CN104265597B - 液驱气往复式高压气体自动增压装置及其增压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液驱气往复式高压气体自动增压装置及其增压方法，包括：机柜，设置于机柜内部的液压包组件、增压器组件、低压气源组件、控制器组件等；其增压方法是：利用液压包被压缩液体作为增压器的初始驱动力，液压包被压缩液体进入增压器动力缸驱动增压器活塞组件往复运动，增压器一侧为一级增压缸，另一侧为二级增压缸，一级增压缸吸入低压气源提供的低压气体，经压缩后排出到二级增压缸，二级增压缸吸入一级增压缸提供的压缩气体再次压缩排出最高达40MPa的高压气体到储气罐以提供给需要高压气体的环境。本发明采用自动化控制，结构简单，体积小，能耗低，低碳环保，输出气体压力高，填补了超高压气体压力造压的空白。

Description

液驱气往复式高压气体自动增压装置及其增压方法

技术领域

本发明属于压力仪表标准检定校准技术领域，具体涉及一种能快速产生40MPa气体压力，用于压力仪表检定校准的气体自动增压装置。

背景技术

在压力仪表的检定过程中，有一部分压力仪表是禁油(水)的仪表，如：氧气表、乙炔表等其它航空仪表，这就需要具有一定压力的压缩空气作为介质来检定仪表。传统方式的压缩空气来源主要有两种方式：手动气泵和高压气瓶。手动气泵主要应用在小量程压力仪表检定装置中。尽管压力很低但为了完成正常的检定工作，操作人员需要不断操作手动气泵确保检定过程有足够的压缩空气，这是一项繁重的体力工作，严重影响了检定工作的效率。使用高压气瓶为检定装置提供压缩空气，高压气瓶容量有限，最高压力一般也就25MPa，不易搬运，而且随着使用，气瓶压力越来越低，覆盖压力表检定的量程也就越来越低，稍高量程就无法检定，这样给检定工作带来了诸多不变，更无法满足工业现场自动检定压力仪表的需要。为了解决这个问题，人们设想用电动气泵或电动增压器等取代高压气瓶，但现有的电动空气增压设备一般都是利用外部能源系统提供压缩气体所需能量，如各气体增压机，此类增压机大都是对压缩机改装而成，其特点为功率大，输出压力及流量大，但是其体积庞大，不能有效的利用低压气源气体能量，能量利用率低，另外普通的气体增压机缺少控制器，频繁起停，对工厂的电网、气路的冲击以及对设备本身的损坏很大，不利于在压力校准领域的推广。也有研究通过减小增压器增压侧活塞面积，达到增压的目的，但这类增压器都以压缩气体为动力，增压器驱动侧低压气体直接排放大气，能量损失大，系统的效率低。因此不能满足本行业小流量、高压力的需要，这一切严重制约着气体压力仪表自动检定装置向自动化、小型化、高效节能化的方向发展。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单，体积小，便于安装，方便移动，自动化，低碳环保的产品，为压力仪表检定领域和其他需要超高气压场合提供高达40MPa的气体压力。

本发明一种液驱气往复式高压气体自动增压装置及其增压方法，包括：机柜，设置于机柜内部的液压包组件、增压器组件、低压气源组件、控制器组件等。其增压方法是：利用液压包被压缩液体作为增压器的初始驱动力，液压包被压缩液体进入增压器动力缸驱动增压器活塞组件往复运动，增压器一侧为一级增压缸，另一侧为二级增压缸，一级增压缸吸入低压气源提供的低压气体，经压缩后排出到二级增压缸，二级增压缸吸入一级增压缸提供的压缩气体再次压缩排出最高达40MPa的高压气体到储气罐以提供给需要高压气体的环境。

本发明采用自动化控制，控制器组件包括：控制器、压力变送器、接近开关、电磁换向阀，控制器设定输出压力值，压力变送器采集当前压力值，控制器与压力变送器形成一个闭环反馈组合，当压力到达设定值时，控制器给电磁阀发出中断信号，电磁阀置于中位，液压动力包无动力输出，增压装置停止工作。

