CN112555127A - 耐高压大流量的小型化气体升压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵包括电气系统和循环泵腔体，电气系统与循环泵腔体通过连接部件连接在一起，循环泵腔体包括壳体，壳体内设置有柱塞泵，壳体上设置腔体气体入口与腔体气体出口，柱塞泵气体出口伸出壳体，腔体气体出口与柱塞泵气体入口连接，以使柱塞泵的输入气体压力与壳体内部气压相等。本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵具有体积小、重量轻和功率消耗低的特点。本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵在化工、航空航天、消防等领域有广泛的应用前景。

Description

耐高压大流量的小型化气体升压泵
技术领域
本发明属于机械传动领域，主要涉及一种耐高压大流量的小型化气体升压泵。
技术背景
气体升压泵作为一种提升气体压力、保持气体循环的中继装置，在化工、航空航天、消防等领域有广泛的应用前景。气体循环泵的工作原理如下：在电机的驱动下，循环泵内部的机械偏心装置带动泵内部的腔体做往复式运动，从而对固定容积的泵腔内的气体进行压缩、拉伸形成真空(负压)，在泵抽气口与入口气体产生压力差，在压力差的作用下，将气体吸入泵腔，经过压缩以后低压的入口气体变成高压气体从排气口排出，如此不断循环，形成稳定的气体升压。
当前的气体升压泵主要具有如下缺点：1、耐高压性较差，气体循环泵常被应用于各种高压场合，其内部的高压气体与其外界的常压形成了巨大的压力差，巨大的压力差对循环泵内部各零部件的耐高压能力和密封性提出了严格的要求，而受制于材料、组装工艺和密封方式等方面的影响，当前循环泵的耐压能力还有待提高。2、驱动流量较小，在循环泵内气体压力较高的情形下，装置本身的泄漏会较大，此外，其内部受气密性和输入功率等方面的影响，能够驱动的流量一般较小。3、体积庞大且笨重，为了能够输出高压气体，气体循环泵的各个零部件如管道、转体、压气活塞和管接头都需要进行耐高压的设计，导致其各零部件用料较多，体积和重量较为庞大。4、消耗功率较大，由于循环泵转体内外压差较大，且各零部件较为笨重，驱动各部件工作所需的电动机、压气机等所需的输入功率较大，导致循环泵整体消耗的功率较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高压大流量的小型化气体升压泵。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，包括电气系统和循环泵腔体，电气系统与循环泵腔体通过连接部件连接在一起，所述循环泵腔体包括壳体，所述壳体内设置有柱塞泵，壳体上设置腔体气体入口与腔体气体出口，柱塞泵气体出口伸出壳体，腔体气体出口与柱塞泵气体入口连接，以使柱塞泵的输入气体压力与壳体内部气压相等。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，柱塞泵气体出口与柱塞泵气体入口分别设置压力传感器。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，所述电气系统包括依次连接的开关、变频器、电线、连接器、电动机；所述连接部件包括联轴器；循环泵腔体还包括循环泵轴、曲轴连杆、单向阀、出气导管、曲轴腔、入气导管、动密封结构，循环泵轴的一端与电动机通过联轴器连接，循环泵轴的另一端与曲轴连杆连接，曲轴腔设置于壳体内，所述曲轴连杆设置于曲轴腔内，柱塞泵有两个，曲轴连杆分别与两个柱塞泵的活塞连接在一起，柱塞泵气体入口通过入气导管连接两个柱塞泵的进气口，柱塞泵气体出口通过出气导管连接两个柱塞泵的出气口。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，所述连接部件还包括：电动机支架、底板和循环泵腔体固定件，电动机支架、循环泵腔体固定件均设置于底板上，电动机支架用于支承电动机，循环泵腔体固定件用于支承壳体。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，电动机为交流电动机，通过变频器来调节电机的转速，曲轴连杆穿过壳体，通过动密封结构与循环泵轴相连，利用循环泵轴的旋转带动曲轴连杆的旋转，动密封结构与循环泵轴采用填料密封方式连接，动密封结构与壳体之间也采用填料密封方式连接。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，两个柱塞泵沿曲轴连杆轴向对列安放在壳体内部，且与壳体底部接触。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，柱塞泵是定排量的柱塞泵，其出口压缩气体的流量与柱塞泵的转速成正比。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，入气导管和出气导管上分别安装有一个单向阀，以保持柱塞泵进气和出气的单向性。