本发明一般地说是涉及泵，特别是涉及用于增加流体压力的活塞式泵。 流体增压器是利用低压流体的能量去对高压流体增压。流体泵是利用驱动流体去对被驱动流体增压。
马隆弗雷（Mallofre）的4，212，597号美国专利描述了一种活塞式增压器。这种增压器包括一个带高压出口的主液压缸，一个带低压进口的阀套，一个安置在阀套内的滑阀，和一个放置在主液压缸内的多头活塞。当低压进口接上压力流体源时，多头活塞就在主液压缸组件内往复运动，在高压出口处产生高的流体压力。
如马隆弗雷（Mallofre）的专利所述，活塞式流体增压器存在的问题是，它工作时要求非常稳定的连续流体力。如果流体源中断，活塞式流体增压器就会停滞在某个循环的中部，因为增压器须依赖连续工作的动量来控制泵活塞的冲程方向。如果由于流体源的压降使泵活塞停在某个循环的中部，当流体源压力恢复时泵活塞就会朝任一方向运动，而不是朝预定的这个或那个方向运动，活塞经常受阻。
现有技术中解决活塞式流体增压器的上述问题的办法是，增加附加机构以阻止增压器停在某个循环中部。例如瑞格勒（Wrigley）在2826149号专利中提出的弹簧加载过中心机构就是为这个目的设计的。附加机构的问题是它本身也会受阻，并且增加了增压器的成本。
康格斯（Kangas）在2818022号美国专利中提出的解决办法是，运动活塞在每个冲程终结时接触一个弹簧加载开关。弹簧加载开关使流入和流出的流体反向，从而维持泵送作用和增压。由于活塞在其冲程中部不需要用其动量维持泵送作用，即使流体流动瞬时中断，泵送作用仍能再继续。这种泵多用于液力站要求从地下深处同时从两个不同的液面提取流体（石油）的场合。在这种方案中，排出流体是两种单独的混合流，每种混合流含有工作液力流和从地下提取的一种流体。
索尔瓦（Silva）在4，523，895号美国专利中，也提出了解决活塞泵循环中部受阻的问题，其办法是减少冲程中部对活塞动量的依赖性。这是用活塞端面在每个冲程终端推动一个轴套来实现的。轴套与活塞缸孔同心，先朝一个方向运动盖住第一组配流孔，敞开第二组配流孔，这样改变了流向的流体将改变主阀的位置，从而改变活塞的运动方向;然后轴套在冲程的另一终端又朝相反的方向运动，恢复流体流动和活塞原来的运动方向。
在上述索尔瓦（Silva）专利的泵结构中，轴套布置在活塞缸中，控制着流向滑阀每一端的流体流向，滑阀可以随便封闭在一个与主活塞缸分开的壳体中。滑阀上的环槽使流体进口与活塞任一端都相通，并使流体进口与从活塞缸低压端排出到出口的流体输送流道相通。这种结构的这些流道必然要用小横截面，这就要造成阻塞，限制通过泵的流量。此外，索尔瓦（Silva）专利中的泵结构所需的附加流道，也要造成费用的增加。
本发明的主要目的是提供一种流体增压器，通过紧凑和通用的设计，使其工作可靠性较现有增压器优良，成本也更低廉。
本发明的另一目的是提供一种流体增压器，其流量不受流体控制阀和流道的限制，而这种限制正是现有增压器的一个显著缺点。
概括地说，本发明包括一个定位组件和位于主液压缸组件中的往复组件，以及一个双稳阀组件。主液压缸组件包括一个两端带缸头的主液压缸。每个缸头具有多个腔室，还有控制流体流入和流出的单向阀。
定位组件位于主液压缸内部中央，它包括一个由一对空心中心管支承着的不动活塞，每个中心管延伸到主液压缸组件端部的缸头处。中心管壁上的孔允许从主液压缸内部的增压区流进和流出的流体通过。
往复组件包括一对运动活塞，在不动活塞的每一端各布置了一个运动活塞。运动活塞用一个运动缸相互连接起来，运动缸在不动活塞上滑动。
