CN102310515A - 一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置 - Google Patents

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本发明公开了一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，包括气体增压液化部分、气体输出部分、压力流量控制部分与压力流量反馈部分；气体增压液化部分包括气体增压泵；压力流量控制部分由直线往复运动机构、双作用缸以及组成桥路的四个换向电磁阀组成，直线往复运动机构带动双作用缸的活塞杆进行精密直线运动，使双作用缸与四个电磁阀、四个单向阀往复切换配合，进行气体连续输出控制；压力流量反馈部分由三个压力传感器组成，用于实现压力流量的五级反馈。本发明的气体注入装置能够将高压微流量气体方便、恒压恒流量地注入到待注容器或设备中，可广泛应用于如聚合物CO2超临界发泡、高压CO2萃取等对气体注入有严格要求的系统中。

Description

一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置
技术领域
本发明涉及气体流量注入装置，尤其涉及一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，用于聚合物微孔发泡等对气体注入有严格要求的系统中。
背景技术
聚合物微孔发泡的生产过程是以热塑性的聚合物材料为基体，通过注入液态气体和特殊加工工艺，使最终制品中密布尺寸从小于一微米到几十微米的泡孔，从而一方面减少材料用量，另一方面提高制品的刚性，同时避免对制品的强度等性能造成大的影响。
在微孔发泡过程中，气体的定量均匀注入是微孔发泡的关键技术，气体注入量的大小直接导致发泡后制品中泡孔的大小与分布密度，泡孔的大小和分布的密度又直接反应了产品的最终质量。
因此，目前急需研发一种能够实现微流量高压液化气体的恒压恒流量注入系统，以满足聚合物微孔发泡等应用中的要求。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，能够方便、均匀稳定地进行高压微流量气体的注入。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，包括气体增压液化部分和气体输出部分，其特征是：气体增压液化部分和气体输出部分之间设置压力流量控制部分与压力流量反馈部分；所述的气体增压液化部分包含气体增压泵；所述的压力流量控制部分由直线往复运动机构、双作用缸以及组成桥路的四个电磁阀、四个单向阀组成，直线往复运动机构的往复运动带动双作用缸的活塞杆进行精密直线运动，与双作用缸和四个电磁阀、四个单向阀往复切换配合，进行气体连续输出控制；所述的压力流量反馈部分由三个压力传感器组成，用于实现五级反馈，分别是设置在气体增压泵输出端、作为第一级压力反馈的第一级压力传感器，设置在压力流量控制部分输出端、作为第二级压力反馈的第二级压力传感器，设置在气体输出部分输出端、作为第三级压力反馈的第三级压力传感器，所述的第一级压力传感器与第二级压力传感器组合形成用于调节气体压力平衡的第四级压力反馈，所述的第二级压力传感器与第三级压力传感器组合形成用于调节气体压力流量的第五级压力反馈。
所述的直线往复运动机构包括伺服电机、行星减速机、微型丝杠和限位开关。
所述的待注气体输出部分由不锈钢螺旋形管组成。
所述的直线往复运动机构的直线运动精密误差小于10um，直线运动速度由电机调节，电机速度范围为0～3000rpm。
所述的气体增压泵的输出压力为0～32MPa。
所述的气体增压泵采用空气压缩机的压缩空气作为驱动，空气压缩机的输出压力为0～0.8MPa。
所述的空气压缩机优选采用微型静音无油空气压缩机。
所述的压力控制范围为0～32MPa，流量控制范围为0～100mL。
所述的行星减速机的减速比为30∶1～80∶1。
所述的微型丝杠的螺距小于或等于2mm。
所述的双作用缸的有效面积小于或等于5平方厘米。
本发明的气体注入装置可以采用单片机或者计算机通过模拟-数字转换进行压力传感检测和计算，通过数字-模拟转换控制伺服电机驱动器的电机速度控制，以及通过输入输出口进行直线往复运动机构方向检测、限位开关位置检测、电磁阀控制、增压泵控制。
