科技飞速发展，对于大流量，超高压，高纯无油压缩机的需求日益增长，特别是在石油、汽车、航空航天、军工、新能源等行业。本文向读者介绍了美国海德利森公司的大流量、超高压高纯无油压缩机（气体增压器形式），最高压力输出420MPa，该机型目前在中国国内尚使用较少，值得国内同行学习了解。

工作原理

美国海德利森（HYDROSYS）超高压无油压缩机摒弃了传统的隔膜压缩机（或电动无油活塞式压缩机）方式，该机型属于气体驱动/液压驱动、往复活塞式增压设备。

Air Drive Gas Booster（气体驱动气体增压器）和Hydraulic drive Gas Booster(液压驱动气体增压器)，我们国内通常简称Gas Booster（气体增压器），其原理参考图如图1所示。

A和B的值称为增压器的面积比，所以输出压力为：

式中：FA—驱动端面积；FB—输出端面积；Pa—驱动空气压力。

增压器活塞杆两端的活塞面积不同，将驱动气体通入与大活塞相连的腔，通过交替使用吸入和排出气体的两个控制阀，活塞可以往复运动。在活塞往复运动过程中，根据受力平衡，小活塞端产生高压气体。

图1 气体增压器工作原理图

纯无油润滑增压杜绝润滑油可能带来的污染

增压器独一无二的密封技术可以使增压器在无润滑的条件下工作。在使用非金属轴承和磨损补偿密封的高压工作腔中不需要任何形式的润滑，既节省了运行费用，又避免蒸发油汽对周围环境造成污染。

气体增压器中包含有三套动态密封装置用于将气体压缩腔与空气驱动腔分离（见图2），因密封件磨损渗透出的气体被排入周围环境，这种设计可以保证被压缩气体不被驱动气体污染，也保证了高压力输出能力。

增压模块化设计

各种型号的增压器可独立使用，也可通过串、并联的形式组合使用。此特点使系统可以根据实际生产的需要增、减设备，提高了系统的柔性。系统具有模块增容功能，可以增加排量，提高排气压力。在其他领域的应用上具有很好的可扩展性和通用性。如多个增压模块连动方式满足了超高压200MPa，大流量800Nm3/h的高纯氩气供给工程要求。

自冷却设计

高压力、大流量的增压方式使得气体压缩后急剧放热，海德利森独特设计的自冷却换热方式高效解决了压缩端缸套及级间冷却的问题。气体压缩后放热对任何压缩机的缸套都是致命的危险，如何有效冷却是任何设计压缩系统配置技术必须慎重解决的难题。风冷和水冷是传统的解决方式，风扇冷却会产生噪音，扇叶振动本身的做功放热及对外部环境通风等都有一些额外的要求。水冷却会造成水源浪费，还要单独设置防锈蚀和凉水塔等设备，都难以满足压缩机高压稳定工作下的散热要求。

图2 Hydraulic drive Gas Booster(液压驱动气体增压器)原理

以气体增压器为核心集成的系统是结合高洁净气体增压机的结构特点将其空气驱动后的压缩空气，因其剧烈膨胀作功和节流制冷而将其作为冷媒，海德利森在系统设计上创造性地将这些冷媒导入压缩缸夹套进行冷却（图3），这样保证了每一级输入和最终输出的气体温度都不会过高，经过测量，最终输出气体温度不超过+40℃，完全符合设计指标，堪称节能环保创新的典范。

寿命长、维护保养简单、备件成本低

无油增压机系统内任意部件一旦发生故障，拆装都非常方便，排除和解决时间不超过3h。即使任意一级增压器甚至两级增压器出现故障而无法进行增压工作，其他3台或4台增压机仍可维持整个增压机的运行增压，既不会影响压缩气体品质，也不会影响气体的输出压力，只是会减少气体排放量，这样的设计更体现了整套系统的整体能动性、灵活性、可操作性。无油增压机中自动补偿密封技术更是保证了设备的使用寿命，能够达到连续运行3000h无故障。

图3 冷却气通入压缩缸内图   

气体增压器的其他特点：

增压器的最大输出气体压力可达420MPa(60000psi)。

对压缩介质进出口压力的适用范围广泛，没有限制。

容易实现自动控制——可在任意设定的出口压力下自动停机，可实现远程控制。

许用工作温度范围宽——海德利森标准气体增压器是由空气驱动和气体压缩两部分构成。既然室外温度决定了驱动部分密封和其他静态零件的工作温度，那么就一定要考虑室外温度情况。标准空气驱动部分的可靠工作温度范围是-4~65℃（25~150F）。温度过低，会增大气体的泄漏量，降低工作效率；温度过高，会减少密封的寿命。低温对气体压缩部分的标准零件和密封的工作几乎没有影响。压缩过程中产生的热量有助于平衡低温环境。此部分最高平均可用温度为115℃（240F）。对于超出标准范围工作温度的应用，需要对制造商或代理商明确说明。

易维护——体积小，重量轻，无润滑与冷却环节，密封件寿命长，所以产品易维护。

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参考机型

型号：HY-15-120-30K Ultra High Pressure Gas Compressor

输出压力：200MPa(30000psig),输出流量：235Nm3/hour,

压缩介质：高纯氩气，高纯氮气