CN1213425A - 液压柱塞泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压柱塞泵,它包括:注入动力水(30)的动力水管、通过底阀(4)与输送水连通的排水管(32)、与动力水管(31)和排水管(32)连通的柱塞泵阀(3)。当柱塞泵(3)开启时,动力水流入到排水管中,在柱塞泵阀关闭之后,还在排水管中流动的水柱通过底阀(4)吸水。柱塞泵阀(3)靠弹簧力保持使动力水管与排水管隔开的关闭状态。提供了一个蓄压器(5),它与柱塞泵阀(3)上游的动力水管连通。阀部件(4a)是环形设计的,可轴向移动,它牢牢地连接在排水管上,这种连接的有效截面比阀座的截面大。柱塞泵阀(3)的阀座(6)和底阀的阀座(4a)是机械耦合的,以便传递动能。
Description
本发明涉及用于将以少量的高压水转换成大量的低压水的液压柱塞泵。这种柱塞泵还被称为抽水柱塞。柱塞表示可以被反过来的用于将大量的低压水转换成少量的高压水的柱塞泵。按照本发明的柱塞泵能够完成上述两种功能，也就是说，它可以被选用来增压或增量。
至少从1905年起，抽水柱塞就已为世人所知(“Tragheitsmaschinen als Moglichkeit der hydraulischmechanischenEnergieumformung”[作为液压机械能量转换方案的惯性机械]，presentation by Ivan Czphelly,Fegawerk/Switzerland,held at the IHP ofRWYH Adchen,Prof.Backe,June21,1991)。象在具有动力水管和固有压差的液压柱塞的场合，他们采用了靠流过阀门中的水所产生的流体压差而猛然关闭的柱塞阀。
对已知的抽水柱塞(例如，德国第8042881949号专利或瑞士Fegawerk S.A.,Le Locie公司至今仍生产的抽水柱塞)来说，当柱塞阀关闭时，由于动力水停止，因而动力水管中流水的动能便消失了。为了使这种损失尽可能的小，Fegawerk公司生产的抽水柱塞用具有很大截面的软管作为动力水管，用这种方法还避免了动力水的高速度。
由于当动力水容积流量下降到所需值时，柱塞泵阀不再关闭，并且效率下降到零，因此上述已知的抽水柱塞需要有良好功能的特定的恒定动力水容积流量。
由于动力水的猛然停止，使柱塞泵阀承受特别大的负载，已知的抽水柱塞所承受的这种负载要比一般的液压柱塞所承受的负载大得多。随着动力水柱的停止，液压柱塞中阀所支承的压力只是达到为了压入到储气缸中所必须达到的压力。柱塞泵阀上承受的这种大负载对已知的抽水柱塞的寿命有不利的影响。
德国专利申请DE19520343中所述的柱塞泵克服了这些缺点，该专利申请不是以前公布的(EPC Art.54(3))，按照该专利申请，柱塞泵阀不是象在前面所述的已有技术中那样被制成靠弹簧力维持开通状态和靠动力水流关闭的单向阀，而是被制成靠弹簧力维持关闭状态和靠动力压力开通的阀。此外，按照该发明，使柱塞泵阀和蓄压器机构象振荡电路那样周期性地工作，蓄水器机构同样地受动力水的作用。这种抽水柱塞的结构决定了它既能起增压作用也能起增大容积流量的作用。
就这种柱塞泵而论，由于在柱塞泵阀被打开之前蓄压器机构的压力调节部件已经吸收了动力水压力，因此它能保证在柱塞泵工作时动力水不会猛然停止，而是可以连续馈送到蓄压器，这样，与已有技术相比，柱塞泵显然不承受负载，这有利于延长柱塞泵整体的寿命。