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，壳体的外表面设计为翅片形式，以使柱塞泵在工作过程中产生的热量通过壳体的翅片耗散到周围的大气中。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，将其中用于气体升压的核心零部件柱塞泵安装在一个内部气压与柱塞泵输入气体压力相等的腔体中，以减小柱塞泵内外压力差，降低了柱塞泵耐压能力要求，减少气体泄漏，增大了其流量调节能力，从而实现气体循环泵整体耐压能力和流量输出能力的提升。此外，由于大幅度减小了核心部件柱塞泵内外压差，在驱动同样压力和流量气体的前提下，用料更少、耐压更低和输入功率更小的柱塞泵将被采用，从而降低了柱塞泵的体积、重量和输入功率，因此，相比传统的气体循环泵，本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵具有体积小、重量轻和功率消耗低的特点。本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵在化工、航空航天、消防等领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵的结构示意图的俯视图；
图2是本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵的结构示意图的主视图；
图3是本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵的内部气体流动示意图；
图4是壳体的结构示意图的俯视图；
图5是壳体的结构示意图的主视图；
图6是壳体外部翅片的结构示意图。
图中：
1电气系统 2循环泵腔体 3连接部件
101开关 102变频器 103电线 104连接器 105电动机
201循环泵轴 202曲轴连杆 203壳体 204腔体气体入口 205柱塞泵气体出口 206压力传感器 207单向阀 208出气导管 209曲轴腔 210柱塞泵 211腔体气体出口 212柱塞泵气体入口 213入气导管 214动密封结构 2031盖板 2032螺钉 2033底部腔体 2034翅片
301电动机支架 302联轴器 303底板 304循环泵腔体固定件
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，包括电气系统1和循环泵腔体2，电气系统1与循环泵腔体2通过连接部件3连接在一起，所述循环泵腔体2包括壳体203，所述壳体内设置有柱塞泵210，壳体203上设置腔体气体入口204与腔体气体出口211，柱塞泵气体出口205伸出壳体，腔体气体出口211与柱塞泵气体入口212连接，以使柱塞泵的输入气体压力与壳体内部气压相等。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，柱塞泵气体出口205与柱塞泵气体入口212分别设置压力传感器206。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，所述电气系统1包括依次连接的开关101、变频器102、电线103、连接器104、电动机105；所述连接部件3包括联轴器302；循环泵腔体2还包括循环泵轴201、曲轴连杆202、单向阀207、出气导管208、曲轴腔209、入气导管213、动密封结构214，循环泵轴201的一端与电动机105通过联轴器302连接，循环泵轴201的另一端与曲轴连杆202连接，曲轴腔209设置于壳体内，所述曲轴连杆202设置于曲轴腔209内，柱塞泵210有两个，曲轴连杆202分别与两个柱塞泵210的活塞连接在一起，柱塞泵气体入口212通过入气导管213连接两个柱塞泵210的进气口，柱塞泵气体出口205通过出气导管208连接两个柱塞泵210的出气口。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，所述连接部件3还包括：电动机支架301、底板303和循环泵腔体固定件304，电动机支架301、循环泵腔体固定件304均设置于底板303上，电动机支架301用于支承电动机105，循环泵腔体固定件304用于支承壳体。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，电动机105为交流电动机，通过变频器102来调节电机的转速，曲轴连杆202穿过壳体203，通过动密封结构214与循环泵轴201相连，利用循环泵轴201的旋转带动曲轴连杆202的旋转，动密封结构214与循环泵轴201采用填料密封方式连接，动密封结构214与壳体203之间也采用填料密封方式连接。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，两个柱塞泵210沿曲轴连杆202轴向对列安放在壳体203内部，且与壳体203底部接触。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，柱塞泵是定排量的柱塞泵，其出口压缩气体的流量与柱塞泵的转速成正比。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，入气导管213和出气导管208上分别安装有一个单向阀207，以保持柱塞泵210进气和出气的单向性。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其中，壳体203的外表面设计为翅片形式，以使柱塞泵210在工作过程中产生的热量通过壳体203的翅片2034耗散到周围的大气中。
