CN112343781B - 一种自粉碎柱塞式排污泵 - Google Patents

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Abstract

本发明属于容积式液压泵领域，并具体公开了一种自粉碎柱塞式排污泵，其包括外壳、曲轴、三套活动组件、切割组件、下管路和上管路，其中：曲轴安装在外壳内；活动组件包括连杆、柱塞、缸套，其中，连杆安装在曲轴上；柱塞安装在缸套内，该缸套安装在外壳预留的柱塞孔处，柱塞一端固定在连杆上，另一端上下对应设置有入口阀和出口阀；切割组件包括切割装置和皮带轮，皮带轮安装在曲轴一端，该皮带轮用于带动切割装置旋转，以对污水中的污物进行切割；下管路依次连通切割装置和三个入口阀，上管路依次连通三个出口阀。本发明能够潜行器的排污需求，在下潜一定的深度后进行排污，具有结构轻量化，排污性能强，运行可靠的特点。

Description

一种自粉碎柱塞式排污泵
技术领域
本发明属于容积式液压泵领域，更具体地，涉及一种自粉碎柱塞式排污泵。
背景技术
随着科技水平的不断进步，近年来对于海洋资源的探索和开发逐步加大，潜行器作为一种进行海洋探索开发的重要工具，它的性能与海洋科学的发展有着密不可分的关系。排污系统则是潜行器中不可或缺的重要组成部分，在深海潜行器中最为常见的排污系统是由多个阀门控制，将储存在污水箱内的污水利用高压空气吹出，这种系统需要操作多个阀门，实际操作起来较为复杂，同时在吹出污水时产生的噪音很大，这种排污系统不太符合现今对潜行器低噪音的性能要求。
除了高压吹出的排污系统外，目前的很多领域都是利用离心泵进行排污，但是由于离心泵的叶轮结构所限，其防缠绕能力一般，并且在很多研究中也一直没有很好的改善，泵的防缠绕能力弱一定程度上就导致泵在面对复杂的介质环境时的可靠性较差。相比于离心式泵，柱塞泵在工作过程中液力端与动力端存在良好的密封，不易发生缠绕的问题，但是目前柱塞泵尚未应用在排污这一领域，与柱塞泵尤其是流道与出入口阀相关的设计需要进行一定程度的改进，并且由于柱塞泵的结构特点，内部容易积存一些体积较大的污物，故需要对柱塞式泵进行一定的改进，以适应潜行器排污需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自粉碎柱塞式排污泵，其目的在于，结合切割装置和曲轴强制回程的三柱塞动力机构实现污物切割和高效排污，能够适应潜行器的排污需求，在下潜一定的深度后进行排污，具有结构轻量化，排污性能强，运行可靠的特点。
为实现上述目的，本发明提出了一种自粉碎柱塞式排污泵，包括外壳、曲轴、三套活动组件、切割组件、下管路和上管路，其中：
所述曲轴安装在所述外壳内；所述活动组件包括连杆、柱塞、缸套，其中，所述连杆安装在所述曲轴上；所述柱塞安装在所述缸套内，该缸套安装在所述外壳预留的柱塞孔处，所述柱塞一端固定在所述连杆上，另一端上下对应设置有入口阀和出口阀；
所述切割组件包括切割装置和皮带轮，所述皮带轮安装在所述曲轴一端，该皮带轮用于带动切割装置旋转，以对污水中的污物进行切割；
所述下管路依次连通所述切割装置和三个入口阀，所述上管路依次连通三个出口阀；排污泵工作时，污水先进入切割装置，然后经下管路流入入口阀，进而进入排污泵内，然后排污泵内的污水由出口阀流经上管路排出。
作为进一步优选的，所述切割装置包括切割支撑、刀轴和组合刀片，其中，所述切割支撑入口侧与排污管路连通，出口侧与所述下管路连通，且该切割支撑的入口侧口径大于出口侧口径；所述刀轴安装在所述切割支撑内，该刀轴由所述皮带轮带动旋转；所述组合刀片安装在所述刀轴上。
作为进一步优选的，所述切割支撑和所述刀轴通过磁性动静环进行密封。
作为进一步优选的，所述组合刀片包括两个呈90°布置的双刃刀片。
作为进一步优选的，所述组合刀片处设置有滤网，该滤网的孔隙直径小于排污泵中零部件的最小间隙。
作为进一步优选的，所述曲轴一端固定有轴向挡板，该轴向挡板用于限制所述皮带轮的轴向位移；所述皮带轮和切割装置外套有皮带轮罩。
作为进一步优选的，所述入口阀和出口阀的结构相同，其均包括阀体、阀球、阀盖，其中，所述阀体下端开设有入口，所述阀球安装在所述阀体内，用于控制该阀体入口的开闭；所述阀盖固定在所述阀体上，用于控制所述阀球竖直方向的位移。
