CN106460810B - 液压驱动波纹管泵 - Google Patents

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Abstract

一种液压驱动薄膜泵送机器(“泵”)，特别是用于泵送水和难以泵送的材料，它包括至少两个并排的泵送单元。各泵送单元包括液压驱动泵缸(1、2)和分开的非泵液压驱动缸(9、10)。泵缸(1、2)有：下部第一端，该下部第一端有用于要泵送的流体的第一进口和出口；以及上部第二端，该上部第二端有用于液压流体的第二进口和出口。泵缸(1、2)包括波纹管(3、4)，该波纹管在它的下端关闭，在它的上端开口，用于与液压流体连通。波纹管(3、4)的外部确定了用于要泵送的流体的空间。泵缸(1、2)的波纹管(3、4)布置成由在它顶端供给的液压流体驱动成手风琴状膨胀和收缩，以便在泵缸(1、2)的下部第一端附近泵送要泵送的流体。液压驱动缸(9、10)与泵缸(1、2)并排布置。液压驱动缸(9、10)有：下部第一端，该下部第一端与液压驱动器相连；以及上部第二端，该上部第二端容纳液压流体，该液压流体与泵缸(1、2)的上部第二端连通。液压驱动器在它的上端处终止于驱动活塞(19、20)，该驱动活塞(19、20)可滑动地安装在液压驱动缸(9、10)中。两个泵送单元的液压驱动缸(9、10)的液压驱动器通过液压‑机械连接件(25、27)来连接，该液压‑机械连接件(25、27)设计成控制液压流体的驱动，以便使得两个液压驱动缸(9、10)的活塞(19、20)都前进和后退。

Description

液压驱动波纹管泵
技术领域
本发明涉及液压驱动机器，特别是用于泵送水和难以泵送的流体材料，例如细矿粉和矿石、污泥、悬浮液、流体、泥浆、凝胶和其它粘性材料。这些泵送机器可以在本文中简称为泵或机器。
背景技术
能够用于难以泵送的材料的普通泵送机器具有移动机构，例如活塞、柱塞、蠕动软管等。不过，这些移动机构受到摩擦磨损，且机器的驱动器并没有与已泵送材料合适地隔离。
美国专利8096785公开了一种液压驱动的多缸薄膜泵送机器，特别是用于泵送难以泵送的材料。这些泵送机器包括多个泵缸，各泵缸的一端有用于要泵送的流体的进口和出口，另一端有用于液压流体的进口和出口。这些进口和出口能够是分开的进口和出口(用于液压流体)或者组合的进口/出口(用于要泵送的流体材料)。进口和出口与相应的进口阀和出口阀相连。
在这样的机器中，分离器布置在内部，并可沿各泵缸来回运动。可运动的分离器有面对缸的已泵送材料端的一侧以及面对缸的液压流体端的另一侧。该可运动的分离器通过成手风琴状波纹管形式的第一柔性薄膜而与缸的已泵送材料端的内部连接，当可运动分离器沿缸来回运动时，该第一柔性薄膜可在缸内部沿缸的长度方向膨胀和收缩。可运动分离器界定了在第一波纹管状柔性薄膜内部的、用于容纳可变容积的已泵送流体的第一腔室，该第一腔室通过进口和出口而与已泵送流体歧管和回路连通。可运动分离器也通过成手风琴状波纹管形式的第二柔性薄膜而与缸的第二端的内部连接，该第二柔性薄膜可与第一柔性薄膜的膨胀和收缩一致地沿缸的长度方向收缩和膨胀。可运动分离器的第二侧界定了在第二可膨胀和收缩的薄膜内部的、用于容纳可变容积的液压流体的第二腔室，该第二腔室与第二进口和出口连通。环形空间确定于第一和第二薄膜的外部和泵缸的内壁之间，该环形空间在使用中容纳与所述液压流体相同的流体，或者有类似液压特征的流体。
这种双波纹管泵送机器由液压泵驱动器来直接驱动，大大简化了机器，并提供改变和控制传送的已泵送流体的流量的简单装置。而且，双薄膜结构提供了已泵送流体与正泵送流体的双重保护。
