑动时能保持气缸内腔与大气之间的相对封闭；所述气缸两端均固设有与其内腔连通的进气阀，所述气缸两端均固设有与其内腔连通的排气阀，所述气缸上固设有向其内腔送入滑油的润滑口，所述润滑口位于气缸长度方向的中间区域；

所述气缸的最小进气压Ps小于大气压P0，计及各处管道、阀的压力损失；润滑油在气缸喷油点的压力Pl小于排气压Pd，但大于大气压P0；e为气缸中点，a、c分别为滑动压缩块运动的无杆侧止点与有杆侧止点，此时滑动压缩块在运动到a、c时，运动方向改变；Pl为喷油点润滑油压；喷油点为润滑口所在点；气缸内腔的滑动压缩块沿其轴线方向的两侧中滑动压缩块压缩气体的一侧为压缩侧，气缸吸入气体的一侧为吸气侧；

一、当压缩比较大时，当滑动压缩块a→e处运动时，压缩侧的压力小于排气压且小于喷油点润滑油油压；

当滑动压缩块a→e处运动时，对润滑口内的润滑油施加压力，使喷油点压力大于气缸内腔压缩侧的压力；滑动压缩块e→c处运动时，对润滑口内的润滑油施加压力，使喷油点压力大于气缸内腔吸气侧的压力，喷油点均能喷出润滑油；

二、当压缩比较小时，当滑动压缩块a→e处运动时，压缩侧的压力小于排气压逐渐变化至等于、大于喷油点润滑油油压，此时，存在b点，b点为Pl与压缩侧气压交汇点对应的气缸位置；

a→b点，润滑油喷在压缩侧；b→e，由于喷油点仍处在压缩侧，且缸内压力高于喷油点油压Pl，系统不喷油；e→c，喷油点进入吸气侧，开始喷油，直至滑动压缩块运行至有杆侧止点c。

通过采用上述技术方案，在气缸启动初期，压缩比较小，本方案实现小压缩比小，为气缸内腔提供少量润滑油，在气缸稳定运行时，压缩比较大的情况下，为气缸内腔提供适量的润滑油。

优选的，所述排气阀的出气压力为润滑口内腔的润滑油提供压力。

通过采用上述技术方案，避免使用外界设备提供润滑油压力，降低设备整体故障率。

优选的，所述滑动压缩块侧壁开设有储油槽，所述储油槽与气缸内腔连通，且位于滑动压缩块的两端相对封闭。

通过采用上述技术方案，便于压缩机开启时，压缩机压缩比减小时，储油槽内腔的润滑油为滑动压缩块的滑动提供润滑效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、当排气阀输出高压气体时，高压气体进入润滑油罐，将润滑油罐内的润滑油压入压力油腔，压力油腔内的充满的润滑油能对驱动杆与填料盒之间的滑动进行润滑，使用排气阀排出的高压气体作为润滑油罐的高压气源，将润滑油罐内的润滑油罐压入压力油腔，避免使用外界压力气源或柱塞泵，减少设备整体故障率，实现了无泵润滑，为设备减少了故障点；

同时由于填料盒内压力油腔内的压力始终大于外界大气压，在气缸与填料盒压力油腔之间设有隔离腔，隔离腔与进气相通，其内压力始终低于压力油腔内的压力，当气缸内为负压时空气不会漏进气缸；同时保证当气缸内腔压力过大时，高温高压的工艺气进入隔离腔，不会有高温高压的工艺气从气缸漏入填料压力油腔而引起其内润滑油氧化与泡沫化；实现了对气缸内负压的隔离密封，扩大了压缩机对不同工况的适应范围；

