CN113123961B - 一种高压双重密封且可控的调心结构及柱塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明属于往复式高压流体设备密封相关技术领域，其公开了一种高压双重密封且可控的调心结构及柱塞泵，调心结构包括可控调心组件，可控调心组件包括滑块、耐磨环、两个半圆环、锁紧螺套及柱塞，滑块的一端开设有螺纹孔，螺纹孔的底面开设有第三凹槽；耐磨环设置在第三凹槽内；锁紧螺套与螺纹孔螺纹连接，且其收容在螺纹孔内的一端形成有收容槽；两个所述半圆环相对固定在所述收容槽内，且所述半圆环的内壁面为锥形；所述柱塞的一端为锥形且其穿过所述第三凹槽的底面后收容在所述半圆环、所述锁紧螺套与所述耐磨环组成的空间内。本发明消除了滑块端的倾向力及柱塞偏心倾斜等问题，保证了柱塞泵的容积率的同时，可以提高整机机械效率。

Description

一种高压双重密封且可控的调心结构及柱塞泵
技术领域
本发明属于往复式高压流体设备密封相关技术领域，更具体地，涉及一种高压双重密封且可控的调心结构及柱塞泵。
背景技术
目前，矿用高压大流量往复式径向柱塞泵的应用领域不断扩展，尤其是高压大流量柱塞泵的市场应用越来越广泛。目前的矿用高压大流量柱塞泵的高压密封基本采用由橡胶或者工程塑料等非金属材料制造的盘根、复合盘根、V形圈以及各种组合式复合密封圈等进行密封，随着柱塞泵的高压化和大尺度化，其pv值极易超越软密封填料的能力极限，动密封件的寿命急剧下降。这是由于非金属密封与零件表面的摩擦会产生大量的热量，摩擦加剧，密封填料极易老化，发热严重，容易使密封件热熔失效或者相对运动件发生卡死现象，并不利于实现高压大流量柱塞泵的研制。
因此设计了适用于高压大流量柱塞泵的双重密封结构代替盘根密封，同时采用可控调心的结构，保证容积效率的同时，增加了密封寿命和整机机械效率。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压双重密封且可控的调心结构，所述调心结构采用间隙密封和特康斯特封的双重密封，主密封是依赖柱塞与柱塞套之间形成的间隙密封，为了防止液体排放到外界，在柱塞外侧增设一道特康斯特封来作为辅助密封；同时为了保证柱塞不承受由滑块传递过来的侧向力，采用浮动连接代替硬连接，且通过浮动结构可以对柱塞偏心量进行调控，使得柱塞尽可能处于柱塞套的中心位置。此外，本发明采用双重密封结构设计，突破了传统的高压填料密封线速度低的瓶颈，极大地降低了柱塞摩擦副之间的摩擦力，提高了密封寿命，并通过可控调心结构消除了滑块端的倾向力及柱塞偏心倾斜等问题，保证了柱塞泵的容积率的同时，可以提高整机的机械效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高压双重密封且可控的调心结构，所述调心结构包括可控调心组件，所述可控调心组件包括滑块、耐磨环、两个半圆环、锁紧螺套及柱塞，所述滑块的一端开设有螺纹孔，所述螺纹孔的底面开设有第三凹槽；所述耐磨环设置在所述第三凹槽内；所述锁紧螺套与所述螺纹孔螺纹连接，且其收容在所述螺纹孔内的一端形成有收容槽；两个所述半圆环相对固定在所述收容槽内，且所述半圆环的内壁面为锥形；所述柱塞的一端为锥形且其穿过所述第三凹槽的底面后收容在所述半圆环、所述锁紧螺套与所述耐磨环组成的空间内，即所述柱塞与所述半圆环之间的配合面为锥面，所述柱塞在该空间内能浮动；通过调节所述锁紧螺套与所述滑块之间的相对位置来改变所述柱塞与所述半圆环之间的间隙，进而实现浮动间隙的调节。
进一步地，所述柱塞包括第一直线段、第二直线段及收容在所述螺纹孔内的锥形段，所述第二直线段的两端分别连接所述第一直线段及所述锥形段；所述锥形段的直径自所述第二直线段朝所述滑块的方向逐渐增大。
进一步地，所述调心结构还包括高压缸套组件，所述第一直线段活动地设置在所述高压缸套组件内。
进一步地，所述高压缸套组件包括高压缸套、依次收容在所述高压缸套内的柱塞套及锁紧螺母，所述锁紧螺母螺纹连接于所述高压缸套；所述锁紧螺母、所述柱塞套与所述高压缸套共同形成有收容腔，所述第一直线段部分地收容于所述收容腔内；所述锁紧螺母与所述柱塞相对的内壁上设置有特康斯特封。