作为进一步优选的，所述阀球采用氧化硅陶瓷材料制成。
作为进一步优选的，所述柱塞和缸套采用间隙配合；所述外壳预留的柱塞孔为阶梯孔，以限制缸套的移动。
作为进一步优选的，所述柱塞和缸套均采用硬质合金材料制成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明结合切割装置和曲轴强制回程的三柱塞动力机构实现污物切割和高效排污，能够适应潜行器的排污需求，在下潜一定的深度后进行排污，具有结构轻量化，排污性能强，运行可靠的特点；同时本发明也适用于正常城市排污所应用的场合，在城市排污使用时需在切割装置对侧的下管路接口处接清洗管路，以方便切割装置的清洗。
2.本发明为了增强泵的维修的便捷性、增强泵的零部件的使用寿命，在泵的液力端采用管路式的结构，每一个阀都能单独拆卸进行维修替换，同时考虑柱塞与缸体之间存在长期磨损，增加缸套来延长缸体的使用寿命。
3.本发明在泵的入口处增设切割装置，方便直径较大的颗粒物能够进入泵中，并且配合滤网使用增强切割效果，减少堵塞情况的出现，滤网的直径小于泵中零部件的最小间隙，即阀芯与阀体的单侧间隙。
4.本发明切割装置处的密封选用磁性动静环密封，可有效解决切割装置在高速旋转下的动密封问题，从而使该泵的密封性能更佳。
5.本发明采用曲轴强制回程的三柱塞动力机构，增强了动力端的可靠性，一定程度上减小了柱塞泵的流量的脉动性；同时还利用依靠自身重力复位的阀来替代弹簧强制阀作为进出口阀，以避免因为介质的腐蚀性、复杂性，影响弹簧的使用性能进而影响到阀的可靠性。
6.因为污水中的成分复杂，污水中的颗粒物可能会长期磨损阀球，同时当泵由吸入行程转为压缩行程或压缩行程转为吸入行程时，阀芯存在一个响应时间，因此阀球的耐磨性以及阀芯的响应速度，本发明选用氧化硅陶瓷材料作为阀芯的材料，充分平衡了阀芯响应速度与阀芯的耐磨性的关系，增强阀芯的使用寿命一定减缓了因阀芯而产生的阀失效问题的出现。
7.本发明为进一步提高关键零部件的抗磨粒磨损的性能，柱塞与缸套均采用硬质合金材料，采用间隙配合的方式并且尽可能的通过增加柱塞长度来减少泄漏情况的出现。
附图说明
图1为本发明实施例自粉碎柱塞式排污泵剖视图；
图2为本发明实施例自粉碎柱塞式排污泵整体结构示意图；
图3为本发明实施例自粉碎柱塞式排污泵切割装置结构示意图；
图4为本发明实施例自粉碎柱塞式排污泵依靠自身重力复位球阀结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1、13-端盖，2-皮带轮，3-陶瓷调心滚子轴承，4-外壳，5-滑动轴承，6、8、10-连杆大头，7、14、26-连杆小头，9-后盖，11-曲轴，12-O型密封圈，15、16、25-柱塞，17-缸套，18-连接管，19、20、21-球阀，22-下管路，23-皮带轮罩，24-切割装置，27-平头螺栓，28-轴向挡板，29-键，2.1-出口处端盖，2.2、2.13-静环，2.3、2.6、2.12、2.15、2.18、2.23-O型密封圈，2.4、2.14-动环，2.9-固定螺钉，2.5、2.10-刀片，2.7-入口处端盖，2.8-入口处切割支撑，2.19-出口处切割支撑，2.11、2.17、2.21、2.22-摩擦副，2.16-滤网，2.20-刀轴，3.1-阀盖，3.2-上密封圈，3.3-下密封圈，3.4-阀体，3.5-阀球。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种自粉碎柱塞式排污泵，如图1和图2所示，包括外壳4、曲轴11、三套活动组件、切割组件、下管路和上管路，其中：
所述曲轴11通过陶瓷调心滚子轴承3安装在所述外壳4内，该曲轴两侧分别安装有端盖1和端盖13；所述外壳4与端盖1、端盖13、后盖9共同构成泵的整个外部壳体，且各部件间依靠螺栓连接相互装配组成，端盖与外壳4的接触面装有O型密封圈12。
每套所述活动组件包括连杆、柱塞、缸套，连杆包括依靠螺栓螺母相互连接的连杆大头和连杆小头，即整个泵中包括分别对应的连杆大头6、8、10，连杆小头26、7、14，柱塞25、16、15，入口阀21、20、19；