所述控制组件中接近开关感测一级增压活塞的运动位置，当活塞运动到一端接近缸盖时，缸盖处接近开关感测到活塞位置后，给对应继电器一个电压信号，继电器闭合，电磁换向阀一端得电换向，动力缸油路切换，增压器组件反方向运动，如此反复，从而实现往复运动。

所述增压器组件接受液压包提供的动力，流体压力作用在动力活塞上，动力活塞受力而带动中心轴运动，活塞杆是力传递的主要器件，增压器组件活塞杆为一台阶轴，粗直径端为二级增压柱塞，细直径端部安装一级增压活塞，中间安装动力活塞。活塞杆和动力活塞以及一级增压活塞通过圆形开口键和键槽连接，挡圈固定。即：在活塞杆的一端径向加工一方形键槽，一级增压活塞的一个端面加工一凹槽，活塞装在活塞杆上再将圆形开口键装如方形键槽中，然后安装圆形挡圈固定，此设计方案比螺纹连接增大了剪切力，减少了螺纹占用的空间，从而缩小了体积。

所述增压器组件中截断或打开管路的器件单向阀，为一高压气体单向阀，包括阀体、阀座、弹簧、密封钢球、“O”型密封圈，阀座内部加工一斜面，斜面小径位置加工一凹槽放置“O”型密封圈，密封钢球与“O”型密封圈刚好接触，小压力时通过密封钢球和“O”型密封圈密封，大压力时通过密封钢球与斜面密封，无论压力大小密封效果达到或接近零泄漏。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种增压装置,包括机柜、增压器组件、低压气源组件、液压包组件、控制器组件；所述增压器组件、低压气源组件、液压包组件、控制器组件设置于机柜内部，所述液压包组件和低压气源组件并联，低压气源组件为增压器组件提供被压缩气体，液压包组件为增压器组件提供初始动力，控制器组件通过采集信号来控制液压包组件的中断或工作。

进一步的，所述增压器组件包括动力缸、一级增压缸、二级增压缸、活塞杆、动力活塞、一级增压活塞、左过渡缸盖、右过渡缸盖，其中：活塞杆为一台阶轴，直径较大一端穿过左过渡缸盖中间孔进入二级增压缸做为二级增压缸的柱塞，左过渡缸盖左端接二级增压缸，右端接动力缸，活塞杆中间台阶处安装动力活塞，动力缸右端接右过渡缸盖，右过渡缸盖中间加工一孔，活塞杆从中间孔通过，右过渡缸盖右端接一级增压缸，活塞杆右端台阶处安装一级增压活塞，一级增压缸与二级增压缸、二级增压缸与储气罐都通过压力管相连，压力管中间分别设置有第一单向阀，第二单向阀。

进一步的，所述增压器组件还包括二级增压缸缸盖、锁紧法兰、开口挡圈、开口键、高压气体密封组件、动力活塞密封组件、一级密封组件、一级增压缸缸盖；二级增压缸左端与二级增压缸缸盖通过螺纹连接，连接处设有密封圈；左过渡缸盖左端沿二级增压缸外圆位置加工一方形环槽放入开口挡圈，环槽右端面与左过渡缸盖左端面重合，然后用锁紧法兰锁紧；左过渡缸盖中间孔与高压气体密封组件配合，活塞杆从高压气体密封组件中穿过；动力活塞上设置有动力活塞密封组件，动力活塞左端紧靠台阶轴轴肩，右端用开口键固定；右过渡缸盖右侧加工凸台与一级增压缸连接，一级增压缸右端与一级增压缸缸盖相连；左过渡缸盖和一级增压缸缸盖四角加工四个固定孔,通过四条螺栓和八个螺母紧固。

进一步的，所述单向阀包括单向阀阀体、密封圈、钢珠、托架、弹簧，所述单向阀阀体内部设计一斜面，斜面上设计一凹槽安装密封圈，钢珠受弹簧弹簧力作用下与密封圈接触密封。

进一步的，所述左过渡缸盖与二级增压缸和动力缸的连接处、动力活塞、活塞杆、动力缸之间均设计有密封组件，一级增压活塞上设置有一级密封组件。

进一步的，所述一级增压活塞与活塞杆连接结构包括一级增压活塞、活塞杆、环型开口键、压环、内卡圈；所述连接结构是在活塞杆的一端加工一环形方槽，一级增压活塞一侧加工一个能放入环型开口键的凹台，将一级增压活塞装入活塞杆上，然后安装环型开口键，再装压环将环型开口键固定，内卡圈固定压环。

