CN106762519A - 一种可变负荷往复式压缩机或泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变负荷往复式压缩机或泵，该压缩机或泵是一种气液缸，气液缸是由缸筒、上下端盖、位于缸筒内并将缸筒分隔成上腔和下腔的活塞、串过气液缸端盖并与活塞配置在一起的活塞杆、安装在上下各端盖上的进流单向阀和出流单向阀、将气液缸上端盖和下端盖上的进流单向阀连通后作为气液缸进流口的管路、将气液缸上端盖和下端盖上的出流单向阀连通后作为气液缸出流口的管路、在气液缸上腔和下腔之间串接有开关阀的回气管路构成。该系统可以在接近零负荷情况下启动，余压可得到有效回收利用，特别适合用于波动的可再生能源作为动力源驱动的压缩机或泵，可有效提高设备利用率和能量利用率。

Description

一种可变负荷往复式压缩机或泵

技术领域

本发明属于流体机械范畴，具体涉及气体压缩机和流体泵。

背景技术

对于一台动力源驱动一台匹配的的传统气体压缩机或流体泵工作时，如果动力源输出的动力是波动很大的动力（例如风力涡轮机输出的动力），会出现动力源的输出扭矩与压缩机或泵的负荷扭矩特性差异很大，动力源与压缩机或泵不能在一个工作区间高效匹配，而这只能选择一个工作点实现良好匹配，造成系统启动难，效率低，能量输出少（例如在风力提水时，低风速的能量就无法有效利用）。实现压缩机或泵的负荷大小能够跟随动力源输出大小自动匹配，是提高装备利用率和能源利用率的有效途径。为此，内蒙古工业大学胡玉龙等提出了“变行程风力提水技术”（详见【可再生能源】2007年8月第25卷第4期，76-78页），其基本原理是：风力提水机变行程技术改变提水机活塞在不同风速下的工作行程，实现风轮工作特性与活塞泵工作特性的一致，从而扩大机组出力，改善工作特性。但是实现变行程的控制和驱动机构复杂。对此，本发明人认为：一方面，风速降低会使涡轮机的叶片受力减小，使涡轮机的驱动力矩减小；另一方面，活塞面积一定的往复活塞泵在一定的扬程条件下它的负荷力矩基本是恒定的，要改变负荷力矩大小可以通过改变活塞面积大小来实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：寻求一种负荷力矩大小可随驱动力矩大小变化的压缩机/泵装置，以提高波动能源驱动下的装备利用率和能量利用率。

为达到上述目的和解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种可变负荷往复式压缩机或泵，所述压缩机或泵是一气液缸，其特征在于：所述气液缸是由缸筒、上下端盖、位于缸筒内并将缸筒分隔成上腔和下腔的活塞、串过气液缸端盖并与活塞配置在一起的活塞杆、安装在上下各端盖上的进流单向阀和出流单向阀、将气液缸上端盖和下端盖上的进流单向阀连通后作为气液缸进流口的管路、将气液缸上端盖和下端盖上的出流单向阀连通后作为气液缸出流口的管路、安装在气液缸上腔和下腔之间并串接有开关阀的回气管路构成。当开关阀关闭时，气液缸处于一个双作用气液缸工作状态下。当开关阀打开时，气液缸的上腔和下腔连通（或开关阀采用三通式开关阀时上腔和下腔与环境连通），气液缸处于卸载状态。当这种压缩机或泵用于风力压缩空气或风力提水时，可根据风力大小来控制开关阀的关开以达到加载或卸载、低风速空载启动、有效提高装备利用率和能量利用率的目的。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，所述往复式压缩机或泵是由至少2个气液缸并联构成，各活塞杆安装在一刚性连接架上；所述每一气液缸回气管路上的开关阀设置为两个，分别安装在上端盖和下端盖上并与回气管路连通，开关阀安装在上下端盖上是为了压缩机的容积效率。。当某一开关阀关闭时，该气液缸处于一个双作用气液缸工作状态下。当某一开关阀打开时，该气液缸的上腔和下腔连通（或开关阀采用三通式开关阀时上腔和下腔与环境连通），该气液缸处于卸载状态。当这种压缩机或泵用于风力压缩空气或风力提水时，可根据风力大小来控制气液缸上的开关阀关开，以达到加载或卸载、低风速空载启动、多级负荷运行，有效提高装备利用率和能量利用率的目的。所谓往复式压缩机或泵是由至少2个气液缸并联构成包括：多列立式、V型、W型、扇形、对动型、星型等相同缸径、不同缸径的气液缸组合体。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，所述往复式压缩机或泵是由至少2个气液缸串联构成，上气液缸的活塞杆穿过其下端盖与下气液缸活塞杆刚性连接在一起。所述每一气液缸回气管路上的开关阀设置为两个，分别安装在上端盖和下端盖上并与回气管路连通。该技术方案特别适用于小井径环境。当某一开关阀关闭时，该气液缸处于一个双作用气液缸工作状态下。当某一开关阀打开时，该气液缸的上腔和下腔连通（或开关阀采用三通式开关阀时上腔和下腔与环境连通），该气液缸处于卸载状态。当这种压缩机或泵用于风力压缩空气或风力提水时，可根据风力大小来控制气液缸上的开关阀关开，以达到加载或卸载、低风速空载启动、多级负荷运行，有效提高装备利用率和能量利用率的目的。当动力源驱动力矩恒定，负荷变化时（如扬程变化），可根据负荷变化状态关开开关阀增减负荷。所谓往复式压缩机或泵是由至少2个气液缸串联构成包括：两级串联、多级串联，与多列立式、V形、W形、扇形、对动式、星形等相同缸径、不同缸径再串并联的气液缸组合体。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，所述活塞为滚动隔膜活塞。采用滚动隔膜活塞，不仅可以有效解决活塞泄露问题，而且可减少活塞的摩擦阻力。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，气液缸是一往复磁力驱动缸，活塞是一滚动隔膜磁性活塞，滚动隔膜磁性活塞是一在滚动隔膜活塞的主体上装有磁性体的活塞，缸筒为非磁性材料制成，缸筒外装有磁性驱动体。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，气液缸是一往复磁力驱动缸，活塞杆穿过缸筒和活塞并固定在上下两端盖之间，作为活塞导向杆；连接气液缸上下端盖上的进料单向阀的管路和出料单向阀的管路穿过活塞导向杆与外部连接；活塞是一磁性活塞，磁性活塞串装在活塞导向杆外，缸筒为非磁性材料制成，缸筒外装有磁性驱动体。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，在气液缸上端盖安装有直线往复式磁力驱动器，磁力驱动器的内磁体固定在往复式压缩机或泵的活塞杆的一端，外磁体与往复驱动装置相连。该方案可实现工质与环境间的完全密封。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，所述安装在气液缸上腔和下腔之间并串接有开关阀的回气管路是回气管路上串接有三通式开关阀，开关阀的一个管口与环境连通。此种方案对于作为压缩机压缩空气或作为泵提升水等无害流体时可使用。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，所述气液缸是双作用气液缸，可供替代的技术方案是，双作用气液缸可以是由两个单作用气液缸的活塞杆铰链在空间相差180°的同一曲轴上等效等同组合而成，或两个单作用气液缸相当于由一个双作用气液缸沿着活塞径向分开而成；所述安装在气液缸上腔和下腔之间并串接有开关阀的回气管路是安装在两单作用气液缸工作腔之间并串接有开关阀的回气管路。

