CN113134991A - 一种温等静压机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及等静压机，具体为一种温等静压机。解决现有的温等静压机结构复杂、效率低下、能耗大、工作条件差的问题。一种温等静压机，包括机架，机架上梁安装有加压油缸，机架下梁安装有位于加压油缸正下方的高压腔，加压油缸的活塞杆能密封插入高压腔；还包括其内充有导热油的导热罐，导热罐内有电加热器；高压腔的底部开有注油孔，高压腔的顶部开有回油孔；导热罐用管路经导热泵、单向阀、注油孔与高压腔连通，导热罐还经回油管、回油孔与高压腔连通。本发明所述的温等静压机的技术关键是把等静压机高压腔获得高压的方式从注入式改为直接加压式，克服了现有温等静压机存在的缺陷。

Description

一种温等静压机
技术领域
本发明涉及等静压机，具体为一种温等静压机。
背景技术
等静压机分为冷等静压机和热等静压机，他们都是用流体作为工作介质传递静压力，所不同的是热等静压机的工作介质不仅要传递静压力还要传递热量，如果用导热油作为工作介质，导热油工作温度范围就是热等静压机工作的温度范围，大约可以是从室温到近400°C；压力可以从几十到几百兆帕，这类热等静压机也称之为温等静压机。为了叙述的便利，本发明所研究的这类热等静压机以下统称温等静压机。
温等静压机和冷等静压机，都是用液体作为传递静压力的工作介质，所以冷等静压机的所有传递静压力的结构温等静压机都要具备。温等静压机的工作介质还要向工件传递热量，所以温等静压机还要具有工作介质向工件传递热量的相应结构。
现有的冷等静压机是把工件密闭在高压腔里，油泵通过增压器和高压腔连通，把高压油注入高压腔，工件从中获得所需要的静压力，也有的使用高压泵直接把高压油注入高压腔，工件从中获得所需要的静压力。现有的温等静压机基本上继承了冷等静压机向工件传递静压力的结构。问题是温等静压的工作介质还要担负向工件传递热量的功能，为此就需要增加新的结构完成导热功能。
现有的温等静压机是在高压腔内加装加热体，加热高压腔内存的液体工作介质，向工件传递热量，同时还要有搅拌机构，驱动液体工作介质对流，尽快使工作介质与工件达到热平衡。在高压腔内的超高压环境下，工作介质与工件达到热平衡的速度比较缓慢，同时是否达到热平衡也难以测量。并且，增压器向高压腔或高压泵向高压腔加压注入的液体工作介质也必须是高温的，不然就会破坏高压腔内已经实现的热平衡，为此就需要有预热液体工作介质的导热罐。但油泵和增压器必须在高温下工作，这不仅要消耗许多热量，而且使油泵和增压器的工作条件变差。总之，现有的温等静压机结构复杂、效率低下、能耗大、工作条件差。
发明内容
本发明解决现有的温等静压机结构复杂、效率低下、能耗大、工作条件差的问题，提供一种新型的温等静压机，该温等静压机克服了现有温等静压机存在的缺陷。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种温等静压机，包括机架，机架上梁安装有加压油缸，机架下梁安装有位于加压油缸正下方的高压腔，加压油缸的活塞杆能密封插入高压腔；还包括其内充有导热油的导热罐，导热罐内有电加热器；高压腔的底部开有注油孔，高压腔的顶部开有回油孔；导热罐用管路经导热泵、单向阀、注油孔与高压腔连通，导热罐还经回油管、回油孔与高压腔连通。工作时，先启动电加热器对导热罐内的导热油加温至所需温度，然后启动导热泵，导热罐内的导热油经单向阀、注油孔进入高压腔，高压腔内的导热油还经回油孔、回油管回流至导热罐，从而实现导热油在高压腔与导热罐之间的循环，待高压腔内的导热油与导热罐内的导热油达到热平衡后，将工件放入高压腔，待工件与导热油达到热平衡，导热泵停止工作，同时加压油缸在压力油的驱动下，其活塞杆密封插入高压腔，对高压腔内的导热油施压；本领域技术人员公知：所谓加压油缸的活塞杆密封插入高压腔是通过密封圈实现的，密封圈可以套于加压油缸活塞杆端部或设置于高压腔壁的上部；当密封圈套于加压油缸活塞杆端部时，只要密封圈滑过回油孔即可开始增压；当密封圈设置于高压腔壁时，回油孔设于密封圈上方即可。待达到所需压力并保压一定时间后，加压油缸泄压并上移，将工件从高压腔内取出，完成热等静压过程。
