CN111946588B - 一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸包括液压换向阀和末端位移反馈机构，在增压行程末端，增压缸的活塞推动连接体内的反馈杆运动，反馈杆的运动通过反馈连杆传递至液压换向阀阀芯，使得阀芯相应运动，切换内部流道，实现气体增压缸的自换向；通过调节反馈连杆安装支点的位置，改变反馈系数来改变换向阀阀芯的最大位移和运动速度，从而调节增压缸的换向速度。本发明提供的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，相比于电控换向增压缸，不需要采用电磁换向阀，杜绝了电火花引燃工作气体的风险，特别适用于天然气等易燃易爆气体的增压输送，可显著提高气体增压缸的安全性，降低气体增压缸的换向冲击，从而削弱气体增压缸的振动与噪声。

Description

一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸
技术领域
本发明涉及石油装备领域。更具体地说，本发明涉及一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸。
背景技术
气体增压在气体的输送领域应用十分广泛，压缩机是气体增压的关键装备。液压压缩机因其适应压力范围广，成本相对低廉，已经在天然气加气子站中广泛应用。气体增压缸则是液压压缩机的核心设备。
现有的液压压缩机，其气体增压缸普遍采用行程开关和电液换向阀的组合，驱动液压缸往复运动，迫使增压缸气腔内的组合单向阀有序开启和关闭来给天然气增压。实际上，对于易燃易爆气体增压缸，采用电信号进行换向控制，不可避免会存在电火花引爆气体介质的风险，降低了气体增压缸的的安全性和可靠性，同时大量防爆电器的使用也显著增加了压缩机的总体成本。
发明内容
本发明还有一个目的是提供了一种将气体增压缸末端行程活塞位移通过反馈杆和反馈连杆以一定比例传递至液压换向阀阀芯，完成液压换向阀内部流道切换，实现增压缸自动换向的一种机械反馈式可调速气体增压缸。
本发明提供的一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸，包括第一缸筒和第二缸筒，所述第一缸筒和第二缸筒内部同轴并安装有可滑动的活塞机构，所述活塞机构包括活塞杆和设于两端的活塞，所述气体增压缸还包括连接体、液压换向阀和行程末端位移反馈机构，所述液压换向阀为三位四通换向阀结构，包括阀套和设于其中的阀芯，阀套上设有两个工作油口、一个进油口和一个回油口；所述连接体设有连通液压换向阀工作油口和第一缸筒有杆腔的第一液压油口、以及连通液压换向阀工作油口和第二缸筒有杆腔的第二液压油口；所述连接体上设有末端位移反馈机构的容置腔室，所述末端位移反馈机构包括反馈杆和反馈连杆，所述反馈连杆设置于容置腔室内且可相对连接销滑动转动，阀芯和反馈杆的中部分别与所述反馈连杆的两端通过销连接，反馈杆的两端分别伸入增压缸两有杆腔内，在气体增压缸的行程末端，低压油腔内的活塞推动反馈杆移动，反馈杆在反馈连杆滑动转动下带动液压换向阀阀芯相对阀套运动，实现液压换向阀的内部油路切换，从而实现气体增压缸的自动换向。
优选地，所述反馈连杆通过连接底板机构滑动转动地连接于容置腔室的连接体内壁面上。
优选地，所述连接底板机构包括第一底板和第二底板，所述第一底板和第二底板均固定于容置腔室的连接体内壁面上。
优选地，所述反馈连杆通过连接销架设于第一底板和第二底板之间。
优选地，所述反馈连杆上穿设连接销的连接孔为腰型孔。
优选地，所述反馈连杆可调节高度地连接于连接底板机构上。
优选地，所述第一底板和第二底板的纵向上均设置有多个孔，通过调节反馈连杆连接于不同高度位置的孔上调节反馈连杆的反馈系数。
优选地，所述反馈杆的两端均设有限位部，所述限位部在气体增压行程末端防止反馈杆末端脱离其所在的液压腔；所述容置腔室内设有密封槽，所述密封槽用于安装密封圈，用于防止液压油从液压腔向容置腔室泄漏。
