专利名称：折返式同轴气体增压泵及气体造压方法
技术领域：
本发明属于压力仪表校验行业，涉及压力校验仪器配套使用的气体造压设备，特别涉及多级增压及造压效率较高的气体压力泵和造压方法。
背景技术：
在压力仪表校验行业中，一般采用气体造压泵，用于压力计量器具的检定工作造压设备。气体造压设备是压力仪表校验行业常用产品，气体泵利用空气压缩产生所需要的压力，不会产生液体造压带来对环境和被检仪表的污染。现有的气体泵基本采用气体单次压缩来产生压力，受压缩比的影响只能达到很低的压力。另一方面，受操作力的限制，气体造压效率也很低，直接影响压力仪表校验的效率。随着科技的发展，工业压力设备的耐压能力增强，与其配套的压力监测仪表的压力值也在不断地提高，而原来校验用气泵造压能力(压力值和效率)远远不能满足行业发展的需要。还有，现场仪表的校验需要便携的造压设备，迫切需要一种重量轻、携带方便、压力高的气体造压设备
发明内容
本发明目的在于提供一种简便、可靠、高效的折返式同轴气体增压泵，并提供一种高效增压方法。本发明折返式同轴气体增压泵，包括:一级气缸(01)及置于其中的一级活塞
(02)、作为一级活塞连杆的二级气缸(06)及与二级气缸固定的压杆(35)、以及盖合在一级气缸(01)开口端的气泵盖(09)，二级气缸(06)中安装二级活塞(08)及活塞连杆(14)，一级气缸(01)、二级气缸(06)及活塞连杆(14)同轴安装，活塞连杆(14)后端穿过一级活塞
(02)并固定在一级气缸(01)封闭端的底壁，活塞连杆(14)与一级活塞(02)之间安装第一随动单向阀(03);—级气缸(01)中一级活塞(02)前端的一级压缩腔(31)通过进气单向阀
(16)与外界气体通断，二级气缸(06)中二级活塞(08)前端的二级压缩腔(33)通过排气单向阀(12)与输出压力管路通断，且一级压缩腔(31)通过第一随动单向阀(03)单向与二级气缸(06 )中二级活塞(08 )后端的过渡腔(32 )通断，过渡腔(32 )通过第二单向控制阀单向与二级压缩腔(33)通断。所述折返式同轴气体增压泵，一级活塞(02)后端开设深槽，深槽最底部槽孔(21)中装配第一随动单向阀(03);该第一随动单向阀(03)包括单向阀基体(23)、0型密封圈
(24)、组合密封件(26)和螺纹压环(22)，活塞连杆(14)穿过该第一随动单向阀；其中:单向阀基体为环帽形式，分为基部、连接基部的沿部和螺接部，基部和沿部连接处呈外锥面，锥面上设半圆的凹槽；组合密封件由弹性密封圈和耐磨外密封环组成，外密封环分为厚底部和薄颈部，弹性密封圈套装在薄颈部；组合密封件装在单向阀基体内基部和沿部组成的槽内，且外密封环紧抵基部；螺纹压环从单向阀基体的螺接部旋入基体内，螺纹压环和弹性密封圈接触，通过螺接压紧组合密封件；0型密封圈套入单向阀基体前端所设的凹槽内。所述折返式同轴气体增压泵，二级活塞(08)后端开设内凹槽，活塞连杆(14)前端套装在该内凹槽中；活塞连杆(14)的本体(41)前面一段为锥段，其前端呈外锥状结构，锥面上有环形凹槽，凹槽中套设一单向阀O型圈(13);对应的，二级活塞(08)后端开口为锥环面(43)，且与活塞连杆(14)的锥段后端面边沿配合，配合面间留有作为气体通道的间隙；本体(41)最前端设外螺纹，与该外螺纹旋接有一活塞压母(10);活塞压母(10)直径大于二级活塞(08)锥环面的最小直径，且小于二级活塞(08)开设的内凹槽的直径，使活塞压母(10)的外壁面与二级活塞(08)内壁面之间留有作为气体通道的间隙；活塞压母(10)的压紧端面开过气槽(42);由二级活塞(08)、活塞连杆(14)本体(41)、单向阀O型圈(13)及活塞压母(10)共同形成所述第二单向控制阀。所述折返式同轴气体增压泵，活塞连杆(14)为中空形式形成与输出压力管路连通的排气通道，活塞连杆(14)前端设计为柱槽形式，柱槽内安装排气单向阀(12)，排气单向阀(12 )连通二级压缩腔(33 )和活塞连杆(14 )中的排气通道。所述折返式同轴气体增压泵，一级活塞(02)前端面与一级气缸(01)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第一组合密封件(34);二级活塞(08)前端面与二级气缸(06)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第二组合密封件(36);所述组合密封由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和活塞前端环形开口之间套接弹性密封圈。
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所述折返式同轴气体增压泵，一级活塞(02)和二级活塞(08)外壁面分别设有环槽，环槽内套设导向环。所述折返式同轴气体增压泵，二级气缸(06)从一级气缸(01)开口端伸出并穿过气泵盖(09)，气泵盖(09)与二级气缸(06)配合部分加设间隙配合的压杆导向环(11)。所述折返式同轴气体增压泵，进气单向阀(16)装设在一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽内，其出气端与一级气缸(01)的一级压缩腔(31)连通，进气口与外界大气连通。所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽最外端设密封堵头(18)，进气单向阀(16)装设在该密封堵头(18)前端开设的凹槽内部，密封堵头(18)外柱面上环槽内设多个密封圈，密封堵头(18)与缸底壁(19)的通槽旋接。本发明提供的一种气体增压方法，使用前述的同轴反向运动气体增压机构，包括以下步骤:控制压杆(35)带动二级气缸(06)和一级活塞(02)向一级气缸(01)吸气方向运动，使第一随动单向阀03关闭，进气单向阀(16)打开从外界吸入气体进入一级压缩腔
(31)，同时第二单向控制阀打开使过渡腔(32)内气体进入二级压缩腔(33)；控制压杆(35)带动二级气缸(06)和一级活塞(02)向二级气缸(06)排气方向运动，使进气单向阀(08)关闭，第一随动单向阀(03)开启从一级压缩腔(31)向过渡腔(32)排增压气体，同时第二单向控制阀关闭，排气单向阀(12)开启，二级压缩腔(33)内被压缩的高压气体被排出至输出压力管路。采用以上方案，本发明折返式气体增压泵在一个轴线上集成了活塞和气路控制部件，结构根据运动方向，自动完成气路的控制，各部分零件可控，因此整个同轴运动的部件具有很高的可靠性，是本气泵的独创。采用小体积施加压力就可以得到高的气体压力，在仪表校验行业也是首创。本发明组成两级压缩气泵，一次运动可实现两级压缩，从而使气体压缩达到更高的压力范围，提高了气体压缩效率，降低了压缩气体所需的动力，同时折返设计使产品小型化，是适于现场仪表校验的一种重量轻、携带方便、压力高的气体造压设备。
图1为折返式同轴气体增压泵(向吸气方向运动)结构2为折返式同轴气体增压泵(向排气方向运动)结构3为进气端结构及吸气状态气体流向4为排气端结构及排气状态气体流向5为第一随动单向阀结构及工作环境配合6第二单向控制阀结构及工作环境配合中主要部件标号为:01.—级气缸；02.—级活塞；03.第一随动单向阀；04.—级活塞导向环；06._■级气缸；07._■级活塞导向环；08._■级活塞；09.气栗盖；10.活塞压母；11.压杆导向环；12.排气单向阀；13.单向阀0型圈；14.活塞连杆；16.进气单向阀；18.密封堵头；19.缸底壁；21.槽孔；22.螺纹压环；23.单向阀基体；24.0型密封圈；26.组合密封件；34.第一组合密封件；36.第二组合密封件；18.密封堵头；31.—级压缩腔；32.过渡腔；33.二级压缩腔；35.压杆；41.本体；42.过气槽；43锥环面。