进一步的，所述控制器组件包括交流接触器、压力开关、控制器、压力变送器、两个接近开关，电源经交流接触器输出到液压包组件和低压气源组件，低压气源组件通过压力开关设定启动压力和停止压力；控制器与交流接触器并联，与压力变送器串联，控制器得电后输出24V给压力变送器，同时采集压力变送器的电流信号，当压力变送器反馈给控制器的电信号到达设定压力时控制器内触点断开，增压装置停止增压，低于设定压力时触点接通，增压装置增压；其中第一接近开关安装在一级增压缸端部法兰上，第二接近开关安装在一级增压缸另一端侧壁上。

进一步的，所述控制器组件还包括第一继电器、第二继电器、第三继电器，其中，第一继电器和第三继电器都与第二继电器相连，第二继电器与电磁换向阀相连，当增压装置启动时，24V电源输出24V直流电给第一接近开关和第二接近开关；当第一接近开关感应到一级增压活塞时接通，第一继电器线圈通电，将电信号传输给第二继电器，电磁换向阀一端电磁铁得电，电磁换向阀换向；当一级增压活塞离开第一接近开关感应区时，第一继电器线圈断电；当增压活塞进入第二接近开关感应区时，第三继电器得电，将电信号传输给第二继电器，电磁换向阀另外一端得电后换向；当增压活塞离开第二接近开关感应区时，第三继电器失电，增压装置恢复至开始状态，随后重复运行。

一种增压方法，采用所述的增压装置，所述动力活塞在动力P作用下向右移动，连接为一体的动力活塞、活塞杆和一级增压活塞同时向右侧运动，此时一级增压缸将吸入的低压气源提供的低压气体进行压缩通过第一单向阀排入二级增压缸，与此同时二级增压缸吸入一级增压缸排出的次高压气体，两级增压缸容积不同，一级增压缸的容积是二级增压缸容积的六倍，所以一级增压缸压缩后进入二级增压缸的气体压强会增加到近6倍，当动力活塞在动力P作用下向左移动时，动力活塞、活塞杆和一级增压活塞同时向左侧运动，气体经过二级增压缸压缩通过第二单向阀排入储气罐。

采用以上设计，本发明的液驱气往复式高压气体自动增压装置结构上简化了传统的传动方式，通过液体驱动气体，控制组件自动控制使得机构简单化，体积小型化，功耗节能化等特点，可满足压力仪表检定领域对小流量、高压力的需要。

附图说明：

图1为本发明原理框图；

图2为本发明增压器组件向左移动工作状态结构图；

图3为本发明增压器组件向右移动工作状态结构图；

图4为本发明一级增压活塞与活塞杆连接示意图；

图5为本发明单向阀结构图；

图6为本发明控制器组件原理框图。

具体实施方式：

本发明的原理框图如图1所示：增压装置包括机柜及设置于机柜内部的增压器组件1、低压气源组件2、液压包组件3、控制器组件5等。增压器组件1包括一级增压缸21、二级增压缸15、动力缸17和单向阀11,13,14等；低压气源组件2包括微型空气压缩机、空气开关、储气罐等，为增压器组件1提供被压缩气体，目的是增压快速，缩短到达目标压力的时间；液压包组件3包括电机、油泵、油箱、换向阀等，为增压装置提供初始动力；控制器组件5包括压力变送器8、接近开关9,10、控制器5和换向阀12等，通过设定目标压力，来实现对设备运行的控制。其中增压器组件1是本发明的核心部件，在液压包组件3提供的液压动力驱动下工作，利用帕斯卡原理P＝F/S来设计增压器组件1的增压比，本发明设计的增压比为1:2，即当液压动力包3输出20MPa压强时，经过增压器组件1就可以增压到40MPa。

