可逆式分级联动气体压缩系统的制作方法

本发明属于大容量电力储能技术领域，具体涉及一种可逆式分级联动气体压缩系统。

背景技术：

现已有将水轮机应用于压缩空气储能的技术，实现了利用水轮机与压缩空气储能技术联合发电与储能，这一过程采用液体活塞，以水为介质对空气进行压缩，以应对气体粘度小带来的泄露损耗问题和设备效率低的问题，以及温度变化剧烈换热引起的效率下降。而采用液体控制气体压缩和膨胀过程中也会带来液体压强剧烈变化，使得液体设备制造和运行都存在很多难题。为减少液体活塞容量和耐压性能的冗余问题，现已有一种分级接力压缩空气储能系统，但各级液体活塞的压缩或膨胀不能同时进行，各等级液体活塞气体的压强变化也不能实现自动同步控制，增加了整个系统设计、制造与运行控制的难度，而且由于不同等级液体活塞都需要外部水力设备进行压缩或膨胀，参数变化剧烈使得设备难于制造，成本高昂。

因此需要一种系统能够使各级液体活塞中气体的压缩或膨胀同时进行，并且使各等级液体活塞气体的压强实现自动控制调节，减少外部水力设备数量，减少运行时间，提高工作效率，增强系统稳定性，降低设备制造成本。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种可逆式分级联动气体压缩系统，其特征在于，包括：两个或两个以上不同压强等级的液体活塞、至少一个水力设备和至少一个液压变压稳定器；其中液体活塞分别连接匹配本级气体压强变化等级范围的低压气体管道和高压气体管道，各级液体活塞通过至少一个液压变压稳定器组成液压联动均衡网络；水力设备与液体活塞或液压联动均衡网络的节点相连；

通过电力或其他外部能源驱动水力设备向液压联动均衡网络注入液体同步压缩所有液体活塞内的气体，或使所有液体活塞内气体同步膨胀并通过液压联动均衡网络输出液体驱动水力设备发电或输出至其他外部能源。

所述液压联动均衡网络由一个或者多个液压变压稳定器与两个以上液体活塞互联而成，液压变压稳定器和液体活塞是液压联动均衡网络的支路，支路和支路的连接管道是液压联动均衡网络的节点；液体活塞及相连管道为液压联动均衡网络中的液体源；在液压联动均衡网络中，每个液压变压稳定器保证了相连接的液体源之间的液体压强比例稳定，使得压缩或膨胀过程中所有液体活塞的气体压强都等比例变化。

所述液压变压稳定器是指：由两个或两个以上液压缸采用同杆连接构成的一组液压机构，各液压缸的液压腔分别连接外部参考液体源和两个或两个以上的液体活塞，根据液体活塞在活塞杆上产生的作用力方向定义成两个液体源组，与总合力方向相同的是具有压强优势的优势液体源组，否则是具有压强劣势的劣势液体源组；通过控制策略使与之相连的优势液体源组内所有液体源流出液体，劣势液体源组内所有液体源注入液体，从而将优势液体源组的势能向劣势液体源组转移，使所有液体源压强向设定比例靠拢。液压变压稳定器通过无源阀门控制或有源方向控制两种稳定控制策略使液体势能在液体活塞间有序转换；

所述外部参考液体源是指：具有足够容量支持液体输入输出能力的液体容器，包括与外界气压连通的低压液体池，或利用水轮机或液压机构增压的液体活塞，或具有一定水头高度的液体池底部。

所述无源阀门控制稳定控制策略是指：液压变压器稳定器的各液压缸只通过阀门控制由液体活塞压强驱动活塞杆动作，当到达液压缸末端时通过阀门换向所有液压缸的液压腔交换连接的外部液体源，使其继续沿合力方向运行，不连接额外控制设备和能量注入；

所述无源阀门控制稳定控制策略不加入额外动力，靠液压变压稳定器所连接的液体活塞压强变化驱动液压机构运动，当到达一侧终端处通过阀门自动换向，或者通过检测总受力变化自动换向改变液压缸轴的运动方向。

所述有源方向控制稳定控制策略是指：液压变压稳定器内至少一个液压缸或者液压杆与外部控制单元相连，并接受外部控制单元注入能量；外部控制单元包括直线电机、液压泵、带有其他能量源的液压机构。

所述有源方向控制稳定控制策略，根据水力设备在液压联动均衡网络中的位置，确定液压变压稳定器中两组液压缸势能的传递方向，通过检测受力或者液压变化主动通过额外动力控制势能转换的速度和方向，提高液压变压稳定器的工作效率和运行稳定性。并可以根据外部参考液体源的作用情况增加或者减少注入功率保证两组液体源的正确势能交换。

所述液压变压稳定器通过串联或者并联的连接方式接入液压联动均衡网络的节点；

所述并联是指两个或多个具有相同端口数的液压变压稳定器分别连接相同的液体活塞；

所述串联是指两个或多个双端液压变压稳定器顺次连接在一起再连接两个液体活塞。

所述液压变压稳定器是指：由两个或两个以上水轮机构采用同轴连接构成的一组轮机机构；各水轮机构分别连接外部参考液体源和两个或两个以上的液体活塞，根据液体活塞在轮轴上产生的作用转矩方向定义成两个液体源组，与转矩方向相同的是优势液体源组，否则是劣势液体源组；通过控制策略使与之相连的优势液体源流出液体，劣势液体源注入液体，从而将优势液体源的势能向劣势液体源转移，使优势液体源压强和劣势液体源压强比向设定比例靠拢；液压变压稳定器通过液流方向控制或旋转变频控制两种稳定控制策略使液体势能在液压势能源间有序转换；液流方向控制通过阀门实现，旋转变频控制通过同轴增加一个变频电动机控制实现。

