CN102900833A

CN102900833A - 压力平衡装置、方法及地下施工设备

Info

Publication number: CN102900833A
Application number: CN2012103988502A
Authority: CN
Inventors: 朱长林; 黄志明; 乔国华; 刘发民
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd; Shanghai Zoomlion Piling Machinery Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd; Shanghai Zoomlion Piling Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: CN102900833B

Abstract

本发明提供了一种压力平衡装置、方法及地下施工设备。压力平衡装置包括压力输出口，压力平衡装置还包括：压力源；压力采集元件；压力设定单元，压力设定单元的输入口与压力源的输出口连接，压力设定单元的输出口与压力输出口连接，压力设定单元的控制口与压力采集元件的输出口连接。压力平衡装置采用压力采集元件内的油液控制压力设定单元的输出压力，从而间接地控制了注入传动装置的油液压力。这样，压力采集元件的容腔与传动装置的内部密封腔并未直接连通，因此，传动装置的油液的热胀冷缩、泄漏等均不需要借助压力采集元件的容腔吸收或补偿。

Description

压力平衡装置、方法及地下施工设备

技术领域

本发明涉及密封领域，更具体地，涉及一种压力平衡装置、方法及地下施工设备。

背景技术

某些地下施工设备的工作装置需要在泥浆中工作，其内的传动装置包括齿轮或轴承类零件，因此需保证传动装置内的清洁度，以保证润滑油的可靠密封。然而，一定深度的泥浆所产生的压力对传动装置的密封（例如旋转密封）的要求，超出了现有技术中的密封件的承载能力。为实现传动装置的可靠密封，在需要对传动装置内、外的压差进行平衡，以使压差控制在现有技术中的密封件的承载范围内。

现有技术中通常采用压力平衡装置对传动装置的内外压差进行平衡。例如，现有技术中的压力平衡装置通常可采用皮囊、活塞等压力传递元件，将泥浆产生的压力传递到传动装置内，从而实现平衡压差的目的。

图1示出了现有技术中的压力平衡装置的结构示意图。如图1所示，现有技术中的压力平衡装置包括压力采集元件30（例如皮囊、活塞等）和壳体80。传动装置70包括传动装置固定件72、密封件73、轴承或传动齿轮等运动件74以及旋转体75。密封件73的右侧（即外侧）受到来自泥浆的压力，密封件73的左侧（即内侧）形成内部密封腔71。内部密封腔71与压力采集元件30的输出口连接。

当工作装置需要在泥浆中工作时，工作装置与压力平衡装置同时进入泥浆中。在传动装置的密封件73的内外两侧分别是润滑油液的压力和泥浆的压力P。随着深度的增加，泥浆所产生的压力P也逐渐增大。泥浆所产生的压力P直接作用在密封件73的外侧，同时也作用在压力采集元件30的外侧，并通过压力采集元件30将泥浆的压力P传递给壳体80内的润滑油液。于是，壳体80内的润滑油液经管线及相应的通道，将压力P传递到密封件73的内侧。这样，密封件73内外两侧的压力接近平衡，密封件73将始终在接近平衡的内外压力下工作，从而改善了密封环境，保证了传动装置内的清洁度，保证了润滑油的可靠密封。

然而，由于压力平衡装置采用皮囊、活塞等压力采集元件将泥浆所产生的压力P传递到传动装置内，其压力采集元件30的容腔31与传动装置的内部密封腔71（如润滑油腔）直接连通。由于地下施工设备的传动装置的功率、体积、旋转密封尺寸较大，传动装置在高负荷工作时的发热量大，油液的体积膨胀较大，导致压力采集元件的容腔31也较大。另外，由于传动装置泄漏的问题，也需要定期向压力采集元件的容腔31内补充一定的润滑油，因而设备的维护要求较高。也就是说，现有技术中的传动装置内油液的体积会因热胀冷缩、泄漏等原因发生变化，此时需要借助于压力采集元件30的容腔31进行吸收或补偿。

发明内容

本发明旨在提供一种压力平衡装置、方法及地下施工设备，以解决现有技术中由于传动装置内油液的体积会因热胀冷缩、泄漏等原因发生变化，需要借助于压力采集元件进行吸收或补偿的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种压力平衡装置，包括压力输出口，压力平衡装置还包括：压力源；压力采集元件；压力设定单元，压力设定单元的输入口与压力源的输出口连接，压力设定单元的输出口与压力输出口连接，压力设定单元的控制口与压力采集元件的输出口连接。