具体实施例方式
本发明在常规一级造压气泵的基础上，折返同轴方向利用一级活塞压杆增加一级气体压缩机构和第一随动单向阀等部件，组成两级压缩气泵，把一级活塞杆作为二级压缩的气缸，二级气缸运动，二级活塞相对静止，利用二级气缸运动前后腔体变化，进行气体储存、交换，控制带压气体进入二级压缩腔进行压缩、排出，一次压缩调整为两级压缩，从而使气体压缩达到更高的压力范围，提高了气体压缩效率，降低了压缩气体所需的力，适应现代产品小型化、高效率的发展理念。本发明设计的折返式同轴气体增压泵，包括一级气缸、一级活塞、作为一级活塞连杆的二级气缸、压杆、气泵盖、二级活塞及活塞连杆，一级气缸、二级气缸及活塞连杆同轴安装，活塞连杆后端穿过一级活塞中装设的第一随动单向阀并固定在一级气缸底壁，使两活塞反向运动增压。具体结构参见图1和图2所示，包括:进气单向阀16、一级气缸01、气泵盖09、一级活塞02、二级气缸06、二级活塞08、活塞连杆14、排气单向阀12及第一随动单向阀03和第二单向控制阀。其中:一级气缸01既为气缸也是整体气泵的泵体，与气泵有关的零部件和气路均在此泵体上集成:其缸底壁19 一端为进气端，其中装设进气单向阀16。参见图3所示，图中箭头表示气流方向，进气单向阀16装设在一级气缸01缸底壁19开设的通槽内，出气端与一级气缸01的内腔(一级压缩腔31)连通，进气口与外界大气连通，其单向控制从外界向一级气缸01内输入气体。为使气泵整体密封效果更好及便于气泵的维护，在缸底壁19开设的通槽最外端设密封堵头18，进气单向阀16装设在该密封堵头18前端凹槽内部，密封堵头18与其外柱面上环槽内设的多个密封圈一起旋入缸底壁19的通槽中，完成气泵进气气路分配和单向阀的安装。此结构简化了进气单向阀16的安装方式，便于气泵的维护和气路安排。
一级活塞02装在一级气缸01内，侧壁与一级气缸01内壁配合，其前端装设第一组合密封件34，并套装一级活塞导向环04作为一级活塞02的导向零件，使一级活塞02形成两个环面定位导向，如此一级缸体01和一级活塞02间的间隙可以适当的放大；第一组合密封件34由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和一级活塞02前端环形开口之间套接弹性密封圈，通过该第一组合密封件34保持一级活塞02与一级气缸01之间的密封。一级活塞02后端为活塞连杆，在本发明中，该一级活塞02的连杆即为二级气缸
06,从一级气缸01的后端伸入一级气缸01内，二级气缸06的外壁面螺纹紧固在一级活塞02后部开设的深槽内，结合处加密封圈(可同时参见图5)。一级活塞02前端和一级气缸01的底壁和侧壁组合形成一级压缩腔31，该一级压缩腔31与进气单向阀16连通。二级气缸06外壁充当了一级气缸01中一级活塞02的连杆，其伸出一级气缸01的一端(定义为二级气缸06的前端)固定连接一压杆35，通过该压杆35带动二级气缸06运动。一级气缸01的最后端固定连接气泵盖09，气泵盖09与二级气缸06配合的部分加设了强制导向零件压杆导向环11，压杆导向环11作为主要导向和耐磨零件，其与二级气缸06的间隙配合要精确，使二级气缸06运动平稳。以上为一级气缸01的基本部件和组配。下面再对二级气缸06的构成详细描述:二级气缸06内套装二级活塞08，二级活塞08侧壁与二级气缸06内壁面配合，同样二级活塞08的前端(二级气缸06的前端方向)装设第二组合密封件36，并套装二级活塞导向环07作为二级活塞08的导向零件，使二级活塞08形成两个环面定位导向，如此二级缸体06和二级活塞08间的间·隙可以适当的放大；第二组合密封件36同样由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和二级活塞06前端环形开口之间套接弹性密封圈，通过该第二组合密封件36保持二级活塞08与二级气缸06之间的密封。二级活塞08后端为活塞连杆14，活塞连杆14的前端套装在二级活塞08开设的凹槽中，后端伸出二级气缸06的后端并继续延伸，穿过一级活塞02并伸入到一级气缸01的底壁19所设的内槽，以螺纹连接固定(活塞连杆14固定不动，二级气缸相对运动)，活塞连杆14与一级气缸01的底壁19接合处安装密封圈；一级气缸01、二级气缸06及活塞连杆14同轴安装。活塞连杆14与二级活塞08的后端接合处安装单向阀0型圈13 ;二级活塞08后端、活塞连杆14外壁面与二级缸体06的后端和侧壁围成的空间定义为过渡腔32，二级活塞08前端与二级缸体06的前端和侧壁围成的空间定义为二级压缩腔33。参见图6，活塞连杆14前端套装在二级活塞08开设的内凹槽中，二级活塞08的结构以及其与二级气缸06的配合关系参见图6，其中箭头表示了气流方向。活塞连杆14的本体41前面一段为锥段，其前端呈外锥状结构，锥面上有环形凹槽，单向阀0型圈13套入该凹槽内；对应的，二级活塞08后端开口为锥环面43，且与活塞连杆14的锥段后端面边沿配合，配合面间留有间隙(作为气体通道);本体41最前端设计为柱槽形式(柱槽内安装排气单向阀12)，柱槽设外螺纹，与该外螺纹旋接有一活塞压母10，在活塞压母10旋接螺纹的底部有密封圈，螺纹旋紧后，活塞压母10和本体41内外气路被隔离密封；活塞压母10直径大于二级活塞08锥环面的最小直径，且小于二级活塞08开设的内凹槽的直径，即活塞压母10的外壁面与二级活塞08内壁面之间留有间隙作为气体通道；在活塞压母10的压紧端面(图6中显示为下端面)开过气槽42 ;二级活塞08、活塞压母10、活塞连杆14前端及其内装配的排气单向阀12整体紧密配合组装于二级气缸06内壁，且二级活塞08前端面与二级气缸06内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第二组合密封件36。二级气缸06工作中，二级气缸06在轴向前后加力运动，装配于其中的二级活塞08在二级气缸06内做前后相对运动。具体为:当二级气缸06向前(如图2箭头方向)运动时，由于二级活塞08和二级气缸06间存在摩擦力，活塞连杆14本体41前端锥面与二级活塞08的内锥环面43配合压紧，同时压缩单向阀0型圈13，当二级压缩腔体气体无压力时活塞连杆14的轴向压力等于二级活塞08和二级气缸06的摩擦力，这样活塞连杆14前端配合锥面与二级活塞08间会形成密封状态，从过渡腔32到二级压缩腔33的气体被截断；当二级气缸06向后运动时(如图1箭头方向)，带动二级活塞08也向后运动，运动一定距离，由于活塞连杆14及与活塞连杆14螺接的活塞压母10固定不动，活塞压母10压紧端面(下端面)边沿压迫向后运动的二级活塞08的锥环面43最小端，这时活塞连杆14前端锥面与二级活塞08的配合内锥面43脱开，产生缝隙，前端锥面凹槽里的单向阀0型圈13也脱离密封锥面，且二级活塞08与活塞压母10之间为刚性触碰产生缝隙，气体从过渡腔体32经活塞连杆14前端锥面与二级活塞08配合内锥面43间的缝隙、活塞压母10下端所开的径向槽42、和活塞压母10与二级活塞08之间的间隙中通过进入二级压缩腔33。在此工作过程中，在二级气缸往复运动，固定不动的活塞连杆14和活塞压母10控制随动的二级活塞08在一定的范围内移动，到达限制位(二级活塞08的锥环面43和活塞压母10下端两个压紧位置)时完成单向阀的作用，使气体从过渡腔体32进入二级压缩腔33。