所述水力设备采用可逆式水轮发电机组、同时采用水轮发电机组和水泵组合、采用液压泵和液压马达组合、液压机构或者同时采用上述设备的组合；所述水力设备与低压水池相连，在气体压缩过程中利用电力或其他能量将水注入液体活塞中，将外界其他形式的能量转换为水的势能后对空气进行压缩，转换为空气的势能；在气体膨胀过程中，压缩空气的势能转换成水势能后对外做功，利用外部水力设备将水的势能转换为其他形式的能量。

所述不同压强等级的液体活塞分别连接匹配该等级范围的低压气体管道和高压气体管道，其中液体活塞的高压气体管道和与其相邻上一级液体活塞的低压气体管道使用同一个压强等级，直接相连或经迁移单元相连。

所述迁移单元分为第一种实施方式和第二种实施方式；

所述第一种实施方式，由迁移气体管道、液体阀门和独立液体驱动装置组成，其中独立液体驱动装置为液压机构或水泵；相邻液体活塞上端的高压气体管道和低压气体管道经迁移单元的迁移气体管道相连，相邻液体活塞的下端经迁移单元的独立液体驱动装置相连；

所述第二种实施方式，由迁移气体第一管道和迁移气体第二管道、液体第二驱动装置、液体第三驱动装置和迁移液体活塞组成，其中液体第二驱动装置和液体第三驱动装置为液压机构或水泵；相邻液体活塞上端的高压气体管道和低压气体管道分别连接迁移液体活塞上端的迁移气体第一管道和迁移气体第二管道，迁移液体活塞的下端分别通过液体第二驱动装置和液体第三驱动装置与两个液体活塞的下端相连。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可以实现分级联动气体压缩与膨胀系统的各级液体活塞的压缩(或膨胀)同时进行，减少了运行时间，各等级液体活塞气体的压强通过液压变压稳定器能够实现自动控制调节，液压变压稳定器由固定面积比的液压机构组成，易于实现，降低了液体活塞控制系统的设计与制造难度，而且由于不同等级液体活塞只需要一个外部水力设备进行压缩或膨胀，简化了系统设计，降低了设备制造成本，提高了工作效率，增强了系统稳定性。

2、使用液体活塞压缩气体技术时，气体压缩过程中压强变化剧烈，导致液体压强产生很大变化，水力设备通常很难保持高效率地持续跟踪水头变化，本专利先将压缩过程分级，使得每一级压缩过程的变化范围减少到适合水力设备工作的区域，然后通过液压变压稳定器将这范围的做功转换到其他级下的做功范围，大幅度减少了水力设备的工作难度。

3、本发明所使用的分级气体压缩中，等量气体压强越高占用体积越小，所需液体活塞体积越小，可以降低成本。

4、分级气体压缩中各级压缩同步进行，可以采用大功率水力设备，每个液体活塞都同步做功，没有闲置，所用液体活塞总量会减小，提升了压缩速度。

5、进行分级气体压缩时参数控制严格，整体效率提升；定参数下液压设备易于制造和实现，设备运行控制更高效，同时可以采用自适应液压势能传递等其他专利技术进一步提高效率。

6、分级气体压缩可以和其他分级压缩技术可以同时使用，部分分级压缩采用联动方案，或者分区域联动，再通过迁移实现完全压缩。

7、分级联动压缩可以采用多外部水力设备技术，各水力设备可以根据参数选择接入液压分级均衡网络的不同节点(管道出入口)或者节点对应的液体活塞，无需额外控制即可实现自动联动。

8、水力设备只需要应对其中一级的小范围压强波动，降低了水力设备的设计难度，增强了系统运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的可逆式分级联动气体压缩系统基本结构图；

图2为本发明的可逆式分级联动气体压缩系统实施例2的结构图；

图3为本发明的三缸液压变压稳定器可逆式分级联动气体压缩系统结构图；

图4为本发明的可逆式分级联动气体压缩系统自耦结构图；

图5为本发明的可逆式分级联动气体压缩系统自适应结构图；

图6为本发明的液压变压稳定器串联结构图；

图7为本发明的液压变压稳定器并联结构图；

图8为本发明的可逆式分级联动气体压缩系统多级压缩结构图；

图9为本发明的迁移单元第一种实施方式的结构图；

图10为本发明的迁移单元第二种实施方式的结构图；

图中标号：

a1-第一液体活塞，a2-第二液体活塞，a3-第三液体活塞，a4-第四液体活塞；

b1-第一液压缸，b2-第二液压缸，b3-第三液压缸，b4-第四液压缸；

c-迁移液体活塞；

d-低压水池，d1-第一低压水池，d2-第二低压水池，d3-第三低压水池，d4-第四低压水池；

e1-第一外部液体活塞，e2-第二外部液体活塞；

h-液压变压稳定器，h1-第一液压变压稳定器，h2-第二液压变压稳定器，h3-第三液压变压稳定器，h4-第四液压变压稳定器；

l-迁移单元，l1-第一迁移单元，l2-第一迁移单元，l3-第一迁移单元；

p1-第一低压气体管道，p2-第二低压气体管道，p3-第三低压气体管道，p4-第四低压气体管道；

q-迁移气体管道，q1-迁移气体第一管道，q2-迁移气体第二管道；

g1-第一高压气体管道，g2-第二高压气体管道，g3-第三高压气体管道，g4-第四高压气体管道；

y-独立液体驱动装置，y1-液体第一驱动装置，y2-液体第二驱动装置，y3-液体第三驱动装置，y4-液体第四驱动装置；

w-水力设备。

具体实施方式

下面结合附图，对各实施例作详细说明。

如图1所示的本发明实施例1包括：两个或两个以上不同压强等级的液体活塞、至少一个水力设备w和至少一个液压变压稳定器；其中液体活塞分别连接匹配本级气体压强变化等级范围的低压气体管道和高压气体管道，各级液体活塞通过至少一个液压变压稳定器组成液压联动均衡网络；水力设备w与液体活塞或液压联动恒压网络的节点相连；

