CN111980895B - 用于向液压机械装置的机械部分提供端口的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为液压机械装置(40)的机械部分(26)提供端口的设备，所述设备(10)包括低压入口端口(12)、泄漏入口(16)、具有用于与所述机械部分(26)建立流体连通的低压开口(22)的低压腔室(18)、高压出口端口(14)以及与所述高压出口端口(14)流体连通的高压腔室(20)，所述高压腔室(20)具有用于与所述机械部分(26)建立流体连通的高压开口(24)，其中，所述低压入口端口(12)与所述低压腔室(18)流体连通，其中，泄漏路径(36)从所述高压腔室(20)延伸穿过所述机械部分(26)到达所述泄漏入口(16)，其特征在于，所述设备(10)还包括将所述泄漏入口(16)连接到所述低压腔室(18)的控制阀构件(28)，其中，当所述泄漏入口(16)中的压力相对于所述低压腔室(18)中的压力高于预定控制压力阈值时，控制阀构件(28)转变到打开状态。该设备(10)减少液压机械装置(40)中的气蚀。

Description

用于向液压机械装置的机械部分提供端口的设备
技术领域
本发明涉及一种用于向液压机械装置的机械部分提供端口的设备。
背景技术
液压机械装置可以是例如轴向活塞泵、旋转压力交换器或能量回收设备等。液压机械装置包括用于提供能量交换的移动部件。在轴向活塞泵的实施例中，液压机械装置包括用于待泵送流体的低压入口和高压出口。入口和出口与转子流体连通，所述转子围绕旋转轴线旋转。转子是液压机械装置的机械部分的部件。转子具有导管。转子的旋转交替地将导管布置成与入口和出口流体连通。每个导管都包括能够沿导管滑动的活塞。活塞被构造成当导管与入口流体连通时远离入口移动。这种移动产生抽吸力，使得流体从入口流入到相应的导管中。此外，活塞被构造成当导管与出口流体连通时朝向出口移动。当朝向出口移动时，活塞将导管中的任何流体推出到高压出口。这增加了高压出口处的待泵送流体的压力。通常，这也导致在缸筒与导管之间的流体泄漏到轴向活塞泵的中空部内。泄漏流体可以经由泄漏入口沿穿过液压机械装置的泄漏路径返回到入口。EP3109470A1示出了包括泄漏入口的液压机械装置。
当活塞远离入口移动时，活塞导致入口处的压力降低。这使得待泵送流体从低压腔室流入到导管中。例如，如果通过入口的流体流量不能补偿入口处的压力降低，或者如果流体的静压力下降到其沸腾压力以下，这可能会导致气蚀。气蚀可能会损坏液压机械装置。
发明内容
本发明的目的可以是提供一种减少液压机械装置中的气蚀的设备。
根据本发明的一方面，提供了一种用于向液压机械装置的机械部分提供端口的设备，所述设备包括低压入口端口、泄漏入口、具有用于与所述机械部分建立流体连通的低压开口的低压腔室、高压出口端口、以及与所述高压入口端口流体连通的高压腔室，所述高压腔室具有用于与所述机械部分建立流体连通的高压开口，其中，所述低压入口端口与所述低压腔室流体连通，其中，泄漏路径从所述高压腔室延伸穿过所述机械部分到达所述泄漏入口，其特征在于，所述设备还包括将所述泄漏入口连接到所述低压腔室的控制阀构件，其中，当所述泄漏入口中的压力相对于所述低压腔室中的压力高于预定控制压力阈值时，所述控制阀构件转变到打开状态。
用于向液压机械装置的机械部分供应端口的设备通过控制阀构件提供低压腔室中的压力控制。低压腔室中的压力取决于通过低压端口进入到低压腔室中的流体流和由液压机械装置的机械部分产生的抽吸力。如果低压腔室中的压力相对于泄漏入口中的压力下降到预定压力阈值以下，则控制阀构件打开。由于泄漏入口中的流体的压力高于低压腔室中的压力，因此泄漏入口中的流体将流入低压腔室中并通过低压入口添加到流体流中。这降低了机械部分中的气蚀的风险。液压机械装置在泄漏入口端口处由于泄漏而给流体补充燃料。流体沿着泄漏路径流动，即从高压腔室通过液压机械装置的机械部分流动到泄漏入口端口。预定控制压力阈值被选择为高于可能在低压腔室中引起气蚀的压力。因此，低压腔室中的压力的增加或稳定减少了低压腔室中的气蚀。此外，在高压出口端口处的给定压力下，机械部分与高压腔室之间的压力差减小。