对于这种机器的补充研究表明，多个方面(例如波纹管状薄膜的操作的可靠性)能够提高，这导致在美国专利8591201中所述的改进双波纹管泵。
这些双波纹管泵的经验表示了它们提供了优良的泵送特征，特别是平滑的泵送作用；不过，在波纹管刺穿的情况下，它的更换需要机器的大量检修，这可能花费一天或更长时间。
而且，设计成在油田和海上平台中使用的普通正排量泵有多个缺陷。首先，它们有很多机械运动部件，从而引起磨损和撕裂、加热和摩擦。而且，大部分的普通泵太大，以至于不容易在卡车上运输，且并不建立成在分类条件下工作。普通的泵还导致振动引起的过早阀磨损以及包装/密封问题。大部分的泵太重，以至于不能运输至油田和海上平台的周围。普通的泵操作为每分钟超过300冲程，从而导致增加摩擦、热和磨损。普通的泵在高分贝水平下操作，这是在人们周围工作时的主要问题。已知的正排量泵不能在并不频繁改变活塞、套筒和其它部件的情况下泵送较宽种类的流体。
还有用于改进普通正排量泵的空间。
EP0419695A1公开了一种泥浆泵送装置，该泥浆泵送装置包括两个并排的薄膜类型泵送单元。各泵送单元包括液压缸，该液压缸与薄膜类型泵送缸成一体和叠加在该薄膜类型泵送缸上。液压缸各自有双活塞结构，且在活塞之间连接，以便通过泵送缸而交替和重复地将泥浆从泥浆储罐运送至处理设备内。
发明内容
根据本发明，提供了一种液压驱动的薄膜泵送机器(“泵”)，特别是用于泵送水和难以泵送的材料，该泵包括至少两个泵送单元，该泵送单元相互并排地布置。各泵送单元包括液压驱动泵缸和液压驱动缸，该液压驱动缸与泵缸分离，并布置在泵缸外部，液压驱动缸和泵缸并排地布置。
液压驱动泵缸有：下部第一端，该下部第一端有用于要泵送的流体的第一进口和出口；以及上部第二端，该上部第二端有用于液压流体的第二进口和出口。泵缸包括波纹管，该波纹管在它的下端关闭，在它的上端开口，用于与液压流体连通，波纹管的外部确定了用于要泵送的流体的空间。泵缸的波纹管布置成由液压流体驱动成手风琴状膨胀和收缩，以便在泵缸的下部第一端附近泵送要泵送的流体。
布置在泵缸旁边的液压驱动缸有：下部第一端，该下部第一端与液压驱动器相连；以及上部第二端，该上部第二端容纳液压流体，该液压流体与泵缸的上部第二端连通。液压驱动器在它的上端处终止于驱动活塞，该驱动活塞可滑动地安装在液压驱动缸中，用于在液压驱动缸的上端处驱动液压流体。
两个泵送单元的液压驱动缸的液压驱动器通过液压-机械连接件来连接，该液压-机械连接件布置成控制液压流体的驱动，以便使得各液压驱动缸的活塞前进和后退。
本发明的泵送单元以及它的液压驱动泵缸和液压驱动缸的并排布置与美国专利8096785的结构基本不同，在美国专利8096785的结构中，液压驱动器布置在泵送单元的上面，各泵送单元包括具有第一波纹管的液压驱动缸，该液压驱动缸与装配有第二波纹管的泵缸成一体，并叠加在该泵缸的另一部分上。在本发明中，液压驱动缸并不是泵缸，在该意义上，该液压驱动缸并不直接在其自身内泵送要泵送的材料，但是它驱动液压驱动泵缸，该液压驱动泵缸自身泵送材料。
本发明的液压驱动薄膜泵送机器有优于现有泵(特别是优于现有的两波纹管泵)的多个优点在于：
它有非常简单的结构：几个活塞，没有衬垫，没有曲轴。有非常少的运动部件和很少的摩擦部件。而且，它在各泵缸中只需要一个波纹管。
泵为模块式，从而能够通过增加缸而很容易地改变压力/容积。
由于使用与分开的波纹管泵缸组合的液压活塞缸，因此能够从零巴进口压力开始工作，而不用另外的增压泵。活塞-缸单元抵消与增加在液压系统中的压力需求相关联的全部附加应力，从而保证控制阀和液压活塞缸的安全和平滑操作。
