CN1093601C - 一种新型的轴向多柱塞容积式水泵 - Google Patents

一种新型的轴向多柱塞容积式水泵 Download PDF

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Abstract

一种轴向多柱塞容积式水泵，在缸体内有沿圆周均布的轴向缸孔和空心柱塞，柱塞中装有弹簧；缸体一端有均布的吸入阀和压出阀；缸体盖上设有吸入口和压出口，吸入阀腔通过缸体内的流道与柱塞底部及压出阀腔相通，压出阀腔经过孔与压出口相通；柱塞的头部与斜盘直接接触；斜盘安置在油池中并与主轴相连结；所说的容积式水泵，采用油水分离结构，在往复运动的柱塞上装有两道密封圈，在密封圈之间、对应柱塞的位置设有小腔和与小腔相连通的外泄口。所说的容积式水泵有以下优点：能泵送高压海水、淡水及其他低粘度液体，且体积小、重量轻、噪声低；油水分离结构，解决了轴承在水中失效问题；软密封结构使容积效率和吸入性能改善。

Description

一种新型的轴向多柱塞容积式水泵
技术领域
本发明属于容积式泵或液压泵，特别适用于泵送中高压海水、淡水及其他低粘度液体的场合。
技术背景
目前广泛应用于各工业部门的液压系统主要采用矿物油作工作介质，既浪费石油资源，又有易燃、污染环境等缺点。因此，国际上一直在研制用海水或淡水代替矿物油作工作介质的液压泵，国外最新研制的海水、淡水液压泵多采用端面配流及滑靴/斜盘结构，例如专著《水液压控制技术》(WaterHydraulics Control Technology，Erik Trostmann，Marcel Dekker Inc.，New York，1996)；又如《海水液压泵陶瓷零件的选择及其性能》(The Selection andPerformance of Ceramic Components in a Sea-Water Pump，C A Brooks等，FluidPower Proceedings of Third JHPS International Symposium on Fluid Power，Yokohoma 96，Japan，1996)，再如《水压传动技术的最新发展》(Developmentin Water Hydraulics，G.Scheffels，Hydraulic and Pneumatics，USA，Dec，1996)等介绍的海水或淡水液压泵均采用端面配流及滑靴/斜盘结构，主要摩擦副均浸没在水中。由于水，特别是海水的腐蚀性大、润滑性差，加之作用于摩擦副的PV值大，因此摩擦副不能用一般金属材料，主要采用工程陶瓷等特种工程材料。同时还因为结构复杂，加工困难，成本高，特别是如果没有这类新型的工程材料及特种加工手段，难以完成这类泵的生产制造和推广应用。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点，本发明提供一种能泵送中高压海水、淡水或其他低粘度介质，同时具有结构简单、重量轻、性能稳定、工作可靠、而且不一定采用陶瓷等成本高的特种工程材料等优点的阀配流轴向多柱塞容积式水泵。
本发明所说的轴向多柱塞容积式水泵，主要由缸体盖、缸体、配流阀、缸孔套、柱塞、主轴、斜盘、轴承、油池、端盖等构成；其结构为：在缸体内，有沿圆周均布的若干轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套，缸孔套内装有可作轴向运动的空心柱塞，柱塞的空心中装有弹簧；在缸体一端设置有沿圆周均布并与柱塞数目相同的吸入阀和压出阀；缸体盖上设置有吸入口和压出口，所有吸入阀与吸入口相连通；吸入阀腔通过缸体内的流道与柱塞的底部相通，柱塞的底部与压出阀腔相通，压出阀腔经过孔与压出口相通；柱塞的头部与斜盘接触；斜盘安置在由缸体和端盖组成的油池中并与主轴相连结。在所说的柱塞上，装有两道密封圈，两道密封圈之间设置有小腔以及与柱塞外小腔相连通的外泄口；在缸体和缸孔套对应柱塞的位置设置有外泄口。
本发明所说的轴向多柱塞容积式水泵，其配流阀(即吸入阀和压出阀)为软密封结构，它由压出阀阀芯(或吸入阀阀芯)、阀座、回程弹簧和阀套，及镶嵌于阀座上的软密封组成；所说的压出阀阀芯(或吸入阀阀芯)由回程弹簧压合在阀座上。
