CN113915097A - 一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，泵体侧壁中间部位设有吸入口，吸入口两侧的泵体上分别设有第一排出口和第二排出口，吸入口、第一排出口、第二排出口上均设有单向阀、且均与工作腔连通；泵体两端分别固定有相对设置的第一电磁模块、第二电磁模块，各电磁模块中均设有能产生电磁场的装置、且外壳与泵体之间均设有隔热层；固定有衔铁的活塞将工作腔分为第一活动工作腔、第二活动工作腔；第一电磁模块、第二电磁模块工作时产生的电磁力牵引衔铁使得活塞在第一排出口和第二排出口之间往复移动，且第一排出口只与第一活动工作腔连通，第二排出口只与第二活动工作腔连通，活塞在工作腔中往复移动的过程中能反复地经过吸入口。
Description
技术领域
本发明涉及到天然气气瓶供气技术领域，具体涉及能用于增加天然气气瓶内的压力的增压泵。
背景技术
目前，柴油车已经采用国六的排放标准，由于该标准的排放要求较高，促使了运输行业普遍采用天然气汽车来运输货物。天然气汽车中的供气的方法如下：将天然气气瓶中的液化天然气经供气系统汽化后供给燃气发动机使用。现有的天然气气瓶一般采用外筒和内筒的双层结构，内、外筒之间形成真空夹层，外筒包括：外筒体以及连接在外筒体上的外前封头和外后封头，内筒包括：内筒体以及连接在内筒体上的内前封头和内后封头。装有液化天然气的天然气气瓶的内筒内包含液相空间和气相空间，气相空间位于液相空间的上方。在外前封头的中心通孔中固定设置有分配头，进液管路、出液管路、放空管路的内端通过分配头中设置的若干连接通道分别伸入内筒的液相空间和气相空间中，出液管路上设置有汽化器且其外端能连通燃气发动机。由于天然气气瓶输出的天然气需要达到燃气发动机使用的压力范围要求，天然气气瓶供气系统中设置有增压管路，增压管路中设置有增压汽化器。增压管路包括：进口端连通液相空间、出口端连通增压汽化器的增压进液管，进口端连通增压汽化器、出口端连通气相空间的增压回气管。需要增压时，液相空间中的液化天然气经增压进液管进入增压汽化器汽化，汽化后的天然气经增压回气管进入气相空间中，从而增加天然气气瓶内筒中的压力。
这种包含有增压管路、出液管路的天然气气瓶的供气系统使用时，具有以下缺点：由于增压进液管的进口端也是通过设置在封头中心通孔中的分配头上的连接通道伸入内筒的液相空间中的，当天然气气瓶内筒中的液化天然气液位降低到小于额定标准液位的30%时，此时内筒中的液化天然气无法通过自然液位差的方式向增压进液管中输出液化天然气，这样就不能通过增压管路对气相空间增压，就会导致通过出液管路供给燃气发动机的天然气的压力不符合要求。这个缺点可以通过在天然气气瓶的供气系统中设置增压泵来解决。由于天然气气瓶的供气系统是设置在天然气汽车上的，通常天然气汽车本身设置的车载电源的电压范围为24-48V，受天然气汽车的安装空间的限制、以及液化天然气的温度低且天然气属于易燃易爆气体的性质影响，该增压泵需要具有以下特点：体积小、自重轻、在-196℃的低温下也能稳定工作且工作时不易泄漏、能在天然气汽车本身设置的车载电源的驱动下工作从而方便天然气气瓶的供气系统及时增压。而常用的由电机驱动的增压泵在使用时要求进入增压泵工作腔的介质的温度需高于-10℃，才能不影响增压泵的正常工作，因此这种增压泵不能设置在天然气气瓶供气系统中来进行增压。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能在液化天然气供气系统的低温下稳定工作的增压泵，使得设置该增压泵的天然气气瓶的供气系统能安全稳定增压，从而保证天然气气瓶中液化天然气汽化后能达到燃气发动机使用的压力要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，包括：四周封闭的泵体，泵体内设置有工作腔，泵体侧壁中间部位设置有与工作腔连通的吸入口，吸入口两侧的泵体上分别设置有与工作腔连通的第一排出口和第二排出口，吸入口、第一