本发明增压器组件1向左移动工作状态结构图如图2所示：增压器组件1包括二级增压缸15、动力缸17、动力活塞18、一级增压缸21、一级增压活塞20、活塞杆19、二级增压缸缸盖30、锁紧法兰31、开口挡圈58、高压气体密封组件33、左过渡缸盖56、右过渡缸盖47、动力活塞密封组件52、一级密封组件43、一级增压缸缸盖39、螺栓16、螺母38等。二级增压缸15和二级增压缸缸盖30通过螺纹连接，连接处设有密封圈59；二级增压缸15右端插入左过渡缸盖56，在左过渡缸盖56左端面处沿二级增压缸15外圆位置加工一方形环槽，环槽右端面与左过渡缸盖56左端面重合，环形开口挡圈58放入其中，再用锁紧法兰31锁紧；左过渡缸盖56中间孔设计与高压气体密封组件33配合，活塞杆19从高压气体密封组件33中穿过，左过渡缸盖56右侧加工有动力油进出接口一个，左过渡缸盖56右侧与动力缸17连接，连接处都设计有密封组件；活塞杆19为一台阶轴，直径较大一端穿过左过渡缸盖56中间孔进入二级增压缸15做为二级压缩的柱塞，中间台阶处安装动力活塞18，动力活塞18上设置有动力活塞密封组件52，动力活塞18左端紧靠台阶轴轴肩，右端用开口键49固定，动力活塞18与活塞杆19和动力缸17之间均设计有密封组件，活塞杆19右端台阶处安装一级增压活塞20，其固定方式见图4所示，一级增压活塞20上设置有一级密封组件43；右过渡缸盖47左侧与动力缸17相接，右侧加工凸台与一级增压缸21连接，一级增压缸21右端与一级增压缸缸盖39连接；右过渡缸盖47左侧加工有动力油进出接口一个，中间加工一孔，活塞杆19从中间孔通过；左过渡缸盖56和一级增压缸缸盖39四角加工4个固定孔,通过四条螺栓16紧固，接近开关9,10分别安装在一级增压缸端部法兰和一级增压缸另一端侧壁上。

图2所示为动力活塞18在动力P作用下向左移动，连接为一体的动力活塞18、活塞杆19和一级增压活塞20同时向左侧运动，此时一级增压缸21吸入低压气源2提供的低压气体，与此同时二级增压缸15压缩。

本发明增压器组件1向右移动工作状态结构图如图3所示：动力活塞18在动力P作用下向右移动，连接为一体的动力活塞18、活塞杆19和一级增压活塞20同时向右侧运动，此时一级增压缸21将吸入的低压气源2提供的低压气体进行压缩通过单向阀14排入二级增压缸15，与此同时二级增压缸15吸入一级增压缸21排出的次高压气体，因为两级增压缸容积不同，一级增压缸21的容积是二级增压缸15容积的六倍，所以一级增压缸21压缩后进入二级增压缸15的气体压强会增加到近6倍，经过加压的气体通过单向阀13排入储气罐7，增压器组件1如此往复运动，即可输出高压气体。

本发明一级增压活塞20与活塞杆19连接结构如图4所示：包括一级增压活塞20、活塞杆19、环型开口键24、压环22、内卡圈23。所述连接结构是在活塞杆19的一端加工一环形方槽，一级增压活塞20一侧加工一个能放入环型开口键24的凹台，将一级增压活塞20装入活塞杆19上，然后安装环型开口键24，再装压环22将环型开口键24固定，内卡圈23固定压环22。此连接方式比螺纹等连接方式减小了体积，增大了剪切力。

本发明单向阀结构如图5所示：包括单向阀阀体25、密封圈26、钢珠27、托架28、弹簧29。所述单向阀阀体25内部设计一斜面，斜面上设计一凹槽安装密封圈26，钢珠27受弹簧29弹簧力作用下与密封圈26接触密封，当钢珠27弹簧一侧受到更大作用力时，钢珠27挤压密封圈26变形，钢珠27就与阀体25内部斜面接触，此时密封形式由软密封转变为刚性密封，且作用力越大密封效果越好。

