CN104005928A - 一种柱塞泵的节能、增效方法 - Google Patents

一种柱塞泵的节能、增效方法 Download PDF

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Abstract

一种柱塞泵的节能、增效方法。柱塞泵采用直线活塞往复、直接电磁驱动方式运行，通过操控盒来进行操控。N极电磁线圈同名接线端、电磁线圈接地端和电磁线圈异名接线端分别通过驱动电力负极线、电力接地线和驱动电力负极线连接到操控盒内驱动电路的对应端。泵体内腔在吸口阀与排口阀之间的吸段、中段、排段空间形成圆柱活塞缸；吸端阀、永磁体N极端、永磁体S极端和排端阀通过连杆和连接架的联结结构构成圆柱活塞；活塞由驱动电路通过N极电磁线圈和S极电磁线圈驱动。柱塞泵驱动电路包括驱动信号产生、转换放大和开关执行三部分。

Description

一种柱塞泵的节能、增效方法
技术领域
本发明涉及一种柱塞泵的系统结构设计及驱动运行方法。
背景技术
许多泵，特别是柱塞泵以其泄漏小、适合压力高等诸多优势而成为广泛使用的产品。而柱塞泵均通过旋转电机带动旋转机械，再由旋转机械带动柱形活塞来运行的。它是首先将电能转换为旋转机械能，然后，再将旋转运动机械能转化为直线运动机械能。这两个过程除大量的能量损耗外，还有更大的机械损耗，造成了很低的能效和机械效率，加之复杂的结构造成的泄漏，综合工作效率大大降低。而其广泛领域的使用面，必将产生不可估量的诸如电能、机械能、结构、材料等方面的节能、增效问题。解决这些问题的有效方法之一，就是改变这种泵的结构和运行方式，使之在某一方面或某几方面的效率大大提高。
发明内容
为尽可能多地提高能效和机械效率，本发明提供一种柱塞泵的节能、增效方法。柱塞泵采用直线活塞往复、直接电磁驱动方式运行，通过操控盒来进行操控。N极电磁线圈同名接线端、电磁线圈接地端和电磁线圈异名接线端分别通过驱动电力负极线、电力接地线和驱动电力负极线连接到操控盒内驱动电路的对应端。泵体内腔在吸口阀与排口阀之间的吸段、中段、排段空间形成圆柱活塞缸；吸端阀、永磁体N极端、永磁体S极端和排端阀通过连杆和连接架的联结结构构成圆柱活塞；活塞由驱动电路通过N极电磁线圈和S极电磁线圈驱动。柱塞泵驱动电路包括驱动信号产生、转换放大和开关执行三部分。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
直线驱动柱塞泵通过操控盒来进行操控。N极电磁线圈同名接线端、电磁线圈接地端和电磁线圈异名接线端分别通过驱动电力负极线、电力接地线和驱动电力负极线连接到操控盒内驱动电路的对应端。
柱塞泵工作运行采用直线活塞往复、直接电磁驱动方式。泵体内腔在吸口阀与排口阀之间的吸段、中段、排段空间形成圆柱活塞缸；吸端阀、永磁体N极端、永磁体S极端和排端阀通过连杆和连接架的联结结构构成圆柱活塞；活塞由驱动电路通过N极电磁线圈和S极电磁线圈驱动。
柱塞泵驱动电路为以NE555型555定时器芯片、P沟道MOSFET器件和N沟道MOSFET器件为核心器件的方波交变驱动电路，包括驱动信号产生、转换放大和开关执行三部分。
工作电源变换电路为以SD4842型PWM控制器芯片为核心的开关电源。
本发明的有益效果是：设计的泵体结构大大简化，工作方式简单、直接，并且由此可使泄漏大大降低，效能/体积比大大提高；也由此而使生产成本大大降低，生产周期大大缩短；产品维护难度大大减小，产品有效寿命大大提高；在电能、机械能、结构、材料等方面产生可观的节能、增效效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例—直线驱动柱塞泵剖视图。
图2是柱塞泵驱动电路结构图。
图3是工作电源变换电路结构图。
图4是直线驱动柱塞泵配套示意图。
