技术领域
[0001] 本申请属于压缩机技术领域，具体涉及一种压缩机补液系统、两级压缩机及补液方法。
相关背景技术
[0002] 相比于传统往复活塞压缩机，液体活塞压缩机使用液体构建液体活塞进行气体压缩。由于液体易于分离、高温高压下物理化学性质稳定、压缩性极低、润滑性能优异，且氢气在其中的溶解度极低，因此可以在不污染氢气的前提下，实现强化传热、液体密封、摩擦副润滑的功能，一方面使得压缩过程接近等温过程，降低压缩机排气温度，节能降耗；另一方面解决了活塞机高压下无油润滑与密封的难题。
[0003] 然而，随着液体活塞压缩机活塞不断地高速往复运动，气缸中的一部分液体必然会随气体在排气阶段一起排出。液体的持续损失不仅会导致气缸余隙容积增加，压缩机容积效率降低，还会使活塞与气缸间液封与润滑失效，气体泄漏风险增加。
具体实施方式
[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0033] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034] 实施例
[0035] 如图1所示，一种压缩机补液系统，主要由液体补充组件Z3构成，所述液体补充组件Z3包括补液执行单元与补液控制单元；所述补液执行单元由气液分离器301、第一补液减压阀306、第二补液减压阀307、第一喷液器308、第二喷液器309组成，用于向第一气缸111和第二气缸211中喷射液体。
[0036] 所述气液分离器301上端通过第五气体管路L5连接高压储罐305。
[0037] 优选地，在一些实施例中，所述气液分离器301上端和高压储罐305之间的第五气体管路L5还连接有过滤器303、排气缓冲罐304。
[0038] 气液分离器301底部出口通过第一补液管路L8分别连接至第一补液减压阀306和第二补液减压阀307，所述第一补液减压阀306通过第二补液管路L9连接至第一喷液器308，所述第二补液减压阀312通过第三补液管路L10连接至第二喷液器309，第一喷液器308与第二喷液器309分别安装于第一气缸111和第二气缸211顶端，直接与气体压缩腔连通。
[0039] 所述补液控制单元由电控单元313、第一压力传感器310、第二压力传感器311、第三压力传感器312、液位计302、键相传感器121组成，用于收集活塞位置、补液管道中压力、气液分离器中液位高度信息，并经处理运算后向补液执行单元提供补液始点、补液时长、补液压力、补液量等参数，以控制实现精准补液过程。
[0040] 所述液位计302安装于气液分离器301底端，用于检测气液分离器302中液位高度。
[0041] 所述键相传感器121设置于曲轴箱117上，与电机122转子轴垂直安装，用于检测曲轴相位。本实施例中气体压缩组件为曲柄连杆机构驱动，曲轴相位即可精准反应活塞位置，故可通过检测曲轴相位判断压缩机此时处于吸气过程、压缩过程、排气过程还是膨胀过程。
[0042] 所述第一压力传感器310设置于第一补液管路L8上，第二压力传感器311设置于第二补液管路L9上，第三压力传感器312设置于第三补液管路L10上，压力传感器用于测量各补液管路中的压力。
[0043] 第一压力传感器310、第二压力传感器311、第三压力传感器312、液位计302、键相传感器121、第一喷油器308、第二喷油器309、第一补液减压阀306、第二补液减压阀307均与电控单元ECU连接，由电控单元统一进行数据收集、处理、传递及动作控制。
[0044] 一种两级压缩机，包括一级气体压缩组件Z1、二级气体压缩组件Z2，还包括上述液体补充组件Z3。
[0045] 所述一级气体压缩组件Z1通过第三气体管路L3与二级气体压缩组件Z2连接；所述二级气体压缩组件Z2通过第四气体管路L4与液体补充组件Z3连接；所述液体补充组件Z3通过第二补液管路L9、第三补液管路L10分别与一级气体压缩组件Z1、二级气体压缩组件Z2连接。
[0046] 所述一级气体压缩组件Z1包括第一气缸111、第一曲轴箱117、一级进排气管路。所述第一气缸111与第一曲轴箱117固定连接，由第一填料113将气缸111内腔与曲轴箱117内腔隔离；第一活塞109滑动地设置于第一气缸111内，第一活塞109外侧面与气缸111内壁之间设置有第一活塞密封件110；所述第一活塞109上端设置有液体作为第一液体活塞108，第一活塞109下端连接第一活塞杆114的一端，第一活塞杆114的另一端与第一十字头113相连；所述第一十字头113滑动地设置于第一曲轴箱117中，第一十字头115通过第一连杆116与曲轴118连接；第一活塞109下端面与气缸内壁构成隔离腔，隔离腔通过第一隔离器排液管路L6与第一隔离腔排液箱119连接。
[0047] 第一气缸111与低压气源101通过第一进气管路L1连接到第一进气阀106，第一进气阀106安装在第一气缸111的进气口；第一排气阀107安装在第一气缸111的排气口并通过第二气体管路L2与第一换热器120的一端连接；第一换热器120的另一端通过第三气体管路L3与二级气体压缩组件Z2中的第二进气阀206连接。