本发明所说的轴向多柱塞容积式水泵，采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞上装有两道密封圈，使柱塞一端的水与油池中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体和缸孔套对应空心柱塞的两道密封圈之间的位置设置有小腔，以及与柱塞外小腔相连通的外泄口，使渗漏的油或水可通过外泄口排出到壳体外；在主轴止推斜面两边安装有轴向止推滚动轴承。
本发明所说的容积式水泵具有以下优点：
(一)该泵由于采用新型结构，能泵送高压海水、淡水及其他低粘度液体，当然也能泵送矿物油。与离心式水泵相比，具有输出压力高、流量大、体积小、重量轻等优点，特别是与离心泵的输出流量随输出压力增加而急剧下降的特性相比，该泵具有输出流量基本上不随输出压力增加而改变的突出优点；与曲柄连杆卧式柱塞式水泵相比，该泵具有体积小、重量轻、噪声低的突出优点。
(二)该泵采用阀配流结构，具有良好的抗污染性能。而且避免了采用端面配流结构所产生的严重腐蚀磨损问题。
(三)采用了油水分离结构，使运动摩擦副及所有轴承处于油润滑状态，工作可靠性及寿命大为提高，相对来说可以降低对摩擦副材料的要求，特别是避免了滚动轴承在水中很快失效的严重问题。
(四)采用软密封结构，不仅使泵的容积效率提高，而且使泵的吸入性能大为改善，使该泵具有很好的吸入特性。
(五)这种结构的泵使用于泵送海水、淡水场合，应用范围很广。如作为以海水、淡水或其他低粘度液体作工作介质的中、低压液压系统中的主液压泵；作为潜艇、救生艇等的排水泵；作为高层建筑的消防用泵；作为船舶、升船机、深潜调查船和原子能动力站等场合的抽、排水泵等。
附图说明
附图1、轴向多柱塞容积式水泵结构原理图；
附图2、油水分离结构原理图；
附图3、配流阀(以压出阀为例)软密封结构原理图之一；
附图4、配流阀(以压出阀为例)软密封结构原理图之二；
附图5、滑靴/斜盘结构原理图之一；
附图6、滑靴/斜盘结构原理图之二。
以下结合附图与实施例对本发明所说的轴向多柱塞容积式水泵的结构和工作原理作进一步说明。
如图1中所示的容积式水泵由缸体盖25、缸体24、吸入阀22、压出阀3、柱塞9、主轴11、斜盘8、轴承12、13、14、19及端盖17等组成。油池18中注入润滑油，用于润滑轴承及斜盘/柱塞等摩擦副。该泵结构为：在缸体右侧有沿圆周均布的若干缸孔，缸孔内均装有缸孔套7和柱塞9；在缸体左侧分别装有与柱塞等数目的吸入阀22和压出阀3；柱塞9在弹簧6的作用下与斜盘8紧密接触，当主轴11在原动机驱动下旋转时，斜盘8跟着主轴11旋转，迫使柱塞9在缸孔套7中左右往复运动；当柱塞9向右运动时，柱塞底部容积增大，通过流道15与柱塞底部相通的吸入阀腔21产生真空，由吸入口1来的水打开吸入阀芯16进入吸入阀腔21和柱塞底部，形成水泵的吸水过程；当柱塞9向左运动时，柱塞底部容积减小、压力增加，迫使吸入阀芯16关闭，压出阀芯4开启，柱塞底部的水通过孔26由压出口2排出，形成水泵的压水过程。主轴每旋转一次，每个柱塞完成一次上述吸水和排水过程。
本发明所说的配流阀(即吸入阀与压出阀)，其阀芯与阀座接触面的密封形式可以是将软密封28设置在阀座上，也可以是将软密封28设置在阀芯上。
在该泵的各组件的结合面上均可设置密封装置。
本发明所说的轴向多柱塞容积式水泵，其中柱塞9与斜盘8之间可以是直接接触，也可以采用滑靴/斜盘结构。所说的滑靴/斜盘结构是，柱塞9的头部为带颈的圆球头，嵌于滑靴31的球窝内，在回程盘32的作用下使滑靴31与斜盘8成面接触(如图5)；也可以是柱塞9的头部为凹形球窝，在该凹形球窝内嵌入带颈球头的滑靴31，并在回程盘32的作用下使滑靴31与斜盘8成面接触(如图6)。
本发明所说的轴向多柱塞容积式水泵的实施例：
