超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头论文和设计-路伟

全文摘要

本实用新型公开了一种超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，包括缸盖、膜片、配油盘和缸体，还包括填料箱和与填料箱相配合的主螺母；所述的缸体为倒“凸”字形，与填料箱下部相配合；在缸体上部设有容纳配油盘和膜片的凹槽，凹槽的深度小于配油盘和膜片的高度之和；在缸体的中部设有油道，在油道内设有柱塞，柱塞与压缩机的曲轴相连接；所述缸盖上设有气道，气道分别与吸气口和排气口相连通，气道下端开口在缸盖下方；在缸盖侧部还设有压力油入口，在缸盖上方缸盖与主螺母配合缝隙处设有压力油出口，压力油入口与压力油出口相连通；在缸盖与主螺母配合缝隙处设有密封圈。解决了现有技术中螺栓布置困难、受力不均匀和装配较复杂的问题。

主设计要求

1.一种超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，包括缸盖、膜片、配油盘和缸体，其特征在于：还包括用于容放上述部件的填料箱和与填料箱相配合的主螺母；所述的缸体为倒“凸”字形，与填料箱下部相配合；在缸体上部设有容纳配油盘和膜片的凹槽，凹槽的深度小于配油盘和膜片的高度之和；在缸体的中部设有油道，在油道内设有柱塞，柱塞与压缩机的曲轴相连接；所述缸盖上设有气道，气道分别与吸气口和排气口相连通，气道下端开口在缸盖下方；在缸盖侧部还设有压力油入口，在缸盖上方缸盖与主螺母配合缝隙处设有压力油出口，压力油入口与压力油出口相连通；在缸盖与主螺母配合缝隙处设有密封圈。

设计方案

2.根据权利要求1所述的超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，其特征在于：填料箱下方设有开口。

3.根据权利要求1所述的超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，其特征在于：填料箱下方设有与机体相配合的法兰。

4.根据权利要求1所述的超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，其特征在于：填料箱上分别设有与吸气口、排气口、压力油入口相配合的开口。

5.根据权利要求1所述的超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，其特征在于：在吸气口处设有吸气阀，在排气口处设有排气阀。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于压缩机结构技术领域，具体涉及一种超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头。

背景技术

现有的隔膜压缩机的膜头主要由缸盖、膜片、配油盘、缸体、螺栓12等构成（如图1和图2所示）。膜头采用螺栓预紧密封，缸盖和配油盘通过螺栓结构以较高的预紧力将膜片夹在中间。在压缩机运行时为了保证压缩气体完全排净，液压油侧压力需要比气侧压力高10%-20%，当排气压力较高时，膜片与缸体之间存在更高的液压压力。根据密封原理，为了保证膜头不发生泄露，螺栓上的预紧力不仅需要抵消高压气体和高压油对缸盖、膜片、配油盘产生的分离力，还需要保证各密封面能产生足够的弹性变形，以使密封间隙的微小峰谷被压平，使气体没有足够的外泄通道。

超高压压缩机指的是气压、油压都达到100Mpa以上的隔膜压缩机，超高压压缩机由于压力高，所需预紧力也将相应的增加，如果使用传统的膜头结构，将会出现以下技术问题：

1.螺栓布置困难：为满足所需的预紧力，螺栓的数量将增多，且规格较大。螺栓过多时，势必需要扩大缸盖的直径，直径增加后为了保证具有足够的刚性，缸盖厚度也需要增加，使得膜头笨重，将产生材料浪费、检修困难、空间占用等问题，甚至可能因为所需螺栓过多而根本无法布置。

2.受力不均匀：使用螺栓紧固，必然会导致螺栓位置处紧固力较大，而螺栓与螺栓的中间区域紧固力较小，致使设计时需要更大的预紧力对其进行补偿，增加设计难度。采用多根螺栓紧固时，因无法同时预紧，每根螺栓上紧固力不能保证相同，将造成局部预紧过度或不足，给压缩机安全运行带来隐患。

3.装配较复杂：传统设计，螺栓数量较多，预紧力较大，为保证预紧力尽可能均匀，装拆螺栓时需按一定顺序，预紧过程较为繁琐,劳动强度大，可能还需要液压打压工具等特殊工装才能安装，使得装配时间较长，增加了检修周期和使用成本。