借助于这种作为关闭阀的柱塞泵的柱塞泵阀结构，以及它靠动力水驱动，加之蓄压器元件，即使在最小动力水容积流量的情况下仍能使柱塞泵阀开启，因为即使在最小动力水流量的情况下，柱塞泵阀的开启压力也是由蓄压器机构产生的。因此，与上述抽水柱塞相比，这也能明显提高柱塞泵的效率。
下面将参照图1和图2更详细地解释这种柱塞泵的其它细节，附图中：图1表示第一实施例的示意图；图2表示以前没有公布的德国专利申请DE19520343中所述的柱塞泵的第二实施例。
图1和2所示的液压柱塞泵通常包括动力水管1，排水管2、柱塞泵阀3和用于吸取输送水的底阀4。柱塞出口9位于排水管2的端部。柱塞泵阀3包括活塞3a和用于将活塞3a压在阀座6上的恢复或关闭弹簧3b。弹簧3b使柱塞阀保持关闭。
此外，动力水管1不仅象已有技术中的那样连接到柱塞泵阀3的压力侧，而且还连接到弹簧缓冲55上。
在图1和2所示的柱塞泵实施例中，蓄压器机构5被做成弹簧缓冲器。
按照图1所示的实施例，弹簧缓冲器5本身具有缸筒5c，它与柱塞泵阀3上游的动力水管1连通。缸筒5c内有活塞5a，它受弹簧5b的偏压，形成了蓄压器的压力调节器。
在图1所示的实施例中，柱塞泵阀3的活塞3a、恢复弹簧3b和阀座同样位于它们自己的与缸筒5c分开的缸筒3c内，因此柱塞泵阀3和弹簧缓冲器5只通过动力水有效地相互连接起来。
在图2中，柱塞泵阀3和弹簧缓冲器5的部件位于公共缸筒10内并相互机械耦合：弹簧缓冲器5的活塞5a被放置在活塞弹簧耦合系统的上端，蓄压器弹簧5b将活塞5a连接到位于活塞5a下方的柱塞阀3的活塞3a上，柱塞泵阀的恢复弹簧3b被固定在缸筒10的固定支座11上，向上移动。缸筒的下端浸在输送水中，靠底阀4关闭。
动力水管1通到缸筒内的蓄压弹簧5b的位置上，而排水管则从缸筒内的关闭弹簧3b的底端分出来。
在图2的这个抽水柱塞实施例中，关闭弹簧3b和蓄压器弹簧5是拉伸弹簧。
图1和2所示的柱塞泵的工作原理如下：
动力水流过动力水管1，作用在活塞5a上的动力水压使蓄压弹簧5b受压(蓄压机)，直到柱塞泵阀的活塞3a上除对应于阀座b以外的区域上的压力克服柱塞泵阀的关闭弹簧3b的压力为止。然后柱塞泵阀3猛然打开，随着柱塞泵阀3的打开，动力水压作用到整个柱塞泵阀活塞3a上。这时，蓄压器弹簧5b被释放(释放阶段)，通过活塞5a的往复运动加快了排水管2中的水流量，因此，该管路中的压力下降，直到关闭弹簧3b的压力克服柱塞泵阀活塞3a的整个区域上的压力为止，于是柱塞泵阀关闭。在接着重新开始的蓄压阶段中，还在排水管2中流动的水从底阀4吸取水，直到水流因排水头产生的反压而停顿下来为止。然后周期性地继续进行另外的释放阶段和蓄压阶段。
图2所示的柱塞泵象图1所示的柱塞泵那样周期性地执行蓄压阶段和释放阶段。与图所示的柱塞泵相反的是，在图2所示的柱塞泵的情况下，蓄压活塞5a因其弹簧耦合到柱塞泵阀塞3a上而部分承担了柱塞泵阀活塞3a的功能。这意味着在活塞5a上除对应于阀座6以外的区域上的压力克服恢复弹簧或柱塞泵阀关闭弹簧3b上的压力之前，动力水通过作用在活塞5a上的动力水压使蓄压弹簧5b受压(蓄压阶段)。然后柱塞泵阀3猛然打开，随着柱塞泵阀3的打开，动力水压作用到整个蓄压器活塞5a上。这时，蓄压器弹簧5b被释放(释放阶段)，它通过活塞5a的往复运动加快了排水管2中的水流量，因此，该管路中的压力下降，直到关闭弹簧3b的压力克服柱塞泵阀活塞3a的整个区域上的压力为止，于是柱塞泵阀关闭。在接着重新开始的蓄压阶段中，还在排水管2中流动的水从底阀4吸取水，直到水流因排水头产生的负压而停顿下来为止。然后周期性地继续进行另外的释放阶段和蓄压阶段。
