CN101403380A - 超高压三柱塞泵 - Google Patents

Abstract

一种超高压三柱塞泵，包括机身、曲轴连杆式动力传动装置及产生高压的液力端。液力端包括泵体、泵缸、柱塞及密封箱体。泵缸和泵体之间依次还有导向阀、排液弹簧、排出阀、阀座、吸入阀、进液弹簧。泵体上设置低压水进入流道、高压水流出流道。泵缸上设置冷却水流道。泵缸与柱塞之间设置柱塞套。泵缸与密封箱体之间设置密封组件。密封箱体内设置轴承及第一密封圈。泵缸与密封组件之间设置第二密封圈。阀座两端上设置第三密封圈、第四密封圈。所述的泵体为整体式结构。导向阀上圆周均布一组起缓冲作用的导向孔。冷却水流道与泵体上设置低压水进入流道贯通。所述的泵体外设置托架滑块式重复定位结构。由于采用多重密封及重复定位结构，解决泵的密封不好，装配重复定位困难的问题。

Description

超高压三柱塞泵

技术领域

本发明涉及一种柱塞泵，尤其是涉及一种超高压三柱塞泵。

背景技术

高压三柱塞泵，主要包括机身、设置在机身内的曲轴连杆式动力传动装置及产生高压的液力端。目前，国内生产柱塞泵的厂家很多，最高额定工作压力也只能局限在150Mpa以内，而高于150Mpa压力的柱塞泵，只能依靠进口。其根本的原因就是超高压技术上的突破是一个很大的技术瓶颈。其主要原因是：普通三柱塞泵液力端柱塞处的密封结构大多采用传统的接触型密封，其方式不外乎二种：即压紧式密封和自封式密封。压紧式密封又称为填充式密封或填料密封，其密封原理是靠压紧填料使其与柱塞表面和箱体内表面紧密接触而密封的，其泄漏量和摩擦力均与压紧力密切相关，摩擦力与压紧力成正比，填料、柱塞和箱体表面必须光洁还应尽可能提高表面硬度。而自封式密封主要是靠输送液体的压力使密封圈唇部张开与柱塞表面和箱体内壁紧密接触而密封的，其泄漏量和摩擦力同样均与压紧力密切相关，摩擦力与压紧力成正比，且填料、柱塞和箱体表面必须光洁还应尽可能提高表面硬度。这两种接触型密封再加上习惯于采用的密封材料仅仅局限在硬橡胶、聚四氟乙烯及尼龙等常规性材料上，由于填料或密封圈本身的强度和刚度所限，即使在结构上再增加多层密封环也难以在超高压工作状态下保持其应有的形状，而达到理想的接触性密封的效果。

另外，传统的柱塞密封还有间隙密封的方式，其原理是：柱塞和液缸体之间经精密研配使间隙在0.003-0.006mm，光洁度高于Ra0.2。即使这样，其密封效果也只能达到每平方厘米一千多公斤，而且金属零件弹性变形小。细小而又均匀的间隙需要精密加工来保证，结构复杂，加工要求高，造价昂贵。

此外，超高压密封对液力端装配位置精度的要求也非常高，现国内外卧式超高压柱塞泵动力端与液力端之间装配无定位机构，靠装配工人凭经验来保证装配精度，使操作者在更换易损件的过程中无法保证原装配精度，使泵的精度与质量下降这是当前超高压泵系统的疑难之处。

发明内容

本发明的目的在于针对现有超高压三柱塞泵中存在的不足，提供一种超高压三柱塞泵。解决超高压三柱塞泵中存在的密封不好，装配重复定位困难的问题。使三柱塞泵的压力达到276Mpa(40000psi)，泵的液力端采用一种独特的结构和密封方式，不仅保证了所需三柱塞泵超高压力运行的高可靠性，而且延长了柱塞泵的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超高压三柱塞泵，包括机身、设置在机身内的曲轴连杆式动力传动装置及产生高压的液力端；所述的液力端包括泵体、泵缸、柱塞及密封箱体；所述的泵缸和泵体之间依次还有导向阀、排液弹簧、排出阀、阀座、吸入阀、进液弹簧。所述的泵体上设置低压水进入流道、高压水流出流道；所述的泵缸上设置冷却水流道；所述的泵缸与柱塞之间设置柱塞套，所述的泵缸与密封箱体之间设置密封组件；所述的密封箱体内设置轴承及第一密封圈；所述的泵缸与密封组件之间设置第二密封圈；所述的阀座两端上设置第三密封圈、第四密封圈；其特征在于：所述的泵体为整体式结构；所述的导向阀上圆周均布一组起缓冲作用的导向孔；所述的冷却水流道与泵体上设置低压水进入流道贯通；所述的泵体外设置托架滑块式重复定位结构；所述的泵体外设置托架滑块式重复定位结构；所述的重复定位结构包括托架与机身底脚之间螺栓联接。

