CN102287352A - 直燃式柱塞液压泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直燃式柱塞液压泵，它包括燃烧器、高温换热器、蒸汽室、至少一个汽缸柱塞机构、蒸汽型制冷机和控制系统；高温换热器经管道与燃烧器连接，蒸汽室为密封容器，其内设有置于高温换热器上方的喷水头，汽缸柱塞机构安装在蒸汽室上方，它主要由汽缸和柱塞构成，汽缸的活塞和柱塞的活塞通过带复位机构的顶杆相连，汽缸的底端设有连通蒸汽室的进汽阀，其侧壁设有排汽阀，所述排汽阀经排汽管与制冷机相接，制冷机连接水箱。本发明与现有技术相比，省去了复杂的曲轴连杆飞轮等机构，燃料产生的大部分热能用于做功，能量损耗小。因此具有结构简单、节能高效的优点，将为全液压机械设备提供具有革命性改进的动力来源。
Description
技术领域：
本发明涉及液压动力领域，具体是一种使用燃料将热能直接转化为液压能的直燃式柱塞液压泵。
背景技术：
随着液压技术的成熟应用，出现了越来越多整机以液压能为驱动动力的机械设备，例如液压挖掘机、全液压压路机、液压凿岩钻机、全液压叉车等，它们共同的特点是：没有传统的机械传动机构，机械的所有动作都是由液压能驱动液压马达和液压油缸完成。液压泵则是提供液压能的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液压能，向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。柱塞式液压泵依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，如前所述的各种液压机械设备中。
柱塞泵现有技术以轴向柱塞泵、径向柱塞泵两大类为主，都是通过发动机或电动机驱动柱塞泵轴，再将轴的旋转运动转变为柱塞的往复运动，从而实现将原动机的机械能转换成液体的压力能。在这一个能量转换过程中我们发现，其经历了：热能通过柴油发动机转变为机械能，机械能再通过液压油泵转变为液压能这样一个过程，在当前机械效率转换水平有限的情况下，这两个转换步骤中都存在很高的能量损失。特别是柴油发动机在将热能转换成 机械能这一过程中，仅利用了小部分热能膨胀做功，大部分热能通过排气及散热器释放出去，能量损耗很大。在目前全球石油资源日益减少，能源价格不断上涨的形势下，各项经济建设活动中如何节能减排已成为一个全球关注的课题。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种直接使用燃料将热能转化为液压能的直燃式柱塞液压泵，以减少能量转换中间环节，降低能量损耗，从而实现节能降耗的目的。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明直燃式柱塞液压泵包括燃烧器1、高温换热器2、蒸汽室3、至少一个汽缸柱塞机构10、蒸汽型制冷机15和控制系统；所述高温换热器2通过管道与燃烧器1连接，并置于蒸汽室3之中；所述蒸汽室3为密封容器，其内设有置于高温换热器2上方的喷水头4，喷水头4通过水管连接供水阀5、水泵7和水箱8；所述汽缸柱塞机构10安装在蒸汽室3上方，它主要由汽缸20和柱塞21构成，汽缸20的活塞和柱塞21的活塞通过带复位机构的顶杆30相连，汽缸20的底端设有连通蒸汽室3的进汽阀2，其侧壁设有排汽阀23，柱塞21的顶端设有连接高压油管12的出油口以及连接油箱的进油口，其进油口和出油口上分别设有单向阀26；所述排汽阀23经排汽管14与蒸汽型制冷机15相接，蒸汽型制冷机15的冷凝水排水管连接水箱8。
所述顶杆30上的复位机构为弹簧11，弹簧11套在顶杆30上并置于汽缸20活塞的上方。