2、通过三向阀不同阀口的连通，实现高位油罐对润滑油罐内腔润滑油的补充。

附图说明

图1是实施例整体结构系统示意图；

图2是实施例中气缸压强与体积在高压比工况结构原理图；

图3是实施例中气缸压强与体积在低压比工况结构原理图。

附图标记说明：1、气缸；11、进气阀；12、排气阀；121、高压气输出管；13、润滑口；2、滑动压缩块；21、储油槽；22、支撑环；3、驱动杆；4、填料盒；41、导向孔；42、压力油腔；43、隔离腔；44、润滑油主管；45、节流阀；5、润滑油罐；51、润滑油高压进气管；52、润滑油通气管；53、三向阀；54、冷却分离设备；55、润滑油供油管；6、高位油罐；61、补油管；7、密封环；8、防尘环。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种往复式压缩机无泵润滑密封系统及方法。参照图1，一种往复式压缩机无泵润滑密封系统，包括气缸1，气缸1为两端封闭的圆柱形管体，气缸1内密封滑动连接有滑动压缩块2，滑动压缩块2在本实施例中为活塞，在其它一实施例中滑动压缩块2为柱塞。滑动压缩块2外侧面沿其轴线方向间隔开设有四个环形内槽，其中两个环形内槽内套设有支撑环22，其余两个环形内槽内套设有密封环7，两个支撑环22位于两个密封环7外侧。密封环7为动密封圈，实现滑动压缩块2于气缸1内腔滑动时，滑动压缩块2与气缸1之间的密封。支撑环22为与气缸1内侧面高精度配合的环体，两个支撑环22能提高滑动压缩块2滑动时的稳定性，同时减小滑动压缩块2与气缸1之间的滑动阻力，支撑环22能降低滑动压缩块2的加工难度，便于滑动压缩块2的加工。

气缸1被滑动压缩块2分为两个相对独立封闭的腔室，两个腔室分别为内腔和外腔，密封环7保持内外腔之间的相对封闭。

气缸1两端外侧均固设有与其内腔连通的进气阀11，进气阀11引导气体进入气缸1内的管路为进气管路，进气阀11的进气管路在本实施例中连通的气体为天然气，在其它实施例中连通的气体为空气，进气阀11能被控制开启或关闭，在本实施例中，进气阀11为单向进气阀，当进气阀11两端的压力差满足开启压力差时，进气阀11开启，此时待压缩的气体能进入气缸1内。进气阀11开启时，气缸1腔室与外界大气连通。

气缸1两端均固设有与其内腔连通的排气阀12，排气阀12能被控制开启或关闭，在本实施例中，排气阀12为单向进气阀，当排气阀12两端的压力差满足开启压力差时，排气阀12开启时，气缸1内的高压气体被输出到下一工序。排气阀12上连通有高压气输出管121，高压气输出管121用于将排气阀12排出的高压气输送到下道工序。在其它一实施例中，进气阀11、排气阀12均为能单独控制开启或关闭的电磁开关阀。

滑动压缩块2上固定连接有驱动杆3，驱动杆3为与滑动压缩块2同轴的圆杆，驱动杆3沿滑动压缩块2滑动方向的一端伸出气缸1，气缸1上开设有容纳驱动杆3伸出的圆孔。驱动杆3外侧套设有引导驱动杆3移动的填料盒4，填料盒4与气缸1之间稳定连接，即使用时不发生相对移动，在本实施例中，填料盒4的一端与气缸1固定连接，填料盒4与气缸1之间通过法兰密封连接，在其它一实施例中，填料盒4与气缸1一体成型，在其它一实施例中填料盒4与气缸1之间存在间隙，填料盒4与气缸1均固定设置，保持之间的稳定。填料盒4在本实施例中为圆管，填料盒4上容纳驱动杆3穿过的孔为导向孔41，导向孔41与驱动杆3之间为高精度配合，填料盒4支撑引导驱动杆3滑动。外部驱动结构带动驱动杆3沿滑动压缩块2轴线方向往复移动，为压缩机的工作提供动力。

填料盒4内腔设置有压力油腔42，压力油腔42为环形空腔，压力油腔42与导向孔41连通，压力油腔42内始终充满润滑油。

优选的，填料盒4内腔设置有隔离腔43，隔离腔43为环形空腔，隔离腔43与导向孔41连通，隔离腔43位于压力油腔42与气缸1之间，隔离腔43与进气阀11所在进气管路连通。

参照图1，填料盒4内腔设置有环形外槽，环形外槽为环形空腔，环形外槽与导向孔41连通，环形外槽沿填料盒4轴线方向间隔设置有三个，隔离腔43和压力油腔42分别位于两个环形外槽之间，且隔离腔43和压力油腔42之间设置有一环形外槽，环形外槽内嵌设有密封环7，密封环7实现气缸1内腔与隔离腔43之间的相对封闭，隔离腔43与压力油腔42之间的相对封闭。驱动杆3与填料盒4连接装配后，压力油腔42、气缸1内腔与外界大气相对封闭。

优选的，填料盒4内腔开设有环形槽，环形槽位于环形外槽远离气缸1的一端，环形槽内设置有防尘环8，防尘环8能于驱动杆3朝向滑动压缩块2方向移动时，将驱动杆3滑入填料盒4内腔的部分表面上的杂质进行清除，减少对密封环7的磨损。

