专利名称：具有压力减轻设备的液压气动脉管的制作方法
具有压力减轻设备的液压气动脉管
背景技术：
诸如水或其它液体等不可压缩流体通常被供应以用于居民及商业应用中。通常，此类流体通过泵或其它原动力被供应到诸如水龙头等出口，以供用户或机器使用。用户或机器通常需要流体以相对高的稳定的流量供应，以针对既定终端使用确保流体以及时的方式递送。例如，用户可需要用饮用水快速填充若干容器。又如，商用咖啡机可在短的时间间隔内需要相对大体积的水来填充水瓶，从而在高需求的时间段内用热咖啡满足顾客。在此种应用中，可能希望提供稳定的水流量以实现始终如一的制作，使得每一批制作的咖啡的味道均相同。通常，仅泵不足以满足以上稳定高流量的需要。典型的泵仅在其工作时供应压力和流。因此，当下游用户或机器需要流体时，典型的泵将需要一直工作。然而，这种需求通常是频繁和间歇式的，使得可迫使泵快速地循环开启和关闭，这很可能导致电力的不良使用和可能导致泵的过早失效。此外，因为这种构造的泵将通常依赖压降来切换到服务状态， 所以最终使用者或机器将可能看到不期望的流量波动。为了减轻以上问题，液压气动槽可安装在泵下游和水龙头或其它出口上游的不可压缩流体线路中。一种类型的液压气动槽包括将不可压缩流体与可压缩流体分开的内部柔性隔板。在此类液压气动槽中，所述柔性隔板的一侧通常预填充固定量的可压缩流体-通常为空气或氮-从而提供衬垫，所抽吸的不可压缩流体可推压所述衬垫。增大液压气动槽中的不可压缩流体的体积和压力导致柔性隔板的相应伸展或收缩，使得预填充的可压缩流体被压缩。所述可压缩流体的这种压缩存储了势能，所述势能可在稍后用于迫使不可压缩流体从液压气动槽流至所述出口。因为不可压缩流体通过存储在所述可压缩流体中的势能被驱动到出口，所以泵不需要连续工作来提供稳定的流量。相反，泵仅需要偶尔开启以将液压气动槽中的压力保持在可接受的水平。在实施过程中，某些故障可导致不可压缩流体的压力超出可接受的水平。例如，不可压缩流体流中的压力开关可失效，导致不正确的反馈返回到泵，并允许泵在可接受的水平以上继续为流体增压。又如，不可压缩流体的非预期热膨胀可引起超过可接受的水平的压力状况。在这种情况下，可允许液压气动槽在不受控制的状态下增压。不受控制的过度增压可导致系统故障和槽的结构性失效。以上问题的一个解决方案是在所述不可压缩流体流中提供压力减轻阀。这种阀当工作时可通过从所述系统中喷射不可压缩流体而提供对不可压缩流体的压力调节，因而确保其压力不超出安全和可接受的工作水平。不幸的是，在不可压缩流体流中提供压力减轻阀可仅隐藏所述根本问题，从而使问题在不被察觉的情况下继续存在。例如，在所述不可压缩流体流中的压力减轻阀的流体出口通常与排水管成直接铅垂关系，使得喷射的流体-通常是受压的和/或热的-安全地向下流出排水管并离开最终使用者或机器。因为所喷射流体的这种自动变更路线，忙碌的工人可能不会注意到正在发生过压状况。没有注意到这种表现，工人很可能不会注意到引起非预期过压力的基础状况。
此外，由于在不可压缩流体流中允许存在过压力状况，因此允许重复启动压力减轻阀，从而潜在地引起磨损，这可最终导致失效。即使磨损不导致失效，在液体流中重复启动压力减轻阀也可导致在不可压缩流体中存在的溶解的固体或其它污染物干扰阀的正常工作。随时间推移，这种污染物可使得压力减轻阀被堵塞、腐蚀或卡住，最终导致阀的失效。在这种压力减轻阀失效的情况下，可使不可压缩流体流在不受抑制的情况下受压，可能导致在液压气动槽中发生周期性或持续性的不安全压力。需要提供一种可帮助减轻液压气动槽中的不可接受的过压力状况的系统。还需要提供一种以下系统，所述系统可帮助减轻液压气动槽中的不可接受的过压力状况，同时提醒最终使用者和工人存在引起过度增压的基础状况。还需要提供一种以下系统，所述系统可减少存储在液压气动槽中的势能，使得在槽失效时可释放的能量减少
发明内容
