CN109209806B - 一种往复增压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种往复增压泵，包括压力平衡缸和泵体，所述泵体一侧固定连接有密封函体，所述密封函体内套设有大小头柱塞，所述大小头柱塞与所述密封函体内壁之间有一个平衡腔，所述平衡腔通过平衡腔连接管与所述压力平衡缸一端连接，所述压力平衡缸另一端通过吸入腔连接管与所述泵体上的吸入腔连通；所述压力平衡缸上连接有充液接头；所述大小头柱塞的小头端部连接有曲柄连杆机构。本发明提供的往复增压泵，通过压力平衡缸，自动调节平衡腔压力，使往复增压泵能适应任意变化的工况，并充分利用高吸入压力能量。

Description

一种往复增压泵
技术领域
本发明涉及机动往复泵技术领域，特别是涉及一种往复增压泵。
背景技术
往复增压泵是一种通过曲柄连杆机构驱动大小头柱塞往复运动来给所输送介质增压的设备。通常往复增压泵在设计时是按照用户提供的设计进口压力、设计出口压力、流量三个主要参数作为设计值来计算确定大小头柱塞直径，但在实际使用时，实际进口压力、实际出口压力与设计进口压力、设计出口压力都会有误差，有时候误差很大，实际进口压力与实际出口压力的变化，对已按用户提供参数设计好大小头柱塞的常规往复增压泵而言，会对往复运动动力端受力带来不良影响，甚至导致往复增压泵无法正常工作。
发明专利201710025047.7《一种往复增压泵》公开了采用在高压平衡管上设置智能调压阀，智能改变平衡腔压力以满足实际进口压力、实际出口压力变化的工况。该方案能够动态调整大小头柱塞在吸入行程中的平衡腔压力，满足了动力端在吸入行程时的良好受力；但是该方案存在的突出问题是在排出行程时不但不能利用吸入压力的能量，反倒额外加大了柱塞受力造成了能源浪费。
如图2所示，现有技术中，发明专利201710025047.7平衡腔压力分析；在大小头柱塞吸入行程时，平衡腔Q1中的液体通过阀口到排出腔，在阀口处由于节流产生压力消耗P阀。
此时，吸入行程时平衡腔压力P平吸＝P排+P阀(沿程压力损失很小可忽略不计)，同时由智能压力调节阀自动调节的平衡腔压力P平吸＝P吸D2/(D2-d2)(完全平衡状态)。那么吸入行程时柱塞受力
F吸＝P吸πD2/4-P平吸π(D2-d2)/4(摩擦力相对很小忽略不计)，
将P平吸＝P吸D2/(D2-d2)代入，得出吸入行程时柱塞受力F吸＝0----(式a)。
在大小头柱塞排出行程时，排出腔的液体通过阀口进入平衡腔Q1，由于平衡腔Q1容积是一定的，所需液体量与吸入行程时是一样的，阀口过流面积没变，也就是说液体经过阀口时的流速不变，那么在阀口处同样由于节流产生与吸入行程时相等的压力消耗P阀，那么排出行程时平衡腔压力P平排＝P排-P阀(沿程压力损失很小可忽略不计)。
排出行程时柱塞受力F排＝P排πD2/4-P平排π(D2-d2)/4(摩擦力相对很小忽略不计)；将P平排＝P排-P阀、P阀＝P平吸-P排、P平吸＝P吸D2/(D2-d2)代入上式，得出柱塞受力F排＝P排π(2d2-D2)/4+P吸πD2/4----(式b)
公知的，对于完全平衡的往复增压泵的柱塞受力要求如下：
F吸＝0----(式c)
F排＝(P排-P吸)πD2/4----(式d)