本发明控制器组件5原理框图如图6所示：包括开关A、开关B、交流接触器65、压力开关64、控制器5、压力变送器8、接近开关9、接近开关10、继电器61、继电器62、继电器63、24V电源60、电磁换向阀12等电器控制元件。本发明动力电源为交流220V市电，接入后经开关A，交流接触器65，输出到用电器液压包组件3和低压气源组件2，液压包组件3和低压气源组件2并联，开关A接通后液压包组件3的电机和低压气源组件2开始工作；低压气源组件2通过压力开关64设定启动压力和停止压力；控制器5和交流接触器65并联，开关A接通后控制器5得电，控制器5得电后输出24V给压力变送器8，同时采集变送器的电流信号，当压力变送器8反馈给控制器5的电信号到达设定压力时控制器内触点断开，增压装置停止增压，低于设定压力时触点接通，增压装置增压；开关B和开关A串联，开关B接通后24V电源60、继电器61触点c、继电器62触点i、继电器63触点q同时得电；24V电源60输出24V直流电给接近开关9和接近开关10；当接近开关9感应到一级增压活塞20的位置时，接近开关9接通，继电器61线圈通电，继电器61的触点c与g接通，此时继电器62的e触点与继电器61的g触点、c触点得电，继电器62触点h与g、k与j接通；继电器62的e触点通过g触点、h触点、继电器63的o触点、q触点得电，电磁换向阀12一端电磁铁得电，电磁换向阀12换向。当一级增压活塞20离开接近开关9感应区时，继电器61线圈断电，触点c-g断开。当增压活塞进入接近开关10感应区时，继电器63得电，触点o-p连通，继电器62失电，其触点h-i，k-l连通，电磁换向阀12另外一端得电，电磁换向阀12换向。当增压活塞离开接近开关10感应区时，继电器63失电，触点o-g连通。增压装置恢复至开始状态，随后重复运行。

Claims (8)

1.一种液驱气往复式高压气体自动增压装置,其特征在于，所述增压装置包括：机柜、增压器组件(1)、低压气源组件(2)、液压包组件(3)、控制器组件(4)；所述增压器组件(1)、低压气源组件(2)、液压包组件(3)、控制器组件(4)设置于机柜内部，所述液压包组件(3)和低压气源组件(2)并联，低压气源组件(2)为增压器组件(1)提供被压缩气体，液压包组件(3)为增压器组件(1)提供初始动力，控制器组件(4)通过采集信号来控制液压包组件(3)的中断或工作,所述增压器组件(1)包括动力缸(17)、一级增压缸(21)、二级增压缸(15)、活塞杆(19)、动力活塞(18)、一级增压活塞(20)、左过渡缸盖(56)、右过渡缸盖(47)，其中：活塞杆(19)为一台阶轴，直径较大一端穿过左过渡缸盖(56)中间孔进入二级增压缸(15)做为二级增压缸(15)的柱塞，左过渡缸盖(56)左端接二级增压缸(15)，右端接动力缸(17)，活塞杆(19)中间台阶处安装动力活塞(18)，动力缸(17)右端接右过渡缸盖(47)，右过渡缸盖(47)中间加工一中间孔，活塞杆(19)从中间孔通过，右过渡缸盖(47)右端接一级增压缸(21)，活塞杆(19)右端台阶处安装一级增压活塞(20)，一级增压缸(21)与二级增压缸(15)、二级增压缸(15)与储气罐(7)都通过压力管相连，压力管中间分别设置有第一单向阀(14)，第二单向阀(13)。

2.根据权利要求1所述的增压装置，其特征在于：所述增压器组件(1)还包括二级增压缸缸盖(30)、锁紧法兰(31)、开口挡圈(58)、开口键(49)、高压气体密封组件(33)、动力活塞密封组件(52)、一级密封组件(43)、一级增压缸缸盖(39)；二级增压缸(15)左端与二级增压缸缸盖(30)通过螺纹连接，连接处设有密封圈(59)；左过渡缸盖(56)左端沿二级增压缸(15)外圆位置加工一方形环槽放入开口挡圈(58)，环槽右端面与左过渡缸盖(56)左端面重合，然后用锁紧法兰(31)锁紧；左过渡缸盖(56)中间孔与高压气体密封组件(33)配合，活塞杆(19)从高压气体密封组件(33)中穿过；动力活塞(18)上设置有动力活塞密封组件(52)，动力活塞(18)左端紧靠台阶轴轴肩，右端用开口键(49)固定；右过渡缸盖(47)右侧加工凸台与一级增压缸(21)连接，一级增压缸(21)右端与一级增压缸缸盖(39)相连；左过渡缸盖(56)和一级增压缸缸盖(39)四角加工四个固定孔,通过四条螺栓(16)和八个螺母(38)紧固。