1、它由缸体盖25、缸体24、、缸孔套7、柱塞9、吸入阀22、压出阀3、斜盘8、轴承、主轴11、油池18、端盖17等构成，其结构为：(1)该水泵采用阀配流结构，即在缸体24内，沿圆周均布有轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套7，缸孔套7内装有可作轴向运动的空心柱塞9，在缸体24一端设置有沿圆周均布并与柱塞9数目相同的吸入阀22和压出阀3；缸体盖25上设置有水的吸入口1和压出口2，所有吸入阀22与吸入口1相连通，吸入阀腔21通过缸体内的流道15与轴向柱塞9的底部相通，柱塞9的底部与压出阀腔5相通，压出阀腔5经过孔26与水的压出口2相通；(2)柱塞9的头部与斜盘8直接接触(如图1、2所示)；(3)配流阀(即吸入阀22和压出阀3)为软密封结构，它由压出阀阀芯4(或吸入阀阀芯16)、阀座29、回程弹簧27和阀套30，及镶嵌于阀座29上的软密封28组成(如图3所示)；(4)该水泵采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞9上，装有两道密封圈10，使柱塞9一端的水与另一端油池18中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体24和缸孔套7对应空心柱塞9的两道密封圈10之间的位置设置有小腔23，以及与柱塞外小腔23’相连通的外泄口20，(如图1、2所示)使渗漏的油或水可通过外泄口20排出到壳体外；(5)该泵所有轴承，如止推轴承12、13、球轴承14、滚针轴承19及柱塞9头部、斜盘8等这些相对运动的摩擦副均由灌入油池18中的润滑油润滑；(6)该泵主轴11止推斜面两边安装两个轴向止推滚动轴承12和13。
2、它由缸体盖25、缸体24、缸孔套7、柱塞9、吸入阀22、压出阀3、斜盘8、轴承、主轴11、油池18、端盖17等构成，其结构为：(1)该水泵采用阀配流结构，即在缸体24内，沿圆周均布有轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套7，缸孔套7内装有可作轴向运动的空心柱塞9，在缸体24一端设置有沿圆周均布并与柱塞9数目相同的吸入阀22和压出阀3；缸体盖25上设置有水的吸入口1和压出口2，所有吸入阀22与吸入口1相连通，吸入阀腔21通过缸体内的流道15与轴向柱塞9的底部相通，柱塞9的底部与压出阀腔5相通，压出阀腔5通过压出阀芯4和孔26与水的压出口2相通；(2)柱塞9的头部与斜盘8直接接触(如图1、2所示)；(3)配流阀为软密封结构，它由回程弹簧27、阀座29、压出阀阀芯4(或吸入阀阀芯16)、阀套30及装在阀芯上的软密封28构成(如图4所示)；(4)该水泵采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞9上，装有两道密封圈10，使柱塞9一端的水与另一端油池18中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体24和缸孔套7对应空心柱塞9的两道密封圈10之间的位置设置有小腔23，以及与柱塞外小腔23’相连通的外泄口20(如图1、2所示)，使渗漏的油或水可通过外泄口20排出到壳体外；(5)该泵所有轴承，如止推轴承12、13、球轴承14、滚针轴承19及柱塞9头部、斜盘8等这些相对运动的摩擦副均由灌入油池18中的润滑油润滑；(6)该泵主轴11止推斜面两边安装两个轴向止推滚动轴承12和13。
3、它由缸体盖25、缸体24、缸孔套7、柱塞9、吸入阀22、压出阀3、斜盘8、轴承、主轴11、油池18、端盖17等构成，其结构为：(1)该水泵采用阀配流结构，即在缸体24内，沿圆周均布有轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套7，缸孔套7内装有可作轴向运动的空心柱塞9，在缸体24一端设置有沿圆周均布并与柱塞9数目相同的吸入阀22和压出阀3；缸体盖25上设置有水的吸入口1和压出口2，所有吸入阀22与吸入口1相连通，吸入阀腔21通过缸体内的流道15与轴向柱塞9的底部相通，柱塞9的底部与压出阀腔5相通，压出阀腔5通过压出阀芯4和孔26与水的压出口2相通；(2)柱塞9与斜盘8间为滑靴/斜盘结构，柱塞9的头部为带颈的圆球头，嵌于滑靴31的球窝内，通过回程盘32与斜盘8成面接触(如图5所示)；(3)配流阀为软密封结构，它由回程弹簧27、阀座29、压出阀阀