CN111779720B - 一种液压系统及高温高压合成设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压系统，包括主液压缸、卸压阀、主油箱、第一泵、第二泵、伺服阀、增压缸，其中主油箱、第二泵、伺服阀和增压缸依次连接组成低压控制回路，主液压缸、卸压阀、主油箱、第一泵依次连接组成二级增压回路，所述低压控制回路并联在二级增压回路上，所述低压控制回路油压升高控制增压缸运动，所述增压缸推动所述二级增压回路油压升高并使所述主液压缸运动，本发明还提供了一种高温高压合成设备，包括所述液压系统。该发明能够满足高温高压合成装置大体积密闭腔及样品仓的使用要求，提高实验时压力场均匀稳定性，可维持装置内样品仓温度与压力的长时间精确控制。

Description

一种液压系统及高温高压合成设备

技术领域

本发明涉及地质实验装置领域，具体涉及一种液压系统及高温高压合成设备。

背景技术

在物理、化学、材料科学和地球科学等领域中，通常需要超高温高压的实验条件，具有活塞圆筒的合成设备是进行此类超高温高压实验的必要装置。

现有技术中，高温高压合成设备密闭腔及样品仓体积较小，如果增大密闭腔及样品仓体积现有液压系统无法满足高温高压合成设备的压力，另外现有液压系统提供的压力无法满足压力场的均匀稳定性，导致精度控制较差，可靠性较低。

因此，需要发明一种液压系统，能够满足高温高压合成设备大体积密闭腔及样品仓的使用要求，并且提高样品仓压力场的均匀稳定性，提高合成实验的精确性，并且满足多样品的实验要求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种液压系统，能够满足高温高压合成设备大体积密闭腔及样品仓的使用要求，并且提高样品仓压力场的均匀稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种液压系统，包括主液压缸、卸压阀、主油箱、第一泵、第二泵、伺服阀、增压缸，其中主油箱、第二泵、伺服阀和增压缸依次连接组成低压控制回路，主液压缸、卸压阀、主油箱、第一泵依次连接组成二级增压回路，所述低压控制回路并联在二级增压回路上，所述低压控制回路油压升高控制增压缸运动，所述增压缸推动所述二级增压回路油压升高并使所述主液压缸运动。

进一步的，所述第一泵为高速大流量液压泵，所述第二泵为低速小流量伺服泵，所述增压缸为双作用单活塞杆液压缸，所述伺服阀为三位三通电液伺服阀。

进一步的，所述第二泵与所述伺服阀之间连接第三阀，所述第二泵输出端连接所述第三阀的进油口，所述第三阀的出油口连接所述伺服阀的进油口，所述第三阀为单向阀，该设置防止油液回流，保证低压控制回路有足够的油压。

进一步的，所述增压缸的右端油口处分别与第一泵和主液压缸连接，所述增压缸的右端油口与所述第一泵的输出端之间设置有第二阀，所述增压缸的右端油口与所述主液压缸的输入端之间设置有第一阀，所述第一阀与所述第二阀均为单向阀，该设置防止油液回流，保证二级增压回路足够的油压。

进一步的，所述二级增压回路中设置有压力传感器，所述压力传感器设置于第一阀和第二阀之间，该设置用于测量二级增压回路油压大小，以便于控制第一泵、第二泵和伺服阀的开启和关闭。

本发明所述的技术方案具有以下优势：

(1)本发明所述的一种液压系统，能够及时对高温高压合成设备进行补压，以维持密闭容腔内的压力稳定；

(2)本发明所述的一种液压系统，能够使得高温高压合成设备样品仓压力场均匀稳定性提高、实验精确性好，可靠性好。

本发明还提出了一种高温高压合成设备，包括上述任一项所述液压系统，其具有的有益效果同上所述。

附图说明

构成本发明的一部分的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为本发明实施例所述的液压系统的示意图；

