CN108571432A - 一种耐腐蚀偏心轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀偏心轮泵，包括泵体、安装在泵体上的盖板、设于泵体内的偏心机构以及与偏心机构配合的柱塞，泵体与盖板之间形成腔体，泵体内设有与腔体连通的进料单向阀和增压单向阀，柱塞的一端与腔体连通，另一端安装于泵体内并套设有弹簧，弹簧被限位在泵体内，柱塞在偏心机构以及弹簧的作用下实现往复运动。本发明弹簧不接触流体，以塑料为主体材料，采用耐腐蚀单向阀等手段达到耐腐蚀的目的，通过采用轴承与陶瓷垫片或陶瓷柱塞在润滑油浸没情况下的接触作为主运动副从而达到在高速旋转运动下耐磨的目的，具有耐腐蚀、可靠性高、成本低、结构紧凑等优点，可广泛应用于对各类腐蚀性流体的增压。

Description

一种耐腐蚀偏心轮泵

技术领域

本发明涉及海水处理领域，具体涉及一种耐腐蚀偏心轮泵。

背景技术

海水淡化技术作为缓解水资源缺乏的重要手段，受到了越来越多的重视。在众多的海水淡化技术中，反渗透法由于成本更低，已经逐步成为市场主流技术手段。反渗透海水淡化技术是利用高压泵将原料海水加压，使其压力达到反渗透操作压力5.0～7.0MPa(视海水盐度不同而定)；对于中小型海水淡化装置而言均采用了柱塞泵做为高压泵，但长期以来海水环境下的柱塞泵价格非常昂贵，大大限制了中小型海水淡化的应用。以1t/h柱塞泵为例，Donfoss、Spark等国外公司产品的价格超出10万元，国内的宝鸡水泵厂等产品价格虽然只要1万多元，但产品质量仍未得到市场认可，销售情况并不理想，而对于中小型海水淡化装置的主要用户——渔民而言，即使是国内产品的价格仍旧过高。

海水淡化用柱塞泵价格高昂有其内在的原因。无论采用轴向柱塞泵还是径向柱塞泵，其接触流体部分均需要采用耐腐蚀材料，最常用的材料为铍青铜、双相不锈钢、316L不锈钢、超级双相不锈钢等，这些材料价格昂贵、加工过程复杂，加上需要考虑到海水结晶、耐磨等因素，以及所采用的各类热处理、表面处理手段，使其成本居高不下。

单向阀、弹簧等过流部件也面临着同样的问题。在中小型轴向柱塞泵、凸轮泵、偏心轮泵中，多采用曲柄连杆或类似的机构，这一做法能够有效保证柱塞的往复运动，但连杆两端受力情况恶劣；这一问题导致对连杆加工要求高，工作时对润滑系统要求高以及对转速的限制多。也有部分泵采用了弹簧在流体通道内向柱塞施加推力的设计，这样结构虽然更为简单，但对弹簧的耐腐蚀性能要求很高。此外，中小型柱塞泵、凸轮泵、偏心轮泵结构较为复杂，流道尤其如此，这也进一步提高了其加工成本。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种耐腐蚀偏心轮泵。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种耐腐蚀偏心轮泵，包括泵体、安装在泵体上的盖板、设于泵体内的偏心机构以及与偏心机构配合的柱塞，所述泵体与盖板之间形成腔体，所述泵体内设有与所述腔体连通的进料单向阀和增压单向阀，所述柱塞的一端与腔体连通，另一端安装于泵体内并套设有弹簧，所述弹簧被限位在泵体内，所述柱塞在偏心机构以及弹簧的作用下实现往复运动：当偏心机构推动柱塞向腔体内运动时，腔体内压力升高，进料单向阀在两侧压差的作用下关闭；当压力持续升高至增压单向阀两侧压差大于增压单向阀开启压力时，增压单向阀开启，向外部提供高压流体工质。当偏心机构远离腔体运动时，在弹簧的作用下，柱塞将紧随偏心机构一同远离腔体而运动，腔体内压力降低，增压单向阀在两侧压差的作用下关闭；当压力持续降低至进料单向阀两侧压差大于进料单向阀开启压力时，进料单向阀开启，外部低压流体工质进入腔体中。