本结构彻底解决了上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，以解决现有技术中的问题。

本实用新型的技术方案是：一种隔膜压缩机液压引导式密封膜头，包括缸盖、膜片、配油盘和缸体，其特征在于：还包括用于容放上述部件的填料箱和与填料箱相配合的主螺母；所述的缸体为倒“凸”字形，与填料箱下部相配合；在缸体上部设有容纳配油盘和膜片的凹槽，凹槽的深度小于配油盘和膜片的高度之和；在缸体的中部设有油道，在油道内设有柱塞，柱塞与压缩机的曲轴相连接；所述缸盖上设有气道，气道分别与吸气口和排气口相连通，气道下端开口在缸盖下方；在缸盖侧部还设有压力油入口，在缸盖上方缸盖与主螺母配合缝隙处设有压力油出口，压力油入口与压力油出口相连通；在缸盖与主螺母配合缝隙处设有密封圈。

进一步的：填料箱下方设有开口。

进一步的：填料箱下方设有与机体相配合的法兰。

进一步的：填料箱上分别设有与吸气口、排气口、压力油入口相配合的开口。

进一步的：在吸气口处设有吸气阀，在排气口处设有排气阀。

与传统膜头相比，引导式密封膜头的有益效果是：

1、引导式密封膜头的密封压力由注入到间隙中的油压控制，可满足超高压膜头的预紧力要求，突破了因高预紧力而带来对膜头设计的限制，且控制灵活。在遇到压缩机的变参数运行、机组改造等需要改变膜头预紧力的情况时有很强的优越性（传统结构，受制于螺栓材料的许用强度，很难将原有膜头的预紧力进行提高）。

2、引导式密封膜头用筒形的填料箱液压紧固代替传统膜头的螺栓结构，对空间的占用明显降低，符合隔膜压缩机结构紧凑的设计风格。如图3所示，相同参数的两种膜头，引导式密封膜头要比传统膜头体积减小约30%。

传统膜头的预紧力由螺栓施加，在保证材料不被破坏的前提下，螺栓所能施加的最大预紧力，取决于螺栓的最小截面积（如图3）。而引导式密封膜头通过液压油的“引导压力”施加预紧力，所施加的最大预紧力取决于填料箱的环形截面积，填料箱的环形截面积比螺栓的最小横截面积对空间的利用率高很多，这也就是引导式密封膜头体积较小的关键。

3、传统膜头所使用螺栓规格越大，螺栓与密封面之间的距离越远，缸盖就需要更大的厚度保证其有足够的强度，而引导式密封膜头的引导压力永远施加在缸盖正上方，其缸盖和主螺母的厚度只需满足相应压力等级即可，不会因结构原因而附加额外厚度。进一步节省空间和材料。

4、当膜头采用螺栓紧固时，在超高压情况下，螺栓的规格通常较大，此时需采用液压螺母,通过打压工具进行紧固。为了保证密封面受力均匀，在装配过程中，需先将每个螺栓装入螺栓孔后，按照特定的拧紧顺序，以10%、40%、70%、100%的打压压力分四轮对液压螺母进行打压，每轮间隔1小时，安装效率极低，而使用引导式密封膜头，只需要先将主螺母拧上后（不需任何预紧力，拧到合适位置即可），连接外部油泵或膜压机自身的液压油系统，仅需一次安装就可完成。省时省力，而且密封面受力比传统膜头更加均匀，密封效果更佳。

附图说明

图1为现有结构示意图；

图2为现有结构局部剖视总图；

图3为本实用新型结构装配示意图；

图4为本实用新型结构剖视示意图；

图5为本实用新型结构与现有结构施压面积对比示意图；

图6为本实用新型结构与现有结构体积对比示意图。

图中序号说明：1为主螺母、2为密封圈、3为填料箱、4为缸盖、5为膜片、6为配油盘、7为缸体、8为柱塞、9为压力油入口、10为吸气口、11为排气口、12为螺栓。

具体实施方式

如图1－6所示为本实用新型超高压隔膜压缩机液压引导式密封膜头，包括缸盖4、膜片5、配油盘6和缸体7，上述部件的结构和功能与现有基本相同；还包括用于容放上述部件的填料箱3和与填料箱相配合的用于紧固箱内各部件的主螺母1；填料箱中由上至下分别是缸盖、膜片、配油盘和缸体，所述的缸体为倒“凸”字形，与填料箱下部的限位台相配合，起到限位的作用；在缸体上部设有容纳配油盘和膜片的凹槽，凹槽起到容纳上述部件的作用，以防止上述部件在径向上位移，其深度要大于配油盘的高度且小于配油盘和膜片的高度之和；同时，凹槽部分的空间（也即整体的空间）被膜片分隔成两个部分，上部为空气腔，下部为油腔；在缸体的中部设有与油腔相连通的油道，在油道内设有柱塞8，柱塞与压缩机的曲轴相连接，类似活塞一样，在曲轴的带动下在油道内往复移动，从而实现油压的变化；所述缸盖上设有气道，气道分别连通空气腔与气缸吸气口10、空气腔与气缸排气口11，气道下端开口在缸盖下方，与膜片相配合，即与空气腔相连通；在缸盖侧部还设有压力油入口9，其通过油管与主机或油泵相连通，也可与油腔相连通；在缸盖的上方设有压力油出口，出口位于缸盖与主螺母配合面之间的缝隙处，压力油入口与压力油出口通过油道相连通；在缸盖与主螺母配合缝隙处设有密封圈2，密封圈外沿与填料箱相配合，上部与主螺母相配合，下部与缸体相配合，当压力油从压力油入口进入缝隙中时，在油压的作用下，缸体向下稍移动很小的距离，密封圈保证了其中的油不会溢出，从而持续对缸体产生向下的压力。

