CN2338513Y - 油气混输容积泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种油气混输容积泵——属于活塞式容积泵技术领域。它主要由齿轮传动部分、离心活塞内凸轮机构、带单向阀的转轮、吸入单向阀与活塞同步开启机构、流道式机械密封,安全换气机构等组成。本实用新型的活塞运行平稳、转速高、机组效率高、重量轻、体积小,便于使用维修;密封性能好,容积压缩比大,既可输送气体,也可输送液体,很适合作油气混输泵。

Description

油气混输容积泵

本实用新型属于活塞式容积泵技术领域，是一种既可输送液体也可输送气体的设备。在本实用新型作出之前，活塞式容积泵用于液体介质时，转速是受到很大限制的，一般控制在每分钟60-80转。其原因主要是单向阀的开、关与活塞不同步；液体通过阀门时损失太大。因为二个单向阀都设置在活塞顶部，单向阀孔面积小，能量局部损失大。活塞泵用于液体介质，都要配备一个庞大的减速机构，造价很高。液体介质的输送一般都用离心泵，活塞泵主要用来需要建立压力的场合。

高心泵对于气体介质的输送是困难的，一般转速下，不可能对气体产生较大离心力，建立较大气压。当需要对含有液体和气体的混合介质输送时，目前，国内、国外没有好办法。如螺杆泵、螺旋式叶片泵……都不能很好地解决液气混输问题。

目前，我国石化行业，对油气混合介质输送办法是：先用分离设备把油、气分离，然后分别用气泵和离心油泵，用二条管线(气管线、油管线)进行输送。这样，设备投资大、效率低。国外，曾经有资料介绍，用类似诱导轮原理，设计螺旋叶片轴向压送。由于气体可压缩性和流动性都很大，这种泵对输送油、气混合介质也不理想。因为靠旋转叶片的螺旋升力很有限，反过来说，只要进出流道是沟通的，没有封闭的压缩空腔，对气体要建立较大压力是困难的。为什么气泵都采活塞式泵呢？也就是这个道理。

我国石油天燃气总公司已把油气混输问题作为重要课题研究，到目前为止，据说样机试验效果不理想。据说该样机采用的是螺旋叶片工作原理，由此说明，上述分析是成立的。

如何对液气混合介质，或一时是气体，一时是液体这种不规律变化的介质进行输送？同时要使所构思的产品制造成本低，实用性好，这是创造发明本实用新型的目的。

本实用新型主要由齿轮转动部分、离心活塞内凸轮机构、带单向阀的转轮、流道式机械密封、吸入单向阀与活塞同步开启机构、安全换气机构等六部分组成。

本实用新型的目的用以下方式实现，新型容积泵包括出水端盖、吸水端盖，这二个端盖内都装有机械密封静环和弹簧；内凸轮、滚动体转轮活塞，活塞有二个，其上一端都装有滚动体，另一端有触发楔块，二个活塞都在转轮内，内凸轮固定在泵壳体内，轮上装有大齿轮，左右两端内都装有机械密封动环，两端外装有轴承，支承转轮，轴承装在泵壳体内，转轮内一端装有吸入单向阀，另一端内装有吐出单向阀，二个单向阀都由孔用挡圈固定在转轮内使之靠近转轮中心活塞运行孔；转轮中心处有触发楔块、限位滑动垫片、触发弹簧、吸入单向阀支架、螺母、吸入单向阀阀杆等组成吸入单向阀与活塞同步开启机构，触发楔块在活塞中心位置限位滑动垫片、触发弹簧、螺母都装在吸入单向阀阀杆上；换气管、换气缸、浮动阀及安全阀门及弹簧组成安全换气机构，弹簧、安全阀门、安全阀杆、支架组成浮动阀，一起在换气缸内，换气缸和吸入口的三通接头相连，三通接头与吸水端盖相连，换气管与换气缸和泵壳体内腔相连；泵吐出口有带限压安全阀的管道与泵进口相连。下面结合附图，对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型的主视图