进一步地，所述柱塞采用整体陶瓷柱塞或在与偏心机构的接触面设置陶瓷垫片。为解决与主轴承的摩擦问题，在与其接触处采用陶瓷垫片，在对寿命要求较高的场合，可采用整体式柱塞方案。

进一步地，所述陶瓷垫片采用Al₂O₃陶瓷。

进一步地，所述柱塞为圆柱形结构，截面呈T形，包括与偏心机构配合的柱塞裙部和较细的柱塞杆部，所述弹簧套设于柱塞杆部上，弹簧的两端分别被柱塞的柱塞裙部和泵体限位。此外，为解决润滑油液的流通问题，可在柱塞裙部开出多个泄油孔。

进一步地，所述偏心机构包括偏心套、设于偏心套外的主轴承以及穿过偏心套的驱动轴。

进一步地，所述偏心套以及设于偏心套外的主轴承可用偏心轴承替换，也可将驱动轴上加工出偏心部分代替偏心套。

进一步地，所述泵体、盖板、进料单向阀、增压单向阀以及柱塞与流体相接触的部分采用材料为POM、UPVC、PTFE或ABS塑料材质制得，也可根据耐腐蚀环境及强度需要采用不锈钢、钛合金或陶瓷材料制得，以POM、UPVC、PTFE、ABS为代表的塑料表现出极好的耐腐蚀性能，采用塑料作为主体材料能够达到耐腐蚀目标，塑料本身价格低廉，加上可采用注塑工艺进行批量生产，因此与传统材料结构相比能够大大降低成本。

进一步地，所述进料单向阀与增压单向阀采用磁铁式单向阀，且磁铁阀芯与阀座为PTFE耐腐蚀材料所包敷，也可采用弹簧式单向阀，弹簧根据耐腐蚀环境要求采用不锈钢或钛合金材料。

进一步地，所述柱塞、进料单向阀或增压单向阀安装于同一密封平面内，并采用密封圈进行密封。

进一步地，所述柱塞可采用一只、两只或多只柱塞，分别构成单柱塞泵、双柱塞泵或多柱塞泵。

本发明通过将弹簧置于柱塞不接触流体的裙部，采用塑料为主体材料，以及采用耐腐蚀单向阀等手段达到耐腐蚀的目的，通过采用轴承与陶瓷垫片或陶瓷柱塞在润滑油浸没情况下的接触作为主运动副从而达到在高速旋转运动下耐磨的目的，具有耐腐蚀、可靠性高、成本低、结构紧凑等优点，可广泛应用于对各类腐蚀性流体的增压。

与现有技术相比，本发明的优点具体为：

1、采用塑料作为主体材料能够达到耐腐蚀目标，塑料本身价格低廉，加上可采用注塑工艺进行批量生产，因此与传统材料结构相比能够大大降低成本。

2、采用极简的运动结构，偏心机构与柱塞直接接触，由弹簧进行复位，与曲柄连杆机构相比，直接降低成本。

3、柱塞中加陶瓷垫片与轴承在润滑油浸没情况下直接接触的方式解决摩擦损耗问题，由于在润滑油浸没情况下轴承与陶瓷垫片间摩擦系数极低，大大降低了摩损及其产生的热量，极大的提高产品使用寿命。

4、弹簧被限位在泵体内，不接触流体，采用普通弹簧即可，与布置于流体通道的弹簧相比，可靠性更高、成本更低，寿命更长。

5、壳体、盖板可为注塑件，轴承、弹簧为标准件，单向阀可在市面上以较低的价格采购到，柱塞与偏心套也均为易于加工的结构，各组成部分除偏心套外不需要昂贵的热处理与表面处理工序，因此加工成本较低。

