阅读说明：本技术 直列式防燃爆输气增压缸 (In-line explosion-proof gas transmission pressure cylinder ) 是由 郭晓春 于 2019-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种直列式防燃爆输气增压缸,包括依次连接的气体压缩机构、中缸机构和液压驱动机构,气体压缩机构包括气缸、第一活塞环、活塞杆总成、第二活塞环、低压输入端和高压气输出端,中缸机构包括中缸筒、电子液位计和单向排污阀,所述中缸筒与气缸连接,液压驱动机构包括液压缸、液压活塞、缓冲柱、接近开关和换向阀。本发明防燃爆性能强、具有自清洁功能、维护成本低、使用寿命长。(The invention relates to an in-line explosion-proof gas transmission pressure cylinder, which comprises a gas compression mechanism, a middle cylinder mechanism and a hydraulic driving mechanism which are sequentially connected, wherein the gas compression mechanism comprises a cylinder, a first piston ring, a piston rod assembly, a second piston ring, a low-pressure input end and a high-pressure gas output end, the middle cylinder mechanism comprises a middle cylinder barrel, an electronic liquid level meter and a one-way blow-down valve, the middle cylinder barrel is connected with the cylinder, and the hydraulic driving mechanism comprises a hydraulic cylinder, a hydraulic piston, a buffer column, a proximity switch and a reversing valve. The invention has strong anti-explosion performance, self-cleaning function, low maintenance cost and long service life.)

直列式防燃爆输气增压缸

技术领域

本发明涉及气体输送及压缩的设备技术领域，尤其涉及一种直列式防燃爆输气增压缸。

背景技术

天然气新能源汽车的推广和普及，为压缩天然气及其相关应用领域，将带来巨大的机遇。压缩天然气是新能源汽车的理想能源之一，其相关技术和应用已日趋成熟，在新能源公交车、新能源的士的普及下，显现出强大的市场潜力。

第一，天然气输送和充装时，需要使用特定的压缩设备，目前较为普遍的是传统的机械压缩机，其结构复杂，安装场地要求高，维护难度大，运转时振动和噪声大，效率低，可靠性低、污染大；

第二，另一部分设备采用液压系统，即使用一种多级天然气压缩油缸，相对于传统机械压缩机，虽然使结构简化，维护方便，降低了噪声，但由于压缩天然气设备的工况恶劣，压缩天然气时产生的高热易点燃混合着高压油腔微泄漏至气腔的油滴，导致局部燃爆产生，使油缸的密封圈烧毁的情况经常发生，造成加压设备损坏，频繁的维护降低了使用效率增加了运行成本；

第三，由于密封件失效无法及时发现，导致高压油液进入天然气压缩腔，并同天然气混合，被泵入加装车辆，导致车辆损坏，同时增加了高压燃爆的风险，安全性低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种防燃爆性能强、具有自清洁功能、维护成本低、使用寿命长的直列式防燃爆输气增压缸。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种直列式防燃爆输气增压缸，包括依次连接的气体压缩机构、中缸机构和液压驱动机构；

所述气体压缩机构包括气缸、第一活塞环、活塞杆总成、第二活塞环、低压输入端和高压气输出端，所述活塞连杆的一端设置在气缸内，所述大活塞套接在活塞连杆的一端且大活塞将气缸分隔成第一高压气腔和第二高压气腔，所述第二活塞环套接在活塞连杆的中部并位于气缸靠近第二高压气腔的端部，所述第一高压气腔内连接有第一出气单向阀和第一进气单向阀，所述第二高压气腔内连接有第二出气单向阀和第二进气单向阀，所述高压气输出端通过第二出气单向阀和第一出气单向阀分别依次对应与第二高压气腔和第一高压气腔单向连接，所述右单向出气阀连接有测压接头和单向调压阀；

所述中缸机构包括中缸筒、电子液位计和单向排污阀，所述中缸筒与气缸连接，所述活塞连杆从气缸伸出并通过中缸筒，所述第二活塞环将中缸筒与气缸隔开并使中缸筒内形成低压气腔，所述低压气腔通过单向调压阀与第二出气单向阀连接，所述电子液位计与单向排污阀均设置在中缸筒的重力势能最低处且电子液位计与液压系统的电控系统电性连接，单向排污阀的出口端连接有油气过滤器，单向排污阀通过油气过滤器与低压输入端单向连接；

