CN104948456A - 涡旋液压泵及具有其的气液联动执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡旋液压泵及具有其的气液联动执行机构。其中，涡旋液压泵包括互相连接的涡旋膨胀器和液压泵，涡旋膨胀器包括：涡旋定盘，包括第一涡旋部，涡旋定盘上设置有天然气入口和排气口；涡旋动盘，包括与第一涡旋部配合的第二涡旋部，第一涡旋部与第二涡旋部嵌套设置且涡旋动盘可沿涡旋定盘的中心线作转动，第一涡旋部和第二涡旋部之间形成与天然气入口连通的涡室；输出轴，与涡旋动盘相连接，其中，输出轴和液压泵的驱动轴相连接，液压泵包括第一进液口和第一出液口。本发明的技术方案解决了现有技术中的气液联动机构存在液压油易受污染，密封件老化快以及效率低、工作噪音大的问题。

Description

涡旋液压泵及具有其的气液联动执行机构

技术领域

本发明涉及气液控制设备技术领域，具体而言，涉及一种涡旋液压泵及具有其的气液联动执行机构。

背景技术

在石油化工领域中，天然气管道所通过的区域很多是沙漠、山脉等不具备电力供应条件的区域。在这些区域中对阀门的驱动控制很多都是采用“气液联动控制”的方式。其中，气液联动控制方式为：将天然气管道中的高压天然气少量引出，通过控制和转换装置，用高压天然气驱动液压油，并由液压油最终驱动油缸等执行机构。

现有技术中使用的气液联动驱动阀门的执行机构，采用的是如图1所示的装置。如图1所示，高压天然气100经过气动控制装置1’后进入一个气液罐2’，气液罐2’的下端为液压油200，气液罐2’的顶端通过引入高压天然气100进而驱动气液罐下端的液压油200，液压油200再通过液压控制装置3’进入油缸4’，油缸4’通过一个机械装置驱动阀门动作。油缸4’排出的液压油200进入另一个气液罐2’，并将内部气体排出，最后通过气动控制装置1’将内部气体排向大气。

现有技术中使用的气液联动机构有如下问题：

1、由于天然气管道的介质存在很多颗粒杂质以及水分，天然气直接与液压油接触，使液压油很容易受到污染后过早失效。

2、由于天然气和液压油直接接触，被污染的液压油液进入液压系统后，对液压元件的正常工作造成不利影响，并且将大大加快密封件的老化，影响产品的正常使用。

3、天然气在完成一个冲程做工后排至放大气时，天然气未能充分膨胀，因此仍然具有较高的压力，做功效率很低。同时天然气向大气的排放量也非常大，导致工作噪音大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种涡旋液压泵及具有其的气液联动执行机构，以解决现有技术中的气液联动机构存在液压油易受污染，密封件老化快以及效率低、工作噪音大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种涡旋液压泵，涡旋液压泵包括互相连接的涡旋膨胀器和液压泵，涡旋膨胀器包括：涡旋定盘，包括第一涡旋部，涡旋定盘上设置有天然气入口和排气口；涡旋动盘，包括与第一涡旋部配合的第二涡旋部，第一涡旋部与第二涡旋部嵌套设置且涡旋动盘可沿涡旋定盘的中心线作转动，第一涡旋部和第二涡旋部之间形成与天然气入口连通的涡室；输出轴，与涡旋动盘相连接，其中，输出轴和液压泵的驱动轴相连接，液压泵包括第一进液口和第一出液口。

进一步地，涡旋动盘还包括安装孔，输出轴包括互相连接的第一轴段和第二轴段，其中，第一轴段为偏心轴，第一轴段穿设在安装孔内，第二轴段与驱动轴驱动连接。

进一步地，涡旋动盘的中心线与涡旋定盘的中心线具有第一偏心距，第一轴段的中心线与涡旋定盘的中心线具有第二偏心距，第一偏心距与第二偏心距相等。

根据本发明的另一方面，提供了一种气液联动执行机构，包括：涡旋液压泵，涡旋液压泵的天然气入口通过第一管线与天然气管道相连接；液压控制装置，包括第第二进液口和第二出液口，涡旋液压泵的第一出液口与第二进液口通过第二管线相连接；执行机构，通过第三管线与液压控制装置相连接；油箱，涡旋液压泵的第一进液口通过第四管线与和油箱连接，第二出液口通过第五管线与油箱相连接，其中，涡旋液压泵为上述的涡旋液压泵。

