CN100473844C - 液—气蓄能器中收集到的气体的去除 - Google Patents

液—气蓄能器中收集到的气体的去除 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液-气型液压蓄能器，该蓄能器包括一限定一内腔室(11C)以及一气体端口(30)和一液体端口(19)的刚性壳体(11)。一充气阀(31)设置在气体端口(30)内以控制高压气体进入。一可变形的半渗透性的隔离体(35)设置在壳体(11)内以将内腔室(11C)隔成一气体室(33)和一液体室(21)，该气体室与气体端口(30)相连通，该液体室与液体端口(19)相连通。一装置(41)设置在液体室(21)内以用于接收和收集从气体室(33)经过半渗透性隔离体(35)而进入液体室(21)的气体。此外该蓄能器还包括一管道装置(45)，其一端(45a)与气体收集装置(41)流体连通，而另一端(45b)与壳体(11)可操作地相作用以将气体从气体收集装置(41)传输到液体室(21)之外。

Description

液―气蓄能器中收集到的气体的去除
技术领域
本发明涉及液-气型液压蓄能器，尤其涉及气体室和液体室之间有隔离体的蓄能器，其中该隔离体对气体而言至少有一定的透气性。
背景技术
现在通常本领域技术人员公知本发明中所涉及的液-气蓄能器，这种蓄能器的一个例子在美国专利No.5,520,208中示出，并被结合在本文中以供参考。
典型的液-气液压蓄能器被用作液压储能装置，其中通过用压力流体取代气体体积而可以在蓄能器内泵入压力流体(该“液体”)。根据所用气体的物理性能，蓄能器内的气体压力升高，近似等于蓄能器内液体的压力。然后，当与蓄能器连接的液压回路中的某处需要液压时，控制装置(如阀)将打开，从而释放储存的液压能，以在回路中提供压力流。
在本发明所涉及的一种典型的液压蓄能器中，有一个限定一内腔室的刚性外壳(或“壳体”)，并且某种隔离体设置在腔室内部，从而把腔室分为液体室和气体室。还有比较典型的一点是，液体室通过液压端口和管道与外部液压回路相连通，该液压端口和管道可包含或者不包含阀组件，同时气体室能够通过一充气阀从压缩气体源接收高压气体。通常，该气体是某种形式的较惰性的气体，如氮气，但是应当理解，本发明不局限于使用任何特定类型的气体。
在常规的液-气型液压蓄能器中，液体室和气体室之间的隔离体可包括一活塞(用弹性密封圈密封)，或者可包括某种风箱装置，或者在蓄能器技术领域中公知的许多其它隔离体结构中的任何一种。然而，最常见的是，隔离体由一弹性软外壳(囊状物，bladder)构成，该弹性软外壳由本领域所公知的许多适当的软外壳材料中的任何一种构成，如丁腈橡胶。通常，用于这种软外壳的材料具有渗透性，或者至少是“半渗透性的”，即经过一段时间后，该材料允许氮气通过该软外壳材料进入相邻的液体室。
上述气体通过软外壳渗透的问题很有可能发生在压力较高的蓄能器中，即液体最大压力超过3000或4000psi或更高的蓄能器中。但是在低压力蓄能器中也会在较小程度上发生这种气体渗透问题。众所周知，在蓄能器领域中，气体渗透率在其它因素当中是气体压力的函数。在这种液-气蓄能器中，透过软外壳的任何气体通常都将保持溶解在压力液体中。但在某些位置，含有氮气的高压液体会流到液压回路中压力较低的部分，在该位置(由于作用在液体上的压力较低)氮气将能够在回路中形成气泡。液压领域的技术人员公知，液压回路中有空气或气泡会导致各种液压部件运行有噪声，并会(通过所谓“气穴现象”的过程)对各种液压部件的暴露表面造成损害，并最终降低这些部件的性能，或者引起部件失效。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的液-气型液压蓄能器，该蓄能器能够减小由压力气体透过渗透性的隔离体所产生的气泡在相关的液压回路中造成的损害。
本发明更为具体的一个目的是提供一种改进的液压蓄能器，它能够通过收集透过隔离体的气体并把该气体输送到蓄能器外的一个场所而实现上述目的。
(本发明)通过提供一种改进的液-气型液压蓄能器而实现了本发明的上述和其它目的。该蓄能器包括一限定一内腔室以及一气体端口和一液体端口的刚性壳体。一充气阀设置在该气体端口内以控制高压气体的进入。一可变形的半渗透性隔离体设置在该壳体内以将该内腔室隔成一气体室和一液体室，该气体室与气体端口相连通，该液体室与液体端口相连通。
该改进的液压蓄能器的特征在于，(具有)设置在该液体室内以用于接收和收集从该气体室经过该半渗透性的隔离体而进入该液体室的气体的装置。一管道装置的一端与该气体收集装置流体连通，而另一端与壳体可操作地相连，以把气体从气体收集装置输送出液体室。
