一種往復泵或壓縮機系統的製作方法

2023-05-13 14:16:06

本發明屬於流體機械範疇，具體涉及往復泵和壓縮機系統。

背景技術：

在現有的動力驅動的往復泵和壓縮機系統中，動力源與往復泵或壓縮機之間都是通過剛性拉壓杆傳動動力的（例如：各種往復抽水、抽油泵），當泵的輸出揚程或壓縮機輸出的壓力固定時，其負荷就固定了。這就存在三種問題，一是，為了保證拉壓杆在壓的過程中的穩定性，需要拉壓杆有足夠粗的直徑，相對於在拉過程中需要的直徑要大許多倍。二是，剛性拉壓杆很難實現動力的遠距離和曲徑傳輸。三是，對於一臺動力源驅動一臺匹配的的傳統往復氣體壓縮機或往複流體泵工作時，如果動力源輸出的動力是波動很大的動力（例如風力渦輪機輸出的動力），會出現動力源的輸出扭矩與往復壓縮機或泵的負荷扭矩特性差異很大，動力源與壓縮機或泵不能在一個工作區間高效匹配，而這只能選擇一個工作點實現良好匹配，造成系統啟動難，效率低，能量輸出少（例如在風力提水時，低風速的能量就無法有效利用）。為此，內蒙古工業大學胡玉龍等提出了「變行程風力提水技術」（詳見【可再生能源】2007年8月第25卷第4期，76-78頁），其基本原理是：風力提水機變行程技術改變提水機活塞在不同風速下的工作行程，實現風輪工作特性與活塞泵工作特性的一致，從而擴大機組出力，改善工作特性。但是實現變行程的控制和驅動機構複雜，負載變化範圍窄。針對上述三類問題，本發明人認為：（1）將拉壓過程全部變成拉的過程會大大降低拉壓杆的材料用量。（2）將拉壓過程全部變成拉的過程後拉杆可採用柔性拉索，從而可以實現曲徑異地傳輸動力。（3）現有往復活塞泵或壓縮機在一定的揚程或壓力條件下它的負荷力矩基本是恆定的，使壓縮機或泵負荷能夠隨動力源波動是實現提高能源利用率和設備利用率的最佳途徑。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：尋求一種能夠曲徑異地安裝、負荷力矩大小可隨驅動力矩大小變化匹配的往復泵或往復壓縮機系統，以適合工作環境條件需要、提高波動能源驅動下的裝備利用率和能量利用率。

為達到上述目的和解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：

一種往復泵或壓縮機系統，該系統由旋轉與往復運動轉換機構、往復泵或壓縮機、連接旋轉與往復運動轉換機構同往復泵或壓縮機之間的傳力機構構成，所述往復泵或壓縮機為多腔泵或壓縮機，所述傳力機構為雙拉索逆嚮往復拉動機構。

這裡所述拉索可以是剛性拉杆，也可以是柔性拉索。該方案中旋轉與往復運動轉換機構和雙拉索逆嚮往復拉動傳力機構配合可使拉壓杆對往復泵或壓縮機活塞的壓過程也變為拉過程，從而可以解除在壓的過程中對拉壓杆穩定性的要求，實現曲徑異地傳輸動力。特別是採用碳纖維材料製成的拉索具有強抗拉力、耐腐蝕、強度高、無蠕變、耐高溫等特性。

上述的往復泵或壓縮機系統，可供選擇的技術方案是：所述旋轉與往復運動轉換機構是一個三連杆頸的曲軸連杆機構，所述三連杆頸的曲軸連杆機構是中間設有一中心連杆頸，在中心連杆頸兩側各設有一個連杆頸，中心連杆頸上裝有中心連杆，兩側連杆頸上裝有側端連杆,將兩側端連杆連接為一體的外連杆，中心連杆串過外連杆的中心；所述多腔泵或壓縮機是氣液缸組，所述氣液缸組是由上下兩組氣液缸疊置而成，每組氣液缸由兩個及以上單體氣液缸疊置而成，每個單體氣液缸由缸筒、上下端蓋、位於缸筒內並將缸筒分隔成上腔和下腔的活塞或隔膜、串過氣液缸端蓋並與活塞或隔膜固定在一起的活塞杆、安裝在上下各端蓋上的進流單向閥和出流單向閥、將氣液缸上端蓋和下端蓋上的進流單向閥連通後作為氣液缸進流口的管路、將氣液缸上端蓋和下端蓋上的出流單向閥連通後作為氣液缸出流口的管路構成，上組氣液缸的活塞杆為空心軸式活塞杆，下組氣液缸活塞杆串過上組氣液缸的空心軸式活塞杆；所述雙拉索逆嚮往復拉動機構為設有中心拉索，中心拉索外圍設有管形拉索或等效多根拉索，中心拉索的上端與中心連杆連接，下端與下組氣液缸的活塞杆連接，管形拉索的上端與外連杆連接，下端與上組氣液缸的空心軸式活塞杆連接。

