CN1043805C

CN1043805C - 套筒活塞式泵

Info

Publication number: CN1043805C
Application number: CN92107319A
Authority: CN
Inventors: 陈忠元
Original assignee: QIAN RENQIAN
Current assignee: QIAN RENQIAN
Priority date: 1992-03-14
Filing date: 1992-03-14
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2007-03-14
Also published as: CN1067295A

Abstract

本发明公开了一种套筒活塞式泵，包括带有吸入阀的泵体，特点是：泵体内装有相套的固定套筒和套筒活塞；固定套筒、套筒活塞前端装有排出阀；套筒活塞或固定套筒在一个驱动机构作用下与泵体间产生相对往复运动；位于泵体后端的固定套筒上的排出阀与泵体外相通。驱动机构采用曲柄连杆式或电磁式或转子机构。结构简单、体积小，对于气体，用一个气缸可实现二级或多级压缩，实现大压力比；对于液体，用一个活塞可使液体稳定连续输出。

Description

套筒活塞式泵

本发明涉及液体变容式机械、液体泵或流体泵技术，是一种一个缸内有多个配合工作的活塞的机械或泵，例如多级的；或者说是一种具有与通常的特征无关的往复活塞式其他变容式泵；或者说，以一种具有与通常的特征无关的工作构件驱动装置的泵；也可说是一种用于特殊用途的与通常特征无关的泵。

活塞式泵作为容积式流体机械在液体和气体中都被广泛应用。至今所有的活塞式气体泵(压缩机和真空泵)中，压缩级数与气缸数是相对应的，如果想只用一个气缸来实现二级压缩的话，必须采用差动式结构才行。而至今所有的活塞式液体泵中，如果想只用一只活塞，要使液体在活塞的往复运动中能得到稳定、连续的输出．也必须采用差动式或复动式结构才行。而传统的差动式结构，由于在气缸两端都装有吸入、排出阀，致使整体结构复杂，体积也较大，而且由于第二级工作室径向尺寸极小，吸入、排出阀难以很好安排，因此，实际应用的活塞式泵，一个气缸通常只进行一级压缩，而无法实现两级以上的压缩，所以对于此类气体泵来说高压输出无法实现，对于此类液体泵来说，稳定、连续的输出也无法实现。

本发明的目的是提供一种结构简单、体积小，对于气体，只用一个气缸即可实现二级、或多级压缩，对于液体，只用一个活塞即可使液体得到稳定、连续输出的套筒活塞式泵。

本发明的技术解决方案是：一种套筒活塞式泵，包括带有吸入阀的泵体，其与现有技术的不同之处是：泵体内装有相套的、可产生相对运动的固定套筒和套筒活塞；固定套筒和套筒活塞前端装有排出阀；套筒活塞或固定套筒在一个驱动机构作用下与泵体间产生相对往复运动；位于泵体后端的固定套筒上的排出阀与泵体外相通。

本发明中的排出阀为排气阀可排液阀，相应地，吸入阀也为吸气阀或吸液阀。

本发明中的驱动机构带动泵体运动，或带动套筒活塞运动。

本发明中的驱动机构采用曲柄连杆式机构，或采用装在泵体内的电磁式机构、转子式机构。

本发明中装在泵体内的电磁式机构，其在泵体内壁中装有两组电磁线圈，在套筒活塞侧壁上设有永久磁体。

本发明中的套筒括塞二端与泵体内底部间带有缓冲结构。

本发明中装在泵体内的转子式机构，其在泵体内壁中装有定子部件，在套筒活塞侧壁上设有转子部件，套筒活塞后端的泵体内壁上设有封闭状上下回转导向槽，套筒活塞后端侧装有可沿上述导向槽运动的导向轮。