所述顶杆30上的复位机构为摇臂结构，该摇臂结构由摇臂座24、摇臂 25和连杆31构成，摇臂25的中部与摇臂座24活动连接，摇臂25的两端分别经连杆31与两个汽缸柱塞机构10的顶杆30连接，连杆31与摇臂25之间及连杆31与顶杆30之间均为铰接。
所述蒸汽型制冷机15设有连接液压油水冷器17或/和空调18的循环冷水管16。
本发明还可以在连接水箱8与喷水头4的水管上接有低温换热器6，低温换热器6与高温换热器2经管道相接。
在蒸汽室3上安装有至少一个与排汽管14相通的安全阀13。
所述控制系统包括微电脑处理器29、安装在顶杆30上的行程传感器27、安装在高温换热器2上的温度传感器19、安装在蒸汽室3内的压力传感器9、设在燃烧器1上的燃烧器控制器29、供水阀5、进汽阀22及排汽阀23，微电脑处理器28的信号输入端以并联方式连接行程传感器27、温度传感器19和压力传感器9，其信号输出端以并联方式连接燃烧器控制器29、供水阀5、进汽阀22及排汽阀23。
本发明不需要原动机提供动力，不是通过发动机将热能转换为机械能，再由液压泵将机械能转变为液压能。本发明与现有技术相比，省去了复杂的曲轴连杆飞轮等机构，燃料产生的大部分热能用于做功，能量损耗小。因此具有结构简单、节能高效的优点，将为全液压机械设备提供具有革命性改进的动力来源。
附图说明：
图1是本发明直燃式柱塞液压泵的主体结构示意图。
图2是本发明采用另一种结构的汽缸柱塞机构的结构示意图。
图3是本发明直燃式柱塞液压泵的控制系统原理图。
图中：
1-燃烧器，2-高温换热器，3-蒸汽室，4-喷水头，5-供水阀6-低温换热器，7-水泵，8-水箱，9-压力传感器，10-汽缸柱塞机构，11-弹簧，12-高压油管，13-安全阀，14-排汽管，15-蒸汽型制冷机，16-循环冷水管，17-液压油水冷器，18-空调，19-温度传感器，20-汽缸，21-柱塞，22-进汽阀，23-排汽阀，24-摇臂座，25-摇臂，26-单向阀，27-行程传感器，28-微电脑处理器，29-燃烧器控制器，30-顶杆，31-连杆。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，燃烧器1与高温换热器2经管道相接，燃烧器1燃烧产生的高温气体直接进入高温换热器2。高温换热器2处于密封容器的蒸汽室3之中，汽缸柱塞机构10安装在蒸汽室3的上方，蒸汽室3内设有置于高温换热器2上方的喷水头4，当水注入到高温换热器2上，水受高温汽化而产生蒸汽，随着蒸汽不断产生，整个蒸汽室处于高压状态。喷水头4通过水管连接供水阀5、低温换热器6、水泵7和水箱8，低温换热器6与高温换热器2经排气管道相接。汽缸柱塞机构10主要由汽缸20和柱塞21构成，汽缸20与柱塞21对应设置，汽缸20的活塞和柱塞21的活塞通过带复位机构的顶杆30相连，顶杆30上的复位机构为弹簧11，弹簧11套在顶杆30上并置于汽缸20活塞的上方，通过弹簧11可将汽缸推回初始状态，汽缸20的底端设有连通蒸汽室3的进汽阀2，其侧壁设有排汽阀23，柱塞21的顶端设有连接高压油管12的出油口以及连接油箱的进油口，其进油口和出油口上分别设有单向阀26。排汽阀23通过排汽管14与蒸汽型制冷机15相接，蒸汽型制冷机15的冷凝水排水管连接水箱8，也可以在蒸汽型制冷机15上增设循环冷水管16以连接 液压油水冷器17和/或空调18进行散热。
本发明使用的燃烧器1可根据需要选择各种燃烧器，燃料可采用柴油、汽油、天然气或其他等，甚至燃烧固体燃料的燃烧器也可用于本发明，只要将燃烧产生的高温气体导入高温换热器，都能工作。
本发明使用的高温换热器2的作用是将燃烧器产生的热能传递到水中，使水受热汽化。现有技术中如陶瓷高温换热器，已经可以达到一千多度的高温。