此種技術方案適用於動力裝置是固定模式的裝置。

上述的往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：在中心拉索、管形拉索與氣液缸組之間設有反向聯動機構，所述反向聯動機構是由中間一雙面齒條、兩側各設一齒輪、兩齒輪外側各設一內齒齒條，兩外側內齒齒條連接為一體，齒輪與齒條相互嚙合的機構，兩齒輪中心軸支撐固定在上組氣液缸端蓋上，雙面齒條的上端與中心拉索的下端連接，雙面齒條的下端與下組氣液缸的活塞杆連接，兩外側內齒齒條的上端與管形拉索的下端連接，兩外側內齒齒條的下端與上組氣液缸的空心軸式活塞杆連接。反向聯動機構可實現：當一根拉索運動時，另一個拉索反向運動。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，可供選擇的技術方案是：所述旋轉與往復運動轉換機構的機座坐落在主機基座上，旋轉與往復運動轉換機構的機座與主機基座之間設有偏航軸承，中心連杆和外連杆上分別裝有可360°旋轉的萬向節。該技術方案類同於風力發電的偏航機構。此種方案適用於動力機是風力渦輪機。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：在所述管形拉索外套裝有管狀防護套，管狀防護套的上端固定在主機基座上，下端固定在上組氣液缸端蓋或反向聯動機構的兩齒輪支架上。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：在中心拉索與中心連杆之間、管形拉索與外連杆之間或中心拉索中間、管形拉索中間或中心拉索與雙面齒條上端之間、管形拉索與兩外側內齒齒條之間設有拉索長度調節器。

上述的往復泵或壓縮機系統，可供選擇的技術方案是：所述旋轉與往復運動轉換機構由上下兩組曲軸連杆機構疊置組成，其上曲軸連杆機構是一單連杆頸曲軸，下曲軸連杆是一個三連杆頸的曲軸連杆機構，所述三個連杆頸曲軸是中間設有一中心連杆頸，在中心連杆頸兩側的不同軸向平面上設有兩個連杆頸，各連杆頸上設有連杆，下曲軸連杆機構的中心連杆與上曲軸連杆的連杆經過一萬向節連接，所述多腔泵或壓縮機是由兩個氣液缸組組成，所述氣液缸組是由兩個及以上單體氣液缸並列組成，各氣液缸組的各氣液缸的活塞杆連接在各自的一剛性鉸鏈架上，每個單體氣液缸由缸筒、上下端蓋、位於缸筒內並將缸筒分隔成上腔和下腔的活塞或隔膜、串過氣液缸端蓋並與活塞或隔膜固定在一起的活塞杆、安裝在上下各端蓋上的進流單向閥和出流單向閥、將氣液缸上端蓋和下端蓋上的進流單向閥連通後作為氣液缸進流口的管路、將氣液缸上端蓋和下端蓋上的出流單向閥連通後作為氣液缸出流口的管路構成，所述雙拉索逆嚮往復拉動機構為兩根拉索，兩根拉索的上端分別與下曲軸連杆的兩側的外連杆相連接，兩個拉索的下端分別與兩個氣液缸組的剛性鉸鏈架中心點連接。

上述的往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：在兩拉索與多腔泵或壓縮機之間設有反向聯動機構，反向聯動機構是在一中心齒輪兩側設置有兩根齒條，齒輪與兩齒條嚙合，兩齒條外側設有定位輪，中心齒輪軸支撐固定在兩氣液缸組的上端蓋上，兩齒條的上端分別與兩拉索下端連接，兩齒條下端分別固定在兩氣液缸組的剛性鉸鏈架中心點上。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，可供選擇的技術方案是：所述旋轉與往復運動轉換機構的上曲軸連杆機構的機座坐落在下連杆機構機座上，下曲軸連杆機構機座固定在主機機架上，上曲軸連杆機構機座與下連杆機構機座之間設有偏航軸承。旋轉偏航機構類同於風力發電的偏航機構。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：在所述兩拉索外套裝有防護套，防護套的上端固定在下曲軸連杆機構的基座上，下端固定在氣液缸端蓋上或反向聯動機構的中心齒輪軸支架上。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：在各拉索中間設有拉索長度調節器和拉緊器。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，改進的技術方案是：所述氣液缸為雙作用氣液缸，在各氣液缸上設有卸載閥，卸載閥通過管路安裝在氣液缸的上腔與下腔之間，卸載閥是一開關閥。卸載閥的關開可根據動力源輸出動力的大小進行控制匹配，以提高能量利用率和設備利用率。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，可供選擇的技術方案是：所述氣液缸為單作用氣液缸，單作用氣液缸的上腔是輸料腔，下腔是呼吸腔，在輸料腔上設有卸載閥，卸載閥是一開關閥，開關閥的外接口與外部連通，在呼吸腔上設有呼吸孔。卸載閥的關開可根據動力源輸出動力的大小進行控制匹配，以提高能量利用率和設備利用率。