优选的：填料箱下方设有开口，以供柱塞与机体的曲轴相连接。

优选的：填料箱下方设有与机体相配合的法兰，填料箱通过法兰与机体相连接。

优选的：填料箱上分别设有与吸气口、排气口、压力油入口等相配合的开口，以实现相应部件与外部的连通。

优选的：在吸气口处设有吸气阀，在排气口处设有排气阀。

本实用新型的工作过程如下：将填料箱螺接在机体上，将柱塞与曲轴连接，将缸体、配油盘、膜片和缸盖依次装入填料箱内部，将主螺母旋入，紧固并锁死，再安装连通相应部件即可。安装简单方便，效率高，可靠性好。

在使用时，当曲轴带动柱塞运行时，油腔高压时，压力油入口也有高压油进入，且压力与油腔的压力相同，从而使密封可靠。

本方案中，所采用的密封为引导式密封，引导式密封还有低进式结构，引导区域可以布置在缸体下方，引导压力将通过缸体和配油盘的传递,将预紧力施加在膜片上形成密封，该结构可达到同样的效果。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的隔膜压缩机膜头结构(隔膜压缩机膜头,以下简称膜头),避免了传统膜头结构在超高压工况下多根、大规格螺栓的使用，从而减小了膜头体积，最终使膜头突破了因高排气压力而导致的结构限制，且该结构还具有控制灵活、装配简单等优点。

为了解决超高压膜头所存在的以上技术问题，本实用新型专利研究了一种 “引导式密封”结构的膜头，取代了传统的依靠多根、大直径螺栓施加预紧力的结构，彻底解决了空间布置的问题，并且提高了结构的可靠性、降低了膜头的制造和使用成本。

本实用新型专利的方案在取消缸盖、缸体的螺栓结构后，增加了新结构“填料箱”。其主要由筒形的箱体和主螺母构成（如图3所示），将缸体、配油盘、膜片、缸盖装入填料箱箱体，然后将主螺母拧入，缸体下端被填料箱箱体固定，主螺母下端将和缸盖间存在预紧密封间隙，通过隔膜压缩机自身油系统或外部油泵产生高压油，注入到该间隙中，高压油将在缸盖上方产生“引导压力”，使得缸盖与膜片，膜片与配油盘间，产生足够的紧固力，从而保证不发生泄露。

引导式密封膜头装配时，将缸体、配油盘、膜片、缸盖依次从填料箱体上端开口处装入并通过定位键和止口对其中的缸体、缸盖进行轴向和周向定位，然后将密封圈装入缸盖上端，装配好后，将主螺母从填料箱体上端的螺纹拧入，拧至主螺母止口与填料箱体贴合即可，随后将高压油接头拧入缸体，并与膜压机自身油系统或外部油泵连接，通过液压系统对膜头施加预紧压力，至此装配完毕。

为了保证密封面有预紧力，需计算好缸盖顶部间隙的引导面积和引导压力。

在使用液压油系统产生引导压力的方式时。当压缩机中的油压建立以后，在引导区域会达到压力平衡。然而，引导压力不会像膜压机液压系统一样波动，因为在引导管线上安装有止回阀。止回阀保证引导压力等于最大液压值，即液压释放阀（放液阀）设定值。在这类膜头中，因为引导压力的作用面积大于膜头膜腔的面积，所以其可产生足够的密封紧固力。

在使用外部油泵产生引导压力的方式时，油泵产生设定的引导压力后，引导区域由阀门隔离。压力将保持恒定，不需要校正。在这类膜头中，由于设定的引导压力可大于最大液压值,故引导压力的作用面积不需要大于膜腔面积。

引导式密封膜头的缸盖也需做出改变，由于引导压力和主螺母在缸盖上方，所以缸盖的进排气孔方向由轴向改成径向，以便气阀接管连接。

设计图

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