一种循环利用压力气体给液体增压的泵的制作方法

本发明涉及液体增压技术领域，是液体增压泵功能的一种替代设备，具体涉及利用气体的压力推动密闭罐中的液体增加压力，替换空间的气体再次被循环利用，增压后再次给另一组密闭罐中的液体增压。

背景技术：

现有的泵都是采用施加动能的方式，实现增压的效果。有一些将能量一次性转化，没有通过气体等介质传递能量，没有具有能量的介质可以再次被利用。在一些采用空气等介质推动的泵中，没有介质回收设置，造成能源浪费。

主要分两种情况，具有不可克服的缺陷。

一是现有各种水泵的工作原理：

离心泵：叶轮旋转产生的离心力，使叶轮中心与吸入液面形成压力差，从而使液体不断地被吸入和排出。

混流泵：叶轮旋转时既产生离心力又产生轴向推力而抽送液体。

轴流泵：靠叶轮旋转产生的轴向推力来抽送液体。

旋涡泵：利用叶片的动量交换不断对液体作功。

切线流泵：放射状径向直叶片的开式叶轮，高压液体沿锥形扩散管排出，达到增压效果。

容积泵：靠泵体内容积的周期性变化给液体施加能量。

其他类型泵：是指另外的方式传递能量的一类泵。如射流泵：高速喷射的流体。水锤泵：流动中的水被突然刷动时产生的能量。

但我们经常根据用途将泵分成很多种，虽然名称叫法不同，但都可归类在下表的范围内。

二是利用气体压力增压的泵的工作原理。

主要有两种：气气增压泵和气液增压泵，工作原理分别为：

气气增压泵工作原理：气动增压泵利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压流体。可用于压缩空气及其它气体，输出气压可通过驱动气压无级调节。

气液增压泵工作原理：类似于压力增压器，对大径空气驱动活塞施加一个很低的压力，当此压力作用于一个小面积活塞上时，产生一个高压。通过一个二位五通气控换向阀，增压泵能够实现连续运行。由单向阀控制的高压柱塞不断的将液体排出，增压泵的出口压力大小与空气驱动压力有关。当驱动部分和输出液体部分之间的压力达到平衡时，增压泵会停止运行，不再消耗空气。当输出压力下降或空气驱动压力增加时，增压泵会自动启动运行，直到再次达到压力平衡后自动停止。

以上气气增压泵和气液增压泵只是考虑了增压问题，没有考虑工作压力气体的再次循环利用问题，因此，工作端压力气体被损耗，整体效率没有达到优化。

综合以上所述，现有技术设备要么没有采用介质进行能量传递，要么通过气体进行能量传导过程中，没有考虑具有能量介质的再一次利用，同时，在结构设计上，部件之间配合紧密，技术要求高，不同型号、不同尺寸的设备制造成本相差较大，尤其在大型化、高参数、可控性、高效率和高性价比等方面具有不可克服的弱点和障碍。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明巨能泵是提供一种替代泵的设备，采用引入具有一定压力气体的传递介质方式，传递能量给液体实现增压效果，传递能量的介质仍然是具有一定压力的气体，这种具有一定压力的气体可以再次被利用。相比较把标准大气压力下的空气加压到标准工作压力状态时，传递能量给液体实现增压，要节省较大比例的能量。具体实施过程中，循环利用气体的压力推动密闭罐中的液体增压并排出，替换密闭罐中液体空间的气体再次被循环利用，增压后，再次给另一组密闭罐中液体增压。

本发明在结构设计上，容易制造和组装配置，在满足不同技术参数时，制造技术要求区别不明显，尤其在大型化、高参数、可控性、高效率和高性价比等方面具有明显优势。

第一方面，本发明的设备结构设置及运行方法情况说明。

一是本发明的设备结构设置情况说明。本发明的实施例中，见图1，本发明包括动力提供装置6、低压液体蓄存罐5、高压液体使用设备7。动力提供装置设计成两套以上容积置换容器组合、气体压缩机18、真空机19、压力气体补充源8。

所述容积置换容器是一组基本工作单元。折叠内壁式容积置换容器内腔是采用像手风琴风箱结构的可折叠、自由收缩和伸展的薄壁，脊线的厚度设定在一定范围，当结构伸展时，脊线两边会像人劈叉一样弯曲并向一个方向分开。在为液体增压时，外腔设置成固定容积的密闭容器，内腔设置在外腔内部采用折叠内壁式隔离出内腔和外腔，内腔与外腔在功能上没有差别，通过内壁调整内腔和外腔所占整个容器容积的比例；同时，利用液体的自然液面隔离出内腔和外腔，液面以下为外腔，液面以上为内腔。

