本发明公开了一种超高压容器的注油装置，包括外筒、活塞杆，活塞杆设置在外筒内；外筒内设直径依次变小的第一圆孔、第二圆孔、第三圆孔；活塞杆包括直径外径依次变小的第一圆轴、第二圆轴、第三圆轴；第一圆轴外圆与第一圆孔配合；第三圆轴外圆与第三圆孔配合；第二圆轴外圆与第二圆孔之间形成储油空腔；第三圆轴前端面设有第一进油孔，第三圆轴径向上设有第二进油孔；第二进油孔与第一进油孔相连通；第二圆轴、第三圆轴上分别套有第一密封装置和第二密封装置，两个密封装置分别通过第一圆轴和第二圆轴之间的台阶面、第二圆轴和第三圆轴的台阶面进行定位；避免了采用油孔注油方式而存在油孔处产生应力集中的缺陷。
1.一种超高压容器的注油装置，其特征在于，包括外筒(1)、活塞杆(2)，所述活塞杆(2)设置在外筒(1)内，可在外筒(1)内沿外筒(1)轴向滑动；所述外筒(1)内设直径依次变小的第一圆孔(1-1)、第二圆孔(1-2)、第三圆孔(1-3)；所述活塞杆(2)为台阶轴，包括直径外径依次变小的第一圆轴(2-1)、第二圆轴(2-2)、第三圆轴(2-3)；所述第一圆轴(2-1)外圆与第一圆孔(1-1)配合；所述第三圆轴(2-3)外圆与第三圆孔(1-3)配合；所述第二圆轴(2-2)外圆与第二圆孔(1-2)之间形成储油空腔；所述第三圆轴(2-3)前端面设有第一进油孔(2-5)，所述第三圆轴(2-3)径向上设有第二进油孔(2-6)；所述第二进油孔(2-6)与第一进油孔(2-
6)相连通；所述第二圆轴(2-2)、第三圆轴(2-3)上分别套有第一密封装置和第二密封装置，两个密封装置分别通过第一圆轴(2-1)和第二圆轴(2-2)之间的台阶面、第二圆轴(2-2)和第三圆轴(2-3)的台阶面进行定位；注油时，第二进油孔(2-6)与储油空腔相连通，注满油后，推动活塞杆(2)使得第二进油孔(2-6)位于第三圆孔(1-3)处，同时第二密封装置与第二圆孔(1-2)和第三圆孔(1-3)之间的台阶面贴合，形成密封，第二进油孔(2-6)与储油空腔的连通被切断，形成密闭储油空腔。
2.根据权利要求1所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第二密封装置包括第一密封圈(3)、第二密封圈(4)；所述第一密封圈为弹性密封圈；所述第二密封圈为金属密封圈；所述第三圆轴(2-3)前端套有第一密封圈(3)和第二密封圈(4)；所述第二密封圈(4)位于第一密封圈(3)前端；所述第三圆轴(2-3)上设有定位结构，对第一密封圈(3)进行轴向定位；对活塞杆(2)后端施压时，第二密封圈(4)被推至第二圆孔(1-2)和第三圆孔(1-3)的台阶面，第一密封圈(3)位于第二圆孔(1-2)内。
3.根据权利要求2所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第三圆轴(2-3)上套有弹性套(5)，所述弹性套(5)位于第一密封圈(3)后端；弹性套(5)后端通过第二圆轴(2-
2)和第三圆轴(2-3)之间的台阶面定位；弹性套(5)前端对第一密封圈(3)进行轴向定位。
4.根据权利要求3所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第二圆轴(2-2)和第三圆轴(2-3)之间的台阶面为斜面。
5.根据权利要求2所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第三圆轴(2-3)外圆上设有一圈凹槽(2-7)，所述第一密封圈(3)套在凹槽(2-7)内，以对第一密封圈(3)进行定位。
6.根据权利要求2所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第二圆孔(1-2)和第三圆孔(1-3)之间通过第一斜面(1-4)过渡，第一圆轴(2-1)和第二圆轴(2-2)之间通过第二斜面(2-4)过渡，所述第二密封圈(4)为楔形密封圈，楔形密封圈发楔形面与第二斜面(2-
7.根据权利要求2所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第二密封圈(4)采用低屈服点且高延展性的金属材料制成。
8.根据权利要求2所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第一圆孔(1-1)和第二圆孔(1-2)之间的台阶面为斜面，斜面对第一密封圈(3)的滑动方向起导向作用。
9.根据权利要求2所述的超高压容器的注油装置，其特征在于，所述第一密封圈(3)采用氟橡胶、硅橡胶等材料制成。
