CN103267012A - 一种改变柱塞容积的流量调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改变柱塞容积的流量调节装置，该流量调节装置安装在柱塞往复泵液力端的泵体(2)上、位于柱塞往复泵的柱塞(1)相对一侧、且与柱塞往复泵的柱塞(1)处于同一中心线的同轴孔内，该流量调节装置包括：调整套(12)，调节杆(13)，同轴设置在柱塞往复泵的柱塞端部的副柱塞(4)；其特征在于：所述柱塞往复泵的柱塞(1)端部内具有柱塞孔，所述副柱塞的一端设置在所述柱塞孔内；所述副柱塞的另一端滑动密封配合安装在一阀芯(7)内，该阀芯(7)的阀面能与调节杆阀面配合、实现调节杆阀面的开启或闭合，同时副柱塞(4)能在柱塞(1)的带动下往复运动、并能出入调节杆(13)内部的贯孔(131)。本发明的流量调节装置能适用于高压力大流量的柱塞往复泵。

Description

一种改变柱塞容积的流量调节装置

技术领域

本发明涉及一种改变柱塞容积的流量调节装置，将该装置安装在柱塞往复泵的液力端泵体上就可实现其调节排出流量。

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。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，本案申请人研发了两种多输出口流量可调的柱塞往复泵，具体可参阅公开号为CN101994688A的一种柱塞往复泵，公开号为CN102155373A的一种气控变量往复泵和公开号为CN102410194A一种柱塞往复泵的流量调节装置。

这几种柱塞往复泵和流量调节装置虽然独立排出口的流量均可调节，但前两种存在冲击震动大、噪声大的不足，第三种的震动和噪声有所减小，但只适用于16MPa以下压力的泵中应用，不能满足大于16MPa压力及大流量柱塞往复泵中应用。

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提供一种改变柱塞容积的流量调节装置，能适用于高压力大流量的柱塞往复泵。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种改变柱塞容积的流量调节装置，该流量调节装置安装在柱塞往复泵液力端的泵体上、位于柱塞往复泵的柱塞相对一侧、且与柱塞往复泵的柱塞处于同一中心线的同轴孔内，该流量调节装置包括：

安装在所述同轴孔内的调整套，调整套内部设置通孔，该通孔端部内径小于中部内径；

调节杆，轴向移动设置在所述调整套内部通孔内、且能使调整套中部内形成一环形容腔，该调节杆内部设有贯孔，该调节杆面向柱塞往复泵的柱塞的一端开有带孔与贯孔连通的调节杆阀面，该调节杆侧壁设置有连通贯孔与所述环形容腔的穿孔，该环形容腔与所述柱塞往复泵的进口连通；

同轴设置在柱塞往复泵的柱塞端部的副柱塞；

其特征在于：所述柱塞往复泵的柱塞端部内具有柱塞孔，所述副柱塞的一端设置在所述柱塞孔内；所述副柱塞的另一端滑动密封配合安装在一阀芯内，该阀芯的阀面能与调节杆阀面配合、实现调节杆阀面的开启或闭合，同时副柱塞能在柱塞的带动下往复运动、并能出入调节杆内部的贯孔。

柱塞孔的设置还能利于柱塞降温散热。

所述阀芯和所述柱塞孔之间安装有弹簧。

所述调整套通孔后部设置内螺纹，所述调节杆前端部为外圆柱，后端部设置外螺纹，所述调节杆轴向装设在所述调整套的通孔内、且后端部外螺纹与调整套通孔后部的内螺纹配合。

所述调节杆前端部的外圆柱端开设所述调节杆阀面，调节杆阀面为锥形阀面或平板阀面或球形阀面，相应的，所述阀芯上的阀面配套采用锥形阀面或平板阀面和球形阀面，所述调节杆后端部还安装有调节手柄。

所述调节手柄为一端带刀口套一端为圆柱孔的手柄，其外径上滚有花纹，其安装在调节杆的后端部，用紧定螺钉连接，调节手柄上还加工有径向螺孔，螺钉通过调整套上的槽安装在螺孔上，上紧该螺钉可限制调节杆的转动，防止运转中松动，流量变化。

所述调整套的外径上有轴向刻度，调节手柄上制有与调整套同轴的指示刀口套，当旋转调节手柄使调节杆在调整套内螺旋运动时，该调节手柄的指示刀口指向调整套的刻度值显示调节杆在调整套中的位置。