进一步地，压力设定单元是压力设定阀，压力设定阀包括输入口、输出口和控制口，压力设定阀的输入口、输出口及控制口即分别为压力设定单元的输入口、输出口和控制口，压力设定阀的输出口的压力与压力设定阀的控制口的压力为等差关系。

进一步地，压力设定单元包括减压阀和溢流阀；减压阀的输入口作为压力设定单元的输入口与压力源的输出口连接，减压阀的输出口作为压力设定单元的输出口与压力输出口连接，减压阀的控制口作为压力设定单元的控制口与压力采集元件的输出口连接；溢流阀的输入口与压力输出口连接，溢流阀的输出口与油箱连接，溢流阀的控制口与减压阀的控制口连接。

进一步地，压力平衡装置还包括连接于压力源输出口与油箱之间的旁通保护阀。

进一步地，压力采集元件是皮囊或活塞。

进一步地，压力源是油泵。

根据本发明的第二个方面，提供了一种地下施工设备，包括传动装置和压力平衡装置，传动装置包括内部密封腔，该压力平衡装置是上述的压力平衡装置，内部密封腔与压力平衡装置的压力输出口连接。

进一步地，传动装置和压力平衡装置的压力采集元件位于泥浆中，压力平衡装置的压力源安装在地面上。

根据本发明的第三个方面，提供了一种压力平衡方法，包括：提供压力采集元件，用于采集密封容器的外部压力、并输出与外部压力对应的控制压力；提供压力源及与压力源连接的压力设定单元；压力设定单元用于接收压力采集元件输出的控制压力，并输出与外部压力相对应的平衡压力至密封容器内部的密封腔。

进一步地，压力设定单元还可用于将密封容器内部的密封腔内的液压油释放泄压。

压力平衡装置采用压力采集元件内的油液控制压力设定单元的输出压力，从而间接地控制了注入传动装置的油液压力。这样，压力采集元件的容腔与传动装置的内部密封腔并未直接连通，因此，传动装置的油液的热胀冷缩、泄漏等均不需要借助压力采集元件的容腔吸收或补偿。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的压力平衡装置与传动装置的结构示意图；

图2示意性示出了本发明第一实施例中的压力平衡装置与传动装置的结构示意图；

图3示意性示出了图2中的压力设定阀与油箱的连接关系图；以及

图4示意性示出了本发明第二实施例中的压力平衡装置与传动装置的结构示意图。

图中附图标记：10、压力输出口；20、压力源；30、压力采集元件；31、容腔；40、压力设定单元；41、压力设定阀；41a、输入口；41b、输出口；41c、控制口；41d、回油口；42、减压阀；43、溢流阀；50、油箱；60、旁通保护阀；70、传动装置；71、内部密封腔；72、传动装置固定件；73、密封件；74、运动件；75、旋转体；80、壳体；P、压力。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一方面，提供了一种压力平衡装置。如图2至4所示，压力平衡装置包括压力输出口10，压力平衡装置还包括：压力源20；压力采集元件30；压力设定单元40，压力设定单元40的输入口与压力源20的输出口连接，压力设定单元40的输出口与压力输出口10连接，压力设定单元40的控制口与压力采集元件30的输出口连接。优选地，压力采集元件30是皮囊或活塞，也可以是能将泥浆的压力P转化为电信号的压力检测元件（例如压力传感器等）。优选地，压力源20是油泵。优选地，压力平衡装置还包括用于对压力源20的输出进行保护的旁通保护阀60，从而防止压力源20输出的压力过高。优选地，旁通保护阀60是溢流阀。

优选地，压力设定单元40的输出压力与其控制口的控制压力可以为等差关系，其中，差值越小，其输出压力与泥浆的压力P越接近，理想情况下，能做到完全相等。

请参考图2和图4，压力采集元件30可采集泥浆的压力P，例如，在一个实施例中，可以直接根据其检测到的泥浆压力输出一个控制压力，该控制压力通过液压管路传递到压力设定单元40的控制口，从而控制压力设定单元40的输出压力，以将泥浆的压力P通过压力输出口10反映出来，供传动装置等待平衡的部件使用，从而使传动装置的密封件始终工作在接近平衡的压力下，保证了传动装置内的清洁度和润滑油的可靠密封。在另一个未图示的实施例中，可以采用压力检测元件输出的泥浆压力信号来控制压力设定单元40的输出压力。

