CN108626088B - 一种超高压二氧化碳泵 - Google Patents

Abstract

一种超高压二氧化碳泵，包括泵体和泵头，泵头内带有阀组，泵体内设有密封函体，密封函体内穿设有与阀组相对应的柱塞，柱塞背离阀组一端与传动臂相连接，泵头内沿着阀组的周向设有冷却流道一，冷却流道一成螺旋形设置，冷却流道一的进口与出口均位于泵头的上方，冷却流道一的出口与位于泵体上的冷却流道二的进口相连通，冷却流道二沿着密封函体的周面设置，且冷却流道二的进口位于泵体的上方，冷却流道二的出口位于泵体的侧面。将循环冷却系统接入到泵体和泵头中，从而提高超高压二氧化碳泵整体的冷却效果，这样二氧化碳就容易保持在液体状态，进而也就降低了柱塞在推送液态二氧化碳过程中所需要的推力，有利于延长柱塞的使用寿命。

Description

一种超高压二氧化碳泵

技术领域

本发明涉及气体输送领域，特别涉及一种超高压二氧化碳泵。

背景技术

液态二氧化碳高压泵适用于低温液态二氧化碳的罐装与输送以及二氧化碳萃取加压泵。可根据压力流量选型。是用于啤酒、酒精制造厂及有关医药、食品工业的专用泵。且可广泛应用于石油、化工、食品、实验室等。主要用于油田二氧化碳驱油、二氧化碳吞吐及食品、化工工业；小排量泵可用于二氧化碳灌瓶等；而液态二氧化碳主要是由液缸部分、传动部分，安全阀、缓冲室、动力部分所组成。该泵的主要特征是柱塞与泵缸内腔之间的配合余缝较小，泵体设有绝热装置。结构设计较为紧凑，体积较小，它与同类产品比较具有技术先进、效率高、耗电省、噪声低，操作方便、性能可靠造价低廉等优点。广泛用于液态气体的输送和医疗食品行业的二氧化碳超临界萃取工艺之中。

如申请号为201320763680.3的中国专利《一种二氧化碳注入泵》中公开了一种二氧化碳注入泵，包括泵体、柱塞、进液组件和排液组件。所述泵体上设有腔体；所述柱塞在所述腔体内做往复运动；并与驱动装置连接；所述进液组件包括进液单向阀；所述进液单向阀连接进液口；所述排液组件包括排液单向阀；所述排液单向阀连接排液口；所述腔体包括互相贯通的柱塞腔、进液阀腔，出液阀腔以及工作腔；所述柱塞于柱塞腔中做往复运动；所述进液组件位于进液阀腔中，所述出液组件位于出液阀腔中；工作腔直径小于所述进液阀腔直径和所述出液阀腔直径。

虽然，该二氧化碳注入泵有效地防止或减少液态二氧化碳在工作过程中的气化问题。

但是，该二氧化碳注入泵的柱塞在工作的时候需要不断进行往复运动，这样泵体就会产生大量的热量，而液态二氧化碳在吸收热量之后就会有气化驱使，这样无形之中就需要增加柱塞对二氧化碳的压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高压二氧化碳泵，其能够及时地消除自身产生的热量，有效地提高了二氧化碳地输送效率。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种超高压二氧化碳泵，包括泵体和泵头，所述泵头内带有阀组，所述泵体内设有密封函体，所述密封函体内穿设有与阀组相对应的柱塞，所述柱塞背离阀组一端与传动臂相连接，所述泵头内沿着阀组的周向设有冷却流道一，所述冷却流道一成螺旋形设置，所述冷却流道一的进口与出口均位于泵头的上方，所述冷却流道一的出口与位于泵体上的冷却流道二的进口相连通，所述冷却流道二沿着密封函体的周面设置，且冷却流道二的进口位于泵体的上方，冷却流道二的出口位于泵体的侧面。

通过采用上述技术方案，这样将冷却流道一的进口和冷却流道二的出口分别接入到冷却系统上后，利用冷却液在泵头和泵体内进行流动，从而提高超高压二氧化碳泵整体的冷却效果，这样二氧化碳就容易保持在液体状态，进而也就降低了柱塞在推送液态二氧化碳过程中所需要的推力，有利于延长柱塞的使用寿命。