它还能够通过机械开关阀来控制泵操作，而并不使用电子元件。这简化了结构，提高了可靠性、可维护性和使用寿命。
使用活塞(该活塞有它的、在波纹管外部的液压驱动器)能够充分保护促动器流体，在波纹管受损的不可靠情况下防止水的不利影响。这保证水在任何情况下都不能进入油促动器中。液压驱动缸通过纯油来工作，具有重量轻的活塞，这样，它们液压平衡，并因此低成本。
从液压驱动缸中的活塞向波纹管缸活塞的液压传输能够降低在拉伸和压缩情况下的机械负载，因为它的运动力引起稍微的过大压力，该过大压力均匀地分布在整个波纹管表面上。
用于在膨胀/收缩中使得波纹管运动所需的压力差测量为百分之几巴，因此波纹管几乎总是处于平衡状态，并不在拉伸或压缩的情况下受到过度的应力。
波纹管缸结构提供了最小的波纹管负载，因为它的全部表面都一直处于液压平衡状态。计算显示，为了拉伸和压缩具有2-3mm壁厚的弹性体波纹管，测量为百分之几巴的超压就足够。该压力降实际上独立于总操作压力。
波纹管在正常操作中处于竖直位置。油从顶部送入波纹管中，已泵送流体从下面流出波纹管外(在波纹管和缸的内壁之间)，这能够很容易地通过在缸壁中的侧部孔而从油和已泵送流体中除去空气。而且，已泵送流体在波纹管缸的下部处供给将很好地从缸中除去包含在流体中的尘土。
全部的阀都机械操作，不需要电子操纵，从而导致增加可靠性。
它能够同时用作压力泵和用作吸入泵。
不需要有增压泵。泵能够是自加注泵，能够从泵进口处的几乎零巴开始操作，而不用另外的增压泵。这简化了结构，并提高了可靠性。
它平滑运行，甚至比最好的两波纹管泵更平滑。
它能够有大约8至15冲程/分钟的非常短的循环时间，比方说，10冲程/分钟，从而降低摩擦和磨损，从而导致较长寿命。
它比最普通的泵更轻，从而使得它很容易运输至油田和海上平台周围。
它有非常长的维护间隔，而普通泵具有较短的维护间隔水平，特别是当需要容积或压力的较大变化时，或者当泵送污染的流体时。
它很容易建造和维护，且它的操作有很大的弹性。
它容易用于任何支承和任何尺寸，能够容易地放大成多单元泵送机器。它有比普通泵小得多的“占地面积”(尺寸)，并容易运输至油田和海上平台周围。
波纹管在等压力下有非常小的应力。
波纹管缸的内部能够很容易地根据要泵送的材料来涂覆，例如根据它的磨损特性或酸性。涂覆材料例如包括黄铜、陶瓷和特种钢。波纹管能够由根据要泵送的材料而涂覆的天然或合成橡胶来制造。
泵在操作时几乎安静。
泵提供了连续流，作为普通操作设计的一部分，从而消除了脉冲和成穴。
能够在从0至最大的整个范围内对流速进行瞬时控制，并在从0至最大的整个范围内对压力进行瞬时控制，而不需要停止泵和改变活塞的尺寸或速度。
泵能够泵送几乎任何液体，包括液体CO2和化学药品、聚合物、稀释酸和腐蚀性液体。
有完全封闭的液压回路。
附图说明
下面将参考附图进一步介绍本发明，附图中：
图1是根据本发明的泵的示例实施例的总体示意图；
图2是图1的泵的透视图，表示了并排的两个泵送单元；
图3是穿过一个泵送单元的泵缸和液压驱动缸的剖视图，其中，波纹管充分向下推动；
图4是泵的示意俯视图；以及
图5是转换计划图。
具体实施方式
本发明提供了一种液压驱动薄膜泵送机器(“泵”)，特别是用于水和难以泵送的材料。在该实例中，泵包括两个并排的泵送单元，但是也能够为多个泵送单元。各泵送单元包括液压驱动泵缸或波纹管缸1、2和分开的液压驱动缸9、10，该液压驱动缸9、10与泵缸1、2并排地布置，如图所示。
