CN1072245A - 可减少隔离油泄漏的柱塞泵组件 - Google Patents

Abstract

一种可减少隔离油泄漏的柱塞泵组件，其柱塞泵 的运动副由前后密封组件及导向衬套形成密封，在前 后密封组件之间注入隔离油以改善工作条件并防止 柱塞腔液体流入密封组件。一压力随运动装置由封 闭腔体和随动体组成，随动体将腔体分隔成第一和第 二腔室，第一腔室与隔离油区连通，第二腔室与柱塞 腔连通，从而使隔离油压力与柱塞腔压力随动而隔离 油压力始终略高于柱塞腔压力，减少了隔离油泄漏并 且改善了密封组件的工作条件。

Description

本发明涉及柱塞泵，更具体地涉及一种可减少隔离油泄漏的柱塞泵组件。

高压柱塞泵通常用于泵送净化液体（如液压油），而在石油工业中，柱塞泵则用于泵送含砂石油以驱动井下水力泵，或向地层注入低粘度的水。在这种工作条件下，柱塞运动副采用的密封件的连续工作寿命很短。为了改善柱塞运动副的工作条件，国内外生产的柱塞泵，在密封涵体内的前后密封区之间注入机油（隔离油）。隔离油的另一个更重要的作用是在前密封间隙内形成高压油膜阻止泵送液体（含砂石油）进入密封间隙。

注入的隔离油压力必须高于柱塞泵的泵送（即出口压力）。但是，由于隔离油是定压注入的，即不管柱塞腔压力如何，隔离油的压力总是一个恒定的高压值，因此，除了高压下的工作环境对密封件的寿命不利外，而且注入的隔离油因压差大而泄漏到柱塞腔过多（在泵腔吸油时尤甚），因此浪费较大，而隔离油是很昂贵的。

为此，本发明的目的即是提供一种可减少隔离油泄漏量的柱塞泵组件，其隔离油压力与柱塞腔压力随动，从而使隔离油压力始终略高于柱塞腔压力，以减少泄漏到柱塞腔里的隔离油量。

上述目的是通过如下方案实现的：本发明的柱塞泵组件包括一密封涵体、安置在涵体内的导向衬套及柱塞、使柱塞运动副密封的前密封组件及后密封组件，在前后密封组件之间注入有隔离油，该柱塞泵组件还包括一压力随动装置，它由一封闭腔体和一随动体组成，随动体将封闭腔体分隔成一第一腔和一第二腔，第一腔室与前后密封组件之间的隔离油区连通，第二腔室与柱塞泵的柱塞腔连通，第一腔室压力始终略高于第二腔室压力。

在一种方案中，随动体由活塞和弹簧组成。

在另一种方案中，随动体为一封闭的弹性隔膜组件。

有了上述结构的柱塞泵组件，隔离油的压力就可与柱塞腔的压力随动。即当柱塞腔压力较高时，弹性随动体将使第一腔室的空间缩小，从而使隔离油压力升高;当柱塞腔压力较低时，隔离油压力将使第一腔室的空间增大，从而降低隔离油的压力。因此，隔离油的压力随着泵腔压力的变化而同步变化，并且通过合理设计随动装置的参数，可使隔离油与泵腔之间的压力差始终较小，这就减弱了已有技术中当柱塞腔压力较小时，因压差较大而带来的隔离油泄漏现象。而且，由于隔离油的压力是脉动的，而不是一直处于高压状态，改善了工作条件，延长了密封件的使用寿命。

为对本发明的优点及特点有更清楚的了解，下面结合附图及实施例更详细的描述本发明。

图1是本发明的柱塞泵组件的一个实施例的示意图。其中的随动装置是活塞一弹簧形式的。

图2是本发明柱塞泵组件中采用的弹性隔膜形式的随动装置示意图。

图3是另一种弹性隔膜形式的随动装置的示意图。

由图1可见，密封涵体2固定在柱塞腔体6上。由于柱塞11的往复运动，当柱塞腔4中的泵送液体受到压缩时，打开单向阀3，液体被排出。当柱塞腔4内的液体处于低压（或负压）时，泵送液体经单向阀5被吸入柱塞腔4。