[0048] 优选地，在一些实施例中，低压气源101和第一气缸111之间的第一进气管路L1上依次设置有电磁开关阀102、电磁比例阀103、进气缓冲罐104、单向阀105。
[0049] 所述二级气体压缩组件Z2包括第二气缸211、第二曲轴箱217、二级进排气管路。所述第二气缸211与第二曲轴箱217固定连接，由第二填料213将气缸211内腔与曲轴箱217内腔隔离；第二活塞209滑动地设置于第二气缸211内，第二活塞209外侧面与气缸211内壁之间设置有第二活塞密封件210；所述第二活塞209上端设置有液体作为第二液体活塞208，第二活塞209下端连接第二活塞杆214的一端，第二活塞杆214的另一端与第二十字头213相连；所述第二十字头213滑动地设置于第二曲轴箱217中，第二十字头215通过第二连杆216与曲轴118连接；第二活塞209下端面与气缸内壁构成隔离腔，隔离腔通过第二隔离器排液管路L7与第二隔离腔排液箱218连接；第二进气阀206与第二排气阀207均安装在第二气缸211顶端，直接与气体压缩腔连接；第二进气阀206的一端通过第三气体管路L3与第一换热器120的一端连接；第二排气阀207的一端通过第四气体管路L4与第二换热器219的一端连接；第二换热器219的另一端通过第四气体管路L4与气液分离器301的一端连接。
[0050] 第一曲轴箱117和第二曲轴箱217均由同一根曲轴118串联，曲轴118一端与电机122连接。
[0051] 优选地，在一些实施例中，所述第一进气阀106、第二进气阀206、第一排气阀107、第二排气阀207均为自动阀，依靠阀片上下压差实现阀的自动开闭。
[0052] 本发明所述的两级压缩机的补液方法，包括如下过程：
[0053] 气体压缩前的准备：
[0054] 压缩机开始运行前，通过电控单元313设定第一补液减压阀306和第二补液减压阀307的阀后压力、液位计302的液位高度阈值、第一喷液器308和第二喷液器309的开启时间与初始工作间隔，以确定初次补液过程的补液始点、补液量以及补液压力；调节电磁比例阀
103以设定进气压力。此时电磁开关阀102、第一喷液器308、第二喷液器309、第一进气阀
106、第一排气阀107、第二进气阀206、第二排气阀207均处于关闭状态。
[0055] 气体压缩过程：电机122启动，通过曲轴118驱动第一活塞109和第二活塞209进行往复运动；电磁开关阀102开启，氢气从低压气源101出发，沿第一气体管路L1依次经过电磁开关阀102、电磁比例阀103、进气缓冲罐104、单向阀105、第一进气阀106进入第一气缸111；经第一气缸111增压后，经第一排气阀107、第二气体管路L2进入第一换热器120；在第一换热器120中换热后，沿第三气体管路L3经第二进气阀206进入第二气缸209进行二级压缩；压缩后的高压气体沿第四气体管路L4，经过第二换热器219换热后进入气液分离器301；此时携带着一定量液体的高压气体在气液分离器301中进行气液分离，被分离的液体留存于气液分离器301中，分离后的气体沿第五气体管路L5，依次经过过滤器303、排气缓冲罐304进入高压储罐305。
[0056] 补液过程：
[0057] 随着压缩机持续运行，第一气缸111和第二气缸209中的液体不断损失。当液位计302测得气液分离器中的液位达到预设阈值时，电控单元313控制液体补充组件Z3在下一活塞运转周期开始进行补液过程。
[0058] 一级气体级压缩组件Z1与二级气体压缩组件Z2共用一根曲轴118，因此第一活塞109与第二活塞209以180度的固定相位差运行。虽然两级存在相位差，但补液过程原理及方法相同，下面以一级气体压缩组件为例描述补液过程。
[0059] 吸气过程：此时第一进气阀106打开，第一排气阀107关闭，电控单元313通过键相信号检测到吸气过程开始，控制第一喷液器308打开，以预设补液压力向第一气缸111中喷入液体，实现液体补充；
[0060] 压缩过程：第一进气阀106关闭，第一排气阀107关闭，在电控单元313控制下第一喷液器306处于关闭状态；
[0061] 排气过程：第一进气阀106关闭，第一排气阀107开启，在电控单元313控制下第一喷液器306处于关闭状态；
[0062] 膨胀过程：第一进气阀106关闭，第一排气阀107关闭，在电控单元313控制下第一喷液器306处于关闭状态；
[0063] 待此次补液过程达到预设补液量时，补液过程结束。
[0064] 本发明提供了一种压缩机补液系统、两级压缩机及补液方法。通过以喷液器为核心的补液执行单元，可以将掺混在压缩机排气内的液体进行分离和收集，并通过喷液器注入各级气缸，以弥补气缸在工作过程中液体的损失。通过以电控单元为核心补液控制单元可以通过传感器实时收集曲轴相位、补液管道中压力、气液分离器中液位数据，判断此时压缩机所处工作状态，为补液执行单元提供补液始点、补液时长、补液压力、补液量等参数，以实现补液过程定时定量的精准控制。同时，本发明提出的工作方法利用上述液体补充组件，将补液过程固定在吸气过程进行，可以以较低且恒定的补液压力进行补液，便于实现补液的精确控制，稳定高效地完成补液过程。本发明解决了液体活塞压缩机工作过程中气缸内液体损失造成压缩机工作效率及安全可靠性降低的问题。
