CN117145835A - 一种柔性恒压储气装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性恒压储气装置及其控制方法，本发明装置包括：刚性护罩圆管、第一连接件、第二连接件和乳胶气囊管，其中：刚性护罩圆管为半封闭结构，用于增大柔性恒压储气装置的储气压力及储能值，且两端设置为输入端和输出端；第一连接件和第二连接件分别固定安装在刚性护罩圆管的输入端和输出端的内壁上，且外侧分别与刚性护罩圆管的输入端和输出端螺纹连接；乳胶气囊管设置在刚性护罩圆管的内部，包括开口端和封闭端。本发明利用对乳胶气囊管进行循环充放气实现恒压储能及放能，刚性护罩圆管能够限制乳胶气囊管的径向应变以及保证乳胶气囊管的疲劳寿命，刚性护罩圆管的内径小于乳胶气囊管膨胀时的极限直径。

Description

一种柔性恒压储气装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及储气装置技术领域，具体而言，尤其涉及一种柔性恒压储气装置及其控制方法。

背景技术

以压缩空气为工作介质的气动系统具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，在各个行业得到了广泛应用。压缩气体的生产、运输、使用过程都有较大的能量损失，能量使用效率较低，气动系统的能量损失主要集中在气源空压机环节、管路输送环节和执行元件环节。其中执行元件消耗了气动系统的大部分压缩空气，但能量的利用率仅为60％左右，其余40％的气体直接排向大气，既增加碳排放，也降低了气动系统的能量效率。

目前，排气节能最有效的方式为利用储气装置将这部分气体回收存储起来再利用。当前的储气装置大都是刚性结构的气罐。气罐是典型的定容式刚体，能实现高压储气和长时间储气，但是气罐的体积较重，便携性较差，应用到气动节能回路中时，会有储气罐不能恒压储能及放能的问题，而且气罐不能完全回收或者释放能量。

而柔性储气装置是气动回路中储能及放能的重要元件，体积可以随着充放气过程不断变化，但是也可能重量较重、便携性较差，而且恒压储能放能较为困难。现有的储气装置由于其结构和工作原理的缺点，并不能满足这些要求。所以设计一款柔性恒压储气装置，对于改善蓄能器的恒压储能及放能，增大储能效率、提高便携性、具有较高的储能压力及储能值都具有重大意义和实用价值。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种柔性恒压储气装置及其控制方法。本发明主要利用柔性恒压储气装置进行恒压储能和放能，并将整个柔性恒压储气装置的刚性护罩管做成半封闭形式，以增大储气装置的储气压力及储能值。

本发明采用的技术手段如下：

一种柔性恒压储气装置，包括：刚性护罩圆管、第一连接件、第二连接件以及乳胶气囊管，其中：

所述刚性护罩圆管，为半封闭结构，用于增大柔性恒压储气装置的储气压力及储能值，且在所述刚性护罩圆管的两端设置为输入端和输出端；

所述第一连接件和第二连接件，分别固定安装在所述刚性护罩圆管的输入端和输出端的内壁上，且外侧分别与所述刚性护罩圆管的输入端和输出端螺纹连接；

所述乳胶气囊管，设置在所述刚性护罩圆管的内部，包括开口端和封闭端。

进一步地，所述刚性护罩圆管的输入端连接所述乳胶气囊管的开口端，开口端还依次连接有倒钩接头、第一双头接头及第一快换接头，其中：

所述第一快换接头与双头接头螺纹连接，第一双头接头和倒钩接头通过所述第一连接件连接。

进一步地，所述第一连接件的一端设置有通孔内螺纹和外螺纹，所述第一双头接头与第一连接件一端的内螺纹螺纹连接；第一连接件的另一端与所述倒钩接头螺纹连接。

进一步地，所述乳胶气囊管的开口端通过第一绑定铁丝与所述倒钩接头绑定连接。

进一步地，所述乳胶气囊管的封闭端通过密封塞进行封闭，密封塞通过第二绑定铁丝与所述乳胶气囊管绑定连接。

进一步地，所述刚性护罩圆管的输出端与所述第二连接件的一端螺纹连接，所述第二连接件的另一端设置有内螺纹，内螺纹连接第二双头接头的一端，第二双头接头的另一端螺纹连接第二快换接头。

进一步地，所述第二快换接头上开设有气孔，用于乳胶气囊管和刚性护罩圆管间的气体排出。

本发明还提供了一种基于所述柔性恒压储气装置的控制方法，包括：

打开气源，向乳胶气囊管中充气，在气囊内部径向圆周方向最先受到压力影响发生形变，乳胶气囊管先发生径向应变，由于外部刚性护罩圆管限制乳胶气囊管的径向应变，随后乳胶气囊管沿刚性护罩圆管的轴向方向发生轴向膨胀应变；

