本发明涉及一种气液联动执行器领域，具体涉及一种基于柔性传动的气液隔离罐及在气液联动执行器中的应用。
背景技术：
气液联动执行器是长输天然气阀室的关键设备和主要设备之一，广泛用于石油、天然气管线等管道上，作为破管故障紧急切断装置或管线破裂紧急保护装置（带管线破裂紧急切断系统）。气液联动执行器能够自动监测管线压力并实现自动关阀。在长输管线，化工危险品管道输送等方面非常重要。长输管道由于施工、地震、火灾等异常原因发生管道破裂、泄漏、爆炸等紧急情况的时候自动切断，减少和降低事故风险、避免灾难事态进一步扩大，从而把整个事故危害、危险降到最低。
经济迅速发展、工业化快速推进，中国对油气资源的需求量也日益攀升。据统计，全球陆上天然气有99％都依靠管道输送。
纵观现代天然气管道技术发展的特点：长远距离输送（已经开工建设的中俄东线天然气管道中国段管道3170公里，俄罗斯段近4000公里）；输送管道直径持续扩大，目前管线达到1400mm；输送压力等级高，以10mpa和12mpa为主；管输送流量大。油气工业安全问题也日益受到国家和社会的重视。对于频发的油气管网爆炸、化工厂爆炸等事故，大家已颇有余悸，如何减少安全事故，成为各界关注的重点。在油气领域里，安全无小事。当然，油气安全问题也是世界性的问题。
这就要求干线管道每隔150～170km设置一座压气站，以保持管道高压大流量输送；每隔30km设置一座阀室，以备紧急时刻和管道维修时截断使用。
气液联动执行器是组成阀室气液联动截断阀的主要设备，可以利用管道输送的气体介质压力作为执行器工作的动力源，驱动阀门动作，实现开阀或关阀。气液联动执行器工作原理简单、控制安全可靠、环境适应性强，能够满足户外苛刻的全天候天气条件。该产品直接利用管道天然气作为动力气源。
气液联动执行器必须有可靠的扭矩驱动，正常运行时，截断阀长期处于全开位置，事故的紧急状况需要在短时间内可靠动作完成阀门关闭。
输气管道气液联动截断阀的作用重大，却长期处于备而不用的状况，且不便于检查维修。因此，对它的质量和工作可靠性有严格要求。
前些年这些设备的核心技术、产品定价权以及后续技术服务均被少数发达国家所掌握，开展相关设备国产化研制和推广应用，无论是对天然气管道建设运营企业，还是对装备制造企业，都具有显著的紧迫性。
气液联动执行器是气液联动截断阀开启关闭的控制执行机构，一般包括执行装置主体、气液（转换）罐、储气罐、气动控制系统、手动泵、就地阀位指示器、机械限位装置、联轴器、调速装置，需要时还应包括：电磁阀、电子控制单元、供电系统以及正确操作执行机构所需的其它任何装置组成。
气液罐是构成气液执行器、实现功能的一个重要系统组成部分。气液执行器源自外界的高压动力受控气体在控制信号作用下，通过气动控制系统进入相应的液控转换回路——气液罐。在这里实现动力和介质传递的气液转换，由液体介质利用等压传递原理，实现气液同步传动作用于阀门驱动装置的液压油缸，从而操控阀门。在整个气液控制系统工作运行过程中，气液罐既是气液两相媒介介质变换的转换罐、也是实现气相动力转变为液相动力传递的转换罐。
气液联动执行器控制回路中，目前采用的气液罐就是一个普通的承压元件内装液压油，气液罐内部气相与液相之间没有隔离，进入气液罐的高压气体和液体介质直接接触。高压气体冲击液体，液体会雾化起泡、形成飞溅、气泡，体积膨胀，气液罐设计的时候的体积必须留有足够的余量。工作完成之后，带压气体排放的同时，雾化后的液压油也会随之排出，或者直接溢出污染环境。或者发生喷油现象，或者少油、缺油引起的系列隐患。
传统的气液罐（气液非隔离罐）应用到阀门执行器中时，其生产制造、安装调试、操作使用、运输维护过程也存在如下缺陷：