上述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，可供选择的技术方案是，在各活塞杆与驱动装置之间设置有联轴离合器。联轴离合器可根据需要对各气液缸进行离合，实现对负荷进行增减。

有益效果：本发明的一种可变负荷往复式压缩机或泵，由于安装了回气管路和开关阀，使得系统可以在接近零负荷情况下启动，从而提高设备利用率和能量利用率，特别适合用于波动的可再生能源作为动力源驱动压缩机或泵等；由于采用了全封闭双作用活塞泵，当进流口有一定余压力时，余压可得到有效回收利用；由于采用了滚动隔膜活塞，可有效提高密封性并减小摩擦阻力。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明：

图1为本发明的一种由两个气缸串联成一可变负荷往复式压缩机的原理示意图。

图2为本发明的一种磁力耦合驱动的一液泵原理示意图。

图3为本发明的另一种磁力耦合驱动结构图。

具体实施方式

第一实施例，图1为本发明的一种由两个气缸串联成一可变负荷往复式压缩机的原理示意图。压缩机由气缸a、气缸b组成，气缸a、b分别由缸筒1a、1b,上端盖2a1、2b1，下端盖2a2`、2b2，位于缸筒1a、1b内并将缸筒1a、1b分隔成上腔4a1、4b1和下腔4a2、4b2的活塞3a、3b，串过气缸端盖2a1、2a2、2b1并与活塞3a、3b固定在一起的活塞杆10,安装在上下各端盖上的进流单向阀5a1、5a2、5b1、5b2和出流单向阀6a1、6a2、6b1、6b2，将气缸上端盖和下端盖上的进流单向阀连通后作为气缸进流口WI的管路7a、将气缸上端盖和下端盖上的出流单向阀连通后作为气缸出流口WO的管路8a，安装在a气缸上腔4a1和下腔4a2之间并串接有开关阀9a1、9a2的回气管路10a及安装在b气缸上腔4b1和下腔4b2之间并串接有开关阀9b1、9b2的回气管路10b构成。开关阀9a1、9a2、9b1、9b2为电磁驱动阀，开关阀在外来控制信号13的激发下，由电源12通过控制器11按逻辑要求驱动开关阀的关闭。当开关阀9a1、9a2、9b1、9b2关闭时，a、b气缸处于一个双作用气缸工作状态下。当开关阀9a1、9a2打开时，a气缸的上腔和下腔连通（或开关阀采用三通式开关阀时上腔和下腔与环境连通），气缸a处于卸载状态。当开关阀9b1、9b2打开时，b气缸的上腔和下腔连通（或开关阀采用三通式开关阀时上腔和下腔与环境连通），则气缸b处于卸载状态。当这种压缩机用于风力压缩空气时，可根据风力大小来控制开关阀加载或卸载，以达到低风速空载启动、较恒定的输出压力、有效提高装备利用率和能量利用率的目的。该技术方案特别适用于小井径环境。