在低压腔室与泄漏入口之间的压力差降到控制压力阈值以下之后，控制阀构件可以转变成关闭状态。待泵送流体例如可以是水。
控制阀构件可以是例如单向阀。预定控制压力例如可以大于3巴，优选地为在低压腔室处的压力与高压腔室处的压力之间的压力，优选地为在低压腔室处的压力和高压腔室处的压力中间的压力。这可以减少泄漏。如果控制压力处于低压腔室处的压力和高压腔室处的压力之间的中间，则泄漏可能会减少到一半。
端口也可以是可以连接到流体管线等的端口的端口。
在一个示例中，控制阀构件可以是用于调节预定控制压力的可调节阀构件。
控制压力然后可以适于液压机械装置的不同运行条件。例如，如果液压机械装置包括处于低压下的运行点和处于高压下的另一运行点，则可调节控制阀构件可以适于这些运行点。对于低运行点，控制阀构件可以被调节到低控制压力阈值。在是泵的液压机械装置中，这避免了在抽吸冲程期间导管的过度填充。对于高运行点，控制阀构件可以被调节到高控制压力阈值。在是泵的液压机械装置中，这在抽吸冲程期间经由导管中向上通过泵的活塞的支承元件的中部的连接件来支撑导管的填充。这减少了气蚀。
根据一个示例，该设备包括将低压腔室连接到机械部分的填充阀构件，其中，当低压腔室中的压力相对于机械部分中的压力高于预定填充压力阈值时，填充阀构件转变到打开状态。
填充阀构件可以例如是单向阀。此外，填充阀的打开可以使得能够在使用液压机械装置之前用待泵送流体填充液压机械装置的机械部分。在一个示例中，预定填充压力阈值可以小于2巴，优选地在2巴与0巴之间，进一步优选地为0.5巴。
根据进一步的示例，该设备可以包括将低压腔室连接到高压腔室的冲洗阀构件，其中，当低压腔室中的压力相对于高压腔室中的压力高于预定冲洗压力阈值时，冲洗阀构件转变到打开状态。
冲洗阀构件可以例如是单向阀。此外，冲洗阀的打开可以使得能够在高压出口端口之后用待泵送的流体填充系统。这可以在使用液压机械装置之前但在将高压出口端口连接到流体将被泵送到其中的系统之后执行。在一个示例中，预定冲洗压力阈值可以低于1巴，优选地在1巴与0巴之间，进一步优选地为0巴。可以选择预定冲洗压力阈值，以使得如果在高压腔室中没有高压，则冲洗阀构件打开。
根据另一示例，该设备还可以包括在泄漏路径中位于泄漏入口与机械部分之间的流量测量设备。
流量测量设备被构造成测量通过泄漏入口的流体流量。高压腔室与机械部分之间的泄漏被假定为限定液压机械装置的从设备到机械部分的泄漏流的主要量。因此，泄漏入口处的流量测量设备提供关于高压腔室与机械部分之间的泄漏流的信息。此外，泄漏设备仅提供关于液压机械装置中的泄漏的信息，而不测量液压机械装置外部的任何另外的泄漏流。
流量测量设备可以被集成在机械部分中。
在一个可选的示例中，不存在流量测量设备。相反，安装了提供泄漏入口与机械部分之间的流体连通的盖。
根据一个示例，该设备是液压机械装置的端口法兰。
用户可以容易地将提供端口和压力腔室的端口法兰连接到液压机械装置的机械部分。此外，用户可以用另一端口法兰替换该端口法兰，以便升级液压机械装置。
入口端口可以包括泄漏入口。泄漏入口连接到管，该管附接到入口端口。在该示例中，泄漏路径被布置在设备外部。
在本发明的另一方面中，提供了一种液压机械装置，该液压机械装置包括机械部分和根据前述描述的设备，该机械部分包括围绕旋转轴线可旋转地安装的转子，所述转子具有围绕所述转子的旋转轴线旋转的多个导管，每个导管都包括关闭所述导管的阻挡元件，其中，所述阻挡元件能够沿着所述导管滑动地移动，其中，所述转子布置在所述设备处，其中，每个导管通过所述转子的旋转交替地布置成与所述低压开口流体连通和与所述高压开口流体连通，其中，如果所述导管与所述高压腔室流体连通，则所述泄漏路径延伸穿过所述导管。