图2为图1的A-A剖视图图中：

1、出水端盖          12、吸水端盖     23、小齿轮轴

2、流道式机械密封    13、换气管       24、小齿轮

3、轴承              14、换气缸       25、挡圈

4、大齿轮            15、浮动阀       26、吐出单向阀

5、转轮              16、三通接头     27、小轴座

6、泵壳体            17、安全阀门     28、吸入单向阀关闭

7、小轴              18、机械密封压盖     回位弹簧

8、内凸轮            19、机械密封     29、吸入单向阀支架

9、滚动体(轴承)      20、轴承         30、吸入单向阀开启

10、活塞             21、轴承压盖         触发楔块

11、吸入单向阀       22、轴承         31、限位滑动垫片

                                      32、吸入单向阀开启

                                          触发弹簧

容积泵的小齿轮轴[23]由原动机带动旋转，通过大小齿轮[4]和[24]传动，使转轮[5]旋转。参看图2，转轮[5]内装有二个相同活塞[10]。在离心力作用下，活塞分别向外运动，中间通过滚动体[9]与内凸轮轮廓接触。内凸轮[8]控制活塞的行程。活塞、滚动体、内凸轮组成离心活塞内凸轮机构，主要由这部分产生能量转换。

活塞一方面随转轮转动，另一方面受内凸轮轮廓控制作相对于转轮移动。二个活塞在离心力作用下，始终是通过滚动体与内凸轮轮廓接触，活塞无冲击，运行平稳。内凸轮轮廓半径增大，二个活塞在转轮内向外移动，转轮内容积增大；内凸轮轮廓半径减小时，二个活塞在转轮内向中心移动，转轮内容积减小。如此循环往复，转轮内容积受内凸轮轮廓控制，大小周期发生变化。这就具备了容积泵抽送介质的能力，也就是说，离心活塞内凸轮机构是可以实现能量转换，把转轮的旋转机械能转换为对介质的压力能。

转轮是旋转的，其内容积变化怎么才能与外部静止管道发生交换呢？活塞在转轮内移动受内凸轮控制，其中间接触的滚动体能适应吗？当输送介质含气多、转轮内容积变化的压缩比能适应吗？因为气体可以压缩，当泵的出口有压力时，转轮内介质压力有可能不大于泵出口压力，这样就难于达到抽送目的。泵壳体内容积因活塞运动也发生大小变化，这个变化阳碍活塞运动，产生热量，怎样克服呢？吸入单向阀在高转速下能灵敏地同活塞同步开启吗？否则转轮内容积变化只产生真空度变化，也达不到抽送介质的目的。针对这些问题，现分别说明如下：

一、滚动体

滚动体采用轴承代替，轴承装在小轴[7]上，小轴固定在小轴座[27]上，小轴座[27]安装在活塞顶部，这样，转轮旋转，轴承外圈就沿内凸轮轮廓滚动，通过小轴，小轴座给活塞传力。壳体[6]内盛有适当机油，使轴承滚动体得到润滑。由轴承性能可知，这样的滚动体是能够适应的。

二、旋转单向阀

为了增大压缩比，如图1示，单向阀[26]、[11]设置在转轮内，并靠近活塞，随转轮旋转。单向阀轴向用挡圈[25]定位。这样单向阀就可靠近容积变化腔，使容积压缩比很大，有利于输送含气多的介质。

三、流道式机械密封

如图1：流道式机械密封[2]有二处，机械密封动环装在转轮二端，静环、弹簧装在出水端盖[1]吸水端盖[12]内。有了这个独特的设计，机械密封内径成为过流管道，密封端面连接了旋转的转轮和静止的输出管道。

四、安全换气机构

如图1示，换气管[13]连接泵壳体[6]的内腔和换气缸[14]，换气缸内装有浮动阀[15]，浮动阀[15]由弹簧、安全阀门[17]、安全阀杆、支架一起组成。正常情况下，弹簧压紧安全阀门[17]，使之处在关闭状态。泵壳体内气压增高，使浮动阀[15]下移，增加吸入口介质压力，有利于介质吸入，泵壳体内气压减小，换气阀[15]上移，使壳体内气压保持稳定。当因故障，泵壳体内压力超高，浮动阀[15]内的安全阀门克服弹簧压力打开，沟通泵壳体内腔与吸入口进行卸压，保障安全，避免事故。