对压缩机的润滑方式如下，参照图1，气缸1上固设有向其内腔送入滑油的润滑口13，润滑口13喷出的滑油能进入滑动压缩块2移动方向的两端。在其它一实施例中，可不设置阀门，仅设置接头，能使润滑油进入气缸1内腔即可。在其它一实施例中，润滑口13数量设置多个，多个润滑口13沿气缸1周向间隔均布。

填料盒4上连接有与压力油腔42连通润滑油主管44，压力油腔42内充满有润滑油，润滑油主管44与润滑口13连通且向润滑口13送入润滑油，润滑油主管44上设置有单向阀，使润滑油仅能从压力油腔42送入润滑口13，优选的，润滑油主管44上设置有节流阀45，用于调整压力油腔42向润滑口13内送入的润滑油的流量。

填料盒4上连接有向压力油腔42内送入润滑油的润滑油罐5，润滑油罐5上连通有向压力油腔42内送入润滑油的润滑油供油管55，润滑油供油管55上设置有电磁阀，电磁阀控制润滑油供油管55的连通或关闭。在其它一实施例中，润滑油供油管55上设置有单向阀，使润滑油仅能从润滑油罐5送入压力油腔42。

润滑油罐5上连通有润滑油通气管52，润滑油通气管52上连通有三向阀53，三向阀53为气动三向阀，三向阀53其中一个阀口与大气连通，三向阀53另一个阀口连通有润滑油高压进气管51，三向阀53能实现润滑油通气管52与大气的连通，此时润滑油通气管52与润滑油高压进气管51之间封闭隔绝；三向阀53能实现润滑油通气管52与润滑油高压进气管51的连通，此时润滑油通气管52与大气之间封闭隔绝。润滑油高压进气管51与排气阀12连通，排气阀12能向润滑油高压送气，润滑油高压进气管51连通于高压气输出管121，高压气输出管121内的少量高压气能进入润滑油高压进气管51内。润滑油高压进气管51上设置有单向阀，流体仅能从润滑油高压进气管51后经三向阀53进入润滑油通气管52。

优选的，高压气输出管121上设置有冷却分离设备54，冷却分离设备54位于高压气输出管121与润滑油高压进气管51连接处和高压气输出管121与排气阀12连接处之间的区域。冷却分离设备54用于将输出的高压气体进行降温，一方面能避免高温气体中的氧气经润滑油高压进气管51进入润滑油罐5内加速润滑油的氧化，另一方面，当高压气体内存在水蒸气时，冷却分离设备54将水蒸气液化排出，减少液态或气态水进入与润滑油罐5内使润滑油乳化。

在其它一实施例中，润滑油高压进气管51上设置有冷却分离设备54。

参照图1，三向阀53上设置有压力管路，润滑油罐5内设置有液位开关，液位开关为浮子开关，液位开关用于控制压力管路的开闭，压力管路对三向阀53施加压力控制三向阀53不同阀口之间的连通。

在其它一实施例中，润滑油罐5内设置有液位计，液位计上电连接有控制器，控制器与三向阀53电连接并控制三向阀53不同阀口的开闭。

当液位计检测到润滑油罐5内的液位低于设定液位时，控制器控制三向阀53对应阀口，使大气与润滑油通气管52连通，润滑油高压进气管51与润滑油通气管52之间隔断，此时能向润滑油罐5内补充润滑油。

当润滑油罐5内的液位高于设定液位时，控制器控制三向阀53对应阀口，使大气与润滑油通气管52隔断，润滑油高压进气管51与润滑油通气管52之间连通，此时排气阀12送出的高压气体能送入润滑油罐5，将润滑油罐5内的润滑油压入压力油腔42内，保持压力油腔42内充满有压力的润滑油。

润滑油罐5上连通有补油管61，补油管61上连通有位于润滑油罐5上方的高位油罐6，补油管61上设置有单向阀避免润滑油罐5内的润滑油反向进入高位油罐6内，当润滑油罐5与大气连通时，高位油罐6内的润滑油直接送入润滑油罐5内，高位油罐6的高度高于压力油腔42的高度。在其它一实施例中，高位油箱内的润滑油油压大于大气压，当润滑油罐5与大气连通后，高位油箱的润滑油仍能进入润滑油罐5内。

优选的，滑动压缩块2侧壁开设有储油槽21，储油槽21位于两个密封环7之间，储油槽21与气缸1内腔连通，且位于滑动压缩块2的两端相对封闭，储油槽21经过气缸1上的喷油口13时，润滑油喷入储油槽21内，当润滑口13未向气缸1内腔送入润滑油时，储油槽21内上次积存的润滑油能对运动的滑动压缩块2进行润滑。

