CN107923374A - 多壁多腔室中的超高等静压增压器或增强器 - Google Patents

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Abstract

超高压力增压器或增强器是具有两个活塞的两组气缸组成的装置，相互连接以便同时运行，其可以安装在包含嵌套的(串联安装而非并联)简易增压器的多腔室内，取决于使用的简易助推器可以用来提高超高压。根据本发明，气体或液体流动进入压力P1，一旦充满压力P1，流体进入位于腔室1内的简易增压器并被分流成两路：其中一路的压力的能量提高到P2并容置于位于腔室1中的另一腔室2，取自另一路的压力的能量则减小到P0并流出腔室1。当腔室2的压力在几次排量之后达到P2时，位于第2腔室中的另一简易增压器开始运行，并且利用取自能量减小而回到较低的压力P1的另一路的压力，将流体分成压力的能量提高到P3的一路。当腔室3的压力在几次排量之后达到P3时，一个新的简易增压器以及另一腔室4准备继续增加压力。这样以来，使用新的增压器可以在腔室n中达到所需高的超高压Pn。本发明可用于超高压烧结，制备灭菌食品或切割材料等。

Description

多壁多腔室中的超高等静压增压器或增强器
技术领域
一种命名为气体或液体增压器或增强器的机构，能够以确定的压力将一路分流为具有不同压力的两路，从而使一路处于较高的压力下而另一路处于较低的压力下。其中传送较高压力的一路所需要的每单位流量的较大的能量来自于传送较小压力的另一路，所以不需要从外部获取能量。
当前，所述机构使用于以下情形：工厂蒸汽网络，其在锅炉的不同过程中需要水蒸汽压力；空气网络，涉及工厂中的气动工具或者工艺中的不同应用；或者液压网络，其最终向所需压力超过为不同设备储存的压力的设备提供服务。
在一些场合下，至少有的时候，某个设备需要的压力会大过所储存的压力。此时，可以使用增压器，从而获得比压缩机、锅炉或泵所产生的压力更大的压力来传送流体。此方式即时起效，并且无需改变产生条件。
然而，如果使用已知增压器后获得的压力仍然没有达到所需要的压力，则可以采用超高等静压增压器。所述超高等静压增压器是一组超级简易的增压器。这些增压器以不同的压力水平安装于多个腔室中，并且加以“嵌套”，从而当流体从上一个增压器的出口进入下一个增压器时，能够突破增压器自身材料的断裂张力的限制，在更内部的腔室中产生更高的压力。
因此，由于需要超高压力却没有产生这种超高压力的方式，本发明领域是加以扩展以覆盖到需要使用一个以上“嵌套”的安装增压器的设备。无关乎流本身，而只是涉及到此种超高压力，例如，在超高等静压烧结中，几立方厘米每秒就已足够。
背景技术
现有技术中已经发明了压力增压器用以在服务一个以上设备的锅炉、压缩机或泵中使用大于已有压力的压力。诸如INPRONE或者SMC公司等品牌的增压器。
所述现有增压器仅在气压下或较低环境中运行，与其他用作源的或者串联的增压器隔离，从而在更高压力下向另一增压器供料并且产生更大的压力而以更高的压力进行供料。但是，这些增压器并非嵌套的，也并非浸入于较高压力中。现有增压器的功能不需要也不使用腔室。
压力增压器具有一分为二的管道：通过所述管道，流体在进流压力下进入管道而以两路出料，其中一路流体以低压力流出而另一路流体以高压力流出。一个活塞-气缸运行减小流体的压力，而另一个活塞-气缸运行提高流体的压力。
若干个增压器能够“串联”连接，从而以较高压力自第一增压器排出的流成为第二增压器的输入流，因而来自所述第二增压器的具有较高压力的出料传递更大的压力。