本发明提供了一种液压气动系统，当在对应的不可压缩流体中发生过压状况时所述系统可从液压气动脉管中释放可压缩流体。通过从所述脉管中释放可压缩流体，根据本发明的示例性液压气动系统可减少可用于压缩的可压缩流体的量，因此减少用于存储势能的脉管的容量。因为根据本发明的示例性液压气动系统可减少用于存储势能的脉管的容量，所以液压气动系统的总流动性能有益效果可减少并最终随着时间消除，因此提醒最终使用者存在引起不可压缩流体的不可接受的过度增压的状况。根据本发明的减少用于存储势能的脉管容量的另一有益效果是在脉管结构性失效的情况下减小可释放的能量的量。在一个方面，本发明提供了一种液压气动系统，其包括流体脉管，所述流体脉管包括不可压缩流体部分和用于容纳第一压力的可压缩流体的可压缩流体部分，所述可压缩流体部分与所述不可压缩流体部分压力连通并通过柔性隔板与所述不可压缩流体部分分开。这种实施例还包括不可压缩流体源，所述不可压缩流体源用于将第二压力的不可压缩流体供应到不可压缩流体部分，所述第一压力与所述第二压力基本平衡。此类实施例还包括与所述不可压缩流体部分流体连通的不可压缩流体出口、和与所述可压缩流体部分流体连通的压力减轻设备，从而当第一压力超过阈值压力时从所述流体脉管释放至少一部分可压缩流体。在一些实施例中，所述柔性隔板包括可伸展筒胆。在一个实施例中，所述柔性隔板包括隔膜。在一个方面，所述不可压缩流体源包括过滤系统。在此类实施例中，所述过滤系统可包括反向渗透过滤元件。在一个实施例中，所述不可压缩流体源包括流体泵。在此类实施例中，所述流体泵可包括井泵。在一些实施例中，所述液压气动系统还包括与所述可压缩流体部分流体连通的第一可压缩流体填充口。在一些此类实施例中，所述压力减轻设备连接到所述第一可压缩流体填充口。在一个实施例中，所述压力减轻设备通过螺纹连接到所述第一可压缩流体填充□。在一些实施例中，所述第一可压缩流体填充口包括第一弹簧助力提升阀。在一些此类实施例中，所述压力减轻设备包括用于按下第一弹簧助力提升阀的阀按压构件。
在一个实施例中，所述液压气动系统还包括与可压缩流体部分流体连通的第二可压缩流体填充口，并且第二可压缩流体填充口在所述压力减轻设备连接到所述第一可压缩流体填充口的时候可被接达。在一个方面，本发明提供了一种上述的液压气动系统，其中所述不可压缩流体源包括用于将第二压力控制至工作压力的压力控制装置，其中所述工作压力低于或等于阈值压力。本发明还提供一种限制存储在流体脉管中的势能的方法，所述方法包括将第二压力的不可压缩流体供应到所述流体脉管的不可压缩流体部分，所述流体脉管包括可压缩流体部分，所述可压缩流体部分包括第一压力的可压缩流体，所述可压缩流体部分与所述不可压缩流体部分压力连通，并通过柔性隔板与不可压缩流体部分隔开，使得所述第一压力与所述第二压力基本平衡；将所述不可压缩流体供应到不可压缩流体出口 ；以及当第一压力超过阈值压力时从流体脉管释放至少一部分可压缩流体。在一个实施例中，所述可压缩流体部分通过可伸展筒胆与所述不可压缩流体部分分离。在一些实施例中，所述可压缩流体部分通过弹性体屏蔽件与所述不可压缩流体部分·分离。在一些实施例中，所述方法还包括从所述流体脉管释放充足量的可压缩流体以使得所述可压缩流体部分停止帮助将所述不可压缩流体供应到所述不可压缩流体出口。在一个方面，所述方法还包括将所述第二压力控制到工作压力，其中所述工作压力低于或等于阈值压力。在此所用的“不可压缩流体”包括基本不可压缩但是允许例如在变化的压力或温度状况下存在非常轻微的压缩的流体。例如，水通常被认为是“不可压缩流体”，即使在特定状况下水可被压缩到非常小的程度。根据以下具体实施方式
，本发明的这些方面和其它方面将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。