本发明所述的温等静压机的技术关键是把等静压机高压腔获得高压的方式从注入式改为直接加压式。它在常压下使导热罐内加温后的导热油与高压腔内的导热油对流，迅速达到热平衡，使得测量是否达到热平衡的办法十分简单，使导热罐内的导热油温度与高压腔回油孔处的导热油温度差小于额定数值即可。由于是直接加压的，在整个加压过程中高压腔和外界是没有液体交换的，虽然本发明的高压腔不具备加热功能，但高压腔本身具有相当大的热容量和良好的保温层，在保压时段，由自然散热所造成的工件温度下降是可以忽略不计的。本发明所述的温等静压机结构简单、效率高、能耗小、工作条件温和，克服了现有温等静压机存在的缺陷。
附图说明
图1为本发明所述温等静压机的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1所示的温等静压机在热循环工位的结构示意图；
图4为图1所示的温等静压机在加压工位的结构示意图；
图5为本发明所述温等静压机的增压器的结构示意图。
图中：1－加压油缸、2－高压腔、3－机架、4－单向阀、5－导热罐、6－增压器、7－导热泵、8－提篮、9－回油管、10－保温盖、11－油池、12－回油孔、13－注油孔、14－增压腔、15－增压缸、16－第二密封圈、17－第一油孔、18－L形孔、19－第二油孔、20－第三油孔、21－第四油孔、22－高压油管、23－第一密封圈、24－液控单向阀、25－保温层。
具体实施方式
一种温等静压机，包括机架3，机架3上梁安装有加压油缸1，机架3下梁安装有位于加压油缸1正下方的高压腔2，加压油缸1的活塞杆能密封插入高压腔2；还包括其内充有导热油的导热罐5，导热罐5内有电加热器；高压腔2的底部开有注油孔13，高压腔2的顶部开有回油孔12；导热罐5用管路经导热泵7、单向阀4、注油孔13与高压腔2连通，导热罐5还经回油管9、回油孔12与高压腔2连通。进一步地，高压腔2的顶部外扩有直径大于高压腔直径的油池11，回油孔12与油池11相通，以防注油流量过大时导热油溢出高压腔2。加压油缸1的活塞杆下端悬挂有提篮8，提篮8随加压油缸1的活塞杆的上下运动而进出高压腔2，工件可放入提篮8，这样可方便工件的取放。油池11的上方设置有保温盖10。高压腔2、回油管9、单向阀4、导热泵7、导热罐5都加有保温层，以减少导热油的热量损失，提高整机的热效率；在工件保压时段，热循环中断，良好的保温层，能把这一时段放置在高压腔内的工件的温度下降保持到可以忽略的地步。加压油缸1的活塞杆下端配置有耐热的第一密封圈23，下行可直接进入高压腔密封加压。导热罐5应尽量靠近高压腔2。
具体实施时，通过增压器6向加压油缸1提供压力油，增压器6应尽量靠近加压油缸1。所述增压器6由增压缸15和一端敞口、另一端密闭的（即桶状的）增压腔14构成；增压缸15的缸体上开有位于其活塞下方的第二油孔19和位于其活塞上方的第三油孔20，增压缸15的活塞杆端部开有L形孔18，L形孔18的一端在增压缸15的活塞杆的端面上、另一端在增压缸15的活塞杆的柱面上；增压缸15的缸体与增压腔14密封对接，且增压缸15的活塞杆伸入增压腔14，增压腔14的敞口端内壁设有与增压缸15的活塞杆配合的第二密封圈16，增压腔14上开有第一油孔17，增压缸15的活塞位于下极限位置时，增压腔14上的第一油孔17与增压缸15的活塞杆端部的L形孔18相通，增压腔14的密闭端开有第四油孔21。使用时，第四油孔21可通过高压油管22向加压油缸1提供压力油。
该温等静压机的工作过程如下：
一、开工准备：开启导热罐5、导热泵7电源，把导热罐5及高压腔2内的导热油预热到设定温度；见图3。
二、把工件放置在挂在加压油缸1活塞杆下端的提篮8内。
三、增压缸15活塞处于下极限位置，增压腔14的第一油孔17与增压缸15活塞杆端部的L形孔18是相通的，液压站通过第一油孔17、L形孔18给增压腔14补油，进而通过高压油管22给加压油缸1上腔油孔提供低压油p， 低压油p直接驱动加压油缸1活塞杆下行至把提篮8内的工件浸入高压腔2内，但尚未进入加压密封位置。
四、导热泵7继续驱动导热油从导热罐5到高压腔2的循环而加热工件，直至达到热平衡，工件及高压腔2内的油温达都到设定温度。判定是否达到热平衡的检测办法是导热油回油温度达到设定值；见图4。
五、设高压腔2最大工作压力为P，加压油缸1活塞面积与其活塞杆截面积之比为K1，增压缸15活塞面积与其活塞杆截面积之比为增压器6的增压比K2，液压站的输出的低压油压力为p，即增压器6的输入压力为p,他们满足：P/p = K1K2；液压站的输出的低压油p经第二油孔19驱动增压器6，增压缸15活塞上行，L形孔18与第一油孔17的连通被切断，特别是在L形孔18越过第二密封圈16之后，增压缸15的活塞杆就开始密封加压，此时增压器6向加压油缸1上腔提供的就是K2p高压油，高压油K2p经高压油管22驱动加压油缸1下行，直至加压油缸1活塞杆通过第一密封圈23对高压腔2加压密封，高压腔2内的导热油压力逐步升高到设定压力P，并保压至设定时间。
