CN102155391B - 阀式深井轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

阀式深井轴向柱塞泵，包括泵体、封闭泵体上端开口的顶盖和封闭泵体下端开口的底盖，泵体内设有泵轴、偏心块和带球顶的柱塞，偏心块与泵轴固接，柱塞的球顶抵紧偏心块，柱塞上套接有弹簧，泵轴与外部动力源连接；泵体上开设有介质入口和介质出口，介质入口处设有入口阀，介质出口处设有出口阀；泵体呈柱状体，泵体中心设有允许泵轴贯穿的轴孔，轴孔外围均匀分布有一圈容纳柱塞的容置孔，容置孔与介质入口连通；容置孔通过出口阀与介质出口连通，泵体内设有压紧出口阀和进口阀的阀套压座；柱塞固接一与容置孔适配的活塞，活塞做往复运动以完成介质的吸入与排出。本发明具有磨损小，使用寿命长，密封效果好，不易泄漏的优点。

Description

阀式深井轴向柱塞泵

技术领域

本发明涉及一种阀式深井轴向柱塞泵。

技术背景

轴向柱塞泵具有结构紧凑，工艺性好，体积小，重量轻，排出压力高等优点，广泛应用于船舶、航空、矿山、冶金、压铸等行业的各类机械中。其中阀式柱塞泵比其他柱塞泵对介质的清洁度要求更低，因此特别适用于高压且介质清洁程度不高的场合，如煤层气井或油井开采设备。

目前在高压液压系统中使用的油泵常采用一种阀式深井轴向柱塞泵，这种柱塞泵的泵体由上下两泵体靠螺栓紧固连接而成。在下泵体上加工有出油道和四级阶梯形的柱塞套孔。在柱塞套孔上部的一、二级阶梯孔中，安装有柱塞套，柱塞套中装有球顶且带凸缘的柱塞。柱塞套孔中部第三级孔中装有配油阀体，下部第四级的螺纹孔中拧有内六角空心螺塞。在柱塞套与配油阀体之间、配油阀体与螺塞之间以及配油阀体与下泵体之间有密封件，在配油阀体上加工有上大下小的台阶形进油孔和上小下大的三级阶梯形出油孔，进油孔的上级大孔中放置有进油阀钢球，出油孔的中级孔中放置有出油阀钢球和弹簧，出油孔的下级螺纹孔中设置有封口钢球和丝堵。上泵体为空心筒状，其中通过向心轴承和推力轴承支撑的带斜推肩的转轴，当转轴旋转时，斜推肩上的推力轴承可迫使柱塞向下运动或弹簧上顶柱塞的凸缘使柱塞上升，于是液压油便可从油箱经油孔流入柱塞套，进一步被柱塞作用经出油孔及出油道送到工作油缸中。

这种阀配流柱塞油泵存在以下缺点：1.柱塞往复运动过程中，柱塞头部与推力轴承之间是滑动磨擦，易磨损；2.柱塞与柱塞套之间在润滑不良，或输送含有杂质的介质的情况下，如原油，水等，易造成磨损，泄露等现象。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种磨损小，使用寿命长，密封效果好，不易泄漏的适用于煤层气井及油井开采的阀式轴向柱塞泵。

阀式深井轴向柱塞泵，包括泵体、封闭泵体上端开口的顶盖和封闭泵体下端开口的底盖，所述的泵体内设有泵轴、偏心块和带球顶的柱塞，所述的偏心块与所述的泵轴固接，所述的柱塞的球顶抵紧所述的偏心块，所述的柱塞上套接有弹簧，所述的泵轴与外部动力源连接；

所述的泵体上开设有介质入口和介质出口，所述的介质入口处设有入口阀，所述的介质出口处设有出口阀；

其特征在于：所述的泵体呈柱状体，所述的泵体中心设有允许所述的泵轴贯穿的轴孔，轴孔外围均匀分布有一圈容纳柱塞的容置孔，所述的容置孔与介质入口连通；所述的容置孔通过出口阀与介质出口连通，所述的泵体内设有压紧所述的出口阀和进口阀的阀套压座；