排出口、第二排出口上均设置有单向阀；与第一排出口同一侧的泵体端壁外表面上固定有第一电磁模块，与第二排出口同一侧的泵体端壁外表面上固定有第二电磁模块，且第一电磁模块和第二电磁模块相对设置，各电磁模块的外壳与泵体之间均设置有隔热层，各电磁模块中均设置有能产生电磁场的装置；工作腔内设置的活塞将工作腔分为相互隔绝的第一活动工作腔和第二活动工作腔，活塞上固定有衔铁；第一电磁模块工作时产生的电磁力能牵引衔铁带动活塞向第一电磁模块移动，第二电磁模块工作时产生的电磁力能牵引衔铁带动活塞向第二电磁模块移动，从而使得活塞能在第一排出口和第二排出口之间的工作段腔体中往复移动，且第一排出口始终只与第一活动工作腔连通，第二排出口始终只与第二活动工作腔连通，活塞在工作腔中往复移动的过程中能反复地经过吸入口，从而使得吸入口既能与第一活动工作腔连通，又能与第二活动工作腔连通。
进一步地，前述一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其中：泵体为圆柱体形状。
进一步地，前述一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其中衔铁与活塞相互垂直设置，衔铁的两端分别伸入第一活动工作腔和第二活动工作腔。
进一步地，前述一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其中：各电磁模块中均设置有能产生电磁场的装置为铁芯和绕在铁芯上的导电绕组；衔铁两端设置有周向凸出部，铁芯均为蹄形铁芯。
进一步地，前述一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其中：吸入口、第一排出口、第二排出口上设置的单向阀均为滚珠单向阀。
进一步地，前述一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其中第一活动工作腔和第二活动工作腔中均设置有降低衔铁和工作腔内壁之间的冲击力的缓冲弹簧。
进一步地，前述一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其中：缓冲弹簧固定在工作腔的内壁上。
本发明的优点是：一、这种增压泵是通过电磁力牵引活塞在泵体的工作腔内往复移动来吸入和排出介质，活塞与驱动活塞运动的各电磁模块之间不需连接，各电磁模块的外壳均用隔热材料制造，使得泵体中的冷量不会直接传递到电磁模块中的铁芯和导电绕组上，这样各电磁模块能在-196℃的低温环境下正常工作，使得设置该增压泵的天然气气瓶的供气系统能安全稳定增压，从而保证天然气气瓶中液化天然气汽化后达到燃气发动机使用的压力要求。二、由于这种增压泵采用电磁力驱动，活塞与驱动活塞运动的各电磁模块之间不需连接，因此不需设置动密封，增压泵工作时不易产生泄漏。三、这种增压泵结构简单，体积小、自重轻，能用天然气汽车的车载电源作为动力工作，且工作时的能耗较低。
附图说明
图1是本发明所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，包括：四周封闭的泵体1，泵体1内设置有工作腔11，在实际制作中，泵体可以为圆柱体形状，泵体1侧壁的中间部位设置有与工作腔11相通的吸入口31，在吸入口31两侧的泵体1侧壁上分别设置有与工作腔11相通的第一排出口32和第二排出口33，并且第一排出口32和第二排出口33分别靠近圆柱形泵体的两端位置，吸入口31、第一排出口32、第二排出口33上均设置有单向阀；为了便于描述，将吸入口31上设置的单向阀称为吸入单向阀311，第一排出口32上设置的单向阀称为第一排出单向阀321，第二排出口33上设置的单向阀称为第二排出单向阀331；与第一排出口32同一侧的泵体1的端部侧壁外表面上固定有第一电磁模块21，与第二排出口33同一侧的泵体1的端部侧壁外表面上固定有第二电磁模块22，且第一电磁模块21和第二电磁模块22相对设置，第一电磁模块21和第二电磁模块22中均包含：铁芯23和绕在铁芯23上的导电绕组24，第一电磁模块21和第二电磁模块22中的导电绕组24得电后，能产生电磁场。