本发明使用的蒸汽型制冷机15为现有技术，其以溴化锂-水为工质，以排汽管14输入的饱和蒸汽为动力，吸收蒸汽中的热能并将蒸汽凝结为水，同时可对外提供冷水，通过循环冷水管16输出，可用于液压油冷却器17和驾驶室空调18等。当然，在一些特殊场合，本发明也可使用普通的蒸汽冷凝器替代蒸汽型制冷机，其只要将汽缸20排出的蒸汽凝结为水，导入水箱8即可，并不影响本发明的使用。
本发明使用的汽缸柱塞机构10也可以采用如图2所示的结构，其顶杆30上的复位机构为摇臂结构，该摇臂结构由摇臂座24、摇臂25和连杆31构成，摇臂25连接于两个汽缸之间，摇臂座24固定在机架上，摇臂25的中部与摇臂座24活动连接，摇臂25的两端分别经连杆31与两个顶杆30连接，连杆31与摇臂25之间以及连杆31与顶杆30之间均为铰接。一个汽缸活塞受高压蒸汽推动做功的同时，通过摇臂推动另一汽缸活塞复位。采用摇臂结构的汽缸必须成对布置。
图3为本发明的控制系统原理图：它包括微电脑处理器29、安装在顶杆30上的行程传感器27、安装在高温换热器2上的温度传感器19、安装在蒸汽室3内的压力传感器9、设在燃烧器1上的燃烧器控制器29以及供水阀5、 进汽阀22、排汽阀23，微电脑处理器28的信号输入端以并联方式连接行程传感器27、温度传感器19和压力传感器9，其信号输出端以并联方式连接燃烧器控制器29、供水阀5、进汽阀22及排汽阀23。
采用上述方案后，本发明由燃烧器1燃烧燃料产生热能，通过高温换热器2将水汽化为蒸汽，在蒸汽室3中产生高压，高压蒸汽直接推动汽缸20中的活塞移动，汽缸20的活塞与柱塞21的活塞通过顶杆相连，因此，柱塞21中的活塞同步移动，从而将柱塞21中的液压油从高压油管12中输出，从而产生液压能。蒸汽在完成推动汽缸20作功后通过顶杆30上的复位机构可进入蒸汽型制冷机15，释放出蒸汽所含的热能，被冷凝成水进入水箱8。蒸汽型制冷机15吸收了蒸汽的热能，输出冷水可用于液压油冷却或驾驶室空调用。燃烧气体经过高温换热器2释放热能后，再次进入低温换热器6，进一步回收热能，将准备进入蒸汽室3的水预热。由于对外排放的热量极少，使热能损失大幅降低。
工作时，燃烧器1点火，将热能吹入高温换热器2，微电脑传感器28通过温度传感器19采集高温换热器2的温度，在达到设定温度后，发出指令打开供水阀5，水泵7与供水阀5同时开启，水从喷水头4喷到高温换热器2上，受热产生水蒸汽，并在蒸汽室3中形成高压。
压力传感器9将蒸汽室3中压力状况传送给微电脑处理器28，在达到一定压力值后，发出指令打开进汽阀22，高压蒸汽进入汽缸20，推动汽缸20中的活塞移动，柱塞21中的活塞也作同步移动，从而将柱塞21中的液压油从高压油管12中输出，形成液压能。
行程传感器27将汽缸20的活塞位置传递给微电脑处理器28，在达到设定位置后，微电脑处理器28发生指令，进汽阀22关闭，同时排汽阀23打开， 汽缸通过顶杆30上的复位机构复位，使汽缸20中的蒸汽从排汽阀23排出。排汽阀23排出的蒸汽经排汽管14进入蒸汽型制冷机15，将蒸汽中所含热能交换给蒸汽型制冷机15，并被冷凝为水，进入水箱8，从而完成蒸汽-水循环。
为提高燃料热能利用效率，本发明还设有低温换热器6，用于吸收高温换热器2中排出的气体中的热量，将其用于预热准备进入蒸汽室的水。经过低温换热器6之后，排放的燃烧尾气温度更低，而进入蒸汽室3的水由于吸收了一定热能，更容易汽化为蒸汽。
本发明使用的汽缸柱塞机构10可以根据需要设计多个，以满足大流量液压能的需求。在根据不同负载需要调节流量时，只需要控制微电脑处理器28，开启不同数量的进汽阀22，即可得到各种流量的液压能，轻易实现变量泵功能。汽缸20中的活塞直径可大于柱塞21中活塞的直径，从而可以用较小压力的蒸汽得到较高压力的液压能。当然，在某些特殊场合需要，也可以反过来采用汽缸20中的活塞直径小于柱塞21中活塞直径，获得低压大流量的液压能。
