CN102155373B - 一种气控变量往复泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于油田注入等工况的气控多输出口可调流量的气控变量往复泵。其包括有泵体、柱塞、吸入阀组和排出阀组、以及气控调整柱塞组件，该组件包括安装在泵体上的密封函体、调整柱塞、用于使调整柱塞产生轴向动作的空气弹簧和用于调节调整柱塞的阀面与密封函体上的阀座距离的调节装置，该空气弹簧包括设置在调整柱塞上的气活塞孔，一气活塞气密地安装到气活塞孔内，并使该气活塞孔形成一大小可变的气室，外部压缩空气通过气活塞的通孔被引入气室内。本发明具备泵输出流量的调节范围大、调节精度高、调节方便、适应的排出压力范围宽、震动和噪声小、调节装置体积小等的优点，并能做到多缸往复泵多个排出口的流量均可调。

Description

一种气控变量往复泵

技术领域

本发明涉及一种变量柱塞往复泵，尤其是一种适用于油田注入等工况的气控多输出口可调流量的柱塞往复泵。

背景技术

柱塞往复泵是一种容积式泵，泵的输出流量与柱塞直径、泵行程和泵速(每分钟往复次数)有关。通过更换不同直径柱塞调整泵的输出流量的做法由于操作不便，少有应用。通过改变柱塞的行程来调整泵的输出流量，其调节精度较高，但动力端结构复杂，通常只用于计量泵中。如果采用回流调流量则浪费能源。目前，现有的柱塞往复泵大部分采用的是改变泵速来调流量。但这种方法仅适用于一台往复泵只有一个排出口的情况。对于多缸多排出口往复泵，如果要求每个独立排出口的流量均可调节，现有的柱塞往复泵则达不到上述要求。

针对上述情况，本公司研发了一种多输出口流量可调的柱塞往复泵，它通过增设一可改变泵腔容积的调节装置来达到流量调整的目的(具体可参阅本公司申报的公开号为CN101994688A的一种柱塞往复泵)。但该柱塞往复泵虽然独立排出口的流量均可调节，但作用调整柱塞的回复力是由弹簧产生的，因而存在弹簧寿命短，冲击和噪声大，调节装置体积大、无法在排出压力低的场合应用等缺点。因此仍有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种采用压缩空气作调整柱塞的回复力的气控变量往复泵，以克服采用弹簧所引起的冲击和噪声大，调节装置体积大、无法在排出压力低的场合应用等缺点，以使柱塞往复泵具备泵输出流量的调节范围大、调节精度高、调节方便、适应的排出压力范围宽、并且适用于多缸往复泵多个排出口的流量均可调的同时，还可减小震动和噪声、减小调节装置的体积。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该气控变量往复泵，包括：

泵体；

柱塞，该柱塞滑配合在泵体的柱塞孔内；

吸入阀组和排出阀组，吸入阀组和排出阀组设在泵体内；

调整柱塞组件，其安装在泵体上，包括：

安装在所述泵体上的密封函体，密封函体的中心为一带阀座的通孔，通孔内装有一与所述的柱塞呈相对设置的并可往复滑动的调整柱塞，调整柱塞的头部置于泵体的泵腔内并具有与所述的阀座匹配的阀面；

其特征是所述的调整柱塞组件还包括：

能使所述的调整柱塞产生轴向动作的空气弹簧，该空气弹簧包括轴向成形在调整柱塞上的气活塞孔，一气活塞气密地装入所述的气活塞孔内，并使该气活塞孔形成一大小可变的气室，外部压缩空气通过气活塞的通孔被引入气室内；

用于调节调整柱塞的阀面与密封函体上的阀座间距离的调节装置，该调节装置设在所述的气活塞上。

优选地所述的调节装置可包括一螺接在气活塞尾部的使气活塞作轴向位移的调整手柄、以及用以限制气活塞径向转动的限位结构。

所述的气活塞上还设置有能反映调整柱塞行程的标尺。

所述的气活塞的前部为带有环形槽和限位凸台的圆柱体，环形槽内安装与气活塞孔内壁气密封用的空气密封件，该气活塞的前部置于气室内，并用螺接在调整柱塞尾部的压紧套封堵；所述的气活塞的后部加工有外螺纹和用于防止气活塞径向转动的轴向槽以及可供压缩空气引入的轴向通孔。