由于泵体1在工作时处于低温环境，冷量会辐射至第一电磁模块21和第二电磁模块22，因此，各电磁模块中的外壳最好用隔热材料制造，从而防止辐射的冷量影响包裹在外壳中的铁芯23和导电绕组24正常工作。工作腔11内设置的活塞4将工作腔分为相互隔绝的第一活动工作腔111和第二活动工作腔112，活塞4上固定有衔铁5；第一电磁模块21工作时产生的电磁力能牵引衔铁5带动活塞4向第一电磁模块21移动，第二电磁模块22工作时产生的电磁力能牵引衔铁5带动活塞4向第二电磁模块22移动，从而使得活塞4能在第一排出口32和第二排出口33之间的工作段腔体中往复移动，且第一排出口32始终只与第一活动工作腔111连通，第二排出口33始终只与第二活动工作腔112连通，活塞4在工作腔11中反复移动的过程中能反复地经过吸入口，从而使得吸入口31既能与第一活动工作腔111连通，又能与第二活动工作腔112连通。
在本实施例中，衔铁5与活塞4相互垂直设置，衔铁5的两端分别伸入第一活动工作腔111和第二活动工作腔112。这种结构的活塞4与衔铁5易于相互可靠固定。第一活动工作腔111和第二活动工作腔112中均设置有降低衔铁5和工作腔内壁之间的冲击力的缓冲弹簧6。缓冲弹簧6可以固定在工作腔11的内壁上，也可以套设在衔铁5的两端。
在本实施例中，衔铁5两端均设置有周向凸出部51，这样就增加了衔铁5的端部表面积，第一电磁模块21和第二电磁模块22中的铁芯23均为蹄形铁芯。这样，第一电磁模块21和第二电磁模块22中产生的磁场较强，设置周向凸出部51后也增大了衔铁5和第一电磁模块21或第二电磁模块22配合工作时的牵引力，从而更易带动活塞4在工作段腔体之间往复移动。
在本实施例中，吸入口31、第一排出口32、第二排出口33上设置的单向阀均为滚珠单向阀。这种滚珠单向阀不仅能密封封闭相应开口，还在滚珠单向阀两侧的压力发生变化时易于打开。
由于上述结构的增压泵需要设置在天然气气瓶的供气系统中，制造增压泵各个部件的材料均需要耐低温。在本实施例中，泵体1、缓冲弹簧6、各单向阀均采用奥氏体不锈钢制造；活塞4采用柔性石墨材料制造，使得活塞4既能耐低温，还具备耐磨性能；衔铁5采用磁化不锈钢材料制造。
这种增压泵设置在增压管路中，增压泵排出的液化天然气通过增压汽化器汽化。上述结构的增压泵设置在增压管路中时，吸入口31与增压进液管的出口端连通，第一排出口32与第二排出口33并联后与增压汽化器的进口端连通。增压泵工作时，当第一电磁模块21得电、第二电磁模块22失电时，第一电磁模块21工作时产生的电磁力吸引衔铁5向第一电磁模块21移动，从而带动活塞4向第一电磁模块21移动，使得第一活动工作腔111的体积缩小，第二活动工作腔112的体积增大，这样第一活动工作腔111中的压力增加，第二活动工作腔112中的压力降低，此时第一排出单向阀321及吸入单向阀311均被打开，第一活动工作腔111中的液化天然气通过第一单向阀321排出后去汽化，增压泵外的液化天然气通过吸入单向阀311进入第二活动工作腔112；反之，当第一电磁模块21失电、第二电磁模块22得电时，第二电磁模块22工作时产生的电磁力吸引衔铁5向第二电磁模块22移动，从而带动活塞4向第二电磁模块22移动，使得第一活动工作腔111的体积增大，第二活动工作腔112的体积缩小，这样第一活动工作腔111中的压力降低，第二活动工作腔112中的压力增加，此时第二排出单向阀331及吸入单向阀311均被打开，第二活动工作腔112中的液化天然气通过第二排出单向阀331排出后去汽化，增压泵外的液化天然气通过吸入单向阀311进入第一活动工作腔111。如此不断使得活塞4在第一排出口32和第二排出口33之间的工作段腔体中往复移动，就能将液化天然气增压排出后去汽化。在增压泵工作的过程中，液化天然气能以混合气液体的形式被增压泵吸入和排出。这种增压泵也可设置在出液管路中，增压泵排出的液化天然气通过汽化器汽化。