通过电力或其他外部能源驱动水力设备w向液压联动均衡网络注入液体同步压缩所有液体活塞内的气体，或使所有液体活塞内气体同步膨胀并通过液压联动均衡网络输出液体驱动水力设备发电或输出至其他外部能源。

液压联动均衡网络由一个或者多个液压变压稳定器与两个以上液体活塞互联而成，液压变压稳定器和液体活塞是液压联动均衡网络的支路，支路和支路连接管道是液压联动均衡网络的节点。液体活塞及相连管道为液压联动均衡网络中的液体源。在液压联动均衡网络中，每个液压变压稳定器保证了相连接的液体源之间的液体压强比例稳定，使得压缩或膨胀过程中所有液体活塞的气体压强都等比例变化。

以两液压缸的双端液压变压稳定器为例，双端液压变压稳定器为液压联动均衡网络的基础支路，两端端口为网络两个节点，不同液压变压稳定器互联形成液压联动均衡网络的节点和支路。液体活塞为注入支路，通过单端口与液压联动均衡网络的节点连接。液体活塞内部和外接端口及相连管道压强相同，液体活塞外接端口及相连管道为液压联动均衡网络中节点的液体源。在液压联动均衡网络中，每个液压变压稳定器保证了相连接的网络节点对应的管道内液体压强比例稳定，是的整个互联液压联动均衡网络所有节点的液压比例稳定，进而使得压缩或膨胀过程中所有液体活塞的气体压强都等比例变化，实现液压变压稳定器所连的液体活塞中气体联动同步压缩。

液压变压稳定器是指：由两个或两个以上液压缸采用同杆连接构成的一组液压机构，各液压缸的液压腔分别连接外部参考液体源和两个或两个以上的液体活塞，根据液体活塞在活塞杆上产生的作用力方向定义成两个液体源组，与总合力方向相同的是具有压强优势的优势液体源组，否则是具有压强劣势的劣势液体源组。通过控制策略使与之相连的优势液体源组内所有液体源流出液体，劣势液体源组内所有液体源注入液体，从而将优势液体源组的势能向劣势液体源组转移，使所有液体源压强向设定比例靠拢。液压变压稳定器通过无源阀门控制或有源方向控制两种稳定控制策略使液体势能在液体活塞间有序转换；

外部参考液体源是指：具有足够容量支持液体输入输出能力的液体容器，包括与外界气压连通的低压液体池d，或利用水轮机或液压机构增压的液体活塞，或具有一定水头高度的液体池底部。

液体源是指：液体活塞引出的带压强的液体，或者通过水力设备注入的带压强的液体，或是上述液体经液压机构转换引出的带压强的管道内液体。

由两个液压缸组成的液压变压稳定器举例：各液压缸的液压腔分别连接外部参考液体源和两个液体活塞，根据液体活塞在活塞杆上产生的作用力方向区分具有压强优势的液体源和具有压强劣势的液体源组。通过控制策略使与之相连的具有压强优势的液体源流出液体，使具有压强优势的液体源压强开始下降趋势，或者提高压强下降速度，或者延缓压强上升速度，其具有压强劣势的液体源注入液体，使具有压强优势的液体源压强开始上升趋势，或者提高压强上升速度，或者延缓压强下降速度，从而将具有压强优势的液体源的势能向具有压强劣势的液体源转移，使两端液体源压强向设定比例靠拢，减小加载在活塞杆上的合力，最终达到合力为零的平衡状态。液压变压稳定器通过无源阀门控制或有源方向控制两种稳定控制策略使液体势能在液压势能源间有序转换；

液压变压稳定器还可以由两个或两个以上水轮机构采用同轴连接构成的一组轮机机构；各水轮机构分别连接外部参考液体源和两个或两个以上的液体活塞，根据液体活塞在轮轴上产生的作用转矩方向定义成两个液体源组，与转矩方向相同的是优势液体源组，否则是劣势液体源组。通过控制策略使与之相连的优势液体源流出液体，劣势液体源注入液体，从而将优势液体源的势能向劣势液体源转移，使优势液体源压强和劣势液体源压强比向设定比例靠拢。液压变压稳定器通过液流方向控制或旋转变频控制两种稳定控制策略使液体势能在液压势能源间有序转换。液流方向控制通过阀门实现，旋转变频控制通过同轴增加一个变频电动机控制实现。

优势液体源和劣势液体源是指：当液体活塞的数量为两个时，联动同步运行的两个液体活塞液体压强比为设定比例m:n，对应的液压缸和面积比为n：m。当液体压强比等于m:n时，活塞杆受力为零，活塞不动作；

当液体压强比大于m:n时，活塞杆受力不为零，在两个液体源作用下活塞动作使一个液体活塞流出液体，一个液体活塞注入液体，此时流出液体的液体活塞为优势液体源，注入液体的液体活塞为劣势液体源，当液体压强比小于m:n时，劣势液体源和优势液体源互换。

优势液体源组和劣势液体源组是指：当液体活塞的数量大于两个时，与液压变压稳定器连接的联动同步运行的多个液体活塞分成的两组液体活塞，当液压变压稳定器的活塞杆向一端运动时，各组液体活塞组内液体流动方向相同，两组液体活塞组间液体流动方向相反；活塞杆合力为零时活塞杆不动作，当活塞杆合力不为零而进行运动时，流出液体的液体源组为优势液体源组，流入液体的液体源组为劣势液体源组。