因此，由P平吸＝P排+P阀与P平排＝P排-P阀，可以看出发明专利201710025047.7往复增压泵在吸入行程与排出行程时的平衡腔压力不相等。从(式a)与(式c)及(式b)与(式d)对比可以看出，发明专利201710025047.7往复增压泵在吸入行程时，满足了动力端在吸入行程时的良好受力；但在排出行程时，不但不能利用吸入压力能，反倒加大了柱塞受力，浪费了能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种往复增压泵，以解决上述现有技术存在的问题，通过压力平衡缸，自动调节平衡腔压力，使往复增压泵能适应任意变化的工况，并充分利用高吸入压力能量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种往复增压泵，包括压力平衡缸和泵体，所述泵体一侧固定连接有密封函体，所述密封函体内套设有大小头柱塞，所述大小头柱塞与所述密封函体内壁之间形成一个平衡腔，所述平衡腔通过平衡腔连接管与所述压力平衡缸一端连接，所述压力平衡缸另一端通过吸入腔连接管与所述泵体上的吸入腔连通；所述吸入腔和所述平衡腔之间密封隔开；所述压力平衡缸上连接有充液接头；所述大小头柱塞的小头端部连接有曲柄连杆机构。
可选的，所述压力平衡缸包括缸盖，所述缸盖一侧固定连接有缸体，所述缸体内套设有大小头活塞，所述吸入腔连接管与所述缸盖连通；所述缸盖、缸体和大小头活塞的大头形成平衡缸活塞大头容积腔，所述缸体和所述大小头活塞的小头形成平衡缸活塞小头容积腔；所述平衡缸活塞大头容积腔和所述平衡缸活塞小头容积腔中的液体是密封隔开的不连通；所述充液接头设置于远离所述缸盖一端，且所述充液接头与所述平衡缸活塞小头容积腔连通。
可选的，所述大小头活塞的大小头圆周上分别设有密封圈。
可选的，所述大小头活塞的大头直径与所述大小头柱塞的大头直径相等；所述大小头活塞的小头直径与所述大小头柱塞的小头直径相等。
可选的，所述大小头活塞的小头上设置有补液提示线。
可选的，所述平衡腔连接管一端并列连接有多个所述平衡腔，另一端与所述平衡缸活塞小头容积腔连通。
可选的，所述充液接头与所述压力平衡缸连接处设置有单向阀。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明利用压力平衡缸，自动调节平衡腔压力，消除了高吸入压力对泵动力端的影响；使平衡腔压力在吸入行程与排出行程时始终相等，并且与排出压力无关，使往复增压泵不受现场实际吸入压力、排出压力变化的影响，并充分利用了高吸入压力能量，提高了往复增压泵的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明往复增压泵结构示意图；
图2为现有技术中平衡腔压力示意图；
其中，1为大小头柱塞、2为密封函体、3为泵体、4为吸入腔、5为压力平衡缸、5-1为缸体、5-2为大小头活塞、5-3为缸盖、5-4为充液接头、5-5为补液提示线、5-6为第一密封圈、5-7为第二密封圈、6为吸入腔连接管、7为平衡腔连接管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种往复增压泵，以解决上述现有技术存在的问题，通过压力平衡缸，自动调节平衡腔压力，使往复增压泵能适应任意变化的工况，并充分利用高吸入压力能量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种往复增压泵，如图1所示，包括压力平衡缸5和泵体3，泵体3一侧固定连接有密封函体2，密封函体2内套设有大小头柱塞1，大小头柱塞1与密封函体2内壁之间形成一个平衡腔Q1，平衡腔Q1通过平衡腔连接管7与压力平衡缸5一端连接，压力平衡缸5另一端通过吸入腔连接管6与泵体3上的吸入腔4连通；吸入腔4和平衡腔Q1之间是通过压力平衡缸5隔开的；压力平衡缸5上连接有充液接头5-4；大小头柱塞1的小头端部连接有曲柄连杆机构。