所述副柱塞一端刻有外螺纹，安装在柱塞端部柱塞孔底部的螺孔中，副柱塞另一端安装有锁紧螺母用于阀芯的限位。

所述调整套采用螺栓通过压板安装在泵体上，所述环形空间两端装有密封件，且压板为一内为台阶孔外为方形，方形四角开有通孔，其台阶孔与调整套外径配合。

阀芯内部设置有导向密封件，弹簧外设置有弹簧导向套，导向密封件通过弹簧导向套压紧在阀芯中。

所述副柱塞头部锁紧螺母处有一轴台安装一小活塞，阀芯孔直接滑动配合在副柱塞上，阀面端开有容小活塞的台阶孔，小活塞与调节杆上贯孔配合密封。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本装置交变腔与吸入口的开闭通过阀芯与调节杆之间的开闭实现，副柱塞与阀芯之间密封设置，消除了副柱塞外径与阀芯内孔进入调节杆贯孔时密封件受到的水流冲剌而失效；通过阀的开闭从而提高了密封件寿命，特别适用于高压（大于16MPa）大流量工况。

2.、调整流量的流道平滑，输送对粘度敏感的介质粘度损失小。特别适合油田注聚合物的工艺要求。

3、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；

4、本装置组成零件少，易损件少，可靠性高，运行成本降低。

5、流量调整方便、直观，可不停机调整；

6、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。也可作多缸一汇输出。

附图说明

图1为本发明实施例一中柱塞处于后死点位置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中柱塞前行、副柱塞上的阀芯与调节杆上的阀面关闭时的结构示意图；

图3为本发明实施例一中柱塞处于前死点位置的结构示意图

图4为本发明实施例二中柱塞处于后死点位置的结构示意图；

图5为本发明实施例二中柱塞前行、副柱塞上的阀芯与调节杆上的阀面关闭时的结构示意图。

图6为本发明实施例二中柱塞处于前死点位置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

具体如图1、图2、图3所示，柱塞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8，其中：

泵体2上设有进口21和出口22、以及用于设置柱塞1的柱塞孔、和分别用于设置吸入阀组3和排出阀组8的阀腔，而泵体的泵腔A则由柱塞、吸入阀组、排出阀组和本发明提供的流量调节装置共同围合而成。

柱塞1滑配合在泵体2的柱塞孔内，受驱动可在柱塞孔孔内作往复的直线运动。

本发明提供的流量调节装置就安装在泵体2上，位于柱塞1相对的一侧，且与柱塞1处在同一中心线的同轴孔中，它主要包括有调整套12、压板11、调节杆13、副柱塞4、弹簧5、阀芯7、弹簧导向套6、导向密封件9、连通管15、以及调节手柄17；其中：

调整套12用螺栓通过压板11安装在泵体2上，且位于泵体2上与柱塞孔同轴、位于柱塞孔相对一侧的同轴孔内，调整套12外径为一台阶圆柱，其内部设置通孔，该通孔端部内径小于中部内径，后端设置内螺纹。

调节杆13的一端为外圆柱，另一端设置外螺纹，轴向移动设置在所述调整套12内部通孔内、且能使调整套中部内形成一环形容腔18；调节杆13的外圆柱端开有与外径同轴的锥形阀面和贯孔131，贯孔131内有径向穿孔与调整套的环形容腔18相通；调节杆13在外螺纹端还有一同轴外圆柱用于安装调节手柄17。环形容腔18两端装有密封件10和14。

在本实施例中导向密封件8为V形密封圈，导向用的是铜导向套，也可采用U形密封圈、编织填料密封、司特圈和异形密封、间隙密封等。用弹簧导向套6上螺纹压紧在阀芯7中。

调节手柄17为一端带刀口套形一端为圆柱孔的手柄，其外径上开有四个轴向槽并滚有花纹，便于用手转动，调节手柄17安装在调节杆13螺纹外部的圆柱上，用紧定螺钉连接，调节手柄上还加工有径向螺孔，螺钉通过调整套上的槽安装在螺孔上。转动手柄可使调节杆在调整套内轴向移动。

柱塞往复泵的柱塞1端部内具有柱塞孔。副柱塞4为两端外螺纹的柱塞杆，其两外螺纹与副柱塞外径同轴。副柱塞4一端外螺纹同轴地安装在柱塞1端部柱塞孔底部的螺孔中，副柱塞4另一端滑动配合安装在阀芯7上。在阀芯和柱塞之间安装有弹簧5，副柱塞4另一端的外螺纹上安装有锁紧螺母用于阀芯7的限位。