进一步地，所述锁紧螺母的内壁上还设置有防尘圈，且所述锁紧螺母与所述高压缸套之间设置有第一密封圈；所述高压缸套用于与柱塞泵的进液口相连通的一端的外周上设置有第二密封圈。
进一步地，所述锁紧螺母开设有与所述收容腔相连通的通孔；所述高压缸套开设有环形槽及泄漏孔，所述环形槽连通所述通孔与所述泄漏孔。
进一步地，所述通孔沿所述锁紧螺母的径向设置；所述泄漏孔沿所述高压缸套的轴向设置，其用于与所述进液口相连通；自所述柱塞与所述柱塞套之间的间隙泄漏的流体被所述特康斯特封阻隔，并依次通过所述通孔、所述环形槽及所述泄漏孔流入进液口。
进一步地，所述高压缸套为阶梯状的圆柱体，其包括相连接的大端及小端，所述大端的端面开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面开设有连接孔，所述小端的端面开设有第二凹槽，所述连接孔连通所述第一凹槽及所述第二凹槽；所述柱塞套设置在所述连接孔内，所述锁紧螺母呈阶梯状，其收容在所述第一凹槽及所述连接孔内；所述第二凹槽用于收容所述第一直线段。
进一步地，所述第一凹槽的壁面设置有内螺纹，所述锁紧螺母的外周上设置有外螺纹，内螺纹与外螺纹相啮合使得所述锁紧螺母与所述高压缸套之间形成螺纹连接。
按照本发明的另一个方面，提供了一种柱塞泵，所述柱塞泵包括本体及如上所述的高压双重密封且可控的调心结构，所述本体连接于所述调心结构。
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，本发明提供的高压双重密封且可控的调心结构主要具有以下有益效果：
1.柱塞与滑块之间采用可控调心连接方式，与传统的采用螺纹连接等硬连接的连接方式相比，采用可控调心不仅可以消除由滑块端传递给柱塞的侧向力，还可以调控柱塞的偏心率和倾斜度等问题；此外，由于柱塞与半圆环之间是锥面接触，通过本结构可以同时对径向与轴向间隙进行调节，最大程度的控制柱塞运动过程中的倾斜与偏心，从而减小柱塞摩擦磨损和泄漏，增加了密封的寿命，提高了整泵的效率。
2.本发明的调心结构为双重密封结构，第一重密封为高压密封，依赖柱塞与柱塞套之间的微小间隙来密封，与传统的采用接触式软密封等密封结构形式相比，柱塞与柱塞套之间没有密封件，密封件密封的三体结构简化为两体结构，因此极大地减小了往复运动过程中的摩擦力，提高了柱塞泵的机械效率；第二重密封为低压密封，采用斯特封密封圈来密封由间隙密封泄漏的低压流体，防止其排放到外界，此结构极大地降低了密封所需的pv值，延长了密封的寿命。
3.当柱塞泵工作时，由间隙密封泄漏的流体被特康斯特封挡住，通过高压缸套上的流道流回柱塞泵的进水口，可对柱塞与柱塞套进行充分冷却，减小柱塞与柱塞套的热变形，从而减小其间隙的变化，保证了柱塞泵的容积效率，提升了密封寿命。
4.所述调心结构的结构紧凑，体积较小，适用性较强，有利于推广应用。
5.自所述柱塞与所述柱塞套之间的间隙泄漏的流体被所述特康斯特封阻隔，并依次通过所述通孔、所述环形槽及所述泄漏孔流入进液口，通过内泄漏流体的循环流动，可冷却柱塞副和特康斯特封，大大降低了柱塞与柱塞套之间的热变形量。
附图说明
图1是本发明提供的高压双重密封且可控的调心结构的剖视图；
图2是图1中的高压双重密封且可控的调心结构的高压缸套组件的剖视图；
图3是图1中的高压双重密封且可控的调心结构的可控调心组件的局部剖视图。
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：1.1-箱体，1.2-滑块，1.3-耐磨环，1.4-半圆环，1.5-锁紧螺套，2-柱塞，3-高压缸套组件，3.1-锁紧螺母，3.2-防尘圈，3.3-特康斯特封，3.4-第一密封圈，3.5-高压缸套，3.6-柱塞套，3.7-第二密封圈，301-通孔，302-环形槽，303-工艺孔，304-泄漏孔。
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。
请参阅图1及图2，本发明提供的高压双重密封且可控的调心结构，所述调心结构包括可控调心组件及高压缸套组件，所述可控调心组件与所述高压缸套组件活动地连接在一起。