本发明中的导向槽由一对导向套构成。

本发明中的固定套筒、套筒活塞均可为多个。

本发明中的带电磁式或转子式驱动机构的泵体底部与套筒活塞后端间的空腔，和泵体吸入阀相通。

本发明的优点是：结构简单，体积小、适用范围广，在活塞式泵的所有领域都能得到应用。对于活塞式气体压缩机或真空泵来说，在相同气缸数的情况下，压缩级数能2倍以上地增加，即在一个气缸情况下，能实现二级或更多级压缩，而在二个气缸情况下，则能实现四级或更多级压缩，所以能以小体积而实现大压力比；对于活塞式液体泵来说，则与一般差动和复动式结构相比，结构更简单，用一只活塞同样实现了液体的稳定、连续输出。另外，由于本发明可采用装在泵体内的电磁式和转子式驱动机构，因此无传动轴，可有效地避免普通活塞泵所易产生的泄漏现象，尤其是当将套筒活塞后部和泵体内壁间的空腔与泵的吸入管相连接的话，则能成为无泄漏泵。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的一种套筒活塞式二级气体泵原理示意图。

图2为图1所示套筒活塞式二级气体泵的PV图。

图3为本发明的一种套筒活塞式二级气体泵的理论循环功图。

图4为本发明的一种套筒活塞式三级气体泵的结构示意图。

图5为图4所示套筒活塞式三级气体泵的PV图。

图6为本发明的一种套筒活塞式液体泵的原理示意图。

图7为本发明的一种曲柄连杆驱动式套筒活塞式气体泵的结构示意图。

图8为本发明的一种电磁驱动式套筒活塞式气体泵的结构示意图。

图9为本发明的一种转子驱动式套筒活塞式气体泵的结构示意图。

图10为图9中组成传递动力的导向槽的导向套结构示意图。

图1、图2描述了本发明的一种套筒活塞式二级气体泵的工作原理。当套筒活塞2在外动力的作用下在气缸1内作往复运动时，气室b、c内的压力随着容积的变化情况如图2中的线bⅠ、bⅡ、bⅢ、bⅣ和cⅠ、cⅡ、cⅢ、cⅣ所示。首先，就气室b的气体状态来说，设套筒活塞2起始位于右死点8的话，气室b的PV值在图2中的b1点处。这时由于吸气阀4的阻力的作用，气室b内的压力比大气压略低一些。当套筒活塞2往左运动，气室b的容积减小，压力上升(线bⅠ)，当套筒活塞2到达点b2时，气室b内的压力达到气室c内的压力与套筒活塞2前端的排气阀5的阻力之和，于是气室b的气体开始向c室排出。套筒活塞2继续向左运动，在左死点7(图2中点b3)到达之前，气室b与气室c的压力同时上升，但始终保持压差ΔP2(线bⅡ)。在左死点7(点b3)到达后，排气阀5关闭，套筒活塞2开始向右移动。从点b3开始到点b4为止，由于气室b的余隙容积 V_bo中残留的压缩空气减压膨胀的作用，吸气阀4尚无法打开(线bⅢ)，直到点b4，气室b的压力降到大气压以下，大气压与气室b的压差与吸气阀4的阻力相等时，气室b才开始吸气。吸气过程中气室b内压力始终低于大气压(线bⅣ)。

其次，就气室c内的气体状态来说，当套筒活塞2处于超始位置时(图1中所示位置)，气室c通过排气阀6进行的排气刚结束，PV值在点c1处，其压力为额定输出压与固定套筒3上的排气阀6的阻力(ΔP3)之和。套筒活塞2左行，气体c的容积扩大，压力下降(线cⅠ)，但在到达点c2之前，由于余隙容积Vc。中残留压缩空气的作用，气室c内的压力大于气室b内的压力与排气阀5的阻力之和，所以排气阀6仍关闭着，直到套筒活塞2到达点c2,Pb-Pc=△P2时，阀5打开，气室c开始吸气。套筒活塞2继续左行，气室c容积扩大，但压力却上升(线cⅡ)，至到达点c3时，阀5关闭，套筒活塞2开始右行(线cⅢ)。