由于这种增压泵采用电磁力驱动，活塞4不需要和通常的增压泵一样固定在电机的驱动轴上，使得活塞4与驱动活塞4运动的驱动装置之间不需设置动密封，增压泵工作时不易产生泄漏。这种增压泵结构简单，通常1000L的天然气气瓶的供气系统中配备的增压泵的工作腔11的体积也只需要50ml，设置有这种结构的增压泵的天然气气瓶供气系统配备到天然气汽车上时，整车24V电压即可驱动增压泵工作，且这种增压泵工作时的能耗较低，仅在30W-70W之间。
本发明的优点是：一、这种增压泵是通过电磁力牵引活塞4在泵体1的工作腔11内往复移动来吸入和排出介质，活塞4与驱动活塞4运动的各电磁模块之间不需连接，各电磁模块的外壳均用隔热材料制造，使得泵体1中的冷量不会直接传递到电磁模块中的铁芯23和导电绕组24上，这样各电磁模块能在-196℃的低温环境下正常工作，使得设置该增压泵的天然气气瓶的供气系统能安全稳定增压，从而保证天然气气瓶中液化天然气汽化后达到燃气发动机使用的压力要求。二、由于这种增压泵采用电磁力驱动，活塞4与驱动活塞4运动的各电磁模块之间不需连接，因此不需设置动密封，增压泵工作时不易产生泄漏。三、这种增压泵结构简单，体积小、自重轻，能用天然气汽车的车载电源作为动力工作，且工作时的能耗较低。
Claims (7)
1.一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，包括：四周封闭的泵体，泵体内设置有工作腔，其特征在于：泵体侧壁中间部位设置有与工作腔连通的吸入口，吸入口两侧的泵体上分别设置有与工作腔连通的第一排出口和第二排出口，吸入口、第一排出口、第二排出口上均设置有单向阀；与第一排出口同一侧的泵体端壁外表面上固定有第一电磁模块，与第二排出口同一侧的泵体端壁外表面上固定有第二电磁模块，且第一电磁模块和第二电磁模块相对设置，各电磁模块的外壳与泵体之间均设置有隔热层，各电磁模块中均设置有能产生电磁场的装置；工作腔内设置的活塞将工作腔分为相互隔绝的第一活动工作腔和第二活动工作腔，活塞上固定有衔铁；第一电磁模块工作时产生的电磁力能牵引衔铁带动活塞向第一电磁模块移动，第二电磁模块工作时产生的电磁力能牵引衔铁带动活塞向第二电磁模块移动，从而使得活塞能在第一排出口和第二排出口之间的工作段腔体中往复移动，且第一排出口始终只与第一活动工作腔连通，第二排出口始终只与第二活动工作腔连通，活塞在工作腔中往复移动的过程中能反复地经过吸入口，从而使得吸入口既能与第一活动工作腔连通，又能与第二活动工作腔连通。
2.根据权利要求1所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其特征在于：泵体为圆柱体形状。
3.根据权利要求1所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其特征在于：衔铁与活塞相互垂直设置，衔铁的两端分别伸入第一活动工作腔和第二活动工作腔。
4.根据权利要求3所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其特征在于：各电磁模块中均设置的能产生电磁场的装置为铁芯和绕在铁芯上的导电绕组；衔铁两端设置有周向凸出部，铁芯均为蹄形铁芯。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其特征在于：吸入口、第一排出口、第二排出口上设置的单向阀均为滚珠单向阀。
6.根据权利要求3或4所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其特征在于：第一活动工作腔和第二活动工作腔中均设置有降低衔铁和工作腔内壁之间的冲击力的缓冲弹簧。
7.根据权利要求6所述的一种适用于天然气气瓶供气系统的增压泵，其特征在于：缓冲弹簧固定在工作腔的内壁上。
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