优选地，所述第一缸筒的端部封装有底座，所述第二缸筒的顶部封装有顶盖，所述底座和顶盖上均设置有吸气孔和排气孔，每个吸气孔与排气孔均与其相应的单向阀连接。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明公开的一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸，通过反馈杆和反馈连杆将增压缸行程末端位移传递至液压换向阀阀芯，完成液压换向阀内部流道切换，实现增压缸的自动换向，相比于电控换向增压缸，不需要采用电磁换向阀，杜绝了电火花引燃工作气体的风险，提升了液压增压缸的安全性，特别适用于天然气等易燃易爆气体的增压输送；同时，可通过调节反馈连杆与连接底板的连接点来改变反馈杆位移的反馈比例和阀芯的换向速度，以降低行程末端的换向冲击，削弱气体增压缸的振动和噪声。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的立体结构示意图；
图2为本发明的剖面结构示意图；
图3为图2中圆Ⅰ中的放大结构示意图；
图4为液压换向阀和末端位移反馈机构的结构示意图；
图5为本发明的液压换向阀阀芯和末端位移反馈机构的结构示意图；
图6为液压换向阀阀芯、反馈连杆和反馈杆的结构示意图；
图7为连接体的结构示意图；
图8为连接体部分的俯视结构示意图；
图9为气体增压缸的管路连接示意图。
附图标记说明：10、底座；11、第一吸气孔；12、第一排气孔；20、第一缸筒；21、第一液压腔；22、第一气腔；31、第一活塞；32、活塞杆；33、第二活塞；40、连接体；41、第一液压油口；411、第一液压油孔道；42、第二液压油口；421、第二液压油孔道；43、连接底板机构；431、第一底板；432、第二底板；43a、连接销；44、密封沟槽；50、液压换向阀；51、阀套；52、阀芯；61、反馈连杆；610、腰型孔；611、第一U型结构；612、第二U型结构；62、反馈杆；621、第一限位部；622、第二限位部；623、缺口槽；70、第二缸筒；71、第二液压腔；72、第二气腔；80、顶盖；81、第二吸气孔；82、第二排气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
参考图1-3、7和8，本发明提供的一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸，包括第一缸筒20和第二缸筒70，所述第一缸筒20和第二缸筒70内部同轴安装有活塞机构，活塞机构可以沿缸筒内壁滑动。所述活塞机构包括活塞杆32和设于两端的活塞，分别为第一活塞31和第二活塞33，其中第一液压腔21和第二液压腔71均为液压腔，分别为第一液压腔21和第二液压腔71，所述第一缸筒20无杆腔和第二缸筒70无杆腔均为气腔，分别为第一气腔22和第二气腔72。在气体增压缸的上行增压行程中，外部液压油进入第二液压腔71为高压油腔，第一液压腔21回油为低压油腔；反之，在气体增压缸的下行增压行程中，外部液压油进入第一液压腔21为高压油腔，所述第二液压腔71回油为低压油腔。
所述气体增压缸还包括连接体40、液压换向阀50和末端位移反馈机构，所述液压换向阀50为三位四通换向阀结构，所述液压换向阀50包括阀套51和设于其中的阀芯52，并设有两个工作油口、一个进油口和一个回油口；所述连接体40设有分别连通液压换向阀50工作油口和第一液压腔21的第一液压油口41、以及连通液压换向阀50工作油口和第二液压腔71的第二液压油口42；所述连接体40上设有末端位移换向机构的容置腔室，所述末端位移换向机构包括反馈连杆61和反馈杆62，所述反馈连杆61通过连接销43a连接于容置腔室的连接体40内壁面上，所述反馈连杆61可相对连接销43a转动滑动，阀芯52的中部和反馈杆62的中部分别通过销与所述反馈连杆61的两端相连接，反馈杆62的两端分别伸入两液压腔内，在气体增压缸的行程末端，低压油腔的活塞推动反馈杆62移动，反馈杆62通过反馈连杆61的滑动转动作用带动阀芯52运动，实现液压换向阀内部流道的切换，从而实现增压缸的自动换向。相比于电控换向增压缸，不需要采用电磁换向阀，杜绝了电火花引燃工作气体的风险，显著提了气体增压缸的安全性，特别适用于天然气等易燃易爆气体的增压输送。
其中，具体地，反馈连杆61相对连接销43a沿着反馈连杆61穿设连接销43的连接孔滑动，同时沿着反馈连杆61与连接销43a的接触牵拉点转动，其中接触牵拉点在连接孔相对于连接销43a滑动的过程中沿着连接孔口滑动路线不断发生改变，从而实现在增压行程末端，低压油腔内的活塞推动反馈杆62沿着连通孔道直线位移，在反馈连杆61的转动滑动带动下，实现阀芯52相对于阀套51直线位移。具体地，所述反馈连杆61上穿设连接销43a的连接孔为腰型孔610，所述连接销43a的横截面形状为圆形，所述反馈连杆61沿着腰型孔610的孔槽口滑动，并相对于反馈连杆61与连接销43a的接触牵拉点转动。在本发明的其他实施例中，可将连接销43a改为一个连接销43a和一个绕连接销43a转动的滑块，将一个滑动转动机构转化为转动机构和滑移机构，以降低反馈连杆61和连接销43a在运动过程中的接触磨损，提高使用寿命。