泵缸或波纹管缸1、2有：下部第一端，该下部第一端有用于要泵送流体的第一进口和出口；以及上部第二端，该上部第二端有用于液压流体的第二进口和出口。在任何情况下，都能够有单个进口/出口或分开的进口和出口。泵缸1、2包括波纹管3、4，该波纹管3、4在它的下端处关闭，在它的上端处开口，用于与液压流体连通。波纹管3、4的外部确定了用于要泵送的流体的空间。泵缸1、2的波纹管3、4布置成由在它的顶端处供给的液压流体来驱动以手风琴状膨胀和收缩，以便在泵缸1、2的下部第一端附近泵送要泵送的流体。
与泵缸1、2并排布置的液压驱动缸9、10具有：下部第一端，该下部第一端与液压驱动器相连；以及上部第二端，该上部第二端容纳液压流体，其与泵缸1、2的上部第二端连通。液压驱动器在它的上端处终止于驱动活塞19、20，该驱动活塞19、20可滑动地安装在液压驱动缸9、10中。在液压驱动缸9、10的顶部处的液压流体布置在驱动活塞19、20的上面，以便由它驱动。
两个泵送单元的液压驱动缸9、10的液压驱动器通过液压-机械连接件25、27来连接，该液压-机械连接件25、27设计成控制液压流体的驱动，以便使得各液压驱动缸9、10的活塞19、20前进和后退。
泵或波纹管缸1、20和相邻的液压驱动缸9、10在它们的顶部处通过用于液压流体的导管48来连接。
优选是，各液压驱动缸9、10(“第一液压驱动缸”)的液压驱动器包括比第一液压驱动缸9、10更小直径的第二液压驱动缸13、14，该第二液压驱动缸13、14布置在第一液压驱动缸9、10下面并与第一液压驱动缸9、10液压连接。驱动活塞19、20是装配在第一液压缸9、10中的第一活塞，该第一活塞通过杆17而与在第二液压驱动缸13、14中的更小直径的第二活塞15、16连接。液压驱动缸13、14的液压驱动器包括用于将液压流体供给第二液压驱动缸13、14的供给装置，该供给装置在第二液压驱动缸13、14的第二活塞15、16的上面。
在所示实施例中，两个并排的泵送单元安装在矩形支承件50上，具有在支承件50前部上并排的泵缸1、2以及在支承件50上在该泵缸1、2后面的液压驱动缸9、10。当然，泵能够安装在任意合适形状和尺寸的支承件上，具有任意合适的布局。
泵通常还包括排出阀7、8和吸入阀5、6，用于将要泵送的材料排出泵缸1、2外和输入该泵缸1、2内。如图2中所示，排出阀和吸入阀能够布置在支承件50的前部，在泵缸1、2的前面和底部。
如图3中所示，泵缸1、2的上部部分能够提供有通气孔46，用于从要泵送的材料中排出空气/气体。
用于将液压流体供给第二液压驱动缸13、14的装置能够是液压机械连接器27，该液压机械连接器27布置在两个并排的泵送单元的液压驱动缸9、10之间。
更详细地说，泵包括两个波纹管缸1、2，这两个波纹管缸1、2包括在各缸中的一个波纹管3、4以及两个阀：吸入阀5、6和排出阀7、8。泵还有与波纹管缸1、2液压连接的两个活塞液压驱动缸9、10。各液压驱动缸9、10包括液压动力缸11、12和第二缸13、14，该第二缸13、14的活塞15、16通过杆17而与液压动力缸活塞19、20连接。缸13、14的杆端部部分21、22与公共的气动液压蓄能器23液压连接。
泵还包括：活塞液压流体控制阀26，该活塞液压流体控制阀26连接于缸9、10中在活塞19、20下面；以及活塞限制器24，该活塞限制器24安装在气动液压蓄能器23和液压驱动缸13、14之间。它还包括机械操作液压动力开关25，该机械操作液压动力开关25与液压流体控制阀26液压连接，并通过牵引杆27而与两个活塞液压驱动缸9、10机械连接。整个泵送机器有活塞液压泵28，该活塞液压泵28与液压流体控制阀26液压连接。所有单元的驱动动力可以是电、汽油或柴油驱动器(未示出)。泵通过成低压蓄能器29(或储存器)和高压蓄能器30形式的油储罐来供给，以便当转换油管路系统31、水吸入歧管32和水输送歧管33时减小压力波动。为了清洁和冷却油，主液压泵28装备有辅助液压泵34以及净化和冷却系统35。