第二实施例，图2为本发明的一种磁力耦合驱动的一液泵原理示意图。液泵是一往复磁力驱动缸，活塞杆10穿过缸筒1a和活塞3a并固定在上下两端盖2a1、2a2之间，活塞杆10作为活塞3a的导向杆；连接液缸上下端盖2a1、2a2上的进料单向阀5a1、5a2的管路7a和出料单向阀6a1、6a2的管路8a穿过活塞导向杆10分别与外部的进料口WI和出料口WO连接；活塞3a是一磁性活塞，磁性活塞串装在活塞导向杆10外并装有内磁体m2，缸筒1a为非磁性材料制成，外驱动体内壁侧装有外磁性体m1。在液缸上端盖2a1和下端盖2a2之间并串接有开关阀9a的回气管路8a。当外驱动体15和外磁性体m1往复运动时，活塞3a和内磁体m2将跟随运动，使液缸上下腔容积产生变化，从而产生吸入和泵出液体作用。当开关阀9a关闭时，液缸处于一个双作用气缸工作状态下。当开关阀9a打开时，液缸的上腔和下腔连通（或开关阀采用三通式开关阀时上腔和下腔与环境连通），气缸处于卸载状态。

第三实施例，图3为本发明的另一种磁力耦合驱动结构图。在气液缸a的端盖2a1上安装有一磁力耦合驱动器c，磁力耦合驱动器c由固定在气液缸a的活塞杆10端部的内磁体m2，隔离套1c，外驱动体15及外磁体m1构成。当外驱动体15往复运动时，外磁体m1带动内磁体m2往复运动，m2带动气液缸a的活塞杆10及其活塞往复运动。隔离套1c是非磁性材料，磁场可以通过，隔离套1c可有效防止气液缸内的工质的泄漏。

尽管已经结合优选实施方式描述了本发明的装置，但是本发明不限于本文所述的具体形式，相反，其目的在于覆盖理所当然会落入所述权利要求书限定的本发明范围内的各种替代方式、改型、各种特征要素的再组合而衍生的新组合和等同体。

Claims (9)

1.一种可变负荷往复式压缩机或泵，所述压缩机或泵是气液缸，其特征在于：所述气液缸是由缸筒、上下端盖、位于缸筒内并将缸筒分隔成上腔和下腔的活塞、串过气液缸端盖并与活塞配置在一起的活塞杆、安装在上下各端盖上的进流单向阀和出流单向阀、将气液缸上端盖和下端盖上的进流单向阀连通后作为气液缸进流口的管路、将气液缸上端盖和下端盖上的出流单向阀连通后作为气液缸出流口的管路、在气液缸上腔和下腔之间串接有开关阀的回气管路构成。

2.根据权利要求1所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：所述往复式压缩机或泵是由至少2个气液缸并联构成，各活塞杆的上端安装在一刚性连接架上；所述开关阀设置为两个，分别安装在上端盖和下端盖上并与回气管路连通。

3.根据权利要求1所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：所述往复式压缩机或泵是由至少2个气液缸串联构成，上气液缸的活塞杆穿过其下端盖与下气液缸活塞杆刚性连接在一起。

4.根据权利要求1、2、3所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：所述活塞为滚动隔膜活塞。

5.根据权利要求1、2、3所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：所述气液缸是一往复磁力驱动缸，活塞杆穿过缸筒和活塞并固定在上下两端盖之间，作为活塞导向杆；连接气液缸上下端盖上的进料单向阀的管路和出料单向阀的管路穿过活塞导向杆与外部连接；活塞是一磁性活塞，磁性活塞串装在活塞导向杆外，缸筒为非磁性材料制成，缸筒外装有磁性驱动体。

6.根据权利要求1、2、3所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：在气液缸上端盖安装有直线往复式磁力驱动器，磁力驱动器的内磁体固定在往复式压缩机/泵的活塞杆一端，外磁体与往复驱动装置相连。

7.根据权利要求1、2、3所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，所述气液缸是双作用气液缸，其特征在于：双作用气液缸可以是由两个单作用气液缸的活塞杆铰链在空间相差180°的同一曲轴上等效等同组成，所述安装在气液缸上腔和下腔之间并串接有开关阀的回气管路是安装在两单作用气液缸工作腔之间并串接有开关阀的回气管路。

8.根据权利要求1、2、3所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：在各活塞杆与驱动装置之间设置有联轴离合器。

9.根据权利要求1所述的一种可变负荷往复式压缩机或泵，其特征在于：所述安装在气液缸上腔和下腔之间并串接有开关阀的回气管路是回气管路上串接有三通式开关阀，开关阀的一个管口与环境连通。