CN101078395A - 高效液压驱动流体泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效液压驱动流体泵，其主体结构是由两组动力油缸与往复泵泵缸同心镶套，镶套油缸的活塞与泵缸的活塞由一个连杆连接，活塞可以在两个缸体内往复运动。两个主体结构动力油缸的无杆腔与动力液压系统的换向回路管道连接，两个动力油缸的有杆腔用管道连通，并注满液压油，形成两腔室的独立封闭回路；两个主体结构往复泵的工作缸连接两组单项阀，形成流体介质的进出通道。本发明利用动力液压系统，通过换向阀交替将液压油注入两个动力油缸，借助动力缸的活塞连杆将动力传递给泵组活塞做功，达到连续输送流体介质的目的。其结构简单、性能可靠、高效节能，可满足于高层建筑单级供水、消防高压供水、石油管道增压输送等方面的要求。

Description

高效液压驱动流体泵

一、技术领域

本发明属于液力传动技术领域，更确切地说，是一种用液力推动活塞往复直线运动的动力装置，不仅能代替曲轴或偏心轮传动，而且形成一个独立用液压传递动力的流体往复泵机系统，能够独立完成各类流体介质的输送。

二、背景技术

泵是传输流体介质的。按介质性质分清水泵，渣浆泵，酸碱泵，油泵(汽油柴油或重油)，气泵等等。按泵的工作原理分类：1、叶片式泵。叶片式泵可分为：离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵。离心泵是最主流的泵，种类繁多，说水泵一般是指离心泵。又可分单级泵、多级泵。单级泵可分为：单吸泵、双吸泵、自吸泵、非自吸泵等。多级泵可分为：节段式、涡壳式。混流泵可分涡壳式和导叶式。轴流泵可分为固定叶片和可调叶片。旋涡泵也可分为单吸泵、双吸泵、自吸泵、非自吸泵等。2、容积式泵。容积泵可分为往复泵、转子泵、齿轮泵、螺杆泵等等。3、其他类型泵。如射流泵、气体扬水泵、水锤泵、电磁泵、水轮泵等。

流体泵的工作原理一般都是以电动机作为原动机，一种是直接带动叶片(或齿轮)工作的旋转运转方式，称为转动泵，另一种是通过曲轴或偏心轮机构带动往复泵工作的直线运转方式，称为往复泵。在结构上，转动泵的密封对于转动泵的使用寿命、机械性能、结构简化起着至关重要的作用；往复泵的过渡联接的曲轴或偏心轮机构复杂，加工难度大，动态密封难度较大，不能实现连续传输介质；在效率上，由于泵的系统效率为：η＝η_电×η_泵，式中η_电为电动机的效率，η_泵为泵效，从式中可以知道，η_电的效率基本恒定，所以系统的效率由η_泵决定：转动泵的密封结构问题导致泄漏是影响此类泵效率的致命弱点，往复泵的联接曲轴或偏心轮的复杂结构及配重也直接影响其效率。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的用液体传递能量，并能输送任何流体介质的高效液压驱动流体泵，该流体泵具有工作效率高、扬程高、输送距离远、使用寿命长、运行维护费用低等优点。

本发明的具体实施方案如下：

一种高效液压驱动流体泵，其特征在于：它包括泵电机组、装有液压油的油箱、两组动力油缸、以及与每组动力油缸同心镶套成一体的两组往复泵，每组往复泵设有一组单向阀，所述镶套成一体的动力油缸缸内的活塞与往复泵泵缸内的活塞由同一连杆连接，往复泵泵缸上设有控制触点；

所述动力油缸的缸体分为有杆活塞腔和无杆活塞腔，两个动力油缸的有杆活塞腔内注满液压油并通过管道相连通，两缸的无杆活塞腔分别与换向阀的一个工作油口相连；换向阀设有一个进油口、两个工作油口和一个回油口，所述进油口通过管道连接泵电机组，回油口通过管道连接油箱；

所述往复泵包括设有二个腔室的泵缸，以及活塞总成，所述活塞总成由往复泵的活塞与活塞杆组成，泵缸的二个腔室分别为工作腔和连接腔，两组往复泵的工作腔顶端分别连接一组单向阀，其进液阀均与流体介质的进口连通，其出液阀均与流体介质的出口连通，形成进、出液的单向通道。

