一种摆动活塞式氢气压缩气缸及氢气压缩系统的制作方法

1.本发明涉及一种摆动活塞式氢气压缩气缸及氢气压缩系统，属于氢气压缩机设备技术领域。


背景技术：

2.现有技术中的液压活塞式氢气压缩机大多为液压缸直接驱动气缸进行压缩，这种压缩缸活塞杆既通过油缸，又通过气缸，容易出现液压油泄漏从而污染气体。另外还有通过曲柄连杆式压缩机实现氢气压缩，设备部件多，结构复杂，摩擦副多，检修工作量大，维修费用高。


技术实现要素：

3.本发明是为了解决现有的液压活塞式氢气压缩设备结构复杂、摩擦副较多且易污染气体的问题，进而提供了一种摆动活塞式氢气压缩气缸及氢气压缩系统。
4.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
5.一种摆动活塞式氢气压缩气缸，它包括第一气缸套、第二气缸套、连接壳体及齿轮轴，其中连接壳体的两端分别与第一气缸套及第二气缸套连通，每个气缸套内各设置一个第一活塞，两个第一活塞之间通过第一活塞杆固接且所述第一活塞杆贯穿第一气缸套、连接壳体及第二气缸套设置，第一活塞杆的中部沿其轴向加工有呈齿条状的第一啮合齿，所述齿轮轴安装在所述连接壳体内且通过驱动机构控制其周向转动，所述齿轮轴与所述第一活塞杆上的第一啮合齿啮合，进而控制第一活塞杆往复移动，每个气缸套与连接壳体之间均通过第一缸座连接，且第一活塞杆与第一缸座之间密封设置，每个第一活塞两侧的空腔分别为氢气腔和氮气腔，氢气经两个第一活塞压缩后输出。
6.进一步地，一种摆动活塞式氢气压缩气缸，它还包括对应连通设置在连接壳体两端的第三气缸套和第四气缸套，且第三气缸套和第四气缸套中各设置一个第二活塞，两个第二活塞之间通过第二活塞杆固接且所述第二活塞杆贯穿第三气缸套、连接壳体及第四气缸套设置，第一活塞杆和第二活塞杆分别布置在齿轮轴的两侧，且第二活塞杆的中部沿其轴向加工有呈齿条状的第三啮合齿，通过齿轮轴与第一啮合齿及第三啮合齿的啮合实现同时控制两个活塞杆往复移动，第三气缸套与连接壳体之间以及第四气缸套与连接壳体之间均对应通过第二缸座连接，且第二活塞杆与第二缸座之间密封设置，每个第二活塞两侧的空腔分别为氢气腔和氮气腔，氢气经两个第二活塞压缩后输出。
7.进一步地，所述驱动机构为液压马达，且液压马达的输出端与齿轮轴同轴固接。
8.进一步地，所述驱动机构为液压缸，所述液压缸包括液压缸套、固装在液压缸套两端的缸盖以及同轴设置在液压缸套内部的液压活塞轴，其中液压缸套的中部与连接壳体连通设置，且液压活塞轴的中部沿其轴向加工有呈齿状的第二啮合齿，齿轮轴位于第一活塞杆和液压活塞轴之间且同时与第一啮合齿及第二啮合齿啮合，液压油通过两个缸盖进入液压缸套内，推动液压活塞轴往复移动，进而控制第一活塞杆往复移动。
9.进一步地，氢气压缩气缸的每个氢气进口及每个压缩氢气出口均设置有单向阀，以控制氢气的进入或输出。
10.进一步地，每个气缸套上远离连接壳体的一端分别密封安装有缸头。进一步地，每个缸头内均安装有行程开关。
11.进一步地，每个活塞的外部均沿其轴向同轴套装有活塞环及第一耐磨环，每个气缸套与其对应的缸座之间均设置有o型圈，每个活塞杆与缸座之间均沿其轴向设置有杆密封环及第二耐磨环。
12.一种采用上述摆动活塞式氢气压缩气缸的氢气压缩系统，采用液压马达作为驱动机构，
13.当氢气压缩气缸为单列且第一气缸套与第二气缸套的内径相同时，氢气经由两个第一单向阀分别进入第一活塞杆两端的氢气腔，对应经两个第一活塞压缩后，再对应由两个第二单向阀输出，实现氢气的一级压缩；
14.当氢气压缩气缸为单列且第二气缸套的内径小于第一气缸套的内径时，氢气经由第三单向阀进入第一活塞杆一端的氢气腔，经第一气缸套内的第一活塞进行一级压缩后，依次经第四单向阀、过滤器及第五单向阀进入第一活塞杆另一端的氢气腔，再经第二气缸套内的第一活塞进行二级压缩后，由第六单向阀输出，实现氢气的两级压缩；
15.当氢气压缩气缸为双列且各气缸套的内径均相同时，氢气经由四个第七单向阀分别进入第一活塞杆两端的氢气腔及第二活塞杆两端的氢气腔，对应经两个第一活塞及两个第二活塞压缩后，再对应由四个第八单向阀输出，实现氢气的一级压缩；