在蒸汽室3上装有一个或多个安全阀13，在蒸汽室3中压力超过设定值时，会开启排放部分蒸汽，从而确保安全。经安全阀13排放出的蒸汽也进入排气管14。
在正常工作状态下，微电脑处理器28能根据外界负载的需求，通过控制开启进汽阀22的数量来调节参与工作的柱塞数量，从而提供不同流量大小的液压油。通过对供水阀5的控制，可以精确控制进入蒸汽室3的水量，从而精确控制蒸汽室3中的蒸汽压力，使蒸汽室3中保持稳定的压力；通过对燃烧器控制器29的控制，使燃烧器1火力增加或减小，让高温换热器2上的温度保持稳定，从而使整个机械以最佳状态工作。
Claims (7)
1.直燃式柱塞液压泵，其特征在于，它包括燃烧器(1)、高温换热器(2)、蒸汽室(3)、至少一个汽缸柱塞机构(10)、蒸汽型制冷机(15)和控制系统；所述高温换热器(2)通过管道与燃烧器(1)连接，并置于蒸汽室(3)之中；所述蒸汽室(3)为密封容器，其内设有置于高温换热器(2)上方的喷水头(4)，喷水头(4)通过水管连接供水阀(5)、水泵(7)和水箱(8)；所述汽缸柱塞机构(10)安装在蒸汽室(3)上方，它主要由汽缸(20)和柱塞(21)构成，汽缸(20)的活塞和柱塞(21)的活塞通过带复位机构的顶杆(30)相连，汽缸(20)的底端设有连通蒸汽室(3)的进汽阀(2)，其侧壁设有排汽阀(23)，柱塞(21)的顶端设有连接高压油管(12)的出油口以及连接油箱的进油口，其进油口和出油口上分别设有单向阀(26)；所述排汽阀(23)经排汽管(14)与蒸汽型制冷机(15)相接，蒸汽型制冷机(15)的冷凝水排水管连接水箱(8)。
2.根据权利要求1所述的直燃式柱塞液压泵，其特征在于，所述顶杆(30)上的复位机构为弹簧(11)，弹簧(11)套在顶杆(30)上并置于汽缸(20)活塞的上方。
3.根据权利要求1所述的直燃式柱塞液压泵，其特征在于，所述顶杆(30)上的复位机构为摇臂结构，该摇臂结构由摇臂座(24)、摇臂(25)和连杆(31)构成，摇臂(25)的中部与摇臂座(24)活动连接，摇臂(25)的两端分别经连杆(31)与两个汽缸柱塞机构(10)的顶杆(30)连接，连杆(31)与摇臂(25)之间及连杆(31)与顶杆(30)之间均为铰接。
4.根据权利要求1所述的直燃式柱塞液压泵，其特征在于，所述蒸汽型制冷机(15)设有连接液压油水冷器(17)或/和空调(18)的循环冷水管(16)。
5.根据权利要求1所述的直燃式柱塞液压泵，其特征在于，连接水箱(8)与喷水头(4)的水管上接有低温换热器(6)，低温换热器(6)与高温换热器(2)经管道相接。
6.根据权利要求1所述的直燃式柱塞液压泵，其特征在于，在蒸汽室(3)上安装有至少一个与排汽管(14)相通的安全阀(13)。
7.根据权利要求1所述的直燃式柱塞液压泵，其特征在于，所述控制系统包括微电脑处理器(29)、安装在顶杆(30)上的行程传感器(27)、安装在高温换热器(2)上的温度传感器(19)、安装在蒸汽室(3)内的压力传感器(9)、设在燃烧器(1)上的燃烧器控制器(29)、供水阀(5)、进汽阀(22)及排汽阀(23)，微电脑处理器(28)的信号输入端以并联方式连接行程传感器(27)、温度传感器(19)和压力传感器(9)，其信号输出端以并联方式连接燃烧器控制器(29)、供水阀(5)、进汽阀(22)及排汽阀(23)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130508 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |