CN116085250A - 一种集成配流式低泄漏柱塞副装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，包括柱塞泵缸体和设置在柱塞泵缸体内部的柱塞套，柱塞套内部开设有柱塞副空腔，柱塞副空腔内部卡设有柱塞主体和压紧杆，压紧杆通过螺纹安装在柱塞主体上；柱塞套一端外侧设置有排液单向阀，排液单向阀与柱塞副空腔连接，柱塞套另一端设置有柱塞套压盖，柱塞套压盖的直径大于柱塞主体的直径。本发明采用上述结构的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，提升了轴向高压海水柱塞泵的结构紧凑性，保证柱塞副始终保持恒定低泄漏的工作状态，提高柱塞副的工作效率并延长了柱塞副的使用寿命，减小了大深度压力变形对柱塞副装置工作的影响，提升柱塞副装置工作的环境适应性。
Description
技术领域
本发明涉及给排水技术领域，尤其是涉及一种集成配流式低泄漏柱塞副装置。
背景技术
海水泵作为海水液压系统的关键基础元件，是海水液压传动技术中的重点研究对象。液压泵的各种结构形式中柱塞泵的工作状况最佳，因此现有的海水泵大多为轴向柱塞式。由于阀的抗污染能力强，密封性较好，能保证较高的输出压力，因此在高压海水泵中通常采用阀配流的方式。高压海水泵的结构上阀配流装置和柱塞副装置相互独立，配流装置需要单独增加设计孔道以满足吸排水工作行程需求，这导致整个海水泵的体积庞大，结构紧凑性差。
海水泵在海水作业中，还需要考虑到海水环境压力的变化。随着作业深度的增加，海水的压力会逐渐增大，密封间隙的变形量最大可以达到十几微米，这会导致柱塞副的配合间隙失调，并且不同的作业工况下对间隙影响不同。当环境压力大于柱塞副内腔压力时，产生变形会使密封间隙变小，导致摩擦力增大，发热严重，这使得整个海水泵的环境适应性差，并且会导致工作效率大大降低。
目前，全海水润滑柱塞式海水泵柱塞副部分的设计存在整体结构不够紧凑、体积大、质量重以及柱塞副间隙泄漏量大、容积效率低、并且对污染物敏感的问题。柱塞副结构在极端工况下工作时会受压力造成配合间隙失调，大大降低工作稳定性和工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，将阀配流系统中吸液单向阀的功能集成到柱塞副装置内，提升轴向高压海水柱塞泵的结构紧凑性；同时能够实现柱塞密封表面的自适应变形，控制柱塞副工作时的密封间隙大小，保证柱塞副始终保持恒定低泄漏的工作状态，提高柱塞副的工作效率并延长柱塞副的使用寿命；柱塞部分增设容许变形区域，减小大深度压力变形对柱塞副装置工作的影响，提升柱塞副装置工作的环境适应性。
为实现上述目的，本发明提供了一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，包括柱塞泵缸体和设置在所述柱塞泵缸体内部的柱塞套，所述柱塞套内部开设有柱塞副空腔，所述柱塞副空腔内部卡设有柱塞主体和压紧杆，所述压紧杆通过螺纹安装在所述柱塞主体上；所述柱塞套一端外侧设置有排液单向阀，所述排液单向阀与所述柱塞副空腔连接，所述柱塞套另一端设置有柱塞套压盖，所述柱塞套压盖的直径大于所述柱塞主体的直径。
优选的，沿着所述柱塞主体中心轴对称设置有柱塞主体容许变形区域，所述柱塞主体内部中心线处设置有第一流道，所述第一流道上连接有第二流道，所述第一流道一端设置有单向阀阀芯，所述单向阀阀芯与塔形弹簧连接，所述塔形弹簧设置在吸液单向阀区域，所述吸液单向阀区域连接压紧杆中心配流孔道，所述压紧杆中心配流孔道位于所述压紧杆的中心轴处。
优选的，沿着所述压紧杆中心轴对称设置有压紧杆容许变形区域，所述压紧杆容许变形区域的上方设置有压紧杆压力控制孔道，所述压紧杆压力控制孔道连接有柱塞主体分流槽，所述柱塞主体分流槽连接柱塞主体压力控制孔道，所述柱塞主体压力控制孔道上方设置有自适应压力变形套环，所述自适应压力变形套环设置为曲面波浪形，所述自适应压力变形套环上设置有污染物颗粒缓冲区。
优选的，所述自适应压力变形套环两端设置有第一O型圈，所述吸液单向阀区域设置有第二O型圈与第三O型圈，所述柱塞套与所述柱塞泵缸体之间设置有第四O型圈。
优选的，沿所述柱塞主体中心轴对称设置有第一导向环，沿所述压紧杆中心轴对称设置有第二导向环，所述第二导向环设置在所述压紧杆两端边缘处，所述第一导向环设置在所述柱塞主体两端边缘处。
优选的，柱塞主体上连接有柱塞头，所述柱塞头的直径大于所述柱塞主体的直径。
