[發明專利]一種水力空氣壓縮機和方法

有效

• 申請號: 201710522215.3
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107143536B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 李甲振;郭新蕾;楊開林;劉之平;郭永鑫;王濤;付輝;黃偉;馬慧敏;李仟;王慶明
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: F04F7/02
• 分類號: F04F7/02
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華;李桂玲

1.一種水力空氣壓縮機，其特征在于，包括：一根水平管和與水平管倒T字形連接的豎管構成的管體，所述的水平管的一端通過進水管與帶有勢能的水源連接，另一端與設有動力閥的出水管連接，所述的豎管的底端與水平管連接，頂端通過脈沖閥與氣缸連接，所述的豎管上靠近脈沖閥的位置的側壁上設有進氣閥，所述的氣缸靠近底部的位置設有排水管，所述的排水管上設有排水閥，所述的氣缸頂部設有壓縮空氣輸出管，所述的壓縮空氣輸出管上設有輸出控制閥，所述的動力閥在重力的作用下，動力閥處于開啟狀態；當水流推力大于使動力閥開啟的作用力時，動力閥迅速關閉；所述的豎管有一定的高度，其作用是暫時儲存由進氣閥進入豎管的空氣，為避免空氣進入水平管，豎管要有一定的高度，存儲在豎管中的氣體在脈沖閥開啟時，進入氣缸，補充或增加氣缸中的氣壓。

2.根據權利要求1所述的壓縮機，其特征在于，所述的排水閥是壓差控制閥，所述的排水管上設有水壓表。

3.根據權利要求2所述的壓縮機，其特征在于，所述的動力閥是常開型單向止回閥。

4.根據權利要求3所述的壓縮機，其特征在于，所述的常開型單向止回閥是旋啟式止回閥、升降式止回閥和蝶式止回閥中的一種。

5.根據權利要求1-4之一所述的壓縮機，其特征在于，所述的脈沖閥、進氣閥和輸出控制閥是常閉型單向止回閥。

6.根據權利要求5所述的壓縮機，其特征在于，所述的常閉型單向止回閥是旋啟式止回閥、升降式止回閥和蝶式止回閥中的一種。

7.根據權利要求6所述的壓縮機，其特征在于，所述的氣缸是圓柱形或正多邊形的筒體，筒體的上、下端面封閉。

8.根據權利要求7所述的壓縮機，其特征在于，所述的氣缸上設有液位計。

9.一種使用權利要求1所述壓縮機的水力空氣壓縮方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

引進水壓力的步驟：將帶有壓力的水流引入進水管中；

蓄能的步驟：動力閥處于開啟狀態，帶有壓力的水流通過水平管從動力閥流出，流速不斷增大，但水流的作用力小于使動力閥保持開啟的外力，這時脈沖閥和進氣閥處于關閉狀態；

產生空氣壓縮的步驟：當流過動力閥的水流速度達到足以關閉動力閥的流速時，動力閥突然關閉，產生水錘作用，管體中的壓力驟然增大，迫使脈沖閥打開，豎管中的流體在壓力下進入氣缸，如果豎管上部有空氣，則豎管中的水流帶著空氣一同進入氣缸，增加或補充氣缸中的氣壓和水壓；

回水的步驟：管體中產生負壓，負壓使動力閥和進氣閥開啟，并使脈沖閥關閉；外部空氣在壓差的作用下，由進氣閥進入并暫時儲存在豎管內；動力閥開啟后，水錘效應的負壓逐漸消失，水流從零流量開始逐漸增加流過動力閥，回到“蓄能的步驟”；

本步驟包括如下幾個狀態：

1)壓縮空氣過程結束后，水力空氣壓縮機中的水，會流向水源地，豎管、水平管和動力閥會出現負壓，負壓使動力閥和空氣閥開啟，而脈沖閥處于關閉狀態；

2)空氣在壓差的作用下，由進氣閥進入水力空氣壓縮機，儲存在豎管內；

3)動力閥開啟，當水再次由動力閥流出水力空氣壓縮機時，意味著該時間段的結束；

輸出動力氣壓的步驟：在整個蓄能、壓縮空氣、回水過程中，如果氣缸的壓力大于工作壓力，則氣缸下部的水通過排水閥流出氣缸，氣缸上部的壓縮空氣經由輸出控制閥作為動力氣壓輸出；如果氣缸的壓力小于工作壓力，則排水閥和輸出控制閥處于關閉狀態。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述的“輸出動力氣壓的步驟”中，所使用的排水閥是壓差排水閥，通過所述的壓差排水閥調節氣缸中的壓力，即：工作壓力；當氣缸中的壓力高于工作壓力時，壓差排水閥打開，排出多余的水，增大氣缸中容納氣體的空間，使氣壓下降，直到的氣缸中的氣壓達到工作氣壓為止。