上述的套筒活塞式二级压缩机在套筒活塞的往复运动中，气室b、c内的压力随容积的变化情况如下列公式所示：

P_bⅣ=P_a-ΔP₁

P_cⅣ=P₃+ΔP₃

其理论循环功如图3及下列公式所示：

L = \frac{n}{n - 1} P_{1} (V_{1} + \frac{nπ r^{2}}{1 - \frac{r^{2}}{R^{2}}}) [{(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{\frac{n - 1}{1}} - 1] - \frac{Hπ r^{2}}{1 - \frac{r^{2}}{R^{2}}} (P_{2} - P_{1}) + \frac{n}{n - 1} P_{2} V_{2} [(\frac{P_{3}}{P_{2}})^{\frac{n - 1}{n}} - 1]

上述公式中Pa、Pb、Pc分别为大气压、气室b压力和气室c压力；P1、P2、P3分别为输入压、第一级输出压、第二级输出压；△P1、△P2、△P3为各阀的阻力；H、h分别为工作室的全长和套筒活塞的行程；Xb_o、Xc_o分别为气室b和气室c全长与行程之差；Vb_o、 Vc_o分别为气室b和气室c的余隙容积，r、R分别为套筒活塞的内外半径，n为多变压缩指数。

套筒活塞式气体泵在一只气缸内不仅能进行二级压缩，理论上来说，能进行任意级的压缩。图4即描述了一种套筒活塞式三级气体泵。结构上与前述二级气体泵略有差异。其中包括二个固定套筒42、43，气缸41与套筒活塞44固定连接，套筒活塞44嵌套在固定套筒42、43之间，气缸41前端带有吸气阀46，固定套筒43前端带有气阀47，套筒活塞44前端带有气阀48，固定套筒42前端则有气阀49，一个曲柄连杆驱动机构45(当然，也可采用其它驱动机构)带动气缸41及套筒活塞44往复运动，而固定套筒42、43即相应产生与气缸间的往复运动，其工作过程与前述套筒活塞式二级气体泵相同，仅是级数增加了而已。图4的套筒活塞式三级气体泵的PV图如图5所示。

套筒活塞式液体泵的工作原理如图6所示。当套筒活塞63在泵体61内往下运动，则腔室A的容积缩小，腔室A内的液体受压而依次通过设在套筒活塞63上的阀65、固定套筒62而排出泵外。套筒活塞63往上运动，则腔室B的容积缩小，在腔室B内的液体被排出泵外的同时，腔室A的容积变大，压力下降，于是泵外的液体经泵体61上的阀64被吸入泵内的腔室A中，如此循环，使泵对液体产生稳定、连续的输出。为使上述套筒活塞式液体泵在套筒活塞的往复运动中完成对液体的稳定、连续输出，套筒活塞的内外径关系应如下式所示：

R = \sqrt{2} r

图7描述了一种典型的由曲柄连杆式机构驱动的套筒活塞式二级气泵。在气缸71的一端装有泵盖72，泵盖72上带有进气阀77。气缸71的另一端则装有固定套筒74，固定套筒74的前端带有排气阀79，另一端与泵外相通。在气缸71内装有套筒活塞73，其前端带有气阀78，套筒活塞73另一端套在固定套筒74上，套筒活塞73前端固定装有一个穿出泵盖72的活塞杆75，活塞杆75与一个通常采用的曲柄连杆驱动机构76相连。其工作过程如前所述，在此不再叙述。