所述液压驱动机构包括液压缸、液压活塞、缓冲柱、接近开关和换向阀，所述液压缸与中缸筒连接，所述液压活塞设置在液压缸内且套接活塞连杆上，液压活塞将分隔成左液压缸分隔成第一高压油腔和第二高压油腔，第一高压油腔和第二高压油腔均通过换向阀与液压系统连接，所述缓冲柱设有两组且分别固定在活塞连杆两端，所述接近开关安装在液压缸的端部。

进一步地，所述气缸包括依次连接的左缸底、左缸筒和左缸头，所述第一出气单向阀和第一进气单向阀设置在左缸底内，所述第二出气单向阀和第二进气单向阀设置在左缸头内。

进一步地，所述第二出气单向阀与高压气输出端之间设有第二高压气接头，所述第一出气单向阀与高压气输出端之间具有第一高压气接头，所述第一进气单向阀与低压输入端之间具有第一低压进气接头，所述第二进气单向阀与低压输入端之间具有第二低压进气接头。

进一步地，所述液压缸包括依次连接的右缸头、右缸筒和右缸底，所述右缸头通过中缸筒与左缸头连接。

进一步地，所述右缸头内设有套设在活塞杆总成上且沿活塞杆总成方向从左至右设置的单向气密封和单向油密封。

进一步地，所述右缸头连接有第一高压接头，所述第一高压油腔通过油道、第一高压接头与液压系统连接，所述右缸底连接有第二高压接头，所述第二高压接头依次通过油道、第二高压接头与液压系统连接。

进一步地，所述液压活塞上设有孔用密封。

进一步地，所述接近开关包括第一接近开关和第二接近开关，所述第一接近开关安装在右缸头上，所述第二接近开关安装在右缸底上。

本实发明的有益效果是：

1、低压气腔具有一定的容积，当油缸密封破损后发生大量泄漏，可容纳一定体积的油液，防止泄漏油液直接进入气缸，启泄漏保护作用，为紧急停机预留反应时间；在该腔内设置有电子液位计，当泄漏油液到达一定液位时将会发送信号，提醒工作人员检查设备并清理积液，若液位到达设定的极限液位时，仍旧没有外部操作，电子液位计将发送指令，使增压缸停止增压工作，保护设备安全；

2、本发明具有自清洁功能，可将渗漏出的高压油在低压气腔内集中，并使用自身内部的低压气将废油液排出增压缸，排出的废液与气体经油气过滤器过滤后，将气体重新输至输入端，重复利用，避免了废气液向外排放，安全可靠，不污染环境；

3、本发明设有可调节输出压力的安全阀，防止气体过度压缩，保证了被充蓄能设备的安全，可靠性高；可能产生高温处的密封使用活塞环，大大增加使用寿命，减少维护需求。

4、油缸带位置开关，使电控系统控制精准、有效；

5、结构简单传动链短，效率高；

6、维修安装方便，利用缓冲柱减少动作冲击，使得本发明噪音小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：102、第一活塞环；103、活塞杆总成；104、第二活塞环；105、第一高压气腔；106、第二高压气腔；107、第一出气单向阀；108、第一进气单向阀；109、第二出气单向阀；110、第二进气单向阀；111、测压接头；112、单向调压阀；113、左缸头；114、左缸筒；115、左缸底；116、第二高压气接头；117、第一高压气接头；118、第一低压出气接头；119、第二低压进气接头；201、中缸筒；202、电子液位计；203、单向排污阀；204、低压气腔；302、液压活塞；303、缓冲柱；305、换向阀；306、第一高压油腔；307、第二高压油腔；308、右缸底；309、右缸筒；310、右缸头；311、单向气密封；312、单向油密封；313、第一高压接头；314、第二高压接头；315、孔用密封；316、第一接近开关；317、第二接近开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