乳胶气囊管在快速膨胀过程中，会将乳胶气囊管与刚性护罩圆管中的气体迅速挤压并排出，产生应变能及压力能；

将乳胶气囊管中的气体排出，气囊气体稳定排出直至乳胶气囊管恢复原状，恒定输出收缩压力；放气过程中同样产生应变能及压力能，实现能量的储存及释放。

进一步地，所述控制方法还包括在充气结束时，通过添加截止阀或开关的形式将柔性恒压储气装置取下，成为便携储气装置，应用到气动回路中的步骤。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的柔性恒压储气装置，在乳胶气囊管外设置有一刚性护罩圆管，刚性护罩圆管的内径小于乳胶气囊管变形的极限直径，一方面，刚性护罩圆管有限制乳胶气囊膨胀和收缩时候的径向应变和增大柔性恒压储气装置的疲劳寿命；另一方面，在限制乳胶气囊的径向应变后，可以使气囊较早发生轴向应变，这样可以在一定程度上增大气囊的膨胀压力。

2、本发明提供的柔性恒压储气装置，通过双头接头螺纹连接快插接头和连接件，同时缠绕生料带，以保证装置的密封性；连接件同时加工内螺纹与外螺纹。连接件的外螺纹与刚性护罩圆管内螺纹螺纹连接，确定此处连接方式的螺距，使刚性护罩圆管有一定的螺纹硬度，避免出现滑丝和损坏情况。

3、本发明提供的柔性恒压储气装置，将倒钩接头通过螺纹连接固定在连接件上，使气囊在变形过程中初始膨胀位置始终在开口端，且乳胶气囊管的封闭端距离刚性护罩圆管输出端有一定距离，可以使气囊发生充分膨胀，空间不受到阻碍。

4、本发明提供的柔性恒压储气装置，其刚性护罩圆管的输出端的气孔可以帮助中间气体排出，使乳胶气囊管可以正常的充分轴向变形，从而增大乳胶气囊管的储气压力及储能值。另外，刚性护罩圆管也能起到保护作用，膨胀后的乳胶气囊管壁非常薄，刚性护罩圆管能够有效保护膨胀后的乳胶气囊管不与外界接触，不被划破或损坏，增长了储气装置的使用周期及寿命。

基于上述理由本发明可在气动系统供能等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明柔性恒压储气装置的结构剖面示意图。

图中：1、第一快换接头；2、第一双头接头；3、第一连接件；4、倒钩接头；5、第一绑定铁丝；6、乳胶气囊管；7、第二绑定铁丝；8、密封塞；9、刚性护罩圆管；10、第二连接件；11、第二双头接头；12、第二快换接头。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种柔性恒压储气装置，包括：刚性护罩圆管9、第一连接件3、第二连接件10以及乳胶气囊管6，其中：

所述刚性护罩圆管9，为半封闭结构，用于增大柔性恒压储气装置的储气压力及储能值，且在所述刚性护罩圆管9的两端设置为输入端和输出端；在本实施例中，优选的，刚性护罩圆管9可以采用钢管、铝管或者合成塑料管等。

所述第一连接件3和第二连接件10，分别固定安装在所述刚性护罩圆管9的输入端和输出端的内壁上，且外侧分别与所述刚性护罩圆管9的输入端和输出端螺纹连接；

所述乳胶气囊管6，设置在所述刚性护罩圆管9的内部，包括开口端和封闭端。乳胶气囊管具有可伸缩性，可以在充气时发生膨胀，放气时恢复原状。在本实施例中，优选的，乳胶气囊管6为乳胶橡胶材质，也可以选为天然橡胶，聚氨酯橡胶等材料。

在本实施例中，刚性护罩圆管9设置有输入端及输出端，应注意区分。输入端即有气源气体输入的一侧，气体通过气管连接各种接头进入到乳胶气囊6中；输出端即乳胶气囊管6和刚性护罩圆管9中气体能排出的一侧。需要说明的是，气管既作为充气管路也作为放气管路，充气时气体进入乳胶气囊管6储存能量，放气时气体流出乳胶气囊管6释放能量。输出端可以根据需要改变气孔的大小，从而增大气囊膨胀过程中受到的阻力。