作为优选，所述冷却流道二由位于密封函体周面的凹槽及泵体的壁面构成。

通过采用上述技术方案，这样冷却液能够贴在密封函体的外壁面进行流动，从而大大提高了冷却液与密封函体之间热量交换的效率，这样当柱塞在后退的过程中，液体二氧化碳进入到泵体内时，就不容易发生大量气化，而加大柱塞的推送力。

作为优选，所述密封函体于凹槽的两侧均套设有一密封圈。

通过采用上述技术方案，当超高压二氧化碳泵运动的过程中，密封圈能够阻止部分液体二氧化碳沿着凹槽从冷却流道二处离开泵体。而如果没有密封圈的话，在这个过程中液体二氧化碳的所受到的压力就会减小，从而其就容易发生气化而大量吸热。这样也容易造成冷却液的凝固，而导致冷却流道二的堵塞，如此恶性循环下去不但会造成二氧化碳的大量泄漏，并且也不利于延长超高压二氧化碳泵的使用寿命。

作为优选，所述阀组包括中心块，所述中心块将泵头分为腔室一和腔室二，所述中心块中间设有将腔室一和腔室二连通的流体通道，所述泵体设有流体进口，所述中心块沿着其轴线朝向腔室二设有流体进流道，所述流体进流道处设有启闭机构，所流体通道在靠近腔室一处设有伸缩块，所述伸缩块通过弹簧一与腔室一的壁面相抵接，所述伸缩块面向流体通道一端设有盲孔，所述盲孔与伸缩块的侧面的测孔相连通，所述腔室一与流体出流道相连通。

通过采用上述技术方案，这样进入到泵头内的液态二氧化碳会受到柱塞挤压的作用，向盲孔内进行流动，之后又会从侧孔流出。而此时由于液态二氧化碳本身的压力会将伸缩块向背离中心块方向推移，当侧孔落入在腔室一处的时候，液态二氧化碳就流至腔室一中，之后再从流体出流道离开。因此，这个过程中，伸缩块始终限制于中心块中，从而也就避免了伸缩块脱落的问题。

作为优选，所述伸缩块于腔室一内围绕伸缩块周面设有倾斜的凸缘一，所述弹簧一分别抵接凸缘一和泵头的壁面。

通过采用上述技术方案，凸缘一由于是倾斜的，这样二氧化碳在从侧孔流出后就会顺着凸缘一进行流动，从而能够减小二氧化碳直接在高压的作用下直接对泵头的底壁进行冲击，降低了低壁被冲破的可能性。另外，也有利于顺利地将二氧化碳引导至流体出流道处，有利于提高二氧化碳的输送效率。

作为优选，所述启闭机构包括环形限位块，所述限位块的中心通孔与流体通道相对应，还包括启闭块和与启闭块相抵接的弹簧二，所述弹簧二的另一端与限位块的端部凸缘二相抵接。

通过采用上述技术方案，当柱塞向后退的时候，此时泵头是处于进液状态的，这样液态二氧化碳就会从流体进流道处顶开启闭块，当等柱塞停止运动的时候，启闭块又会在弹簧二的作用下将流体进流道封闭住，从而也就实现了液态二氧化碳的顺利进入。

作为优选，所述泵头上方设有若干带有放气塞的放气管，所述放弃管均与腔室二相连通。

通过采用上述技术方案，这样当整个超高压二氧化碳泵需要紧急发气或者停止工作的时候，工作人员就只需要将放气塞排除，这样二氧化碳就会从放气管中被排出。

作为优选，所述中心块于流体进流道的道口两侧均设有密封环一和密封环二，所述密封环一和密封环二均位于同一环槽中且成横向摆放，且所述密封环一的横截面为椭圆形，所述密封环二的横截面为矩形，且所述密封环一的横截面的长半轴成横向设置。

通过采用上述技术方案，这样通过两密封环之间的挤压作用，能够更好地起到密封效果，从而也就能够有效地防止二氧化碳直接从流体进流道的道口处流至腔室一内，而无法实现增压液化的作用。

作为优选，所述密封函体与柱塞之间设有橡胶密封环组，所述橡胶密封使柱塞和密封函体之间成悬空状态。

通过采用上述技术方案，这样能够避免柱塞在运动的过程中能够与密封函体相接触，从而也就减少了两者之间的摩擦，这样有利于减少热量的产生。而当橡胶密封环组损坏的时候，工作人员也只需要将其更换即可，从而也就能够降低了对整个泵体的更换频率。