连接到液压缸的多个液体源压强分别为p1、p2等，对应的面积分别为s1、s2等，其合力为f＝p1*s1+p2*s2+......；合力为零时不动作，当合力大于零时，将液体注入到活塞缸的那些液体源称为优势液体源组。

无源阀门控制稳定控制策略是指：液压变压器稳定器的各液压缸只通过阀门控制由液体活塞压强驱动活塞杆动作，当到达液压缸末端时通过阀门换向所有液压缸的液压腔交换连接的外部液体源，使其继续运行，不连接额外控制设备和能量注入；

无源阀门控制稳定控制策略不加入额外动力，靠液压变压稳定器所连接的液体活塞压强变化驱动液压机构运动，当到达一侧终端处通过阀门自动换向，或者通过检测总受力变化自动换向改变液压缸轴的运动方向。

有源方向控制稳定控制策略是指：液压变压稳定器内至少一个液压缸或者液压杆与外部控制单元相连，并接受外部控制单元注入能量；外部控制单元包括直线电机、液压泵、带有其他能量源的液压机构等。

有源方向控制稳定控制策略，根据水力设备w在液压联动均衡网络中的位置，推断液压变压稳定器中两组液压缸势能的传递方向，通过检测受力或者液压变化主动通过额外动力控制势能转换的速度和方向，提高液压变压稳定器的工作效率。并可以根据外部参考液体源的作用情况增加或者减少注入功率保证两组液体源的正确势能交换。

水力设备w采用可逆式水轮发电机组、同时采用水轮发电机组和水泵组合、采用液压泵和液压马达组合、液压机构或者同时采用上述设备的组合；所述水力设备w与低压水池相连，在气体压缩过程中利用电力或其他能量将水注入液体活塞中，将外界其他形式的能量转换为水的势能后对空气进行压缩，转换为空气的势能；在气体膨胀过程中，压缩空气的势能转换成水势能后对外做功，利用外部水力设备w将水的势能转换为其他形式的能量。

在实施例1中，

液压联动均衡网络包括一个液压变压稳定器和两个液体活塞(第一液体活塞a1和第二液体活塞a2)；在实施例1的液压联动均衡网络中，液压变压稳定器保证了相连接的第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的液体压强比例稳定，使得压缩或膨胀过程中第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的内部压强都等比例变化，在压缩或者膨胀完成后，气体被联动排出；第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的下端通过液压变压稳定器与低压水池组相连，水力设备w与第一液体活塞a1的下端相连,第一低压气体管道p1通过第一低压气体阀4a与第一液体活塞a1的上端相连，第一高压气体管道g1通过第一高压气体阀4b与第一液体活塞a1的上端相连，第二低压气体管道p2通过第二低压气体阀4c与第二液体活塞a2的上端相连，第二高压气体管道g2通过第二高压气体阀4d与第二液体活塞a2的上端相连；

点画线框内为液压变压稳定器h，液压变压稳定器h由同轴的第一液压缸b1和第二液压缸b2组成；与第一液压缸b1相连的第一液体活塞a1连接了水力设备w，第一液压缸b1左上和右上的出口分别与液压缸阀门1c和液压缸阀门1a相连，液压缸阀门1c和液压缸阀门1a通过第一出水阀2a与第一液体活塞a1的下端相连，第一液压缸b1左下和右下的出口分别通过液压缸阀门1d和液压缸阀门1b与第一低压水池d1相连；第二液压缸b2左上和右上的出口分别与液压缸阀门1g和液压缸阀门1e相连，液压缸阀门1g和液压缸阀门1e通过第二出水阀2b与第二液体活塞a2的下端相连，第二液压缸b2左下和右下的出口分别通过液压缸阀门1h和液压缸阀门1f与第二低压水池d2相连；第二出水阀2b与第二液体活塞a2间的连接管道以及第一出水阀2a与第一液体活塞a1间的连接管道分别为本液压联动均衡网络的两个节点；

联动同步运行的第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的液体压强比为设定比例m:n，对应的液压机构和面积比为n：m。在通过水力设备w进行联动压缩或膨胀的过程中，当液体压强比等于m:n时，活塞杆受力为零，活塞不动作。当液体压强比大于m:n时，活塞杆受力不为零，在两个液体源作用下活塞动作使第一液体活塞a1流出液体，第二液体活塞a2中注入液体，此时第一液体活塞a1中的液体源为优势液体源，a2为劣势液体源，当液体压强比小于m:n时，a1为劣势液体源，a2为优势液体源。

通过无源阀门控制策略使与液压变压稳定器h相连的优势液体源流出液体，劣势液体源注入液体，从而将优势液体源的势能向劣势液体源转移，使优势液体源压强和劣势液体源压强比向设定比例m:n靠拢。

压缩前，打开第一低压气体阀门4a、第二低压气体阀门4c、第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，从第一低压气体管道p1和第二低压气体管道p2分别向第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中预置气体，其中第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中预置的气体压强比为m：n，此时活塞杆向左移动，当活塞杆达到运行的最左端时，关闭阀门液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，打开液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h带动活塞向右移动，当活塞杆到达运行最右端后，关闭阀门液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h，打开液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，重复上述过程，直到预置气体完成后，关闭所有阀门；

联动压缩过程为：打开第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，外部水力设备w向第一液体活塞a1注水压缩第一液体活塞a1中的气体，此时液体压强比大于m:n，活塞杆受力不为零，在两个液体源作用下活塞动作使第一液体活塞a1流出液体，第二液体活塞a2中注入液体，活塞杆向左移动，当活塞杆达到运行的最左端时，关闭阀门液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，打开液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h带动活塞向右移动，当活塞杆到达运行最右端后，关闭阀门液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h，打开液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，重复上述过程，直到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中的气体压强达到设定值p1和p2，关闭所有阀门；