所述的柱塞固接一与容置孔适配的活塞，活塞做往复运动以完成介质的吸入与排出。

进一步，所述的球顶与偏心块之间设有第一推力轴承。

进一步，所述的容置孔中部具有向内延伸的凸环，所述的柱塞底部具有外凸的台阶，所述的弹簧一端抵紧所述的凸环、另一端抵紧所述的台阶，所述的台阶外设有柱塞环；

所述的活塞位于凸环之上，所述的活塞与容置孔之间设有活塞填料，所述的出口阀与所述的活塞填料之间设有填料压环。

进一步，所述的球顶为圆球，所述的球顶置于球座内，所述的球座与所述的柱塞固接。

进一步，所述的泵体上、以轴孔为中心均匀分布有多个平衡腔室，所述的平衡腔室与所述的容置孔处于同一个圆周上、且等角度间隔设置，所述的平衡腔室由上下对称的一对盲孔组成，上盲孔通过所述的进口阀与所述的介质入口连通，所述的上盲孔与所述的容置孔连通。

进一步，所述的进口阀与阀套压座之间设有调整块，所述的进口阀和调整块均置于所述的上盲孔内；所述的阀套压座与所述的泵轴之间设有压座填料，所述的压座填料上方设有将压座填料向出口阀和调整块压紧的固定座。

进一步，所述的泵体的上端缘向上延伸、形成与顶盖适配的上筒体，所述的泵轴通过联轴件与外部动力源输出轴连接，所述的联轴件穿设与所述的顶盖，所述的联轴件与上筒体之间设有第一轴承；

所述的泵体的下端缘向下延伸、形成容纳偏心块且与底盖适配的下筒体，所述的下筒体与所述的底盖通过螺纹连接，所述的下筒体与所述的泵轴之间设有一对第二轴承，所述的泵轴与所述的底盖之间设有第二推力轴承。

进一步，所述的底盖与油箱固接。

本发明的技术构思是：将泵体做出一个完整的柱体，仅上、下两端开口，中部呈转轮弹膛式，泵轴穿设于中心的轴孔中，柱塞均匀分布于泵轴外围。柱塞上固接与容置孔适配的活塞、使容置孔和活塞形成一个活塞缸，通过活塞的往复运动改变容置孔内的压力从而实现介质的抽吸。具体来说：外部动力源带动联轴器转动，联轴器带动泵轴转动，泵轴带动偏心块转动，从而使推力轴承迫使柱塞在柱塞缸内从最低处往上运动到最高处，随着偏心块进一步转动，柱塞在弹簧的作用下，从最高处往下运动到最低处，完成活塞的往复运动；活塞往下运动，出口阀球关闭，同时进口阀球开启，介质从介质入口流入进口阀，然后从进口阀经流道流入容置孔内；活塞往上运动，进口阀球关闭，同时出口阀球开启，介质被压入出口阀输出。

在泵体上设置平衡腔室，上盲孔内放置进口阀和调整块，下盲孔空置而起到稳压作用。上盲孔与容置孔连通，从而将介质输入容置孔内。

为简化加工工艺，保证加工精度，本发明将传统结构中的斜盘与轴一体结构分离，而采用偏心块与泵轴组合配套。

为减小柱塞与推力轴承之间的磨损，提高柱塞与柱塞套之间的密封可靠性，本发明将柱塞、球顶、球座、柱塞环、弹簧和活塞形成一个柱塞组合结构。工作过程中，传统的柱塞结构与推力轴承或斜盘之间的摩擦为滑动摩擦，而本发明推力轴承与柱塞之间的摩擦转变为推力轴承与球顶之间的滚动摩擦，且球顶采用摩擦系数更小的陶瓷材料，大大减小了磨损；传统的柱塞与柱塞套都为金属材料，两者之间的密封靠间隙密封或者柱塞上的O形橡胶密封圈，如果在润滑不良或输送介质含有杂质的情况下，易造成磨损，泄露等现象，本发明采用活塞与活塞填料之间的滑动和密封代替传统的间隙密封形式或者柱塞上的O形橡胶密封圈与柱塞套之间的滑动和密封，活塞采用氧化锆材料，活塞填料采用填充石墨材料，材料摩擦系数小，使两者之间磨损更小，密封效果更好，且材料具有自润滑性能，介质适应性也更好，更适合输送含杂质或润滑性能差的介质。

传统柱塞泵驱动力均采用正向输入，即动力端直接与电机相连。本发明采用液力端置于动力端之上的结构形式，即传动轴穿过液力端再与电机相连，实现了一种反向动力输入的新型结构。