在图1～4中：1.吸口，2.吸口阀，3.吸端阀，4.连杆，5.永磁体N极端，6.N极电磁线圈，7.接线室，p为N极电磁线圈同名接线端，g为电磁线圈接地端，n为S极电磁线圈异名接线端。8.S极电磁线圈，9.永磁体S极端，10.连接架，11.排端阀，12.排口阀，13.排口，14.调速器，15.电源线，16.电源开关按键。
在图2、3中：R1为振荡器延时电阻，G1为振荡器延时调节电位器，R2为振荡器延时电阻，C1为振荡器延时电容，U1为555定时器芯片，C2为振荡器滤波电容，R3为振荡信号负载电阻，s为振荡信号接线端，G2为交跃调节电位器，LCP为正侧光耦器件，LCN为负侧光耦器件，TVS为隧道二极管，RP1为正侧负载电阻，RN1为负侧负载电阻，QP为P沟道MOSFET器件，E为正电源接线端，RP2为正侧耦合电阻，RN2为负侧耦合电阻，QN为N沟道MOSFET器件，-E为负电源接线端，L1为N极电磁线圈等效电感，L2为S极电磁线圈等效电感，D1为电感L1续流二极管，D2为电感L2续流二极管。
在图3中：K为总电源开关，Br为整流桥，C3为第一滤波电容，C2为振荡器滤波电容，C4为吸收电容，R4为吸收电阻，D3为吸收二极管，U2为PWM控制器芯片，C5为第二滤波电容，C5为第二滤波电容，C6为缓冲电容，R5为分压电阻，LCF为反馈光耦器件，Tr为输出变压器，R6为限流电阻，D6为整流二极管，D4为正输出整流二极管，C7为正输出第一滤波电容，L3为正输出滤波电感，C8为正输出第二滤波电容，D5为负输出整流二极管，C9为负输出第一滤波电容，L4为负输出滤波电感，C10为正输出第二滤波电容，R7为反馈限流电阻，R8为反馈分压第一电阻，C11为自激吸收电容，U3为基准电压源器件，R9为反馈分压第二电阻。
具体实施方式
在图1所示的本发明实施例—直线驱动柱塞泵剖视图中：
按从左至右顺序，将直线驱动柱塞泵泵体划分为吸端、吸段、中段、排段、排端。泵体内在腔吸口阀2与排口阀12之间的吸段、中段、排段空间形成圆柱活塞缸；吸端阀3、永磁体N极端5、永磁体S极端9和排端阀11通过连杆4和连接架10的联结结构构成圆柱活塞。活塞由驱动电路通过N极电磁线圈6和S极电磁线圈8驱动。
吸口1作为气、液吸入口和与吸管配合的安装端，处于泵体的吸端；吸口阀2作为单向助吸止排的静部件结构，紧密装配在吸口1的内侧，即吸段的左端；吸端阀3作为单向助吸止排的动部件结构和活塞吸端，通过连杆4与作为吸段驱动部件机电转换结构的永磁体N极端5连接。N极电磁线圈6作为吸段驱动部件的机电转换结构，套装在泵体的吸段。接线室7作为N极电磁线圈6和S极电磁线圈8与驱动电力线连接的空间，配置在泵体的中段。在接线室7内，N极电磁线圈同名接线端p作为与驱动电力正极线的接线端子，连接到N极电磁线圈6的同名端；电磁线圈接地端g作为与驱动电力接地线的接线端子，连接到N极电磁线圈6的异名端和S极电磁线圈8的同名端；S极电磁线圈异名接线端n作为与驱动电力负极线的接线端子，连接到S极电磁线圈8的异名端。S极电磁线圈8作为排段驱动部件的机电转换结构，套装在泵体的排段。永磁体S极端9作为排段驱动部件机电转换结构，通过连杆4和连接架10，与作为单向助排止吸动部件结构和活塞排端的排端阀11连接；排口阀12作为单向助排止吸的静部件结构，紧密装配在排口13的内侧，即排段的右端；排口13作为气、液排出口和与排管配合的安装端，处于泵体的排端。
在图2所示的柱塞泵驱动电路结构图中：
柱塞泵驱动电路为以NE555型555定时器芯片U1、P沟道MOSFET器件QP和N沟道MOSFET器件QN为核心器件的方波交变驱动电路，包括驱动信号产生、转换放大和开关执行三部分。