1.采用现有传统气液罐的气液联动执行器，在工作过程中气和油两种不同的介质在气液罐中直接接触，存在高压工作气体溶解于油液的可能性，随之会带来带压气体与液体之间冲击、体积膨胀、油液乳化、产生油雾等现象，对工作环境造成液压油污染，环保性能较差。
2.气体压缩后的高压气体作为弹性元件对外膨胀做功，把压缩气源的压力通过液体作为传动介质等压输出传递到执行元件的同时，由于气液是直接接触，阀门执行器出现喷油、少油、缺油、工作气体随油液排出等系列现象是时有发生，阀门执行器一旦缺油或者少油便会处于不正常工作状态，由于经常喷油导致少油，我们无法准确及时地根据实际需要加注液压油。
3.工作气体与液压油直接接触，液压油的稳定性、洁净度和抗污染都达不到工作要求，这样会缩减液压油的使用寿命和延长系统的维护时间。
4.由于气液罐及内装液压油是气液联动执行器产品不可或缺的，因为气液不隔离，阀门执行器在进行运输、安装、使用构成中只能处于垂直状态，产品的倾斜、倒立会引起液压油溢出，不能实现任意角度安装，甚至倒立安装，这极大地限制了此类型产品的应用范围和运输、安装的便捷性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带有气液隔离皮囊的气液隔离罐替换气液联动执行器现有气液罐，彻底解决气体与液压油直接接触的问题，使得液压系统与气动回路完全隔离，彻底消除高压气体与作为传动介质的液压油之间的直接接触，相互交融，能避免工程过程中液压系统出现喷油、少油、油液乳化、膨胀导致液压系统故障等现象和存在的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于柔性传动的气液隔离罐，包括罐体、隔离皮囊、设置在所述罐体顶端的进出气口和设置在所述罐体底端的进出液口，所述隔离皮囊的开口密封安装在所述进出气口上，隔离皮囊将罐体内腔隔离为气体腔和液体腔，内部为气体腔，外部为液体腔；或者所述隔离皮囊的开口密封安装在所述进出液口上，隔离皮囊将罐体内腔隔离为气体腔和液体腔，内部为液体腔，外部为气体腔。
进一步地，所述进出气口和进出液口均设有连接接头，所述隔离皮囊通过密封组件与所述连接接头相连。
进一步地，所述密封组件包括设置在所述连接接头上的多个凸棱以及卡箍，卡箍架空卡接于相邻凸棱之间，所述隔离皮囊的开口密封夹紧于凸棱与卡箍之间。
进一步地，所述气液隔离罐的上部还设置有可实时监测其内部压力的压力表。
进一步地，所述气液隔离罐内的进出液口处设置有液体过滤装置，进出液口外部管道上设置有调压阀。
前述的气液隔离罐在气液联动执行器中的应用，使用气液隔离柔性传动的气液隔离罐来取代气液联动执行器的传统气液非隔离罐（传统气液罐）。
本发明的有益效果是：
在气液联动执行器的正常生产制造、安装调试、操作使用、运输维护过程中，将内置有隔离皮囊的新型气液隔离罐来替代气液联动执行器用的传统气液罐。采用新型气液隔离罐后的新型气液执行器，不改变原有控制回路的动作原理和传动形式，管线及储气罐的动力气体的驱动压力仍然通过新型气液隔离罐等压传递到执行器液压回路和油缸，气体控制驱动回路的与液压驱动回路液体之间实现等压传递或传动，但动力气体与液压油由于隔离皮囊作用，两种不同介质不再在气液罐直接接触，实现皮囊内外彻底隔离，气液联动执行器即使进行频繁的动作也不会出现喷油、油气乳化、喷气等现象。