优选的，所述自适应压力变形套环内部设置有内槽。
优选的，所述第二流道的中心轴与所述第一流道的中心轴呈锐角。
因此，本发明采用上述结构的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，具有以下优点：
(1)本发明将阀配流装置中吸液阀功能集成在柱塞副装置中，大大缩小了阀配流装置占用的体积，提升了全海水润滑柱塞式海水泵的结构紧凑性，对研制轻量化的液压元件有重要意义。
(2)本发明提出一种新的自适应柱塞密封间隙结构，柱塞副的密封间隙可以随着工作压力大小自适应变化，柱塞副空腔工作压力越大，柱塞副的密封间隙越小，可以有效减少高压作业时全海水润滑柱塞式海水泵的间隙泄漏，从而提高整个全海水润滑柱塞式海水泵的容积效率。
(3)本发明通过在自适应密封套环外侧设置污染物颗粒缓冲区，在海水中杂质较多的工况下，柱塞副密封间隙中的污染物颗粒可以积聚在污染物颗粒缓冲区内，防止污染物颗粒使得整个柱塞副装置卡死失效。极大的提高全海水润滑柱塞式海水泵的稳定性。
(4)本发明通过在柱塞主体中设置容许变形区域，在高压海水环境下，柱塞主体可以在压力影响下自适应向内变形，防止硬挤压作用使得柱塞副装置间隙失调，使得全海水润滑柱塞式海水泵可工作范围提升，大大提高柱塞副装置对环境的适应性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种集成配流式低泄漏柱塞副装置实施例1的结构示意图；
图2为本发明一种集成配流式低泄漏柱塞副装置实施例1的装配柱塞的结构示意图；
图3为本发明一种集成配流式低泄漏柱塞副装置实施例1的吸水行程和排水过程的柱塞自适应变形区域切面受力图；
图4为本发明一种集成配流式低泄漏柱塞副装置实施例1的吸水行程和排水过程的柱塞自适应变形区域切面受力方向示意图；
图5为本发明一种集成配流式低泄漏柱塞副装置实施例2的结构示意图；
图6为本发明一种集成配流式低泄漏柱塞副装置实施例2的第二装配柱塞的结构示意图；
附图标记
1、压紧杆；2、塔形弹簧；3、单向阀阀芯；4、柱塞主体；5、自适应压力变形套环；6、内槽；7、柱塞套；8、柱塞泵缸体；9、柱塞套压盖；10、第一导向环；11、第一O型圈；12、第二O型圈；13、第三O型圈；14、第二导向环；15、第四O型圈；16、柱塞副空腔；17、排液单向阀；18、柱塞头；19、第二柱塞主体；20、第二压紧杆；21、内力；22、外力；
201、压紧杆中心配流孔道；202、吸液单向阀区域；203、压紧杆压力控制孔道；204、柱塞主体分流槽；205、柱塞主体压力控制孔道；206、第一流道；207、第二流道；208、污染物颗粒缓冲区；209、柱塞主体容许变形区域；210、压紧杆容许变形区域；
301、第二压紧杆中心配流孔道；302、第二吸液单向阀区域；303、第二柱塞压力控制孔道；304、自使用压力变形槽区域；305、第二柱塞主体容许变形区域。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
本发明提供了一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，如图1-2，其包括柱塞泵缸体8和设置在柱塞泵缸体8内部的柱塞套7。
柱塞套7内部开设有柱塞副空腔16，柱塞副空腔16在工作时内部充满海水，在装配柱塞往复运动过程中，柱塞副空腔16体积发生变化，通过容积变化来完成海水润滑柱塞式海水泵的吸水和排水过程。柱塞套7一端外侧设置有排液单向阀17，排液单向阀17与柱塞副空腔16连接，当柱塞副空腔16内部为高压海水时，可以通过排液单向阀17排出。柱塞套7另一端设置有柱塞套压盖9。
柱塞副空腔16内部卡设有柱塞主体4和压紧杆1，压紧杆1通过螺纹安装在柱塞主体4上，柱塞主体4上连接有柱塞头18，柱塞头18的直径大于柱塞主体4的直径，可以使柱塞主体4卡设在装配柱塞上。沿着柱塞主体4中心轴对称设置有柱塞主体容许变形区域209，沿着压紧杆1中心轴对称设置有压紧杆容许变形区域210，当柱塞副装置在深海高压环境中工作时，外部高压环境作用在柱塞泵缸体8，并传递到柱塞套7和装配柱塞上，迫使柱塞套7先发生向内变形，两者之间的间隙变小并产生硬挤压作用，此时在挤压作用下，柱塞主体4和压紧杆1由于容许变形区域的存在，分别向柱塞主体容许变形区域209和压紧杆容许变形区域210内变形，重新调整柱塞套7和整个装配柱塞之间的间隙，并保证在允许工作工作范围内，以防止间隙出现失调的现象发生。