附图说明
图1是应用本发明的液压蓄能器的局部的断开的轴向剖面图。
图2是与图1类似的放大的局部轴向剖面图，其中示出在蓄能器壳体内的本发明的气体收集装置。
图3是从图2中向上的方向看到的放大的局部视图，但比例比图2小一些，其中示出本发明的气体收集装置。
图4是与图2类似的采取基本相同比例的局部视图，但没有示出蓄能器壳体，而是更详细地示出本发明的气体收集装置的某些部分。
图5是沿图2中5-5线的本发明的气体收集装置的横截面图。
具体实施方式
现参照附图，但该附图并不旨在限制本发明。图1是一经改进后包含本发明的典型液压蓄能器的局部的断开的轴向剖面图。该蓄能器包括一限定一内腔室11C的壳体11。壳体11可以是任何合适的结构，如球形，但此处示出为圆柱形并沿水平方向伸长。仅作为示例，本发明的受让人研制出的蓄能器的一个实施例包括一直径大约10英寸、长约40英寸的壳体。在本发明的受让人所研制出的一个液压系统中包括一高压蓄能器和一低压蓄能器。在该特定的系统中并且仅作为示例，本发明作为该低压蓄能器的一部分而包括在其中。
在壳体11的左端形成的一开口中设有一油口环13，并且一安装法兰部件15与该环13螺纹连接，这样，仅作为示例，该蓄能器可以螺纹连接在歧管组件(manifold block)上，或者某些其它类型的支承结构上。在环13和法兰部件15内设有一套筒17，该套筒限定一流体通道(在下文中也称为“液体端口”)19，从而在外部液压回路(未示出)和设在壳体11内的一流体(液体)室21之间提供流体连通。
如图1所示，套筒17支承一可在其中往复运动的阀元件23，蓄能器领域的技术人员公知，该阀元件23被一弹簧25偏压向阀元件23的打开位置。但本领域技术人员应当理解，本发明不局限于任何特定类型或结构的流体端口和阀装置。对于本发明，最基本的一点是蓄能器包括某种用于使压力流体在外部液压回路和流体室21之间连通的适当的装置。
还主要参考图1，在壳体11右面开口端内设有一气体端口环27(其在下文中有时被视为和称为“壳体”的一部分)，一端盖部件29与气体端口环27螺纹连接。该端盖部件29限定一气体端口30，在气体端口30内设有一充气阀组件31，压缩气体可以一种本领域技术人员通常公知的方式通过该充气阀组件从外部压缩气体源输送到设在一软外壳35内的一气体室33中。通常，仅作为示例，该软外壳35通过注塑或者其它合适的方法成型，以便当气体室33内存在压力气体(并且在液体室21内部缺乏足够的液压)时，软外壳35的整体外形大致和壳体11的形状一致，如图1所示。如仅在图1中所示，软外壳35在其右端包括一扩大的珠缘(bead)37，该珠缘被保持在气体端口环27和端盖部件29之间。
图1所示的蓄能器是水平放置的，其中流体阀元件23设在其一个轴向端，而充气阀组件31设在其另一轴向端。然而，本领域技术人员应当理解，如果将蓄能器垂直放置，而不是如图1所示的那样，则本发明的气体收集器应该是环形的(而不是细长形的)，并且应该设置在气体端口环27的下方。所以，尽管如图1所示将蓄能器水平放置本发明可能最有效，然而应该明确：结构或方向都不构成本发明的基本特征。
现结合图1，参照图2，可以看到壳体11的内表面优选设有一衬套39(图5中也有显示)，在蓄能器领域现在一般都能够理解加衬套的原因，它与本发明没有关系。仅作为示例，本发明的优选实施例之所以有衬套39，是因为壳体11是由细丝绕线(或加强纤维)聚合物壳体构成的，如果没有衬套39，则容纳在流体室21中的少量液压流体就会通过壳体11中足够多的孔隙流出来。
还主要参照图2，本发明提供一总体用41表示的气体收集装置，该装置的一部分在下文中也称为“输送膜”，其原因在本领域技术人员阅读并理解了本说明书的余下部分以后就非常清楚了。优选地，在蓄能器轴向水平放置时，气体收集装置41设在壳体11所限定的内腔室(流体室21)的“顶部”或“顶部”附近，如图1、2和5所示。气体收集装置41优选在蓄能器整个轴向长度的主要部分上延伸，其原因到下面也会很清楚，但应当理解这对本发明来说并不是基本的，除非权利要求书中另有特别说明。例如，在本实施例中，蓄能器的总长度如上所述约为40英寸，而气体收集装置41的轴向长度大约是30英寸。
现主要参考图2至5以更详细地说明气体收集装置41。气体收集装置41包括由输送织物43构成的内层，该输送织物优选包括断开的织物，或毡制品，或带开孔的泡沫材料，或任何其它合适的织物或泡沫型材料，这些织物或材料不易于被用作蓄能器的气体室33内的充气气体的特定类型的气体所降解。但是，输送织物43仍必须允许气体(氮气或者其它类型的气体)通过该织物体。输送织物43的主要功能是使已渗入气体收集装置41内部的氮气可以移动。装置41中收集的气体是那些已渗出软外壳35并已经过容纳在液体室21中的液体而上升的气体。仅作为示例，在装置41的轴向长度的大部分上，输送织物层43由一个真正的“层”构成，大致如图4的左面部分所示。