本发明的气液隔离罐中，通过安装在压力罐体内的具有弹性的皮囊，把气液罐内的空间分成皮囊内空间和气液罐内的皮囊外空间。应用过程中的气液罐内，皮囊内可作为气体腔、亦可作为液体腔。无论隔离皮囊怎样充装，在压力的作用下，气液隔离罐内液体介质与气体介质既可通过弹性皮囊实现气液隔离、又可进行弹性接触，皮囊的弹性收缩力小、可忽略。在气液联动执行器进行气动工作的时候，把带压的气源压力通过本装置实现等压传递和柔性传动给后一级的液压系统或者液压驱动油缸，彻底消除了系统内高压气体与作为传动介质的液压油之间的直接接触、相互交融，以此防止气液联动执行器在使用过程中出现的喷油现象。
再者工作过程中，即便是遇到执行元件阀门完全关闭后，无法压迫关断阀关断动力气源时，阀体不放空，关阀操作一直进行，动力气源源不断进入关液压油罐，推动关液压油罐液压油持续进入到液压缸，但是由于安装了隔离皮囊，高压缩气体有一定弹性缓冲作用，在高压状态下，气体和液体完全被隔离，不会出现喷油或油雾现象，气体与也不会跟着油液排出。
采用内置隔离皮囊的气液隔离罐的新型气液联动执行器有以下优点和有益效果：
1）采用新型气液联动执行器，动力气体与液压油由于隔离皮囊的作用，两种不同介质不再在在气液罐直接接触，实现了皮囊内外彻底隔离，工作过程中不会再存在高压工作气体溶解于油液的可能性，随之带来的带压气体与液体之间冲击、体积膨胀、乳化、产生油雾等问题也消失了，减少了对工作环境的空气污染和液压油污染，节能环保。
2）气体压缩后的高压气体作为弹性元件对外膨胀做功，把压缩气源的压力通过液体作为传动介质等压输出传递到执行元件的同时，由于气体和液体处于完全隔离状态，提高了液压油的稳定性、洁净度和抗污染能力，延长了液压油的使用寿命和系统的维护时间。同时气液联动执行器不可能再出现喷油、少油、缺油、工作气体随油液排出等系列现象，提高了气液联动执行器的工作性能和动作可靠性。
3）改变了气液联动执行器的传统工作模式，气液联动执行器气液罐的加油可以完全按照油缸的实际需要进行准确地加注。也避免了由于系统内漏造成的油液不均匀和偏离。
4）由于产品倾斜、倒立引起的液压油的使用溢出。采用气液隔离罐的气液联动执行器颠覆了气液联动执行器的只能够垂直安装的传统安装方式，不再由于气液罐内液压油没有隔离，以至于产品只能够进行垂直包装运输、垂直安装使用。理论上可实现任意角度安装，甚至倒立安装。这极大地扩展了该类型产品应用适应范围、和运输、安装的便捷性。解决了液联动执行器产品在设计、布局、安装、使用、包装、运输等过程中气液罐不能完全卧式摆放或者水平放置，只能够垂直布置或者倾斜朝上布置的问题。
5）在气液罐里加了隔离皮囊之后，执行器的动作频度可以提高100%以上，气液隔离罐的体积可以减小30%，部分体积可以减小达到50%。气液隔离罐的本身的尺寸和重量可以进一步优化30%以上。
附图说明
图1为气液隔离柔性传动罐的结构示意图；
图2为隔离皮囊密封安装在进出气口上的结构示意图；
图3为隔离皮囊密封安装在进出液口上的结构示意图；
图4为直线行程气液联动执行器的结构示意图；
图5为角行程气液联动执行器的结构示意图；
图6为连接隔离皮囊与连接接头的密封组件的结构示意图；
图7为传统气液联动执行器原理示意图；
图8为气液隔离罐应用到气液联动执行器原理示意图；
图中，1-罐体，2-隔离皮囊，3-进出气口，4-进出液口，5-连接接头，6-凸棱，7-卡箍，8-压力表，9-液体过滤装置，10-调压阀，11-液压油缸，12-缸体，13-活塞，14-缸座，15-活塞杆，16-液压油通道，17-执行器，18-箱体，19-拨叉，20-关断阀。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：
实施例一：