作为优选，所述橡胶密封组由若干橡胶密封环沿着轴向排列设置，且橡胶密封环位于密封函体的限位槽中。

通过采用上述技术方案，这样在保证橡胶密封环组有效密封的同时，也能够进一步减少橡胶密环组对柱塞的阻力，从而使得柱塞在运动过程中不会有过多的产热。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、冷却流道一和冷却流道二的设置，能够有效地降低泵头和泵体在使用过程中产生的热量，有利于降低柱塞推动过程中所需的动力；

2、阀组结构的设置，延长了二氧化碳压缩的距离，从而有利于提高对二氧化碳液化和输送的效率；

3、在冷却流道二的两侧均套设有密封圈，这样能够防止二氧化碳沿着冷却流道二泄露出去。

附图说明

图1是实施例一的超高压二氧化碳泵的正视图；

图2是实施例一的超高压二氧化碳泵的俯视图；

图3是实施例一的超高压二氧化碳泵的剖视图；

图4是实施例二的超高压二氧化碳泵的剖视图；

图5是图4的A处放大图；

图6是实施例三的超高压二氧化碳泵的剖视图；

图7是图6的B处放大图;

图8是伸缩块的结构示意图;

图9是图7的C处放大图；

图10是实施例四的超高压二氧化碳泵的剖视图；

图11是实施例五的超高压二氧化碳泵的剖视图；

图12是后导向套的结构示意图；

图13是图12的D-D处的剖视图。

图中，1、泵体；11、密封函体；111、凹槽；112、密封圈；113、限位槽；1131、橡胶密封环组；114、通孔；12、柱塞；121、后导向套；1211、缺口；13、流体进口；14、流体进流道；15、进油口；16、出油口；17、油料收集槽；2、泵头；21、冷却流道一；211、进口一；212、出口一；22、冷却流道二；221、进口二；222、出口二；23、中心块；231、流体通道；232、环槽；233、密封环一；234、密封环二；24、腔室一；241、流体出流道；25、腔室二；26、限位块；261、凸缘二；262、弹簧二；263、启闭块；27、伸缩块；271、凸缘一；272、弹簧一；273、盲孔；274、穿孔；3、转轮；31、传动臂；4、放气管；41、放气塞。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一、

如附图1至附图3所示，一种超高压二氧化碳泵，包括泵体1和与泵体1相连接的泵头2，其中泵体1在背离泵头2的一侧还带有转轮3，该转轮3的轴心与电机输出轴相连接，其边缘处铰接有一个传动臂31，该传动臂31在背离转轮3的一端与柱塞12的端部相铰接，从而在转轮3的作用下可以带动柱塞12进行水平往复运动。

泵体1内还带有环形的密封函体11，密封函体11的外周面与泵体1内壁相紧贴，并且柱塞12始终穿于密封函体11中。这样可以防止二氧化碳从泵体1的前端向转轮3一侧进行泄露。

泵体1的中心处设有阀组，而柱塞12与阀组的中心相对应，通过柱塞12的往复运动以及阀组的工作，实现将气态二氧化碳压缩成液态二氧化碳，然后输送出去。而泵头2在靠近阀体的周面上环绕有冷却流道一21，冷却流道一21是呈螺旋形设置的，并且冷却流道一21的进口一211位于泵头2外壳的上方，而冷却流道一21的出口一212也在泵头2外壳的上方。另外，泵体1沿着密封函体11设有冷却流道二22，冷却流道二22的进口二221位于泵体1外壳的上方，且与冷却流道一21的出口一212相连通。而冷却流道二22的出口二222位于泵体1外壳的侧面。此处，冷却流道一21的进口一211和冷却流道二22的出口二222均接入到冷却系统中，从而冷却液通过冷却流道一21和冷却流道二22对泵体1和泵头2进行了全方位的冷却，这样在压缩二氧化碳的过程中，能够带走柱塞12运动时产生的大量热量，进而也就提高了二氧化碳的压缩效率，而且也能够节约冷却液的使用量。

实施例二、

如附图4和附图5所示，一种超高压二氧化碳泵，基于实施例一的基础上，冷却流道二22由密封函体11的周面上所开设的凹槽111及泵体1的壁面所构成，且冷却流道二22的截面成矩形。