振荡器延时电阻R1的一端连接到正电源接线端E，振荡器延时电阻R1的另一端连接到调速器14的振荡器延时调节电位器G1之一静臂端；调速器14的振荡器延时调节电位器G1之另一静臂端连接到振荡器延时电阻R2的一端，调速器14的振荡器延时调节电位器G1之动臂端连接到555定时器芯片U1的7脚；振荡器延时电阻R2的另一端与振荡器延时电容C1的正极端连接，该连接点同时与555定时器芯片U1的2、6脚连接。555定时器芯片U1的4、8脚同时连接到正电源接线端E，555定时器芯片U1的1脚接地，555定时器芯片U1的5脚通过振荡器滤波电容C2接地，555定时器芯片U1的3脚通过振荡信号负载电阻R3连接到正电源接线端E，并作为振荡信号接线端s，与交跃调节电位器G2的动臂端连接。
正侧光耦器件LCP的1脚连接到正电源接线端E，正侧光耦器件LCP的2脚与交跃调节电位器G2的一静臂端连接，正侧光耦器件LCP的3脚接地，正侧光耦器件LCP的4脚通过正侧负载电阻RP1连接到正电源接线端E。负侧光耦器件LCN的1脚与交跃调节电位器G2的另一静臂端连接，负侧光耦器件LCN的2脚与隧道二极管TVS的正极连接，负侧光耦器件LCN的3脚通过负侧负载电阻RN1连接到负电源接线端-E，负侧光耦器件LCN的4脚接地。
P沟道MOSFET器件QP的源极连接到正电源接线端E，P沟道MOSFET器件QP的门极通过正侧耦合电阻RP2与正侧光耦器件LCP的4脚连接，P沟道MOSFET器件QP的漏极与电感L1续流二极管D1的正极连接。P沟道MOSFET器件QP漏极与电感L1续流二极管D1正极的连接点连接到N极电磁线圈同名接线端p；电感L1续流二极管D1的负极接地。N沟道MOSFET器件QN的漏极连接到负电源接线端-E，N沟道MOSFET器件QN的门极通过负侧耦合电阻RN2与负侧光耦器件LCN的4脚连接，N沟道MOSFET器件QN的源极与电感L2续流二极管D2的负极连接。N沟道MOSFET器件QN源极与电感L2续流二极管D2负极的连接点连接到S极电磁线圈异名接线端n；电感L2续流二极管D2的正极接地。N极电磁线圈6的N极电磁线圈等效电感L1之同名端连接到N极电磁线圈同名接线端p，其异名端连接到电磁线圈接地端g并接地；S极电磁线圈8的S极电磁线圈等效电感L2之异名端连接到S极电磁线圈异名接线端n，其同名端连接到电磁线圈接地端g并接地。
在图3所示的工作电源变换电路结构图中：
工作电源变换电路为以SD4842型PWM控制器芯片U2为核心的开关电源。
电源线15通过电源开关按键16的总电源开关K连接到整流桥Br的交流输入端；整流桥Br的正极输出端与第一滤波电容C3的正极连接，整流桥Br的负极输出端接壳。第一滤波电容C3的负极接壳；吸收电容C4与吸收电阻R4并联，该并联支路的一端与第一滤波电容C3的正极连接，另一端与吸收二极管D3的正极连接；吸收二极管D3的负极与PWM控制器芯片U2的6、7、8脚连接。PWM控制器芯片U2的1、2脚接壳；PWM控制器芯片U2的3脚与第二滤波电容C5的正极连接，第二滤波电容C5的负极接壳；PWM控制器芯片U2的4脚通过缓冲电容C6接壳；PWM控制器芯片U2的5脚悬空。分压电阻R5跨接在第一滤波电容C3的正极与PWM控制器芯片U2的3脚之间。
输出变压器Tr的原线圈同名端连接到第一滤波电容C3的正极，其异名端连接到PWM控制器芯片U2的6、7、8脚；输出变压器Tr的检测线圈同名端通过限流电阻R6与整流二极管D6的负极连接，整流二极管D6的正极连接到PWM控制器芯片U2的3脚；输出变压器Tr的检测线圈同名端接壳；输出变压器Tr的第一副线圈同名端和第二副线圈同名端均接地；输出变压器Tr的第一副线圈异名端和第二副线圈异名端分别与正输出整流二极管D4的负极和负输出整流二极管D5的正极连接。正输出整流二极管D4的正极同时与正输出第一滤波电容C7的正极及正输出滤波电感L3的一端连接；正输出第一滤波电容C7的负极接地；正输出滤波电感L3的另一端与正输出第二滤波电容C8的正极连接，该连接点连接到正电源接线端E。负输出整流二极管D5的负极同时与负输出第一滤波电容C9的负极及负输出滤波电感L4的一端连接；负输出滤波电感L4的另一端与负输出第二滤波电容C10的负极连接，该连接点连接到负电源接线端-E。