根据本发明的液压机械装置的效果和进一步的实施例类同于根据上述描述的设备的效果和实施例。因此，参考以上对设备的描述。
阻挡元件可以例如是活塞。在可选的示例中，阻挡元件可以是不与待泵送流体混合的阻挡流体。
根据一个示例，机械部分还包括机械腔室，其中，所述转子布置在所述机械腔室与所述设备之间，其中，所述机械腔室至少与正在与所述高压腔室流体连通的所述导管流体连通，所述机械腔室包括位于所述泄漏路径中的泄漏出口，所述泄漏出口与所述泄漏入口流体连通。
机械腔室收集通过导管来自高压腔室的泄漏流。泄漏出口将泄漏流提供到泄漏入口。此外，流量测量设备可以布置在机械腔室中。
根据另一示例，所述机械腔室还包括通风开口，所述通风开口提供所述机械腔室与外部环境之间的流体连通，其中，可移除塞构件关闭所述通风开口。
通过从通气开口移除塞构件，机械腔室与周围环境流体连通。当通过填充阀构件用待泵送流体填充机械腔室时，机械腔室中的任何其它流体(例如，空气)可以通过通气开口流出机械腔室。这简化了用待泵送流体填充机械腔室。
根据一个示例，机械部分是轴向活塞泵。
根据另一示例，机械部分是能量回收设备。
在另一示例中，液压机械装置包括用于为机械部分提供端口的设备。因此，该设备可以集成在例如轴向活塞泵中或能量回收设备中。
附图说明
本发明的其它特征、细节和优点从权利要求的措辞以及基于附图的示例性实施例的以下描述中得出。附图示出：
图1a、图1b是液压机械装置的实施例的示意图；以及
图2a、图2b是该设备的横截面示意图。
具体实施方式
图1a示出了液压机械装置，该液压机械装置整体上具有附图标记40。
液压机械装置40包括机械部分26和用于提供端口的设备10。在该实施例中，液压机械装置40的机械部分26是轴向活塞泵。此外，设备10是封闭轴向活塞泵的端口法兰。然而，这并不排除机械部分26是另一种设备，例如能量回收设备或压力交换器。
机械部分26包括可旋转地安装的转子38。转子38可以围绕旋转轴线42旋转。此外，转子38包括导管44。每个导管44都包括阻挡元件46。在该实施例中，阻挡元件46是活塞。
阻挡元件46能够滑动地安装在导管44中。阻挡元件46可以沿着导管44滑动。转子38的旋转使导管44和阻挡元件46围绕旋转轴线42旋转。
设备10包括低压入口端口12，所述低压入口端口12与低压腔室18流体连通，所述低压腔室18具有用于与机械部分26建立流体连通的低压开口22。此外，设备10包括高压出口端口14，所述高压出口端口14与高压腔室20流体连通，所述高压腔室20具有用于与机械部分26建立流体连通的高压开口24。
待泵送流体(例如，水)可以流动通过低压开口22和高压开口24。这意味着待泵送流体可以从低压腔室18流动通过低压开口22进入到机械部分26中。此外，流体可以从机械部分26流动通过高压开口24进入到高压腔室20中。
由于转子38的旋转，当围绕旋转轴线42旋转时，导管44交替地布置在低压开口22与高压开口24处。因此，导管44可以首先被放置在正在与低压腔室18流体连通的低压开口22处。然后，导管44可以被放置在正在与高压腔室20流体连通的高压开口24处。当导管44布置在低压开口22处时，阻挡元件46被构造成沿着导管44远离低压开口22移动。这导致导管44的容积增加，从而导致低压腔室18中的压力降低。当导管44布置在高压开口24处时，阻挡元件46被构造成沿着导管44朝向高压开口24移动。这导致导管44的容积减小，这导致高压腔室20中的压力增加。