参考图3，所述容置腔室相对于第一液压腔21和第二液压腔71是相对封闭的，具体地，所述容置腔室内还设有密封沟槽44，所述反馈杆62的安装孔道为连通孔道，所述连通孔道连通第一液压腔21和第二液压腔71，在封装有反馈杆62和密封圈后，密封圈将连通孔道与第一液压腔21和第二液压腔71之间隔离开来，更具体地，所述密封沟槽44数量至少为两个，分别用于安装密封圈以隔离连通孔道与第一缸筒20的有杆腔，以及连通孔道与第二缸筒70的有杆腔，以避免第一液压腔21和第二液压腔71中的液压油进入容置腔室内。
优选地，所述反馈连杆61的两端均设有限位部，所述限位部用于在气体增压行程末端限制反馈连杆61的端部脱离其所在的液压腔，导致末端位移反馈机构失效。具体地，所述限位部为凸设于反馈杆62端部外围的机构。在本发明的一实施例中，所述限位部为部分圆台结构，所述连通孔道的两孔口处设有与之配合的扩孔段。具体地，所述反馈杆62的两端分别设有第一限位部621和第二限位部622。
具体地，参考图4-6，所述反馈连杆61通过连接底板机构43连接于容置腔室的连接体内壁面上。更具体地，所述连接底板机构43包括第一底板431和第二底板432，所述反馈连杆61通过连接销43a架设于第一底板431和第二底板432之间。所述第一底板431和第二底板432嵌设于容置腔室的连接体40内壁面上，实现简单方便，在本发明的其他实施方式中，所述第一底板431和第二底板432还可通过螺接的方式固定于容置腔室的连接体40内壁面上，只要能实现连接底板机构43能够安装连接销43a和反馈连杆61即可。
优选地，所述反馈连杆61可调节高度地连接于第一底板431和第二底板432上，通过调节反馈连杆61的连接高度可调节反馈杆62位移和液压换向阀50的阀芯52位移比例，调节反馈杆62的反馈系数，从而改变气体增压缸的换向速度和最大阀口开度。具体地，所述第一底板431和第二底板432的纵向上设置多个孔，通过调节连接销43a连接于不同高度位置的孔上，并与反馈连杆61上用于穿设连接销43a的连接孔连接，调节反馈杆反馈系数，调节气体增压缸的换向速度和最大阀口开度。在本发明的其他实施方式中，还可通过调节反馈杆62的长度来调节气体增压缸的换向速度和液压换向阀的开口度。在本发明变换的实施方式中，还可通过在反馈连杆61上纵向设置多个连接孔，通过调节连接底板机构430连接反馈连杆61上不同高度的连接孔上调节反馈连杆61的反馈系数。
优选地，所述反馈杆62的两端均具有U型结构，液压换向阀50的阀芯52中部通过销连接于第一U型结构611的U型槽中，反馈杆62的中部通过销连接于第二U型结构612的U型槽中。优选地，所述反馈杆62的中部还设有供第二U型结构612摆动的缺口槽623滑移面，避免反馈杆62圆柱面和U型结构之间的运动干涉阻碍反馈连杆61的正常运动，影响液压换向阀50阀芯52的正常自动换向。
通用地，参考图9，所述第一缸筒20的底端封装有底座10，底座10上设有第一吸气孔11和第一排气孔12，所述第二缸筒70的顶端封装有顶盖80，所述顶盖80上设有第二吸气孔81和第二排气孔82。所述第一液压油口41经由第一液压油孔道411与第一液压腔21相连通，所述第二液压油口42经由第二液压油孔道421与第二液压腔71相连通。第一液压油口41与第二液压油口42则分别与液压换向阀的两个工作油口连通。
具体地，本发明提供的机械反馈式可调速自换向气体增压缸的增压过程为，在气体增压缸向上运动行程中，通过第二液压油口42经由第二液压油孔道421向第二液压腔71内通高压液压油，活塞机构向上移动，第二气腔72内的气体在液压油压的作用下被挤压并通过第二排气孔82向外排气，第一液压腔21中的液压油经由第一液压油口41回油，第一气腔22的第一吸气孔11吸气。在上行增压行程末端，第一活塞31靠近并推动反馈杆62向上移动，反馈杆62在反馈连杆61的滑动转动作用下带动液压换向阀50的阀芯52相对于阀套运动，液压换向阀50内部流道发生切换，外部高压液压油依次经由液压换向阀50的内部流道、第一液压油口41、第一液压油孔道411进入第一液压腔21，气体增压缸实现自动换向，活塞机构向下移动，第一气腔22被挤压并通过第一缸筒20内的排气孔12排气，第二液压腔71的液压油依次经由第二液压油孔道421、第二液压油口42、液压换向阀50的内部流道回液压油箱，第二气腔72通过第二吸气孔81吸入待输送气体。在下行增压行程末端，高压液压油进入第一液压腔21，第二活塞33推动反馈杆62沿着连通孔道向下移动，反馈杆62通过反馈连杆61带动液压换向阀50的阀芯52运动，液压换向阀50内部流道再次发生切换，外部高压液压油依次经由液压换向阀50的内部流道、第二液压油口42、第二液压油孔道421进入第二液压腔71，第一缸筒有杆腔21内的液压油依次经由第一液压油孔道411、第一液压油口41、液压换向阀50的内部流道回液压油箱，气体增压缸活塞机构再次向上运动，实现自动换向，如此反复。