所述的气活塞的尾部和螺接在其尾部的调整手柄通过一与密封函体相连接的支承套支承，且支承套上装有一限位螺钉，该限位螺钉的头部插入所述的用于防止气活塞径向转动的轴向槽内，由该限位螺钉和轴向槽构成所述的用以限制气活塞径向转动的限位结构，该限位结构使气活塞能作轴向移动而不能作径向转动。

所述的压紧套具有与气活塞上的限位凸台相碰的端面，且该端面与气活塞上的限位凸台之间装有橡胶减震垫，以进一步减少震动和噪音。

所述的空气密封件可采用U形密封圈或V形密封圈或活塞环等。

在所述的调整手柄上还可加工有两条相互错开180度、深度为外径2/3的槽。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、流量调整精度高，调整柱塞的阀面到密封函体上的阀座的距离就是流量调整量。

2、流量调整范围大，流量输出可为0，输出量为0-100％。充分适应一泵多点供水时各点的流量要求；其中一点不工作流量为0时其他点还可正常工作；

3、整个行程中，仅调整柱塞的阀面闭合前调整柱塞密封处有微量液体泄漏，阀面闭合后就没有泄漏。使泵整体泄漏量减少，提高了泵效率；

4、用压缩空气作调整柱塞的回复力，在整个行程中回复力基本不变。克服了用弹簧时回复力随行程增大，无法在排出压力低的场合应用的缺点。适应的排出压力范围更宽。并且减少了震动和噪声。避免了弹簧的疲劳损坏。

5、气控调整柱塞组件取消了弹簧，节省了弹簧占用的空间，而压缩空气回位部分组合在调整柱塞内部，不另增加空间。使体积减小，节省材料。增加检修空间。

6、流量调整方便、直观，可不停机调整；

7、可适用于多缸柱塞往复泵，每个缸都可单独调整流量，单独输出。方便一台泵供多个点且流量分别可调。特别适合油田一泵多井注入等工况。

附图说明

图1为本发明实施例在柱塞处于后死点位置时的结构示意图。

图2为本发明实施例在柱塞前行、调整柱塞处于关闭位置时的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明调节柱塞往复泵流量的原理为改变有效容积法。柱塞往复泵是容积式泵，通过泵腔的容积变化来泵出液体。本发明就是在通用柱塞往复泵上附加一个装置，使泵产生部分无效容积，泵的有效容积＝泵容积-泵无效容积。通过调整泵的有效容积来调节流量。

具体如图1、图2所示，本发明气控变量往复泵主要包括泵体2、配合在泵体柱塞孔内的柱塞1、设置在泵体2内的吸入阀组3和排出阀组4、以及一气控式调整柱塞组件，其中：

泵体2其上设有吸入口5和排出口6、以及用于设置柱塞的柱塞孔、和分别用于设置吸入阀组3和排出阀组4的阀腔，而泵体的泵腔则由柱塞、吸入阀组、排出阀组和气控式调整柱塞组件中的密封函体8和调整柱塞7共同围合而成。

柱塞1滑配合在泵体2的柱塞孔内，受驱动可在孔内作往复的直线运动。

吸入阀组3和排出阀组4本实施例图中所示的吸入阀组3和排出阀组4均为锥阀，但并不局限图中所示的，它还可以是球阀、平板阀(平面阀)、自重阀或弹簧式阀等。

气控式调整柱塞组件安装在泵体2上，位于柱塞1相对的一侧，且与柱塞1处在同一中心线上。它主要包括有密封函体8、调整柱塞7、空气弹簧以及用于调节调整柱塞7的阀面25与密封函体8上的阀座24之间的距离的调节装置，其中：

密封函体8用螺栓安装在泵体2上，其中心是一个带阀座24的孔，孔内安装有密封组件9和导向密封套10。，其中密封组件9除了本实施例图中所示的U形密封圈外，还可以采用V形密封、填料密封、间隙密封等密封件。

调整柱塞7它前端具有一与密封函体8的阀座相匹配的阀面25，该阀面25型式不限，可以是锥形或平面台阶形等，阀面25与阀座24闭合起到限位和关断泄漏的作用。调整柱塞7的后部为带内螺纹的空心圆柱结构体，其外圆安装在密封组件9和导向密封套10中，形成调整柱塞液体密封副。调整柱塞7后部的空心部位为一与外径同轴的圆柱形轴向孔，该孔精度和表面要求较高，形成用来安装气活塞14的气活塞孔23。孔中安装气活塞14和空气密封件11形成空气密封副。调整柱塞7的外径可以和柱塞1外径相同，也可以不同。