压缩完成后，打开第一高压气体阀门4b、第二高压气体阀门4d、第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，从第一高压气体管道g1和第二高压气体管道g2分别排出第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中的气体，此时活塞杆向左移动，当活塞杆达到运行的最左端时，关闭阀门液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，打开液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h带动活塞向右移动，当活塞杆到达运行最右端后，关闭阀门液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h，打开液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，重复上述过程，直到气体完全排出，关闭所有阀门。

压缩过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图2所示的实施例2，未描述部分与实施例1相同；

液压联动均衡网络包括一个液压变压稳定器和两个液体活塞(第一液体活塞a1和第二液体活塞a2)，水力设备w1经过第一液体阀门3a与第一液体活塞a1的下端相连，水力设备w2经过第二液体阀门3b与第二液体活塞a2的下端相连；

液压变压稳定器h包括两个同轴的液压缸(第一液压缸b1和第二液压缸b2)，第一液压缸b1和第二液压缸b2的面积比n：m为2:1，在第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中预置的气体压强比m：n为1:2；

采用无源阀门控制策略使与液压变压稳定器h相连的优势液体源流出液体，劣势液体源注入液体，从而将优势液体源的势能向劣势液体源转移，使优势液体源压强和劣势液体源压强比向设定比例m：n为1:2靠拢；

第一低压气体管道p1的压强等级为0.4mpa，第一高压气体管道g1的压强等级为0.8mpa，第一液体活塞a1承担0.4-0.8mpa的压缩过程，第二低压气体管道p2的压强等级为0.8mpa，第二高压气体管道g2的压强等级为1.6mpa，第二液体活塞a2承担0.8-1.6mpa的压缩过程，气体在第一低压管道p1进入，压缩后从第一高压气体管道g1排出后直接或经迁移单元l进入第二低压气体管道p2，在第二液体活塞a2中压缩后从第二高压气体管道g2排出。当连续运行时，第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的压缩过程同步进行。水力设备w注入液体到液压联动恒压网络中的第一a1液体活塞中，对第一液体活塞a1内气体进行压缩，与此同时，第一液体活塞a1液体压强上升会导致液压联动恒压网络中的液压变压稳定器h动作，从第一液体活塞a1中排出液体，将液体送入第二液体活塞a2，使第一和第二液体活塞的压强时刻保持在1:2的状态，实现第一和第二级液体活塞中气体联动同步压缩。

本实施例中的第一液压缸b1和第二液压缸b2可以替换成面积比为n：m的两个水轮机构；两个水轮机构分别连接第一液体活塞a1、第二液体活塞a2和低压水池组，根据液体活塞在轮轴上产生的作用转矩方向定义成两个液体源组，与转矩方向相同的是优势液体源，否则是劣势液体源。

如图3所示的实施例3，未描述部分与实施例1相同；

液压联动均衡网络包括一个液压变压稳定器h和三个液体活塞(第一液体活塞a1、第二液体活塞a2和第三液体活塞a3)；液体活塞的数量与液压缸的数量相同且各液体活塞分别有一个与其相连的液压缸，各液压缸都与低压水池相连；水力设备w与第一液体活塞a1的下端相连，m为外部控制单元，外部控制单元包括直线电机、液压泵、带有其他能量源的液压机构等，液压变压稳定器液压缸或者液压杆与外部控制单元m相连，并接受外部控制单元m注入能量；液压变压稳定器h是三液压缸的三端液压变压稳定器，三端端口为网络三个节点；

通过外部控制单元m可以采用有源方向控制稳定控制策略，根据水力设备w在液压联动均衡网络中的位置，推断液压变压稳定器h中各液压缸势能的传递方向，通过检测受力或者液压变化主动通过额外动力控制势能转换的速度和方向，提高液压变压稳定器h的工作效率，并可根据外部参考液体源的作用情况增加或者减少注入功率保证两组液体源的正确势能交换。

连接到液压缸的三个液体源压强分别为p1、p2和p3，对应的面积分别为s1、s2和s3，其合力为f＝p1*s1+p2*s2+p3*s3；合力为零时不动作，当合力大于零时，将液体注入到活塞缸的那些液体源称为优势液体源组；

压缩过程中，水力设备w向第一液体活塞a1传递能量，通过液压变压稳定器h实现液压源在第一液压缸b1、第二液压缸b2和第三液压缸b3之间的能量快速转换，通过控制阀门的开断以及外部控制单元m对液压缸或活塞杆的出力，使各液体活塞中的液体流入或流出，其中从液体活塞下部流出液体到液压变压稳定器h的各液体源成为优势液体源组，从液压变压稳定器h流入液体到液体活塞中的各液体源为劣势液体源组，液压变压稳定器h同步压缩各液体活塞中的气体，组内预制各液压缸保持比例恒定，液压变压稳定器保证两组间液压比例自动稳定，保持所连接液体活塞相互间内部气体压强比例稳定；该过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图4所示的实施例4，未描述部分与实施例1相同；

液压联动均衡网络包括一个液压变压稳定器h和两个液体活塞(第一液体活塞a1和第二液体活塞a2)，液压变压稳定器h包括两个同轴的液压缸(第一液压缸b1和第二液压缸b2)，第一液压缸b1和第二液压缸b2的面积分别为s1和s2，在第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中预置的气体压强为p1和p2，第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中液体源的压强设定比为

采用无源阀门控制策略使与液压变压稳定器h相连的优势液体源流出液体，劣势液体源注入液体，从而将优势液体源的势能向劣势液体源转移，使优势液体源压强和劣势液体源压强比向设定比例靠拢，直到达到设定压强值；

