液压增压装置及具有该装置的流体增压输送系统的制作方法

本实用新型涉及流体增压与输送领域，特别涉及一种利用高压小流量的液压系统控制大流量流体的液压增压装置及具有该装置的流体增压输送系统。

背景技术：

在流体增压与输送领域中，流体的流量、压力、黏度、物理状态以及不稳定且不可控的流动状态，均对泵与压缩机的生产与研发提出了新的挑战。

在高粘度、大排量流体的输送领域，由于流体本身的粘度高，泵的转子转速受到限制，因此，单个泵的输出排量有限，要满足大排输送的需要，必须多个泵联合使用，因此，设备成本较高，单个泵的功率无法发挥，存在较大的效率浪费。

而在石油开采的领域，井口的产出物中往往是石油、天然气、水以及固体颗粒的混合物，在一些情况下，甚至存在一段液、一段气的气液混合物，在这种情况下，由于气液比例不确定，而现有的这类混合物的输送设备，如果用往复泵，由于往复频率过高且单向阀的寿命无法保证，在高频下单向阀也难以兼容气液两相流，无法保证性能，因此一般用螺杆泵，这类泵无内压缩过程，而气液的可压缩性不同，难以满足气液混合物的输送需要。

而对于车用天然气加气子站等压缩比较大的气体压缩领域，普遍采用的气体压缩设备是液压泵控制的气体压缩装置，例如附图6中所描述的结构，气体的压缩依赖于活塞的运动，而控制活塞动作的，是输入至腔室B或C中的压力油，气体的压缩是在腔室A或D中完成的，气体和液体的腔室的面积仅相差一个活塞杆的面积，因此，输入的压力油的流量跟气体输出的流量相差不大，在初始时，槽车内压力较高，为满足气体的输送量所需要的压力油流量不大，然而，随着卸车过程的进行，槽车内气体压力逐渐降低，为了保证足够的供气量则需要泵提供更大流量的液压油以驱动活塞，而由前所述，气液腔室之间活塞的面积差距不大，因此，驱动活塞动作需要泵的流量较大，一般的泵难以满足要求。

针对上述三种使用工况，现有一种如授权公告号为CN102287407B的发明专利中公开的双作用往复式液压增压器，参照其说明书附图的图1中所示，利用腔室3a（3b）与腔室4a（4b）之间的截面面积差异，实现向3a（3b）腔室内输入高压油液，控制活塞6动作，从而对腔室4a（4b）内的流体进行吸排，从而实现小流量输入、大流量输出且容积不变的目的。

但是，该技术方案中，整个增压器的长度为四个腔室分隔块行程的总和，整个设备尺寸较大。

技术实现要素：

本实用新型的第一个目的在于提供一种液压增压装置，其通过将液压控制部分内置，以在不改变输出流量的前提下，尽量减小设备的长度尺寸。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种液压增压装置，包括缸筒，以及位于缸筒中且将所述缸筒密封分隔为第一工作腔室和第二工作腔室的活塞，所述活塞上沿活塞轴向设置有活塞杆，所述活塞杆的两端固定至所述缸筒，所述活塞内设置有空腔，所述活塞杆上固设有将所述空腔密封分隔为第一控制腔室和第二控制腔室的分隔块，所述活塞杆的轴向上设置有自缸筒外至分隔块的两段控制油道，分隔块内设置有分别将两端控制油道连通第一控制腔室和第二控制腔室的流道。

通过采用上述技术方案，活塞内设置内腔，分隔块将该空腔分隔成两个控制腔室，当两控制腔室之一内进入泵出的高压控制油液时，控制油液对该控制腔室的壁面形成推挤的压力，此时，另一控制腔室的油液与油箱连通维持常压,高压侧空间逐渐增大,常压侧空间逐渐减小，因此，将高压小流量的控制油液通入控制腔室，可以推动活塞移动，从而实现工作腔室的体积变化，实现流体的输出或者压缩。而在上述过程中，由于分隔块位于活塞的内部的空腔中，因此，在同等输出流量的前提下，缸筒的长度不会由于控制腔室的引入而变长。

优选地，所述活塞包括与分隔块外圈密封配合的内筒、与内筒同轴且与缸筒内壁配合的外筒，以及密封内筒和外筒的两端且与活塞杆滑动密封的端盖，所述内筒与外筒之间形成有内腔。

通过采用上述技术方案，内筒与外筒之间形成的环形内腔，相较于实体的活塞，这种结构相当于在同体积的活塞上去除部分材料，整个液压增压装置重量更轻。

优选地，所述活塞外表面上开设有一环槽，所述缸筒内固设有将所述环槽密封分隔为新增腔室一和新增腔室二的分隔挡板。

通过采用上述技术方案，活塞外表面的环槽以及分隔挡板的设置，使得活塞与缸筒内壁之间于分隔挡板两侧形成了两个新增腔室，这两个腔室与工作腔室连通，可以增加缸筒内工作腔室的体积，提升装置的空间利用率。