在本实施例中，对于刚性护罩圆管9应有一定的内径及长度要求。刚性护罩圆管9的内径应小于乳胶气囊管6径向膨胀变形后的直径，从而使乳胶气囊管6更早的发生轴向变形过程，防止乳胶气囊管较早的发生疲劳影响储气装置的寿命。而刚性护罩圆管9的长度应略长与乳胶气囊管6膨胀完毕后的长度，保证在轴向方向上有一定的膨胀空间，使气囊能够发生充分膨胀，避免气囊因不完全膨胀发生扭曲变形，且能够增大乳胶气囊管6的储气能量值。在乳胶气囊管6迅速膨胀胀大时，与刚性护罩圆管9中间的气体迅速挤压并排出，在输出端设置有气孔帮助乳胶气囊管6及刚性护罩圆管9中的气体排出，并能起到增大储气装置储气压力的作用。另外刚性护罩圆管9也能对乳胶气囊管6起到保护作用，膨胀后的乳胶气囊管6管壁非常薄，刚性护罩圆管9能够有效保护膨胀后的乳胶气囊管6不与外界接触，不被划破或损坏，增长了储气装置的使用周期及寿命。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述刚性护罩圆管9的输入端连接所述乳胶气囊管6的开口端，开口端还依次连接有倒钩接头4、第一双头接头2及第一快换接头1，其中：所述第一快换接头1与双头接头2螺纹连接，第一双头接头2和倒钩接头4通过所述第一连接件3连接。在本实施例中，乳胶气囊管6发生膨胀变形时，首先发生径向膨胀，随后有刚性护罩圆管9限制乳胶气囊管6的径向应变，接着乳胶气囊管6发生轴向应变，由于开口端有连接件的固定，乳胶气囊管得以向一个方向发生轴向、体积规则的均匀应变过程。而由于第一双头接头2、倒钩接头4、以及第一连接件3的螺纹连接形式，使得乳胶气囊6开口端的连接位置基本固定，因此，乳胶气囊管6只能沿确定方向发生充气膨胀和放气收缩过程。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述第一连接件3的一端设置有通孔内螺纹和外螺纹，所述第一双头接头2与第一连接件3一端的内螺纹螺纹连接；第一连接件3的另一端与所述倒钩接头4螺纹连接。在本实施例中，外螺纹与刚性护罩圆管9内螺纹螺纹连接，应注意此处连接方式的螺距，使刚性护罩圆管9有一定的螺纹硬度，避免刚性护罩圆管9出现滑丝和损坏情况。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述乳胶气囊管6的开口端通过第一绑定铁丝5与所述倒钩接头4绑定连接。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述乳胶气囊管6的封闭端通过密封塞8进行封闭，密封塞8通过第二绑定铁丝7与所述乳胶气囊管6绑定连接。在本实施例中，为了保证乳胶气囊管6在充气时不发生漏气，所以设置有开口端和封闭端，其中，封闭端除了可以采用密封塞8进行密封，也可采用倒钩接头形状等适合柔性乳胶气囊管6连接封闭的结构物件。另外，在密封塞8的外圆周上加工有环形突起以提高绑定效果。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述刚性护罩圆管9的输出端与所述第二连接件10的一端螺纹连接，所述第二连接件10的另一端设置有内螺纹，内螺纹连接第二双头接头11的一端，第二双头接头11的另一端螺纹连接第二快换接头12。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述第二快换接头12上开设有气孔，用于乳胶气囊管6和刚性护罩圆管9间的气体排出。

本发明还提供了一种基于上述柔性恒压储气装置的运行方法，包括：充气阶段、保持阶段和放气阶段三个阶段，其中：

充气阶段：乳胶气囊管6首先发生径向膨胀，直至与刚性护罩圆管9接触，进而限制乳胶气囊管6的径向应变，接着乳胶气囊管管沿着轴向方向，以一个恒定的压力发生轴向膨胀。

保持阶段：停止供气后，由于乳胶气囊管的连接方式，能够保证乳胶气囊管的密封性，在不发生漏气的情况下，乳胶气囊管6内气体压力不再发生变化，此时柔性恒压储气装置的能量就以应变能和压力能的形式储存在装置内。

放气阶段：放气阶段是充气阶段的逆向行为，乳胶气囊管6同样以一相对恒定的压力进行放气收缩，能够对外进行供能，直至乳胶气囊管6中的气体完全排尽，乳胶气囊管恢复初始状态。