如图1所示，一种直列式防燃爆输气增压缸，包括依次连接的气体压缩机构、中缸机构和液压驱动机构；

所述气体压缩机构包括气缸、第一活塞环102、活塞杆总成103、第二活塞环104、低压输入端和高压气输出端，所述活塞连杆的一端设置在气缸内，所述大活塞套接在活塞连杆的一端且大活塞将气缸分隔成第一高压气腔105和第二高压气腔106，所述第二活塞环104套接在活塞连杆的中部并位于气缸靠近第二高压气腔106的端部，所述第一高压气腔105内连接有第一出气单向阀107和第一进气单向阀108，所述第二高压气腔106内连接有第二出气单向阀109和第二进气单向阀110，所述高压气输出端通过第二出气单向阀109和第一出气单向阀107分别依次对应与第二高压气腔106和第一高压气腔105单向连接，所述右单向出气阀连接有测压接头111和单向调压阀112，所述气缸包括依次连接的左缸底115、左缸筒114和左缸头113，所述第一出气单向阀107和第一进气单向阀108设置在左缸底115内，所述第二出气单向阀109和第二进气单向阀110设置在左缸头113内，所述第二出气单向阀109与高压气输出端之间设有第二高压气接头116，所述第一出气单向阀107与高压气输出端之间具有第一高压气接头117，所述第一进气单向阀108与低压输入端之间具有第一低压进气接头，所述第二进气单向阀110与低压输入端之间具有第二低压进气接头119，需要说明的是，高压气输出端最终与储存设备连接，用于接收压缩后的气体。

所述中缸机构包括中缸筒201、电子液位计202和单向排污阀203，所述中缸筒201与气缸连接，所述活塞连杆从气缸伸出并通过中缸筒201，所述第二活塞环104将中缸筒201与气缸隔开并使中缸筒201内形成低压气腔204，所述低压气腔204通过单向调压阀112与第二出气单向阀109连接，所述电子液位计202与单向排污阀203均设置在中缸筒201的重力势能最低处且电子液位计202与液压系统的电控系统电性连接，单向排污阀203的出口端连接有油气过滤器，单向排污阀203通过油气过滤器与低压输入端单向连接。

所述液压驱动机构包括液压缸、液压活塞302、缓冲柱303、接近开关和换向阀305，所述液压缸与中缸筒201连接，所述液压活塞302设置在液压缸内且套接活塞连杆上，液压活塞302将分隔成左液压缸分隔成第一高压油腔306和第二高压油腔307，第一高压油腔306和第二高压油腔307均通过换向阀305与液压系统连接，所述缓冲柱303设有两组且分别固定在活塞连杆两端，所述接近开关安装在液压缸的端部。

所述液压缸包括依次连接的右缸头310、右缸筒309和右缸底308，所述右缸头310通过中缸筒201与左缸头113连接，所述右缸头310内设有套设在活塞杆总成103上且沿活塞杆总成103方向从左至右设置的单向气密封311和单向油密封312，所述右缸头310连接有第一高压接头313，所述第一高压油腔306通过油道、第一高压接头313与液压系统连接，所述右缸底308连接有第二高压接头314，所述第二高压接头314依次通过油道、第二高压接头314与液压系统连接，所述液压活塞302上设有孔用密封315，所述接近开关包括第一接近开关316和第二接近开关317，所述第一接近开关316安装在右缸头310上，所述第二接近开关317安装在右缸底308上。

详细地说，当第一高压油腔306进油，活塞杆总成103被向右推，此时：

第一高压油腔306由高压油做功，推动活塞杆总成103右移，第二高压气腔106压力增加，将增压的气体通过第二出气单向阀109、第二高压气接头116，送至储存设备；同时第一高压气腔105呈负压状态，将气体从低压气输入端，通过第一低压出气接头118，第一进气单向阀108，抽入第一高压气腔105。在此过程中，第一出气单向阀107关闭，防止高压气反流进入第一高压气腔105，同时第二进气单向阀110也关闭，防止已被增压的气体回流低压气输入端；

