[发明专利]一种液压囊与活塞联动的隔离式流体压力转换装置

说明书

本发明公开了一种流体压力转换装置，包括缸体(1)、活塞(2)和液压囊(3)，液压囊(3)为可承压抗拉且膨胀伸缩可的管状软囊，安装于缸体(1)内，两端的囊咀(32)嵌入活塞(2)和缸盖(12)中心的安装孔中并紧密连接，囊体(31)将缸筒(11)内的空间隔离成囊内腔(4)和囊外腔(5)两部分，分别容纳两种不同的流体，并各自设有流体介质进出的通道。工作时，主动改变其中一个腔中流体的压强或体积量，即可通过囊体(31)胀缩拉伸与活塞(2)滑动的联合作用，使另一个腔中流体的压强或体积量相应发生变化，并且囊内腔(4)比囊外腔(5)中压强变化大，而容积变化量小。该装置可用于增压传动、物料泵送、管路调压等。

技术领域

本发明涉及液压、气动和变容流体泵技术领域，特别是涉及一种液压囊与活塞联动 的隔离式流体压力转换装置。

背景技术

在涉及流体压力传动或流体物料输送的诸多工业场景中，用一种带压力能的流体驱 动另一种流体的技术和设备已被广泛应用，较典型的应用包括：

1.增压传动，如液压机械中的气液增压缸，用于岩石采掘或内压成型加工的液压水 胀机等；

2.泵送提升，如采油、采矿业中利用水压抽油或从井下向地面上排送泥浆等；

3.压滤渗透，如海水淡化中用海水压力将过滤水加压进行反渗透去除盐分等；

4.蓄能补偿，如有压缩空气的囊式、活塞式蓄能器、压力补偿器等；

5.压缩相变，如LNG、液态CO₂的压缩制备，压力交换式制冷压缩机等。

这些设备本质上都是流体压力转换装置，工作时都存在不同流体间单向或相互传递 压力能的过程。用户通常都期望设备能提供较大的转换压差，发生更小的能量损耗，并保 证压力介质和物料流体间严格隔离而互不污染。现有技术中通常用两种方式实现隔离式流 体压力转换，一是采用直径大小不同的活塞组，其优点是能实现较高的增压倍数和输出压 力，如目前国内外有多家厂商提供百兆帕级输出的气液增压缸。然而，多活塞结构增大了 运动部件惯性和与缸壁间摩擦，从而带来响应迟钝和能耗增加的问题，并且活塞与缸筒间 的滑动间隙使介质混杂难以避免。二是如隔膜泵、波纹管泵、囊式蓄能器等，采用膜、囊 类柔性件，优点是能实现不同介质间的严格隔离，但常规柔性件自身的承压抗裂强度较低， 难于适应较高的内外压差，目前工作压力在十兆帕以上的此类设备极其罕见。

本发明人在国内专利文献CN 110566533 A中，已公开了一种管状液压囊及压力发生 装置，该技术方案中提供的“管状液压囊”，囊壁为夹有增强层的弹性合成橡胶，增强层采用对位芳纶、超高分子聚乙烯等高强高模纤维束斜向交叉密织而成，这使得囊体在承压和胀缩性两项本来相矛盾的性能上，具备了远超一般膜囊和液压软管的综合优势。

我们通过产品实测和实用检验，证明这种管状液压囊有以下优点：一是高承压，囊体对水、油、气均能可靠地密封承压，自由状态下的最小爆破压力可达70MPa以上；二是 高抗拉，囊体自身及与两端囊咀的连接可承受数吨甚至数十吨的拉伸力(因型号而异)； 三是高胀缩比，同一囊体膨胀至最粗最短时与拉伸至最细最长时的两种状态相比，直径变 化大于3倍，长度变化大于1.6倍，囊内容积变化大于5倍。此外，它也具备一般柔性器 件所共有的一些优点，如重量轻、成本低、耐用性好等。综上所述，这类新技术产品的出 现，为隔离式流体压力转换装置的技术改进提供了可行的新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体压力转换装置，以解决现有技术中在实现两种流体介 质压力转换时，存在着的介质隔离不彻底、能量损耗大、设备笨重等问题。该装置既适用于液压、气动机械设备的增压传动装置，也可用于高压流体输送管路中的物料泵送或压力调节设备，如：增压器、增压泵、压缩机或蓄能器等。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：