在图2中，在活塞3b上面的缸筒空闲空间内放置了一个充气软管8，它缓冲了柱塞泵阀活塞3b的脉动和排水管2中水的脉动，这样就保证了柱塞泵出口9流量的相对静止。原则上也可以用其它已知的缓冲方法。
本发明的目的是提供一个结构紧凑、高效率、长寿命并可用于增压和提高容积流量的液压柱塞泵。
本发明的目的是通过权利要求1的特征实现的。本发明的有利改进在从属权利要求中指定。
因此，按照本发明的液压柱塞泵原理上是如图1和2以及以上的说明构成的。按照本发明的柱塞泵的特殊特征在于柱塞泵阀的阀座与底阀的阀座是这样机构耦合的：在关闭某个阀时所产生的动能被传送到另一个阀上以便打开另一个阀部件。这种柱塞泵除了上述优点以外还能实现更好的能量传递。还有一个优点是两个阀之间的无用连接部分可以保持很短，由于该连接部分中水的动能不能被利用并且当柱塞泵关闭时该连接部分会在柱塞泵中产生空腔，因而该无用连接部分成了已有技术的难题。最后，由于柱塞泵阀和底阀相互紧紧相邻并同轴地安装，因而可以保证柱塞泵的紧凑结构。
该紧凑结构得益于波纹管形状的蓄压器的设计，它支承柱塞泵阀的阀部件。同样有利于紧凑结构的是柱塞泵阀的阀部件恢复弹簧被放置在蓄压器波纹管内。最后，按照本发明，紧凑结构得益于被放置在泵内的波纹管形状的底阀恢复弹簧的结构，输送水穿过该波纹管形状的底阀恢复弹簧。
以下将参照图3所示的例示对本发明作更详细的说明；图3示出了按照本发明的柱塞泵优选实施例的纵剖面图。在图3中的功能与在图1和2中的功能相同的部件用相同的参考数字表示。
图3所示的柱塞泵具有通常的筒形壳体20，筒形壳体20具有筒形套筒21，位于图3下端的筒形套筒21的一端由底22密闭，位于图3上端的筒形套筒21的另一端由盖23密闭。筒形壳体20的内部被分割物24分割成大容积子腔25和小容积子腔26。
在所示的实施例中，壳体20的底22被设计成两部分，包括环27，环27的外圆周与套21的外圆周一致，它的偏心内圆周上有内螺纹，具有外螺纹的封闭销28被拧入到该内螺纹上。为了部件27与28相互之间的密封，在封闭销28的外圆周上设计了一个环形槽，环形槽内安装了一个O型环29，它支承在环27的内圆周上。
动力水管(没有画出)连接到进水管30上，进水管30穿过盖23上的孔和分割物24上的相应的孔。进水管30至少要紧紧连接到分割物24上。管形阀座底盘31紧紧插入到分割物24的另一个孔中，管形阀座底盘31上位于小子腔26内有个环形部件4a，所述环形部件4a外侧指向盖23并构成了底阀4的阀座4b，小子腔2b内还有一个波纹管形状的恢复弹簧4c，弹簧4c的一端牢牢地连接到阀部件4b上，它的另一端牢牢地连接到管连接机构32上，管连接机构32穿过盖子23上的孔，牢牢地连接到盖子23上并连接到排水管(没有画出)上。阀座底盘31的另一端有一个锥尖指向底阀4的阀座4a的圆锥形表面形状的阀座6，为了与伸入其中的柱塞阀泵3的阀部件3a的球形表面相配合，阀座6同样也被制成圆盘形状，它牢牢地连接到波纹管5的上端，波纹管5(下面将说明)构成了柱塞泵的蓄压器，它的另一端与壳体20底部的封闭销28的内表面紧紧地连接在一起。恢复弹簧3b支承在环形柱塞泵阀3内部，它的另一端支承在支承管33的上端上，支承管33的另一端被插入到封闭销28的孔中与封闭销28紧紧连接在一起。在支承管33的下端有一个透孔34，透孔34一方面通到支承管33的内部，另一方面通到波纹管5的内腔中。