反馈限流电阻R7的一端连接到正电源接线端E，另一端与反馈光耦器件LCF的1脚连接。反馈分压第一电阻R8的一端连接到正电源接线端E，另一端与反馈分压第二电阻R9的一端连接；反馈分压第二电阻R9的另一端接地。基准电压源器件U3的正极与反馈光耦器件LCF的2脚连接，基准电压源器件U3的负极接地，基准电压源器件U3的控制极连接到与反馈分压第一电阻R8与反馈分压第二电阻R9的连接点。自激吸收电容C11跨接在基准电压源器件U3的正极与控制极之间。反馈光耦器件LCF的3脚接壳，反馈光耦器件LCF的4脚与PWM控制器芯片U2的4脚连接。
在图4所示的直线驱动柱塞泵配套示意图中：直线驱动柱塞泵通过操控盒来进行操控。N极电磁线圈同名接线端p、电磁线圈接地端g和电磁线圈异名接线端n分别通过驱动电力负极线、电力接地线和驱动电力负极线连接到操控盒内驱动电路的对应端。在操控盒的正面左部，装配调速器14；在操控盒的右端面，引出15电源线；在操控盒的正面右部，装配电源开关按键16。

Claims (6)

1.一种柱塞泵的节能、增效方法，其特征是： 
直线驱动柱塞泵通过操控盒来进行操控；N极电磁线圈同名接线端、电磁线圈接地端和电磁线圈异名接线端分别通过驱动电力负极线、电力接地线和驱动电力负极线连接到操控盒内驱动电路的对应端； 
柱塞泵工作运行采用直线活塞往复、直接电磁驱动方式；泵体内腔在吸口阀与排口阀之间的吸段、中段、排段空间形成圆柱活塞缸；吸端阀、永磁体N极端、永磁体S极端和排端阀通过连杆和连接架的联结结构构成圆柱活塞；活塞由驱动电路通过N极电磁线圈和S极电磁线圈驱动； 
柱塞泵驱动电路为以NE555型555定时器芯片、P沟道MOSFET器件和N沟道MOSFET器件为核心器件的方波交变驱动电路，包括驱动信号产生、转换放大和开关执行三部分； 
工作电源变换电路为以SD4842型PWM控制器芯片为核心的开关电源。 
2.根据权利要求1所述的柱塞泵的节能、增效方法，其特征是：驱动信号产生部分的振荡器延时电阻R1的一端连接到正电源接线端E，振荡器延时电阻R1的另一端连接到调速器的振荡器延时调节电位器G1之一静臂端；调速器的振荡器延时调节电位器G1之另一静臂端连接到振荡器延时电阻R2的一端，调速器的振荡器延时调节电位器G1之动臂端连接到555定时器芯片U1的7脚；振荡器延时电阻R2的另一端与振荡器延时电容C1的正极端连接，该连接点同时与555定时器芯片U1的2、6脚连接；555定时器芯片U1的4、8脚同时连接到正电源接线端E，555定时器芯片U1的1脚接地，555定时器芯片U1的5脚通过振荡器滤波电容C2接地，555定时器芯片U1的3脚通过振荡信号负载电阻R3连接到正电源接线端E，并作为振荡信号接线端s，与交跃调节电位器G2的动臂端连接。 
3.根据权利要求1所述的柱塞泵的节能、增效方法，其特征是：转换放大部分的正侧光耦器件LCP的1脚连接到正电源接线端E，正侧光耦器件LCP的2脚与交跃调节电位器G2的一静臂端连接，正侧光耦器件LCP的3脚接地，正侧光耦器件LCP的4脚通过正侧负载电阻RP1连接到正电源接线端E；负侧光耦器件LCN的1脚与交跃调节电位器G2的另一静臂端连接，负侧光耦器件LCN的2脚与隧道二极管TVS的正极连接，负侧光耦器件LCN的3脚通过负侧负载电阻RN1连接到负电源接线端-E，负侧光耦器件LCN的4脚接地。 