本发明的技术方案针对当前气体循环泵耐压性差、流量小、体积庞大和功率消耗大等缺点，提拱了一种具有耐高压大流量能力的小型化气体升压泵，该气体升压泵的主要特点是将其中用于气体升压的核心零部件柱塞泵安装在一个内部气压与柱塞泵输入气体压力相等的腔体中，以减小柱塞泵内外压力差，降低了柱塞泵耐压能力要求，减少气体泄漏，增大了其流量调节能力，从而实现整体耐压能力和流量输出能力的提升。此外，由于大幅度减小了核心部件柱塞泵内外压差，在驱动同样压力和流量气体的前提下，用料更少、耐压更低和输入功率更小的柱塞泵将被采用，从而降低了柱塞泵的体积、重量和输入功率，因此，相比传统的气体循环泵，本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵具有体积小、重量轻和功率消耗低的特点。本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵在化工、航空航天、消防等领域有广泛的应用前景。
曲轴连杆202穿过壳体203的中部，通过动密封结构214与循环泵轴201相连，利用循环泵轴201的旋转带动曲轴连杆202的旋转。为了实现壳体203内部的密封，动密封结构214与循环泵轴201采用填料密封方式连接，动密封结构214与壳体203之间也采用填料密封方式连接。
两个柱塞泵210沿曲轴连杆202轴向对列安放在壳体203内部，且与壳体203底部接触良好，两个柱塞泵210通过曲轴连杆202来驱动，曲轴连杆202安装在曲轴腔209内部，曲轴腔209一方面与两个柱塞泵210相连以对其位置进行固定，从而保证曲轴连杆202驱动柱塞泵210的过程中二者接触良好，不发生移位，另一方面与壳体203进行固定，达到柱塞泵210、曲轴腔209、曲轴连杆202与壳体203相互固定的目的。
所选用的是定排量的柱塞泵，其出口压缩气体的流量与柱塞泵的转速成正比。
曲轴连杆202由一个曲轴和两个连杆组成，两个连杆分别与两个柱塞泵210的活塞连接用于驱动活塞做往复运动吸入、压缩气体。
壳体203上的柱塞泵气体入口212和柱塞泵气体出口205分别与壳体203内部的入气管道213和出气导管208相连接，用于两个柱塞泵210的进气和出气。两个柱塞泵210的入口连接到同一个入气导管213，两个柱塞泵的出口连接到同一个出气导管208，入气导管213和出气导管208上都装有一个单向阀207，以保持柱塞泵210进气和出气的单向性。
腔体气体出口211与柱塞泵气体入口212连接，保证壳体203内部的气体压力与柱塞泵气体入口212的气压相等，从而减小了柱塞泵210内外的气压差，降低柱塞泵210的耐压能力、减小柱塞泵210的泄漏率，提高了柱塞泵210的流量。
壳体203的外表面设计为翅片形式，在柱塞泵210与壳体203接触良好的前提下，柱塞泵210在工作过程中产生的热量可以传导到壳体203上，最终通过壳体203外表面的翅片耗散到周围的大气中。
在柱塞泵气体出口205和柱塞泵气体入口212处分别安装一个压力传感器206，用于检测柱塞泵210入口和出口的气体压力。
使用两个电动机支架301将电动机105固定在底板303上，在壳体203四周使用四个循环泵腔体固定件304将壳体203固定在底板303上，这样避免了电动机105和壳体203在工作过程中发生相对运动。使用联轴器302将电动机105的转轴与循环泵轴201同心连接，实现电动机105驱动循环泵转轴201旋转。
选用的联轴器能采集当前电动机105的转速和转矩信号并通过上位机显示。
曲轴连杆202穿过壳体203的中部，通过动密封结构214与循环泵轴201相连，利用循环泵轴201的旋转带动曲轴连杆202的旋转。为了实现壳体203内部的密封，动密封结构214与循环泵轴201采用填料密封方式连接，动密封结构214与壳体203之间也采用填料密封方式连接。
将两个柱塞泵210沿曲轴连杆202轴向对列安放在壳体203内部，且与壳体203底部接触良好，两个柱塞泵210通过曲轴连杆202来驱动，曲轴连杆202安装在曲轴腔209内部，曲轴腔209一方面与两个柱塞泵210相连以对其位置进行固定，从而保证曲轴连杆202驱动柱塞泵210的过程中二者接触良好，不发生移位，另一方面与壳体203进行固定，达到柱塞泵210、曲轴腔209、曲轴连杆202与壳体203相互固定的目的。
所选用的是定排量的柱塞泵，其出口压缩气体的流量与柱塞泵的转速成正比。
曲轴连杆202由一个曲轴和两个连杆组成，两个连杆分别与两个柱塞泵210的活塞连接用于驱动活塞做往复运动吸入、压缩气体。