该气体单向运动过程参见图6箭头所示。进一步，结合图1、图2及图4，活塞连杆14设计为中空结构，该中空的排气通道通向一级气缸01的底壁19，并从底壁19延伸至排气口至输出压力管路；该排气通道另一段连通本体41最前端柱槽内安装的排气单向阀12 ;排气单向阀12与二级压缩腔33连通，单向控制二级压缩腔33中气体进入排气通道中。以上详细描述了二级气缸相关部件的组配。 以下还进一步描述一级气缸01与二级气缸06之间的配合:在活塞连杆14伸出二级气缸06后端面与一级活塞02前端面之间的一段上，装配有第一随动单向阀03，参见图5所示，该随动单向阀03包括单向阀基体23、0型密封圈24、组合密封件26和螺纹压环22，其穿过活塞连杆14，装配于一级活塞02的前端所开设的匹配的槽孔21中。其中:单向阀基体23结构为环帽形式，分为基部、连接基部的沿部和螺接部，基部和沿部连接的前端呈外锥面，锥面上设半圆的凹槽；组合密封件26由弹性密封圈和耐磨外密封环组成，外密封环分为厚底部和薄颈部，弹性密封圈套装在薄颈部使弹性密封圈和耐磨外密封环装配为一体；组合密封件26装在单向阀基体23内基部和沿部组成的槽内，其装配方向是耐磨外密封环紧抵基部，不能装反；螺纹压环22从单向阀基体23的螺接部旋入基体23内，螺纹压环22和弹性密封圈接触，通过螺接压紧组合密封件26 ；0型密封圈24套入单向阀基体23前端所设的凹槽内。通过以上各部件装配形成第一随动单向阀03结构。使用中，第一随动单向阀03装配到活塞连杆14上，并配合装入一级活塞02所开设的深槽最底部槽孔21中。将第一随动单向阀03中心孔从带组合密封件26的一端(排气端)穿入；另一方面，一级活塞02所开设的深槽底部槽孔21形状与第一随动单向阀03的外型相同，尺寸略大于其外围尺寸，且该深槽最底部(进气端)的内壁设计成与单向阀基体23前端外锥面相配合的锥配合面，当第一随动单向阀03随一级活塞02轴向移动时，与一级活塞02深槽底部槽孔21内壁在轴向发生相对移动，单向阀基体23前端外锥面会相对于深槽底部槽孔21的锥配合面压紧以隔断气体(如图1)，或分离以使气体通过(如图2)。二级气缸06旋入一级活塞02深槽后端相当于一级活塞的连杆，且二级气缸06内径小于第一随动单向阀03的外径，第一随动单向阀03后端受到二级气缸06前端面的限制，前端受一级活塞02锥面限制，把第一随动单向阀03限制在轴向的一定位置内移动。当第一随动单向阀03与一级活塞02轴向移动，由于组合密封件26的外密封环和活塞连杆14密封处摩擦力带动第一随动单向阀03在限制的范围内移动。一级活塞02轴向运动时，带动第一随动单向阀03外锥面上的O型密封圈24可以和一级活塞02深槽底部槽孔21内壁锥配合面压紧或分离，外密封环和活塞连杆14有力和运动传递，同时第一随动单向阀03的作用也完成了。可见，第一随动单向阀03的作用是使一级压缩腔31中的气体单向进入过渡腔32。通过以上各部件装配得到本发明折返式同轴气体增压泵。气泵结构中，二级气缸06 (也是施压连杆)和一级活塞02间由密封圈密封，形成密封的气体过渡腔体32 ;随动单向阀03锥面和一级活塞02锥面配合，控制一级压缩腔31的气体通断；由于两级活塞折返排布，导向性能比较差，需要增加轴向导向，一级活塞导向环04作为一级活塞02的导向零件，二级活塞密封环07作为二级活塞的导向零件；为了施力压杆35及二级气缸06运动平稳，在汽缸盖09与二级气缸06配合的部分加了强制导向零件压杆导向环11，作为主要导向和耐磨零件，其间隙配合要精确。该折返式同轴气体增压泵实施方式如图1和图2。如图1所示，当压杆35带动与其固定连接的二级气缸06、一级活塞02—起向一级活塞吸气方向(如图1中压杆35上箭头所示方向)运动时，由于随动单向阀03与活塞连杆14间有摩擦力，随动单向阀03不动，与其配合的一级活塞02的槽孔21锥面压紧0型密封圈24使其变形，随动单向阀03形成密封；一级活塞02继续运动(此时随动单向阀03 —起运动)，一级压缩腔31储气腔体增大，腔内气体压力降低，当该压力降低至外部大气压力足以克服进气单向阀16的弹簧压缩力，进气单向阀16打开，外界空气从进气口通过进气单向阀16进入到一级压缩腔31内；随着吸气运动的持续，气体也相应的充进一级压缩腔31内，直到一级活塞02运动停止，完成吸气过程。在吸气过程中，二级活塞08由于与二级气缸06之间存在摩擦力开始阶段没有相对运动，~■级活塞08随_■级气缸06 —起运动；_■级活塞08、活塞连杆14、活塞压母10以及密封圈13配合形成第二单向控制阀，控制过渡腔32和二级压缩腔33气体流动，当随动的二级活塞08碰到活塞压母10时，二级活塞08停止运动，二级活塞08与活塞连杆14锥面配合处的密封圈13的密封作用解除，过渡腔32中的气体从二级活塞08与活塞连杆14锥面配合间隙、活塞压母10下端面的径向槽42、活塞压母10外壁与二级活塞08内壁间隙进入到二级压缩腔33内， 过渡腔32中的带压气体进入二级压缩腔33中完成带压气体的传输。由此，整个气泵的吸气过程完成，一级气缸01从外界经过进气单向阀16吸入气体，同时过渡腔体32气体进入二级压缩腔33内。
以上是气泵吸气状态气体流动情况，吸气运动时，如果气泵二级压缩腔33内的气压大于外连接气路的气压，单向阀12被打开，气体经由活塞连杆14的中空通道至排气口直接排入输出气路内；当二级压缩腔33内气体压力小于外连接气路气压时，等待活塞排气运动时，二级压缩腔内33内气体压缩压力升高后再排入外连接气路。如图2，当一级活塞02和一级气缸01的运动系统向排气方向(如图2中压杆35上箭头所示方向)运动时，随压杆35和二级气缸06—同一级活塞02向前运动压缩一级压缩腔31内气体，在弹簧压缩力作用下进气单向阀16处于关闭状态；此时，随动单向阀03与一级活塞02分离，单向阀0型圈13打开，一级压缩腔31内压缩气体被输送到过渡腔32内；此时，二级气缸06也向压缩气体方向(图2中箭头所示，向下)运动，由于二级活塞08相对不动，这样二级压缩腔33容积减小，过渡腔32容积在增大，二级压缩腔33内气体压力升高，二级活塞08、活塞连杆14、活塞压母10以及单向阀0型圈13形成的第二单向控制阀，由于二级活塞08和二级气缸06相对运动存在摩擦力，二级活塞08与活塞连杆14之间的锥面配合随运动压紧，压紧该密封面上的单向阀0型圈13，引起该第二单向控制阀关闭，此时二级活塞08和活塞连杆14及活塞压母10 —起不动，第二单向控制阀使过渡腔32与二级压缩腔33气路封闭；随二级气缸06运动的进行，二级压缩腔33容积缩小导致其内气体压力升高，二级压缩腔33内压力越高第二单向控制阀的密封性能越好；当二级压缩腔33里的气体压力大于连接管路内气体压力时，排气单向阀12打开，经过二级活塞连杆14内部的中空通道至排气口排入输出连接管路中，这样完成了一次完整的排气过程。此过程，一级压缩腔31气体升压后排到过渡腔32，二级压缩腔33气体升压后排到输出系统中。通过以上一次吸气和一次排气过程组成了气泵的一次循环，利用折返式一二级气缸和随动单向阀把两级活塞的运动和气路的控制在同轴上完成，通过改变相对运动方向实现一二级气体的一级吸气、压缩、过渡储气、带压(二级)吸气、二级压缩和排气过程，得到所需要的高压压缩气体。本发明的特点:1.同轴系统安装两级活塞，结构上折返排布，施压操作力一次完成，系统结构简单，轴向占用体积小。2.利用二级气缸作为一级活塞的连杆，充分利用了零部件，一种零件多种作用。简化了结构。3.利用随动单向阀，内部的气路控制可靠，随着零件间的磨合，零件间的摩擦力也会逐渐减小；4.活塞的组合密封结构，提高了造压机构和高压机构的耐磨性，同时有自补偿性，延长整体机构的使用寿命。5.利用不同直径的活塞，可合理调配其压缩比，施加小的操作力即能制造高的气体压力或提闻气体造压的效率。6.因为同轴安装活塞通过连杆集成两个随动单向阀，占用较少的空间，零件体积可以做的较小，加工的复杂性也降低，节省了制作成本。7.同轴零件安装，一、二级活塞增加导向部件，可以减少活塞和缸体的偏磨情况，只有一处施力压杆采用强制导向，增强了 气泵整体的稳定性和组装简单化。