如图1和图2所示，一种基于柔性传动的气液隔离罐，包括罐体1、隔离皮囊2、设置在所述罐体1顶端的进出气口3和设置在所述罐体1底端的进出液口4，隔离皮囊2的开口密封安装在所述进出气口3上，隔离皮囊2将罐体1内腔隔离为气体腔和液体腔，内部为气体腔，外部为液体腔。
实施例二：
如图3所示，一种基于柔性传动的气液隔离罐，包括罐体1、隔离皮囊2、设置在所述罐体1顶端的进出气口3和设置在所述罐体1底端的进出液口4，隔离皮囊2的开口密封安装在所述进出液口4上，隔离皮囊2将罐体1内腔隔离为气体腔和液体腔，内部为液体腔，外部为气体腔。实施例二与实施例一的区别是隔离气囊2的安装位置不同，其余部件的设置都是相同的，实现的效果和所起的作用也是一样的。
作为优选实施例，如图6所示，进出气口3和进出液口4均设有连接接头5，连接接头5上设置了多个凸棱6和卡箍7，卡箍架空卡接于相邻凸棱之间，隔离皮囊2的开口密封夹紧于凸棱6与卡箍7之间。隔离皮囊2的开口部与凸棱接触贴合，增大了摩擦力，皮囊开口不容易从接头上滑落，同时卡箍7和凸棱6的配合实现多重线密封，密封效果好。当然此种密封连接的结构不局限与这一种，能实现固定密封效果的组件都是可行的。
实施例三：
如图2和图3所示，罐体1上端还设置实时监测其内部压力的压力表8和连接气动控制系统的接口。罐体1内的进出液口4处设置有液体过滤装置9，用来过滤液体比如液压油的杂质，进出液口4外部管道上设置有调压阀10，用于调节液体（液压油）的流量，从而控制压力释放的速度，确保弹性运动过程和动作速度精确可控。连接接头5上还设置了关断阀20，用于随时关闭或开启气液隔离罐。
一般来说压力容器罐是主要的储能装置，是压缩气体储存的主体；底端液压油既是高压气体的密闭隔绝介质、也是工作期间动力气体能量释放、实现能量转换的传动介质；系统能量的工作动力源自于密闭容器内液压油顶端空间的高压可压缩气体。
气液联动执行器，结合气体与液体的优势，充分利用压缩气体和传动介质液体的特点，根据气体的可压缩性特点，把气体压缩后的高压气体作为弹性元件对外膨胀做功。利用液压系统液体等压传递原理，把压缩气源的压力通过液体作为传动介质等压输出传递到执行元件。
气液联动执行器实际工作过程中，在极端情况下，比如管线破管，压力异常、外围控制电路故障，机械故障导致管线阀门完全关闭后，气液联动执行器的驱动气源又无法关断时，导致气液罐驱动气体不能放空，这会使关阀操作一直进行，动力气源源不断进入关液压油罐，推动液压油罐液压油持续进入到与之相连的执行元件比如液压缸，在高压状态下，液压缸内密封口出现渗漏，液压油向液压油罐聚集，直至超出油罐液位溢出，溢出液压油通过与液压油罐相连导阀、及泄放口排出，出现喷油现象，待油缸内的液压油喷完后，即出现排气现象，同时，由于高压压缩气体会持续压缩液压油，油气不分离，油气会乳化，气会随着油排出形成油雾现象，油也会随气排出。
如图1所示，在罐体1中增设隔离皮囊2之后，即便是出现上述的极端情况，由于罐内的隔离皮囊将气液完全隔离了，不会使得液体腔中的液体（油）进入气体腔中并自气体腔中泄露出来，也不会使得气体腔中气随液体（油）泄露出来，由于隔离皮囊2可以收缩，气液隔离罐中的可调配空间更为充裕，能缓冲高压气体传动过来对液体的压力，这样就可以避免喷油少油，油气会乳化等问题的出现。
实施例四：
如图4所示，一种气液联动执行器，包括直线行程执行器、液压油缸11和两个气液隔离罐；液压油缸11和调压阀10通过液压油通道16相连，液压油缸11包括缸体12、活塞13、缸座14和活塞杆15，进出液口4通过连接接头5和液压油通道16与液压油缸11连通，所述活塞13将缸体12隔离为第一缸体和第二缸体，其中一个气液隔离罐的进出液口4通过液压油通道16与第一缸体连通，另一个气液隔离罐的进出液口4通过液压油通道16与第二缸体连通，所述活塞杆15穿过所述缸体的端盖与执行器输入轴直线行程联动。