进一步地，气液联动执行机构还包括蓄能装置，蓄能装置包括：蓄能器；第六管线，第六管线的第一端连接在蓄能器上，第六管线的第二端连接在第二管线上；第一单向阀，设置在第二管线上，并位于第一出液口和第六管线的第二端之间。

进一步地，气液联动执行机构还包括压力控制装置，压力控制装置包括：截止阀，设置在第一管线上。

进一步地，截止阀为液控截止阀，液控截止阀的液控口通过第七管线与第六管线相连接；或者液控截止阀的液控口通过第七管线连接至第二管线上，且第七管线的连接端位于第一单向阀和第二进液口之间。

进一步地，截止阀为电控截止阀，压力控制装置还包括：压力传感器，压力传感器设置在第六管线上；或者压力传感器设置在第二管线上，且压力传感器位于第一单向阀和第二进液口之间，压力传感器与电控截止阀电连接。

进一步地，气液联动执行机构还包括辅助液压泵，辅助液压泵包括：第三进液口，通过第八管线与油箱连接；第三出液口，通过第九管线连接在第二管线上，且第九管线的连接端位于第一单向阀和第二进液口之间。

进一步地，第九管线上设置有第二单向阀。

应用本发明的技术方案，涡旋液压泵包括互相连接的涡旋膨胀器和液压泵。其中涡旋膨胀器包括涡旋定盘和涡旋动盘。高压天然气通过涡旋定盘上的天然气入口进入到涡室内并膨胀做功，高压天然气所做的功推动涡旋动盘绕涡旋定盘做转动，进而带动连接在涡旋动盘上的输出轴转动。涡室内的高压天然气最终从涡旋定盘上的排气口排出。输出轴与液压泵的输入轴相连接并提供驱动力，液压泵在输出轴的驱动下从第一进液口吸进液压油并从第一出液口输出高压液压油，进而为执行机构提供动力。

上述工作过程中，随着涡旋动盘转动的角度的改变，高压天然气处于涡室的位置也在不断改变并持续膨胀做功。因此天然气从天然气入口进入涡旋膨胀器至从排气口离开涡旋膨胀器的过程中能够充分膨胀做功，从而更高效的利用高压天然气的内部能量。由上述内容可知，高压天然气在排出涡旋膨胀器时经充分膨胀，因此压力较小，进而大大减小了涡旋液压泵的工作噪音。同时，在涡旋液压泵工作时高压天然气和液压油没有接触，因此也就防止了液压油被天然气中的杂质污染，从而避免液压泵受到污染物影响。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的气液联动机构存在液压油易受污染，密封件老化快以及效率低、工作噪音大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的气液联动机构的结构示意图；

图2示出了根据本发明的涡旋液压泵的实施例的涡旋膨胀器的结构示意图；

图3示出了图2中涡旋膨胀器的涡旋定盘的结构示意图；

图4示出了图2中涡旋膨胀器的涡旋动盘的结构示意图；

图5至图7示出了图2中涡旋膨胀器工作时涡旋定盘和涡旋定盘的三个相对位置的示意图；

图8示出了根据本发明的气液联动机构的实施例一的结构示意图；

图9示出了根据本发明的气液联动机构的实施例二的结构示意图；以及

图10示出了根据本发明的气液联动机构的实施例三的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1’、气动控制装置；2’、气液罐；3’、液压控制装置；4’、油缸；1、第一管线；2、第二管线；3、第三管线；4、第四管线；5、第五管线；6、第六管线；7、第七管线；8、第八管线；9、第九管线；10、涡旋膨胀器；11、涡旋定盘；111、第一涡旋部；112、天然气入口；113、排气口；12、涡旋动盘；121、第二涡旋部；122、安装孔；13、涡室；14、输出轴；141、第一轴段；142、第二轴段；15、第一进液口；16、第一出液口；20、涡旋液压泵；30、天然气管道；40、液压控制装置；41、第二进液口；42、第二出液口；50、执行机构；60、油箱；70、蓄能装置；71、蓄能器；72、第一单向阀；80、压力控制装置；81、截止阀；82、压力传感器；90、辅助液压泵；91、第三进液口；92、第三出液口；93、单向阀；100、天然气；200、液压油。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2至图4所示，本实施例的涡旋液压泵包括互相连接的涡旋膨胀器10和液压泵(图中未示出)。其中涡旋膨胀器10包括涡旋定盘11和涡旋动盘12。涡旋定盘11包括第一涡旋部111，并且涡旋定盘11上设置有天然气入口112和排气口113。涡旋动盘12包括与第一涡旋部111配合的第二涡旋部121，第一涡旋部111与第二涡旋部121嵌套设置且涡旋动盘12可沿涡旋定盘11的中心线作转动。第一涡旋部111和第二涡旋部121之间形成与天然气入口112连通的涡室13。涡旋膨胀器10还设置有与涡旋动盘12相连接的输出轴14。其中，输出轴14和液压泵的驱动轴相连接，液压泵包括第一进液口15和第一出液口16。