联动压缩过程为：打开第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，外部水力设备w向第一液体活塞a1注水压缩第一液体活塞a1中的气体，此时液体压强比大于p1:p2，活塞杆受力不为零，在两个液体源作用下活塞动作使第一液体活塞a1流出液体，第二液体活塞a2中注入液体，活塞杆向左移动，当活塞杆达到运行的最左端时，关闭阀门液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，打开液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h带动活塞向右移动，当活塞杆到达运行最右端后，关闭阀门液压缸阀门1b、液压缸阀门1c、液压缸阀门1e和液压缸阀门1h，打开液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，重复上述过程，直到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中的气体压强达到设定值，关闭所有阀门；压缩过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图5所示的实施例5，未描述部分与实施例1相同；

液压联动均衡网络包括一个液压变压稳定器h和两个液体活塞(第一液体活塞a1和第二液体活塞a2)，液压变压稳定器h包括三个同轴的液压缸(第一液压缸b1、第二液压缸b2和第三液压缸b3)，其中第一液压缸b1分别与第一液体活塞a1和低压水池d1相连，第二液压缸b2和第三液压缸b3的上下端口分别相连，并分别连接到第二液体活塞b2和低压水池d2；液压变压稳定器h是三液压缸的双端液压变压稳定器，双端端口为本液压联动均衡网络两个节点；

第一液压缸b1、第二液压缸b2和第三液压缸b3的面积分别为s1、s2和s3，在第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中预置的气体压强为p1和p2，液压杆上的合力为f＝p1*s1+p2*(s2+s3)，根据阀门的开断选择及活塞杆的运动方向判断各面积s1、s2和s3的正负；

采用无源阀门控制策略通过控制各液压缸阀门的开断，来控制液压杆上所受各力的方向，压缩过程中，水力设备w向第一液体活塞a1中注水压缩气体，使与液压变压稳定器h相连的优势液体源流出液体，劣势液体源注入液体，从而将优势液体源的势能向劣势液体源转移，通过液压变压稳定器h实现两个液体源之间的能量快速转换，同步压缩两个液体活塞中的气体，液压变压稳定器h保证两组间液压比例自动稳定，保持所连接液体活塞相互间内部气体压强比例稳定，使优势液体源压强和劣势液体源压强比向设定比例靠拢，直到达到设定压强值；该过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图6所示的实施例6，未描述部分与实施例1相同；

液压变压稳定器通过串联或者并联的连接方式接入液压联动均衡网络的节点；串联是指两个或多个双端液压变压稳定器顺次连接在一起再连接两个液体活塞。

液压联动均衡网络包括两个液压变压稳定器(第一液压变压稳定器h1和第二液压变压稳定器h2)和两个液体活塞(第一液体活塞a1和第二液体活塞a2)；液压变压稳定器h1包括两个同轴的液压缸(第一液压缸b1、第二液压缸b2)，液压变压稳定器h2包括两个同轴的液压缸(第三液压缸b3、第四液压缸b4)；其中第一液压缸b1分别与第一液体活塞a1和低压水池d1相连，第二液压缸b2和第三液压缸b3的上端口相连，下端口分别连接低压水池d2和d3，第四液压缸b4分别与第二液体活塞a2和低压水池d4相连；

联动压缩过程为：打开第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、第三出水阀2c、第四出水阀2d、液压缸阀门1a、1d、1f、1g、1i、1l、1o和1n，外部水力设备w向第一液体活塞a1注水压缩第一液体活塞a1中的气体，此时活塞杆受力不为零，在两个液体源作用下活塞动作使第一液体活塞a1流出液体，第二液体活塞a2中注入液体，活塞杆向左移动，当活塞杆达到运行的最左端时，关闭液压缸阀门1a、1d、1f、1g、1i、1l、1o和1n，打开液压缸阀门1b、1c、1e、1h、1k、1j、1m和1p，带动活塞向右移动，当活塞杆到达运行最右端后，关闭阀门液压缸阀门1b、1c、1e、1h、1k、1j、1m和1p，打开液压缸阀门1a、1d、1f、1g、1i、1l、1o和1n，重复上述过程，直到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中的气体压强达到设定值，关闭所有阀门；液压变压稳定器h保证两组间液压比例自动稳定，保持所连接液体活塞相互间内部气体压强比例稳定，压缩过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图7所示的实施例7，未描述部分与实施例6相同；

液压变压稳定器通过串联或者并联的连接方式接入液压联动均衡网络的节点；并联是指两个或多个具有相同端口数的液压变压稳定器分别连接相同的液体活塞。

液压联动均衡网络包括两个液压变压稳定器(第一液压变压稳定器h1和第二液压变压稳定器h2)和两个液体活塞(第一液体活塞a1和第二液体活塞a2)；液压变压稳定器h1包括两个同轴的液压缸(第一液压缸b1、第二液压缸b2)，液压变压稳定器h2包括两个同轴的液压缸(第三液压缸b3、第四液压缸b4)；其中第一液压缸b1分别与第一液体活塞a1和低压水池d1相连，第二液压缸b2分别与第二液体活塞a2和低压水池d2相连，第三液压缸b3分别与第一液体活塞a1和低压水池d3相连，第四液压缸b4分别与第二液体活塞a2和低压水池d4相连；第一液压变压稳定器h1和第二液压变压稳定器h2具有相同的面积比；

液压变压稳定器h1和h2保证两组间液压比例自动稳定，保持所连接液体活塞相互间内部气体压强比例稳定，压缩过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图8所示的实施例8，未描述部分与实施例7相同；