芯4(或吸入阀阀芯16)、阀套30及装在阀芯上的软密封28构成(如图4所示)；(4)该水泵采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞9上，装有两道密封圈10，使柱塞9一端的水与另一端油池18中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体24和缸孔套7对应空心柱塞9的两道密封圈10之间的位置设置有小腔23，以及与柱塞外小腔23’相连通的外泄口20(如图1、2所示)，使渗漏的油或水可通过外泄口20排出到壳体外；(5)该泵所有轴承，如止推轴承12、13、球轴承14、滚针轴承19及柱塞9头部、滑靴31、斜盘8等这些相对运动的摩擦副均由灌入油池18中的润滑油润滑；(6)该泵主轴11止推斜面两边安装两个轴向止推滚动轴承12和13。
4、它由缸体盖25、缸体24、缸孔套7、柱塞9、吸入阀22、压出阀3、斜盘8、轴承、主轴11、油池18、端盖17等构成，其结构为：(1)该水泵采用阀配流结构，即在缸体24内，沿圆周均布有轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套7，缸孔套7内装有可作轴向运动的空心柱塞9，在缸体24一端设置有沿圆周均布并与柱塞9数目相同的吸入阀22和压出阀3；缸体盖25上设置有水的吸入口1和压出口2，所有吸入阀22与吸入口1相连通，吸入阀腔21通过缸体内的流道15与轴向柱塞9的底部相通，柱塞9的底部与压出阀腔5相通，压出阀腔5通过压出阀芯4和孔26与水的压出口2相通；(2)柱塞9与斜盘8间为滑靴/斜盘结构，柱塞9的头部为带颈的圆球头，嵌于滑靴31的球窝内，通过回程盘32与斜盘8成面接触(如图5所示)；(3)配流阀为软密封结构，它由压出阀阀芯4(或吸入阀阀芯16)、阀座29、回程弹簧27和阀套30，镶嵌于阀座29上的软密封28组成(如图3所示)；(4)该水泵采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞9上，装有两道密封圈10，使柱塞9一端的水与另一端油池18中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体24和缸孔套7对应空心柱塞9的两道密封圈10之间的位置设置有小腔23，以及与柱塞外小腔23’相连通的外泄口20(如图1、2所示)，使渗漏的油或水可通过外泄口20排出到壳体外；(5)该泵所有轴承，如止推轴承12、13、球轴承14、滚针轴承19及柱塞9头部、滑靴31，斜盘8等这些相对运动的摩擦副均由灌入油池18中的润滑油润滑；(6)该泵主轴11止推斜面两边安装两个轴向止推滚动轴承12和13。
5、它由缸体盖25、缸体24、缸孔套7、柱塞9、吸入阀22、压出阀3、斜盘8、轴承、主轴11、油池18、端盖17等构成，其结构为：(1)该水泵采用阀配流结构，即在缸体24内，沿圆周均布有轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套7，缸孔套7内装有可作轴向运动的空心柱塞9，在缸体24一端设置有沿圆周均布并与柱塞9数目相同的吸入阀22和压出阀3；缸体盖25上设置有水的吸入口1和压出口2，所有吸入阀22与吸入口1相连通，吸入阀腔21通过缸体内的流道15与轴向柱塞9的底部相通，柱塞9的底部与压出阀腔5相通，压出阀腔5通过压出阀芯4和孔26与水的压出口2相通；(2)柱塞9与斜盘8间为滑靴/斜盘结构，柱塞9的头部为凹形球窝，在该凹形球窝内嵌入带颈球头的滑靴31，并通过回程盘32与斜盘8成面接触(如图6所示)；(3)配流阀为软密封结构，它由压出阀阀芯4(或吸入阀阀芯16)、阀座29、回程弹簧27和阀套30，镶嵌于阀座29上的软密封28组成(如图3所示)；(4)该水泵采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞9上，装有两道密封圈10，使柱塞9一端的水与另一端油池18中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体24和缸孔套7对应空心柱塞9的两道密封圈10之间的位置设置有小腔23，以及与柱塞外小腔23’相连通的外泄口20(如图1、2所示)，使渗漏的油或水可通过外泄口20排出到壳体外；(5)该泵所有轴承，如止推轴承12、13、球轴承14、滚针轴承19及柱塞9头部、滑靴31、斜盘8等这些相对运动摩擦副均由灌入油池18中的润滑油润滑；(6)该泵主轴11止推斜面两边安装两个轴向止推滚动轴承12和13。