气体收集装置41还包括一由半渗透性材料构成的外部阻挡层41a(图4中没有显示，请参照图5)，该阻挡层优选由聚合材料构成(例如硅橡胶)，它允许气体分子通过(渗透)，但是禁止较大的液压流体分子通过。所以，液体室21内的气体上升时，这些气体很容易穿过阻挡层41a，并进入输送织物43。
在图2至图4中，输送织物43的右端是一导管部件45，该导管部件的一端45a(图2和图4中的导管的左端)通过任何合适的方式，比如粘接件47，与气体收集装置41相连。图2中可以最清楚地看到，导管(部件)45的左端45a与装置41的输送织物43相连的同时，该导管部件还有一右端45b，该右端45b被接纳在形成在气体端口环27中的一倾斜的孔中，从而导管部件45的右端45b与气体排放通道49开放连通。输送织物43中收集到的气体分子可以自由穿过织物，并最终向导管部件45移动和穿过该导管部件，并经过排气通道49排出。因此，输送织物43和阻挡层41a一起组成气体收集装置41，在后面所附的权利要求书中它还被称为“接收和收集气体的装置”。该导管部件45在后附的权利要求书中还被称为“输送气体的管道装置”。通过比较图4和图5可以看出输送织物层43在其整个轴向长度上并不均匀。如前所述，(图4中)输送织物43的左面部分是一真正的层，但是在导管部件45的左端45a的区域中，输送织物43包括一扩大的“过渡”区域，在本实施例中，该区域通常具有环绕该左端45a的楔形形状。
优选地，并且在图3和图5中可以最为清晰地看到，在气体收集装置41的下面是一结构层51。在本实施例中，但仅作为示例，该结构层51起到防护层的作用，以保护气体收集装置41的较易碎的表面。更为确切地说，结构层51的目的是当软外壳膨胀或者收缩而移动时，防止装置41和软外壳35接合。在本实施例中，并且仅作为示例，该结构层51包括限定一系列的孔53的较硬的塑料部件，通过这些孔液压流体和气体可以穿过层51，并且气体可以如前所述透过装置41。或者，结构层51可以包括织物部件或者有穿孔的金属部件，并且应当理解，结构层51的具体细节并不是本发明的基本特征。在图5中可以最清楚地看到，结构层51的相对的边优选和衬套39的表面附合在一起(比如提供合适的粘接)，从而“包围”气体收集装置41。
本领域技术人员应当理解，气体排放通道49既可以在允许将特定充气气体排放到大气中的条件下与大气相连，也可以和某种通常设置在蓄能器外部的气体收集装置相连，该气体收集装置不属于本发明的范围。重点需要指出的是，导管部件45仅作为示例给出，本发明中最基本的一点是提供某种“输送装置”，它仅指某些装置或结构或诸如此类，通过该装置可将收集到的气体从输送织物输送到其它场所。
或者，气体收集装置41可以包括由粘结在衬套39上并跨接衬套39中的一个或多个间隙的半渗透性材料构成的单个层。所以，在本实施例中，那些已从液体室21中的液体(逸出)并通过该半渗透性材料的气体会继续通过衬套39内的间隙，然后穿过(透过)壳体11的复合绕线的多孔分子结构。最终，这些气体会作为自由气体分子从壳体11逸出，并进入环境。应当认为，选择衬套39中的开口或间隙的数量和尺寸以避免对穿过衬套39的气体分子的运动产生显著的阻力在本领域技术人员的能力范围之内。根据这一可选实施例，导管部件45和气体排放通路49不是本发明的必要元件，相反，通过壳体11的多孔通路构成了后附的权利要求书中的“管道装置”。
作为另一个可选实施例，气体收集装置可以包括半渗透性材料构成的单个部件，该材料用作衬套39的材料并位于至少壳体11内表面“顶部”的某些部分上，即主实施例的装置41所在的部位。例如，在本实施例中，衬套39(或其局部)可以采用与最初的实施例中构成41a的半渗透性材料相同的材料。根据这一可选实施例，导管部件45和气体排放通路49也不是本发明的必要元件，相反，衬套的部分构成后附的权利要求书中的“接收和收集气体的装置”，通过衬套39和通过壳体11的多孔通道构成后附的权利要求书中的“管道装置”。
尽管本发明是结合一其中气体室33被液体室21所包围的实施例进行举例和说明的，但是应该理解，本发明并不局限于此。相反，软外壳35可以盛放液体，并被气体室包围。在这种情况下，气体收集装置41应该设置在软外壳35内(并可朝向软外壳“顶部”设置)，并被液压流体所包围。在包括在后附的权利要求书范围内的本实施例中，如果没有特殊说明，则如前所述，透过软外壳35的气体将会通过液压流体并被接收和收集在装置41内，然后被输送到蓄能器外部。