权利要求
1.折返式同轴气体增压泵，其特征在于，包括:一级气缸(01)及置于其中的一级活塞(02)、作为一级活塞连杆的二级气缸(06)及与二级气缸固定的压杆(35)、以及盖合在一级气缸(01)开口端的气泵盖(09)，二级气缸(06)中安装二级活塞(08)及活塞连杆(14)，一级气缸(01)、二级气缸(06)及活塞连杆(14)同轴安装，活塞连杆(14)后端穿过一级活塞(02)并固定在一级气缸(01)封闭端的底壁，活塞连杆(14)与一级活塞(02)之间安装第一随动单向阀(03);—级气缸(01)中一级活塞(02)前端的一级压缩腔(31)通过进气单向阀(16)与外界气体通断，二级气缸(06)中二级活塞(08)前端的二级压缩腔(33)通过排气单向阀(12)与输出压力管路通断，且一级压缩腔(31)通过第一随动单向阀(03)单向与二级气缸(06)中二级活塞(08)后端的过渡腔(32)通断，过渡腔(32)通过第二单向控制阀单向与二级压缩腔(33)通断。
2.根据权利要求1所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级活塞(02)后端开设深槽，深槽最底部槽孔(21)中装配第一随动单向阀(03);该第一随动单向阀(03)包括单向阀基体(23)、O型密封圈(24)、组合密封件(26)和螺纹压环(22)，活塞连杆(14)穿过该第一随动单向阀；其中: 单向阀基体为环帽形式，分为基部、连接基部的沿部和螺接部，基部和沿部连接处呈外锥面，锥面上设半圆的凹槽； 组合密封件由弹性密封圈和耐磨外密封环组成，外密封环分为厚底部和薄颈部，弹性密封圈套装在薄颈部；组合密封件装在单向阀基体内基部和沿部组成的槽内，且外密封环紧抵基部; 螺纹压环从单向阀基体的螺接部旋入基体内，螺纹压环和弹性密封圈接触，通过螺接压紧组合密封件； O型密封圈套入单向阀基体前端所设的凹槽内。
3.根据权利要求1或2所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，二级活塞(08)后端开设内凹槽，活塞连杆(14)前端套装在该内凹槽中；活塞连杆(14)的本体(41)前面一段为锥段，其前端呈外锥状结构，锥面上有环形凹槽，凹槽中套设一单向阀O型圈(13);对应的，二级活塞(08)后端开口为锥环面(43)，且与活塞连杆(14)的锥段后端面边沿配合，配合面间留有作为气体通道的间隙；本体(41)最前端设外螺纹，与该外螺纹旋接有一活塞压母(10);活塞压母(10)直径大于二级活塞(08)锥环面的最小直径，且小于二级活塞(08)开设的内凹槽的直径，使活塞压母(10)的外壁面与二级活塞(08)内壁面之间留有作为气体通道的间隙；活塞压母(10)的压紧端面开过气槽(42);由二级活塞(08)、活塞连杆(14)本体(41)、单向阀O型圈(13)及活塞压母(10)共同形成所述第二单向控制阀。
4.根据权利要求3所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，活塞连杆(14)为中空形式形成与输出压力管路连通的排气通道，活塞连杆(14)前端设计为柱槽形式，柱槽内安装排气单向阀(12)，排气单向阀(12)连通二级压缩腔(33)和活塞连杆(14)中的排气通道。
5.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级活塞(02)前端面与一级气缸(01)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第一组合密封件(34)；二级活塞(08)前端面与 二级气缸(06)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第二组合密封件(36);所述组合密封由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和活塞前端环形开口之间套接弹性密封圈。
6.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级活塞(02)和二级活塞(08)外壁面分别设有环槽，环槽内套设导向环。
7.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，二级气缸(06)从一级气缸(01)开口端伸出并穿过气泵盖(09)，气泵盖(09)与二级气缸(06)配合部分加设间隙配合的压杆导向环(11)。
8.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，进气单向阀(16)装设在一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽内，其出气端与一级气缸(01)的一级压缩腔(31)连通，进气口与外界大气连通。
9.根据权利要求8所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽最外端设密封堵头(18)，进气单向阀(16)装设在该密封堵头(18)前端开设的凹槽内部，密封堵头(18)外柱面上环槽内设多个密封圈，密封堵头(18)与缸底壁(19)的通槽旋接。
10.一种气体增压方法，其特征在于，使用权利要求1至9任一所述的折返式同轴气体增压泵，包括以下步骤: 控制压杆(35 )带动二级气缸(06 )和一级活塞(02 )向一级气缸(01)吸气方向运动，使第一随动单向阀03关闭，进气单向阀(16)打开从外界吸入气体进入一级压缩腔(31)，同时第二单向控制阀打开使过渡腔(32)内气体进入二级压缩腔(33)； 控制压杆(35 )带动二级气缸(06 )和一级活塞(02 )向二级气缸(06 )排气方向运动，使进气单向阀(08)关闭，第一随动单向阀(03 )开启从一级压缩腔(31)向过渡腔(32)排增压气体，同时第二单向控制阀关闭，排气单向阀(12)开启，二级压缩腔(33)内被压缩的高压气体被排出至输出压力管路。
全文摘要
本发明折返式同轴气体增压泵及气体造压方法，属于气体造压领域。其包括一级气缸、一级活塞、作为一级活塞连杆的二级气缸、压杆、气泵盖、二级活塞及活塞连杆，一级气缸、二级气缸及活塞连杆同轴安装，活塞连杆后端穿过一级活塞中装设的第一随动单向阀并固定在一级气缸底壁，使两活塞反向运动增压。本发明组成两级压缩气泵，一次运动可实现两级压缩，从而使气体压缩达到更高的压力范围，提高了气体压缩效率，降低了压缩气体所需的动力，同时折返设计使产品小型化，是适于现场仪表校验的一种重量轻、携带方便、压力高的造压设备。
文档编号F04B39/00GK103233876SQ201310120300
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者姜维利 申请人:北京康斯特仪表科技股份有限公司