图8为可逆式分级压缩系统多级压缩结构图；液压联动均衡网络包括四个液压变压稳定器(第一液压变压稳定器h1、第二液压变压稳定器h2、第三液压变压稳定器h3和第四液压变压稳定器h4)和四个液体活塞(第一液体活塞a1、第二液体活塞a2、第三液体活塞a3和第四液体活塞a4)；其中第二液压变压稳定器h2和第三液压变压稳定器h3并联，都连接第二液体活塞a2和第三液体活塞a3，第一液压变压稳定器h1连接第一液体活塞a1和第二液体活塞a2，第四液压变压稳定器h4连接第三液体活塞a3和第四液体活塞a4，四个液压变压稳定器都与低压水池d相连；第二液压变压稳定器h2和第三液压变压稳定器h3具有相同的面积比；水力设备w与第一液体活塞a1相连；

第一液压变压稳定器h1、第二液压变压稳定器h2、第三液压变压稳定器h3和第四液压变压稳定器h4四个液压变压稳定器都是双端液压变压稳定器，各端口所处的连接管道分别为本液压联动均衡网络的各节点；

各液压变压稳定器保证各组间液压比例自动稳定，保持所连接液体活塞相互间内部气体压强比例稳定，压缩过程可逆，即膨胀过程与之相反。

如图9所示的本发明的实施例9，未描述部分与实施例1相同；

不同压强等级的液体活塞分别连接匹配该等级范围的低压气体管道和高压气体管道，其中液体活塞的高压气体管道和与其相邻上一级液体活塞的低压气体管道使用同一个压强等级，直接相连或经迁移单元l相连。

如图9点画线框内所示为迁移单元l的第一种实施方式，由迁移气体管道q、第二液体阀门3b、第三液体阀门3c和独立液体驱动装置y组成，其中独立液体驱动装置y为液压机构或水泵；第二液体活塞a2上方顺序通过第二低压气体阀4c、迁移气体管道q、第一高压气体阀4b与第一液体活塞a1上方相连；第二液体活塞a2下方顺序通过第三液体阀门3c、独立液体驱动装置y、第二液体阀门3b与第一液体活塞a1下方相连。

迁移单元l的第一种实施方式，可以使用的气体迁移方法为全间断迁移，具体的运行方式分为：

首先预置气体：第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的初始状态为满水，打开第一低压气体阀4a和第一液体阀门3a，从第一低压气体管道p1向第一液体活塞注入气体，液体流出到水力设备w，关闭阀门第一低压气体阀4a，水力设备w向第一液体活塞a1注水压缩第一液体活塞a1中的气体，直到第一液体活塞a1中的气体压强达到迁移值，关闭第一液体阀门3a，打开第二液体阀门3b、第三液体阀门3c、第一高压气体阀4b和第二低压气体阀4c，导通迁移气体管道q，独立液体驱动装置y驱动液体从第二液体活塞a2转移到第一液体活塞a1，第一液体活塞a1中的气体通过迁移气体管道q转移到第二液体活塞a2，直到第一液体活塞a1中的气体全部转移到第二液体活塞a2中，关闭第二液体阀门3b、第三液体阀门3c、第一高压气体阀4b和第二低压气体阀4c，此时第二液体活塞a2中气体预置完成，第一液体活塞a1满水；再次打开第一低压气体阀4a和第一液体阀门3a，从第一气体管道p1向第一液体活塞a1注入气体，液体流出到水力设备w，关闭第一低压气体阀4a，此时第一液体活塞a1中气体预置完成，进入联动压缩过程。

联动压缩的过程与实施例1相同，压缩迁移值是指所要迁移的相连下一液体活塞中气体压缩的初始值，在本实施例中为第一高压气体管道g1迁移至第二液体活塞a2的气体压缩初始值；；

压缩完成后进行气体迁移，先将第二液体活塞a2中的气体从第二高压气体管道g2排出，此时第二液体活塞a2满水，打开第二液体阀门3b、第三液体阀门3c、第一高压气体阀4b和第二低压气体阀4c，将迁移气体管道q导通，独立液体驱动装置y驱动液体从第二液体活塞a2转移到第一液体活塞a1，第一液体活塞a1中的气体从迁移气体管道转移到第二液体活塞a2，在迁移过程中维持两个液体活塞中气体压强相等，实现气体的全间断等压迁移；膨胀过程与之相反。

如图10所示的本发明的实施例10，未描述部分与实施例1相同；

图10点画线框所示为迁移单元l的第二种实施方式，由迁移气体第一管道q1和迁移气体第二管道q2、液体第二驱动装置y2、液体第三驱动装置y3和迁移液体活塞c组成，其中液体第二驱动装置y2和液体第三驱动装置y3为液压机构或水泵，迁移液体活塞c上方的第一出口顺序通过迁移气体第一管道q1、第一高压气体阀4b和第一高压气体管道g1与第一液体活塞a1相连；迁移液体活塞c下方的第一出口顺序通过第四液体迁移阀7d、液体第二驱动装置y2、第三液体迁移阀7c与第一液体活塞a1相连，迁移液体活塞c上方的第二出口顺序通过迁移气体第二管道q2、第二低压气体阀4c和第二低压气体管道p2与第二液体活塞a2相连，迁移液体活塞c下方的第二出口顺序通过第五液体迁移阀7e、液体第三驱动装置y3和第六液体迁移阀7f与第二液体活塞a2相连；

实施例10还包括：第一外部液体活塞e1和第二外部液体活塞e2，其中第一外部液体活塞e1的上方顺序通过第一低压气体管道p1和第一低压气体阀4a与第一液体活塞a1相连，第一外部液体活塞e1的下方顺序通过第一液体迁移阀7a、液体第一驱动装置y1和第二液体迁移阀7b与第一液体活塞a1相连；第二外部液体活塞e2分别通过第二高压气体管道p2和液体第四驱动装置y4和第二液体活塞a2相连；