需要说明的是，本实施例中的液压泵为现有技术的液压泵，本领域技术人员可根据工作实际需要选取不同种类的液压泵，例如：齿轮泵、柱塞泵、叶片泵或者螺杆泵。

应用本实施例的技术方案，涡旋液压泵包括互相连接的涡旋膨胀器10和液压泵。其中涡旋膨胀器10包括涡旋定盘11和涡旋动盘12。高压天然气通过涡旋定盘11上的天然气入口112进入到涡室13内并膨胀做功。涡室内的高压天然气所做的功推动涡旋动盘12绕涡旋定盘11做转动，进而带动连接在涡旋动盘12上的输出轴14转动，高压天然气最终从涡旋定盘11上的排气口113排出。输出轴14与液压泵的输入轴相连接并提供驱动力，液压泵在输出轴14的驱动下从第一进液口15吸进液压油并从第一出液口16输出高压液压油，进而为执行机构提供动力。

如图5至图7所示，在上述工作过程中，随着涡旋动盘12转动的角度的改变，高压天然气处于涡室13的位置也在不断改变并持续膨胀做功。因此高压天然气从天然气入口112进入涡旋膨胀器10至从排气口113离开涡旋膨胀器10的过程中能够充分膨胀做功，从而更高效的利用高压天然气的内部能量。由上述内容可知，高压天然气在排出涡旋膨胀器10时经充分膨胀，因此压力较小，进而大大减小了涡旋液压泵的工作噪音。同时，在涡旋液压泵工作时高压天然气和液压油没有接触，因此也就防止了液压油被天然气中的杂质污染，从而避免液压泵受到污染物影响。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的气液联动机构存在液压油易受污染，密封件老化快以及效率低、工作噪音大的问题。

需要说明的是，在本实施例中涡旋动盘12沿涡旋定盘11做转动为公转运动，并且涡旋动盘12自身不做自转运动，即涡旋动盘12所做的运动也为平移运动。涡旋动盘在气体力的作用下，有绕其中心自转的趋势，这种趋势破坏了涡旋膨胀器10的正常工作，必须予以限制。为了防止涡旋动盘12自转，在涡旋膨胀器10中设置有防自转机构。防自转机构为现有技术，常用的有十字联轴器、圆柱销、球轴承、小曲柄等，上述结构均为现有结构，在此不再赘述。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，输出轴14包括互相连接的第一轴段141和第二轴段142。其中，第一轴段141为偏心轴。涡旋动盘12还包括安装孔122，第一轴段141穿设在安装孔122内，使得当涡旋动盘12绕涡旋定盘11的中心线转动时能够同时带动第一轴段141绕涡旋定盘11的中心线转动。第二轴段142的中心线和涡旋定盘11的中心线重合，进而使第一轴段141能够带动第二轴段142做绕自身中心线的枢转运动，从而输出驱动力。第二轴段142与驱动轴驱动连接，进而带动液压泵工作。

为了使上述工作过程能够实现，如图2所示，在本实施例的技术方案中，涡旋动盘12的中心线与涡旋定盘11的中心线具有第一偏心距，第一轴段141的中心线与涡旋定盘11的中心线具有第二偏心距，第一偏心距与第二偏心距相等。

本申请还提供了一种气液联动执行机构，如图8所示，根据本申请的实施例一的气液联动机构的气液联动机构包括涡旋液压泵20、液压控制装置40、执行机构50以及油箱60。其中，涡旋液压泵20的天然气入口112通过第一管线1与天然气管道30相连接，并将天然气管道30中的少量高压天然气100引入涡旋液压泵20。涡旋液压泵20的第一进液口15通过第四管线4与和油箱60连接，进而从油箱60内吸入液压油。液压控制装置40包括第第二进液口41和第二出液口42，涡旋液压泵20的第一出液口16与第二进液口41通过第二管线2相连接，进而将液压油200引入液压控制装置40。同时，第二出液口42通过第五管线5与油箱60相连接，从而使执行机构50动作时排出的液压油排出至油箱。执行机构50通过第三管线3与液压控制装置40相连接，液压控制装置40驱动执行机构50(例如油缸)工作，进而带动其他阀门工作。其中，涡旋液压泵20为上述的涡旋液压泵。