壳体203上的柱塞泵气体入口212和柱塞泵气体出口205分别与壳体203内部的入气管道213和出气导管208相连接，用于两个柱塞泵210的进气和出气。两个柱塞泵210的入口连接到同一个入气导管213，两个柱塞泵的出口连接到同一个出气导管208，入气导管213和出气导管208上都装有一个单向阀207，以保持柱塞泵210进气和出气的单向性。
腔体气体出口211与柱塞泵气体入口212连接，保证壳体203内部的气体压力与柱塞泵气体入口212的气压相等，从而减小了柱塞泵210内外的气压差，降低柱塞泵210的耐压能力、减小柱塞泵210的泄漏率，提高了柱塞泵210的流量。
壳体203的外表面设计为翅片形式，在柱塞泵210与壳体203接触良好的前提下，柱塞泵210在工作过程中产生的热量可以传导到壳体203上，最终通过壳体203外表面的翅片2034耗散到周围的大气中。
柱塞泵气体出口205和柱塞泵气体入口212处分别安装一个压力传感器206，用于检测柱塞泵210入口和出口的气体压力。
使用两个电动机支架301将电动机105固定在底板303上，在壳体203四周使用四个循环泵腔体固定件304将壳体203固定在底板303上，这样避免了电动机105和壳体203在工作过程中发生相对运动。使用联轴器302将电动机105的转轴与循环泵轴201同心连接，实现电动机105驱动循环泵转轴201旋转。
选用的联轴器能采集当前电动机105的转速和转矩信号并通过上位机显示。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵的优点如下：
1)柱塞泵是气体升压泵实现压气升压的核心部件，与传统气体升压泵中柱塞泵处于常压且承受很大的内外压差相比，本发明将柱塞泵放置在一个密闭的壳体内部，壳体内充满与柱塞泵入口气压相等的气体，从而降低了柱塞泵内外的压差，提升了气体升压泵的耐压能力；
2)由于大幅度减小了核心部件柱塞泵内外压差，其泄漏的气体流量更少，因此，本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵更够驱动更大的气体流量；
3)由于大幅度减小了核心部件柱塞泵内外压差，在驱动同样压力和流量气体的条件下，用料更少、耐压更低和输入功率更小的柱塞泵将被采用，因此，相比传统的气体循环泵，本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵具有体积小、重量轻和功率消耗低的特点。
电动机105选用交流电动机，通过变频器102来调节电动机的转速，供电采用380V三相交流电，开关101选用三相开关，其功率需要大于电动机105的最大功率，电线103采用三相电缆，电缆直径应该根据电缆中流经的最大电流来选取。
为了实现壳体203内部的密封，动密封结构214与循环泵轴201采用多组四氟软填料密封方式连接，动密封结构214与壳体203之间也采用多组四氟软填料密封方式连接。
两个柱塞泵210沿曲轴连杆202轴向对列安放在壳体203内部，且与壳体203底部接触良好，两个柱塞泵210通过曲轴连杆202来驱动，曲轴连杆202安装在曲轴腔209内部，曲轴腔209一方面与两个柱塞泵210相连以对其位置进行固定，从而保证曲轴连杆202驱动柱塞泵210的过程中二者接触良好，不发生移位，另一方面与壳体203进行固定，达到柱塞泵210、曲轴腔209、曲轴连杆202与壳体203相互固定的目的。曲轴腔209与柱塞泵210和壳体203之间都采用螺钉固定的方式。
柱塞泵210是定排量的柱塞泵，其出口压缩气体的流量与柱塞泵的转速成正比。柱塞泵的排量根据其所驱动的最大气流量和气体的最大转速来选取。
曲轴连杆202由一个曲轴和两个连杆组成，两个连杆分别与两个柱塞泵210的活塞连接用于驱动活塞做往复运动吸入、压缩气体。曲轴连杆需要与柱塞泵中活塞相匹配。
壳体203上的柱塞泵气体入口212和柱塞泵气体出口205分别与壳体203内部的入气管道213和出气导管208相连接，用于两个柱塞泵210的进气和出气。两个柱塞泵210的入口连接到同一个入气导管213，两个柱塞泵的出口连接到同一个出气导管208，入气导管213和出气导管208上都装有一个单向阀207，以保持柱塞泵210进气和出气的单向性。
腔体气体出口211与柱塞泵气体入口212连接，保证壳体203内部的气体压力与柱塞泵气体入口212的气压相等，从而减小了柱塞泵210内外的气压差，降低柱塞泵210的耐压能力、减小柱塞泵210的泄漏率，提高了柱塞泵210的流量。
壳体由盖板2031、螺钉2032和底部腔体2033组成，盖板2031四周有一圈通孔，底部腔体2033上方有对应的盲孔，盖板盖在底部腔体2033上方，使用螺钉2032插入盖板2031的通孔并将其拧入底部腔体2033上部对应的盲孔中，实现壳体203的密封。盖板2031和底部腔体2033的厚度d应该满足壳体的耐压需求
壳体203的外表面设计为翅片形式，在柱塞泵210与壳体203接触良好的前提下，柱塞泵210在工作过程中产生的热量可以传导到壳体203上，最终通过壳体203外表面的翅片耗散到周围的大气中。壳体203的材料选用铝合金，以利于散热。
在柱塞泵气体出口205和柱塞泵气体入口212处分别安装一个压力传感器206，用于检测柱塞泵210入口和出口的气体压力。压力传感器206的测压范围需要与循环泵的工作压力相匹配。