副柱塞4在泵带动下往复运动。滑动在其上的阀芯7与调节杆13端部的阀面配合，实现泵腔与吸入口的开闭。

压板11为一内为台阶孔外为方形，方形四角开有通孔，其台阶孔与调整套外径配合，用螺栓将调整套12压紧在泵体2上。

在调整套12的外径上有轴向刻度，调节手柄17上制有与调整套同轴的指示刀口套，当旋转调节手柄17使调节杆在调整套内螺旋运动时，该调整套的刀口指向调整套的刻度值显示调节杆在调整套中的位置。也就是流量调节的百分比。

在所述的调节手柄17内螺纹端距端面20MM外径上还加工有径向螺孔，螺钉16通过调整套上的槽安装在螺孔上，上紧该螺钉可限制调节杆的转动，防止运转中松动，流量变化。

本发明提供的流量调节装置配合往复泵工作的原理如下：柱塞1向后作吸入运动时，副柱塞4上的阀芯7与调节杆13上的阀面处于关闭状态，泵腔A容积增大，压力降低，使吸入阀组3打开，排出阀组8关闭。介质从吸入口通过吸入阀组3进入泵腔A内。弹簧5推动阀芯7与调节杆13上的阀面保持关闭状态。当副柱塞4继续向后运动带动阀芯7脱离调节杆13上的阀面孔后，泵腔A就通过调节杆13上的穿孔、调整套12与调节杆13之间形成的环形空间18、管路15与吸入口相通。介质直接由此通道进入泵腔。此时弹簧5推动阀芯7处于付柱塞的最前端。参见附图1所示，柱塞1运动到后死点后换向作排出运动，泵腔A内的介质又通过该通道回到吸入口。当柱塞运动到使副柱塞4上的阀芯7与调节杆13上的阀面处于关闭状态，泵腔A和吸入口之间的通道关闭，主付柱塞继续向前运动，泵腔A压力增高，剩余介质打开排出阀组8排出。柱塞继续向前运动，弹簧5推动阀芯7与调节杆13上的阀面保持关闭状态。到后死点位置后泵排液结束；换向作吸入运动。又开始一轮工作循环。

泵在一个冲程中的排量就是柱塞1和副柱塞4之间的环形面积x泵腔A和吸入口之间的通道关闭点到柱塞前死点之间的行程；轴向移动调节杆13的位置可改变这个行程，也就改变了泵排量。

当轴向移动调节杆13位置到最前面，使副柱塞4上的阀芯7与调节杆13上的阀面始终打开时，泵腔A和吸入口之间的通道常通，泵流量为0。

当轴向移动调节杆13位置到最后面，使副柱塞4上的阀芯7与调节杆13上的阀面始终关闭时，泵腔A和吸入口之间的通道常闭，泵流量为最大。即额定流量。

旋转调整手柄17，调节调节杆13在调整套12中的位置，就改变了柱塞有效行程，从而改变柱塞的排出流量。标尺显示为100位置时调整量为0，该缸满流量输出。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。

实施例二

具体如图4、图5和图6所示，与实施例一不同的是:

阀芯7与副柱塞4的密封改为小活塞19与调节杆13的内孔密封，其余不变。即：所述阀芯7内孔直接与副柱塞4外径滑配合，取消导向密封件8，弹簧导向套6螺纹设置在阀芯7一端，在阀芯7阀面端增加一同轴台阶孔。所述付柱塞4安装锁紧螺母端增加一轴台、用于安装小活塞19。所述小活塞9用锁紧螺母固定在副柱塞4端部。所述调节杆13的贯孔须精加工，与小活塞19外径配合密封。

其工作原理如下：柱塞1向后作吸入运动时，副柱塞4上小活塞9在调节杆13的内孔中，泵腔A与进口处于关闭状态。泵腔A容积增大，压力降低，使吸入阀组3打开，排出阀组8关闭。介质从吸入口通过吸入阀组3进入泵腔A内。当副柱塞4继续向后运动带动小活塞19脱离调节杆13内孔进入阀芯9前端的台阶孔后，阀芯离开阀面，泵腔A就与吸入口相通。介质直接由此通道进入泵腔。参见附图3所示，柱塞1运动到后死点后换向作排出运动，泵腔A内的介质又通过该通道回到吸入口。当柱塞运动到使副柱塞4上的阀芯7与调节杆13上的阀面处于关闭状态，副柱塞4上的小活塞19外径和阀芯7内孔也处于密封状态。泵腔A和吸入口之间的通道关闭，主付柱塞继续向前运动，小活塞19进入调节杆13的孔中仍处于动密封状态，使泵腔A和吸入口之间的通道继续关闭。泵腔A压力增高，剩余介质打开排出阀组8排出。柱塞继续向前运动，到后死点位置后泵排液结束；换向作吸入运动。又开始一轮工作循环。