为了防止二氧化碳气体沿着冷却流道二22发生泄漏，此处，密封函体11于凹槽111的两侧均套设有一密封圈112，该密封圈112的截面为椭圆形的，并且受到压缩的作用，与泵体1的壁面紧紧地贴合在一起，从而也就有效地阻止了二氧化碳通过密封函体11与泵体1之间的缝隙进入到凹槽111中而泄漏。

实施例三、

如附图6至附图9所示，一种超高压二氧化碳泵，基于实施例一的基础上，该阀组包括设置在泵头2中心处的中心块23，该中心块23将泵头2分隔成腔室一24和腔室二25，其中中心块23中间设有将腔室一24和腔室二25连通的流体通道231，同时腔室二25与泵体1相连通，而且柱塞12在伸缩往复运动的过程中会进入到腔室二25中。

另外，泵体1上还设有流体进口13，该流体进口13为圆形，并且流体进口13与位于中心块23上的流体进流道14相连通，流体进流道14朝向泵体1一侧设置，且围绕于中心块23的周面。在流体进流道14的出口处设有启闭机构，启闭机构包括设置于泵头2内的限位块26，该限位块26成环形设置，而且限位块26在背离中心块23的边缘沿着轴向向其自身中心处设有凸缘二261，凸缘二261在面向中心块23的一侧抵接有弹簧二262，弹簧二262的另一端带有启闭块263，该启闭块263与流体进流道14相对应，且也是成环形设置的。

而流体通道231在背离本体的一端处还穿设有伸缩块27，该伸缩块27的外周面是跟流体通道231的通道壁相抵接的，并且该伸缩块27的局部是始终裸露在腔室一24的中。而且，伸缩块27在腔室一24的部分周面上还设有凸缘一271，该凸缘一271的其中一侧面是向腔室一24方向倾斜设置的，而凸缘一271面向腔室一24的侧面与泵头2的壁面通过若干弹簧一272相抵接。另外，伸缩块27在面向腔室二25的一端轴心处还设有盲孔273，而伸缩块27的周围上于凸缘一271靠近腔室二25一侧设有一穿孔274，该穿孔274与盲孔273相连通，并且泵头2的上方还是有流体出流道241，该流体出流道241与腔室一24相连通。

此处，当柱塞12受到传动臂31后拉的作用，柱塞12就会向后运动，这样泵头2内的真空度就会增大，此时二氧化碳就会从流体进口13进入，并顶开启闭块263，进入到泵头2内。当柱塞12停止运动的使用，泵头2内外的气压就会很快处于平衡状态，此时，启闭块263就会在弹簧二262的作用下恢复到原始状体封闭住流体进流道14。

之后，柱塞12会向前推送运动，此时，二氧化碳的压力逐渐变大，并且这个工程中伸缩块27也由于受到二氧化碳压力的作用会向腔室一24方向发生移动，当穿孔274在腔室一24中暴露出来的时候，液化后的二氧化碳就会经过盲孔273和穿孔274进入到腔室一24内，此后，再通过流体出流道241被输送到指定位置。而柱塞12向前被推送的停止的时候，腔室一24和腔室二25的压力就会很快相等，此时伸缩块27也会在弹簧一272的作用下恢复到原始状态，使得穿孔274进入到流体通道231中并被堵上。以此进行重复运动就能够将大量液态二氧化碳并输送到指定的位置。并且，这个过程中流体出流道上还带有止逆阀。

而且，为了能够在紧急的情况下或者关闭泵的时候将二氧化碳释放掉，所以在泵头2的上方还设有一个放气管4，放气管4上带有放气塞41，平时的时候，放气塞41是塞住放气管4的。

并且，为了能够进一步防止进入泵头2的二氧化碳在还没有被压缩的情况下直接进入到腔室一24中，所以，中心块23在流体进流道14的道口两侧均开有环槽232，并且环槽232内均设有环形的密封环一233和密封环二234，其中密封环一233的横截面为椭圆形的，而密封环二234的横截面为矩形的。并且密封环一233的横截面的长半轴是沿横向设置，这样密封环一233和密封环二234两者是处于压紧状态的，从而大大增强了两者的密封效果。

实施例四、

如附图10所示，一种超高压二氧化碳泵，基于实施一的基础上，在密封函体11与柱塞12之间还设有环形的限位槽113，而限位槽113内设有橡胶密封环组1131，而柱塞12是穿设在橡胶密封环组1131的，从而柱塞12和密封函体11之间是处于悬空状态的，这样大大减少了柱塞12和密封函体11之间的摩擦，而且此处的橡胶密封环组1131是由多个单体橡胶密封环构成的，这样柱塞12在伸拉的过程中也能够减小受到橡胶密封环组1131的阻碍。