具体地，压力平衡缸5包括缸盖5-3，缸盖5-3一侧固定连接有缸体5-1，缸体5-1内套设有大小头活塞5-2，吸入腔连接管6与缸盖5-3连通；缸盖5-3、缸体5-1和大小头活塞5-2的大头形成平衡缸活塞大头容积腔Qx，缸体5-1和大小头活塞5-2的小头形成平衡缸活塞小头容积腔Q；平衡缸活塞大头容积腔Qx和平衡缸活塞小头容积腔Q中的液体是通过第一密封圈5-6隔开的不连通；充液接头5-4设置于远离缸盖5-3一端，且充液接头5-4与平衡缸活塞小头容积腔连通。
进一步优选的，大小头活塞5-2的大小头圆周上分别设有密封圈，密封圈包括大小头活塞5-2的大头上的第一密封圈5-6和大小头活塞5-2的小头上的第二密封圈5-7。大小头活塞5-2的大头直径D与大小头柱塞1的大头直径D相等；大小头活塞5-2的小头直径d与大小头柱塞1的小头直径d相等。大小头活塞5-2的小头上设置有补液提示线5-5。平衡腔连接管7一端并列连接有多个平衡腔Q1、Q2......Qn，另一端与平衡缸活塞小头容积腔Q连通。充液接头5-4与压力平衡缸5连接处设置有单向阀。
其中，Q为平衡缸活塞小头容积腔、Qx为平衡缸活塞大头容积腔、Q1为平衡腔1、Q2为平衡腔2、Qn为平衡腔n、n为往复增压泵缸数、P吸为实际进口压力、P排为实际排出压力、P平为平衡腔压力、D为柱塞\活塞大头直径、d为柱塞\活塞小头直径、F吸为吸入行程时柱塞受力、F排为排出行程时柱塞受力。
压力平衡缸5包括缸体5-1、大小头活塞5-2、缸盖5-3、充液接头5-4、第一密封圈5-6、第二密封圈5-7，缸盖5-3与吸入腔连接管6联通，大小头活塞5-2置于缸体5-1内孔中，缸体5-1穿过大小头活塞5-2小头与缸盖5-3密封连接，缸体5-3连有充液接头5-4以及平衡腔连接管7，缸盖5-3、缸体5-1与大小头活塞5-2大头形成平衡缸活塞大头容积腔Qx，缸体5-1与大小头活塞5-2小头形成平衡缸活塞小头容积腔Q，大小头活塞5-2的大小头圆周上分别设有第一密封圈5-6及第二密封圈5-7。压力平衡缸5中的大小头活塞5-2上的小头上有补液提示线5-5。压力平衡缸5中的充液接头5-4带有单向阀。
本发明往复增压泵工作时，平衡腔Q1、平衡腔Q2....平衡腔Qn、平衡腔连接管7、平衡缸活塞小头容积腔Q形成的密闭空间通过充液接头5-4注满了液体，如果大小头活塞5-2的小头端面接近缸体5-3的外端面就停止充液；在使用过程中液体会有漏失损耗的，大小头活塞5-2在吸入压力P吸作用下在缸体5-1内向大小头活塞5-2小头方向移动，以补偿平衡腔Q1、平衡腔Q2....平衡腔Qn、平衡腔连接管7、平衡缸活塞小头容积腔Q形成的密闭空间中所损耗液体的容积；如果看见补液提示线5-5，就需要停泵补充液体；充液接头5-4是带有单向阀的，液体只能进入平衡缸活塞小头容积腔Q不会溢出。
下面按照往复增压泵的设计原理，对本发明做出进一步说明。
往复增压泵最基本要求是：一要消除高吸入压力P吸对泵动力端的影响，二要充分利用高吸入压力P吸的能量。也就是如前所述的在大小头柱塞吸入行程时柱塞受力F吸＝0(摩擦力很小可忽略)；在大小头柱塞排出行程时
F排＝(P排-P吸)πD2/4(摩擦力很小可忽略)。往复增压泵采用大小头柱塞的目的就是要通过液力平衡来消除高吸入压力P吸对泵动力端的影响，使F吸＝0；同时也要满足充分利用高吸入压力P吸能量，使F排＝(P排-P吸)πD2/4。为实现上述要求平衡腔压力P平至关重要，往复增压泵最理想的平衡腔压力P平＝P吸D2/(D2-d2)，平衡腔压力P平只与吸入压力P吸有关，与排出压力P排无关，并且要保证P平在吸入行程、排出行程时是一致的。