双稳阀组件包括一个在主液压缸内两个运动活塞之间滑动的管状轴套，和一个在主液压缸外面滑动的阀套。一个外壳将阀套和一部分主液压缸包围起来，并形成通道，通过这些通道流体可在主液压缸内靠近缸头的两部分区域间流动，也可在进出口部分之间流动。缸头的结构形式是一个关键，它既要支承主液压缸和外壳，同时又要允许在主液压缸和由环绕主液压缸的外壳形成的通道之间的流体流过，从而使本发明的增压器中的流体不受约束地流动。
当往复组件接近其某一方向冲程终端时，它将轴套推至第一稳定位置，使流体进入控制缸一端，从而使控制缸移至其第一稳定位置。这样就可使从流体源来的流体经过缸头进入主液压缸的一端，从而改变运动方向使往复组件从这一端离开。
往复组件的运动同时引起三个作用：第一，低压流从主液压缸的另一端排出;第二，增压后的高压流从主液压缸组件内由不动活塞和第一个运动活塞封闭起来的增压区内排出;第三，主液压缸内由不动活塞和第二个运动活塞封闭起来的第二个区域充液。
当往复组件接近其另一方向冲程终端时，它将轴套推至第二稳定位置，使流体进入控制缸另一端，以使控制缸移至其第二稳定位置。这样就可使流体进入主液压缸的另一端，改变往复组件的运动方向，从而主液压的组件的另一端同时产生上述三个作用。
本发明的第二个实施例可利用一个压力流体去对另一个（可能完全不同的）流体增压。为此，只要更换上述段落所描述的装置的缸盖即可。换上的每个缸头都加了一个孔，它允许要增压的流体从流体源（可以与压力流体源不同，也可以相同）通过一个单向阀流经中心管进入主液压缸组件内的增压区。
本发明的一个优点是，它可以用一个可能中断的压力流体源进行工作。双稳阀机构的位置立即指示出压力流体中断时往复组件的运动方向，而且压力流体流动恢复后能保证维持原来的运动方向。
此外，即使压力流体在轴套过渡期中断，控制缸仍能继续工作，并使活塞运动把轴套移过该工作点。这一稳定性可通过增大控制孔的横截面提高，控制孔是本发明的双稳阀缸形结构的特征，它比现有技术的控制孔大得多。
再者，这种缸形双稳阀组件结构具有环形或园筒形通道，这大大增加了连通流体源与缸头的通道的横截面积，从而减少了流体流动的阻力，允许通过大的流量，得到比现有技术结构高得多的效率。增大的横截面也降低了流体速度，从而这个区域可作为污垢，残渣和夹杂物的缓冲区。双稳阀及其后的通道尺寸的加大，还能得到快速的响应时间，这是由于轴套与阀接近和配流孔加大的缘故。
本发明的缸头结构也有助于使用弹簧加载减压阀，从而提高了增压器的可靠性。本发明的结构一旦需要可以方便地接近运动零件，从而降低了维修费用。
本发明的再一个优点是装置的内部零件可以方便地拆卸、检查和更换。这就有可能改变活塞头的面积比，以改变增压器的工作特性。
一旦阅读了下面的说明并研究几个附图后，本发明的目的和优点毫无疑问就更清楚了。
图1是本发明的流体增压器的剖视图，其中双稳阀组件的位置在靠近增压循环的起点处。
图2是本发明的流体增压器的剖视图，其中从一个流体源来的流体用于增压从另一个流体源来的流体，从而保持流体分隔开。
图1是本发明的流体增压器10，包括一个长筒形主液压缸组件12，一个放置在主液压缸组件12内的定位组件14，一个通过定位组件14与主液压缸组件12保持同心的往复组件16，和一个与主液压缸组件12相通的双稳阀组件18。流体增压器10有一个低压进口20、一对排出口22和24和一对高压出口26和28。通常，排出口22和24连在一起，高压出口26和28也连在一起。
主液压缸组件12包括一个两端带缸头32和34的主液压缸30，缸头32和34易于从主液压缸30上拆下以便维护。
定位组件14包括一个用空心中心管38和40保持在主液压缸30中部固定的不动活塞36。中心管38和40一端带螺纹端头42和44，用它旋在不动活塞36的螺孔内，另一端向外延伸分别通过缸头32和34的中心孔43和45。中心管38和40的延伸端头46和48也带螺纹，使螺母50和52可以旋在螺纹端头46和48上，分别将密封盖板51和53压在缸头32和34上，从而把缸头32和34固定在主液压缸30两端，并将不动活塞36保持在主液压缸30的中部位置。