当右侧气液隔离罐增加气压时，右侧的隔离罐内隔离皮囊2膨胀，右侧隔离罐内液压油被挤出，右侧的液压油缸缸体内进油，同时左侧气液隔离罐气压降低，左侧隔离罐内隔离皮囊2收缩，左侧的液压油缸缸体内的液压油挤入左侧气液隔离罐内，液压油缸11内的活塞13推动活塞杆15向左运动。
当左侧气液隔离罐增加气压时，左侧的隔离罐内隔离皮囊2膨胀，左侧隔离罐内液压油被挤出，左侧的液压油缸缸体内进油，同时右侧气液隔离罐气压降低，右侧隔离罐内隔离皮囊2收缩，右侧的液压油缸缸体内的液压油挤入右侧气液隔离罐内，液压油缸11内的活塞13推动活塞杆15向右运动。
气体压缩后的高压气体作为弹性元件对外膨胀做功，把压缩气源的压力通过液体作为传动介质等压输出传递到执行元件的同时，由于气液是完全被隔离，执行器不可能再出现喷油、少油、缺油、工作气体随油液排出等系列现象。在气液隔离罐中设置这种结构的隔离皮囊，结构比较简单，但带来的有益效果确实多方面的，工作气体和液压油隔离之后，液压油的稳定性、洁净度和抗污染都得到了很大程度的提升，同时解决了气液联动执行器产品在设计、布局、安装、使用、包装、运输等过程中气液罐不能完全卧式摆放或者水平放置，只能够垂直布置或者倾斜朝上布置的问题。
实施例五：
如图5所示，一种气液联动执行器，同实施例四相比，其为角行程执行器，液压油缸11两侧分别安装了一个气液隔离罐，液压油缸11通过缸座14安装在执行器17的箱体18上，液压油缸11的活塞杆15与执行器17的拨叉19联动。
此实施例与实施例四的工作原理类似，达到的技术效果一致。
如图8所示，为气液隔离罐应用到角行程气液联动执行器，拔叉箱安装有阀位回讯器，右边连接液动执行器，所述液动执行器的缸体左右两端分别连接气液隔离罐，气液隔离罐的顶端进出气口处安装有隔离皮囊，隔离皮囊内充入气体，上述两个气液隔离罐的进出气口分别与气动控制系统连接；图7为传统的角行程气液联动执行器，本实施例与传统的角行程气液联动执行器的控制原理区别在于：在气液罐内安装有隔离皮囊，工况1：气动控制系统控制右侧气液隔离罐进气，其隔离皮囊扩张压缩油液，使活塞右端油压增加，同时左侧气液隔离罐排气，其隔离皮囊收缩，使活塞左端油压降低，液压油缸的活塞推动活塞杆向左侧运动，活塞杆推动拨叉打开阀门。工况2：气动控制系统控制左侧气液隔离罐进气，其隔离皮囊扩张压缩油液，使活塞左端油压升高，液压油缸的活塞推动活塞杆向右侧做回缩运动，活塞杆带动拔叉反向活动关闭阀门。
以上五个实施例中的高压气体可以为氮气或者其它许可的、可排放气体，其贮存在密闭的球形气室内，液体可以是油液或其他液体，氮气的压力随外载荷的大小而变化，加上使用了有弹性的隔离皮囊，使得气液隔离罐具有变刚度的特性，同时起液力减振器的作用更加明显。实施例四和实施例五中的隔离皮囊同样可以设置到进出液口处。
当然本发明不仅仅可以运用到气液联动执行器领域，在油气储运、石油天然气、化工、冶金等广泛采用气液传动的其它工业领域，该装置作为传动、输出控制装置使用。以上所述的为主体结构为角行程液压执行器的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。实际上在只有油缸活塞轴（去掉拨叉箱、）输出线行程或者直行程执行器同样适应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。