然而，所述增压器的“串联”连接是在产生压力的一侧，而非较低压力出料的一侧。具有较大供料压力的增压器仍与第一增压器处于相同环境下。
现有增压器没有腔室，也不具备在没有流体受压传送时引入受压流体的状态与同时以较高压力和较低压力传送流体的状态之间进行交替的功能。因此，现有增压器不能进行嵌套安装。
在超高压力增压器中，简易增压器采用“嵌套”的形式，一个简易增压器位于另一个简易增压器中，或一个简易增压器的外部提供有另一个简易增压器的压力。一个简易增压器的出料由前一个增压器供料，除非这个简易增压器是所述简易增压器中的第一个。
发明内容
超高压力增压器为使用一个以上简易压力增压器的机构，所述简易增压器特别安装于多腔室中。第一增压器，位于腔室1内，可以压力P1取得气体或液体，将此压力提高到P2，再将所述气体或液体注入到腔室2；然后，第二简易增压器可将所述气体或液体的一部分压力提高到P3，并将其容置于腔室3，所述腔室3位于所述腔室2内；然后继续使用一个新的简易增压器将所述气体或液体提高到P4并将其容置于腔室4，以此类推，直到将压力提高到Pn为止。
设每一个简易增压器编号为i，其中i可以为1、2、3、n。简易增压器i位于腔室i中，并由腔室1、2、3、n，腔室i-1围绕。腔室i中装有来自腔室i-1的流体，且压力为Pi。流体在腔室i-1中降低到压力Pi-1，并且同时以压力Pi+1注入一腔室i+1。此流的一部分通过释放能量而具有较低压力，而此流的另一部分获得所释放的能量而具有较高压力。
可以通过腔室n内获得的压力为Pn的气体或液体进行超高等静压烧结，并且超高等静压烧结需要使用电阻加热器。热等静压(HIP)系统的超高压力远高于HIP系统获得的压力。
应注意的是，所述系统不需要外部能量即可将气体或液体的压力P1提高到值Pn。现有的压力增压器中的压力降为Pi-1时，将压力从Pi提高到Pi+1所需的能量来自于相同的具有压力Pi的气体或液体。
具有返回压力为P0的外部所提供的在超高压力增压器P1入口处的压力差为由阶段1进入阶段n的能量。
在科学家至今仍在工作中采用的金刚石对顶砧中的超高压力的不同过程中，所使用的是超高压力增压器。通过所述增压器得到的超高等静压力是业界所使用的热等静压(HIP)方法或冷等静压(CIP)方法得到的压力的三倍以上。
于是变如今的不可能为可能，可制造超高等静压力并藉由所述超高等静压力制造碳化钨烧结元件、碳化钛元件、氮化硼元件等等。正如超高压力烧结那样，大量现今针对金刚石对顶砧所进行的包括材料科学、药物、地质学、生物学等在内的基础研究有可能实现工业化。
本发明的突破性创新是可以使用新材料制造零件，而原先在航空航天、汽车和机械、工具、武器等工业中，这些材料的零件是无法制造的。制造超高压力来用于无需借助温度的食品消毒，切割钢材等的机械以及金刚石对顶砧涉及的无数种新应用。
附图说明
图1示出由腔室10、11、12等组成的多腔室，其中未画出有助于多腔室中进料和出料的前盖和后盖。
图2示出简易增压器。此简易增压器可与外部超高压力一起工作。此简易增压器可以包括两个类似零件，如，具有两个活塞的两个气缸。或者，两个气缸与两个活塞刚性连接。
图3示出包括子腔室的腔室，这些子腔室以类似过盈连接的方式运行。所述子腔室并未相互联接，而是仅使用调节单向阀来维持每一个子腔室中的压力差。
图4示出来自超高压力多腔室的气体或液体。
具体实施方式
简易增压器包括两个各自具有活塞的气缸。活塞与活塞刚性连接，并且气缸与气缸刚性连接，或者活塞与气缸刚性连接，从而流体以相同的压力进入图200中所示的两个气缸。命名为发动机的气缸以较低的压力释放流体，而另一个压缩机气缸或泵以较高的压力释放流体。