优选地，所述活塞杆与缸筒之间设置有固定密封两者的第四密封件，分隔块与活塞内的空腔之间设置有固定密封两者的第二密封件。

通过采用上述技术方案，活塞杆与缸筒之间的密封，直接影响的是工作腔室的密封性，增加的第四密封件在两者之间产生固定密封，提升工作腔室的密封效果；分隔块与空腔之间的密封影响的是控制腔室的密封性，两者之间通过第二密封件进行滑动密封，可以提升空腔内的控制腔室的密封效果。

优选地，所述活塞杆与活塞之间设置有滑动密封两者的第三密封件，所述活塞与缸筒内壁之间设置有滑动密封两者的第一密封件。

通过采用上述技术方案，第三密封件可以增加活塞与活塞杆件的滑动密封效果，防止活塞相对于活塞杆滑动时相邻控制腔室与工作腔室连通；第一密封件可以增加活塞与缸筒之间的滑动密封效果，防止活塞在缸筒内移动时被活塞分隔的两个工作腔室连通。

本实用新型的第二个目的在于提供一种流体增压输送系统，其通过采用上述的液压增压装置，以在不改变输入流量与输出流量的前提下，尽量减小增压装置的长度尺寸，进而减小流体增压输送系统的整体尺寸。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种流体增压输送系统，包括有上述的任一种液压增压装置，以及向第一控制腔室和第二控制腔室内供压力油液以驱动活塞移动的液压系统。

优选地，所述液压系统包括油箱、设置于油箱出口的液压泵以及连接于液压泵的油口用于选择压力油流入第一控制控制腔室或第二控制腔室的换向阀。

通过采用上述技术方案，由于采用上述的液压增压装置，使得液压泵输出的高压小流量控制油液可以控制活塞移动，从而实现工作腔室内的流体的大流量输出或者压缩，整个装置的尺寸由于分隔块内置于活塞中，在同等流量输出的前提下，缸筒不会过分增长，整个流体增压输送系统尺寸相较于现有结构有所减小。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

（1）对于任意比例的气液混输的工况，由于泵的压力-流量控制形式灵活，可以在气液比例变化时随时调整控制油液的输入，由此控制活塞的移动速度与往复频率，提高工作腔的单向阀的可靠性和气液兼容性，因此，该结构可以做到工作腔室内任意内容积比的压缩而性能不受气液比例的影响，适用于石油开采的领域的气液混输工况；

（2）控制腔室内输入高压小流量的控制油液，可以控制工作腔室输出稳定的大流量流体，由于活塞的往复运动速度较慢,这种大流量输出不受工作腔室内的流体的粘度等物理性质影响，成本的制造难度降低，装置的自吸效果较好；

（3）应用于车用天然气压缩领域时，液压泵的流量与工作腔室输出的流体流量有较大的差值，因此，气体压缩后输出流量不受泵的限制，只需按照需求设置活塞内空腔的截面面积与缸筒的截面面积比值即可。

附图说明

图1是流体增压输送系统的工作状态示意图一；

图2是流体增压输送系统的工作状态示意图二；

图3是实施例1中所描述的液压增压装置；

图4是实施例2中所描述的液压增压装置；

图5是实施例3中所描述的液压增压装置；

图6是背景技术中所提及的现有技术附图。

图中，1、液压泵；2、换向阀；3、液压增压装置；30、第一工作腔；300、新增腔室一； 301、第一过流口；302、第二过流口；31、第二工作腔；310、新增腔室二；311、第三过流口；312、第四过流口；32、第一控制腔；33、第二控制腔；34、活塞杆；340、控制油道；341、分隔块；342、流道；35、活塞；350、内筒；351、外筒；352、端盖；353、内腔；354、分隔挡板；36、第一密封件；37、第二密封件；38、第三密封件；39、第四密封件；4、截止阀；5a至5f、单向阀；6、油箱；7、输入管路；8、输出管路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

一种流体增压输送系统，如图1和图2中所示，包括液压增压装置3以及用于控制增压装置3工作的液压系统，其中：液压系统又包括液压泵1、换向阀2以及油箱6，液压泵1将油箱6中的油液，泵送至增压装置3内，并在换向阀2的方向控制作用下，控制增压装置3的双向增压运动。

具体来说，结合图3，液压增压装置3包括外部缸筒，以及滑动密封设置于缸筒内部空腔内的活塞35，活塞35上滑动连接有活塞杆34，活塞杆34的两端固定至缸筒的两个端壁上。缸筒的两个端壁上设置第一过流口301、第二过流口302、第三过流口311以及第四过流口312，以向缸筒内引入待输送或压缩的流体。

活塞35将缸筒内部空腔分隔为第一工作腔室30和第二工作腔室31，待输送或者压缩的流体在这两个腔室完成增压或输送，四个过流口内流入或流出的流体分别进入这两个工作腔室；活塞35的内部设置有一空腔，活塞杆34的全长中央位置设置有一分隔块341，分隔块341与活塞35内部的空腔滑动密封（活塞35相对于分隔块341沿轴向滑移），并且，该空腔于分隔块341两侧被密封分隔为第一控制腔室32和第二控制腔室33。