装配时，调整柱塞7的外圆安装在密封组件9和密封导向套10内，前端的阀面25置于泵腔内与密封函体上的阀座24配合，从而起到调整柱塞7的限位与关闭密封函体8泄漏的作用。

空气弹簧作用调整柱塞7而使调整柱塞7产生轴向动作。该空气弹簧主要包括一气活塞14，该气活塞14的前端为带有环形槽和限位凸台27的圆柱体，环形槽内安装有空气密封件11，该空气密封件11除了本实施例图中所示的孔用YQ密封圈外，还可以采用U形密封圈或V形密封或活塞环等。气活塞14的尾部具有外螺纹，并且尾部螺纹端开有防止其转动的轴向槽21；轴向开有通压缩空气的通孔22，在该孔22的端部用软管接入压缩空气。压缩空气的压力为0.6-0.8MPa，压缩空气的压力可根据调整柱塞7的直径计算，使压缩空气作用在调整柱塞上的力大于调整柱塞的运动阻力即可。

装配时，气活塞14的前端部安装在调整柱塞7后部的气活塞孔23中，并用螺接在调整柱塞7尾部的压紧套13封堵，使气活塞14的前端只能在气活塞孔23中滑动。而该气活塞孔23也形成一大小可变的气室，外部压缩空气通过气活塞的通孔22被引入气室内。气活塞14的尾部从支承套15中穿过，而该支承套15一端联接密封函体8，另一端装入调整手柄19外径。且支承套15与气活塞14之间设有用以限制气活塞径向转动的限位结构，该限位结构包括一限位螺钉16，该限位螺钉16一端旋入支承套15螺孔中，另一端卡入气活塞14的轴向槽21中，可沿槽滑移。该限位结构使气活塞14只能作轴向移动，而不能作转动。而气活塞上的限位凸台27是起到对调整柱塞7的行程限位，即当调整柱塞7运动至阀面25离阀座24最大距离时，气活塞上的限位凸台27与压紧套的端面26相碰，因此改变气活塞14的轴向位置，就可以改变调整柱塞的阀面25与密封函体8的阀座24之间的最大距离。但为了减小震动和噪音，压紧套13的端面与气活塞14上的限位凸台27之间装有橡胶减震垫12。

调节装置用于调节调整柱塞的阀面25与密封函体上的阀座24之间的距离，它主要包括有一调整手柄19以及所述的用以限制气活塞14径向转动的限位结构。其中：

调整手柄19其为一带内螺纹的台阶套状手柄，其内螺纹旋入到气活塞14的外螺纹端，外径装入支承套15中，并用压板18锁紧。由于气活塞14受限位螺钉16限制不转动，因此旋转调整手柄19可带动气活塞轴向移动。而改变气活塞14的轴向位置即可改变密封函体阀座24到调整柱塞阀面25间的最大距离。具体如下：若要增大阀座24与阀面25间的距离，即转动调整手柄19使气活塞14前移；反之，若要减小距离，则反向转动调整手柄19使气活塞14后移。调整阀面25与阀座24间的最大距离也就是调整一个行程中的有效行程容积，从而调整排出流量。在调整手柄19上还加工有两条相互错开180度，深度为外径2/3的槽，在调整流量后压板18用螺钉17将调整手柄19压紧，就将气活塞14上的螺纹和调整手柄19上的螺纹及支承套15联为一体，锁紧后防止流量变化。另外气活塞14尾部的外螺纹上加工有一个平面，平面上安装有一刻有刻度和数值的标尺20。该标尺20可精确指示出阀面柱塞的行程，即流量调整百分比。

本气控变量往复泵的工作原理如下：在往复柱塞泵工作时，当柱塞1向后作吸入运动时，泵腔A容积增大，压力降低，使吸入阀组3打开，排出阀组4关闭。介质从吸入口5进入泵腔A内，由于往复泵多为高压泵其排出压力很高，而机构中提供调整柱塞7回位的压缩空气压力不高，当柱塞1向前作排出运动时，吸入阀组3关闭，液体压力上升。液体压力在达到排出压力之前，设置在排出口上的排出阀组4不动作，排出口6没液体排出。当液体作用在调整柱塞7上的力大于压缩空气作用在调整柱塞7上的力后，调整柱塞7在密封函体8内向后产生运动，直到运动到调整柱塞的阀面25与密封函体8上的阀座24关闭为止。调整柱塞7向后运动这个过程中，柱塞往复泵的柱塞1向前运动减少的行程容积和调整柱塞7向后运动增加的行程容积相等，泵腔A容积没有变化，泵腔压力不高，排出阀组4不打开；柱塞1继续前行，调整柱塞7受密封函体8上的阀座24限制不能向后运动，剩余的容积继续压缩，使液体压力进一步升高，达到了工作压力后，排出阀组4开启，剩余这部分流量排到了泵体之外。此时各件的位置见附图2所示。当柱塞1再次作吸入动作时，调整柱塞7被压缩空气顶回到气活塞14凸台27限定的位置(如图1所示)；吸入阀组3打开使液体吸入泵腔A。进入下一个工作循环。