图8描述了一种典型的由电磁式机构驱动的套筒活塞式二级气泵。在气缸81的侧壁上装有二组电磁线圈84，在电磁线圈84外包裹有磁极85，固定套筒83也固定在气缸81的一端，套筒活塞82装在气缸81内并套在固定套筒83上，在套筒活塞82侧壁上设有永久磁体86。固定套筒83、套筒活塞82、气缸81前端分别设有气阀89、88、87，固定套筒83后部与泵外相通。当上下两组电磁线圈84通入交变电流后，产生如图中所示的磁场。在该磁场的作用下，套筒活塞82从上运动到图中所示的位置，当电磁线圈84内的电流改变方向后，磁场也随之改变，于是套筒活塞82在新磁场的作用下向上运动。如此往复，即可实现对气体的压缩或抽取。为减缓套筒活塞82在往复运动时对气缸两端的冲击，可采取众所周知的弹簧或间隙节流缓冲结构，但这里所采用的是密闭缓冲室结构。在套筒活塞82二端与气缸内壁间由于密闭效果形成了缓冲室A和B，为加强缓冲效果，在套筒活塞82的后端部和气缸81的内前端还加有密封缓冲橡胶圈80。当套筒活塞82往复运动接近气缸81内二端时，经密闭缓冲室A、B及密封缓冲橡胶圈80的作用，即可减轻套筒活塞82对气缸二端的冲击。从而有助于延长气泵的使用寿命。气缸81内的腔室A若与泵的吸入管相连接的话，则可使该气泵成为无泄漏的气泵。

图9描述了一种典型的由转子式机构驱动的套筒式二级气泵。在气缸91的侧壁上装有定子部件95，固定套筒93也固定在气缸91的一端，套筒活塞92装在气缸91内并套在固定套筒93上，在套筒活塞92的侧壁上装有转子部件96。在气缸91、套筒活塞92、固定套筒93前端分别设有气阀97、98、99。固定套筒93后部与泵外相通。在这里，实际上是由兼作转子的套筒活塞92与兼作定子的气缸91内壁组成了一种电动机结构。在套筒活塞92后端装有导向轮100，导向轮100可沿由装在气缸91后部的导向套90组成的一封闭的传动动力的导向槽94回转运动，由于导向槽94是呈上下回转的，因此，当套筒活塞92旋转时，导向轮100则沿着导向槽94上下回转，于是带动套筒活塞在旋转的同时作轴向往复运动。图10则描述了导向套及由其所构成的导向槽，其中101为导向套。气缸91内部的腔室A，若与泵吸入管相连接的话，则也可使该气泵成为无泄漏的气泵。

Claims

1、一种套筒活塞式泵，包括带有吸入阀的泵体，其特征在于：泵体内装有相套的、可产生相对运动的固定套筒和套筒活塞；固定套筒、套筒活塞前端装有排出阀；套筒活塞或固定套筒在一个驱动机构作用下与泵体间产生相对往复运动；位于泵体后端的固定套筒上的排出阀与泵体外相通。

2、根据权利要求1所述的套筒活塞式泵，其特征在于：驱动机构带动泵体运动，或带动套筒活塞运动，驱动机构采用曲柄连杆机构，套筒活塞前端固定装有穿出泵盖的活塞杆，活塞杆与曲柄连杆机构；或采用装在泵体内的电磁式机构、转子式机构；采用电磁式机构时，在气缸侧壁装有电磁线圈，电磁线圈外包裹磁极，在套筒活塞侧壁上设有永久磁体，通入交流电产生磁场，使其之间相对运动；采用转子机构时，在气缸侧壁上的定子与固定在套筒活塞侧壁上的转子组成的电动机结构的作用下使其产生相对运动。

3、根据权利要求2所述的套筒活塞式泵，其特征在于：装在泵体内的电磁式机构，其在泵体内壁中装有两组电磁线圈，在套筒活塞侧壁上设有永久磁体。

4、根据权利要求3所述的套筒活塞式泵，其特征在于：套筒活塞二端与泵体内底部间具有缓冲结构。

5、根据权利要求4所述的套筒活塞式泵，其特征在于：装在泵体内的转子式机构，其在泵体内壁中装有定子部件，在套筒活塞侧壁上设有转子部件，套筒活塞后端的泵体内壁上设有封闭状的上下回转导向槽，套筒活塞后端则装有可沿上述导向槽运动的导向轮。

6、根据权利要求5所述的套筒活塞式泵，其特征在于：导向槽由一对导向套构成。

7、根据权利要求2所述的套筒活塞式泵，其特征在于：带电磁式或转子式驱动机构的泵体底部与套筒活塞后端间的空腔，和泵体吸入阀相通。