所述两套以上容积置换容器组合，工作气体在每套容积置换容器的内腔建立循环管路，每套内腔均设置出口和入口，每套内腔出口与压缩机入口、真空机入口连通，真空机出口与压缩机入口连通，管路上设置开关阀门；压缩机出口与每套内腔入口连通，管路上设置开关阀门；每套内腔设置一个开口相互连通，开口处设置开关阀门。同时，所述每套容积置换容器外腔均设置出口和入口，外腔入口与低压液体蓄存罐出口连通，管路上有开关阀门，每套外腔出口与高压液体使用设备入口连通，管路上有开关阀门。

所述气体补充源出口与压缩机入口通过管路连通，连通管路上设置开关阀门。

二是本发明运行方法的说明。从总数为n组的容积置换容器中，选定符合条件的任何两组，设定为a组和b组组合，下面，就其运行方法进行说明。

本发明中，利用动力提供装置充入工作介质或抽取工作介质，在实现两组容积置换容器内腔、外腔压强平衡过程中，实现工作介质和需要增压的液体之间容积置换效果，工作介质在充入过程中，把标准工作压强传导给液体，实现增压并排出。外腔3和内腔1组成a套容积置换容器，外腔4和内腔2组成b 套容积置换容器；其中，外腔3和外腔4采用可以承受中、高压的固定容积的密闭罐设计；内腔1设置在外腔3内；内腔2设置在外腔4内，内腔1和内腔2 都采用波纹状可以自由折叠的隔离壁设计。a组和b组内腔、外腔都是能够承受中高压的密闭容器，结构简单、技术规范容易达标，同时，内腔和外腔之间压力传递快速，压力差变化幅度小，在整个设备大型化、高参数发展方面，具有超强的适应性，并且运行费用低、安全高效。

第二方面，本发明的具体运行情况说明。

从总数n组容积置换容器中，选定符合条件的a组和b组组合，进行运行情况说明。

本发明中，见图1，包括低压液体蓄存罐5、高压液体使用设备7、动力提供装置6。动力提供装置6包括两套折叠内壁式容积置换容器、压缩机18、真空机19和压力气体补充源8。两套容积置换容器a组外腔3和b组外腔4设定为蓄存需要增压的液体，外腔3内设置内腔1，外腔4内设置内腔2。本发明还包括气体管路和开关阀门、液体管路和开关阀门等。

本发明开始运行阶段，外腔3和外腔4都采用以下方式蓄满液体：采用先在内腔1和内腔2中充入压力气体，达到最大容积，将外腔3和外腔4中蓄存的液体排出，然后把内腔1和内腔2中的气体抽出，形成低真空，再接入真空机，抽取气体，达到容积缩回到最小，使外腔3和外腔4内同时形成低真空，需要增压的液体在外部与外腔内部压强差作用下，液体被压入外腔3和外腔4，直至液体充满为止。

当液体充满外腔3后，开启动力提供装置6中的压缩机18，从压力气体源 8抽取气体并加压到标准工作压力后，向内腔1内充入气体，使得内腔1容积扩大，液体蓄存空间减小，直接增压后从外腔3中排出，当内腔1达到最大容积，外腔3内的液体增压排出过程完成。

随后，将内腔1内的气体抽出，经过压缩机18加压到标准工作压力，充入另一套内腔2内，内腔2容积增加，外腔4容积减小，液体直接增压后从外腔4 中排出，当内腔2达到最大容积，外腔4内的液体增压排出过程完成。

至此，实现了压力气体一次循环，被抽取气体的内腔1内形成了低真空，启动真空机继续抽取气体，外腔3内部形成低真空，需要增压的低压液体在外部与外腔3内部压强差作用下，液体被压入外腔3，内腔1达到容积最小时，蓄存液体的蓄存罐5和外腔3压强达到平衡，液体再一次充满了外腔3，为下一次循环做好了充分准备。内腔2内充满标准工作压力的气体，可以再次循环利用。任何内腔不能达到最大容积时，从气体补充源抽取，经过压缩机增压后来补充。

第三方面，实例说明本发明运行的经济效能。

举例采用德爵(上海)压缩机厂的产品说明提升水过程。德爵(上海)压缩机厂生产的比较大型的空气压缩机型号如下表：

其中DV-10/250型号的压缩机采用四级，排气量为10立方米/分钟,最高工

作压力可以达到25MPA,电机功率为185KW。

假设采用此型号压缩机，压力25MPA的空气充满a组内腔1，a组外腔3中液体完全排出。此时，启动压缩机18把内腔1的压力气体抽出，向缩回到极限的b组外腔4中的内腔2充入。真空机做功部分，按比例略有增加，相比总做功可以忽略。假设理想状态，内腔1和内腔2容积相同，相同体积的气体前后容量不变，循环利用压力气体充入内腔2时，外腔4有等量液体排出，增压到内腔2的工作气体压强值。此过程，节省了工作压力空气增压过程的部分耗能。如果只是把1个标准大气压下的空气增压到标准工作压力后充入内腔2，空气在 4级压缩机作用下会有大比例的压缩，耗能将会大比例增加，节省能源的目的不能实现。