中心孔43有三个连接腔，即一个与主液压缸30相通的进入腔54，一个与进入腔54相通的第一腔56，和一个与第一腔56相通的第二腔58。一个具有加载弹簧62和在中心管38上滑动的阀板60的第一单向阀59只允许流体从靠近缸头32的主液压缸通过进入腔54到达第一腔56。一个具有加载弹簧68和在中心管38上滑动的阀板66的第二单向阀61只允许流体从第一腔56进入第二腔58。第一腔56里面的中心管38上有孔70，当中心管38内压力低时单向阀板60打开，流体从第一腔56流入中心管38内;当中心管38内压力高时单向阀板66打开，流体从中心管38内流出并进入第二腔58。高压出口26从第二腔58径向延伸到缸头32表面，出口处可以加工成螺纹接头。
中心孔43处的隔板结构使在中心管38上滑动的单向阀板60得以用弹簧加载支承在隔板上，中心管38起到将整个增压器连成一体的拉杆作用。只要拆卸下螺母50就能拆去单向阀，这种结构易于进行检查和更换零件。弹簧加载改善了单向阀的可靠性。
缸头34类似地也有中心孔45，它也有一个进入腔72、一个第一腔74和一个第二腔76。也有由阀板78和弹簧79组成的第一单向阀77和由阀板82和弹簧84组成的第二单向阀81。第一腔74里面的中心管40上的孔89使中心管40内部与第一腔74相通，第二腔76与高压出口28相通。
如上所述，中心管38和40起到将缸头32和34固定在主液压缸30各端的拉杆作用。缸头32带有局部溢流槽96，这种结构可使缸头夹在园筒形外壳90上，同时又可让液体从主液压缸内通向由主液压缸和环绕主液压缸30的外壳90之间形成的环形通道92。类似的局部溢流槽100结构可使缸头34夹在外壳91上，并与主液压缸30形成环形通道94。
外壳90端面贴在突肩95上，外壳91端面贴在突肩97上。主液压缸30两端由溢流槽96和100内的固体切块（图上看不见）支承着，使流体可绕主液压缸端面通过。正是这种溢流槽96结构使流体得以在主液压缸和通向流体源和排出口的通道92和94之间顺利流过，从而得到大的增压能力，这正是本发明的特征所在。
缸盖32上的溢流槽96为通道92和由缸盖32封闭起来的主液压缸一侧低压区98之间的流体提供了通道。类似地，缸盖34上的溢流槽100将通道94与由缸盖34封闭起来的主液压缸另一侧低压区102连通。通道92和94根据双稳阀组件的位置或者通向入口20或者通向出口22和24。通道92与径向通道99和轴向通道101相通，通道94与径向通道103和轴向通道105相通。
往复组件16包括在中心管38和40上滑动的运动活塞104和106，它们分别形成低压区98和102的边界。运动缸108在不动活塞36上滑动并将运动活塞104和106联接起来。运动缸108和不动活塞36与运动活塞104一起封闭成一个高压区110;与运动活塞106一起封闭成另一个高压区112。中心管38和40内部分别用孔114和116与高压区110和112连通。
双稳阀组件18包括一个在主液压缸30内壁上滑动的轴套117，一个在主液压缸30外表面上滑动的阀套118，和一个包围阀套118的静止阀壳120。
在主液压缸30内壁上滑动的轴套117在运动活塞104和106之间运动。在轴套117外表面有环槽121，当轴套117位于第一稳定位置时，由低压进口20进来的流体可以通过阀进口孔124流向主液压缸30上的阀出口孔126;当轴套117位于第二稳定位置时，该流体可以通过阀进口孔124流向主液压缸30上的阀出口孔128。