16.当氢气压缩气缸为双列且第一气缸套的内径小于第二气缸套的内径、第四气缸套的内径小于第三气缸套的内径时，氢气经由第九单向阀进入第二活塞杆一端的氢气腔，经第三气缸套内的第二活塞进行一级压缩后，依次经第十单向阀、过滤器及第十一单向阀进入第二活塞杆另一端的氢气腔，再经第四气缸套内的第二活塞进行二级压缩后，由第十二单向阀输出，实现其中一列氢气压缩气缸的两级压缩；氢气经由第十三单向阀进入第一活塞杆另一端的氢气腔，经第二气缸套内的第一活塞进行一级压缩后，依次经第十四单向阀、过滤器及第十五单向阀进入第一活塞杆一端的氢气腔，再经第一气缸套内的第一活塞进行二级压缩后，由第十六单向阀输出，实现另一列氢气压缩气缸的两级压缩；
17.当氢气压缩气缸为双列且第一气缸套的内径小于第二气缸套的内径、第四气缸套的内径小于第三气缸套的内径时，氢气经由第十七单向阀进入第二活塞杆一端的氢气腔，经第三气缸套内的第二活塞进行一级压缩后，依次经第十八单向阀、过滤器及第十九单向阀进入第二活塞杆另一端的氢气腔，再经第四气缸套内的第二活塞进行二级压缩后，依次经由第二十单向阀、过滤器及第二十一单向阀进入第一活塞杆另一端的氢气腔内，经第二气缸套内的第一活塞进行三级压缩后，再依次经由第二十二单向阀、过滤器及第二十三单向阀进入第一活塞杆一端的氢气腔内，经第一气缸套内的第一活塞进行四级压缩后，经由第二十四单向阀输出，实现氢气的四级压缩。
18.一种采用上述摆动活塞式氢气压缩气缸的氢气压缩系统，氢气压缩气缸为单列且采用液压缸作为驱动机构，当第一气缸套与第二气缸套的内径相同时，氢气经由两个第一单向阀分别进入第一活塞杆两端的氢气腔，对应经两个第一活塞压缩后，再对应由两个第二单向阀输出，实现氢气的一级压缩；
19.当第二气缸套的内径小于第一气缸套的内径时，氢气经由第三单向阀进入第一活塞杆一端的氢气腔，经第一气缸套内的第一活塞进行一级压缩后，依次经第四单向阀、过滤器及第五单向阀进入第一活塞杆另一端的氢气腔，再经第二气缸套内的第一活塞进行二级压缩后，由第六单向阀输出，实现氢气的两级压缩。
20.本发明与现有技术相比具有以下效果：
21.本技术中第一活塞杆通过齿轮轴与齿条状的第一啮合齿啮合传动，即活塞杆不再经过液压缸，不存在高压油，有效避免液压油泄漏的问题，进而避免污染气体的情况发生。配比不同气缸数量实现多级压缩。
22.本技术运动行程较长，压缩机系统零部件组成更少，与现有的纯机械式曲柄连杆式压缩机相比，结构更加简单，安装更加方便，氢气压缩效率更高。
附图说明
23.图1为单列氢气压缩气缸的主剖视示意图(两个气缸套内径相同)；
24.图2为单列氢气压缩气缸的主剖视示意图(两个气缸套内径不同)；
25.图3为双列氢气压缩气缸的主剖视示意图；
26.图4为液压缸驱动的单列氢气压缩气缸的主剖视示意图；
27.图5为单列氢气压缩气缸一级压缩流程图；
28.图6为单列氢气压缩气缸两级压缩流程图；
29.图7为双列氢气压缩气缸一级压缩流程图；
30.图8为双列氢气压缩气缸两级压缩流程图；
31.图9为双列氢气压缩气缸四级压缩流程图；
32.图10为液压马达驱动单列氢气压缩气缸的液压驱动流程图；
33.图11为液压缸驱动单列氢气压缩气缸的液压驱动流程图。
具体实施方式
34.具体实施方式一：结合图1～11说明本实施方式，一种摆动活塞式氢气压缩气缸，它包括第一气缸套1、第二气缸套2、连接壳体3及齿轮轴4，其中连接壳体3的两端分别与第一气缸套1及第二气缸套2连通，每个气缸套内各设置一个第一活塞5，两个第一活塞5之间通过第一活塞杆6固接且所述第一活塞杆6贯穿第一气缸套1、连接壳体3及第二气缸套2设置，第一活塞杆6的中部沿其轴向加工有呈齿条状的第一啮合齿6-1，所述齿轮轴4安装在所述连接壳体3内且通过驱动机构控制其周向转动，所述齿轮轴4与所述第一活塞杆6上的第一啮合齿6-1啮合，进而控制第一活塞杆6往复移动，每个气缸套与连接壳体3之间均通过第一缸座8连接，且第一活塞杆6与第一缸座8之间密封设置，每个第一活塞5两侧的空腔分别为氢气腔和氮气腔，氢气经两个第一活塞5压缩后输出。