在压力平衡装置的工作过程中，压力平衡装置采用压力采集元件30内的油液控制压力设定单元40的输出压力，从而间接地控制了注入传动装置的油液压力。压力采集元件30的容腔31与传动装置的内部密封腔71并未直接连通，因此，传动装置的油液的热胀冷缩、泄漏等均不需要借助压力采集元件30的容腔31吸收或补偿，因此容腔31可以较小。

另外，由于压力源20输出的压力油经过压力设定单元40而流入传动装置70的内部密封腔71中，从而对其进行实时补充，因此，可以将油箱50的容积设计得远大于传动装置的密封件处的泄漏量，以保证油液的充足供应，从而大大延长了维护周期。

在图2所示的实施例中，优选地，压力设定单元40是压力设定阀41，压力设定阀41包括输入口、输出口和控制口，压力设定阀41的输入口、输出口及控制口即分别为压力设定单元40的输入口、输出口和控制口，压力设定阀41的输出口的压力与压力设定阀41的控制口的压力为等差关系。

请参考图3，压力设定单元40包括输入口41a、输出口41b、控制口41c和回油口41d。特别地，压力设定单元40为外控阀，其同时具备减压和泄压的功能。这样，可将其回油口41d与油箱50连接，当传动装置内的油液受热膨胀时，可以通过回油口41d得到释放。进一步地，该释放的压力也可通过控制口41c的压力进行控制。

在图4所示的实施例中，优选地，压力设定单元40包括减压阀42和溢流阀43。其中，减压阀42的输入口作为该压力设定单元40的输入口与压力源20的输出口连接，减压阀42的输出口作为压力设定单元40的输出口与压力输出口10连接，减压阀42的控制口作为该压力设定单元40的控制口与压力采集元件30的输出口连接。溢流阀43的输入口与压力输出口10连接，溢流阀43的输出口与油箱50连接，溢流阀43的控制口与减压阀42的控制口连接。这样，可以通过减压阀42限定由压力源20流入传动装置70的内部密封腔71的压力，并同时通过溢流阀43对传动装置的泄油压力进行控制。当传动装置内的油液受热膨胀时，可以通过溢流阀43得到释放。进一步地，该释放的压力也可通过对溢流阀43的控制口的压力进行控制。

作为本发明的第二方面，提供了一种地下施工设备，包括传动装置70和压力平衡装置，传动装置70包括内部密封腔71，其中，该压力平衡装置是上述各实施例中的压力平衡装置，内部密封腔71与压力平衡装置的压力输出口10连接。优选地，传动装置70和压力平衡装置的压力采集元件30位于泥浆中。优选地，压力平衡装置的压力源20安装在地面上。

优选地，传动装置70包括传动装置固定件72、密封件73、运动件74（例如，轴承或传动齿轮等）以及旋转体75。密封件73的右侧受到来自泥浆的压力，密封件73的左侧形成内部密封腔71。

当地下施工设备的工作装置需要在泥浆中工作时，工作装置（特别是其上的传动装置70）与压力平衡装置同时进入泥浆中。在传动装置70的密封件73的内外两侧分别是润滑油液的压力和泥浆的压力P。随着深度的增加，泥浆所产生的压力P也逐渐增大。泥浆所产生的压力P直接作用在密封件73的外侧，同时也作用在压力采集元件30的外侧，并通过压力采集元件30将泥浆的压力P传递给壳体80内的润滑油液。于是，壳体80内的润滑油液经管线及相应的通道，将压力P传递到压力设定单元40的控制口，以控制由压力源20经过压力设定单元40的输出到密封件73的内侧的油压。这样，密封件73内外两侧的压力接近平衡，密封件73将始终在接近平衡的内外压力下工作，从而改善了密封环境，保证了传动装置内的清洁度，保证了润滑油的可靠密封。

作为本发明的第三方面，提供了一种压力平衡方法，包括：提供压力采集元件30，用于采集密封容器的外部压力、并输出与外部压力对应的控制压力；提供压力源20及与压力源20连接的压力设定单元40；压力设定单元40用于接收压力采集元件30输出的控制压力，并输出与外部压力相对应的平衡压力至密封容器内部的密封腔。