在整个说明书中参考附图，在这些附图中，相同的参考编号表示相同的元件，并且其中图IA是根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中所述流体脉管含有相对低压的充满的可压缩流体和相对小体积的不可压缩流体；图IB是在典型工作状态下的根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中在流体脉管中的可压缩流体被压缩，从而提供力以将不可压缩流体驱动至不可压缩流体出Π ；图IC是根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中所述可压缩流体的压力超出阈值压力，并且可压缩流体被从流体脉管中释放；图ID是根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中基本上所有的可压缩流体已从流体脉管中释放；图2A是根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中流体脉管含有相对低压的充满的可压缩流体和相对小体积的不可压缩流体；图2B是在典型工作状态下的根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中在流体脉管中的可压缩流体被压缩，从而提供力以将不可压缩流体驱动至不可压缩流体出Π ；图3是根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中不可压缩流体源包括过滤系统；图4是根据本发明的示例性液压气动系统的示意图，其中不可压缩流体源包括流体泵；图5是根据本发明的示例性液压气动系统的局部细化示意图，其中流体脉管包括第一可压缩流体填充口和压力减轻设备；图6是根据本发明的示例性液压气动系统的局部细化示意图，其中流体脉管包括 第一可压缩流体填充口和连接到所述第一可压缩流体填充口的压力减轻设备；以及图7是根据本发明的示例性液压气动系统的局部细化示意图，其中流体脉管包括第一可压缩流体填充口和压力减轻设备以及连接到所述第一可压缩流体填充口的第二可压缩流体填充口。
具体实施例方式图IA是根据本发明的示例性液压气动系统10的示意图。如图所示，流体脉管100在内部分隔成可压缩流体部分140和不可压缩流体部分120。可压缩流体和不可压缩流体122部分通过柔性隔板110分隔。所述柔性隔板110可包括例如可伸展筒胆，如图2A和图2B所示，或者可为如图IA-图ID所示的隔膜。通常，所述柔性隔板110由不能透过任何流体的材料构成，使得在可压缩流体部分140和不可压缩流体部分120之间没有流体连通。然而，应该理解，透过柔性隔板110的一定水平的非实质流体连通，诸如通过使可压缩气体透过柔性隔板110缓慢扩散到不可压缩流体122中，可能不影响系统的正确稳态操作并因此是可以容许的。可以用于柔性隔板110的材料包括例如弹性体和弹性体与用于改变强度、弹性或渗透性的其它材料的复合物。如图IA所示，可压缩流体部分140预填充固定压力的第一压力的可压缩流体142，并且不可压缩流体部分120包括第二压力的不可压缩流体122。因为如图I所示在流体脉管100中不可压缩流体122的第二压力和体积相对低，并且因为第一压力和第二压力基本平衡，所以可压缩流体142被最小程度地压缩。因为第一压力低于压力减轻设备180的阈值压力，所以没有可压缩流体142从可压缩流体部分140释放。现在参见图1B，从不可压缩流体源150供应更多的不可压缩流体122，并且所述不可压缩流体不允许通过不可压缩流体出口 170排出。这样，第二压力增大。第一压力按比例增大，因此将固定量的可压缩流体142压缩到更小的体积。因此，图IB描绘了液压气动系统的典型工作状况，其中所述可压缩流体部分140含有被压缩到足够程度的可压缩流体142，从而可压缩流体部分140提供衬垫和力以根据需要从不可压缩流体出口 170驱动不可压缩流体122。