本申请实施例种往复式压缩机无泵润滑及密封系统的实施原理为：

当排气阀12输出高压气体时，高压气体进入润滑油罐5，将润滑油罐5内的润滑油压入压力油腔42，压力油腔42内的充满的润滑油能对驱动杆3与填料盒4之间的滑动进行润滑，使用排气阀12排出的高压气体作为润滑油罐5的高压气源，将润滑油罐5内的润滑油罐5压入压力油腔42，避免使用外界压力气源或柱塞泵，减少设备整体故障率，实现了无泵润滑，为设备减少了故障点；

同时由于填料盒4内压力油腔42内的压力始终大于外界大气压，在气缸1与填料盒4压力油腔42之间设有隔离腔43，隔离腔43与进气相通，其内压力始终低于压力油腔42内的压力，当气缸1内为负压时空气不会漏进气缸1；同时保证当气缸1内腔压力过大时，高温高压的工艺气进入隔离腔43，不会有高温高压的工艺气从气缸1漏入填料压力油腔42而引起其内润滑油氧化与泡沫化；实现了对气缸1内负压的隔离密封，扩大了压缩机对不同工况的适应范围；

当压力油腔42内的油压压力小于，润滑口13所在的气缸1内腔的压力时，润滑口13停止向气缸1内腔送入高压油；

压缩机启动初期或向润滑油罐5补油时，压力油腔42内积存的润滑油能对经过填料盒4内的驱动杆3进行润滑、储油槽21内上次积存的润滑油能对运动的滑动压缩块2进行润滑。

本申请实施例还公开一种往复式压缩机无泵润滑密封方法。参照图1，常规工作状态下，三向阀53大气口关闭另两口导通，气缸1的排气压力通过单向阀、三向阀53作用于润滑油罐5内润滑油液面上方，润滑油沿管路经单向阀流进填料盒4的压力油腔42，然后经节流阀45依需要进行流量调节后再透过单向阀喷入气缸1。其动力来源为气缸1的进排气压差。

喷油过程说明如图2和图3，双作用缸压缩P-V图。设计最小进气压Ps小于大气压P0，计及各处阀损、管损等。润滑油在气缸1喷油点的压力Pl小于排气压Pd，但大于大气压P0。e为气缸1中点，a、c分别为滑动压缩块2运动的无杆侧止点与有杆侧止点，此时滑动压缩块2在运动到a、c时，运动方向改变。Pl为喷油点润滑油压；喷油点为润滑口13所在点。

气缸1内腔的滑动压缩块2沿其轴线方向的两侧中滑动压缩块2压缩气体的一侧为压缩侧，气缸1吸入气体的一侧为吸气侧。压缩侧的进气阀11关闭，排气阀12开启，吸气侧的进气阀11开启，排气阀12关闭。

参照图2，在高压比工况，滑动压缩块2往返运动的整个过程，都会有润滑油喷入：a→e喷在压缩侧，e→c喷在吸气侧。a→e处运动时，润滑口13位于压缩侧，润滑油罐5内腔压力大于压缩侧内腔的压力，因此润滑口13能喷出润滑油；e→c处运动时，润滑口13位于吸气侧，润滑油罐5内腔压力大于吸气侧内腔的压力，因此润滑口13能喷出润滑油。

参照图3，在低压比工况，a→b点，b点为Pl与压缩侧气压交汇点对应的气缸1位置，润滑油喷在压缩侧；b→e，由于喷油点仍处在压缩侧，且缸内压力高于喷油点油压Pl，系统不喷油；e→c，喷油点进入吸气侧，开始喷油，直至滑动压缩块2运行至有杆侧止点c。

滑动压缩块2返程与来程相似，c→d点，d点为返程时Pl与压缩侧气压交汇点对应的气缸1位置，润滑油喷在压缩侧；d→e，由于喷油点仍处在压缩侧，且缸内压力高于喷油点油压Pl，系统不喷油；e→a，喷油点进入吸气侧，开始喷油，直至滑动压缩块2运行至无杆侧止点a。润滑油主管44上的单向阀，在系统不喷油时段，阻止工艺气进入润滑管路。

压缩机工作压比越小，压差越小，系统喷油时间越短，压差越小，喷油流量越小；喷油量等于喷油时间与喷油流量的乘积，因此喷油量越小。在压缩机启动初期，压比接近1，系统在滑动压缩块2运行全程不喷油，这时靠压力油腔42和储油槽21内积存的润滑油提供所在部位的润滑，直至压差建立。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。