本发明具有磨损小，使用寿命长，密封效果好，不易泄漏的优点。

附图说明

图1是现有的阀式深井轴向柱塞泵的示意图。

图2是本发明的剖视图。

图3是柱塞组合结构的示意图。

图4是泵体的示意图。

具体实施方式

参照附图2、3，进一步说明本发明：

阀式深井轴向柱塞泵，包括泵体1、封闭泵体1上端开口的顶盖2和封闭泵体1下端开口的底盖3，所述的泵体1内设有泵轴4、偏心块5和带球顶的柱塞6，所述的偏心块5与所述的泵轴4固接，所述的柱塞6的球顶61抵紧所述的偏心块5，所述的柱塞6上套接有弹簧62，所述的泵轴4与外部动力源连接，；

所述的泵体1上开设有介质入口a和介质出口，所述的介质入口a处设有入口阀8，所述的介质出口处设有出口阀9；

所述的泵体1呈柱状体，所述的泵体1中心设有允许所述的泵轴4贯穿的轴孔11，轴孔11外围均匀分布有一圈容纳柱塞6的容置孔12，所述的容置孔12与介质入口a连通；所述的容置孔12通过出口阀9与介质出口连通，所述的泵体1内设有压紧所述的出口阀9和进口阀8的阀套压座10；

所述的柱塞6固接一与容置孔适配的活塞63，活塞63做往复运动以完成介质的吸入与排出。

所述的球顶61与偏心块5之间设有第一推力轴承51。

所述的容置孔12中部具有向内延伸的凸环121，所述的柱塞6底部具有外凸的台阶，所述的弹簧62一端抵紧所述的凸环121、另一端抵紧所述的台阶，所述的台阶64外设有柱塞环；65

所述的活塞63位于凸环121之上，所述的活塞63与容置孔12之间设有活塞填料66，所述的出口阀9与所述的活塞填料66之间设有填料压环67。

所述的球顶61为圆球，所述的球顶61置于球座68内，所述的球座68与所述的柱塞6固接。

所述的泵体1上、以轴孔11为中心均匀分布有多个平衡腔室，所述的平衡腔室与所述的容置孔12处于同一个圆周上、且等角度间隔设置，所述的平衡腔室由上下对称的一对盲孔组成，上盲孔131通过所述的进口阀8与所述的介质入口a连通，所述的上盲孔131与所述的容置孔12连通。

所述的进口阀8与阀套压座10之间设有调整块81，所述的进口阀8和调整块81均置于所述的上盲孔131内；所述的阀套压座10与所述的泵轴4之间设有压座填料101，所述的压座填料101上方设有将压座填料101向出口阀9和调整块81压紧的固定座。

所述的泵体1的上端缘向上延伸、形成与顶盖适配的上筒体14，所述的泵轴4通过联轴件15与外部动力源输出轴连接，所述的联轴件15穿设与所述的顶盖2，所述的联轴件15与上筒体14之间设有第一轴承；

所述的泵体1的下端缘向下延伸、形成容纳偏心块5且与底盖3适配的下筒体15，所述的下筒体15与所述的底盖3通过螺纹连接，所述的下筒体15与所述的泵轴4之间设有一对第二轴承，所述的泵轴4与所述的底盖3之间设有第二推力轴承7。

所述的底盖3与油箱31固接。

本发明的技术构思是：将泵体做出一个完整的柱体，仅上、下两端开口，中部呈转轮弹膛式，泵轴穿设于中心的轴孔中，柱塞均匀分布于泵轴外围。柱塞上固接与容置孔适配的活塞、使容置孔和活塞形成一个活塞缸，通过活塞的往复运动改变容置孔内的压力从而实现介质的抽吸。具体来说：外部动力源带动联轴器转动，联轴器带动泵轴转动，泵轴带动偏心块转动，从而使推力轴承迫使柱塞在柱塞缸内从最低处往上运动到最高处，随着偏心块进一步转动，柱塞在弹簧的作用下，从最高处往下运动到最低处，完成活塞的往复运动；活塞往下运动，出口阀球关闭，同时进口阀球开启，介质从介质入口流入进口阀，然后从进口阀经流道流入容置孔内；活塞往上运动，进口阀球关闭，同时出口阀球开启，介质被压入出口阀输出。