具体的，以一套活动组件为例，连杆大头6安装在所述曲轴11上，并且在与曲轴11的接触面套有滑动轴承5，连杆小头26与柱塞25间依靠平头螺栓27相互连接；柱塞25安装在缸套内，柱塞25与缸套采用间隙配合由连杆带动进行往复运动；缸套装入外壳4预留的柱塞孔处，泵的外壳预留的柱塞孔做成阶梯孔以限制缸套的移动；所述柱塞25末端上下对应设置有入口阀21和出口阀；更具体的，入口阀和出口阀的结构相同，均为依靠自身重力复位球阀，如图4所示，其包括阀体3.4、阀球3.5、阀盖3.1，其中，所述阀体3.4下端开设有入口，所述阀球3.5安装在所述阀体3.4内，用于控制该阀体3.4入口的开闭；阀体3.4上下两端分别安装有上密封圈3.2、下密封圈3.3；所述阀盖3.1固定在所述阀体3.4上，用于控制所述阀球3.5竖直方向的位移；
优选的，入口阀、出口阀以及泵体通过连接管18连接，连接管18为三通管，可方便各个部件的拆装，增强整个设备维修的便捷性，例如，当入口阀达到维修标准，该设计就可以单一拆卸入口阀进行替换。
优选的，柱塞和缸套17均采用硬质合金材料制成，阀球3.5采用氧化硅陶瓷材料制成。
所述切割组件包括切割装置24和皮带轮2，其中：
所述皮带轮2安装在所述曲轴11一端，皮带轮2与曲轴11通过键29连接的方式实现动力传递，即依靠皮带轮2将曲轴11的动力传输至切割装置24侧，以对污水中的污物进行切割；所述曲轴11一端通过螺钉固定有轴向挡板28，该轴向挡板28用于限制所述皮带轮2的轴向位移；所述皮带轮2和切割装置24外套有皮带轮罩23，皮带轮罩23的下面与泵的底座由螺栓固定；
所述切割装置24包括切割支撑、刀轴2.20、组合刀片、滤网2.16，如图3所示，所述切割支撑分为出口处切割支撑2.19、入口处切割支撑2.8，入口处切割支撑2.8与排污管路连通，出口处切割支撑2.19与所述下管路连通；切割装置的入口侧口径大于出口侧口径，且两侧分别设有出口处端盖2.1和入口处端盖2.7；所述刀轴2.20通过螺纹连接安装在所述切割支撑内，该刀轴2.20由所述皮带轮2带动旋转；所述组合刀片与滤网2.16设置在切割装置内大口径与小口径的交界处，且均安装在所述刀轴2.20上；优选的，组合刀片包括两个呈90°布置的双刃刀片2.5、2.10，其通过固定螺钉2.9安装在刀轴2.20上，防止刀片产生轴向移动，滤网2.16的孔隙直径小于排污泵中零部件的最小间隙；
进一步的，切割装置在工作过程中因为存在动静配合的问题所以极易因密封问题出现泄漏现象，为了防止泄露情况的出现，在切割装置出入口处通过磁性动静环进行密封，同时出入口法兰处设有O型密封圈2.12、2.23，防止液体从连接法兰处泄露。具体的，出口处磁性动静环包括动环2.4、静环2.2，入口处磁性动静环包括动环2.14、静环2.13；动环与刀轴一同转动，并用O型密封圈2.15、2.18来防止动环与刀轴之间的泄漏；静环与切割装置支撑之间设有摩擦副2.17、2.22，以减少静环与支撑件之间的摩擦阻力，静环固定在联轴器内壁，并用O型密封圈2.3、2.6来防止联轴器与静环之间的泄漏，动环、静环间设有摩擦副2.11、2.21，动环、静环依靠磁力来进行密封，这一组合密封可以平行替代常用的弹簧动静环，在此设计中之所以不采用弹簧动静环主要是因为介质可能较为复杂，会对弹簧的使用寿命产生较大影响进而影响密封效果。
所述下管路22依次连通所述切割装置24和三个入口阀，所述上管路依次连通三个出口阀。
上述自粉碎柱塞式排污泵工作时，曲轴在电机的驱动下带动三个连杆运动进而带动柱塞运动，曲拐的角度为120°，当柱塞1.36由压缩行程转为吸入行程时，柱塞1.23正在进行吸入行程，柱塞1.22正在进行压缩行程，这样三柱塞的结构一定程度上减小了排污泵出口处的流量脉动；同时，曲轴运动也带动皮带轮运动，经皮带轮传动切割装置也进行相应的运动完成对污水中污物的切割；整体来说，污水先经切割装置切割后，经下管路流入对应的入口阀，在进行压缩行程时污水由出口阀流经上管路排出，并且由于三柱塞的设计污水的吸入和排出均是连续进行的。
具体的，切割装置的驱动主要是依托曲轴的运动，经皮带轮将转速一定比例增大，以实现刀轴以较高的转速进行转动，当刀轴转动时组合刀片以及滤网也会随着运动，内部的刀片也进行相应的转动以完成对污物的切割，同时因为滤网的存在会使得未达到过滤标准的污物反复切割，使得滤过污物直径小于泵体中零部件间的最小间隙，即阀芯与阀体之间的间隙，以免发生因污物直径过大而造成的堵塞现象。