此过程，蓄积在内腔1中的压力空气具有很大的能量，再次利用时会比从1 个标准大气压力提升到标准工作压力节省很大能量，因为内腔1和内腔2前后分别充满气体时，气体体积一致，气体密度一致，压力一致，压力空气从内腔1 充入内腔2中，压力变化是从大变小呈现梯度变化的过程，压力空气流量变化也会呈现从大变小的梯度变化，这是由于入口压力和出口压力差在此过程中，由小变大造成的。

在采用本发明时，循环气体在标准工作压力状态下工作时，压缩机入口压力从大变小，充入50％气体时，平均增压幅度只有25％，充入75％的气体时，平均增压幅度只有48％，根据排出气体容积的比例可以估算出平均值，压缩机入口压力可以取平均值，即可以大致确定为大于标准工作压力的一半。因此，压缩机做功至少节省了一半的能量消耗。

从理论上，采用循环中、高压空气作为介质给液体增压，比简单的采用把入口为1个标准大气压力下的空气增压到标准工作压力，为液体增压所做的功相比较，要节省一半的能源。此时，初始压力数值相比较于中、高压空气压强数值要很小，可以忽略。

附图说明

为了方便清楚地说明本发明具体实施方式和现有技术中的技术方案，下面将具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际比例绘制。

图1为循环利用压力气体给液体增压的设备结构示意图。

图2为利用a组内腔1中的压力气体，经过压缩机增压后充入b组内腔2 的步骤流程图。

图3为循环利用a组内腔1中压力气体，充入b组内腔2，实现外腔3充入液体、外腔4输出高压液体的步骤流程图。

图4为利用b组内腔2中的压力气体，经过压缩机增压后充入a组内腔1 中的步骤流程图。

图5为循环利用b组内腔2中压力气体，经过压缩机增压后充入a组内腔1，实现外腔4充入液体、外腔3输出高压液体的步骤流程图。

图6为a组折叠内壁式容积置换容器正视剖面图。

图7为b组折叠内壁式容积置换容器正视剖面图。

图8为折叠内壁式容积置换容器俯视剖面图。

图9为容积置换容器折叠内壁结构压缩状态示意图。

图10为容积置换容器折叠内壁结构伸展状态示意图。

附图标记：

1-a组内腔；2-b组内腔；3-a组外腔；4-b组外腔；5-低压液体蓄存罐； 6-动力提供装置；7-高压液体使用设备；8-压力气体补充源；9-增压液体管路阀门；10-增压气体管路阀门；11-抽取气体管路阀门；12-抽取气体管路阀门； 13-抽取气体管路阀门；14-增压气体管路阀门；15-增压液体管路阀门；16-抽取液体管路阀门；17-抽取液体管路阀门；18-压缩机；19-真空机；20-气体管路阀门；21-气体管路阀门；22-气体管路阀门；23-气体管路阀门；24-n组内腔； 25-n组外腔；26-抽取气体管路阀门；27-增压气体管路阀门；28-抽取液体管路阀门；29-增压液体管路阀门。

具体实施方式

下面将结合图1对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明包括低压液体蓄存罐5、高压液体使用设备7、动力提供装置6、气体管路和开关阀门、液体管路和开关阀门等，动力提供装置6包括两套以上折叠内壁式容积置换容器组合、气体压缩机18、真空机19、压力气体补充源8。工作气体在每套容积置换容器的内腔通过压缩机(真空机和压缩机组合)增压后，充入其他组内腔的方式建立闭合循环管路，同时，每套外腔与低压液体蓄存罐5、高压液体使用设备7建立连通。

第一方面，循环利用压力气体，持续给液体增压。

如图1所示，从总数为n组符合条件的任何两组，设定为a组和b组。本发明开始运行阶段，a组外腔3蓄满液体、b组内腔2充满标准工作压力气体，初始工作状态已经就绪。

重复以下步骤一和步骤二，可以循环利用压力气体，实现给液体持续增压的目的。

步骤一：当液体充满外腔3后，气体管路阀门10、13、21开启，气体管路阀门11、12、14、20、22、23、26、27关闭，液体管路阀门15、16、17、28、29关闭，液体管路阀门9关闭，开启压缩机18，从内腔2抽取气体并加压到标准工作压力后，此时开启液体管路阀门9，内腔1不断充入标准工作压力气体，使得内腔1容积增加，液体直接增压到工作压力后，排出，通过液体管路输送到高压液体使用设备7中。内腔2形成低真空时，关闭气体管路阀门21，开启气体管路阀门22、23，开启液体管路阀门17，启动真空机19，从内腔2抽取气体，接入压缩机18增压后，充入内腔1，内腔2缩到最小容积，当液体充满外腔4后，关闭气体管路阀门13、21、22、23，开启气体管路阀门20，气体补充源8中气体经过压缩机增压后，充入内腔1，直到内腔1达到最大容积，外腔3 内的液体增压和输送完成，关闭压缩机18、真空机19，关闭所有液体管路阀门。