技术领域：
本发明属于压力仪表校验行业，涉及压力校验仪器配套使用的气体造压设备，特别涉及多级增压及造压效率较高的气体压力泵和造压方法。
背景技术：
在压力仪表校验行业中，一般采用气体造压泵，用于压力计量器具的检定工作造压设备。气体造压设备是压力仪表校验行业常用产品，气体泵利用空气压缩产生所需要的压力，不会产生液体造压带来对环境和被检仪表的污染。现有的气体泵基本采用气体单次压缩来产生压力，受压缩比的影响只能达到很低的压力。另一方面，受操作力的限制，气体造压效率也很低，直接影响压力仪表校验的效率。随着科技的发展，工业压力设备的耐压能力增强，与其配套的压力监测仪表的压力值也在不断地提高，而原来校验用气泵造压能力(压力值和效率)远远不能满足行业发展的需要。还有，现场仪表的校验需要便携的造压设备，迫切需要一种重量轻、携带方便、压力高的气体造压设备
发明内容
本发明目的在于提供一种简便、可靠、高效的折返式同轴气体增压泵，并提供一种高效增压方法。本发明折返式同轴气体增压泵，包括:一级气缸(01)及置于其中的一级活塞
(02)、作为一级活塞连杆的二级气缸(06)及与二级气缸固定的压杆(35)、以及盖合在一级气缸(01)开口端的气泵盖(09)，二级气缸(06)中安装二级活塞(08)及活塞连杆(14)，一级气缸(01)、二级气缸(06)及活塞连杆(14)同轴安装，活塞连杆(14)后端穿过一级活塞
(02)并固定在一级气缸(01)封闭端的底壁，活塞连杆(14)与一级活塞(02)之间安装第一随动单向阀(03);—级气缸(01)中一级活塞(02)前端的一级压缩腔(31)通过进气单向阀
(16)与外界气体通断，二级气缸(06)中二级活塞(08)前端的二级压缩腔(33)通过排气单向阀(12)与输出压力管路通断，且一级压缩腔(31)通过第一随动单向阀(03)单向与二级气缸(06 )中二级活塞(08 )后端的过渡腔(32 )通断，过渡腔(32 )通过第二单向控制阀单向与二级压缩腔(33)通断。所述折返式同轴气体增压泵，一级活塞(02)后端开设深槽，深槽最底部槽孔(21)中装配第一随动单向阀(03);该第一随动单向阀(03)包括单向阀基体(23)、0型密封圈
(24)、组合密封件(26)和螺纹压环(22)，活塞连杆(14)穿过该第一随动单向阀；其中:单向阀基体为环帽形式，分为基部、连接基部的沿部和螺接部，基部和沿部连接处呈外锥面，锥面上设半圆的凹槽；组合密封件由弹性密封圈和耐磨外密封环组成，外密封环分为厚底部和薄颈部，弹性密封圈套装在薄颈部；组合密封件装在单向阀基体内基部和沿部组成的槽内，且外密封环紧抵基部；螺纹压环从单向阀基体的螺接部旋入基体内，螺纹压环和弹性密封圈接触，通过螺接压紧组合密封件；0型密封圈套入单向阀基体前端所设的凹槽内。所述折返式同轴气体增压泵，二级活塞(08)后端开设内凹槽，活塞连杆(14)前端套装在该内凹槽中；活塞连杆(14)的本体(41)前面一段为锥段，其前端呈外锥状结构，锥面上有环形凹槽，凹槽中套设一单向阀O型圈(13);对应的，二级活塞(08)后端开口为锥环面(43)，且与活塞连杆(14)的锥段后端面边沿配合，配合面间留有作为气体通道的间隙；本体(41)最前端设外螺纹，与该外螺纹旋接有一活塞压母(10);活塞压母(10)直径大于二级活塞(08)锥环面的最小直径，且小于二级活塞(08)开设的内凹槽的直径，使活塞压母(10)的外壁面与二级活塞(08)内壁面之间留有作为气体通道的间隙；活塞压母(10)的压紧端面开过气槽(42);由二级活塞(08)、活塞连杆(14)本体(41)、单向阀O型圈(13)及活塞压母(10)共同形成所述第二单向控制阀。所述折返式同轴气体增压泵，活塞连杆(14)为中空形式形成与输出压力管路连通的排气通道，活塞连杆(14)前端设计为柱槽形式，柱槽内安装排气单向阀(12)，排气单向阀(12 )连通二级压缩腔(33 )和活塞连杆(14 )中的排气通道。所述折返式同轴气体增压泵，一级活塞(02)前端面与一级气缸(01)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第一组合密封件(34);二级活塞(08)前端面与二级气缸(06)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第二组合密封件(36);所述组合密封由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和活塞前端环形开口之间套接弹性密封圈。
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所述折返式同轴气体增压泵，一级活塞(02)和二级活塞(08)外壁面分别设有环槽，环槽内套设导向环。所述折返式同轴气体增压泵，二级气缸(06)从一级气缸(01)开口端伸出并穿过气泵盖(09)，气泵盖(09)与二级气缸(06)配合部分加设间隙配合的压杆导向环(11)。所述折返式同轴气体增压泵，进气单向阀(16)装设在一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽内，其出气端与一级气缸(01)的一级压缩腔(31)连通，进气口与外界大气连通。所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽最外端设密封堵头(18)，进气单向阀(16)装设在该密封堵头(18)前端开设的凹槽内部，密封堵头(18)外柱面上环槽内设多个密封圈，密封堵头(18)与缸底壁(19)的通槽旋接。本发明提供的一种气体增压方法，使用前述的同轴反向运动气体增压机构，包括以下步骤:控制压杆(35)带动二级气缸(06)和一级活塞(02)向一级气缸(01)吸气方向运动，使第一随动单向阀03关闭，进气单向阀(16)打开从外界吸入气体进入一级压缩腔
(31)，同时第二单向控制阀打开使过渡腔(32)内气体进入二级压缩腔(33)；控制压杆(35)带动二级气缸(06)和一级活塞(02)向二级气缸(06)排气方向运动，使进气单向阀(08)关闭，第一随动单向阀(03)开启从一级压缩腔(31)向过渡腔(32)排增压气体，同时第二单向控制阀关闭，排气单向阀(12)开启，二级压缩腔(33)内被压缩的高压气体被排出至输出压力管路。采用以上方案，本发明折返式气体增压泵在一个轴线上集成了活塞和气路控制部件，结构根据运动方向，自动完成气路的控制，各部分零件可控，因此整个同轴运动的部件具有很高的可靠性，是本气泵的独创。采用小体积施加压力就可以得到高的气体压力，在仪表校验行业也是首创。本发明组成两级压缩气泵，一次运动可实现两级压缩，从而使气体压缩达到更高的压力范围，提高了气体压缩效率，降低了压缩气体所需的动力，同时折返设计使产品小型化，是适于现场仪表校验的一种重量轻、携带方便、压力高的气体造压设备。
图1为折返式同轴气体增压泵(向吸气方向运动)结构2为折返式同轴气体增压泵(向排气方向运动)结构3为进气端结构及吸气状态气体流向4为排气端结构及排气状态气体流向5为第一随动单向阀结构及工作环境配合6第二单向控制阀结构及工作环境配合中主要部件标号为:01.—级气缸；02.—级活塞；03.第一随动单向阀；04.—级活塞导向环；06._■级气缸；07._■级活塞导向环；08._■级活塞；09.气栗盖；10.活塞压母；11.压杆导向环；12.排气单向阀；13.单向阀0型圈；14.活塞连杆；16.进气单向阀；18.密封堵头；19.缸底壁；21.槽孔；22.螺纹压环；23.单向阀基体；24.0型密封圈；26.组合密封件；34.第一组合密封件；36.第二组合密封件；18.密封堵头；31.—级压缩腔；32.过渡腔；33.二级压缩腔；35.压杆；41.本体；42.过气槽；43锥环面。