所述动力油缸缸体与往复泵泵缸的镶套方式包括：动力油缸缸体同心镶套在往复泵泵缸的外部；或是往复泵泵缸同心镶套在动力油缸缸体的外部；或是动力油缸缸体与往复泵泵缸外径相当，缸体与泵缸固连成一体。

在流体出口通道上连接一个储能器。

所述往复泵的连接腔为常压腔，内设有一个隔离板，隔离板将连接腔分成两个部分。

所述往复泵的连接腔被隔离板分成两部分的内壁上各设一个隔液环槽，在隔液环槽的最低点均开有一个排液孔。该设计的目的是为了阻断液压油与往复泵输送流体介质可能产生的互渗增加一份可靠的保险。由于有了一个隔离板，使两种可能渗出的流体介质阻断，两个隔液环槽使可能渗出的流体介质渗进环槽，排液孔加工在环槽最低点，其作用使渗出的流体介质及时渗出连接腔。

所述两组单向阀每组顺向连接，中间点通过三通分别与往复泵的流体介质的连接口连接。

所述换向阀采用电磁二位四通换向阀。两缸的无杆活塞腔分别与换向阀的相连；动力液压系统的换向回路采用二位四通电磁换向阀，二位四通电磁换向阀的两个工作油口连通动力油缸的无杆活塞腔，二位四通电磁换向阀的进油口通过管道连通接泵电机组，二位四通电磁换向阀的回油口连接油箱。换向阀控制机构在往复泵泵缸和活塞上均设有感应触点，对应控制换向阀的行程开关。感应触点的感应方式采用电磁感应、光电感应或压电陶瓷感应等。换向阀的控制机构与往复泵泵体上的传感器可运用现有成熟的传感技术和计算机自动控制技术，形成一体化和智能化。

为了防止液压系统超压而损坏换向阀和动力油缸，在换向阀的进油口与泵电机组之间并联一个先导式溢流阀，先导式溢流阀的出口通过管道连接油箱，当液压油超过额定压力，先导式溢流阀打开，液压油旁路重新回到油箱。

为了随时清洁油路中的液压油，在油箱与泵电机组、换向阀之间分别通过管道连接有滤油器，可以始终保持液压油清洁。

本发明是一种液压驱动的往复柱塞泵，它是将电动机作为原动机输入的电能(机械能)转变成液压能并推动工作腔活塞动作，使其液压能传递给被输送流体介质的能量转换装置。其作用是通过液压系统提供压力油的动力向工作泵提供足够的往复运动能量，能够使被输送流体的扬程足够高、距离足够远，最大限度提高能量转化效率，确保动力系统的液压油与往复泵工作腔的介质不接触，对油酸碱的污染性不敏感，并能够平稳连续地输送流体介质，相比现有大流量、高扬程、高压力工况的同类装置，其制造难度和成本大大下降，使用成本(电费、维护费用)也能大幅下降低。此泵适用各种恶劣环境，性能稳定可靠。

本发明可用于高层建筑(100米以上)单级供水、消防水龙头高压供水、石油天然气远程输送增压站、石油化工行业增压传输、水力枢纽排灌站、城市高扬程景观喷泉等高扬程、高压力、大流量对流体动力要求的场合。

本发明相比现有技术具有以下特点：

(1)通过采用液力推动活塞往复直线运动的动力装置，不仅能代替曲轴或偏心轮传动，而且形成一个独立用液压传递动力的流体往复泵机系统，能够独立完成各类流体介质输送，从而省去了以电动机或蒸气机作为原动机的复杂结构。

(2)通过采用液压油传递动力实现在密封内活塞的轴向作用做功，有条件使得本系统的效率最大化，该特征是任何其他类型泵不可比拟的。所以运用该泵去实现高扬程、远距离、大流量变得容易简单。适用于水利枢纽排灌站、水厂泵水增压等。