进一步的，所述的柱塞和柱塞套之间的密封为间隙密封，所述的密封组件与柱塞之间的密封为接触密封。

所述的液力端的高压区的密封圈均采用超高分子量塑料密封。

所述的柱塞和中间杆联接处采用弹性夹套，保证三柱塞的同轴度位置及均匀对中。

为了进一步保证装配定位，所述的托架与机身底脚之间螺栓联接还包括设置了定位销，所述的托架上螺栓联接的螺栓孔为设置腰孔。

超高压技术上的突破其关键是两方面：超高压力下密封和承压的可靠性问题。为保证整个柱塞泵的液力端在超高压力276MPa下能够正常可靠地运行，保证不泄漏，泵的液力端采用了一种独特的密封结构和自润滑方式，与选用的一种新型的超高分子量密封材料其特性相结合，既保障了超高压力下密封的可靠性，而且延长了柱塞泵密封件的使用寿命。

本发明的积极效果：

1.独特的结构特点

本发明的超高压三柱塞泵液力端在结构设计方面，主要从以下几方面突破：

A)、特殊的密封方式

液力端柱塞处的密封为了保障在超高压下的密封效果我们在设计时摒弃了传统单一的密封方式，将传统的自封式接触型密封和间隙密封相结合。其主要密封原理如下：柱塞套与柱塞之间采用间隙配合，柱塞在往复运动中向前推进时形成的高压水，通过柱塞套与柱塞之间的间隙取得了节流降压的作用，然后再利用密封组件内的超高分子量密封材料热胀冷缩的特性进一步加强了柱塞往复运行中的密封效果。

B)、独特的自润滑和冷却方式

在柱塞泵往复运行过程中，柱塞与密封材料之间不可避地会发生摩擦，由此而产生热量加剧零件的磨损和降低使用寿命，进而影响密封的可靠性。为了解决这一难题，我们在液压缸体上增加了两个冷却水循环孔，使得低压水能够通过缸体将低压常温水输送至柱塞密封处，不但能使柱塞在往复运动中减少摩擦，起到自润滑的效果，而且低压水从缸体其中流道一冷却孔进入，通过密封组件又从缸体另一冷却孔排出缸体外，带走柱塞在往复运动中摩擦产生的热量。

C)、托架滑块式结构设计

三柱塞泵的超高压密封不仅与密封材料和密封结构有关，对各零件的位置尺寸要求也很重要，即机身、三液压缸体、阀座和泵体之间的合理定位对整个超高压泵的运行平稳、往复运动中柱塞的摩擦以及密封的可靠性方面都起着保障作用。本发明在液力端设计了一滑块式结构。其作用原理如下：首先柱塞泵液力端采用立式安装，确保机身、三液压缸体、阀座和泵体之间的合理定位正确后安装上托架滑块机构，调整托架滑块机构的位置(滑块机构与机身底脚之间设置腰孔)，保证滑块机构的上平面与泵体的底平面合理定位，上紧滑块与机身底脚的安装螺丝及定位销。这样在每次装拆更换零件时，既能支承泵体，装拆省时省力，又能保证更换密封等易损件时，液力端能合理复位，避免了安装时压缩密封圈易受切割或拉毛受损导致密封泄漏，保障了密封的可靠性。

2、新密封材料的特点

为了解决超高压密封的难题，我们选用了一种超高分子量聚乙烯塑料，其具有如下特性：

A)、极高的耐磨性

由于超高分子量塑料的独特分子结构，是它具有超然的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的金属和塑料制品，是碳钢的6.6倍，不锈钢的5.5倍，黄铜的27.3倍；是酚醛树脂的17.9倍，尼龙六6倍，聚四氟乙烯的5倍。

B)、极高的耐冲击力

抗冲击强度高、韧性，优异的弹性，表面硬度大，即使在低温下，受到强烈冲击也不会断裂。

C)、良好的耐化学腐蚀性

抗化学腐蚀性优异，可耐(除浓硫酸、浓硝酸、少数有机溶剂以外)几乎所有的酸、碱、盐介质。

D)、很低的摩擦系数

自润滑性能好、磨擦系数小、流阻小、节省能源。无毒、无味、无渗出物，极低的吸水率。优良的抗环境应力开裂性能，是普通聚乙烯的200倍。优良的耐低温性能即使在-176℃时也不脆裂。

正是由于超高分子量特种塑料具有以上耐磨损、耐冲击、耐化学腐蚀、自身润滑、抗低温磨损系数小、耐老化等这些优良性能。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明构造剖视图。