具体实施例方式
本发明在常规一级造压气泵的基础上，折返同轴方向利用一级活塞压杆增加一级气体压缩机构和第一随动单向阀等部件，组成两级压缩气泵，把一级活塞杆作为二级压缩的气缸，二级气缸运动，二级活塞相对静止，利用二级气缸运动前后腔体变化，进行气体储存、交换，控制带压气体进入二级压缩腔进行压缩、排出，一次压缩调整为两级压缩，从而使气体压缩达到更高的压力范围，提高了气体压缩效率，降低了压缩气体所需的力，适应现代产品小型化、高效率的发展理念。本发明设计的折返式同轴气体增压泵，包括一级气缸、一级活塞、作为一级活塞连杆的二级气缸、压杆、气泵盖、二级活塞及活塞连杆，一级气缸、二级气缸及活塞连杆同轴安装，活塞连杆后端穿过一级活塞中装设的第一随动单向阀并固定在一级气缸底壁，使两活塞反向运动增压。具体结构参见图1和图2所示，包括:进气单向阀16、一级气缸01、气泵盖09、一级活塞02、二级气缸06、二级活塞08、活塞连杆14、排气单向阀12及第一随动单向阀03和第二单向控制阀。其中:一级气缸01既为气缸也是整体气泵的泵体，与气泵有关的零部件和气路均在此泵体上集成:其缸底壁19 一端为进气端，其中装设进气单向阀16。参见图3所示，图中箭头表示气流方向，进气单向阀16装设在一级气缸01缸底壁19开设的通槽内，出气端与一级气缸01的内腔(一级压缩腔31)连通，进气口与外界大气连通，其单向控制从外界向一级气缸01内输入气体。为使气泵整体密封效果更好及便于气泵的维护，在缸底壁19开设的通槽最外端设密封堵头18，进气单向阀16装设在该密封堵头18前端凹槽内部，密封堵头18与其外柱面上环槽内设的多个密封圈一起旋入缸底壁19的通槽中，完成气泵进气气路分配和单向阀的安装。此结构简化了进气单向阀16的安装方式，便于气泵的维护和气路安排。
一级活塞02装在一级气缸01内，侧壁与一级气缸01内壁配合，其前端装设第一组合密封件34，并套装一级活塞导向环04作为一级活塞02的导向零件，使一级活塞02形成两个环面定位导向，如此一级缸体01和一级活塞02间的间隙可以适当的放大；第一组合密封件34由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和一级活塞02前端环形开口之间套接弹性密封圈，通过该第一组合密封件34保持一级活塞02与一级气缸01之间的密封。一级活塞02后端为活塞连杆，在本发明中，该一级活塞02的连杆即为二级气缸
06,从一级气缸01的后端伸入一级气缸01内，二级气缸06的外壁面螺纹紧固在一级活塞02后部开设的深槽内，结合处加密封圈(可同时参见图5)。一级活塞02前端和一级气缸01的底壁和侧壁组合形成一级压缩腔31，该一级压缩腔31与进气单向阀16连通。二级气缸06外壁充当了一级气缸01中一级活塞02的连杆，其伸出一级气缸01的一端(定义为二级气缸06的前端)固定连接一压杆35，通过该压杆35带动二级气缸06运动。一级气缸01的最后端固定连接气泵盖09，气泵盖09与二级气缸06配合的部分加设了强制导向零件压杆导向环11，压杆导向环11作为主要导向和耐磨零件，其与二级气缸06的间隙配合要精确，使二级气缸06运动平稳。以上为一级气缸01的基本部件和组配。下面再对二级气缸06的构成详细描述:二级气缸06内套装二级活塞08，二级活塞08侧壁与二级气缸06内壁面配合，同样二级活塞08的前端(二级气缸06的前端方向)装设第二组合密封件36，并套装二级活塞导向环07作为二级活塞08的导向零件，使二级活塞08形成两个环面定位导向，如此二级缸体06和二级活塞08间的间·隙可以适当的放大；第二组合密封件36同样由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和二级活塞06前端环形开口之间套接弹性密封圈，通过该第二组合密封件36保持二级活塞08与二级气缸06之间的密封。二级活塞08后端为活塞连杆14，活塞连杆14的前端套装在二级活塞08开设的凹槽中，后端伸出二级气缸06的后端并继续延伸，穿过一级活塞02并伸入到一级气缸01的底壁19所设的内槽，以螺纹连接固定(活塞连杆14固定不动，二级气缸相对运动)，活塞连杆14与一级气缸01的底壁19接合处安装密封圈；一级气缸01、二级气缸06及活塞连杆14同轴安装。活塞连杆14与二级活塞08的后端接合处安装单向阀0型圈13 ;二级活塞08后端、活塞连杆14外壁面与二级缸体06的后端和侧壁围成的空间定义为过渡腔32，二级活塞08前端与二级缸体06的前端和侧壁围成的空间定义为二级压缩腔33。参见图6，活塞连杆14前端套装在二级活塞08开设的内凹槽中，二级活塞08的结构以及其与二级气缸06的配合关系参见图6，其中箭头表示了气流方向。活塞连杆14的本体41前面一段为锥段，其前端呈外锥状结构，锥面上有环形凹槽，单向阀0型圈13套入该凹槽内；对应的，二级活塞08后端开口为锥环面43，且与活塞连杆14的锥段后端面边沿配合，配合面间留有间隙(作为气体通道);本体41最前端设计为柱槽形式(柱槽内安装排气单向阀12)，柱槽设外螺纹，与该外螺纹旋接有一活塞压母10，在活塞压母10旋接螺纹的底部有密封圈，螺纹旋紧后，活塞压母10和本体41内外气路被隔离密封；活塞压母10直径大于二级活塞08锥环面的最小直径，且小于二级活塞08开设的内凹槽的直径，即活塞压母10的外壁面与二级活塞08内壁面之间留有间隙作为气体通道；在活塞压母10的压紧端面(图6中显示为下端面)开过气槽42 ;二级活塞08、活塞压母10、活塞连杆14前端及其内装配的排气单向阀12整体紧密配合组装于二级气缸06内壁，且二级活塞08前端面与二级气缸06内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第二组合密封件36。二级气缸06工作中，二级气缸06在轴向前后加力运动，装配于其中的二级活塞08在二级气缸06内做前后相对运动。具体为:当二级气缸06向前(如图2箭头方向)运动时，由于二级活塞08和二级气缸06间存在摩擦力，活塞连杆14本体41前端锥面与二级活塞08的内锥环面43配合压紧，同时压缩单向阀0型圈13，当二级压缩腔体气体无压力时活塞连杆14的轴向压力等于二级活塞08和二级气缸06的摩擦力，这样活塞连杆14前端配合锥面与二级活塞08间会形成密封状态，从过渡腔32到二级压缩腔33的气体被截断；当二级气缸06向后运动时(如图1箭头方向)，带动二级活塞08也向后运动，运动一定距离，由于活塞连杆14及与活塞连杆14螺接的活塞压母10固定不动，活塞压母10压紧端面(下端面)边沿压迫向后运动的二级活塞08的锥环面43最小端，这时活塞连杆14前端锥面与二级活塞08的配合内锥面43脱开，产生缝隙，前端锥面凹槽里的单向阀0型圈13也脱离密封锥面，且二级活塞08与活塞压母10之间为刚性触碰产生缝隙，气体从过渡腔体32经活塞连杆14前端锥面与二级活塞08配合内锥面43间的缝隙、活塞压母10下端所开的径向槽42、和活塞压母10与二级活塞08之间的间隙中通过进入二级压缩腔33。在此工作过程中，在二级气缸往复运动，固定不动的活塞连杆14和活塞压母10控制随动的二级活塞08在一定的范围内移动，到达限制位(二级活塞08的锥环面43和活塞压母10下端两个压紧位置)时完成单向阀的作用，使气体从过渡腔体32进入二级压缩腔33。