具体的，柱塞进行吸入行程时，入口阀处因阀的入口处压力大于阀的出口处压力，阀球被吸起至阀盖处，阀盖可以有效限制阀球的竖直方向的位移，污水经阀入口处流入阀体，阀球可以随着污水的波动在阀体内水平方向随意移动，进而污水被吸入泵体内，出口阀因阀的入口处压力小于出口处压力，阀球因压力差堵在出口阀入口处，从而形成高低压隔离；当柱塞进行压缩行程时，入口阀的入口处压力小于阀的出口处压力，原本处于打开状态的阀需要转变为关闭状态，因压力差的产生阀球不再被托起而是依靠自身重力进行复位以完成阀的关闭，使得压缩行程时污水尽可能的避免从入口阀处流出，当入口阀正在关闭的同时出口阀也因压力差会相应的打开其动作步骤类似吸入行程时入口阀的动作步骤。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，包括外壳(4)、曲轴(11)、三套活动组件、切割组件、下管路和上管路，其中：
所述曲轴(11)安装在所述外壳(4)内；所述活动组件包括连杆、柱塞、缸套，其中，所述连杆安装在所述曲轴(11)上；所述柱塞安装在所述缸套内，该缸套安装在所述外壳(4)预留的柱塞孔处，所述柱塞一端固定在所述连杆上，另一端上下对应设置有入口阀和出口阀；
所述切割组件包括切割装置(24)和皮带轮(2)，所述皮带轮(2)安装在所述曲轴(11)一端，该皮带轮(2)用于带动切割装置(24)旋转，以对污水中的污物进行切割；所述切割装置(24)包括切割支撑、刀轴(2.20)和组合刀片，其中，所述切割支撑入口侧与排污管路连通，出口侧与所述下管路连通，且该切割支撑的入口侧口径大于出口侧口径；所述刀轴(2.20)安装在所述切割支撑内，该刀轴(2.20)由所述皮带轮(2)带动旋转；所述组合刀片安装在所述刀轴(2.20)上；
所述下管路依次连通所述切割装置(24)和三个入口阀，所述上管路依次连通三个出口阀；排污泵工作时，污水先进入切割装置(24)，然后经下管路流入入口阀，进而进入排污泵内，然后排污泵内的污水由出口阀流经上管路排出。
2.如权利要求1所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述切割支撑和所述刀轴(2.20)通过磁性动静环进行密封。
3.如权利要求1所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述组合刀片包括两个呈90°布置的双刃刀片。
4.如权利要求1所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述组合刀片处设置有滤网(2.16)，该滤网(2.16)的孔隙直径小于排污泵中零部件的最小间隙。
5.如权利要求1所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述曲轴(11)一端固定有轴向挡板(28)，该轴向挡板(28)用于限制所述皮带轮(2)的轴向位移；所述皮带轮(2)和切割装置(24)外套有皮带轮罩(23)。
6.如权利要求1所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述入口阀和出口阀的结构相同，其均包括阀体(3.4)、阀球(3.5)、阀盖(3.1)，其中，所述阀体(3.4)下端开设有入口，所述阀球(3.5)安装在所述阀体(3.4)内，用于控制该阀体(3.4)入口的开闭；所述阀盖(3.1)固定在所述阀体(3.4)上，用于控制所述阀球(3.5)竖直方向的位移。
7.如权利要求6所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述阀球(3.5)采用氧化硅陶瓷材料制成。
8.如权利要求1所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述柱塞和缸套采用间隙配合；所述外壳(4)预留的柱塞孔为阶梯孔，以限制缸套的移动。
9.如权利要求1-8任一项所述的自粉碎柱塞式排污泵，其特征在于，所述柱塞和缸套均采用硬质合金材料制成。
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