此外，第一压力虽然相对于图IA所示的状况增大了，但是仍然低于压力减轻设备180的阈值压力，并且没有可压缩流体142从可压缩流体部分140释放出。转到图1C，源于不可压缩流体源150的过压力状况使得第二压力进一步增大到超出阈值压力。因为第一压力和第二压力基本平衡，所以第一压力也增大到超出阈值压力。因此，可压缩流体142的一部分从压力减轻设备180释放直至第一压力降低至小于或等于阈值压力的水平。由于所述可压缩流体142的一部分已被释放，液压气动系统10返回到基本上如图IB所示的构造，不同的是，现在在可压缩流体部分140中存在较少量的可压缩流体142。因为现在存在较少的不可压缩流体122，因此可压缩流体部分140不大能够对不可压缩流体122提供缓冲和力，从而导致流体脉管100的容量净损失以将连续的流体流递送到不可压缩流体出口 170。根据在每个过压力状况下释放的可压缩流体142的量，一定数目的过压力事件将导致图ID所示的状况，其中基本所有的可压缩流体142已从流体脉管100中释放。在持续的过压力情况中，在一个连续事件中可发生这种释放。在基本所有可压缩流体142从流体脉管100释放时，流体脉管100停止以提供相对于不可压缩流体122的衬垫或驱动力。在实际效果中，在图ID中描绘的状况与其中流体脉管100完全从系统中去除的情况相同。因 为没有衬垫或驱动力，液压气动系统10丧失了帮助将不可压缩流体122驱动到不可压缩流体出口 170的能力，因此仅留下不可压缩流体源150为不可压缩流体出口 170供应压力和体积。如上所述，该状况通常导致出现不可接受的系统性能。如果允许这种状况保持，则该状况可最终导致泵的失效等。在流体脉管100的可压缩流体部分140上提供压力减轻设备180允许发生图IA-图ID中描绘的累进状况。随着在不可压缩流体出口 170处的流动性能降低，提醒最终使用者在不可压缩流体122供应中发生过压力状况。该提醒功能可允许最终使用者联系合适的技术人员来调查此类过压力状况的原因，从而可在发生对系统的损坏之前修理它们。允许发生图IA-图ID中描绘的累进状况的另一有益效果是万一发生流体脉管100的突发性结构失效则将液压气动系统10转变为更加可被接受的失效模式。例如，在本领域中，被连续损坏的流体脉管100可变为结构性失能的。在这种失能状态下，流体脉管100可在低于其额定压力的压力下破裂。在发生这种破裂的情况下，在流体脉管100中含有的任何流体将被释放到大气环境中。如果在发生破裂时在流体脉管100中存在大量高度压缩的可压缩流体142，则随着所述被压缩流体中的势能被快速释放这些被压缩的流体可爆炸性地膨胀。因为根据本发明的液压气动系统工作以降低流体脉管100中的可压缩流体142的量，相反在不可压缩流体122中留下低得多的势能，所以与先前系统相比，本系统在这种破裂过程中可释放的势能为显著降低的能量。以下描述的预示性实例示出了以上参照假想流体脉管100描述的有益效果。预示件实例假设流体脉管100如图1A-1B所示并且具有以下表I所示的体积，不同之处是不提供压力减轻设备180。此外，还假设可压缩流体和不可压缩流体具有在下表I中描述的特性表I
权利要求
1.一种液压气动系统,其包括 流体脉管，所述流体脉管包括 不可压缩流体部分；和 可压缩流体部分，所述可压缩流体部分用于容纳第一压力的可压缩流体，所述可压缩流体部分与所述不可压缩流体部分压力连通并通过柔性隔板与所述不可压缩流体部分隔开； 不可压缩流体源，所述不可压缩流体源用于将第二压力的不可压缩流体供应到所述不可压缩流体部分，所述第一压力与所述第二压力基本平衡； 不可压缩流体出口，所述不可压缩流体出口与所述不可压缩流体部分流体连通；以及 压力减轻设备，所述压力减轻设备与所述可压缩流体部分流体连通，以当所述第一压 力超过阈值压力时将至少一部分所述可压缩流体从所述流体脉管中释放。