密封涵体2内安置有前密封组件7、导向衬套8和后密封组件9。密封涵盖10与涵体2用螺纹连接。前后密封组件的构造可以是相同的，但功用不同。前密封组件7阻止本文开始提到的隔离油流向柱塞腔4，避免过多的隔离油与泵送液体混合，减少损失。后密封组件9阻止隔离油向外泄漏而流向大气。

在密封涵体2以外固定有一压力随动装置。在图1所示的实施例中，此随动装置由封闭腔体lc与包括活塞ld和压缩弹簧le的随动体组成。活塞ld可在封闭腔体lc内上下移动，并且把封闭腔体lc分隔成上腔（或称第一腔室）和下腔（或称第二腔室）。上腔通过油路lb和密封涵体2中的小孔2b及导向衬套8的径向通路8a与前密封组件7处的隔离连通，下腔经油路2a与柱塞腔4连通。

净化的高粘度隔离油（ν＝150cst）在稳定压力P₁作用下注向单向阀la。当柱塞腔4的压力P。为低压（相当于柱塞腔吸油压）时，单向阀la打开，隔离油经单向阀la后，压力下降为P₂（此时P₂为最小值），并分为两路。一路经密封涵体2的小孔2b及导向衬套8的经向通路8a流向前密封组件7，以阻止泵送液体渗过前密封组件7;另一路经封闭腔体lc内的油路lb进入封闭腔体lc的上腔，对活塞ld施加压力，迫使储能弹簧le压缩，同时迫使活塞下腔的液体经油路2a流入柱塞腔4。这个隔离油的进油过程在随动装置中储存了一定能量。

当柱塞腔4内的液体受到柱塞11的压缩时，压力P₀急剧升高，柱塞腔4的液体经油路2a进入封闭腔体lc的下腔，从而对活塞ld施加向上的力，该力与弹簧le的向上弹簧力叠加，迫使活塞ld向上移动。由于活塞ld上移，上腔内的一部分隔离油被压到前密封组件7处，使隔离油的压力随着升高。此时单向阀la是关闭着的。

由于压缩弹簧le的作用，隔离油的压力P₂总是大于柱塞腔压力P₀，这样就可有效地阻止柱塞腔液体（含砂石油或水）进入前密封组件7。同时，通过合理匹配随动装置的各项参数，不仅使得P₂可与P₀随动，而且可使压差（P₂-P₀）落在一具有较小值的范围内，比如可使其最大差值为0.5～1MPa。

同样地，当柱塞腔4内的液体压力P₀降低时，P₂也随着活塞ld的下移而降低，使压差P₂-P₀仍处于上述范围内。由于压差总是维持在较小值，即使柱塞腔4的压力降低时也是如此，因此只有极少量的隔离油经前密封组件7渗入柱塞腔4。同时由于后密封组件9的作用，隔离油向大气的泄漏量也是极其微小的。

因此，压力随动装置除了使压差（P₂-P₀）较小，还可使隔离油压力P₂脉动，这除了可减少其泄漏，同时也改善了密封件的工作条件。

图1实施例中的活塞-弹簧形式的随动装置当泵送液体中含砂率较高时，有可能其活塞ld在封闭腔体lc的内孔内会被卡住，或者影响其动态性能。比较理想的方法是用一种弹性隔膜形式的随动体代替活塞-弹簧形式的随动体，则可消除这种卡死现象。

图2显示了一种弹性隔膜形式的随动装置。弹性隔膜12c为一空心壳体，中间为圆弧形的回转面，两端各密封地固定在上、下法兰盘12b、12c上。上、下法兰盘12b、12e分别与上、下端盖12a、12d密封连接。这些组成了弹性隔膜形式的随动体，并且呈浮动状态地位于封闭腔体lc内。