柱塞泵阀3的阀体3a上有一个中心孔，孔中穿过了一个圆柱体35，圆柱体35上指向底阀4的那一端插入到阀座底盘31的内腔中，另一端被扩大成法兰盘的形式，该类似的法兰盘部件用于把阀体3固定到波纹管5上。该法兰盘的指向波纹管5的那一面上有一个用于卡住恢复弹簧5b的卡体，弹簧5b卡在所述卡体上。该卡体象圆柱35的法兰盘和圆柱体35本身一样，其内部也有一个毛细孔，毛细孔延伸到毛细管36上，毛细管36延伸到支承管33的底部。
最好在小子腔26区域内的壳体20的套筒上穿孔，并且在这些穿孔中安装金属网37和38。
如图3中柱塞泵上端的波纹管所示的那样，柱塞泵被浸没在蓄水器的水面之下。
下面将说明图3所述的本发明的柱塞泵的工作方式。
外部泵(没有示出)通过连接管30将动力水注入到柱塞泵的下面的压力腔1或子腔中。由于在相对于柱塞泵阀3的关闭位置上阀部件3是靠恢复弹簧3b固定的，因此波纹管5外部的压力腔中的压力上升，该增大的压力使得波纹管5(最好由金属构成)产生弹性变形。这意味着波纹管5上的折层具有液压抽水柱塞的弹簧蓄压器功能。
子腔25中产生的液体压力在支承柱塞泵阀部件3a的波纹管5的端面上产生增压力，该压力最终会克服恢复弹簧3b的闭合力。因此，柱塞泵阀3开启，或它的阀部件3a脱离它的阀座，这时压力腔25中的液体压力分别作用到波纹管5的整个端面和阀部件3a的外表面上，结果，柱塞泵阀3进一步开启，于是子腔25中的压力有一点下降。另外，随着柱塞泵阀3的开启，子腔25的压力作用到构成底恢复弹簧的波纹管4c的内腔(这对底阀4仍处于关闭状态)和该内腔中的水上，并使内腔中的水加速流动，结果使得压力进一步下降，直到压力下降到使恢复弹簧3b再次将阀体压住其阀座从而关闭柱塞泵阀为止，于是子腔25中再次产生压力。
靠柱塞泵阀3的关闭而传送到有关阀座6上的动能通过阀座底盘31被传送到底阀4的阀座4a上，由于弹性冲击使底阀4开启。在底阀4开启、阀体4b被顶离阀座4a时，利用输送水携带的动能使输送水克服流过底阀4的输送水的重量从周围吸水。同时，底阀4靠波纹管4c上的一点负压维持开通状态。一旦输送水中携带的能量被用完，底阀4便再次被波纹管4c中驻留的弹簧力关闭。
通过阀座底盘31，弹性冲击使这个关闭过程中的动能传递到柱塞泵阀3的阀座6上，并又通过阀座6传送到柱塞泵阀3的阀部件3a上，结果使阀部件3a开启。同时，刚刚保持不动的输送水因波纹管4c的弹性而轻微回流并产生小的有利于柱塞阀泵打开的定位冲击。
由于按照本发明的阀底是机械耦合的或制成一体的，因此对底阀4和柱塞泵阀3来说，一个阀的关闭能量便于用来打开另一个阀。这种优点是普通结构的柱塞泵所不具备的，因为所讨论的两个阀(底阀是单向阀)是被设计成相互分开的，所以动能不会从一个阀传到另一个阀上，相反，关闭过程中释放出来的动能通过缓冲消耗掉了，例如在阀的封闭橡胶中消耗掉了。这种类型的缓冲通常也是需要的，以便防止阀底上相关阀部件的所谓颤动。对按照本发明设计的通过阀座相互连接在一起或被制成一个部件整体的阀来说，这种颤动是不会发生的，因为动能被关闭阀引入到另一个阀上，以便引起或有助于另一个阀的打开。
通常，阀部件周围的水是轴向流动的，阀部件与进流后面的阀座之间的水是径向流出的。与此相反，按照本发明设计的并带有普通阀座的阀中的水在阀部件与有关阀座之间是一起径向流入的，然后从各个阀中轴向流出。按照本发明，两个阀的阀座之间的耦合的另一个优点是两个阀之间的部分可以保持很短。
通过采取简单的措施，按照本发明和以上说明的柱塞泵还可以作为标准的柱塞泵。为此用途，只需要提供一个附加弹簧，它可以使底阀4在其它位置上开启。这种改进的柱塞泵的工作方式如下：