该气体单向运动过程参见图6箭头所示。进一步，结合图1、图2及图4，活塞连杆14设计为中空结构，该中空的排气通道通向一级气缸01的底壁19，并从底壁19延伸至排气口至输出压力管路；该排气通道另一段连通本体41最前端柱槽内安装的排气单向阀12 ;排气单向阀12与二级压缩腔33连通，单向控制二级压缩腔33中气体进入排气通道中。以上详细描述了二级气缸相关部件的组配。 以下还进一步描述一级气缸01与二级气缸06之间的配合:在活塞连杆14伸出二级气缸06后端面与一级活塞02前端面之间的一段上，装配有第一随动单向阀03，参见图5所示，该随动单向阀03包括单向阀基体23、0型密封圈24、组合密封件26和螺纹压环22，其穿过活塞连杆14，装配于一级活塞02的前端所开设的匹配的槽孔21中。其中:单向阀基体23结构为环帽形式，分为基部、连接基部的沿部和螺接部，基部和沿部连接的前端呈外锥面，锥面上设半圆的凹槽；组合密封件26由弹性密封圈和耐磨外密封环组成，外密封环分为厚底部和薄颈部，弹性密封圈套装在薄颈部使弹性密封圈和耐磨外密封环装配为一体；组合密封件26装在单向阀基体23内基部和沿部组成的槽内，其装配方向是耐磨外密封环紧抵基部，不能装反；螺纹压环22从单向阀基体23的螺接部旋入基体23内，螺纹压环22和弹性密封圈接触，通过螺接压紧组合密封件26 ；0型密封圈24套入单向阀基体23前端所设的凹槽内。通过以上各部件装配形成第一随动单向阀03结构。使用中，第一随动单向阀03装配到活塞连杆14上，并配合装入一级活塞02所开设的深槽最底部槽孔21中。将第一随动单向阀03中心孔从带组合密封件26的一端(排气端)穿入；另一方面，一级活塞02所开设的深槽底部槽孔21形状与第一随动单向阀03的外型相同，尺寸略大于其外围尺寸，且该深槽最底部(进气端)的内壁设计成与单向阀基体23前端外锥面相配合的锥配合面，当第一随动单向阀03随一级活塞02轴向移动时，与一级活塞02深槽底部槽孔21内壁在轴向发生相对移动，单向阀基体23前端外锥面会相对于深槽底部槽孔21的锥配合面压紧以隔断气体(如图1)，或分离以使气体通过(如图2)。二级气缸06旋入一级活塞02深槽后端相当于一级活塞的连杆，且二级气缸06内径小于第一随动单向阀03的外径，第一随动单向阀03后端受到二级气缸06前端面的限制，前端受一级活塞02锥面限制，把第一随动单向阀03限制在轴向的一定位置内移动。当第一随动单向阀03与一级活塞02轴向移动，由于组合密封件26的外密封环和活塞连杆14密封处摩擦力带动第一随动单向阀03在限制的范围内移动。一级活塞02轴向运动时，带动第一随动单向阀03外锥面上的O型密封圈24可以和一级活塞02深槽底部槽孔21内壁锥配合面压紧或分离，外密封环和活塞连杆14有力和运动传递，同时第一随动单向阀03的作用也完成了。可见，第一随动单向阀03的作用是使一级压缩腔31中的气体单向进入过渡腔32。通过以上各部件装配得到本发明折返式同轴气体增压泵。气泵结构中，二级气缸06 (也是施压连杆)和一级活塞02间由密封圈密封，形成密封的气体过渡腔体32 ;随动单向阀03锥面和一级活塞02锥面配合，控制一级压缩腔31的气体通断；由于两级活塞折返排布，导向性能比较差，需要增加轴向导向，一级活塞导向环04作为一级活塞02的导向零件，二级活塞密封环07作为二级活塞的导向零件；为了施力压杆35及二级气缸06运动平稳，在汽缸盖09与二级气缸06配合的部分加了强制导向零件压杆导向环11，作为主要导向和耐磨零件，其间隙配合要精确。该折返式同轴气体增压泵实施方式如图1和图2。如图1所示，当压杆35带动与其固定连接的二级气缸06、一级活塞02—起向一级活塞吸气方向(如图1中压杆35上箭头所示方向)运动时，由于随动单向阀03与活塞连杆14间有摩擦力，随动单向阀03不动，与其配合的一级活塞02的槽孔21锥面压紧0型密封圈24使其变形，随动单向阀03形成密封；一级活塞02继续运动(此时随动单向阀03 —起运动)，一级压缩腔31储气腔体增大，腔内气体压力降低，当该压力降低至外部大气压力足以克服进气单向阀16的弹簧压缩力，进气单向阀16打开，外界空气从进气口通过进气单向阀16进入到一级压缩腔31内；随着吸气运动的持续，气体也相应的充进一级压缩腔31内，直到一级活塞02运动停止，完成吸气过程。在吸气过程中，二级活塞08由于与二级气缸06之间存在摩擦力开始阶段没有相对运动，~■级活塞08随_■级气缸06 —起运动；_■级活塞08、活塞连杆14、活塞压母10以及密封圈13配合形成第二单向控制阀，控制过渡腔32和二级压缩腔33气体流动，当随动的二级活塞08碰到活塞压母10时，二级活塞08停止运动，二级活塞08与活塞连杆14锥面配合处的密封圈13的密封作用解除，过渡腔32中的气体从二级活塞08与活塞连杆14锥面配合间隙、活塞压母10下端面的径向槽42、活塞压母10外壁与二级活塞08内壁间隙进入到二级压缩腔33内， 过渡腔32中的带压气体进入二级压缩腔33中完成带压气体的传输。由此，整个气泵的吸气过程完成，一级气缸01从外界经过进气单向阀16吸入气体，同时过渡腔体32气体进入二级压缩腔33内。
以上是气泵吸气状态气体流动情况，吸气运动时，如果气泵二级压缩腔33内的气压大于外连接气路的气压，单向阀12被打开，气体经由活塞连杆14的中空通道至排气口直接排入输出气路内；当二级压缩腔33内气体压力小于外连接气路气压时，等待活塞排气运动时，二级压缩腔内33内气体压缩压力升高后再排入外连接气路。如图2，当一级活塞02和一级气缸01的运动系统向排气方向(如图2中压杆35上箭头所示方向)运动时，随压杆35和二级气缸06—同一级活塞02向前运动压缩一级压缩腔31内气体，在弹簧压缩力作用下进气单向阀16处于关闭状态；此时，随动单向阀03与一级活塞02分离，单向阀0型圈13打开，一级压缩腔31内压缩气体被输送到过渡腔32内；此时，二级气缸06也向压缩气体方向(图2中箭头所示，向下)运动，由于二级活塞08相对不动，这样二级压缩腔33容积减小，过渡腔32容积在增大，二级压缩腔33内气体压力升高，二级活塞08、活塞连杆14、活塞压母10以及单向阀0型圈13形成的第二单向控制阀，由于二级活塞08和二级气缸06相对运动存在摩擦力，二级活塞08与活塞连杆14之间的锥面配合随运动压紧，压紧该密封面上的单向阀0型圈13，引起该第二单向控制阀关闭，此时二级活塞08和活塞连杆14及活塞压母10 —起不动，第二单向控制阀使过渡腔32与二级压缩腔33气路封闭；随二级气缸06运动的进行，二级压缩腔33容积缩小导致其内气体压力升高，二级压缩腔33内压力越高第二单向控制阀的密封性能越好；当二级压缩腔33里的气体压力大于连接管路内气体压力时，排气单向阀12打开，经过二级活塞连杆14内部的中空通道至排气口排入输出连接管路中，这样完成了一次完整的排气过程。此过程，一级压缩腔31气体升压后排到过渡腔32，二级压缩腔33气体升压后排到输出系统中。通过以上一次吸气和一次排气过程组成了气泵的一次循环，利用折返式一二级气缸和随动单向阀把两级活塞的运动和气路的控制在同轴上完成，通过改变相对运动方向实现一二级气体的一级吸气、压缩、过渡储气、带压(二级)吸气、二级压缩和排气过程，得到所需要的高压压缩气体。本发明的特点:1.同轴系统安装两级活塞，结构上折返排布，施压操作力一次完成，系统结构简单，轴向占用体积小。2.利用二级气缸作为一级活塞的连杆，充分利用了零部件，一种零件多种作用。简化了结构。3.利用随动单向阀，内部的气路控制可靠，随着零件间的磨合，零件间的摩擦力也会逐渐减小；4.活塞的组合密封结构，提高了造压机构和高压机构的耐磨性，同时有自补偿性，延长整体机构的使用寿命。5.利用不同直径的活塞，可合理调配其压缩比，施加小的操作力即能制造高的气体压力或提闻气体造压的效率。6.因为同轴安装活塞通过连杆集成两个随动单向阀，占用较少的空间，零件体积可以做的较小，加工的复杂性也降低，节省了制作成本。7.同轴零件安装，一、二级活塞增加导向部件，可以减少活塞和缸体的偏磨情况，只有一处施力压杆采用强制导向，增强了 气泵整体的稳定性和组装简单化。