如前所述，液压-机械连接件25、27能够布置在两个并排的泵送单元的液压驱动缸9、10之间。
各泵送单元的波纹管3、4和驱动活塞19、20同步驱动，两个泵送单元的驱动活塞19、20同步驱动，也就是，两个泵送单元的活塞19、20的运动方向并不同时反向。
如图2中所示，支承件50的后部部分能够由辅助设备来占据，例如冷却系统(换热器)35。
所述的泵例如能够有比方说34.5MPa的最大操作压力、至少500(也可能1000)l/min的最大通过流量、0.02MPa的在最大生产率下输入的最小绝对压力、以及200-240kW的功率。通常，根据本发明的泵能够在更高或更低的值下工作。
泵操作
泵与水或其它要泵送的流体材料连接，该水或其它流体材料在吸入歧管32中吸入。当波纹管3、4在液压驱动下向上运动时，要泵送的材料吸入泵送缸1、2中。当波纹管3、4向下液压驱动时，已泵送材料排出，并通过排出歧管33而压出。
机械操作的液压电开关25能够处于两个稳定位置A或B中的一个。当它处于位置A时，高压液体从活塞液压泵28通过管路36和液压流体控制阀26而流向液压动力缸12的杆端“C2”，并使得它的活塞20向上运动。来自空腔D2的流体排出至波纹管4的内部空腔E2中，从而使得波纹管4的分隔板37向下运动。因此，要泵送流体通过排出阀8而压出至歧管33中。缸14的活塞16也向上运动，从而将来自缸14的杆端22的流体压入缸13的杆端21中。向下运动的该杆端21也使得动力缸11的活塞19向下运动，因此将流体从它的杆端“C1”压出至蓄能器29(或者储水器)。在蓄能器23中的压力的作用下，在重新处于与活塞限制器24的容积成比例的值时，缸9的活塞在缸10的活塞的前面。因此，它们到达其动力冲程的末端将比缸14的活塞16的锥形衬套38到达辊39(液压动力开关25开始从“A”转换成“B”)更早。在转换开始时，衬套38开始驱动辊39，从而使得它的杆40和杆27向左运动，导致液压动力开关25转换至位置B，这将通过液压转换液压流体控制阀26。根据图5中所示的转换计划，阀26的转换这样进行，首先关闭缸9的排泄通道“G1”，然后打开高压辊9的内部通道“HI”，同时关闭缸10的高压进口通道“H2”。这保证平滑转换以及在压力歧管33中的最小压力振荡。
在关闭高压进口通道H2之后，打开缸10的排泄通道G2。这里，转换处理结束。在从t1至t2期间，见转换图(图5)，该图5表示了两个缸9、10的相对转换时间，当两个排泄通道G1、G2关闭时，液压驱动泵由蓄能器29(或储存器)提供动力。
还在该期间，打开压力通道H1、H2，动力缸11、12的活塞19、20都向上运动，来自缸13、14的工作流体通过活塞限制器24而返回至液压气动蓄能器23中，返回它的在先开始位置。在打开缸10的排泄通道G2之后，来自液压气动蓄能器23的流体很快使得动力缸12的活塞20在稍微过大压力的作用下向下运动。在活塞限制器24的容积内产生传递。这保证两个泵送单元的同步操作，因此，缸12的工作活塞20的最终操作位置比缸11的活塞19更早。然后，当辊42的活塞13的衬套开始转换时，将产生类似的转换。两个液压驱动缸的同步操作能够从图5的转换图中看出。

Claims (8)

1.一种液压驱动薄膜泵送机器，该液压驱动薄膜泵送机器包括至少两个泵送单元，这两个泵送单元相互并排布置，各泵送单元包括：