当第二高压油腔307进油，活塞杆总成103被向左推，此时各部件功能与上述相反，第二高压油腔307由高压油做功，推动活塞杆总成103左移，第一高压气腔105压力增加，将增压的气体通过第一出气单向阀107、第一高压气接头117，送至储存设备；同时第二高压气腔106呈负压状态，将气体从低压气输入端，通过第二低压进气接头119，第二进气单向阀110，抽入第二高压气腔106。在此过程中，第二出气单向阀109关闭，防止高压气反流入第二高压气腔106，同时第一进气单向阀108也关闭，防止已被增压的气体回流低压气输入端，需要说明的是，低压气输入端与低压气源连接，用于提供需压缩的气体。

测压接头111设置在第二出气单向阀109之后，又通过管路与高压气输出端、第一出气单向阀107的后端第一高压气接头117相连，所以测压接头111所测得的压力正是被充压设备的压力。通过调整单向调压阀112，可设定安全压力；当被充压设备或第一高压气腔105或第二高压气腔106的压力超过单向调压阀112的设定值时，高压将会推开单向调压阀112，将多余的气体排入低压气腔204。由于低压气腔204与低压气源直连，低压气腔204与第一高压气腔105、第二高压气腔106分别单向连通，所以排出的高压气体会补入呈负压状态的第一高压气腔105或第二高压气腔106，并将剩余的气体排回低压气源，此时本增压缸不对气体做功压缩，低压气腔204与被充气设备的压力保持稳定，测压接头111用于观察和调整压力、保证安全；

另外，第一活塞环102、第二活塞环104始终存在微量泄漏，当第一高压气腔105增压时，会通过第一活塞环102的微量泄漏进入呈负压状态的第二高压气腔106；当第二高压气腔106增压时，会通过第一活塞环102的微量泄漏进入呈负压状态的第一高压气腔105，也会通过第二活塞环104进入始终保持低压状态的低压气腔204。虽然使用第一活塞环102、第二活塞环104会造成极微量泄漏，极少量降低了设备的增压效率，但是活塞环的耐高温性能，大大增长了设备的使用寿命和维护周期；

当活塞杆总成103运动至极限位置时(左端或右端)，活塞杆总成103上的缓冲柱303启缓冲作用，防止高速撞击，当第一接近开关316或第二接近开关317检测到缓冲柱303后，会给换向阀305发送换向信号，使活塞杆总成103进行反向运动，在第一接近开关316或第二接近开关的监测下，活塞杆总成103进行往复增压动作。

左缸底115、左缸筒114与左缸头113均采用锥面和大拧紧力矩进行密封，不使用橡胶等不耐高温密封件，避免气体压缩的高温导致损坏造成泄漏；与气体相关的接头，如第一高压气接头117，第二高压气接头116，测压接头111，第一低压出气接头118，第二低压进气接头119，均使用锥螺纹密封，不使用橡胶等不耐高温密封件，避免气体压缩的高温导致损坏造成泄漏；

单向排污口设于油缸安装后，重力势能最低处，并与油气过滤器相连，接回低压气输入端。定期维护时，推开该单向排污阀203，低压气腔204内部的气体将会吹出在此汇集的泄漏油液。混合油气通过油气过滤器过滤油液后，将气体送回低压气端，不产生外排，仅需定期更换过滤器，安全可靠；

在低压气腔204内，设置有电子液位计202，当右部的油缸泄漏的油液在低压气腔204内存到一定量时，会给电控系统发送信号，提示人员检修维护。若一段时间内工作人员未作出反应，或者是油缸密封圈损坏导致大量泄漏，造成低压气腔204内的积液达到警戒高度，电子液位计202将发送信号让系统停止运行，直至故障排除。