在以上的说明书中，已经对本发明进行了详细的说明。应该认为，在本领域技术人员阅读并理解了该说明书后，本发明的各种改变和变型将会变得显而易见。只要这些改变和变型包含在后附的权利要求书范围之内，则它们均包含在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种液—气型液压蓄能器，该蓄能器包括一限定一内腔室(11C)以及一气体端口(30)和一液体端口(19)的刚性壳体(11)；一设置在所述气体端口(30)内以控制高压气体进入的充气阀(31)；一设置在所述壳体(11)内以将所述内腔室(11C)隔成一气体室(33)和一液体室(21)的可变形的半渗透性隔离体(35)，该气体室与所述气体端口(30)相连通，该液体室与所述液体端口(19)相连通，其特征在于：
(a)设置在所述液体室(21)内的用于接收和收集从所述气体室(33)经过所述半渗透性隔离体(35)而进入所述液体室(21)的气体的装置(41)；以及
(b)一端(45a)与所述气体收集装置(41)流体连通，而另一端(45b)与所述壳体(11)可操作地相连以将气体从所述气体收集装置(41)传输到所述液体室(21)之外的管道装置(45)。
2.根据权利要求1中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述刚性壳体(11)总体为圆柱形并沿水平方向伸长，所述气体端口(30)设置在所述壳体(11)的一个轴向端，而所述液体端口(19)设置在所述壳体的另一个轴向端。
3.根据权利要求2中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述半渗透性隔离体包括一伸长的总体为圆柱形的可弹性变形的软外壳(35)，该软外壳在其中限定所述气体室(33)，并且其一端(37)在靠近所述充气阀(31)处相对于所述刚性壳体(11)固定。
4.根据权利要求3中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述总体为圆柱形的软外壳(35)居中设置在由所述刚性壳体(11)所限定的所述内腔室(11C)内；在所述蓄能器的大多数工作条件下所述软外壳(35)被所述液体室(21)所包围。
5.根据权利要求4中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述气体收集装置(41)是细长形的，并在所述内腔室(11C)的轴向长度的至少主要部分上轴向延伸，并且在所述蓄能器处于工作位置时位于所述软外壳(35)上方。
6.根据权利要求1中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述用于接收和收集气体的装置(41)包括一输送膜，该输送膜包含一气体存储部分(43)，当所述输送膜在所述液体室(21)内受到正常工作压力时气体可以经过该气体存储部分(43)而行进。
7.根据权利要求6中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述输送膜包括一材料层(41a)，该材料层对于所述气体室(33)中的气体是渗透性的，而对于液体是非渗透性的，所述材料层设置在所述气体室(33)和所述输送膜的所述气体存储部分(43)之间。
8.一种液-气型液压蓄能器，该蓄能器包括一限定一内腔室(11C)以及一气体端口(30)和一液体端口(19)的刚性壳体(11)；一设置在所述气体端口(30)内以控制高压气体进入的充气阀(31)；一设置在所述壳体(11)内以将所述内腔室(11C)隔成一气体室(33)和一液体室(21)的可变形的半渗透性隔离体(35)，该气体室与所述气体端口(30)相连通，该液体室与所述液体端口(19)相连通，其特征在于：
(a)设置在所述液体室(21)内的用于接收和收集从所述气体室(33)经过所述半渗透性隔离体(35)而进入所述液体室(21)的气体的装置，所述装置包括在其中设有一衬套(39)的所述刚性壳体(11)，该衬套的至少一部分相对于所述气体是半渗透性的；以及
(b)一端与所述气体收集装置流体连通，而另一部分与所述壳体(11)可操作地相连以从所述气体收集装置传输气体的管道装置，所述管道装置包括由多孔细丝材料构成的所述刚性壳体，该细丝材料相对于所述气体是半渗透性的。
9.根据权利要求8中所述的液压蓄能器，其特征在于，所述衬套(39)包括一种相对于所述液体不渗透，但相对于所述气体渗透的材料。
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