附图说明

图1为本发明提供的一种耐腐蚀偏心轮泵的结构示意图；

图2为本发明提供的柱塞结构示意图；

图3为本发明提供的整体式柱塞结构示意图；

图4为本发明提供的分体式柱塞结构示意图；

图5为本发明提供的高压部分密封示意图；

图中：泵体1、柱塞2、弹簧3、进料单向阀4、增压单向阀5、盖板6、主轴承7、偏心套8、驱动轴9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种耐腐蚀偏心轮泵，如图1所示，包括泵体1、安装在泵体1上的盖板6、设于泵体1内的偏心机构以及与偏心机构配合的柱塞2，偏心机构包括偏心套8、设于偏心套8外的主轴承7以及穿过偏心套8的驱动轴9，泵体1与盖板6之间形成腔体，泵体1内设有与腔体连通的进料单向阀4和增压单向阀5，柱塞2的一端与腔体连通，另一端安装于泵体1内并套设有弹簧3，弹簧3被限位在泵体1内，柱塞2在偏心机构以及弹簧3的作用下实现往复运动。柱塞2为圆柱形结构，截面呈T形，包括与偏心机构配合的柱塞裙部和柱塞杆部，弹簧3套设于柱塞杆部上，弹簧3的两端分别被柱塞2的柱塞裙部和泵体1限位。柱塞2与偏心机构的接触面设置陶瓷垫片，陶瓷垫片采用Al₂O₃陶瓷。

以POM、UPVC、PTFE、ABS为代表的塑料表现出极好的耐腐蚀性能，本实施例泵体1、盖板6、进料单向阀4、增压单向阀5以及柱塞2与流体相接触的部分采用材料为POM、UPVC、PTFE或ABS塑料材质制得，价格低廉，加上可采用注塑工艺进行批量生产，与传统材料结构相比能够大大降低成本。

主轴承7与柱塞2直接接触，由弹簧3进行复位，与曲柄连杆机构相比，结构明显简单，降低成本。

图1中所示方案中包括1只额外的轴承，其用于分担主轴承的受力。在设计时亦可根据需要采用悬臂式结构，或者增加推力轴承等常规机械设计中的设计手段。

柱塞结构示意图如图2，为解决与主轴承7的摩擦问题，在与其接触处采用了陶瓷垫片。为解决润滑油液的流通问题，在柱塞裙部开出了多个泄油孔。在对寿命要求较高的场合，可采用整体式柱塞方案见图3，但由于其属于不规则结构，加工难度较高，加工成本较高，此时亦可采用分体式柱塞方案见图4，此时柱塞主体为规则圆柱体，采用陶瓷材料，其上设置有安装孔，而裙部采用塑料或金属材料。

本发明采用柱塞中加陶瓷垫片与轴承在润滑油浸没情况下直接接触的方式加以解决，由于在润滑油浸没情况下轴承与陶瓷垫片间摩擦系数极低，因此大大降低了摩损及其产生的热量，也极大的提高了产品寿命。

由于弹簧被布置于柱塞不接触流体的裙部，因此采用普通弹簧即可，与布置于流体通道的弹簧相比，其可靠性更高、成本更低。

在某些压力很高或者存在高温、低温的场合，以及某些对塑料有较强腐蚀性的极端情况存在的场合，采用塑料难以满足使用要求，此时可考虑采用不锈钢、钛合金、陶瓷等材料替代塑料。在中国专利CN201410274918.5中提出了一种磁铁式单向阀，其外部包敷PTFE等耐腐蚀材料也可应用于本发明中。也可采用将塑料单向阀弹簧更改为耐腐蚀材料制造而成的弹簧，以达到耐腐蚀的目的；此时需要根据耐腐蚀环境要求采用不锈钢或钛合金等做为弹簧材料。

高压部分的密封失效易于造成设备功能降级甚至完全丧失，而且还可能引起环境的污染等问题，因此本发明尽可能减少高压密封的数量，为此将柱塞2、进料单向阀4、增压单向阀5安装于同一密封平面内，采用密封件如O形圈即可对外泄漏进行密封，高压部分密封示意图如图5，密封件的形状根据使用要求进行更改，如采用腰形、椭圆形或者其它不规则形状。