3.根据权利要求2所述的增压装置，其特征在于：所述第一单向阀(14)和第二单向阀(13)均包括单向阀阀体(25)、密封圈(59)、钢珠(27)、托架(28)、弹簧(29)，所述单向阀阀体(25)内部设计一斜面，斜面上设计一凹槽安装密封圈(59)，钢珠(27)受弹簧(29)弹簧力作用下与密封圈(59)接触密封。

4.根据权利要求2所述的增压装置，其特征在于：所述左过渡缸盖(56)与二级增压缸(15)和动力缸(17)的连接处、动力活塞(18)、活塞杆(19)、动力缸(17)之间均设计有密封组件，一级增压活塞(20)上设置有一级密封组件(43)。

5.根据权利要求2所述的增压装置，其特征在于：所述一级增压活塞(20)与活塞杆(19)连接结构包括一级增压活塞(20)、活塞杆(19)、环型开口键(24)、压环(22)、内卡圈(23)；所述连接结构是在活塞杆(19)的一端加工一环形方槽，一级增压活塞(20)一侧加工一个能放入环型开口键(24)的凹台，将一级增压活塞(20)装入活塞杆(19)上，然后安装环型开口键(24)，再装压环(22)将环型开口键(24)固定，内卡圈(23)固定压环(22)。

6.根据权利要求2所述的增压装置，其特征在于：所述控制器组件(4)包括交流接触器(65)、压力开关(64)、控制器(5)、压力变送器(8)、两个接近开关(9，10)，电源经交流接触器(65)输出到液压包组件(3)和低压气源组件(2)，低压气源组件(2)通过压力开关(64)设定启动压力和停止压力；控制器(5)与交流接触器(65)并联，与压力变送器(8)串联，控制器(5)得电后输出24V给压力变送器(8)，同时采集压力变送器(8)的电流信号，当压力变送器(8)反馈给控制器(5)的电信号到达设定压力时控制器(5)内触点断开，增压装置停止增压，低于设定压力时触点接通，增压装置增压；其中第一接近开关(9)安装在一级增压缸(21)端部法兰上，第二接近开关(10)安装在一级增压缸(21)另一端侧壁上。

7.根据权利要求6所述的增压装置，其特征在于：所述控制器组件(4)还包括第一继电器(61)、第二继电器(62)、第三继电器(63)，其中，第一继电器(61)和第三继电器(63)都与第二继电器(62)相连，第二继电器(62)与电磁换向阀(12)相连，当增压装置启动时，24V电源(60)输出24V直流电给第一接近开关(9)和第二接近开关(10)；当第一接近开关(9)感应到一级增压活塞(20)时接通，第一继电器(61)线圈通电，将电信号传输给第二继电器(62)，电磁换向阀(12)一端电磁铁得电，电磁换向阀(12)换向；当一级增压活塞(20)离开第一接近开关(9)感应区时，第一继电器(61)线圈断电；当增压活塞进入第二接近开关(10)感应区时，第三继电器(63)得电，将电信号传输给第二继电器(62)，电磁换向阀(12)另外一端得电后换向；当增压活塞离开第二接近开关(10)感应区时，第三继电器(63)失电，增压装置恢复至开始状态，随后重复运行。

8.一种增压方法，采用权利要求1所述的增压装置，其特征在于：所述动力活塞(18)在动力P作用下向右移动，连接为一体的动力活塞(18)、活塞杆(19)和一级增压活塞(20)同时向右侧运动，此时一级增压缸(21)将吸入的低压气源组件(2)提供的低压气体进行压缩通过第一单向阀(14)排入二级增压缸(15)，与此同时二级增压缸(15)吸入一级增压缸(21)排出的次高压气体，两级增压缸容积不同，一级增压缸(21)的容积是二级增压缸(15)容积的六倍，所以一级增压缸(21)压缩后进入二级增压缸(15)的气体压强会增加到近6倍，当动力活塞(18)在动力P作用下向左移动时，动力活塞(18)、活塞杆(19)和一级增压活塞(20)同时向左侧运动，气体经过二级增压缸(15)压缩通过第二单向阀(13)排入储气罐(7)。