所述高压缸套组件3包括锁紧螺母3.1、防尘圈3.2、特康斯特封3.3、第一密封圈3.4、高压缸套3.5、柱塞套3.6及第二密封圈3.7，所述高压缸套3.5为阶梯状的圆柱体，其包括相连接的大端及小端，所述大端的端面开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面开设有连接孔，所述小端的端面开设有第二凹槽，所述连接孔连通所述第一凹槽及所述第二凹槽，且所述第一凹槽的中心轴、所述连接孔的中心轴及所述第二凹槽的中心轴重合。
所述锁紧螺母3.1的内壁上还开设有通孔3.1，所述高压缸套3.5开设有径向设置的环形槽3.2及轴向设置的泄漏孔3.4，所述通孔3.1、所述环形槽3.2及所述泄漏孔3.4相连通，继而使得所述泄漏孔3.4与所述第一内孔相连通。所述第一凹槽用于与柱塞泵的进液口相连通。
所述小端的外周还开设有第一环形收容槽，所述第二密封圈3.7设置在所述第一环形收容槽内。所述柱塞套3.6设置在所述连接孔内，所述锁紧螺母3.1呈阶梯状，其收容在所述第一凹槽及所述连接孔内。所述锁紧螺母3.1用于对所述柱塞套3.6进行轴向限位。所述锁紧螺母3.1形成有第一内孔，所述柱塞套3.6形成有第二内孔，所述第一内孔、所述第二内孔及所述第二凹槽依次相连通。其中，所述第一凹槽的壁面设置有内螺纹，所述锁紧螺母3.1的外周上设置有外螺纹，内螺纹与外螺纹相啮合使得所述锁紧螺母3.1与所述高压缸套3.5之间形成螺纹连接，以将所述柱塞套3.6进行轴向固定。
所述第一密封圈3.4设置在所述锁紧螺母3.1与所述高压缸套3.5之间。所述第一内孔的内壁还开设有间隔设置的第二环形收容槽及第三环形收容槽，所述防尘圈3.2及所述特康斯特封3.3分别收容在所述第二环形收容槽及所述第三环形收容槽内。
其中，采用特康斯特封3.3作为辅助密封，同时设置有泄漏孔304，目的是防止从所述柱塞2与所述柱塞套3.6间隙泄漏的流体流入到外界，间隙密封泄漏的流体被所述特康斯特封3.3阻隔，并通过所述泄漏孔304流入到柱塞泵的进液口，通过内泄漏流体的循环流动可以冷却柱塞副和特康斯特封3.3，大大地降低了柱塞2与柱塞套3.6之间的热变形量。
所述可控调心组件包括箱体1.1、滑块1.2、耐磨环1.3、两个半圆环1.4、锁紧螺套1.5及柱塞2，所述箱体1.1开设有收容孔，所述滑块1.2呈T形，其一端设置在所述收容孔内，另一端开设有螺纹孔，所述螺纹孔的底面开设有第三凹槽，所述滑块1.2通过所述螺纹孔与所述锁紧螺套1.5之间形成螺纹连接。
所述耐磨环1.3设置在所述第三凹槽内。所述锁紧螺套1.5呈T形，其与所述螺纹孔螺纹连接的一端形成有收容槽，两个所述半圆环1.4固定设置在所述收容槽内，且两者形成一圆环。所述半圆环1.4的内壁面为锥面。所述收容槽的底面开设有贯穿孔，所述贯穿孔贯穿所述锁紧螺套1.5的另一端，其用于供所述柱塞2穿过。
所述柱塞2包括第一直线段、第二直线段及锥形段，所述第二直线段的两端分别连接所述第一直线段及所述锥形段，所述第一直线段部分地收容于所述第一内孔、所述第二内孔及所述第二凹槽所形成的收容腔内；所述锥形段的外周面为锥面；所述锥形段的直径自所述第二直线段朝向远离所述第二直线段的方向逐渐增大。所述锥形段依次穿过所述贯穿孔及所述圆环，且其收容于所述收容槽内。所述锥形段与所述耐磨环1.3相对设置。所述柱塞2在所述半圆环1.4与所述耐磨环1.3内形成的空间内能够浮动以消除由所述滑块1.2传递给所述柱塞2的侧向力，通过所述锁紧螺套1.5与所述滑块1.2之间的螺纹连接可以调节所述柱塞2与所述半圆环1.4之间的间隙。
由于所述锁紧螺套1.5与所述滑块1.2之间为螺纹连接，通过改变所述锁紧螺套1.5与所述滑块1.2之间的相对位置可以改变所述柱塞2与所述半圆环1.4之间的间隙，以实现浮动间隙的调节；且所述半圆环1.4与所述柱塞2之间的配合面为锥面，故可同时对径向与轴向间隙进行调节。
其中，所述柱塞2在往复运动过程中受到来自右端高压流体的高压作用；通过滑块承载不密封，柱塞副密封不承载的原理，消除柱塞副因承载而导致摩擦磨损加剧，使得柱塞密封副寿命得到极大延长。