若为多缸往复泵，则当一个缸在作排出行程时，受到压缩的调整柱塞内气体将排出到另外的在作吸入行程的缸内和供气管路系统中，使空气压力基本不变。整个行程中压缩空气作用在调整柱塞7上的力基本不变。确保调整柱塞的阀面25在未接触到密封函体8的阀座24前泵腔A中压力不升高，排出阀组4不打开。

旋转调整手柄19，调整从密封函体阀座24到调整柱塞前端阀面25的距离，就改变了柱塞有效行程容积，从而改变柱塞的排出流量。旋动调整手柄19使调整柱塞7的阀面25与密封函体8的阀座24始终关死，标尺显示为100位置时调整量为0，该缸满流量输出，且泄漏量为零。当调整柱塞7的阀面25与密封函体8的阀座24之间距离调整为泵行程时，标尺显示为0位置时，调整量为100％，该缸流量输出为0。当调整为标尺显示为50位置时，调整量为50％，该缸流量输出为50％。即标尺显示数字就是流量输出百分数。

Claims (8)

1.一种气控变量往复泵，包括：

泵体；

柱塞，该柱塞滑配合在泵体的柱塞孔内；

吸入阀组和排出阀组，吸入阀组和排出阀组设在泵体内；

调整柱塞组件，其安装在泵体上，包括：

安装在所述泵体上的密封函体，密封函体的中心为一带阀座的通孔，通孔内装有一与所述的柱塞呈相对设置的并可往复滑动的调整柱塞，调整柱塞的头部置于泵体的泵腔内并具有与所述的阀座匹配的阀面；

其特征在于：所述的调整柱塞组件还包括：

能使所述的调整柱塞产生轴向动作的空气弹簧，该空气弹簧包括轴向成形在调整柱塞上的气活塞孔，一气活塞气密地安装到所述的气活塞孔内，并使该气活塞孔形成一大小可变的气室，外部压缩空气通过气活塞的通孔被引入气室内；

用于调节调整柱塞的阀面与密封函体上的阀座间距离的调节装置，该调节装置设置在所述的气活塞上。

2.如权利要求1所述的气控变量往复泵，其特征在于：所述的调节装置包括一螺接在气活塞尾部使气活塞作轴向位移的调整手柄以及用以限制气活塞径向转动的限位结构。

3.如权利要求1或2所述的气控变量往复泵，其特征在于：所述的气活塞上设置有能反映调整柱塞行程的标尺。

4.如权利要求2所述的气控变量往复泵，其特征在于：所述的气活塞的前部为带有环形槽和限位凸台的圆柱体，环形槽内安装与气活塞孔内壁气密封用的空气密封件，该气活塞的前部置于气室内，并用螺接在调整柱塞尾部的压紧套封堵；所述的气活塞的后部加工有外螺纹和用于防止气活塞径向转动的轴向槽以及可供压缩空气引入的轴向通孔。

5.如权利要求4所述的气控变量往复泵，其特征在于：所述的气活塞的尾部和螺接在其尾部的调整手柄通过一与密封函体相连接的支承套支承，且支承套上装有一限位螺钉，该限位螺钉的头部插入所述的用于防止气活塞径向转动的轴向槽内，由该限位螺钉和轴向槽构成所述的用以限制气活塞径向转动的限位结构。

6.如权利要求4或5所述的气控变量往复泵，其特征在于：所述的压紧套具有与气活塞上的限位凸台相碰的端面，且该端面与气活塞上的限位凸台之间装有橡胶减震垫。

7.如权利要求4所述的气控变量往复泵，其特征在于：所述的空气密封件采用U形密封圈或V形密封圈或活塞环。

8.如权利要求2所述的气控变量往复泵，其特征在于：在所述的调整手柄上加工有两条相互错开180度、深度为外径2/3的槽。

Images