柱塞主体4内部中心线处设置有第一流道206，第一流道206上连接有第二流道207，第二流道207的中心轴与第一流道206的中心轴呈锐角，第二流道207与海水吸入侧相通以完成海水吸入过程的工作。第一流道206一端设置有单向阀阀芯3，柱塞主体4的螺纹段前端有与单向阀阀芯3配合的密封面。单向阀阀芯3与塔形弹簧2连接，塔形弹簧2设置在吸液单向阀区域202，压紧杆1和柱塞主体4内部形成吸液单向阀区域202，吸液单向阀区域202连接压紧杆中心配流孔道201，压紧杆中心配流孔道201位于压紧杆1的中心轴处。
压紧杆容许变形区域210的上方设置有压紧杆压力控制孔道203，压紧杆压力控制孔道203连接有柱塞主体分流槽204，柱塞主体分流槽204连接柱塞主体压力控制孔道205，柱塞主体压力控制孔道205上方设置有自适应压力变形套环5，自适应压力变形套环5内部设置有内槽6，设置内槽6可以在内外压差作用下产生弹性变形。自适应压力变形套环5设置为曲面波浪形，自适应压力变形套环5上设置有污染物颗粒缓冲区208，在海水中杂质较多的工况下，柱塞副密封间隙中的污染物颗粒可以积聚在污染物颗粒缓冲区208内，防止污染物颗粒使得整个柱塞副装置卡死失效，极大的提高全海水润滑柱塞式海水泵的稳定性。
柱塞套压盖9的直径大于柱塞主体4的直径，可以提升与柱塞主体4配合的密封性。自适应压力变形套环5两端设置有第一O型圈11，吸液单向阀区域202设置有第二O型圈12与第三O型圈13，第一O型圈11、第二O型圈12与第三O型圈13通过压紧杆1螺纹作用压紧固定以防止海水从自适应压力变形套环5两端以及吸液单向阀区域202泄露。柱塞套7与柱塞泵缸体8之间设置有第四O型圈15，以防止海水从柱塞套7外侧泄露。
沿柱塞主体4中心轴对称设置有第一导向环10，沿压紧杆1中心轴对称设置有第二导向环14，第二导向环14设置在压紧杆1两端边缘处，第一导向环10设置在柱塞主体4两端边缘处。
图3为吸水行程和排水过程的柱塞自适应变形区域切面受力图，当处于吸水行程中，柱塞副空腔16容积增大，排液单向阀17关闭，由于容积增大，外部环境海水从柱塞主体4球头端的第二流道207流入，此时单向阀阀芯3与柱塞主体4的密封面分离，外部环境海水可以通过吸液单向阀区域202进入到柱塞副空腔16内，柱塞副空腔16内海水与外部环境海水压力相等。柱塞副空腔16内海水由压紧杆压力控制孔道203进入柱塞主体分流槽204，柱塞副空腔16内海水在此汇合并通过柱塞主体压力控制孔道205分流进入自适应压力变形套环5的内槽6内，此时内槽6薄壁区域内外表面压力平衡，保持初始的密封间隙，该状态下摩擦力小，全海水润滑柱塞式海水泵的机械效率高。
当处于排水过程中，柱塞副空腔16体积减小，由于容积减小作用，柱塞副空腔16内海水压力升高变为高压海水，柱塞副空腔16内海水压力大于外部环境海水压力，单向阀阀芯3与柱塞主体4的密封面贴合并压紧，高压海水无法通过吸液单向阀区域202；当压力达到排液单向阀17的开启压力后，柱塞副空腔16内高压海水可以通过排液单向阀17排出。同时柱塞副空腔16内高压海水由压紧杆压力控制孔道203进入柱塞主体分流槽204，柱塞副空腔16内海水在此汇合并通过柱塞主体压力控制孔道205分流进入自适应压力变形套环5的内槽6内，此时内槽6薄壁区域内表面的压力高于外表面，在压力作用下使自适应压力变形套环5的变形区域发生弹性变形，减小自适应压力变形套环5与柱塞套7密封间隙，并且压力越高，由压差引起的形变量越大，保证恒定的微量泄漏状态，全海水润滑柱塞式海水泵的容积效率大大提高。
图4为柱塞副空腔16内海水与外部环境海水压力示意图，当处于吸水过程时，柱塞副空腔16内海水与外部环境海水压力相等，即内力21等于外力22；当处于排水过程时，柱塞副空腔16内海水与外部环境海水压力不相等，此时内槽6薄壁区域内表面的压力高于外表面，即内力21大于外力22。
对于工作海水中存在尺寸较大的污染物颗粒时，污染物颗粒会随着海水流动进入密封间隙中，装配柱塞往复运动过程中，尺寸大的污染物颗粒可以积聚在污染物颗粒缓冲区域208，而污染物颗粒缓冲区域并不起到密封作用，因此不影响自适应压力变形套环5内槽外部区域的间隙密封作用，提高全海水润滑柱塞式海水泵的稳定性。
实施例2