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 (10)

1.一种高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：
所述调心结构包括可控调心组件，所述可控调心组件包括滑块、耐磨环、两个半圆环、锁紧螺套及柱塞，所述滑块的一端开设有螺纹孔，所述螺纹孔的底面开设有第三凹槽；所述耐磨环设置在所述第三凹槽内；所述锁紧螺套与所述螺纹孔螺纹连接，且其收容在所述螺纹孔内的一端形成有收容槽；两个所述半圆环相对固定在所述收容槽内，且所述半圆环的内壁面为锥形；所述柱塞的一端为锥形且其穿过所述螺纹孔的底面后收容在所述半圆环、所述锁紧螺套与所述耐磨环组成的空间内，即所述柱塞与所述半圆环之间的配合面为锥面，所述柱塞在该空间内能浮动；通过调节所述锁紧螺套与所述滑块之间的相对位置来改变所述柱塞与所述半圆环之间的间隙，进而实现浮动间隙的调节；其中，所述可控调心组件通过同时对径向与轴向间隙进行调节来控制所述柱塞在运动过程中的倾斜与偏心。
2.如权利要求1所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述柱塞包括第一直线段、第二直线段及收容在所述螺纹孔内的锥形段，所述第二直线段的两端分别连接所述第一直线段及所述锥形段；所述锥形段的直径自所述第二直线段朝所述滑块的方向逐渐增大。
3.如权利要求2所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述调心结构还包括高压缸套组件，所述第一直线段活动地设置在所述高压缸套组件内。
4.如权利要求3所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述高压缸套组件包括高压缸套、依次收容在所述高压缸套内的柱塞套及锁紧螺母，所述锁紧螺母螺纹连接于所述高压缸套；所述锁紧螺母、所述柱塞套与所述高压缸套共同形成有收容腔，所述第一直线段部分地收容于所述收容腔内；所述锁紧螺母与所述柱塞相对的内壁上设置有特康斯特封。
5.如权利要求4所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述锁紧螺母的内壁上还设置有防尘圈，且所述锁紧螺母与所述高压缸套之间设置有第一密封圈；所述高压缸套用于与柱塞泵的进液口相连通的一端的外周上设置有第二密封圈。
6.如权利要求5所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述锁紧螺母开设有与所述收容腔相连通的通孔；所述高压缸套开设有环形槽及泄漏孔，所述环形槽连通所述通孔与所述泄漏孔。
7.如权利要求6所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述通孔沿所述锁紧螺母的径向设置；所述泄漏孔沿所述高压缸套的轴向设置，其用于与所述进液口相连通；自所述柱塞与所述柱塞套之间的间隙泄漏的流体被所述特康斯特封阻隔，并依次通过所述通孔、所述环形槽及所述泄漏孔流入进液口。
8.如权利要求5所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述高压缸套为阶梯状的圆柱体，其包括相连接的大端及小端，所述大端的端面开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面开设有连接孔，所述小端的端面开设有第二凹槽，所述连接孔连通所述第一凹槽及所述第二凹槽；所述柱塞套设置在所述连接孔内，所述锁紧螺母呈阶梯状，其收容在所述第一凹槽及所述连接孔内；所述第二凹槽用于收容所述第一直线段。
9.如权利要求8所述的高压双重密封且可控的调心结构，其特征在于：所述第一凹槽的壁面设置有内螺纹，所述锁紧螺母的外周上设置有外螺纹，内螺纹与外螺纹相啮合使得所述锁紧螺母与所述高压缸套之间形成螺纹连接。
10.一种柱塞泵，其特征在于：所述柱塞泵包括权利要求1-9任一项所述的高压双重密封且可控的调心结构。
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