本发明提供的一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸，通过反馈杆62带动反馈连杆61运动，并带动液压换向阀50的阀芯52运动的方式完成液压换向阀50内部油路切换，从而实现增压缸运动方向的自动切换，设计合理有效，不需要采用电磁换向阀，杜绝电火花的产生，有效提升气体增压缸的安全性能，同时，可通过调节反馈连杆与连接底板的连接点来改变反馈杆位移的反馈比例和阀芯的换向速度，以降低行程末端的换向冲击，削弱气体增压缸的振动和噪声。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种机械反馈式可调速自换向气体增压缸，包括第一缸筒和第二缸筒，所述第一缸筒和第二缸筒内部同轴并安装有可滑动的活塞机构，所述活塞机构包括活塞杆和设于两端的活塞，增压缸有杆腔内充满液压油，无杆腔内充满气体，其特征在于，还包括：
液压换向阀，为三位四通换向阀结构，包括阀套和设于其中的阀芯，阀套上设有两个工作油口、一个进油口和一个回油口；
连接体，所述连接体设有分别连通液压换向阀工作油口和第一缸筒有杆腔的第一液压油口、以及连通液压换向阀工作油口和第二缸筒有杆腔的第二液压油口；
行程末端位移反馈机构，所述连接体上设有末端位移反馈机构的容置腔室，所述末端位移反馈机构包括反馈杆和反馈连杆，所述反馈连杆通过连接销设置于容置腔室内且可相对连接销滑动转动，阀芯和反馈杆的中部分别与所述反馈连杆的两端通过销连接，反馈杆的两端分别伸入增压缸两有杆腔内，在气体增压缸的行程末端，低压油腔内的活塞推动反馈杆移动，反馈杆在反馈连杆滑动转动下带动液压换向阀阀芯相对阀套运动，实现液压换向阀的内部油路切换，从而实现气体增压缸的自动换向；
所述反馈连杆通过连接底板机构滑动转动地连接于容置腔室的连接体内壁面上。
2.如权利要求1所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述反馈连杆可调节高度地连接于连接底板机构上。
3.如权利要求2所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述连接底板机构包括第一底板和第二底板，所述第一底板和第二底板均固定于容置腔室的连接体内壁面上。
4.如权利要求3所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述第一底板和第二底板的纵向上均设置有多个孔，通过调节反馈连杆连接于不同高度位置的孔上调节反馈连杆的反馈系数。
5.如权利要求4所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述反馈连杆通过连接销架设于第一底板和第二底板之间。
6.如权利要求5所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述反馈连杆上穿设连接销的连接孔为腰型孔。
7.如权利要求1所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述反馈杆的两端均设有限位部，所述限位部在气体增压行程末端防止反馈杆末端脱离其所在的液压腔。
8.如权利要求1所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述容置腔室内设有密封槽，所述密封槽用于安装密封圈，用于防止液压油从液压腔向容置腔室泄漏。
9.如权利要求1所述的机械反馈式可调速自换向气体增压缸，其特征在于，所述第一缸筒的端部封装有底座，所述第二缸筒的顶部封装有顶盖，所述底座和顶盖上均设置有吸气孔和排气孔，每个吸气孔与排气孔均与其相应的单向阀连接。
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