(3)由于该发明主要采用的液压油传输及往复活塞泵等传统技术路线和方法，使该泵的稳定性、可靠性得以保证，同时具有高效率、长寿命的特征。

(4)由于该泵采用套缸结构，并在往复泵的连接腔内设计隔离板、隔液环槽和备用排液口，可以严格将动力液介质和输送介质隔离开，使该泵具有多种用途，可以用于高楼自来水增压、石油天然气输送管道增压、化工行业的管道增压，适用于酸碱污水泥浆传输，以及作为计量泵使用等。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：1-电油泵，2-动力油箱，3-过滤器，4-先导式溢流阀，5-二位四通电磁换向阀，7-换向阀进油口，8、9-换向阀工作油口，6-换向阀回油口，10、11、12、13-连接口，14、16-无杆活塞腔，15、17-有杆活塞腔，18、19-动力油缸，20、21-活塞，22、23-连杆，24、25-活塞，26、27-泵缸，28、29-工作腔，30-隔离板，31-隔液环槽，32、33、34、47-电磁换向阀控制触点，35-备用排液孔，38、39、40、41-单向阀，36、37-泵体连接口，42-储能器，43-流体进口，44-流体出口，45、46-连接腔。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明作进下的描述：

本发明结构图见图1。主体结构是由两组动力油缸与往复泵的同心镶套，镶套的一组缸体与泵缸的的活塞由一个连杆连接，活塞可以在两个腔体内往复运动，下面的动力油缸为动力缸，上面的往复泵泵缸为工作缸。用两个主体结构的动力缸与动力系统的压力油管道连接，两个动力缸的有杆腔用管道连通，并注满液压油，形成两腔的独立封闭回路。在两个工作缸的工作腔的上端分别连接一组单项阀，并将两个出口单向阀连通并联一个储能器，形成稳定连续的流体介质出口，同时将两个进口单向阀的另一端连通引入流体介质进口。系统当泵电机组电源开通时，动力液压油从油箱经换向阀分时自动给两个动力油缸供压力油，压力油的能量传递给活塞往复运动做功，并带动工作缸的活塞运动，不断改变工作腔内容积做功。由于本发明采用了电油泵液压系统提供原动力，工作缸的做功能量输出取决于活塞的轴向推力大小，故以此大功率、大流量、高扬程、远距离的输送流体介质变得容易简单可靠。同时由于本发明在结构上采取了泵缸连接腔室的阻隔措施，对被传输流体介质的酸碱等不敏感，如传输自来水也能确保工作介质不被污染。

用本发明开发的消防高压水龙头，其消防扬程是现有消防龙头的几倍以上，并通过泵压调整扬程。用本发明开发的高层楼房供水泵，可以在底层向任意层高提供合适的压力水源，省去现有的高层供水分级供水系统设备和中转层占用楼层有效面积，同时可提高供水效率50％以上。

本发明的工作原理：参见图1，首先开启电油泵1，动力油箱2的液压油经过滤油器3吸入电油泵1，泵出的高压油由换向阀进油口7进入电磁二位四通换向阀5，当电磁二位四通换向阀5断电时，高压油通过换向阀工作油口8进入动力油缸18的无杆活塞腔14，此时动力油缸18的活塞20上移，活塞20上移时通过连杆22使泵缸活塞24随之上移，使往复泵工作腔28容积变小，产生正压将往复泵工作腔28内的流体经单向阀39排出。同时动力油缸18的活塞20向上移动过程中，动力油缸18无杆活塞腔15注满的液压油经连接口12再经连接口13进入动力油缸19的有杆活塞腔17，推动活塞21下移，动力油缸19的无杆活塞腔16的液压油经换向阀工作油口9回流入电磁二位四通换向阀5，由换向阀回油口6经滤油器3流回动力油箱2。与此同时，随着动力油缸19内的活塞21的下移，通过连杆23与之相连泵缸活塞25随之下移，泵缸27的工作腔29经单向阀41将液体吸入，泵缸活塞25随之下移，活塞25上的触点47接触到泵缸27上的触点34，此时电磁二位四通换向阀5通电换向，电油泵1泵出的高压油通过工作油口9进入动力油缸19的无杆活塞腔16，此时动力油缸19的活塞21上移，活塞21上移时通过连杆23使泵缸活塞25随之上移，推动泵缸27的工作腔29的液体经单项阀40排出。同时动力油缸19的活塞21在上移过程中，动力油缸19有杆活塞腔17注满的液压油经出油口13再经进油口12进入油缸18的有杆活塞腔15，推动活塞20下移，油缸18无杆活塞腔14的液压油经工作油口8回流入电磁二位四通换向阀5，由回油口6经滤油器3流回油箱2。与此同时，随着动力油缸18内的活塞20下移，通过连杆22与之相连泵缸活塞24随之下移，使往复泵工作腔28的容积变大，产生负压将流体经单向阀38吸入工作腔28。在流体出口44并联一个储能器42，其作用可使流体出口44的压力保持恒定，通过以上往复循环的过程达到泵液的效果。