2.根据权利要求I所述的液压气动系统，其中所述柔性隔板包括可伸展筒胆。
3.根据权利要求I所述的液压气动系统，其中所述柔性隔板包括隔膜。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压气动系统，其中所述不可压缩流体源包括过滤系统。
5.根据权利要求4所述的液压气动系统，其中所述过滤系统包括反向渗透过滤元件。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压气动系统，其中所述不可压缩流体源包括流体泵。
7.根据权利要求6所述的液压气动系统，其中所述流体泵包括井泵。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压气动系统，还包括与所述可压缩流体部分流体连通的第一可压缩流体填充口。
9.根据权利要求8所述的液压气动系统，其中所述压力减轻设备连接到所述第一可压缩流体填充口。
10.根据权利要求9所述的液压气动系统，其中所述压力减轻设备通过螺纹连接到所述第一可压缩流体填充口。
11.根据权利要求10所述的液压气动系统，其中所述第一可压缩流体填充口包括第一弹簧助力提升阀。
12.根据权利要求11所述的液压气动系统，其中所述压力减轻设备包括用于按压所述第一弹簧助力提升阀的阀按压构件。
13.根据权利要求9-12中的任一项所述的液压气动系统，还包括与所述可压缩流体部分流体连通的第二可压缩流体填充口，并且所述第二可压缩流体填充口在所述压力减轻设备连接到所述第一可压缩流体填充口的时候可被接达。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的液压气动系统，其中所述不可压缩流体源包括用于将所述第二压力控制至工作压力的压力控制装置，其中所述工作压力低于或等于所述阈值压力。
15.一种限制存储在流体脉管中的势能的方法，所述方法包括 将第二压力的不可压缩流体供应到所述流体脉管的不可压缩流体部分，所述流体脉管包括可压缩流体部分，所述可压缩流体部分包括第一压力的可压缩流体，所述可压缩流体部分与所述不可压缩流体部分压力连通，并通过柔性隔板与所述不可压缩流体部分隔开，使得所述第一压力与所述第二压力基本平衡； 将所述不可压缩流体供应到不可压缩流体出口 ；以及 当所述第一压力超过阈值压力时从所述流体脉管释放至少一部分所述可压缩流体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述可压缩流体部分通过可伸展筒胆与所述不可压缩流体部分分离。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述可压缩流体部分通过弹性体屏蔽件与所述不可压缩流体部分分离。
18.根据权利要求15-17中的任一项所述的方法，还包括 从所述流体脉管释放充足量的所述可压缩流体以使得所述可压缩流体部分停止帮助将所述不可压缩流体供应到所述不可压缩流体出口。
19.根据权利要求15-18中的任一项所述的方法，还包括 将所述第二压力控制到工作压力，其中所述工作压力低于或等于所述阈值压力。
全文摘要
本发明涉及一种具有筒胆或隔膜的蓄力器，所述筒胆或隔膜用于将气体室与不可压缩液体室分开，所述蓄力器具有压力减轻阀，所述压力减轻阀用于在过压力的情况下将气体从气体室中释放出来；装置，所述装置用于将气体填充到气体室和从所述气体室中释放气体。
文档编号F15B1/10GK102803623SQ201180013645
公开日2012年11月28日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月19日
发明者马丁·J·布拉兹, 赫曼·R·帕特尔, 尼尔·M·杜瓦尔 申请人:3M创新有限公司