在本实施例的技术方案中，执行机构50为双作用油缸。当然，执行机构50也可以选用其他形式的油缸例如单作用油缸，执行机构50的具体形式可以根据工作实际需要决定。

应用实施例一的气液联动机构的技术方案，高压天然气100在排出涡旋膨胀器10时经充分膨胀，因此压力较小，进而大大减小了涡旋液压泵20的工作噪音。同时，在涡旋液压泵20工作时高压天然气100和液压油200没有接触，因此也就防止了液压油200被天然气100中的杂质污染，从而避免液压泵受到污染物影响。因此实施例一的气液联动机构具有工作效率高、工作噪音低以及能够防止设备污染的特点。

如图8所示，在实施例一的技术方案中，气液联动执行机构还包括蓄能装置70。蓄能装置70包括蓄能器71和第六管线6。其中，第六管线6的第一端连接在蓄能器71上，第六管线6的第二端连接在第二管线2上。涡旋液压泵20所输出的液压油200通过第二管线一部分进入液压控制装置40，另一部分通过第六管线6进入蓄能器。同时，蓄能装置70还包括第一单向阀72，第一单向阀72设置在第二管线2上，并位于第一出液口16和第六管线6的第二端之间，防止蓄能器71工作时液压油200返回涡旋液压泵20。

为了防止气液联动执行机构内的压力过高，如图8所示，实施例一的气液联动执行机构还包括压力控制装置80。压力控制装置80包括设置在第一管线1上的截止阀81。具体地，截止阀81为液控截止阀，液控截止阀的液控口通过第七管线7与第六管线6相连接。随着液压系统内的压力逐渐升高，第二管线2和第六管线6和第七管线7内的压力也逐渐升高。当液压系统压力达到设定的数值时，液控截止阀关闭，并将第一管线1断开，此时高压天然气100不再进入涡旋液压泵20，涡旋液压泵20停止工作。

为了保证气液联动机构的正常工作，涡旋液压泵20停止运转后液压控制装置40动作并将蓄能器71打开，此时蓄能器71内储存的液压油200继续驱动执行机构50动作。由于设置有第一单向阀72，能够防止蓄能器71内的液压油200回流至涡旋液压泵20。随着蓄能器71内的液压油200减少，液压系统内的压力逐渐降低，当液压系统压力低于设定值时，液控截止阀打开，此时第一管线1被连通，天然气100重新进入涡旋液压泵20，进而使涡旋液压泵20继续运转。

由于第六管线6中的压力和第二管线2中的压力相等，因此液控截止阀的液控口也可以通过第七管线7连接至第二管线2上，且第七管线7的连接端位于第一单向阀72和第二进液口41之间。

如图9所示，根据本申请的实施例二的气液联动执行机构和实施例一的气液联动执行机构相比，区别仅在于截止阀81为电控截止阀。同时，气液联动机构中还设置有控制截止阀81的电控系统。压力控制装置80还包括压力传感器82，电控截止阀和压力传感器82均与电控系统电连接。压力传感器82设置在第六管线6上，并且压力传感器82与电控截止阀电连接。使用电控截止阀能够更加精确的检测液压系统内的压力，进而防止液压系统内的压力过高造成设备损坏。由于第六管线6中的压力和第二管线2中的压力相等，因此压力传感器82也可以设置在第二管线2上，且第压力传感器82位于第一单向阀72和第二进液口41之间。

如图10所示，根据本申请的实施例三的气液联动执行机构和实施例一与实施例二的气液联动执行机构相比，区别在于实施例三的液联动执行机构还包括辅助液压泵90。其中，辅助液压泵90包括第三进液口91和第三出液口92。第三进液口91通过第八管线8与油箱60连接。第三出液口92通过第九管线9连接在第二管线2上，且第九管线9的连接端位于第一单向阀72和第二进液口41之间。采用实施例三的气液联动执行机构，可以采用其他能源驱动辅助液压泵90，并且将截止阀81的控制压力调高，这样使天然气100作为备用能源，而可以优选使用其他能源，例如电能。当其他能源不足时，液压系统内压力下降，天然气100被引入气压联动执行机构。实施例三的气液联动机构具有使用能源更加灵活的特点。

如图10所示，在实施例三的技术方案中，第九管线9上设置有第二单向阀93，以防止当辅助液压泵90工作时第三出液口92所输出的液压油200流入至涡旋液压泵20，进而防止设备损坏。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡旋液压泵，其特征在于，所述涡旋液压泵包括互相连接的涡旋膨胀器(10)和液压泵，所述涡旋膨胀器(10)包括：