作为阻挡元件46的活塞每一个都包括支承元件60。支承元件60被构造成沿着滑动板48滑动。滑动板48与旋转轴线42的法向平面成一小角度。该角度使得滑动板48的面向低压开口22的第一部分62与转子38的距离沿着转子38的旋转方向增加。滑动板48的面向高压开口24的第二部分64与转子38的距离沿着转子38的旋转方向减小。这意味着，当相应的导管44沿着低压开口22移动同时围绕旋转轴线42旋转时，滑动板48将经由相应的支承元件60引导阻挡元件46朝向低压开口22。此外，当相应的导管44沿着高压开口24移动同时围绕旋转轴线42旋转时，滑动板48将经由相应的支承元件60引导阻挡元件46远离高压开口24。
因此，沿着低压开口22移动的导管44的阻挡元件46将待泵送流体吸入到导管44中，并在高压开口24处将待泵送流体压出。
当阻挡元件46在高压开口24处从导管44压出待泵送流体时，少量的待泵送流体将在阻挡元件46与导管44的壁之间从阀系统(未示出)、从支承元件60和穿过活塞的通道(未示出)从支承元件与滑动板48之间泄漏到机械部分26的机械腔室50中。机械腔室50可以收集泄漏的待泵送流体。
机械腔室50包括与设备10的泄漏入口16流体连通的泄漏出口56。泄漏入口16连接到控制阀构件28，所述控制阀构件28将泄漏入口16连接到低压腔室18。如果泄漏入口16中的压力相对于低压腔室18中的压力高于预定控制压力阈值，则控制阀构件28打开。否则，控制阀构件28关闭。然后，控制阀构件28阻塞泄漏入口16与低压腔室18之间的通路。如果控制阀构件28打开，则泄漏流体可以从泄漏出口56流动通过泄漏入口16和控制阀构件28进入到低压腔室18中。控制阀构件28可以是单向阀，该单向阀仅允许流体从泄漏入口16流入到低压腔室18中。预定控制压力阈值可以例如大于3巴，优选地为5巴。
流量测量设备34可以布置在泄漏出口56与泄漏入口16之间。流量测量设备34可以测量泄漏流体的流量。
泄漏流体沿着泄漏路径36流动。泄漏路径36在高压开口24处开始，并且延伸通过在转子38的旋转的一部分期间布置在高压开口24处的导管44。泄漏路径46在相应的阻挡元件46与导管44的壁之间延伸。然后，泄漏路径36通过穿过机械腔室50直到泄漏出口56而延伸通过机械部分26。泄漏路径6进一步经过流量测量设备34并且终止于泄漏入口16处。
如果泄漏入口16中的压力相对于低压腔室中的压力高于预定控制压力阈值，则泄漏流体可以经过控制阀构件28进入到低压腔室18中。流动通过控制阀构件28的流体添加到低压腔室18中的流体。因此，该额外的流量与通过低压入口端口12的待泵送流体的流量相结合，以增加进入到低压腔室中的总流入量。这降低了在转子38的移动期间在低压腔室18和机械部分26中的气蚀的可能性。此外，在高压出口端口14处的给定压力下，机械部分26与高压腔室20之间的压力差减小。
设备10还包括填充阀构件30，所述填充阀构件30位于低压腔室18与机械部分26之间。特别地，填充阀构件30开始于低压腔室18处并终止于机械部分28的机械腔室50处。如果低压腔室18中的压力相对于机械腔室50中的压力高于预定填充压力阈值，则填充阀构件30打开。预定填充压力阈值是小于2巴的值，优选地在2巴和0巴之间，进一步优选地为0.5巴。否则，填充阀构件30关闭。此外，填充阀构件30仅允许从低压腔室18到机械部分26的机械腔室50中的流量。填充阀30可以是单向阀。填充阀构件30可以用于在使用液压机械装置40之前用待泵送流体填充机械腔室50。
此外，机械部分26可以包括通风开口52和可移除塞54。通风开口52可以布置在机械腔室50处。此外，通风开口52可以以流体连通的方式将机械腔室50连接到周围环境。可移除塞54可以放置在通风开口52中以关闭通风开口52。
可移除塞54可以从通风开口52移除以对机械腔室50通风。这在机械腔室50将被填充有待泵送的流体时是特别有用的。然后，在以高于预定填充压力阈值的压力填充待泵送流体到低压腔室18中之前，用户可以首先移除可移除塞54。在填充过程之后，可移除塞54可以重新布置在通风开口52中以关闭通风开口52。