一种超高压容器的注油装置
技术领域
[0001] 本发明属于超高压容器技术领域，特别是一种超高压容器的注油装置。
背景技术
[0002] 超高压容器内液体压力一般都在100MPa以上，有的甚至达到几千MPa，油液的注入技术是保证实现容器液体超高压的关键技术。当前实现超高压容器的油液注入方法主要有两种：一种是在容器的连接部件或容器筒壁上直接开油孔，然后通过液压泵注入油液，例如，文献：伍兵.镁合金管材温静液挤压装置设计研究(D).南京：南京理工大学，所采用超高压力容器的注油方法，其容器内的媒介液是通过一种连接部件—压媒交换盘，然后液压泵将媒介液通过单向阀注入压力筒内，压媒交换盘内孔有油孔，油孔与容器内油液是直接接触的；另一种是在容器的连接部件或容器筒壁上直接开油孔，然后通过超高压泵注入油液，例如，中国专利申请号为CN105673839公开了一种压力叠加式超高压容器，所采用的注油方法就是直接通过超高压泵的注油方法，其直接在超高压容器的端部开有注油孔，油孔与容器内油液是直接接触的。这两种注油方法在容器工作时，注油孔都与容器内超高压直接接触，因此极易在油孔部位发生应力集中，从而导致容器发生材料屈服、破坏，从而扩展到容器的其它部位，导致容器整体失效。
发明内容
[0003] 本发明所解决的技术问题在于提供一种超高压容器注油装置，避免采用油孔注油方式而存在油孔处产生应力集中的缺陷。
[0004] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0005] 一种超高压容器的注油装置，包括外筒、活塞杆，所述活塞杆设置在外筒内，可在外筒内沿外筒轴向滑动；所述外筒内设直径依次变小的第一圆孔、第二圆孔、第三圆孔；所述活塞杆为台阶轴，包括直径外径依次变小的第一圆轴、第二圆轴、第三圆轴；所述第一圆轴外圆与第一圆孔配合；所述第三圆轴外圆与第三圆孔配合；所述第二圆轴外圆与第二圆孔之间形成储油空腔；所述第三圆轴前端面设有第一进油孔，所述第三圆轴径向上设有第二进油孔；所述第二进油孔与第一进油孔相连通；所述第二圆轴、第三圆轴上分别套有第一密封装置和第二密封装置，两个密封装置分别通过第一圆轴和第二圆轴之间的台阶面、第二圆轴和第三圆轴的台阶面进行定位；注油时，第二进油口与储油空腔相连通，注满油后，推动活塞杆使得第二进油口位于第三圆孔处，同时第二密封装置与第二圆孔和第三圆孔之间的台阶面贴合，形成密封，第二进油口与储油空腔的连通被切断，形成密闭储油空腔。
[0006] 本发明与现有技术相比，其显著优点：
[0007] (1)注油压力大：本发明的注油装置，注油压力可以达到注油装置容器本身材料的承载能力，注油压力大。
[0008] (2)提高了容器的可靠性：本发明的注油装置，由于避免了工作时油孔与密封腔油液的连通，因而不会产生注油孔应力集中的问题。
[0009] (3)注油设备简易、方便：本发明的注油方法，不需要采用超高压油泵进行注油，只需要普通油泵或手动油泵即可。
[0010] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0011] 图1为本发明的超高压容器的注油装置剖视图。
[0012] 图2为本发明的注油装置的第一密封机构局部图。
[0013] 图3为本发明的注油装置的第二密封机构局部图。
[0014] 图4为本发明的注油装置的第二密封机构实施例二的局部图。
[0015] 图5为本发明的筒体结构图。
[0016] 图6为本发明的活塞杆结构图。
[0017] 图7为本发明的带凹槽活塞杆结构图。
[0018] 图8为本发明的超高压容器的密封状态结的示意图。
[0019] 图9为本发明的超高压容器的等效应力云图。
[0020] 图10为壁上开孔超高压容器的等效应力云图。
具体实施方式
[0021] 为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0022] 结合图1-图7，本发明的一种超高压容器的注油装置，包括外筒1、活塞杆2，所述活塞杆2设置在外筒1内，可在外筒1内沿外筒1轴向滑动；所述外筒1内设直径依次变小的第一圆孔1-1、第二圆孔1-2、第三圆孔1-3；所述活塞杆2为台阶轴，包括直径外径依次变小的第一圆轴2-1、第二圆轴2-2、第三圆轴2-3；所述第一圆轴2-1外圆与第一圆孔1-1配合；所述第三圆轴2-3外圆与第三圆孔1-3配合；所述第二圆轴2-2 外圆与第二圆孔1-2之间形成储油空腔；所述第三圆轴2-3前端面设有第一进油孔2-5，所述第三圆轴2-3径向上设有第二进油孔2-6；所述第二进油孔2-6与第一进油孔2-6相连通；所述第二圆轴2-2、第三圆轴2-3上分别套有第一密封装置和第二密封装置，两个密封装置分别通过第一圆轴2-1和第二圆轴2-2之间的台阶面、第二圆轴2-2和第三圆轴2-3的台阶面进行定位；注油时，第二进油口2-6与储油空腔相连通，注满油后，推动活塞杆2使得第二进油口2-6位于第三圆孔1-3处，同时第二密封装置与第二圆孔 1-2和第三圆孔1-3之间的台阶面贴合，形成密封，第二进油口2-6与储油空腔的连通被切断，形成密闭储油空腔。