涡旋定盘(11)，包括第一涡旋部(111)，所述涡旋定盘(11)上设置有天然气入口(112)和排气口(113)；

涡旋动盘(12)，包括与所述第一涡旋部(111)配合的第二涡旋部(121)，所述第一涡旋部(111)与所述第二涡旋部(121)嵌套设置且所述涡旋动盘(12)可沿所述涡旋定盘(11)的中心线作转动，所述第一涡旋部(111)和所述第二涡旋部(121)之间形成与所述天然气入口(112)连通的涡室(13)；

输出轴(14)，与所述涡旋动盘(12)相连接，

其中，所述输出轴(14)和所述液压泵的驱动轴相连接，所述液压泵包括第一进液口(15)和第一出液口(16)。

2.根据权利要求1所述的涡旋液压泵，其特征在于，所述涡旋动盘(12)还包括安装孔(122)，所述输出轴(14)包括互相连接的第一轴段(141)和第二轴段(142)，其中，所述第一轴段(141)为偏心轴，所述第一轴段(141)穿设在所述安装孔(122)内，所述第二轴段(142)与所述驱动轴驱动连接。

3.根据权利要求2所述的涡旋液压泵，其特征在于，所述涡旋动盘(12)的中心线与所述涡旋定盘(11)的中心线具有第一偏心距，所述第一轴段(141)的中心线与所述涡旋定盘(11)的中心线具有第二偏心距，所述第一偏心距与所述第二偏心距相等。

4.一种气液联动执行机构，其特征在于，包括：

涡旋液压泵(20)，所述涡旋液压泵(20)的天然气入口(112)通过第一管线(1)与天然气管道(30)相连接；

液压控制装置(40)，包括第第二进液口(41)和第二出液口(42)，所述涡旋液压泵(20)的第一出液口(16)与第二进液口(41)通过第二管线(2)相连接；

执行机构(50)，通过第三管线(3)与所述液压控制装置(40)相连接；

油箱(60)，所述涡旋液压泵(20)的第一进液口(15)通过第四管线(4)与和所述油箱(60)连接，所述第二出液口(42)通过第五管线(5)与所述油箱(60)相连接，

其中，所述涡旋液压泵(20)为权利要求1至3中任一项所述的涡旋液压泵。

5.根据权利要求4所述的气液联动执行机构，其特征在于，所述气液联动执行机构还包括蓄能装置(70)，所述蓄能装置(70)包括：

蓄能器(71)；

第六管线(6)，所述第六管线(6)的第一端连接在所述蓄能器(71)上，所述第六管线(6)的第二端连接在所述第二管线(2)上；

第一单向阀(72)，设置在所述第二管线(2)上，并位于所述第一出液口(16)和所述第六管线(6)的第二端之间。

6.根据权利要求5所述的气液联动执行机构，其特征在于，所述气液联动执行机构还包括压力控制装置(80)，所述压力控制装置(80)包括：

截止阀(81)，设置在所述第一管线(1)上。

7.根据权利要求6所述的气液联动执行机构，其特征在于，所述截止阀(81)为液控截止阀，所述液控截止阀的液控口通过第七管线(7)与所述第六管线(6)相连接；或者所述液控截止阀的液控口通过第七管线(7)连接至第二管线(2)上，且所述第七管线(7)的连接端位于所述第一单向阀(72)和所述第二进液口(41)之间。

8.根据权利要求6所述的气液联动执行机构，其特征在于，所述截止阀为电控截止阀，所述压力控制装置(80)还包括：

压力传感器(82)，所述压力传感器(82)设置在所述第六管线(6)上；或者所述压力传感器(82)设置在所述第二管线(2)上，且所述压力传感器(82)位于所述第一单向阀(72)和所述第二进液口(41)之间，

所述压力传感器(82)与所述电控截止阀电连接。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的气液联动执行机构，其特征在于，所述气液联动执行机构还包括辅助液压泵(90)，所述辅助液压泵(90)包括：

第三进液口(91)，通过第八管线(8)与所述油箱(60)连接；

第三出液口(92)，通过第九管线(9)连接在所述第二管线(2)上，且所述第九管线(9)的连接端位于所述第一单向阀(72)和所述第二进液口(41)之间。

10.根据权利要求9所述的气液联动执行机构，其特征在于，所述第九管线(9)上设置有第二单向阀(93)。