液压驱动的泵缸(1、2)，该泵缸有：下部第一端，该下部第一端有用于要泵送的流体的第一进口和第一出口；以及上部第二端，该上部第二端有用于液压流体的第二进口和第二出口，泵缸(1、2)包括波纹管(3、4)，该波纹管在它的下端关闭，而在它的上端打开，用于与液压流体连通，波纹管的外部确定了用于要泵送的流体的空间，泵缸(1、2)的波纹管(3、4)布置成由液压流体驱动成手风琴状膨胀和收缩，以便在泵缸(1、2)的下部第一端附近泵送要泵送的流体；以及
非泵的第一液压驱动缸(9、10)，该第一液压驱动缸与泵缸(1、2)分开，并布置在泵缸(1、2)外部，且第一液压驱动缸和泵缸相互并排布置，该第一液压驱动缸(9、10)有：下部第一端，该下部第一端与通过该下部第一端的液压驱动器相关联；以及上部第二端，该上部第二端容纳液压流体，该液压流体与泵缸(1、2)的上部第二端连通，所述第一液压驱动缸在它的上部第二端处终止于驱动活塞(19、20)，该驱动活塞可滑动地安装在第一液压驱动缸(9、10)中，用于在第一液压驱动缸(9、10)的上部第二端处驱动液压流体，
其中，两个泵送单元的第一液压驱动缸(9、10)的液压驱动器通过液压-机械连接件(25、27)来连接，该液压-机械连接件布置成控制液压流体的驱动，以便使得两个第一液压驱动缸(9、10)的驱动活塞(19、20)都前进和后退。
2.根据权利要求1所述的液压驱动薄膜泵送机器，其中：各第一液压驱动缸(9、10)的液压驱动器包括比第一液压驱动缸更小直径的第二液压驱动缸(13、14)，该第二液压驱动缸布置在第一液压驱动缸(9、10)下面并与第一液压驱动缸(9、10)通过液压连接，驱动活塞(19、20)是装配在第一液压驱动缸中的第一活塞，该第一活塞通过杆(17)而与在第二液压驱动缸(13、14)中的更小直径的第二活塞(15、16)连接。
3.根据权利要求2所述的液压驱动薄膜泵送机器，其中：第一液压驱动缸(9、10)的液压驱动器包括用于将液压流体供给第二液压驱动缸(13、14)的供给装置，该供给装置在第二液压驱动缸的第二活塞(15、16)的上面。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压驱动薄膜泵送机器，其中：两个并排的泵送单元安装在支承件(50)上，具有在支承件(50)前部并排的泵缸(1、2)以及在支承件上在该泵缸(1、2)后面并排的第一液压驱动缸(9、10)。
5.根据权利要求4所述的液压驱动薄膜泵送机器，还包括：排出阀(7、8)和吸入阀(5、6)，用于将要泵送的材料排出泵缸(1、2)外和输入该泵缸(1、2)内，所述排出阀和吸入阀布置在支承件(50)的前部，在泵缸(1、2)的前面和底部。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压驱动薄膜泵送机器，其中：所述液压-机械连接件(25、27)布置在两个并排的泵送单元的第一液压驱动缸(9、10)之间。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压驱动薄膜泵送机器，其中：各泵送单元的波纹管(3、4)和驱动活塞(19、20)同步驱动，两个泵送单元的驱动活塞(19、20)同步驱动。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压驱动薄膜泵送机器，所述液压驱动薄膜泵送机器还包括多个泵送单元，是多缸泵机器。
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