上述的任一往復泵或壓縮機系統，可供選擇的技術方案是：所述旋轉與往復運動轉換機構是旋轉斜盤式旋轉與往復運動轉換機構或擺動斜盤式旋轉與往復運動轉換機構或Z形軸式旋轉與往復運動轉換機構。這幾類旋轉與往復運動轉換機構與動力採用垂直軸風力機匹配比較合理。

有益效果：本發明的一種往復泵或壓縮機系統，由於可以設置偏航機構和萬向節，使得該系統特別適合於風力驅動；由於採用了雙拉索逆嚮往復拉動機構，可將對拉杆的壓過程變為拉過程，可大大減少拉杆材料用量；由於可採用柔性拉索傳輸動力，使得動力源和壓縮機或泵之間可以異地曲徑連接；由於採用多腔泵或壓縮機和安裝卸載閥，使得負載大小可以根據輸入動力的大小進行調整，提高能量的利用率。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

附圖說明：

圖1為本發明的一種同軸心雙拉索可偏航往復泵系統圖。

圖2為本發明的一種雙拉索並列可偏航往復壓縮機系統圖。

具體實施方式

第一實施例，附圖1為本發明的一種同軸心雙拉索可偏航往復泵系統，

它由旋轉與往復運動轉換機構1、往復泵2、連接旋轉與往復運動轉換機構1同往復泵2之間的傳力機構3構成。所述往復泵2為多腔隔膜泵，所述多腔隔膜泵2是由上下兩組液缸21、22疊置而成，每組液缸由兩個單體液缸211和212及221和222疊置而成，每個單體液缸由缸筒a、上端蓋b、下端蓋c、位於缸筒內並將缸筒a分隔成上腔q1和下腔q2的隔膜式活塞d、串過液缸端蓋並與活塞d固定在一起的空心活塞杆e1、中心活塞杆e2、安裝在上下各端蓋上的進流單向閥f和出流單向閥g、將液缸上端蓋b和下端蓋c上的各進流單向閥f連通後作為液缸進流管的管路h、將液缸上端蓋b和下端蓋上c的出流單向閥連通後作為液缸出流管的管路i，上組液缸21的活塞杆e1為空心軸式活塞杆，下組液缸22的中心活塞杆e2串過上組液缸21的空心軸式活塞杆e1。在各液缸上設有卸載閥j，卸載閥j通過管路安裝在各液缸的輸料腔q1的上端蓋b上，卸載閥j是一開關閥，開關閥的外接口與外部連通。卸載閥j的關開可根據動力源輸出動力的大小進行控制匹配，以提高能量利用率和設備利用率。在各液缸上設有呼吸孔k，呼吸孔k設在各液缸的呼吸腔q2的下端蓋c上，呼吸孔k與外部環境連通。

所述旋轉與往復運動轉換機構1是一個三連杆頸的曲軸連杆機構，所述三連杆頸的曲軸連杆機構是中間設有一中心連杆頸11，在中心連杆頸兩側各設有一個連杆頸12、13，中心連杆頸上裝有中心連杆111，兩側連杆頸上裝有側端連杆121、131，將兩側連杆頸上裝有的側端連杆連接為一體的外連杆123，中心連杆111串過外連杆123的中心124，所述旋轉與往復運動轉換機構1的機座104坐落在主基座4上，旋轉與往復運動轉換機構1的機座104與主基座4之間設有偏航軸承5，中心連杆111和外連杆121和131上分別裝有萬向節6、7。所述傳力機構為雙拉索逆嚮往復拉動機構，所述雙拉索為設有中心拉索8，中心拉索外圍設有管形拉索9或等效多根拉索，在中心拉索8、管形拉索9與液泵2之間設有反向聯動機構3，所述反向聯動機構是由中間一雙面齒條31、兩側各設一齒輪32a、32b，兩齒輪32a、32b外側各設一內齒齒條33a、33b，兩外側內齒齒條33a、33b連接為一體，齒輪32a、32b與雙面齒條31相互嚙合，兩齒輪32a、32b的中心軸通過支撐座10支撐固定在上組液缸端蓋b上，中心拉索8的上端與中心連杆111上的萬向節6的下端連接，下端與反向聯動機構3的雙面齒條31的上端連接，雙面齒條31的下端與下組氣液缸22的活塞杆e2連接，管形拉索9的上端與外連杆123上的萬向節7的下端連接，下端與兩外側內齒齒條33a、33b連接為一體的往復架33的上端連接，往復架33的下端與上組氣液缸21的空心軸式活塞杆e1連接。反向聯動機構可實現：當一根拉索運動時，另一個拉索反向運動。在所述管形拉索9的外周裝有管狀防護套11，管狀防護套11的上端固定在主基座4上，下端固定在反向聯動機構3的支撐座10上。