通过以上两个实施例可见，本发明的核心是在往复泵的柱塞端部增加一同轴副柱塞，付柱塞中间滑动配合安装阀芯。在柱塞对面同轴孔内设置调整套和调节杆，调节杆节杆的面对柱塞面开有与外径同轴的锥形阀面和内孔与吸入口相通。副柱塞在泵带动下往复运动。滑动在其上的阀芯与调节杆端部的阀面开闭，实现泵腔与吸入口的开闭，通过轴向移动调节杆的位置，就改变了在泵行程中的泵腔与吸入口的开闭点，调整了泵的有效行程，从而实现了泵流量的调整。因此，不管调节杆轴向移动的机构是什么方式，阀芯的导向密封件是什么形式，只要是有阀面与吸入口相通可轴向移动的调节杆，使其阀孔与副柱塞上滑动配合的阀芯开闭方式使交变腔A与进口通断来调节流量都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改变柱塞容积的流量调节装置，该流量调节装置安装在柱塞往复泵液力端的泵体(2)上、位于柱塞往复泵的柱塞(1)相对一侧、且与柱塞往复泵的柱塞(1)处于同一中心线的同轴孔内，该流量调节装置包括：

安装在所述同轴孔内的调整套(12)，调整套(12)内部设置通孔，该通孔端部内径小于中部内径；

调节杆(13)，轴向移动设置在所述调整套(12)内部通孔内、且能使调整套(12)中部内形成一环形容腔，该调节杆(13)内部设有贯孔(131)，该调节杆(13)面向柱塞往复泵的柱塞(1)的一端开有带孔与贯孔(131)连通的调节杆阀面，该调节杆(13)侧壁设置有连通贯孔(131)与所述环形容腔的穿孔，该环形容腔与所述柱塞往复泵的进口连通；

同轴设置在柱塞往复泵的柱塞端部的副柱塞(4)；

其特征在于：所述柱塞往复泵的柱塞(1)端部内具有柱塞孔，所述副柱塞的一端设置在所述柱塞孔内；所述副柱塞的另一端滑动密封配合安装在一阀芯(7)内，该阀芯(7)的阀面能与调节杆阀面配合、实现调节杆阀面的开启或闭合，同时副柱塞(4)能在柱塞(1)的带动下往复运动、并能出入调节杆(13)内部的贯孔(131)。

2.根据权利要求1所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述阀芯(7)和所述柱塞孔之间安装有弹簧(5)。

3.根据权利要求1所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述调整套(12)通孔后部设置内螺纹，所述调节杆(13)前端部为外圆柱，后端部设置外螺纹，所述调节杆(13)轴向装设在所述调整套(12)的通孔内、且后端部外螺纹与调整套(12)通孔后部的内螺纹配合。

4.根据权利要求3所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述调节杆(13)前端部的外圆柱端开设所述调节杆阀面，调节杆阀面为锥形阀面或平板阀面或球形阀面，相应的，所述阀芯上的阀面配套采用锥形阀面或平板阀面和球形阀面，所述调节杆(13)后端部还安装有调节手柄(17)。

5.根据权利要求4所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述调节手柄(17)为一端带刀口套一端为圆柱孔的手柄，其外径上滚有花纹，其安装在调节杆的后端部，用紧定螺钉连接，调节手柄上还加工有径向螺孔，螺钉通过调整套上的槽安装在螺孔上。

6.根据权利要求4所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述调整套(12)的外径上有轴向刻度，调节手柄(17)上制有与调整套(12)同轴的指示刀口套，当旋转调节手柄(17)使调节杆(13)在调整套(12)内螺旋运动时，该调节手柄(17)的指示刀口指向调整套(12)的刻度值显示调节杆(13)在调整套(12)中的位置。

7.根据权利要求1所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述副柱塞(5)一端刻有外螺纹，安装在柱塞(1)端部柱塞孔底部的螺孔中，副柱塞(5)另一端安装有锁紧螺母用于阀芯(7)的限位。

8.根据权利要求1所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述调整套采用螺栓通过压板安装在泵体上，所述环形空间两端装有密封件，且压板为一内为台阶孔外为方形，方形四角开有通孔，其台阶孔与调整套外径配合。

9.根据权利要求2所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述阀芯内部设置有导向密封件(8)，弹簧外设置有弹簧导向套(6)，导向密封件通过弹簧导向套压紧在阀芯(7)中。

10.根据权利要求1所述的改变柱塞容积的流量调节装置，其特征在于：所述副柱塞头部锁紧螺母处有一轴台安装一小活塞(19)，阀芯孔直接滑动配合在副柱塞上，阀面端开有容小活塞的台阶孔，小活塞与调节杆上贯孔配合密封。

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