6、它由缸体盖25、缸体24、缸孔套7、柱塞9、吸入阀22、压出阀3、、斜盘8、轴承、主轴11、油池18、端盖17等构成，其结构为：(1)该水泵采用阀配流结构，即在缸体24内，沿圆周均布有轴向缸孔(其数目按设计计算确定)，缸孔内装有缸孔套7，缸孔套7内装有可作轴向运动的空心柱塞9，在缸体24一端设置有沿圆周均布并与柱塞9数目相同的吸入阀22和压出阀3；缸体盖25上设置有水的吸入口1和压出口2，所有吸入阀22与水的吸入口1相连通，吸入阀腔21通过缸体内的流道15与轴向柱塞9的底部相通，柱塞9的底部与压出阀腔5相通，压出阀腔5通过压出阀芯4和孔26与水的压出口2相通；(2)柱塞9与斜盘8间为滑靴/斜盘结构，柱塞9的头部为凹形球窝，在该凹形球窝内嵌带颈球头的滑靴31，并通过回程盘32与斜盘8成面接触(如图6所示)。(3)配流阀为软密封结构，它由回程弹簧27、阀座29、压出阀阀芯4(或吸入阀阀芯16)、阀套30及装在阀芯上的软密封28构成(如图4所示)；(4)该水泵采用油水分离结构，在作往复运动的柱塞9上，装有两道密封圈10，使柱塞9一端的水与另一端油池18中的润滑油完全隔开，不会相互渗漏，为防止万一有少许的油或水通过密封漏出，在缸体24和缸孔套7对应空心柱塞9的两道密封圈10之间的位置设置有小腔23，以及与柱塞外小腔23’相连通的外泄口20(如图1、2所示)，使渗漏的油或水可通过外泄口20排出到壳体外；(5)该泵所有轴承，如止推轴承12、13、球轴承14、滚针轴承19及柱塞9头部、滑靴31、斜盘8等这些相对运动摩擦副均由灌入油池18中的润滑油润滑；(6)该泵主轴11止推斜面两边安装两个轴向止推滚动轴承12和13。

Claims (6)

1.一种轴向多柱塞容积式水泵，由缸体盖、缸体、配流阀、缸孔套、柱塞、主轴、斜盘、轴承、油池、端盖构成；在缸体(24)内，有沿圆周均布的轴向缸孔，缸孔套(7)内装有可作轴向运动的空心柱塞(9)，柱塞(9)的空心中装有弹簧(6)，缸体(24)一端设置有沿圆周均布并与柱塞(9)数目相同的吸入阀(22)和压出阀(3)；缸体盖(25)上设置有吸入口(1)和压出口(2)，所有吸入阀(22)与吸入口(1)相连通；吸入阀腔(21)通过缸体内的流道(15)与柱塞(9)的底部相通，柱塞(9)的底部与压出阀腔(5)相通，压出阀腔(5)经过孔(26)与压出口(2)相通；柱塞(9)的头部与斜盘(8)接触；斜盘(8)安置在由缸体(24)和端盖(17)组成的油池(18)中，并与主轴(11)相连结，其特征在于，在所说的柱塞(9)上，装有两道密封圈(10)，两道密封圈(10)之间设置有小腔(23)以及与柱塞外小腔(23’)相连通的外泄口(20)；在缸体(24)和缸孔套(7)对应柱塞(9)的位置设置有外泄口(20)。
2.按照权利要求1所说的容积式水泵，其特征在于，所说的配流阀是吸入阀(22)和压出阀(3)。
3.按照权利要求2所说的容积式水泵，其特征在于，所说的配流阀为软密封结构，其密封圈镶嵌于阀座上。
4.按照权利要求2所说的容积式水泵，其特征在于，所说的配流阀为软密封结构，其密封圈镶嵌于阀芯上。
5.按照权利要求1所说的容积式水泵，其特征在于，所说的柱塞(9)与斜盘(8)之间可以是直接接触，也可以采用滑靴/斜盘结构。
6.按照权利要求1或5所说的容积式水泵，其特征在于，所说的滑靴/斜盘结构是，柱塞(9)的头部为带颈的圆球头，嵌于滑靴(31)的球窝内，与斜盘(8)成面接触；也可以是柱塞(9)的头部为凹形球窝，在该凹形球窝内嵌入带颈球头的滑靴(31)，在回程盘(32)的作用下使滑靴(31)与斜盘(8)成面接触。
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