活塞杆34的内部设置有沿其轴向设置且一直延伸出缸筒的控制油道340，分隔块341上设有连通控制油道340和第一控制腔室32或第二控制腔室33的流道342，如此，靠近第一控制腔室32的控制油道340进入的控制油液通过分隔块341上的流道342进入第一控制腔室32；而靠近第二控制腔室33的控制油道340进入的控制油液通过分隔块341上的流道342进入第二控制腔室33，两部分控制油液均来自前述的液压系统。

由于工作腔室内的流体为待输送或压缩的流体，而控制腔室内的为来自液压系统的油液，因此，为了实现密封，防止增压装置3发生内泄，分隔块341与活塞35的内部空腔之间设置第二密封件37；活塞杆34与活塞35之间设置第三密封件38；活塞35与缸筒内壁之间设置第一密封件36；而活塞杆34与缸筒上活塞杆34伸出位置处设置第四密封件39。上述的密封件中，第四密封件39为固定密封，其余位置处均为滑动密封。

结合图1与图3，液压泵1的工作将油箱6内的油液进行加压，并通过换向阀2输入液压增压装置3，如图1中所示的第一种工作状态，压力油沿图中箭头所标示的方向，经由图3中所示的左侧的控制油道340流入活塞杆34内，并通过分隔块341上的流道进入第二控制腔室33；第一控制腔室32内的油液经由图3中所示的右侧的控制油道340流出活塞杆34，并最终经由换向阀2的回油口流回油箱6。在这种油液的流动方向控制下，活塞35受第二控制腔室33内的压力油的压力作用向左移动，挤压第二工作腔室31内的流体，实现其输送或者压缩。

相似地，结合图2与图3，换向阀2切换至左位工作，油液经由图3中所示的右侧的控制油道340流入活塞杆34，压力油进入第一控制腔室32内，活塞35在压力油的作用下向右移动，挤压第一工作腔室30内的流体，使其压缩或者在预期的排量排出。

待输送或压缩的流体经由输入管路7和输出管路8进入和流出流体增压输送系统，两个管路上各设置一截止阀4，用于连通或者截断外部流体。输入管路7分为两路：一路连通第二工作腔室31，另一路连通第一工作腔室30，并且，两路上分别设置开口朝向缸筒内部的单向阀5a和单向阀5c；与之相同，输出管路8也分为两路：一路连通第二工作腔室31，另一路连通第一工作腔室30，两路上分别设置开口朝向输出管路8的单向阀5b和单向阀5d。

参照图1与图2，给出本实施例中的流体增压输送系统的动态工作过程：

如图1中所示，换向阀2工作于右位，液压泵1泵送压力油进入第二控制腔室33，活塞35向左移动，第二工作腔室31内的流体受挤压，经由单向阀5d流出至输出管路8；此时，单向阀5c为开启状态并连通输入管路7，第一工作腔室30内有流体流入；

如图2中所示，当活塞35运动至行程终点（例如触碰缸筒内的行程开关或者第二控制腔室33内压力超过某一阈值），换向阀2切换至左位工作，此时，液压泵1泵送压力油进入第一控制腔室32，活塞35向右移动，第一工作腔室30内的流体受挤压，经由单向阀5b流出至输出管路8；此时，单向阀5a为开启状态并连通输入管路7，第二工作腔室31内有流体流入。

上述过程循环往复，可以实现流体自输入管路7至输出管路8的压缩或输送，由于控制活塞35动作的是液压泵1的压力油液，而压力油液的作用面积为分隔块341的面积，与活塞35面积之间相差较大，因此，该结构可以实现高压小流量控制大流量的流体输送；而分隔块341嵌套于活塞35内部的空腔内，因此，在输出流量相同的情况下，液压增压装置3的长度小，整个流体增压输送系统的尺寸也随之减小。

实施例2

一种液压增压装置，如图4中所示，其与实施例1中的液压增压装置3的区别在于：活塞35采用分体式活塞，其具体包括：与分隔块341配合的内筒350、与缸筒内壁配合的外筒351，内筒350与外筒351的两端通过端盖352密封，这样，在内筒350与外筒351之间形成一内腔353。这种结构的液压增压装置，当用作易燃易爆或者化学性质不稳定的流体输送或压缩时，可以通过预先在内腔353内充入适当的气体形成保护气氛。并且，由于内外筒之间为中空的内腔353，因此，相较于实心的活塞35，此种结构可以减轻液压增压装置的重量。

实施例3

一种液压增压装置，如图5中所示，其与实施例1中的液压增压装置3的区别在于：活塞35的长度中央开设一圈环槽，使得整个活塞35近似于“工”字型，两端与缸筒的内壁滑动密封，中部的环槽上设置分隔挡板354，分隔挡板354固定于缸筒内，并与活塞35上的环槽的外壁形成滑动密封连接，如此，在分隔挡板354的两侧，形成新增腔室一300和新增腔室二310，两者分别辅助第一工作腔室30和第二工作腔室31进行流体的输送或者压缩。

在使用时单向阀5e为新增腔室一300和新增腔室二310的流体引入位置；单向阀5f为新增腔室一300和新增腔室二310输出流体的位置。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。