实施例五、

如附图11至附图13所示，一种超高压二氧化碳泵，基于实施例四的基础上，在橡胶密封环组1131背离腔室二25的一侧还设有后导向套121，该后导向套121的侧面关于中心对称设有多组缺口1211，而在密封函体11的上下面设有关于密封函体11的中心线对称的通孔114，且通孔114与后导向套121的缺口1211相对应，上方的通孔114还与泵体1上的进油口15相对应，而下方的通孔114与油料收集槽17相对应，并且油料收集槽17还与出油口16相对应。将进油口15和出油口16接入循环系统后就能够保证润滑地循环利用，减少了润滑油的浪费。

由于进油口15和缺口1211是对应的，这样润滑油就能够穿过缺口1211接触到柱塞12的表面，从而随着柱塞12的伸缩就能够将润滑油均匀涂布在柱塞12的表面，从而也就提高了柱塞12的压缩效率，并且也延长了柱塞12的使用寿命。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种超高压二氧化碳泵，包括泵体（1）和泵头（2），所述泵头（2）内带有阀组，所述泵体（1）内设有密封函体（11），所述密封函体（11）内穿设有与阀组相对应的柱塞（12），所述柱塞（12）背离阀组一端与传动臂（31）相连接，其特征在于：所述泵头（2）内沿着阀组的周向设有冷却流道一（21），所述冷却流道一（21）成螺旋形设置，所述冷却流道一（21）的进口与出口均位于泵头（2）的上方，所述冷却流道一（21）的出口与位于泵体（1）上的冷却流道二（22）的进口相连通，所述冷却流道二（22）沿着密封函体（11）的周面设置，且冷却流道二（22）的进口位于泵体（1）的上方，冷却流道二（22）的出口位于泵体（1）的侧面，所述冷却流道二（22）由位于密封函体（11）周面的凹槽（111）及泵体（1）的壁面构成，所述密封函体（11）于凹槽（111）的两侧均套设有一密封圈（112），所述阀组包括中心块（23），所述中心块（23）将泵头（2）分为腔室一（24）和腔室二（25），所述中心块（23）中间设有将腔室一（24）和腔室二（25）连通的流体通道（231），所述泵体（1）设有流体进口（13），所述中心块（23）沿着其轴线朝向腔室二（25）设有流体进流道（14），所述流体进流道（14）处设有启闭机构，所流体通道（231）在靠近腔室一（24）处设有伸缩块（27），所述伸缩块（27）通过弹簧一（272）与腔室一（24）的壁面相抵接，所述伸缩块（27）面向流体通道（231）一端设有盲孔（273），所述伸缩块（27）于腔室一（24）内围绕伸缩块（27）周面设有倾斜的凸缘一（271），所述弹簧一（272）分别抵接凸缘一（271）和泵头（2）的壁面，所述盲孔（273）与伸缩块（27）的侧面相连通，所述腔室一（24）与流体出流道（241）相连通，所述中心块（23）于流体进流道（14）的道口两侧均设有密封环一（233）和密封环二（234），所述密封环一（233）和密封环二（234）均位于同一环槽（232）中且成横向摆放，且所述密封环一（233）的横截面为椭圆形，所述密封环二（234）的横截面为矩形，且所述密封环一（233）的横截面的长半轴成横向设置；

所述密封函体（11）与柱塞（12）之间设有橡胶密封环组（1131），所述橡胶密封使柱塞（12）和密封函体（11）之间成悬空状态；所述橡胶密封环组（1131）由若干橡胶密封环沿着轴向排列设置，且橡胶密封环位于密封函体（11）的限位槽（113）中。

2.根据权利要求1所述的一种超高压二氧化碳泵，其特征在于：所述启闭机构包括环形的限位块（26），所述限位块（26）的中心通孔（114）与流体通道（231）相对应，还包括启闭块（263）和与启闭块（263）相抵接的弹簧二（262），所述弹簧二（262）的另一端与限位块（26）的端部凸缘二（261）相抵接。

3.根据权利要求1所述的一种超高压二氧化碳泵，其特征在于：所述泵头（2）上方设有若干带有放气塞（41）的放气管（4），所述放弃管均与腔室二（25）相连通。

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