输送水一开始因自然降落而加速，它通过打开的底阀4经管连接机构32涌到外面，直到阀部件4b与阀座4a之间的流体负压和波纹管4c中的反向压力使底阀4关闭为止。因此，柱塞泵阀3开启，输送水的动能使弹簧蓄压器(波纹管5)增压，结果是柱塞泵阀3再次关闭，上述过程又从头开始。不过，如果弹簧蓄压器(波纹管5)已经被增压(也就是说没有消耗压力水)，那么当输送水静止时底阀4不会关闭，只是在弹簧蓄压器中的剩余能量使输送水反向加速之后，底阀4才会关闭。在柱塞泵阀3关闭以后输送水开始吸入流经底阀4的水，直到流向改变方向。这意味着，如果不需要压力水，那么输送水的消耗还恢复到最小。
毛细管36或阀部件中的毛细孔(图3)的作用是使波纹管5的内部压力与波纹管4c和排水管的压力相等。这样就实现了使动力水与输送水之间的压差(在此压差下柱塞泵打开)与输送头无关。因此，不管柱塞泵被用来输送大量的表面水还是被用来输送少量的很深处的水，外部动力和泵的负载总是相同的。
Claims (9)
1、一种液压柱塞泵，它包括：
流入动力水的动力水管(30)、通过底阀(4)与输送水连通的排水管(32)、与动力水管(1)和排水管(2)连通的柱塞泵阀(3)，当柱塞泵阀(3)开启时，动力水流入到排水管中，在柱塞泵阀关闭之后，还在排水管中流动的水柱通过底阀(4)吸取输送水，柱塞泵阀(3)靠弹簧力保持使动力水管与排水管隔开的关闭状态，还提供了一个蓄压器(5)，它与水流方向上的柱塞泵阀(3)上游的动力水管连通，阀部件(4a)是环形设计的，可轴向移动，它牢牢地连接在排水管上，这种连接的有效截面比阀座的截面大，柱塞泵阀(3)的阀座(6)和底阀的阀座(4a)是机械耦合的，以便传递动能。
2、根据权利要求1所述的液压柱塞泵，其中，柱塞泵阀(3)和底阀(4)基本上是同轴放置的，具有相邻的阀座。
3、根据权利要求2所述的液压柱塞泵，其中，两个阀座(4a,6)制作在阀座底盘(24)的两端。
4、根据权利要求1到3中的任何一条权利要求所述的液压柱塞泵，其中，蓄压器(5)具有一个波纹管，它的一端固定在一两段壳体的子腔(25)中，外部受动力水的作用，外部水通过动力水管(30)导入到子腔(25)中，它的另一端支承柱塞泵阀(3)的阀部件(3a)，柱塞泵阀(3)放置在另一个子腔中，它与排水管连通，柱塞阀泵(3)的阀座(6)放置在用于分割壳体(20)的隔离物(24)上并与底阀(4)的阀座(4a)连接。
5、根据权利要求4所述的液压柱塞泵，其中，波纹管(5)在不改变轴向长度的情况下作为蓄压器的弹性可调容积部件以便储存压力。
6、根据权利要求4所述的液压柱塞泵，其中，柱塞泵阀(3)的恢复弹簧(3b)放置在蓄压器波纹管(5)的内部，与蓄压器波纹管(5)同轴移动，它的一端固定在柱塞泵阀(3)的阀部件(6)内，另一端固定在壳体(2)上。
7、根据权利要求4或5所述的液压柱塞泵，其中，柱塞泵阀(3)的阀部件(3a)内有毛细孔，该毛细孔使蓄压器波纹管(5)的内部与底阀(4)的阀部件(4a)和柱塞泵阀(3)的阀部件(6)之间的腔连通。
8、根据权利要求(6)所述的液压柱塞泵，其中，毛细管(36)与毛细孔连通，毛细管(36)延伸到蓄压器波纹管(5)的底部。
9、根据权利要求4到7中的任何一条权利要求所述的液压柱塞泵，其中，底阀(4)具有波纹管(4c)，波纹管(4c)的一端装有底阀(4)的阀部件(4a)，另一端固定在壳体(20)上，在关闭状态时，阀部件(4b)压在它的阀座(4a)上。
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