所述简易增压器交替运行。当流体进入所述发动机气缸并进入所述压缩机气缸或泵时，发动机气缸及压缩机气缸或泵均不传送流体。所述气缸均处于膨胀阶段，并且当所述气缸均开始传送或排空时，不再进料。
如图4所示，超高压力增压器为使用一个以上简易增压器的机构，所述简易增压器特别安装并“嵌套”于多腔室中。以压力P1向第一增压器供料，所述第一增压器位于腔室1内，所述腔室1在所述第一增压器外部或周围。同时将所述流体的一部分以压力P2注入腔室2，所述腔室2也位于所述腔室1内。并使所述流体的另一部分以压力P0离开所述腔室1。
简易增压器1仅在所述腔室1内的压力为P1或更大时运行，否则保持关闭并且向所述腔室1提供的流体在压力下从所述简易增压器1离开以增加压力直到所述压力等于或大于P1。
类似地，简易增压器i仅在腔室i内的压力为Pi或更大时运行，否则保持关闭并向所述腔室i提供的流体在压力下从所述简易增压器i离开以增加压力直到所述压力等于或大于Pi。
然后，以压力P2向第二增压器供料，所述第二增压器位于围绕所述增压器2的所述腔室2内，同时以压力P3向腔室3注入所述流体的一部分，所述腔室3在所述腔室2内；并使所述腔室1中的所述流体的另一部分以压力P1离开所述腔室2。
将向第三增压器供料的压力P3保持于围绕增压器3的所述腔室3内，同时以压力P4向腔室4注入所述流体的一部分，腔室4在所述腔室3内；并使所述腔室2中的所述流体的另一部分以压力P2离开所述腔室3。
以此方式达到Pn-1，从而增压器n-1在围绕增压器n-1的腔室n-1内，压力Pn-1处于制造压力Pn的位置。压力Pn为无法以其他方式达到的目标压力。
所述超高增压器的一个变体为若干个子腔室可形成每个腔室，其使用若干个调节单向阀实现，每个子腔室中至少有一个调节单向阀。从而，所述子腔室以类似过盈连接的方式相连。
简易增压器为交替进行运行的机构。所述简易增压器不以持续压力传送流体，而是在压缩阶段中传送气体或液体。所述简易增压器以较高压力在一内部腔室中传送流体并且同时以较低压力向上一个腔室或向外部传送流体。在进料阶段后，所述简易增压器不再传送流体而是接收流体或等待所述流体受压。
所述简易增压器能够在压力或超高压力下无碍运行，因为在流体进入阶段，所述流体不受压力差影响。所述流体处于所述简易增压器与在其内部的一个简易增压器之间，从而进料阶段中无需进行过滤。因而，所述简易增压器能够等待一分钟或更久直到半满。
处于出料阶段时，所述简易增压器不能等待半空，因为所述简易增压器内的所述流体具有压力差并且因此如果所述简易增压器即将停止时，将会发生过滤。在腔室中，任一腔室处于确定的压力水平。正在注入流体的腔室具有较高压力，而正在出料的腔室则具有较低水平。
所述超高压力增压器向最后一个内部腔室传送所述流体。所述内部腔室内部可设有一个电加热器或者激光加热器利用高温稀有气体进行工作。超高压力增压器内部可设有摄影相机或电视摄像头。
所述多腔室可以做得足够长并且薄，所以又可以称为多管道，并且一端具有特别的阀门释放压力以加速所述流体从而达成切断效果。此即为超高压力切割器。
为实现一作用温度低于0℃的气体冷却器，首先，对气体进行压缩，从而使得所述气体以近乎绝热的方式得以加热，然后内部的所述气体被冷却到室温。然后，取出所述气体的一部分从而使温度降低到室温以下。
每一个腔室可以由同心子腔室构成。所述同心子腔室之间没有简易增压器机构。对于腔室i而言，在具有用于每一个子腔室的进流并出流的调节单向阀(VRR为其西班牙语的首字母缩写词)的子腔室中，压力得到提高，从而每一个子腔室含有压力高于Pi-1且低于Pi的流体，除了在最后一个腔室中，流体的压力为P1。
为了减小压力并进行排空，可以使用自动机构打开排出阀。
阀门及传感器的说明
发动机进口阀(VIM为其西班牙语的首字母缩写词)具有一个入口和两个出口，是流体进入腔室的入口处的阀门，所述腔室具有流向简易增压器发动机的进流。进入所述腔室i的流体与腔室i-1或室内的流体之间的压力差为Pin，如果i＝1，所述压力差大于或等于特定的确立值Pi-Pi-1。如果所述压力差较低，所述流体不进入发动机，而是留在所述腔室i内且在发动机外。
压力差传感器：所述压力差传感器具有采集所述腔室i与所述腔室i-1之间压力差的功能。压力差传感器与所述VIM阀门连通，从而当压力差高于预先确立的值时，VIM阀向发动机内传送流体。如果压力差较低，则向发动机外部传送流体。
发动机出口阀门(VEM为其西班牙语的首字母缩写词)：当发动机气缸充满时，发动机的出口阀门运行使流体以压力Pi-1向前一个腔室流动。当发动机气缸中为空时，关闭发动机，以再次使进入发动机的流体聚积。发动机出口阀门使用两个止动器进行工作。当发动机气缸充满时，一个止动器打开，且当发动机停止时，另一个止动器关闭并且VEM阀门也关闭。当每一个腔室包括若干个子腔室时，发动机出口阀门使流体流向前一个腔室。
VSE：当腔室i中流体过量并且排放到腔室i-1时，运行安全阀门进行排出工作。当压力差超过比预先确立压力差更大的值时，VSE启动。VSE用来确保在具有发动机排量的情况下不会出现较高压力。
VR：简易增压器的压缩机气缸或泵的入口和出口处的单向阀均具有较高压力。简易单向阀与每一个腔室的壁相连。
VRR：调节单向阀是在超过特定调节值时实现单向流动通道的阀门。简易增压器有若干个子腔室时，每个子腔室有一个单向阀。或者，每个简易增压器具有以类似过盈连接相连的气缸。
指示实现请求保护的发明的方式
本发明易于实现。请求保护的增压器装设有两个气缸和两个活塞。每个气缸及活塞相连，并与另一个气缸配对，从而使得气缸和活塞能够同时发挥功能。
气缸的量度可以大到1.0立方米或小到1立方厘米。
使用范围
市售的增压器应具备所要求的压力和流特性。哪些场合、哪些人有流增压器的需求呢？其实在任何通常使用釜具来配合不同设备进行运转的行业中，均对其有频繁的需要。可以想象其用于预制食品工厂或者可用来生产超高烧结金属零件。

Claims (3)

1.由最外部(10)到最内部(n)的同心腔室(10、11、12，..n)，其被提供受压气体或液体，且其中设有简易增压器，两个气缸与两个活塞(21、22)分别相连形成一体，从而两组气缸-活塞同时打开或关闭，使得其中一组作为气动发动机(21)运行以低压排料，并且与另一组作为压缩机且高压释放的气缸-活塞互连，其特征在于：所述简易增压器容置于不同的同心腔室中，并且将压力提高到所需水平，以压力P1将气体或液体从外部注入到腔室1，当所述腔室1内部达到P1时，第一简易增压器取得所述气体或液体并将其分流为两路：其中一路的压力通过取自另一路的压力的能量提高到P2并容置于腔室2，而所述另一路则流出并且压力减小为P0；当腔室2内部的压力达到P2时，第二增压器取得所述气体或液体的一部分并将该部分注入于腔室3直到压力达到P3，另一部分的能量被消减回到较低的压力P1而流向腔室i，以此方式经过n-1个增压器后在腔室n达到压力Pn，其中可使用电加热器加热流体，或者可将流体冷却到室温，然后对所述流体进行减压以降低温度，每个腔室可以是其中不具备增压器的一组子腔室，且所述子腔室经安装以发挥与过盈组合或连接类似的作用而使材料分布于所述子腔室中；或者，所述流体继续在多管中运行直到所述流体进入对所述流体进行加速并降低其中压力的特定阀门，例如，射流切割器。