使用两个电动机支架301将电动机105固定在底板303上，在壳体203四周使用四个循环泵腔体固定件304将壳体203固定在底板303上，这样避免了电动机105和壳体203在工作过程中发生相对运动。使用联轴器302将电动机105的转轴与循环泵轴201同心连接，实现电动机105驱动循环泵转轴201旋转。联轴器302的选择需要与电动机105的转轴与循环泵轴201的直径相匹配。
本发明的耐高压大流量的小型化气体升压泵的工作方式如下：
1.将气体从腔体气体入口204通入壳体内部，逐渐升压至工作压力；
2.闭合开关101，启动变频器102，使用较小的频率，让电动机105逐渐转动起来，注意此时电动机105的转动方向，不能让电动机105驱动柱塞泵210时发生反转，如果发现电动机105反转，需要及时更改相序。
3.电动机105平稳启动以后，根据柱塞泵210的流量输出需求，通过调节变频器102输出来调节电动机105的转速，以匹配柱塞泵210输出的气体流量；
4.气体循环泵工作结束后依次关闭变频器102和开关101。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，包括电气系统(1)和循环泵腔体(2)，电气系统(1)与循环泵腔体(2)通过连接部件(3)连接在一起，所述循环泵腔体(2)包括壳体(203)，所述壳体内设置有柱塞泵(210)，壳体(203)上设置腔体气体入口(204)与腔体气体出口(211)，柱塞泵气体出口(205)伸出壳体，腔体气体出口(211)与柱塞泵气体入口(212)连接，以使柱塞泵的输入气体压力与壳体内部气压相等。
2.根据权利要求1所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，柱塞泵气体出口(205)与柱塞泵气体入口(212)分别设置压力传感器(206)。
3.根据权利要求2所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，所述电气系统(1)包括依次连接的开关(101)、变频器(102)、电线(103)、连接器(104)、电动机(105)；所述连接部件(3)包括联轴器(302)；循环泵腔体(2)还包括循环泵轴(201)、曲轴连杆(202)、单向阀(207)、出气导管(208)、曲轴腔(209)、入气导管(213)、动密封结构(214)，循环泵轴(201)的一端与电动机(105)通过联轴器(302)连接，循环泵轴(201)的另一端与曲轴连杆(202)连接，曲轴腔(209)设置于壳体内，所述曲轴连杆(202)设置于曲轴腔(209)内，柱塞泵(210)有两个，曲轴连杆(202)分别与两个柱塞泵(210)的活塞连接在一起，柱塞泵气体入口(212)通过入气导管(213)连接两个柱塞泵(210)的进气口，柱塞泵气体出口(205)通过出气导管(208)连接两个柱塞泵(210)的出气口。
4.根据权利要求3所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，所述连接部件(3)还包括：电动机支架(301)、底板(303)和循环泵腔体固定件(304)，电动机支架(301)、循环泵腔体固定件(304)均设置于底板(303)上，电动机支架(301)用于支承电动机(105)，循环泵腔体固定件(304)用于支承壳体。
5.根据权利要求4所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，电动机(105)为交流电动机，通过变频器(102)来调节电机的转速，曲轴连杆(202)穿过壳体(203)，通过动密封结构(214)与循环泵轴(201)相连，利用循环泵轴(201)的旋转带动曲轴连杆(202)的旋转，动密封结构(214)与循环泵轴(201)采用填料密封方式连接，动密封结构(214)与壳体(203)之间也采用填料密封方式连接。
6.根据权利要求5所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，两个柱塞泵(210)沿曲轴连杆(202)轴向对列安放在壳体(203)内部，且与壳体(203)底部接触。
7.根据权利要求6所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，柱塞泵是定排量的柱塞泵，其出口压缩气体的流量与柱塞泵的转速成正比。
8.根据权利要求7所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，入气导管(213)和出气导管(208)上分别安装有一个单向阀(207)，以保持柱塞泵(210)进气和出气的单向性。
9.根据权利要求8所述的耐高压大流量的小型化气体升压泵，其特征在于，壳体(203)的外表面设计为翅片形式，以使柱塞泵(210)在工作过程中产生的热量通过壳体(203)的翅片耗散到周围的大气中。
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