具体控制方法包括如下步骤：

S1、打开气源，向乳胶气囊管6中充气，在气囊内部径向圆周方向最先受到压力影响发生形变，乳胶气囊管6先发生径向应变，由于外部刚性护罩圆管9限制乳胶气囊管的径向应变，随后乳胶气囊管6沿刚性护罩圆管9的轴向方向发生轴向膨胀应变；

S2、乳胶气囊管6在快速膨胀过程中，会将乳胶气囊管6与刚性护罩圆管9中的气体迅速挤压并排出，产生应变能及压力能，充气结束后，关闭充气管路，储气装置储存有一定的气动应变能；

S3、将乳胶气囊管中6的气体排出，乳胶气囊管6发生轴向收缩，气囊气体稳定排出直至乳胶气囊管6恢复原状，恒定输出收缩压力；放气过程中同样产生应变能及压力能；

S4、重复执行步骤S1-S3，为柔性恒压储气装置的工作过程，能够实现能量的储存及释放。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，步骤S2中还包括：充气结束时，可以通过添加截止阀或开关的形式将柔性恒压储气装置取下，成为便携储气装置，应用到气动回路中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种柔性恒压储气装置，其特征在于，包括：刚性护罩圆管(9)、第一连接件(3)、第二连接件(10)以及乳胶气囊管(6)，其中：

所述刚性护罩圆管(9)，为半封闭结构，用于增大柔性恒压储气装置的储气压力及储能值，且在所述刚性护罩圆管(9)的两端设置为输入端和输出端；

所述第一连接件(3)和第二连接件(10)，分别固定安装在所述刚性护罩圆管(9)的输入端和输出端的内壁上，且外侧分别与所述刚性护罩圆管(9)的输入端和输出端螺纹连接；

所述乳胶气囊管(6)，设置在所述刚性护罩圆管(9)的内部，包括开口端和封闭端。

2.根据权利要求1所述的柔性恒压储气装置，其特征在于，所述刚性护罩圆管(9)的输入端连接所述乳胶气囊管(6)的开口端，开口端还依次连接有倒钩接头(4)、第一双头接头(2)及第一快换接头(1)，其中：

所述第一快换接头(1)与双头接头(2)螺纹连接，第一双头接头(2)和倒钩接头(4)通过所述第一连接件(3)连接。

3.根据权利要求1所述的柔性恒压储气装置，其特征在于，所述第一连接件(3)的一端设置有通孔内螺纹和外螺纹，所述第一双头接头(2)与第一连接件(3)一端的内螺纹螺纹连接；第一连接件(3)的另一端与所述倒钩接头(4)螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的柔性恒压储气装置，其特征在于，所述乳胶气囊管(6)的开口端通过第一绑定铁丝(5)与所述倒钩接头(4)绑定连接。

5.根据权利要求3所述的柔性恒压储气装置，其特征在于，所述乳胶气囊管(6)的封闭端通过密封塞(8)进行封闭，密封塞(8)通过第二绑定铁丝(7)与所述乳胶气囊管(6)绑定连接。

6.根据权利要求1所述的柔性恒压储气装置，其特征在于，所述刚性护罩圆管(9)的输出端与所述第二连接件(10)的一端螺纹连接，所述第二连接件(10)的另一端设置有内螺纹，内螺纹连接第二双头接头(11)的一端，第二双头接头(11)的另一端螺纹连接第二快换接头(12)。

7.根据权利要求1所述的柔性恒压储气装置，其特征在于，所述第二快换接头(12)上开设有气孔，用于乳胶气囊管(6)和刚性护罩圆管(9)间的气体排出。

8.一种基于权利要求1-7中任意一项权利要求所述柔性恒压储气装置的控制方法，其特征在于，包括：

打开气源，向乳胶气囊管(6)中充气，在气囊内部径向圆周方向最先受到压力影响发生形变，乳胶气囊管(6)先发生径向应变，由于外部刚性护罩圆管(9)限制乳胶气囊管(6)的径向应变，随后乳胶气囊管(6)沿刚性护罩圆管(9)的轴向方向发生轴向膨胀应变；

乳胶气囊管(6)在快速膨胀过程中，会将乳胶气囊管(6)与刚性护罩圆管(9)中的气体迅速挤压并排出，产生应变能及压力能；

将乳胶气囊管(6)中的气体排出，气囊气体稳定排出直至乳胶气囊管(6)恢复原状，恒定输出收缩压力；放气过程中同样产生应变能及压力能，实现能量的储存及释放。

9.根据权利要求8所述的柔性恒压储气装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括在充气结束时，通过添加截止阀或开关的形式将柔性恒压储气装置取下，成为便携储气装置，应用到气动回路中的步骤。