采用本发明开发的消防水龙头高压供水系统，其消防扬程是现有消防龙头的几倍以上，并可通过泵压调整扬程。用本发明开发的高层楼房供水泵，可以在底层向任意层高提供合适的压力水源，尤其是层高在100米以上的高层建筑，将省去现有高层供水分级供水的系统设备和中转层占用楼层的有效面积，同时供水效率可大幅提高。

Claims (10)

1、一种高效液压驱动流体泵，其特征在于：它包括泵电机组、装有液压油的油箱、两组动力油缸、以及与每组动力油缸同心镶套成一体的两组往复泵，每组往复泵设有一组单向阀，所述镶套成一体的动力油缸缸内的活塞与往复泵泵缸内的活塞由同一连杆连接，往复泵泵缸上设有控制触点；

所述动力油缸的缸体分为有杆活塞腔和无杆活塞腔，两个动力油缸的有杆活塞腔内注满液压油并通过管道相连通，两缸的无杆活塞腔分别与换向阀的两个工作油口相连；换向阀设有一个进油口、两个工作油口和一个回油口，所述进油口通过管道连接泵电机组，回油口通过管道连接油箱；

所述往复泵包括设有二个腔室的泵缸，以及活塞总成，所述活塞总成由往复泵的活塞与活塞杆组成，泵缸的二个腔室分别为工作腔和连接腔，两组往复泵的工作腔顶端分别连接一组单向阀，其进液阀均与流体进口连通，其出液阀均与流体出口连通，形成进、出液的单向通道。

2、根据权利要求1所述的流体泵，其特征在于：所述动力油缸缸体与往复泵泵缸的镶套方式包括：动力油缸缸体同心镶套在往复泵泵缸的外部；或是往复泵泵缸同心镶套在动力油缸缸体的外部；或是动力油缸缸体与往复泵泵缸外径相当，缸体与泵缸固连成一体。

3、根据权利要求1所述的流体泵，其特征在于：在流体出口通道上连接一个储能器。

4、根据权利要求1所述的流体泵，其特征在于：所述往复泵的连接腔为常压腔，内设有一个隔离板，隔离板将连接腔分成两个部分。

5、根据权利要求4所述的流体泵，其特征在于：所述往复泵的连接腔被隔离板分成两部分的内壁上各设一个隔液环槽，在隔液环槽的最低点均开有一个排液孔。

6、根据权利要求1所述的流体泵，其特征在于：所述两组单向阀每组顺向连接，中间点通过三通分别与往复泵的流体进口与出口连接。

7、根据权利要求1所述的流体泵，其特征在于：所述的换向阀控制机构在往复泵泵缸和活塞上均设有感应触点，对应控制换向阀的行程开关。

8、根据权利要求7所述的流体泵，其特征在于：动力液压系统的换向回路采用二位四通电磁换向阀，二位四通电磁换向阀的两个工作油口连通动力油缸的无杆活塞腔，二位四通电磁换向阀的进油口通过管道连通接泵电机组，二位四通电磁换向阀的回油口连接油箱。

9、根据权利要求7或8所述的流体泵，其特征在于：所述感应触点的感应方式采用电磁感应、光电感应或压电陶瓷感应。

10、根据权利要求7或8所述的流体泵，其特征在于：所述换向阀进油口与泵电机组之间还并联一个溢流阀，溢流阀经滤油器连通油箱；泵电机组与油箱之间也设有滤油器。

Images