图2为图1的B-B方向构造剖视图。

图3为图2中A部分液力端局部放大剖视图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种超高压三柱塞泵，包括机身1、设置在机身内的曲轴连杆式动力传动装置及产生高压的液力端。所述的曲轴连杆式动力传动装置包括曲轴3、连杆2、十字头4、中间杆5、弹性夹套6、压帽7。所述的液力端包括泵体22、泵缸26、柱塞8及密封箱体9；所述的泵缸26和泵体22之间依次还有导向阀20、排液弹簧21、排出阀18、阀座19、吸入阀16、进液弹簧15。所述的泵体22上设置低压水进入流道24、高压水流出流道23。所述的泵缸26上设置冷却水流道25。所述的泵缸26与柱塞8之间设置柱塞套14。所述的泵缸26与密封箱体9之间设置密封组件13；所述的密封组件包括密封座131、密封函132、第五密封圈133。所述的密封箱体9内设置轴承11及第一密封圈10；所述的泵缸26与密封组件13之间设置第二密封圈12；所述的阀座19两端上设置第三密封圈17、第四密封圈29。所述的泵体22为整体式结构。所述的冷却水流道25与泵体22上设置低压水进入流道24贯通。所述的泵体22外设置托架滑块式重复定位结构27；所述的重复定位结构包括托架27与机身1底脚30之间螺栓联接。保证滑块机构的上平面与泵体的底平面合理定位，上紧托架与机身底脚的安装螺丝。为了进一步保证装配定位，所述的托架与机身底脚之间螺栓联接还包括设置了定位销，所述的托架上螺栓联接的螺栓孔为设置腰孔。

进一步的，所述的柱塞8和柱塞套14之间的密封为间隙密封，所述的密封组件13与柱塞8之间的密封为接触密封。

所述的液力端的高压区的密封圈均采用超高分子量塑料密封。

所述的柱塞8和中间杆5联接处采用弹性夹套6，保证三柱塞的同轴度位置及均匀对中。

所述的导向阀20上圆周均布一组起缓冲作用的导向孔28是八个孔。

所述的泵体上进、出水口均为对称布置，便于外部管路联接安装。

工作过程是外部动力源带动曲轴3旋转，再由曲轴3带动连杆2、十字头4、中间杆5、柱塞8作往复运动，当柱塞5自左向右移动时，泵缸26内形成负压，则液体经吸入阀16进入泵缸26内，直到柱塞移动到最后位置时(曲轴转180°)，进液过程结束。当柱塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大，吸入阀8关闭，排出阀10打开，液体被排出。

为了保证柱塞在往复运动中和280Mpa的超高压力作用下能够不泄漏，本装置在柱塞和柱塞套之间采用间隙密封以及柱塞和密封组件之间采用接触密封相结合的方式很好地达到了在超高压力下往复运动动密封的效果。另外，整个高压密封处均采用超高压分子量材料密封，泵缸和阀座均采用高强度钢经过自增强工艺提高整个高压区的承载能力和使用寿命。

Claims (7)

1.一种超高压三柱塞泵，包括机身、设置在机身内的曲轴连杆式动力传动装置及产生高压的液力端；所述的液力端包括泵体、泵缸、柱塞及密封箱体；所述的泵缸和泵体之间依次还有导向阀、排液弹簧、排出阀、阀座、吸入阀、进液弹簧；所述的泵体上设置低压水进入流道、高压水流出流道；所述的泵缸上设置冷却水流道；所述的泵缸与柱塞之间设置柱塞套，所述的泵缸与密封箱体之间设置密封组件；所述的密封箱体内设置轴承及第一密封圈；所述的泵缸与密封组件之间设置第二密封圈；所述的阀座两端上设置第三密封圈、第四密封圈；其特征在于：所述的泵体为三缸整体式结构；所述的导向阀上圆周均布一组起缓冲作用的导向孔；所述的冷却水流道与泵体上设置低压水进入流道贯通；所述的泵体外设置托架滑块式重复定位结构；所述的重复定位结构包括托架与机身底脚之间螺栓联接。

2.根据权利要求1所述的超高压三柱塞泵，其特征在于：所述的柱塞和柱塞套之间的密封为间隙密封，所述的密封组件与柱塞之间的密封为接触密封。

3.根据权利要求1、2所述的超高压三柱塞泵，其特征在于：所述的液力端的高压区的密封圈均采用超高分子量塑料密封。

4.根据权利要求1、2所述的超高压三柱塞泵，其特征在于：所述的传动装置包括中间杆，所述的柱塞和传动装置的中间杆联接处设置弹性夹套。

5.根据权利要求3所述的超高压三柱塞泵，其特征在于：所述的超高分子量塑料是聚乙烯塑料。

6.根据权利要求1、2所述的超高压三柱塞泵，其特征在于：所述的导向阀上圆周均布一组起缓冲作用的导向孔是八个孔。

7.根据权利要求1所述的超高压三柱塞泵，其特征在于：所述的托架与机身底脚之间螺栓联接还包括设置了定位销，所述的托架上螺栓联接的螺栓孔为设置腰孔。

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