35.第一气缸套1与第二气缸套2形成单列氢气压缩气缸。
36.第一活塞杆6与第一缸座8之间密封设置，保证气缸内的密封性。
37.第一活塞杆6的中部通过加工第一啮合齿6-1形成类似齿条轴的结构。
38.所述驱动机构优选为液压驱动机构，如液压马达14或液压缸15。
39.缸座上开设有通孔，用于向氮气腔内通入氮气。
40.本技术中第一活塞杆6通过齿轮轴4与齿条状的第一啮合齿6-1啮合传动，即活塞杆不再经过液压缸15，不存在高压油，有效避免液压油泄漏的问题，进而避免污染气体的情况发生。配比不同气缸数量实现多级压缩。
41.本技术运动行程较长，压缩机系统零部件组成更少，与现有的纯机械式曲柄连杆式压缩机相比，结构更加简单，安装更加方便，氢气压缩效率更高。
42.一种摆动活塞式氢气压缩气缸，它还包括对应连通设置在连接壳体3两端的第三气缸套9和第四气缸套10，且第三气缸套9和第四气缸套10中各设置一个第二活塞杆12，两个第二活塞杆12之间通过第二活塞杆12杆固接且所述第二活塞杆12杆贯穿第三气缸套9、连接壳体3及第四气缸套10设置，第一活塞杆6和第二活塞杆12杆分别布置在齿轮轴4的两侧，且第二活塞杆12杆的中部沿其轴向加工有呈齿条状的第三啮合齿12-1，通过齿轮轴4与第一啮合齿6-1及第三啮合齿12-1的啮合实现同时控制两个活塞杆往复移动，第三气缸套9与连接壳体3之间以及第四气缸套10与连接壳体3之间均对应通过第二缸座13连接，且第二活塞杆12杆与第二缸座13之间密封设置，每个第二活塞杆12两侧的空腔分别为氢气腔和氮气腔，氢气经两个第二活塞杆12压缩后输出。第一气缸套1至第四气缸套10共同形成双列氢气压缩气缸。每个气缸套外部均套装有水套，气缸套与缸头16之间对应在通过拉杆及锁紧螺母固接。
43.所述驱动机构为液压马达14，且液压马达14的输出端与齿轮轴4同轴固接。液压马达14即为摆动马达。工作过程中，通过变量泵23抽取液压油，通过液压阀24为摆动马达提供动力，然后摆动马达带动齿轮轴4转动。气缸套内的氢气被压缩到一定压力后排出，当活塞快到达缸座时，触发行程开关17，然后通过液压换向阀25进行换向，进行另一面的氢气压缩过程。液压驱动系统中还设置有溢流阀27和卸荷阀26。根据气缸套内径的不同设置，可以实现氢气的一级压缩、两级压缩或四级压缩。
44.所述驱动机构还可以为液压缸15，所述液压缸15包括液压缸套15-1、固装在液压缸套15-1两端的缸盖15-2以及同轴设置在液压缸套15-1内部的液压活塞轴15-3，其中液压缸套15-1的中部与连接壳体3连通设置，且液压活塞轴15-3的中部沿其轴向加工有呈齿状的第二啮合齿15-31，齿轮轴4位于第一活塞杆6和液压活塞轴15-3之间且同时与第一啮合齿6-1及第二啮合齿15-31啮合，液压油通过两个缸盖15-2进入液压缸套15-1内，推动液压活塞轴15-3往复移动，进而控制第一活塞杆6往复移动。液压缸15的驱动方式与液压马达14相同，即：通过变量泵23抽取液压油，通过液压阀24为液压缸15提供动力，然后液压缸15带动齿轮轴4转动。气缸套内的氢气被压缩到一定压力后排出，当活塞快到达缸座时，触发行程开关17，然后通过液压换向阀25进行换向，进行另一面的氢气压缩过程。液压驱动系统中还设置有溢流阀27和卸荷阀26。根据气缸套内径的不同设置，可以实现氢气的一级压缩和两级压缩。
45.氢气压缩气缸的每个氢气进口及每个压缩氢气出口均设置有单向阀，以控制氢气的进入或输出。即设置在氢气进口的单向阀为进气阀，设置在压缩氢气出口的单向阀为出气阀。
46.每个气缸套上远离连接壳体3的一端分别密封安装有缸头16。氢气的进口及压缩氢气的出口均开设在缸头16上。缸头16与其对应的气缸套之间均设置有挡圈。
47.每个缸头16内均安装有行程开关17。通过行程开关17控制活塞杆的往复移动距
离。