[0023] 作为一种实施方式，所述第二密封装置包括第一密封圈3、第二密封圈4；所述第一密封圈为弹性密封圈，起低压密封作用；所述第二密封圈为金属密封圈，起高压密封作用；所述第三圆轴2-3前端套有第一密封圈3和第二密封圈4；所述第二密封圈4位于第一密封圈
3前端；所述第三圆轴2-3上设有定位结构，对第一密封圈3进行轴向定位；对活塞杆2后端施压时，第二密封圈4被推至第二圆孔1-2和第三圆孔1-3的台阶面，第一密封圈3位于第二圆孔1-2内，即当对活塞杆2施加的压力较小时，第一密封圈3起密封作用；当继续施加压力，对活塞杆2施加的压力较大时，第二密封圈4发生塑性变形起密封作用；
[0024] 结合图3，在一些实施方式中，所述第三圆轴2-3上套有弹性套5，所述弹性套5 位于第一密封圈3后端；弹性套5后端通过第二圆轴2-2和第三圆轴2-3之间的台阶面定位；弹性套5前端对第一密封圈3进行轴向定位，弹性套5作为定位结构。
[0025] 结合图4，图7，在另外一些实施方式中，所述第三圆轴2-3外圆上设有一圈凹槽 2-7，所述第一密封圈3套在凹槽2-7内，以对第一密封圈3进行定位；凹槽2-7作为定位结构。
[0026] 优选的，所述第二圆轴2-2和第三圆轴2-3之间的台阶面为斜面，以对弹性套5进行定位；同时保证在活塞杆2挤压到一定程度时，弹性套5从可以第三圆轴2-3滑到第二圆轴2-2上，避免了弹性套5因活塞杆2轴向移动造成弹性套5挤压硬化，从而对第一密封圈3造成损伤。
[0027] 进一步的，所述第二圆孔1-2和第三圆孔1-3之间通过第一斜面1-4过渡，第一圆轴2-1和第二圆轴2-2之间通过第二斜面2-4过渡，所述第二密封圈4为楔形密封圈，楔形密封圈发楔形面与第二斜面2-4配合，由于楔形密封圈的楔形面在受到内部油液的压力后，楔形面上所受压力可以分解到两个方向：沿活塞杆2轴向和沿活塞杆径向；其中轴向的分解力用于平衡油液的静压，而径向的力使第二密封圈4的内径与活塞杆2的第三圆轴2-3的外表面紧密贴合，从而保证了密封性。
[0028] 优选的，所述第二密封圈4采用低屈服点且高延展性的金属材料制成；如铜、铝、铅等金属材料。
[0029] 优选的，所述第一密封圈3采用氟橡胶、硅橡胶等材料制成。
[0030] 进一步的，结合图2，所述第一密封装置的结构与第二密封装置的机构相同，安装方向相反。
[0031] 进一步的，所述第一圆孔1-1和第二圆孔1-2之间的台阶面为斜面，斜面对第一密封圈3的滑动方向起导向作用。
[0032] 本发明的超高压容器的注油装置使用时，具体注油过程如下：
[0033] 首先保证注油孔2-6处于筒体1与活塞杆2所封闭的腔体内，如图1所示位置；然后通过注油孔2-5、2-6注油后，推动活塞2使注油孔2-6向右滑动从而封住油孔2-6，如图8所示；再通过推动活塞杆2可以根据需要调节外筒1与活塞杆2之间密封的液体压力。
[0034] 实施例
[0035] 本发明的筒体1不带任何注油孔，假定筒体1第一圆孔1-1内径为81mm，筒体1 外径为180mm；活塞杆2第二圆轴2-2直径为68mm；筒体1、活塞杆2均为热作模具钢，屈服强度σs为1542MPa；运用ANSYS Workbench软件模拟分析筒体1在500MPa 静液密封压力环境的应力分布状态，结果显示本发明的注油装置就不存在小孔应力集中问题，如图9所示；图10为传统技术筒体开油孔的筒体的应力分布状态，在同样的密封压力及相同的尺寸条件下，模拟结果表明，由于注油孔与密封的高压媒介液相连发生严重应力集中。
[0036] 由图9可见，本发明筒体的所受的最大应力为1079.8MPa，小于筒体1所用材料的屈服强度1542MPa，因而筒体1不会发生屈服变形；从图10可以看出，小孔处的应力已经达到2191.7MPa，即小孔处已经发生塑性变形，并且这一应力值已经超过了模具钢 H13的抗拉强度，因此极有可能由此失效处扩展到更大部位导致筒体1破坏失效。