工作原理：本增压缸分成三个缸、五个腔，左缸两腔与右缸两腔之间通过活塞隔开，中缸为单腔。左右两缸的两个活塞固定于同一活塞杆总成103上进行联动。增压缸的左缸是用作增压气体的气缸，右缸是通过液压系统驱动的油缸，隔在气缸与油缸之间的低压气腔204，低压气腔204通过管道与待增压气源连通。低压气通过该管道，被增压气缸抽入，并利用油缸带动气缸进行增压，增压后的气体被送至储存容器，气缸的密封采用活塞环，由于活塞环是金属材质，耐磨且使用寿命长，不会因为气体压缩产生的高温导致密封件损坏，不会造成密封失效和泄漏，同时可抗燃爆；又由于工作时对气体加压导致的温度升高，可使活塞环热膨胀，从而启到更好的密封作用；中缸低压气腔204与油缸高压油腔之间的密封采用单向气封+单向油封。设备运作过程中，由于低压气腔204与低压气源连通，使其保持压力始终处于于一个稳定的低压水平，这种工况不会产生高压，也就不会产生瞬时高热和局部燃爆，使气封和油封的寿命得到很大的延长，普通气封的就可以满足使用；由于普通气封足以胜任气密要求，所以油腔也可以采用普通的高压油封。该设计减少了生产成本和维护成本的同时，也增加了系统的可靠性；

低压气腔204将高压气腔与高压油腔隔开，启防高压燃爆作用。油缸渗漏的油液与高压气腔泄漏的气体在低压气腔204中汇集，但由于该腔不会产生高压和高温，使得气体和油汽的混合物不会因系统动作产生燃爆；

低压气腔204上设有单向排出口，该单向排出口位于本发明安装后，低气压腔的最低重力势能处，起自清洁的作用。当油缸的油液渗漏至低压气腔204后，将会因重力作用，在该腔的最低处汇集，因为此单向排出口的位置位于最低势能处，所以当单向排污阀203开启后，低压气腔204内的低压气体(压力始终高于设备外部气压)将会吹出汇集于此的油液。吹出的油气混合物，通过过滤器滤除油液，将过滤后的气体重新送回气体输入端，并进入设备重新利用，避免了环境污染并保证了安全；

低压气腔204具有一定的容积，当油缸密封破损后发生大量泄漏，可容纳一定体积的油液，防止泄漏油液直接进入气缸，启泄漏保护作用，为紧急停机预留反应时间；在该腔内设置有电子液位计202，当泄漏油液到达一定液位时将会发送信号，提醒工作人员检查设备并清理积液，若液位到设定的达极限液位时，仍旧没有外部操作，电子液位计202将发送指令，使增压缸停止增压工作，保护设备安全；

油缸的油腔两端分别带有第一接近开关316或第二接近开关，提高了系统的工作效率。当活塞杆总成103运动至极限位置时，接近开关探测到信号，并给换向阀305发送换向指令，换向阀305换向，活塞杆总成103进行反向运动；当活塞杆总成103到达另一端极限位置时，另一端的第一接近开关316或第二接近开关给换向阀305发送换向指令，让活塞杆总成103重复以上动作，使活塞杆总成103以最短的反应时间做往复运动；

高压气腔的第二出气单向阀109后侧设有测压接头111，启监测输出压力和调压的作用；

高压气腔设有单向调压阀112，可根据需求设定输出压力。当被充气设备或高压气腔达到设定压力上限时，高压气体将推开单向气阀，将高压气体通过低压气腔204和管路排回气体输入端，启安全防过载作用。

另外，需要说明的是，该第一活塞环102、第二活塞环104均不能替换为常规使用的密封圈，用活塞环代替常用的密封圈，对于本领域技术人员来说并非显而易见的，传统增压油缸由高压油腔与高压气腔组成，高压气腔与高压油腔之间通过密封圈进行密封。密封圈是具有弹性的材质做成，一般为橡胶材质，这种材质密封性好，但耐高温性能差，容易烧毁而致使密封失效。由于活塞环的密封性不如密封圈，在越高的压力下泄漏越大，如果将密封圈改成活塞环，油液和气体将容易互相渗漏，高压气腔将混入油雾，并被注入蓄能设备，对设备造成影响；而渗入油腔的气体会被油液带回油箱，油箱气密性差，气体将从油箱挥发至空气中，若气体为天然气等有毒、易燃易爆等气体，容易发生人员中毒或者***事故，如果在传统的结构下，即密封圈前增设活塞环，而没有低压气腔，那么渗漏至活塞环与密封件之间的油和气仍旧处于高压状态，在气体压缩瞬间产生的高热还是会损坏密封圈，最终导致泄漏。

与现有技术相比，本发明防燃爆性能强、具有自清洁功能、维护成本低、使用寿命长。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。