设备10还包括布置在低压腔室18与高压腔室20之间的冲洗阀构件32。在打开状态下，冲洗阀构件32允许从低压腔室18到高压腔室20的流量。如果在高压腔室20中没有高压，则冲洗阀构件32可以打开。例如，如果低压腔室18中的压力相对于高压腔室20中的压力高于预定冲洗压力阈值，则冲洗阀构件32打开。冲洗压力阈值可以低于1巴，优选地在1巴与0巴之间，进一步优选地为0巴。冲洗阀构件32可以是单向阀。
冲洗阀构件32可以在使用液压机械装置40之前使用，以用待泵送流体填充系统，其中，所述系统与高压出口端口14流体连通。然后，待泵送流体通过低压入口端口12被引入到低压腔室18中。只要在高压腔室20中没有高压，冲洗阀构件32就打开，并且待泵送流体可以流动通过冲洗阀构件32进入到高压腔室20中，并且进一步流动通过高压出口端口14进入到所述系统中。
在图1b中，泄漏入口16连接到管11，该管11附接到入口端口12。因此，入口端口12包括泄漏入口16。在该示例中，泄漏路径36布置在设备10的外部。所收集的泄漏流经由入口端口12进入设备10。
图2a和图2b示出了设备10的示意性横截面。相同的附图标记表示与图1的描述中相同的元件。
图2a示出了设备10的横截面，其中，设备10是用于液压机械装置的端板。该横截面布置在垂直于液压机械装置的旋转轴线42的平面中。在该实施例中，液压机械装置包括沿着穿过设备10的旋转轴线42延伸穿过转子38的机械腔室50。因此，设备10包括位于中心的设备开口66，所述设备开口66与液压机械装置的机械腔室流体连通。
在该实施例中，泄漏出口布置在设备10处。设备10包括泄漏通道58，所述泄漏通道58将泄漏出口连接到周围环境。泄漏路径36延伸穿过泄漏通道58。流量测量设备可以连接到泄漏通道58和泄漏入口16，从而桥接泄漏通道58与泄漏入口16之间的距离。
如在该实施例中进一步示出的，填充阀30布置在低压腔室18与设备开口66之间，所述设备开口66与机械腔室流体连通。
在垂直于旋转轴线42的平面中，低压开口22和高压开口24是弧形的。低压开口22和高压开口24沿着进入导管中的入口的轨迹行进，该导管围绕旋转轴线42旋转。在导管的在低压开口22和高压开口24之间围绕旋转轴线42的轨迹处，设备10关闭导管的相应开口。
图2b示出了设备10在包括旋转轴线42的平面中的横截面。该图更详细地示出了泄漏通道58如何连接到设备开口66并与液压机械装置40的机械腔室50流体连通。
本发明并不限于上述实施例中的一个。本发明可以以许多方式被修改。
从权利要求、说明书和附图中得到的所有特征和优点，包括结构细节、空间布置和程序步骤，对于本发明本身和各种组合都是必要的。
附图标记
10设备
12低压入口端口
14高压出口端口
16泄漏入口
18低压腔室
20高压腔室
22低压开口
24高压开口
26机械部分
28控制阀部件
30填充阀构件
32冲洗阀构件
34流量测量设备
36泄漏路径
38转子
40液压机械装置
42旋转轴线
44导管
46阻挡元件
48滑动板
50机械腔室
52通气开口
54可移除塞
56泄漏出口
58泄漏通道
60支承元件
62第一部分
64第二部分
66设备开口

Claims (11)

1.一种用于向液压机械装置(40)的机械部分(26)提供端口的设备，所述设备(10)包括低压入口端口(12)、泄漏入口(16)、低压腔室(18)、高压出口端口(14)和与所述高压出口端口(14)流体连通的高压腔室(20)，所述低压腔室(18)具有用于与所述机械部分(26)建立流体连通的低压开口(22)，所述高压腔室(20)具有用于与所述机械部分(26)建立流体连通的高压开口(24)，其中，所述低压入口端口(12)与所述低压腔室(18)流体连通，其中，泄漏路径(36)从所述高压腔室(20)延伸穿过所述机械部分(26)到达所述泄漏入口(16)，其特征在于，所述设备(10)还包括将所述泄漏入口(16)连接到所述低压腔室(18)的控制阀构件(28)，其中，当所述泄漏入口(16)中的压力相对于所述低压腔室(18)中的压力高于预定控制压力阈值时，所述控制阀构件(28)转变到打开状态，所述控制阀构件(28)是用于调节所述预定控制压力的可调节阀构件。