权利要求
1.折返式同轴气体增压泵，其特征在于，包括:一级气缸(01)及置于其中的一级活塞(02)、作为一级活塞连杆的二级气缸(06)及与二级气缸固定的压杆(35)、以及盖合在一级气缸(01)开口端的气泵盖(09)，二级气缸(06)中安装二级活塞(08)及活塞连杆(14)，一级气缸(01)、二级气缸(06)及活塞连杆(14)同轴安装，活塞连杆(14)后端穿过一级活塞(02)并固定在一级气缸(01)封闭端的底壁，活塞连杆(14)与一级活塞(02)之间安装第一随动单向阀(03);—级气缸(01)中一级活塞(02)前端的一级压缩腔(31)通过进气单向阀(16)与外界气体通断，二级气缸(06)中二级活塞(08)前端的二级压缩腔(33)通过排气单向阀(12)与输出压力管路通断，且一级压缩腔(31)通过第一随动单向阀(03)单向与二级气缸(06)中二级活塞(08)后端的过渡腔(32)通断，过渡腔(32)通过第二单向控制阀单向与二级压缩腔(33)通断。
2.根据权利要求1所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级活塞(02)后端开设深槽，深槽最底部槽孔(21)中装配第一随动单向阀(03);该第一随动单向阀(03)包括单向阀基体(23)、O型密封圈(24)、组合密封件(26)和螺纹压环(22)，活塞连杆(14)穿过该第一随动单向阀；其中: 单向阀基体为环帽形式，分为基部、连接基部的沿部和螺接部，基部和沿部连接处呈外锥面，锥面上设半圆的凹槽； 组合密封件由弹性密封圈和耐磨外密封环组成，外密封环分为厚底部和薄颈部，弹性密封圈套装在薄颈部；组合密封件装在单向阀基体内基部和沿部组成的槽内，且外密封环紧抵基部; 螺纹压环从单向阀基体的螺接部旋入基体内，螺纹压环和弹性密封圈接触，通过螺接压紧组合密封件； O型密封圈套入单向阀基体前端所设的凹槽内。
3.根据权利要求1或2所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，二级活塞(08)后端开设内凹槽，活塞连杆(14)前端套装在该内凹槽中；活塞连杆(14)的本体(41)前面一段为锥段，其前端呈外锥状结构，锥面上有环形凹槽，凹槽中套设一单向阀O型圈(13);对应的，二级活塞(08)后端开口为锥环面(43)，且与活塞连杆(14)的锥段后端面边沿配合，配合面间留有作为气体通道的间隙；本体(41)最前端设外螺纹，与该外螺纹旋接有一活塞压母(10);活塞压母(10)直径大于二级活塞(08)锥环面的最小直径，且小于二级活塞(08)开设的内凹槽的直径，使活塞压母(10)的外壁面与二级活塞(08)内壁面之间留有作为气体通道的间隙；活塞压母(10)的压紧端面开过气槽(42);由二级活塞(08)、活塞连杆(14)本体(41)、单向阀O型圈(13)及活塞压母(10)共同形成所述第二单向控制阀。
4.根据权利要求3所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，活塞连杆(14)为中空形式形成与输出压力管路连通的排气通道，活塞连杆(14)前端设计为柱槽形式，柱槽内安装排气单向阀(12)，排气单向阀(12)连通二级压缩腔(33)和活塞连杆(14)中的排气通道。
5.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级活塞(02)前端面与一级气缸(01)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第一组合密封件(34)；二级活塞(08)前端面与 二级气缸(06)内壁面接触处开设环形缺口，缺口内设第二组合密封件(36);所述组合密封由弹性密封圈和耐磨密封环组成，密封环有内凹的环槽，在该环槽和活塞前端环形开口之间套接弹性密封圈。
6.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级活塞(02)和二级活塞(08)外壁面分别设有环槽，环槽内套设导向环。
7.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，二级气缸(06)从一级气缸(01)开口端伸出并穿过气泵盖(09)，气泵盖(09)与二级气缸(06)配合部分加设间隙配合的压杆导向环(11)。
8.根据权利要求1或2或3或4所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，进气单向阀(16)装设在一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽内，其出气端与一级气缸(01)的一级压缩腔(31)连通，进气口与外界大气连通。
9.根据权利要求8所述折返式同轴气体增压泵，其特征在于，一级气缸(01)缸底壁(19)开设的通槽最外端设密封堵头(18)，进气单向阀(16)装设在该密封堵头(18)前端开设的凹槽内部，密封堵头(18)外柱面上环槽内设多个密封圈，密封堵头(18)与缸底壁(19)的通槽旋接。
10.一种气体增压方法，其特征在于，使用权利要求1至9任一所述的折返式同轴气体增压泵，包括以下步骤: 控制压杆(35 )带动二级气缸(06 )和一级活塞(02 )向一级气缸(01)吸气方向运动，使第一随动单向阀03关闭，进气单向阀(16)打开从外界吸入气体进入一级压缩腔(31)，同时第二单向控制阀打开使过渡腔(32)内气体进入二级压缩腔(33)； 控制压杆(35 )带动二级气缸(06 )和一级活塞(02 )向二级气缸(06 )排气方向运动，使进气单向阀(08)关闭，第一随动单向阀(03 )开启从一级压缩腔(31)向过渡腔(32)排增压气体，同时第二单向控制阀关闭，排气单向阀(12)开启，二级压缩腔(33)内被压缩的高压气体被排出至输出压力管路。
全文摘要
本发明折返式同轴气体增压泵及气体造压方法，属于气体造压领域。其包括一级气缸、一级活塞、作为一级活塞连杆的二级气缸、压杆、气泵盖、二级活塞及活塞连杆，一级气缸、二级气缸及活塞连杆同轴安装，活塞连杆后端穿过一级活塞中装设的第一随动单向阀并固定在一级气缸底壁，使两活塞反向运动增压。本发明组成两级压缩气泵，一次运动可实现两级压缩，从而使气体压缩达到更高的压力范围，提高了气体压缩效率，降低了压缩气体所需的动力，同时折返设计使产品小型化，是适于现场仪表校验的一种重量轻、携带方便、压力高的造压设备。
文档编号F04B39/00GK103233876SQ201310120300
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者姜维利 申请人:北京康斯特仪表科技股份有限公司
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