优选地，压力设定单元40还可用于将密封容器内部的密封腔内的液压油释放泄压。

请参考图2和图4，当地下施工设备的工作装置需要在泥浆中工作时，工作装置（特别是其上的传动装置70）与压力平衡装置同时进入泥浆中。在传动装置70的密封件73的内外两侧分别是润滑油液的压力和泥浆的压力P。随着深度的增加，泥浆所产生的压力P也逐渐增大。泥浆所产生的压力P直接作用在密封件73的外侧。

此时，可以直接利用泥浆的压力P产生一个控制压力，这样，便可利用该控制压力控制来自外部压力源20的压力，从而向传动装置的内部密封腔71输出平衡压力。这样，密封件73内外两侧的压力接近平衡，密封件73将始终在接近平衡的内外压力下工作，从而改善了密封环境，保证了传动装置内的清洁度，保证了润滑油的可靠密封。

工作过程中，本发明中的压力平衡方法采用压力采集元件内的油液间接地控制了注入传动装置的油液压力，不需要将压力采集元件30的容腔31与传动装置的内部密封腔71直接连通，因此，传动装置的油液的热胀冷缩、泄漏等均不需要借助压力采集元件30的容腔31吸收或补偿，因此容腔31可以较小。

优选地，请参考图2，压力平衡方法还包括：通过控制压力设定阀41以控制平衡压力的大小。

优选地，请参考图3述压力平衡方法还包括：通过控制压力控制减压阀42以控制输出的平衡压力的大小，同时，通过控制压力对溢流阀43的控制以便对平衡压力的大小进行限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种压力平衡装置，包括压力输出口（10），其特征在于，所述压力平衡装置还包括：

压力源（20）；

压力采集元件（30）；

压力设定单元（40），所述压力设定单元（40）的输入口与所述压力源（20）的输出口连接，所述压力设定单元（40）的输出口与所述压力输出口（10）连接，所述压力设定单元（40）的控制口与所述压力采集元件（30）的输出口连接。

2.根据权利要求1所述的压力平衡装置，其特征在于，所述压力设定单元（40）是压力设定阀（41），所述压力设定阀（41）包括输入口、输出口和控制口，所述压力设定阀（41）的输入口、输出口及控制口即分别为所述压力设定单元（40）的输入口、输出口和控制口，所述压力设定阀（41）的输出口的压力与所述压力设定阀（41）的控制口的压力为等差关系。

3.根据权利要求1所述的压力平衡装置，其特征在于，所述压力设定单元（40）包括减压阀（42）和溢流阀（43）；

所述减压阀（42）的输入口作为所述压力设定单元（40）的输入口与所述压力源（20）的输出口连接，所述减压阀（42）的输出口作为所述压力设定单元（40）的输出口与所述压力输出口（10）连接，所述减压阀（42）的控制口作为所述压力设定单元（40）的控制口与所述压力采集元件（30）的输出口连接；

所述溢流阀（43）的输入口与所述压力输出口（10）连接，所述溢流阀（43）的输出口与油箱（50）连接，所述溢流阀（43）的控制口与所述减压阀（42）的控制口连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，所述压力平衡装置还包括连接于所述压力源（20）输出口与油箱（50）之间的旁通保护阀（60）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，所述压力采集元件（30）是皮囊或活塞。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，所述压力源（20）是油泵。

7.一种地下施工设备，包括传动装置（70）和压力平衡装置，所述传动装置（70）包括内部密封腔（71），其特征在于，所述压力平衡装置是权利要求1至6中任一项所述的压力平衡装置，所述内部密封腔（71）与所述压力平衡装置的压力输出口（10）连接。

8.根据权利要求7所述的地下施工设备，其特征在于，所述传动装置（70）和所述压力平衡装置的压力采集元件（30）位于泥浆中，所述压力平衡装置的压力源（20）安装在地面上。

9.一种压力平衡方法，其特征在于，包括：

提供压力采集元件（30），用于采集密封容器的外部压力、并输出与所述外部压力对应的控制压力；

提供压力源（20）及与所述压力源（20）连接的压力设定单元（40）；所述压力设定单元（40）用于接收所述压力采集元件（30）输出的所述控制压力，并输出与所述外部压力相对应的平衡压力至所述密封容器内部的密封腔。

10.根据权利要求9所述的压力平衡方法方法，其特征在于，所述压力设定单元（40）还可用于将所述密封容器内部的密封腔内的液压油释放泄压。