图2为本发明实施例所述的高温高压合成设备；

图3为本发明实施例所述压力盘结构示意图；

图4为本发明图3的B处放大图。

附图标记说明：

1、主压力机；11、机顶；12、支柱；13、滑动盘；14、底座；2、合成装置；21、上顶载模块；22、压力盘模块；2221、支撑盖；2222、活塞；2224、样品；2226、密闭腔；2229、样品仓；225、应变片；23、底盘模块；24、支杆；3、控制系统；4、稳压电源；6、液压系统；60、第一阀；61、主液压缸；62、卸压阀；63、主油箱；64、第一泵；65、第二泵；66、第二阀；67、第三阀；68、伺服阀；69、增压缸；7、压力传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中涉及“左”、“右”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，且已在附图中标出。由此，限定有“左”、“右”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本发明要求的保护范围之内。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例如图2所示，液压系统6采用伺服控制二级增压装置实现高压实验所需持续稳定高压。其中，液压系统6包括第一阀60、主液压缸61、卸压阀62、主油箱63、第一泵64、第二泵65、第二阀66、第三阀67、伺服阀68、增压缸69、压力传感器7，其中主油箱63、第二泵65、第三阀67、伺服阀68和增压缸69组成低压控制回路，主油箱63连通第二泵65的输入端，第二泵65的输出端通过第三阀67连通伺服阀68的进油口，伺服阀68的出油口连通增压缸69的左端油口，增压缸69右端油口同时连通主液压缸61和第一泵64，进一步的，第一阀60、主液压缸61、卸压阀62、主油箱63、第一泵64、第二阀66、压力传感器7组成二级增压回路，主油箱63连通第一泵64的输入端，第一泵64的输出端通过第二阀66连通增压缸69右端油口，第一泵64的输出端还通过第二阀66连通主液压缸61的输入端，第二阀66和主液压缸61之间还连通第一阀60，压力传感器7连接在第一阀60和第二阀66之间，该设置使得低压控制回路成为与二级增压回路并联的回路。

优选的，第一泵64为高速大流量液压泵，第二泵65为低速小流量伺服泵，增压缸69为双作用单活塞杆液压缸，伺服阀68为三位三通电液伺服阀，伺服阀68包括进油口、出油口和回油口，阀芯位于中间位置，进油口、出油口和回油口不相通，阀芯位于右侧，进油口和出油口相通，油液进入增压缸69，阀芯位于左侧，出油口和回油口相通，油液从增压缸69回流到油箱，主液压缸61输出的压力作用于滑动盘13，控制滑动盘13向下移动，挤压压力盘模块22进行高温高压实验；

实验开始前，第一泵64开始工作，对二级增压回路补充油液，油液通过第一泵64以及第二阀66、第一阀60进入主液压缸61，使主液压缸61储存运动所需油液；随后关闭第一泵64，由第二阀66、第一阀60避免油液回流，实验过程中压力传感器7对二级增压回路压力值进行检测，压力值作为控制信号调节第二泵65、伺服阀68的开闭，当压力值小于预定值，第二泵65开启，伺服阀68阀芯位于右侧，进油口和出油口相通，低压控制回路补充油液，油液通过第二泵65、第三阀67进入伺服阀68的进油口，第三阀67避免油液回流，油液通过伺服阀68出油口进入到增压缸69左侧缸体内，油压推动增压缸69向右运动，从而压缩二级增压回路的油液，二级增压回路油液油压逐渐升高，推动主液压缸61运动，实现高油压输出，当压力传感器7测量的压力值大于预定值，则第二泵65关闭，伺服阀68阀芯位于左侧，出油口和回油口相通，二级增压回路油液油压较高，推动增压缸69向左运动，增压缸69左侧缸体的油液通过伺服阀68返回回油口连接的油箱，当实验结束，卸压阀62开启，将主液压缸61内的油液输入回主油箱63内，伺服阀68阀芯位于中部。该液压系统6可降低系统对高压元器件的依赖，增强设备的可靠性与稳定性，同时采用低速小流量伺服泵可保证较高的控制精度，便于实现系统长时间稳定运行，油路高压则采用增压油缸加压，当实验压力低于设定压力时，及时进行补压。

如图1所示，一种高温高压合成设备，包括合成装置2、主压力机1、水冷机5、稳压电源4、控制系统3和液压系统6，所述合成装置2设置在所述主压力机1内，用以放置样品2224，并对样品2224进行高温高压实验，所述主压力机1输出压力作用于合成装置2，所述合成装置2通过多个循环管路与所述水冷机5连接，用以对合成装置2进行冷却，控制合成装置2的温降，所述合成装置2通过导线与所述稳压电源4相连，以对合成装置加热，并配合所述循环管路控制样品2224实验温度的高低，所述液压系统6为伺服控制二级增压系统，与所述主压力机1连接，用以稳定提供实验所需压力；所述控制系统3分别与液压系统6、稳压电源4、水冷机5、主压力机1、合成装置2连接，以对其运行状态进行控制与显示。

进一步的，所述主压力机1包括机顶11、支柱12、滑动盘13、底座14，所述机顶11与所述底座14分别固定设置在所述支撑柱12上下两端，所述滑动盘13套设在支柱12上，设置在机顶11和底座14之间，沿支柱12上下滑动，所述滑动盘13与所述底座14之间设置有合成装置2，所述滑动盘13与所述液压系统6连接，由液压系统6提供压力，使滑动盘13向下移动挤压合成装置2，合成装置2底部与底座14固定连接，合成装置2顶部能够与滑动盘13连接，合成装置2顶部能够受滑动盘13挤压向下移动。