与现有技术相比，本发明在气体增压液化部分和气体输出部分之间设置了压力流量控制部分与压力流量反馈部分，实现了气体压力流量的控制与五级传感反馈。气体首先经气体增压泵增压控制后进入由直线往复运动机构、双作用缸以及组成桥路的四个换向电磁阀组成的压力流量控制部分，通过直线往复运动机构带动双作用缸的活塞杆进行精密直线运动，使双作用缸与四个电磁阀、四个单向阀往复切换配合，进行气体连续输出控制。进而，通过由三个压力传感器组成的压力流量反馈部分实现了待注气体压力流量的精准调节，使待注气体方便、恒压力恒流量地注入待注容器或设备中。因此，本发明是的气体注入装置能够将高压微流量气体方便、恒压恒流量地注入到待注容器或设备中，可广泛应用于如聚合物CO2超临界发泡、高压CO2萃取等对气体注入有严格要求的系统中。
附图说明
图1为本发明气体高压微流量恒压恒流量注入装置的整体结构示意图；
图2为图1中压力流量控制部分的结构示意图；
图3为图1中气体增压液化部分的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
图中的附图标记为：储气罐1、气体增压液化部分2、压力流量控制部分3、气体输出部分4、被注气装置5、缓冲罐6、第一级压力传感器7、第二级压力传感器8、第三级压力传感器9，电磁开关阀10、直线往复运动机构11、双作用缸12、第一电磁阀13、第一单向阀14、第二电磁阀15、第二单向阀16、第三电磁阀17、第三单向阀18、第四电磁阀19、第四单向阀20、空气压缩机21、气体增压泵22、高压安全阀23。
实施例1：
如图1所示，本实施例的气体高压微流量恒压恒流量注入装置包括气体增压液化部分2、压力流量控制部分3和由不锈钢螺旋形管组成的气体输出部分4，气体增压液化部分2的输出端设有第一级压力传感器7和缓冲罐6，压力流量控制部分3的输出端设有第二级压力传感器8，气体输出部分4的输出端设有第三级压力传感器9与电磁开关阀10。储存在储气罐1中的气体经过本实施例中的气体高压微流量恒压恒流量注入装置后由电磁开关阀10控制进入被注气装置5。
如图3所示，气体增压液化部分2包括空气压缩机21和气体增压泵22，空气压缩机21与固态继电器相连接，气体增压泵22通过高压阀门23与第一级压力传感器7相连接。储气罐1中的气体经气体增压泵22增压液化，通过第一级压力传感器7进行第一级压力反馈，反馈信号传递到固态继电器，固态继电器控制空气压缩机21的启动和关闭来驱动气体增压泵22的增压，直到气体到达固定液化压力后停止，作为高压气源存储在缓冲罐6中，为储存气体的第一阶段。
如图2所示，压力流量控制部分3由直线往复运动机构11、双作用缸12和四个换向电磁阀组成，四个换向电磁阀由第一电磁阀13、第一单向阀14、第二电磁阀15、第二单向阀16、第三电磁阀17、第三单向阀18、第四电磁阀19和第四单向阀20组成。其中直线往复运动机构11包括伺服电机、行星减速机、微型丝杠和限位开关。经气体增压泵22增压液化后的气体经旁路的高压安全阀门24后进入压力流量控制部分3。当气体压力小于固定液化压力时，第一电磁阀13、第一单向阀14、第二电磁阀15、第二单向阀16、第三电磁阀17、第三单向阀18、第四电磁阀19全部开启，电磁开关阀10关闭，整个注气装置管路通畅，全部管路存储液化气体。当气体压力到达固定液化压力后气体增压泵22停止增压，为储存高压液化气源的第一阶段，第二阶段启动直线往复运动机构11带动双作用缸12的活塞进行增压挤出运动，在活塞运动过程中，通过限位开关的检测电路判断直线往复运动机构11带动活塞的运动方向以及最大行程位置，四个换向电磁阀依据活塞运动方向的变换依次开启和关闭，在此阶段增压泵22随时根据压力流量控制部分3输出的压力进行调整。
选定双作用缸12的缸径和杆径，以及选定行星减速机的减速比，通过直线往复运动机构11的运动速度可以计算和调节内部液化气体的挤出量。由第二级压力传感器8进行第二级压力反馈，得到挤出液化气体的压力。
挤出液化气体经不锈钢螺旋形管输出，形成待注气体，由第三级压力传感器9进行第三级压力反馈，得到该待注气体的压力。
根据挤出液化气体的压力，调节气体增压泵22的输出气体压力，使第一级压力传感器7检测的气体压力与第二级压力传感器8检测的挤出气体压力平衡，作为第四级反馈，从而在电磁阀切换过程中因压力平衡而不产生背压差，实现液化气体注入时无压力流量波动。
利用差压法，计算第三级压力传感器9与第二级压力传感器8检测得到的压力差，将该压力差和标定值进行比较计算，得出目前的气体流量值作为第五级反馈，通过调节气体增压泵22的压力和直线往复运动机构11的运行速度进行气体流量的控制。
另外，双作用缸12在运动过程中一边储存高压液化气源，一边做流量压力控制输出，双作用缸12的活塞两侧压力基本相等或者接近，使直线往复运动机构11在运动过程中可大幅度减小功率，避免因推动高压力活塞挤出而使用大功率伺服电机。