本实施例结构与实施例1类似，区别在于：如图5-6所示，柱塞副装置中的柱塞为一体化制作而成，将实施例1中的柱塞主体4，自适应压力变形套环5集成为一个零件第二柱塞主体19，第二压紧杆20内仅有第二压紧杆中心配流孔道301，塔形弹簧2和单向阀阀芯3安装在第二柱塞主体19内部的第二吸液单向阀区域302，安装方式与实施例1中相同。由第二压紧杆20、塔形弹簧2、单向阀阀芯3、第二柱塞主体19、第一导向环10、第二导向环14组成的第二装配柱塞在柱塞套7内往复直线运动，并形成体积变化的柱塞副空腔16。第二柱塞压力控制孔道303入口直接与柱塞副空腔16相通，第二柱塞压力控制孔道303出口则通向第二柱塞主体19内自适应压力变形槽区域304。第二柱塞主体容许变形区域305为第二柱塞主体19内部封闭环形空腔，高压环境作用在柱塞副装置时，能够容许第二压紧杆20向空腔内部产生弹性变形，防止硬挤压作用使第二装配柱塞与柱塞套7的运动卡死。该实施例中内部孔道由于是一体化加工而成，无需额外的密封圈防止泄漏，并且结构更加简洁进一步提高结构稳定性。
因此，本发明采用上述结构的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，将阀配流系统中吸液单向阀的功能集成到柱塞副装置内，提升轴向高压海水柱塞泵的结构紧凑性；同时能够实现柱塞密封表面的自适应变形，控制柱塞副工作时的密封间隙大小，保证柱塞副始终保持恒定低泄漏的工作状态，提高柱塞副的工作效率并延长柱塞副的使用寿命；柱塞部分增设容许变形区域，减小大深度压力变形对柱塞副装置工作的影响，提升柱塞副装置工作的环境适应性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：包括柱塞泵缸体和设置在所述柱塞泵缸体内部的柱塞套，所述柱塞套内部开设有柱塞副空腔，所述柱塞副空腔内部卡设有柱塞主体和压紧杆，所述压紧杆通过螺纹安装在所述柱塞主体上；所述柱塞套一端外侧设置有排液单向阀，所述排液单向阀与所述柱塞副空腔连接，所述柱塞套另一端设置有柱塞套压盖，所述柱塞套压盖的直径大于所述柱塞主体的直径。
2.根据权利要求1所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：沿着所述柱塞主体中心轴对称设置有柱塞主体容许变形区域，所述柱塞主体内部中心线处设置有第一流道，所述第一流道上连接有第二流道，所述第一流道一端设置有单向阀阀芯，所述单向阀阀芯与塔形弹簧连接，所述塔形弹簧设置在吸液单向阀区域，所述吸液单向阀区域连接压紧杆中心配流孔道，所述压紧杆中心配流孔道位于所述压紧杆的中心轴处。
3.根据权利要求2所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：沿着所述压紧杆中心轴对称设置有压紧杆容许变形区域，所述压紧杆容许变形区域的上方设置有压紧杆压力控制孔道，所述压紧杆压力控制孔道连接有柱塞主体分流槽，所述柱塞主体分流槽连接柱塞主体压力控制孔道，所述柱塞主体压力控制孔道上方设置有自适应压力变形套环，所述自适应压力变形套环设置为曲面波浪形，所述自适应压力变形套环上设置有污染物颗粒缓冲区。
4.根据权利要求3所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：所述自适应压力变形套环两端设置有第一O型圈，所述吸液单向阀区域设置有第二O型圈与第三O型圈，所述柱塞套与所述柱塞泵缸体之间设置有第四O型圈。
5.根据权利要求4所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：沿所述柱塞主体中心轴对称设置有第一导向环，沿所述压紧杆中心轴对称设置有第二导向环，所述第二导向环设置在所述压紧杆两端边缘处，所述第一导向环设置在所述柱塞主体两端边缘处。
6.根据权利要求5所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：柱塞主体上连接有柱塞头，所述柱塞头的直径大于所述柱塞主体的直径。
7.根据权利要求6所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：所述自适应压力变形套环内部设置有内槽。
8.根据权利要求7所述的一种集成配流式低泄漏柱塞副装置，其特征在于：所述第二流道的中心轴与所述第一流道的中心轴呈锐角。
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