2.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)包括将所述低压腔室(18)连接到所述机械部分(26)的填充阀构件(30)，其中,当所述低压腔室(18)中的压力相对于所述机械部分(26)中的压力高于预定填充压力阈值时，所述填充阀构件(30)转变到打开状态。
3.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)包括将所述低压腔室(18)连接到所述高压腔室(20)的冲洗阀构件(32)，其中，当所述低压腔室(18)中的压力相对于所述高压腔室(20)中的压力高于预定冲洗压力阈值时，所述冲洗阀构件(32)转变到打开状态。
4.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)还包括在所述泄漏路径(36)中位于所述泄漏入口(16)与所述机械部分(26)之间的流量测量设备(34)。
5.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)是液压机械装置(40)的端口法兰。
6.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述入口端口(12)包括所述泄漏入口(16)。
7.一种液压机械装置(40)，包括机械部分(26)和根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，所述机械部分(26)包括围绕旋转轴线(42)可旋转地安装的转子(38)，所述转子(38)具有围绕所述转子(38)的旋转轴线(42)旋转的多个导管(44)，每个导管(44)都包括关闭所述导管(44)的阻挡元件(46)，其中，所述阻挡元件(46)能够沿着所述导管(44)滑动地移动，其中，所述转子(38)布置在所述设备(10)处，其中，每个导管(44)通过所述转子(38)的旋转交替地布置成与所述低压开口(22)流体连通和与所述高压开口(24)流体连通，其中，如果所述导管(44)与所述高压腔室(20)流体连通，则所述泄漏路径(36)延伸穿过所述导管(44)。
8.根据权利要求7所述的液压机械装置(40)，其特征在于，所述机械部分(26)还包括机械腔室(50)，其中，所述转子(38)布置在所述机械腔室(50)与所述设备(10)之间，其中，所述机械腔室(50)至少与正在与所述高压腔室(20)流体连通的所述导管(44)流体连通，所述机械腔室(50)包括位于所述泄漏路径(36)中的泄漏出口(56)，所述泄漏出口(56)与所述泄漏入口(16)流体连通。
9.根据权利要求8所述的液压机械装置(40)，其特征在于，所述机械腔室(50)还包括通风开口(52)，所述通风开口(52)提供所述机械腔室(50)与外部环境之间的流体连通，其中，可移除塞(54)构件关闭所述通风开口(52)。
10.根据权利要求7所述的液压机械装置(40)，其特征在于，所述机械部分(26)是轴向活塞泵。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的液压机械装置，其特征在于，所述机械部分(26)是能量回收设备。
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