穿过阀出口孔126的流体产生一个控制压力，这个控制压力传到阀套118端部130以使阀套118移到第一稳定位置（如图所示），穿过阀出口孔128的流体产生一个控制压力，这个控制压力传到阀套118另一端132并将阀套118移到第二稳定位置（图上未表示）。
如图1所示，当阀套118处于第一稳定位置时，排出流体可从通道92经过通道99和101进入由阀套118上环形槽形成的通道132，到达排出口22。而通过低压进口20的流体可通过由阀套118上第二个环形槽形成的通道134，经由通道105和103进入通道94。当阀套118处于第二稳定位置时，通过低压进口20的流体通过通道101和99进入通道92，而从通道94排出的流体又可经过通道103和105流出排出口24。阀壳120上有排放通孔133和135，为出入装置中心腔137的任何流体提供开口。
进入低压进口20的低压流体引起增压器的工作。当双稳阀组件18处于图1所示的第一位置时，低压流体通过通道134、105、103和94进入低压区102，从而推动整个往复组件16朝缸头32方向运动。高压区112内的流体被增压，通过孔116进入中心管40，克服高压出口28的背压顶开单向阀81，经由第二腔76排出高压出口28。高压区112的压力等于低压区102的压力乘主液压缸30与运动缸108的截面比，减去系统的摩擦损失。同时，低压区98内的流体2将顶开单向阀59，通过中心管38进入高压区110。低压区98的流体也要通过通道92，由排出口22排出。低压区98的压力不足以克服高压出口26的背压，顶不开单向阀61。
当往复组件16到达冲程末端，运动活塞106就要推动轴套117，使它运动到第二稳定位置。这时流体就要通过孔124进入孔128将阀套118向右移动到第二稳定位置。从低压进口20来的流体将通过通道92进入低压区98，使往复组件16向其相反方向运动。从高压区110排出的高压流体将克服背压顶开单向阀61流出高压出口26，而高压区112将重新充液，低压区102中的液体将从排出口24排出。
上面结合图1讨论过的本发明的实施例用作将一部分流体从一个低压值增加至一个较高的压力值。下面的实施例10′（参见图2）则是将低压流体作为驱动源去增加被驱动流体的压力，两种流体不需要混合。被驱动流体可以来自驱动流体源，也可以来自完全不同的其它流体源。从机械方面说，第二个实施例与第一个实施例不同之处仅在于主液压缸组件的缸头部分的结构。
图2所示的流体驱动泵10′，除缸头32′和34′作了改进外，它与图1所示的增压器基本相同。进口腔54′和72′处的密封140和142分别防止主液压缸30内的驱动流体与从流体入口144和146进来的被驱动流体相混合。流体入口144和146分别通向进口腔54′和72′。
泵10′工作时，驱动流体可从低压进口20流入，当阀套118处于图2所示位置时，它将驱动往复组件16朝缸头32′方向运动。高压区112中的被驱动流体被增压，流体中心管40，顶开单向阀81′，流出高压出口28′。同时，被驱动流体自入口144流入，顶开阀59′充入高压区110。而驱动流体则被从主液压缸30中的低压区98中压出。如前面讨论过的那样，当往复组件16到达其冲程末端，轴套117被推至第二稳定位置，以改变往复组件的运动方向。
本发明的结构能使增压器快速拆卸以便维修、检查和改进。例如图1那样的结构，只要卸下两个螺母50和52就可以拆下缸头32和34，这样往复组件16和定位组件14就可都卸下来。这就提供了一种容易改变增压比的装置，只要更换不同的定位和往复组件就能做到。
尽管本发明只在有限的几个实施例中作了叙述，可以预见，那些读了上述说明并研究了附图的人将可对其作出改造、变换和改进。因此下述权利要求可以看作是把所有这样的改造、变换和改进都包括在本发明的构思和保护范围之内。