48.每个活塞的外部均沿其轴向同轴套装有活塞环18及第一耐磨环19，每个气缸套与其对应的缸座之间均设置有o型圈20，每个活塞杆与缸座之间均沿其轴向设置有杆密封环21及第二耐磨环22。
49.具体实施方式二：结合图1～11说明本实施方式，一种采用上述摆动活塞式氢气压缩气缸的氢气压缩系统，采用液压马达14作为驱动机构，
50.当氢气压缩气缸为单列且第一气缸套1与第二气缸套2的内径相同时，氢气经由两个第一单向阀301分别进入第一活塞杆6两端的氢气腔，对应经两个第一活塞5压缩后，再对应由两个第二单向阀302输出，实现氢气的一级压缩；
51.当氢气压缩气缸为单列且第二气缸套2的内径小于第一气缸套1的内径时，氢气经由第三单向阀303进入第一活塞杆6一端的氢气腔，经第一气缸套1内的第一活塞5进行一级压缩后，依次经第四单向阀304、过滤器28及第五单向阀305进入第一活塞杆6另一端的氢气腔，再经第二气缸套2内的第一活塞5进行二级压缩后，由第六单向阀306输出，实现氢气的两级压缩；
52.当氢气压缩气缸为双列且各气缸套的内径均相同时，氢气经由四个第七单向阀307分别进入第一活塞杆6两端的氢气腔及第二活塞杆12杆两端的氢气腔，对应经两个第一活塞5及两个第二活塞杆12压缩后，再对应由四个第八单向阀308输出，实现氢气的一级压缩；
53.当氢气压缩气缸为双列且第一气缸套1的内径小于第二气缸套2的内径、第四气缸套10的内径小于第三气缸套9的内径时，氢气经由第九单向阀309进入第二活塞杆12杆一端的氢气腔，经第三气缸套9内的第二活塞杆12进行一级压缩后，依次经第十单向阀310、过滤器28及第十一单向阀311进入第二活塞杆12杆另一端的氢气腔，再经第四气缸套10内的第二活塞杆12进行二级压缩后，由第十二单向阀312输出，实现其中一列氢气压缩气缸的两级压缩；氢气经由第十三单向阀313进入第一活塞杆6另一端的氢气腔，经第二气缸套2内的第一活塞5进行一级压缩后，依次经第十四单向阀314、过滤器28及第十五单向阀315进入第一活塞杆6一端的氢气腔，再经第一气缸套1内的第一活塞5进行二级压缩后，由第十六单向阀316输出，实现另一列氢气压缩气缸的两级压缩；
54.当氢气压缩气缸为双列且第一气缸套1的内径小于第二气缸套2的内径、第四气缸套10的内径小于第三气缸套9的内径时，氢气经由第十七单向阀317进入第二活塞杆12杆一端的氢气腔，经第三气缸套9内的第二活塞杆12进行一级压缩后，依次经第十八单向阀318、过滤器28及第十九单向阀319进入第二活塞杆12杆另一端的氢气腔，再经第四气缸套10内的第二活塞杆12进行二级压缩后，依次经由第二十单向阀320、过滤器28及第二十一单向阀321进入第一活塞杆6另一端的氢气腔内，经第二气缸套2内的第一活塞5进行三级压缩后，再依次经由第二十二单向阀322、过滤器28及第二十三单向阀323进入第一活塞杆6一端的氢气腔内，经第一气缸套1内的第一活塞5进行四级压缩后，经由第二十四单向阀324输出，实现氢气的四级压缩。通过过滤器28进行冷却除杂，以进行下一级压缩。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。
55.具体实施方式三：结合图1～11说明本实施方式，一种采用上述摆动活塞式氢气压缩气缸的氢气压缩系统，氢气压缩气缸为单列且采用液压缸15作为驱动机构，当第一气缸
套1与第二气缸套2的内径相同时，氢气经由两个第一单向阀301分别进入第一活塞杆6两端的氢气腔，对应经两个第一活塞5压缩后，再对应由两个第二单向阀302输出，实现氢气的一级压缩；
56.当第二气缸套2的内径小于第一气缸套1的内径时，氢气经由第三单向阀303进入第一活塞杆6一端的氢气腔，经第一气缸套1内的第一活塞5进行一级压缩后，依次经第四单向阀304、过滤器28及第五单向阀305进入第一活塞杆6另一端的氢气腔，再经第二气缸套2内的第一活塞5进行二级压缩后，由第六单向阀306输出，实现氢气的两级压缩。其它组成与连接关系与具体实施方式一或二相同。