2.由最外部(10)到最内部(n)的同心腔室(11、12、13，..n)，其被提供受压气体或液体，且简易增压器位于其中，其中，每个简易增压器由两个气缸和两个活塞(21、22)相连形成，从而两组气缸-活塞同时打开或关闭，使得其中一组作为气动发动机(21)运行并低压释放，且与作为压缩机(22)并高压释放的另一组互连，其特征在于：开始通过阀门VIM1及连接所述腔室的单向阀将流体充入多腔室；此流体流过所有腔室直到腔室1内的所有系统达到压力P1且所述阀门VIM1改变其位置，以此方式，所述流体开始进入第一增压器的发动机气缸并且所述流体同时开始通过单向阀从第一腔室进入压缩机气缸或泵；当两个气缸均充满时，所述发动机气缸的阀门VEM1打开并将具有压力P1的所述流体通往外部，并且同时开始运行所述压缩机气缸或泵，使所述流体通过阀门VR以大于或等于P1的压力进入腔室2，因为较低压力的两个排量朝外部消减，且另一个朝向所述腔室2内部，因而所述腔室1内的压力减小，从而所述阀门VIM1改变其位置并且阻止下一个排量进入增压器1直到所述腔室1的压力再次达到P1，从外部发出一个新的排量使得压力达到P1并且改变所述阀门VIM1而使所述流体再次进入增压器1的发动机并同时从当前腔室流向所述压缩机气缸或泵；当两个气缸均充满时，第二排量进入所述腔室2，另一个排量排出外部，且所述阀门VIM1再次改变位置并阻止所述流体进入所述发动机气缸直到达到压力P1，且向所述腔室2发起第三排量；类似地，更多排量进入所述腔室2直到达到压力P2并改变所述腔室2的阀门VIM2，所述阀门VIM2打开使所述流体进入简易增压器2并进入腔室3；所述发动机气缸将流体释放到所述腔室1并且略微减小所述腔室2的压力P2，使得以来自增压器1的第二排量恢复P2，改变VIM2并且所述简易增压器2开始膨胀，使所述流体最终进入第二气缸而进入所述腔室3；以相同的方式，简易增压器i仅在腔室i内的压力为Pi或更大时运行，否则，简易增压器i保持关闭并且所述受压流体被提供到所述腔室i而离开简易增压器i，从而增加压力直到所述压力等于或大于Pi；所述腔室n中的Pn即以此方式获得。
3.由最外部(10)到最内部(n)的同心腔室(11、12、13，..n)，其被提供受压气体或液体，且其中设有简易增压器，其中，每个简易增压器由两个气缸和两个活塞(21、22)相连形成，从而两组气缸-活塞同时打开或关闭，使得其中一组作为气动发动机(21)运行并低压释放，且与作为压缩机(22)并高压释放的另一组互连，其特征在于：任一腔室i，所述腔室i具有位于所述腔室i前的简易增压器(31)并且由所述简易增压器(31)供料，然后由所述腔室i内的另一简易增压器(32)供料，除了连接至所述腔室i内腔室i+1(33)的最后一个内部腔室，可以是简易腔室或过盈组合或连接的气缸的腔室或者由若干个子腔室(ij，图300)构成，所述子腔室具有阀门能够调节每对子腔室间的受压流体并且若干个子腔室以类似过盈连接的方式相连；由此，因为所述流体由上一个简易增压器i-1或从外部进入，所述流体的压力开始提高至高于Pi-1的值，所述流体开始通过调节单向阀VRRk填入子腔室(ij)而令压力升至Pi1、Pi2、Pik，直到所述腔室i达到Pi并且开始运行简易增压器i(32)或已经是在最后的腔室，由于最后的腔室可能具有简易壁的一部分，相组合或有多个，通过其各自的调节单向阀VRR接受所述受压流体。
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