进一步的，所述合成装置2包括底座模块23、压力盘模块22、上顶载模块21和支杆24，所述压力盘模块22设置于底座模块23与上顶载模块21之间，且由底座模块23固定支撑，所述底座模块23与上顶载模块21之间通过多个支杆24连接，上顶载模块21能够与滑动盘13连接，上顶载模块21能够受滑动盘13推动向下移动并且在滑动盘13作用下挤压压力盘模块22，使压力盘模块22产生实验所需高压，支杆24为下部和上部相套设的杆件，在上顶载模块21移动时，支杆24能够被压缩，上顶载模块21复位时，支杆24复位，上顶载模块21通过导线连接在稳压电源4上；底座模块23与底座14固定连接，底座模块23通过导线连接在稳压电源4上，在通电后，能够使受挤压的压力盘模块22处于高温状态。

进一步的，如图3和图4所示，压力盘模块22中部设置有密闭腔2226，密闭腔2226中部设置样品仓2229，样品仓2229用于放置样品2224，密闭腔2226上部连接活塞2222，活塞2222顶部套设有支撑盖2221，支撑盖2221能够与上顶载模块21连接，并由上顶载模块21通过支撑盖2221带动活塞2222向下沿密闭腔2226移动，使密闭腔2226产生压力，压力传递到样品仓2229，支撑盖2221用于对活塞2222产生保护和缓冲作用，进一步的，压力盘模块22内部分散设置有多个应变片225，用于检测压力盘模块22的压力并反馈到控制系统3，以保证压力场的均匀和稳定，使实验更精确。

在一个实施方式中，设计密闭腔2226的截面直径为50mm。假设主液压缸61压力完全作用于密闭腔2226内的填充介质，即忽略摩擦力的影响，实验压力为1.5GPa，经过理论计算，主液压缸61的输出压力为290吨。为保证实验设备具有较高的安全系数，选用输出压力为350吨的主液压缸61进行实验，增压缸69的公称油泵压力初步选用25MPa，压力传感器7为高精度传感器，测量精度≤0.25MPa，当二级增压回路油压低于设定压力0.5MPa时，第二泵65开启，伺服阀68阀芯位于右侧，及时进行补压，以维持密闭腔2226内的压力稳定。样品仓2229压力标定精度为50MPa，其对应的二级增压回路油压波动约为0.8MPa，大于油压系统的控制精度0.5MPa。因此，液压系统6可保证样品实验压力的精确控制。

实验时，控制系统3首先控制液压系统6进行动作，主液压缸61输出压力作用于滑动块13，滑块13沿支柱12向下移动，带动上顶载模块21向下移动，支杆24缩短，在上顶载模块21向下移动的同时，控制系统3控制稳压电源4对合成装置2加热，合成装置2处于高温高压状态，压力盘模块22处于工作状态，同时合成装置2内部应变片25实时采集压力值，并且设置温度传感器实时采集温度值，测量的压力值和温度值反馈给控制系统3，控制系统3控制水冷机5的开启和关闭，水冷机5能够对压力盘模块22有效进行温控，水冷机5与稳压电源4的作用能够保证合成装置2产生持续稳定的高温，液压系统6能够保证合成装置2产生持续稳定的高压环境，应变片25和温度传感器反馈的信号连同主压力机1、水冷机5、稳压电源4的运行状态信号一起，输入至控制系统3，经程序处理后，输出信号对主压力机1、水冷机5、稳压电源4和液压系统6的运行状态进行调整。

实验完毕后，控制系统3控制液压系统6卸压，控制系统3控制滑块13沿支柱12向上移动，带动上顶载模块21向上移动，支杆24复位，控制水冷机5进行冷却，控制稳压电源4停止加热，并将样品取出。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种高温高压合成设备，其特征在于，包括合成装置（2）、主压力机（1）、水冷机（5）、稳压电源（4）、控制系统（3）和液压系统（6），所述合成装置（2）设置在所述主压力机（1）内，用以放置样品（2224），并对样品（2224）进行高温高压实验，所述主压力机（1）输出压力作用于合成装置（2），所述合成装置（2）通过多个循环管路与所述水冷机（5）连接，用以对合成装置（2）进行冷却，控制合成装置（2）的温降，所述合成装置（2）通过导线与所述稳压电源（4）相连，以对合成装置（2）加热，并配合所述循环管路控制样品（2224）实验温度的高低，所述液压系统（6）为伺服控制二级增压系统，与所述主压力机（1）连接，用以稳定提供实验所需压力；所述控制系统（3）分别与液压系统（6）、稳压电源（4）、水冷机（5）、主压力机（1）、合成装置（2）连接，以对其运行状态进行控制与显示；