Claims (10)

1.一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，包括气体增压液化部分(2)和气体输出部分(4)，其特征是：气体增压液化部分(2)和气体输出部分(4)之间设置压力流量控制部分(3)与压力流量反馈部分；所述的气体增压液化部分(2)包含气体增压泵(22)；所述的压力流量控制部分(3)由直线往复运动机构(11)、双作用缸(12)以及组成桥路的四个电磁阀(13，15，17，19)、四个单向阀(14，16，18，20)组成，直线往复运动机构(11)的往复运动带动双作用缸(12)的活塞杆进行精密直线运动，与双作用缸(12)与四个电磁阀(13，15，17，19)、四个单向阀(14，16，18，20)往复切换配合，进行气体连续输出控制；所述的压力流量反馈部分由三个压力传感器组成，用于实现五级反馈，分别是设置在气体增压泵(22)输出端、作为第一级压力反馈的第一级压力传感器(7)，设置在压力流量控制部分(3)输出端、作为第二级压力反馈的第二级压力传感器(8)，设置在气体输出部分(4)输出端、作为第三级压力反馈的第三级压力传感器(9)，所述的第一级压力传感器(7)与第二级压力传感器(8)组合形成用于调节气体压力平衡的第四级压力反馈，所述的第二级压力传感器(8)与第三级压力传感器(9)组合形成用于调节气体压力流量的第五级压力反馈。
2.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的直线往复运动机构(11)包括伺服电机、行星减速机、微型丝杠和限位开关。
3.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的气体输出部分(4)由不锈钢螺旋形管组成。
4.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的直线往复运动机构(11)的直线运动精密误差小于10um，直线运动速度由电机调节，电机速度范围为0～3000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的气体增压泵(22)的输出压力为0～32MPa。
6.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的气体增压泵(22)采用空气压缩机(21)的压缩空气作为驱动，空气压缩机(21)的输出压力为0～0.8MPa。
7.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的压力控制范围为0～32MPa，流量控制范围为0～100mL。
8.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的行星减速机的减速比为30∶1～80∶1。
9.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的微型丝杠的螺距小于或等于2mm。
10.根据权利要求1所述的一种微流量高压液化气体的恒压恒流量注入装置，其特征是：所述的双作用缸(12)的有效面积小于或等于5平方厘米。
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