4.根据权利要求1所述的柱塞泵的节能、增效方法，其特征是：开关执行部分的P沟道MOSFET器件QP的源极连接到正电源接线端E，P沟道MOSFET器件QP的门极通过正侧耦合电阻RP2与正侧光耦器件LCP的4脚连接，P沟道MOSFET器件QP的漏极与电感L1续流二极管D1的正极连接；P沟道MOSFET器件QP漏极与电感L1续流二极管D1正极的连接点连接到N极电磁线圈同名接线端p；电感L1续流二极管D1的负极接地；N沟道MOSFET器件QN的漏极连接到负电源接线端-E，N沟道MOSFET器件QN的门极通过负侧耦合电阻RN2与负侧光耦器件LCN的4脚连接，N沟道MOSFET器件QN的源极与电感L2续流二极管D2的负极连接；N沟道MOSFET器件QN源极与电感L2续流二极管D2负极的连接点连接到S极电磁线圈异名接线端n；电感L2续流二极管D2的正极接地；N极电磁线圈6的N极电磁线圈等效电感L1之同名端连接到N极电磁线圈同名接线端p，其异名端连接到电磁线圈接地端g并接地；S极电磁线圈8的S极电磁线圈等效电感L2之异名端连接到S极电磁线圈异名接线端n，其同名端连接到电磁线圈接地端g并接地。 
5.根据权利要求1所述的柱塞泵的节能、增效方法，其特征是：电源线通过电源开关按键的总电源开关K连接到整流桥Br的交流输入端；整流桥Br的正极输出端与第一滤波电容C3的正极连接，整流桥Br的负极输出端接壳；第一滤波电容C3的负极接壳；吸收电容C4与吸收电阻R4并联，该并联支路的一端与第一滤波电容C3的正极连接，另一端与吸收二极管D3的正极连接；吸收二极管D3的负极与PWM控制器芯片U2的6、7、8脚连接；PWM控制器芯片U2的1、2脚接壳；PWM控制器芯片U2的3脚与第二滤波电容C5的正极连接，第二 滤波电容C5的负极接壳；PWM控制器芯片U2的4脚通过缓冲电容C6接壳；PWM控制器芯片U2的5脚悬空；分压电阻R5跨接在第一滤波电容C3的正极与PWM控制器芯片U2的3脚之间； 
输出变压器Tr的原线圈同名端连接到第一滤波电容C3的正极，其异名端连接到PWM控制器芯片U2的6、7、8脚；输出变压器Tr的检测线圈同名端通过限流电阻R6与整流二极管D6的负极连接，整流二极管D6的正极连接到PWM控制器芯片U2的3脚；输出变压器Tr的检测线圈同名端接壳；输出变压器Tr的第一副线圈同名端和第二副线圈同名端均接地；输出变压器Tr的第一副线圈异名端和第二副线圈异名端分别与正输出整流二极管D4的负极和负输出整流二极管D5的正极连接；正输出整流二极管D4的正极同时与正输出第一滤波电容C7的正极及正输出滤波电感L3的一端连接；正输出第一滤波电容C7的负极接地；正输出滤波电感L3的另一端与正输出第二滤波电容C8的正极连接，该连接点连接到正电源接线端E；负输出整流二极管D5的负极同时与负输出第一滤波电容C9的负极及负输出滤波电感L4的一端连接；负输出滤波电感L4的另一端与正输出第二滤波电容C10的负极连接，该连接点连接到负电源接线端-E； 
反馈限流电阻R7的一端连接到正电源接线端E，另一端与反馈光耦器件LCF的1脚连接；反馈分压第一电阻R8的一端连接到正电源接线端E，另一端与反馈分压第二电阻R9的一端连接；反馈分压第二电阻R9的另一端接地；基准电压源器件U3的正极与反馈光耦器件LCF的2脚连接，基准电压源器件U3的负极接地，基准电压源器件U3的控制极连接到与反馈分压第一电阻R8与反馈分压第二电阻R9的连接点；自激吸收电容C11跨接在基准电压源器件U3的正极与控制极之间；反馈光耦器件LCF的3脚接壳，反馈光耦器件LCF的4脚与PWM控制器芯片U2的4脚连接。 
6.根据权利要求1所述的柱塞泵的节能、增效方法，其特征是：直线驱动柱塞泵通过操控盒来进行操控；N极电磁线圈同名接线端p、电磁线圈接地端g和电磁线圈异名接线端n分别通过驱动电力负极线、电力接地线和驱动电力负极线连接到操控盒内驱动电路的对应端；在操控盒的正面左部，装配调速器；在操控盒的右端面，引出电源线；在操控盒的正面右部，装配电源开关按键。 
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