系統的運行過程是：當曲軸14旋轉時，旋轉與往復運動轉換機構1將曲軸14的旋轉運動轉換為中心拉索8和筒形拉索9的往復運動，為了保證中心拉索8和筒形拉索9及上組液泵21、下組液泵22往復交錯運行的同步性，在中心拉索8、筒形拉索9與上組液泵21、下組液泵22之間裝有反向聯動機構3，它保證了當一根活塞杆向上運動時，另一根活塞杆向下同步運動，當兩根拉索都是剛性拉索時，驅動兩根活塞杆運動的原動力可以是來自一根拉索的拉力和另一根的壓力，也可以是來自任意一根拉索的拉力。當兩根拉索都是柔性拉索時，驅動活塞杆運動的原動力是來自兩根柔性拉索的交替拉動作用，此時系統的最大特點是可以實現泵和動力源之間的異地、遠距離、曲徑傳輸。在活塞杆的往復運動帶動隔膜活塞輸送物料過程中。當動力源的動力輸入較小時（如驅動風力渦輪機的風力減小時），可以打開上液缸組21和下液缸組22的某個卸載閥j，以保持負載大小與動力大小匹配，即，保證揚程大小基本不變。當動力源輸入方向改變時（如驅動風力渦輪機的風向改變時），坐落在機座4上的旋轉往復運動轉換機構1可隨風向改變方向，同時萬向節6、7也會同步旋轉。

第二實施例：附圖2為本發明的一種雙拉索並列可偏航往復壓縮機系統，它由旋轉與往復運動轉換機構1、壓縮機2、傳力拉索機構3、反向聯動機構4構成。旋轉與往復運動轉換機構由上曲軸連杆機構11、下曲軸連杆機構12疊置組成，其上曲軸連杆機構11是一單連杆頸曲軸，下曲軸連杆機構12是一個三連杆頸的曲軸連杆機構，所述三個連杆頸曲軸是中間設有一中心連杆頸13，在中心連杆頸13兩側相隔180°的旋轉平面上設有兩個連杆頸14、15，中心連杆頸上裝有中心連杆16，兩側連杆頸14、15上裝有側端連杆17、18,下曲軸連杆機構12的中心連杆16與上曲軸連杆機構11的連杆19經過一萬向節110連接。所述壓縮機2是由兩個氣缸組21、22並列組成，兩組氣缸的活塞杆分別連接在剛性鉸鏈架23、24上，所述傳力拉索機構3是由兩根拉索31、32和套管33構成。反向聯動機構4是在一中心齒輪41兩側設置有兩根齒條42、43，齒輪41與兩齒條42、43嚙合，兩齒條42、43外側分別設有定位輪44、45，中心齒輪41的軸及兩定位輪44、45的軸固定在支架46上，支撐46固定在兩氣缸組21、22的上端蓋上，兩齒條42、43的上端分別與兩拉索31、32的下端連接，兩齒條42、43的下端分別固定在剛性鉸鏈架24、23上。兩根拉索31、32的上端分別與下曲軸連杆機構12的兩側的外連杆17、18相連接。在兩拉索31、32外套裝有防護支撐套33，防護支撐套33的上端固定在下曲軸連杆機構12的基座51上，下端固定在反向聯動機構4的支架46上。

所述旋轉與往復運動轉換機構1的上曲軸連杆機構11坐落下連杆機構12的機座52上，下曲軸連杆機構12機座52固定在機座51上，上曲軸連杆機構11的機座111與下連杆機構12機座52之間設有偏航軸承53。該機構可以偏航旋轉，類同於風力發電的偏航機構。

該系統的運行和卸載方式同第一實施例，這裡不再贅述。

儘管已經結合優選實施方式描述了本發明的裝置，但是本發明不限於本文所述的具體形式，相反，其目的在於覆蓋理所當然會落入所述權利要求書限定的本發明範圍內的各種替代方式、改型、各種特徵要素的再組合而衍生的新組合和等同體。