步骤二：液体充满外腔4，气体管路阀门10、12、13、20、22、23、26、 27关闭，气体管路阀门11、14、21开启，液体管路阀门9、15、16、17、28、 29关闭，开启压缩机18，将内腔1内的气体抽出并加压到标准工作压力，开启液体管路阀门15，标准工作压力气体充入内腔2内，内腔2容积扩大，外腔4 中的液体通过管路输送到高压液体使用设备7中。当内腔1中形成低真空，开启液体管路阀门16，内腔1缩小容积，液体从低压蓄存罐5中压入外腔3，开启真空机，从内腔1抽取气体，接入压缩机18增压后，继续充入内腔2，内腔 1缩到最小容积时，关闭气体管路阀门11，外腔3充满液体，关闭液体管路阀门16；如果内腔2仍然没有达到最大容积时，开启气体管路阀门20，气体从压力气体补充源8经过压缩机18向内腔2充入标准工作压力气体，直到内腔2达到最大容积，外腔4内的液体向高压液体使用设备7输送完成，关闭压缩机18、真空机19，关闭所有管路阀门。

上述压缩机18、真空机19均由控制装置控制，可以实现动力源可控，为实现输出不同压力的液体，可以控制压缩机的输出压强实现无级调节。需要说明的是，上述所有液体管路阀门，均为电磁阀，由控制系统统一控制其开启和关闭。

同时，折叠内壁式容积置换容器整体结构简单，配置精度要求较低，在实现输出不同参数的液体时，可控性强，只需要通过改变压缩机和真空机型号就可以实现较大幅度的输出参数的调节，还可以根据各动力提供装置的经济需要进行合理分配，以使得经济效益最大化。

第二方面，本发明还提供了一种给液体增压方法的实施例。

如图3所示；本实施例提供了一种方法，从总数为n组符合条件的任何两组，设定为a组和b组，包括如下步骤：

步骤一：从a组充满工作气体的内腔1中抽取气体，接入压缩机入口；

步骤二：经过压缩机加压，充入b组内腔2中，该组外腔4充满液体；

步骤三：b组内腔2充入气体后，该组外腔4的蓄存空间变小，需要增压的液体直接增压后排出，供给高压液体使用设备7；

步骤四：a组内腔1形成低真空时，接入真空机，再接入压缩机入口，经过加压继续充入b组内腔2；同时，开启低压蓄液池与a组外腔3之间的管路阀门，在压强差的作用下，液体被压入a组的外腔3；

步骤五：被抽取气体的a组内腔1容量是否缩到最小，液体充分压入a组外腔3；如果没有达到，则重复步骤一到步骤五。如果达到，a组外腔3充入液体过程结束，开始步骤六。

步骤六：从压力气体补充源8中抽取气体，接入压缩机入口，加压后，继续充入b组的内腔2；

步骤七：被充入气体b组内腔2是否达到最大容量？如果没有，继续重复步骤六和步骤七。如果达到，b组外腔4液体增压排出过程结束。

重新选择符合条件的两组，再次设定为a组和b组，重复步骤一—七，可以实现循环利用压力气体连续给液体增压排出的目的。

如图5所示，在a组和b组实现a组外腔充满液体、b组外腔为液体增压排出过程结束后，逆向实施过程，即从b组抽取气体，充入a组，实现b组外腔充满液体、a组外腔液体增压排出过程。

第三方面，没有动力时，压力气体也可以完成增压过程。

采用以下三个步骤，可以利用压力气体给液体增压。

步骤一：关闭压缩机、真空机等设备，关闭所有管路阀门。从总数为n组的容积置换容器中，选定符合内腔充满气体的多组(可以是一组)容积置换容器，设定为a组，开启a组所有容积置换容器内腔的出口连通阀门。

步骤二：选定外腔充满需要加压的液体的多组(可以是一组)容积置换容器，设定为b组，开启b组内腔出口与a组内腔连通管路之间的管路阀门。

步骤三：a组内腔的压力气体会充入b组内腔，b组外腔容积减少，液体被增压排出，b组外腔液体完全排出，关闭所有管路阀门。

通过以上三个方面实施例的步骤安排，都能够实现给液体增压的目的。与传统给液体增压的方法相比，在给相同容积、相同压力的液体增压到同等工况状态时，本实施例所采用的方式可以克服压力气体工作后的气体损耗问题，可以节省总输入能量比例近50％。

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；尽管参照前述对本发明进行了详细说明，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，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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，其均涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。