高压腔2内工作介质是导热油，导热油压力的升高是靠加压油缸1的活塞杆进入高压腔2压缩导热油实现的，其压缩量包括导热油的压缩率加上工件的压缩率，根据理论计算和实际测试一般不超过20%。假定高压腔2的有效深度是H，加压油缸1的活塞杆自第一密封圈23进入高压腔开始对导热油实施密封后的有效加压行程即小于或等于0.2H，假定加压油缸1活塞面积是S1，增压缸15活塞面积为S2、增压缸活塞的有效加压行程为h，如果S2h >0.2HS1/K1,增压器6就能保证把高压腔内的导热油增压至额定压力P，这适合中小型的温等静压机。如果 S2h <0.2HS1/K1, 增压器6就不能保证把高压腔内的导热油增加到额定压力P，适当增大S2可以解决这个问题、但增大S2常常受限制，此时可以如图5所示在增压腔14密闭端的第四油孔21与加压油缸1之间加装液控单向阀24，在增压缸15行至上极限位置后，再回程至下极限位置而把L形孔18与第一油孔17连通，并通过第一油孔17给增压腔14补油，接着增压缸15再上行加压直至高压腔2导热油压力升至P。待高压腔2压力增至P并完成保压后需要卸荷时，液控单向阀24打开，在增压缸15下行至下极限位置连通L形孔18与第一油孔17后完成卸荷；这适用于大型温等静压机。
六、通过增压器6的增压缸15（见图4）活塞杆下行直至达到下极限位置，连通第一油孔17与L形孔18，加压油缸1泄压、高压腔2卸荷。
七、低压油p驱动加压油缸1活塞杆上行复位。
八、取走放置在提篮8内的工件，即可开始下一个工作循环。

Claims (9)

1.一种温等静压机，其特征在于包括机架(3)，机架(3)上梁安装有加压油缸(1)，机架(3)下梁安装有位于加压油缸(1)正下方的高压腔(2)，加压油缸(1)的活塞杆能密封插入高压腔(2)；还包括其内充有导热油的导热罐(5)，导热罐(5)内有电加热器；高压腔(2)的底部开有注油孔(13)，高压腔(2)的顶部开有回油孔(12)；导热罐(5)用管路经导热泵(7)、单向阀(4)、注油孔(13)与高压腔(2)连通，导热罐(5)还经回油管(9)、回油孔(12)与高压腔(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种温等静压机，其特征在于高压腔(2)的顶部外扩有直径大于高压腔直径的油池(11)，回油孔(12)与油池(11)相通。
3.根据权利要求1或2所述的一种温等静压机，其特征在于加压油缸(1)的活塞杆下端悬挂有提篮(8)，提篮(8)随加压油缸(1)的活塞杆的上下运动而进出高压腔(2)。
4.根据权利要求3所述的一种温等静压机，其特征在于加压油缸(1)的活塞杆下端配置有耐热的第一密封圈(23)。
5.根据权利要求4所述的一种温等静压机，其特征在于油池(11)的上方设置有保温盖(10)。
6.根据权利要求5所述的一种温等静压机，其特征在于高压腔(2)、回油管(9)、单向阀(4)、导热泵(7)、导热罐(5)都加有保温层。
7.根据权利要求6所述的一种温等静压机，其特征在于将导热罐(5)内的导热油温度与高压腔(2)回油孔(12)处的导热油温度差小于额定数值，作为判断导热罐(5)和高压腔(2)内的导热油达到热平衡的依据。
8.根据权利要求1或2所述的一种温等静压机，其特征在于通过增压器(6)向加压油缸(1)提供压力油；所述增压器(6)由增压缸(15)和一端敞口、另一端密闭的增压腔(14)构成；增压缸(15)的缸体上开有位于其活塞下方的第二油孔(19)和位于其活塞上方的第三油孔(20)，增压缸(15)的活塞杆端部开有L形孔(18)，L形孔(18)的一端在增压缸(15)的活塞杆的端面上、另一端在增压缸(15)的活塞杆的柱面上；增压缸(15)的缸体与增压腔(14)密封对接，且增压缸(15)的活塞杆伸入增压腔(14)，增压腔(14)的敞口端内壁设有与增压缸(15)的活塞杆配合的第二密封圈(16)，增压腔(14)上开有第一油孔(17)，增压缸(15)的活塞位于下极限位置时，增压腔(14)上的第一油孔(17)与增压缸(15)的活塞杆端部的L形孔(18)相通，增压腔(14)的密闭端开有第四油孔(21)。
9.根据权利要求8所述的一种温等静压机，其特征在于在增压腔(14)密闭端的第四油孔(21)与加压油缸(1)之间加装液控单向阀(24)。
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