所述主压力机（1）包括机顶（11）、支柱（12）、滑动盘（13）、底座（14），所述机顶（11）与所述底座（14）分别固定设置在所述支柱（12）上下两端，所述滑动盘（13）套设在支柱（12）上，设置在机顶（11）和底座（14）之间，沿支柱（12）上下滑动，所述滑动盘（13）与所述底座（14）之间设置有合成装置（2），所述滑动盘（13）与所述液压系统（6）连接，由液压系统（6）提供压力，使滑动盘（13）向下移动挤压合成装置（2），合成装置（2）底部与底座（14）固定连接，合成装置（2）顶部能够与滑动盘（13）连接，合成装置（2）顶部能够受滑动盘（13）挤压向下移动；

所述液压系统（6）包括主液压缸（61）、卸压阀（62）、主油箱（63）、第一泵（64）、第二泵（65）、伺服阀（68）、增压缸（69），其中主油箱（63）、第二泵（65）、伺服阀（68）和增压缸（69）依次连接组成低压控制回路，主液压缸（61）、卸压阀（62）、主油箱（63）、第一泵（64）依次连接组成二级增压回路，所述低压控制回路并联在二级增压回路上，所述低压控制回路油压升高控制增压缸（69）运动，所述增压缸（69）推动所述二级增压回路油压升高并使所述主液压缸（61）运动，主油箱（63）连通第二泵（65）的输入端，所述增压缸（69）的右端油口连接在第一泵（64）和主液压缸（61）之间，所述增压缸（69）的右端油口与所述第一泵（64）的输出端之间设置有第二阀（66），第一泵（64）的输出端还通过第二阀（66）连通主液压缸（61）的输入端，所述增压缸（69）的右端油口与所述主液压缸（61）的输入端之间设置有第一阀（60），所述第一阀（60）与所述第二阀（66）均为单向阀，主油箱（63）连通第一泵（64）的输入端，所述第二泵（65）与所述伺服阀（68）之间连接第三阀（67），所述第二泵（65）输出端连接所述第三阀（67）的进油口，所述第三阀（67）的出油口连接所述伺服阀（68）的进油口，伺服阀（68）的出油口连通增压缸（69）的左端油口，所述第三阀（67）为单向阀，所述二级增压回路中设置有压力传感器（7），所述压力传感器（7）设置于第一阀（60）和第二阀（66）之间；

所述第一泵（64）为高速大流量液压泵，所述第二泵（65）为低速小流量伺服泵，所述增压缸（69）为双作用单活塞杆液压缸，所述伺服阀（68）为三位三通电液伺服阀，伺服阀（68）包括进油口、出油口和回油口，阀芯位于中间位置，进油口、出油口和回油口不相通，阀芯位于右侧，进油口和出油口相通，油液进入增压缸（69），阀芯位于左侧，出油口和回油口相通；

第一泵（64）开始工作，对二级增压回路补充油液，油液通过第一泵（64）以及第二阀（66）、第一阀（60）进入主液压缸（61），使主液压缸（61）储存运动所需油液；随后关闭第一泵（64），由第二阀（66）、第一阀（60）避免油液回流，实验过程中压力传感器（7）对二级增压回路压力值进行检测，压力值作为控制信号调节第二泵（65）、伺服阀（68）的开闭，当压力值小于预定值，第二泵（65）开启，伺服阀（68）阀芯位于右侧，进油口和出油口相通，低压控制回路补充油液，油液通过第二泵（65）、第三阀（67）进入伺服阀（68）的进油口，第三阀（67）避免油液回流，油液通过伺服阀（68）出油口进入到增压缸（69）左侧缸体内，油压推动增压缸（69）向右运动，从而压缩二级增压回路的油液，二级增压回路油液油压逐渐升高，推动主液压缸（61）运动，实现高油压输出，当压力传感器（7）测量的压力值大于预定值，则第二泵（65）关闭，伺服阀（68）阀芯位于左侧，出油口和回油口相通，二级增压回路油液油压较高，推动增压缸（69）向左运动，增压缸（69）左侧缸体的油液通过伺服阀（68）返回回油口连接的油箱，当实验结束，卸压阀（62）开启，将主液压缸（61）内的油液输入回主油箱（63）内，伺服阀（68）阀芯位于中部。

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