实施例10使用了迁移单元l的第二种实施方式，在第二种实施方式中可以使用的气体迁移方法为全间断迁移、半间断迁移和连续迁移方式；

在实施例10中使用全间断迁移过程为：

(1)预置气体：打开第一低压气体阀4a、第二低压气体阀4c、第一液体迁移阀7a、第二液体迁移阀7b、第五液体迁移阀7e和第六液体迁移阀7f，将第一外部液体活塞e1和第一液体活塞a1通过第一低压气体管道p1和液体第一驱动装置y1导通，将迁移液体活塞c和第二液体活塞a2通过迁移气体第二管道q2和液体第三驱动装置y3导通，利用液体第一驱动装置y1将第一外部液体活塞e1中的气体迁移到第一液体活塞a1，利用液体第三驱动装置y3将迁移液体活塞c中的气体迁移到第二液体活塞a2中，预置气体完成后关闭所有阀门；

(2)联动压缩(联动膨胀)：与实施例1相同；

(3)气体迁移：打开第一高压气体阀4b、第二高压气体阀4d、第三液体迁移阀7c、第四液体迁移阀7d、第七液体迁移阀7g和第八液体迁移阀7h，将迁移液体活塞c和第一液体活塞a1通过迁移气体第一管道q1和液体第二驱动装置y2导通，将第二外部液体活塞e2和第二液体活塞a2通过第二高压气体管道g2和液体第四驱动装置y4导通，利用液体第二驱动装置y2将第一液体活塞a1中的气体迁移到迁移液体活塞c中，利用液体第四驱动装置y4将第二液体活塞a2中的气体迁移到第二外部液体活塞e2中，直到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2满水，实现气体的全间断迁移，膨胀过程与之相反。

在实施例10中使用半间断迁移过程为：

(1)预置气体与联动压缩(联动膨胀)同步进行：打开第一低压气体阀4a、第一液体迁移阀7a、第二液体迁移阀7b、第二低压气体阀4c、第五液体迁移阀7e、第六液体迁移阀7f、第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，将第一外部液体活塞e1和第一液体活塞a1通过第一低压气体管道p1和液体第一驱动装置y1导通，将迁移液体活塞c和第二液体活塞a2通过迁移气体第二管道q2和液体第三驱动装置y3导通，在利用液体驱动装置分别将第一外部液体活塞e1和迁移液体活塞c中的气体迁移到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的同时，水力设备w向第一液体活塞a1注水压缩第一液体活塞a1中的气体，利用液压变压稳定器进行第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中气体的联动压缩，预置气体完成后，关闭第一低压气体阀4a、第一液体迁移阀7a、第二液体迁移阀7b、第二低压气体迁移阀4c、第五液体迁移阀7e和第六液体迁移阀7f，当第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中的气体压强达到压缩迁移值时，关闭第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g；

(2)气体迁移：打开第一高压气体迁移阀4b第二高压气体阀4d、第三液体迁移阀7c、第四液体迁移阀7d、第七液体迁移阀7g和第八液体迁移阀7h，将迁移液体活塞c和第一液体活塞a1通过迁移气体第一管道q1和液体第二驱动装置y2导通，将第二外部液体活塞e2和第二液体活塞a2通过第二高压气体管道g2和液体第四驱动装置y4导通，利用液体第二驱动装置y2将第一液体活塞a1中的气体迁移到迁移液体活塞c中，利用液体第四驱动装置y4将第二液体活塞a2中的气体迁移到第二外部液体活塞e2中，直到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2满水，实现气体的半间断迁移；膨胀过程与之相反。

在实施例10中使用连续迁移过程为：

(1)打开第一低压气体阀4a、第一液体迁移阀7a、第二液体迁移阀7b、第二低压气体阀4c、第五液体迁移阀7e、第六液体迁移阀7f、第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b、液压缸阀门1a、液压缸阀门1d、液压缸阀门1f和液压缸阀门1g，将第一外部液体活塞e1和第一液体活塞a1通过第一气体管道p1和液体第一驱动装置y1导通，将迁移液体活塞c和第二液体活塞a2通过迁移气体第二管道q2和液体第三驱动装置y3导通，在利用液体驱动装置分别将第一外部液体活塞e1和迁移液体活塞c中的气体迁移到第一液体活塞a1和第二液体活塞a2的同时，水力设备w向第一液体活塞a1注水压缩第一液体活塞a1中的气体，利用液压变压稳定器进行第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中气体的联动压缩，

(2)当第一外部液体活塞e1和迁移液体活塞c满水后，关闭第一低压气体阀4a、第一液体迁移阀7a、第二液体迁移阀7b、第二低压气体阀4c、第五液体迁移阀7e和第六液体迁移阀7f，打开第一高压气体阀4b、第二高压气体阀4d、第三液体迁移阀7c、第四液体迁移阀7d、第七液体迁移阀7g和第八液体迁移阀7h，将迁移液体活塞c和第一液体活塞a1通过迁移气体第一管道q1和液体第二驱动装置y2导通，将第二外部液体活塞e2和第二液体活塞a2通过第二高压气体管道g2和液体第四驱动装置y4导通；在利用液体第二驱动装置y2将第一液体活塞a1中的气体迁移到迁移液体活塞c中的同时，利用液体第四驱动装置y4将第二液体活塞a2中的气体迁移到第二外部液体活塞e2中，气体联动压缩与气体迁移同时进行；

(3)气体迁移：当第一液体活塞a1和第二液体活塞a2中的气体压强达到压缩迁移值时，关闭阀门第一液体阀门3a、第一出水阀2a、第二出水阀2b，在气体压缩与迁移都完成后，关闭所有阀门，实现气体的连续迁移；膨胀过程与之相反。