由于高压部分可对称布置，因此对于其流道亦对称布置，因此壳体可在同一平面内加工相应的孔以实现流道在一个整体内实现，而无须分体实现分体必然带来密封面、固定安装面及其附件的增加，增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠性。如图1所示的双柱塞方案之中，壳体流道中进料流道、增压流道均为直通孔，分别通过中部的进料孔、增压孔引出至壳体外的进料口、增压口处。

在流道对称布置的情况下在壳体上增加相应的柱塞、盖板与相应附件并进行适应性改动，即可形成多柱塞泵。单柱塞泵在双柱塞泵基础上减少相应的配置并进行适应性改动即可。

此外，主轴承7、偏心套8可采用偏心轴承代替，亦可采用驱动轴9上加工出偏心部分代替偏心套8，如此可减少零部件数量，提高可靠性，可根据实际需要进行选择。

具体工作时，在外部接进料管至进料口，接增压管至增压口，外部压力在0.05Mpa以上的工质流至进料口，然后即可从增压口得到增压工质。具体动作原理为：当偏心机构推动柱塞向腔体内运动时，腔体内压力升高，进料单向阀在两侧压差的作用下关闭；当压力持续升高至增压单向阀两侧压差大于增压单向阀开启压力时，增压单向阀开启，向外部提供高压流体工质。当偏心机构远离腔体运动时，在弹簧的作用下，柱塞将紧随偏心轮一同远离腔体而运动，腔体内压力降低，增压单向阀在两侧压差的作用下关闭；当压力持续降低至进料单向阀两侧压差大于进料单向阀开启压力时，进料单向阀开启，外部低压流体工质进入腔体中。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀偏心轮泵，包括泵体(1)、安装在泵体(1)上的盖板(6)、设于泵体(1)内的偏心机构以及与偏心机构配合的柱塞(2)，所述泵体(1)与盖板(6)之间形成腔体，所述泵体(1)内设有与所述腔体连通的进料单向阀(4)和增压单向阀(5)，其特征在于，所述柱塞(2)的一端与腔体连通，另一端安装于泵体(1)内并套设有弹簧(3)，所述弹簧(3)被限位在泵体(1)内，所述柱塞(2)在偏心机构以及弹簧(3)的作用下实现往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述柱塞(2)在与偏心机构的接触面设置陶瓷垫片，或采用整体陶瓷柱塞。

3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述陶瓷垫片采用Al₂O₃陶瓷。

4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述柱塞(2)为圆柱形结构，截面呈T形，包括与偏心机构配合的柱塞裙部和较细的柱塞杆部，所述弹簧(3)套设于柱塞杆部上，弹簧(3)的两端分别被柱塞(2)的柱塞裙部和泵体(1)限位。

5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述偏心机构包括偏心套(8)、设于偏心套(8)外的主轴承(7)以及穿过偏心套(8)的驱动轴(9)。

6.根据权利要求5所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述偏心套(8)以及设于偏心套(8)外的主轴承(7)可用偏心轴承替换，也可将驱动轴(9)上加工出偏心部分代替偏心套(8)。

7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述泵体(1)、盖板(6)、进料单向阀(4)、增压单向阀(5)以及柱塞(2)与流体相接触的部分采用材料为POM、UPVC、PTFE或ABS塑料材质制得，也可根据耐腐蚀环境及强度需要采用不锈钢、钛合金或陶瓷材料制得。

8.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述进料单向阀(4)与增压单向阀(5)采用磁铁式单向阀，且磁铁阀芯与阀座为PTFE耐腐蚀材料所包敷，也可采用弹簧式单向阀，弹簧根据耐腐蚀环境要求采用不锈钢或钛合金材料。

9.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述柱塞(2)、进料单向阀(4)或增压单向阀(5)安装于同一密封平面内，并采用密封圈进行密封。

10.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀偏心轮泵，其特征在于，所述柱塞(2)可采用一只、两只或多只，分别构成单柱塞泵、双柱塞泵或多柱塞泵。