如附图1所示，本发明大小头活塞5-2的大头直径D与大小头柱塞1的大头直径D是相等的，大小头活塞5-2的小头直径d与大小头柱塞1的小头直径d也是相等的；平衡缸活塞大头容积腔Qx通过吸入腔连接管6与泵体3上的吸入腔4联通，那么平衡缸大头容积腔Qx内的压力等于P吸(沿程压力损失很小可忽略)，大小头活塞5-2的大头端面受到的压力＝P吸πD2/4；因为是通过平衡腔连接管7将平衡缸活塞小头容积腔Q与平衡腔Q1、平衡腔Q2....平衡腔Qn联通，那么平衡缸活塞小头容积腔Q内的压力也等于P平(沿程压力损失很小可忽略)。
大小头活塞5-2的大小头环形面受到的压力＝P平π(D2-d2)/4＝P吸πD2/4，得到P平＝P吸D2/(D2-d2)。实现了通过压力平衡缸5将吸入压力P吸转化为平衡腔压力P平，并使P平＝P吸D2/(D2-d2)。
往复增压泵一般是多缸的(如3缸、5缸、7缸等)，其各缸是均布错位工作的，有在吸入行程的、有在排出行程的，总体来说平衡腔Q1、平衡腔Q2....平衡腔Qn内的液体有进有出，但进、出的液体量是相等的，都在平衡腔Q1、平衡腔Q2....平衡腔Qn、平衡腔连接管7、平衡缸活塞小头容积腔Q形成的密闭空间内串动，其压力均等于P平，也就是说无论在吸入行程还是排出行程其平衡腔Qn内的压力一直是P平＝P吸D2/(D2-d2)，确保了无论吸入压力P吸与排出压力P排如何变化，平衡腔压力P平只与吸入压力P吸有关，随吸入压力P吸的变化而变化，与排出压力P排无关，不受排出压力P排变化的影响，同时平衡腔压力P平在吸入行程、排出行程时始终是一致的，使往复增压泵能适应任意变化的工况。
大小头柱塞1在吸入行程时受力F吸＝P吸πD2/4-P平π(D2-d2)/4，
将P平＝P吸D2/(D2-d2)代入得出F吸＝0；大小头柱塞1在排出行程时受力F排＝P排πD2/4-P平π(D2-d2)/4，将P平＝P吸D2/(D2-d2)代入得出
F排＝(P排-P吸)πD2/4。实现了往复增压泵消除高吸入压力P吸对泵动力端的影响，并充分利用高吸入压力P吸能量的要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种往复增压泵，其特征在于：包括压力平衡缸和泵体，所述泵体一侧固定连接有密封函体，所述密封函体内套设有大小头柱塞，所述大小头柱塞与所述密封函体内壁之间形成一个平衡腔，所述平衡腔通过平衡腔连接管与所述压力平衡缸一端连接，所述压力平衡缸另一端通过吸入腔连接管与所述泵体上的吸入腔连通；所述吸入腔和所述平衡腔之间密封隔开；所述压力平衡缸上连接有充液接头；所述大小头柱塞的小头端部连接有曲柄连杆机构。
2.根据权利要求1所述的往复增压泵，其特征在于：所述压力平衡缸包括缸盖，所述缸盖一侧固定连接有缸体，所述缸体内套设有大小头活塞，所述吸入腔连接管与所述缸盖连通；所述缸盖、缸体和大小头活塞的大头形成平衡缸活塞大头容积腔，所述缸体和所述大小头活塞的小头形成平衡缸活塞小头容积腔；所述平衡缸活塞大头容积腔和所述平衡缸活塞小头容积腔中的液体是密封隔开的不连通；所述充液接头设置于远离所述缸盖一端，且所述充液接头与所述平衡缸活塞小头容积腔连通。
3.根据权利要求2所述的往复增压泵，其特征在于：所述大小头活塞的大小头圆周上分别设有密封圈。
4.根据权利要求2所述的往复增压泵，其特征在于：所述大小头活塞的大头直径与所述大小头柱塞的大头直径相等；所述大小头活塞的小头直径与所述大小头柱塞的小头直径相等。
5.根据权利要求2所述的往复增压泵，其特征在于：所述大小头活塞的小头上设置有补液提示线。
6.根据权利要求2所述的往复增压泵，其特征在于：所述平衡腔连接管一端并列连接有多个所述平衡腔，另一端与所述平衡缸活塞小头容积腔连通。
7.根据权利要求1所述的往复增压泵，其特征在于：所述充液接头与所述压力平衡缸连接处设置有单向阀。
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