在泵体上设置平衡腔室，上盲孔内放置进口阀和调整块，下盲孔空置而起到稳压作用。上盲孔与容置孔连通，从而将介质输入容置孔内。

为简化加工工艺，保证加工精度，本发明将传统结构中的斜盘与轴一体结构分离，而采用偏心块与泵轴组合配套。

为减小柱塞与推力轴承之间的磨损，提高柱塞与柱塞套之间的密封可靠性，本发明将柱塞、球顶、球座、柱塞环、弹簧和活塞形成一个柱塞组合结构。工作过程中，传统的柱塞结构与推力轴承或斜盘之间的摩擦为滑动摩擦，而本发明推力轴承与柱塞之间的摩擦转变为推力轴承与球顶之间的滚动摩擦，且球顶采用摩擦系数更小的陶瓷材料，大大减小了磨损；传统的柱塞与柱塞套都为金属材料，两者之间的密封靠间隙密封或者柱塞上的O形橡胶密封圈，如果在润滑不良或输送介质含有杂质的情况下，易造成磨损，泄露等现象，本发明采用活塞与活塞填料之间的滑动和密封代替传统的间隙密封形式或者柱塞上的O形橡胶密封圈与柱塞套之间的滑动和密封，活塞采用氧化锆材料，活塞填料采用填充石墨材料，材料摩擦系数小，使两者之间磨损更小，密封效果更好，且材料具有自润滑性能，介质适应性也更好，更适合输送含杂质或润滑性能差的介质。

传统柱塞泵驱动力均采用正向输入，即动力端直接与电机相连。本发明采用液力端置于动力端之上的结构形式，即传动轴穿过液力端再与电机相连，实现了一种反向动力输入的新型结构。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.阀式深井轴向柱塞泵，包括泵体、封闭泵体上端开口的顶盖和封闭泵体下端开口的底盖，所述的泵体内设有泵轴、偏心块和带球顶的柱塞，所述的偏心块与所述的泵轴固接，所述的柱塞的球顶抵紧所述的偏心块，所述的柱塞上套接有弹簧，所述的泵轴与外部动力源连接； 

所述的泵体上开设有介质入口和介质出口，所述的介质入口处设有入口阀，所述的介质出口处设有出口阀； 

其特征在于：所述的泵体呈柱状体，所述的泵体中心设有允许所述的泵轴贯穿的轴孔，轴孔外围均匀分布有一圈容纳柱塞的容置孔，所述的容置孔与介质入口连通；所述的容置孔通过出口阀与介质出口连通，所述的泵体内设有压紧所述的出口阀和进口阀的阀套压座； 

所述的柱塞固接一与容置孔适配的活塞，活塞做往复运动以完成介质的吸入与排出。 

2.如权利要求1所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的球顶与偏心块之间设有第一推力轴承。 

3.如权利要求2所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的容置孔中部具有向内延伸的凸环，所述的柱塞底部具有外凸的台阶，所述的弹簧一端抵紧所述的凸环、另一端抵紧所述的台阶，所述的台阶外设有柱塞环； 

所述的活塞位于凸环之上，所述的活塞与容置孔之间设有活 塞填料，所述的出口阀与所述的活塞填料之间设有填料压环。 

4.如权利要求3所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的球顶为圆球，所述的球顶置于球座内，所述的球座与所述的柱塞固接。 

5.如权利要求1-4之一所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的泵体上、以轴孔为中心均匀分布有多个平衡腔室，所述的平衡腔室与所述的容置孔处于同一个圆周上、且等角度间隔设置，所述的平衡腔室由上下对称的一对盲孔组成，上盲孔通过所述的进口阀与所述的介质入口连通，所述的上盲孔与所述的容置孔连通。 

6.如权利要求5所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的进口阀与阀套压座之间设有调整块，所述的进口阀和调整块均置于所述的上盲孔内；所述的阀套压座与所述的泵轴之间设有压座填料，所述的压座填料上方设有将压座填料向出口阀和调整块压紧的固定座。 

7.如权利要求6所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的泵体的上端缘向上延伸、形成与顶盖适配的上筒体，所述的泵轴通过联轴件与外部动力源输出轴连接，所述的联轴件穿设于所述的顶盖，所述的联轴件与上筒体之间设有第一轴承； 

所述的泵体的下端缘向下延伸、形成容纳偏心块且与底盖适配的下筒体，所述的下筒体与所述的底盖通过螺纹连接，所述的下筒体与所述的泵轴之间设有一对第二轴承，所述的泵轴与所述 的底盖之间设有第二推力轴承。 

8.如权利要求7所述的阀式深井轴向柱塞泵，其特征在于：所述的底盖与油箱固接。 

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