隔膜12c与上、下法兰盘12b、12e围成的内腔（或称第一腔室）由管子12f与隔离油区连通，管子12f穿过上端盖12a。隔膜12c与封闭腔体lc内壁之间形成的外腔（或称第二腔室）与柱塞腔连通。

当柱塞腔吸油时，P₀为最小值，隔离油进入隔膜12c的内腔，施加内压力，使内腔胀大，对隔膜12c做功，同时将外腔的液体排入柱塞腔4。当柱塞腔压力P₀（也即随动装置的外腔压力）急剧上升时，柱塞腔液体压力及隔膜变形能对隔膜12c的内腔隔离油做功并将其由管子12f排到密封组件，此时隔离油压力P₂随之升高并且仍高于柱塞腔压力P₀。

因此当柱塞不断往复运动时，隔膜12c不断胀大及收缩，起着图1中的活塞ld及弹簧le的组合作用。

图3显示了另一种弹性隔膜形式的随动体。隔膜12c呈多级阶梯盘状，其上端密封地固定在一法兰盘12b上，法兰盘12b与一端盖12a密封连接，隔膜12c下端处于自由状态，如此构成了随动体。整个随动体呈浮动状态地置于封闭腔室lc内。与隔离油区连通的管子12f穿过端盖12a与隔膜12c的内腔（或称第一腔室）连通。隔膜12c外壁与封闭腔室lc的内壁之间形成的外腔与柱塞腔4连通，压力为P₀。

图3的弹性隔膜形式的随动体与图2的原理完全相同，但工艺性更好。图2和图3中的随动体与封闭腔室lc的内壁之间有足够大的空隙，因此不会产生砂卡现象，工作可靠。

在各个实施例中，第一腔室还应通过单向阀la与隔离油源联通，这样当管路漏油而压力降低时，可随时补充。

当然，弹性隔膜形式的随动体与活塞-弹簧形式的随动体相比，在设计及工艺上要繁杂得多

Claims (8)

1、一种可减少隔离油泄漏的柱塞泵组件，包括一密封涵体、安置在涵体内的导向衬套及柱塞、使柱塞运动副密封的前密封组件及后密封组件，在前后密封组件之间注入有隔离油，其特征在于，该柱塞泵组件还包括一压力随动装置，它由一封闭腔体和一随动体组成，随动体将封闭腔体分隔成一第一腔室和一第二腔室，第一腔室与前后密封件之间的隔离油区连通，第二腔室与柱塞泵的泵腔连通，第一腔室压力始终略高于第二腔室压力。

2、如权利要求1所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的第一腔室的压力高出第二腔室的压力最大差值约0.5～1MPa。

3、如权利要求1或2所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的随动体由一活塞和一弹簧组成，活塞可在所述封闭腔体内移动并将所述封闭腔体分隔成所述的第一腔室和第二腔室，所述的弹簧为一压缩弹簧，它位于所述第二腔室内。

4、如权利要求1或2所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的随动体包括一弹性隔膜，它位于所述封闭腔体内，弹性隔膜围成所述的第一腔体室，弹性隔膜的外壁与所述封闭腔室的内壁之间形成所述的第二腔室。

5、如权利要求4所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的弹性隔膜具有圆弧形的回转面，上下两端部分别密封地固定在上下法兰盘上，所述法兰盘分别与上下端盖密封连接，一与隔离油区连通的管子穿过所述上端盖而与所述隔膜的内腔相连通。

6、如权利要求5所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的弹性隔膜、上下法兰盘和上下端盖浮动地位于所述封闭腔室内。

7、如权利要求4所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的弹性隔膜呈多级阶梯盘状，其上端密封地固定于一法兰盘上，该法兰盘与一端盖密封连接，一与隔离油连通的管子穿过端盖而与所述隔膜的内腔相连通。

8、如权利要求7所述的柱塞泵组件，其特征在于，所述的端盖、法兰盘及弹性隔膜浮动地位于所述封闭腔室内

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