五、吸入单向阀与活塞同步开启机构

当活塞[10]在转轮[5]内向外移动，容积增大时，吸入单向阀[11]只要能同步开启，则当活塞在转轮内向中心移动，容积减小，压力增大，吸入单向阀在回位弹簧[28]引导下，是能够及时关闭的；压力继续增大到一定值，吐出单向阀[26]也一定能开启；当活塞向外移，容积增大、压力减小，吐出单向阀在其弹簧的引导和吐出口介质压力作用下，也一定能同步关闭。由此分析，单向阀的灵敏同步度主要是吸入单向阀的同步开启性能。为此，设计的吸入单向阀与活塞同步开启机构，主要由触发弹簧[32]，触发楔块[30]及限位滑动垫片[31]，吸入单向阀支架[29]及螺母组成。触发楔块在活塞的中心位置，可由活塞形成。螺母、触发弹簧[32]、限位滑动垫片[31]如图1示，装在吸入单向阀的阀杆上。吸入单向阀阀杆上有给限位滑动垫片限位的台阶。当活塞接近转轮中心线时，触发楔块[30]首先插入限位滑动垫片[31]和支架[29]之间，这时触发弹簧[32]受到更大的压缩，限位滑动垫片[31]向左移动。由于转轮内腔此时压力高，吸入单向阀[11]受较大压力严密关闭，吸入单向阀门不能在触发弹簧力作用下移动。当活塞在转轮内开始向外移动时，转轮内压力减小，吐出单向阀关闭，吸入单向阀在触发弹簧的作用下马上打开(触发弹簧[32]的弹力比关闭回位弹簧[28]的弹力大)活塞继续外移一段距离后，触发楔块两开支架与限位滑动垫片，触发弹簧使限位滑动垫片回位到吸入单向阀阀杆上的台阶处，吸入单向阀保持开启状态。直到活塞向外移动结束，转为向内移动时，转轮内压力增大，吸入单向阀在弹簧[28]的引导下及时关闭。注意，这时滑动垫片与支架之间有间隙，且这个间隙大于触发楔块[30]的头部厚度，触发弹簧对吸入单向阀不产生作用力。活塞继续向内移动，触发楔块重新插入限位滑动垫片与支架之间。如此循环往复，周而复始，吸入单向阀达到同步开启，且灵敏度高。

上述是对主要部分进行的阐明。再整个概述如下：转轮[5]在齿轮带动下旋转，当轴承[9]接触到的内凸轮半径逐渐增大，活塞[10]向外移动时，转轮[5]内容积增大，出现负压。通过同步开启机构的作用，以及这个负压作用下，把吸入单向阀[11]打开，吸入口的介质就进入转轮活塞腔；当轴承[9]接触到的内凸轮半径逐渐缩小，活塞向转轮中心移动时，转轮内容积减小，压力增大，吸入单向阀马上关闭，当压力大于吐出口的介质压力时就打开吐出单向阀[26]，介质就被压出吐出口。这样转轮不停地转动，活塞受内凸轮轮廓控制，不停地在转轮内往复移动，达到了输送介质的目的。

另外，按容积泵设计惯例，在吐出口与吸入口之间设置带有限压安全阀的管道连接，保障泵在非正常情况下吐出口的超高压马上向吸入口卸压，达到安全运行。

由上述说明可知，与现有活塞泵相比，这种泵具有单向阀同步开启机构，活塞与内凸轮之间接触用轴承代替，因而活塞运行平稳，转速高，不需配减速箱，解决了长期以来人们认为活塞泵只能在低速状态下运行的问题；密封性能好，有三处密封能可靠地保证介质不外泄漏；二个活塞只用二个单向阀，压缩比大，既可输送液体，又可输送气体；单向阀设置在活塞运行孔二侧，阀孔面积大，介质过流能力强，压力损失小，效率高；重量轻，体积小，便于使用维修。我国石化行业中，油气混输是长期以来人们没有解决而又急需解决的问题。这种泵作为油气混输泵是很合适的，因此，这种泵给它取名为油气混输泵。

Claims (6)

1、一种油气混输容积泵——包括出水端盖[1]，吸水端盖[12]、转轮[5]、活塞[10]、滚动体[9]、内凸轮[8]、吸入单向阀[11]、吐出单向阀[26]，泵壳体[6]、轴承[3]和[22]、大齿轮[4]、小齿轮[24]、小齿轮轴[23]、轴承压盖[21]、轴承[20]、机械密封[19]、机械密封压盖[18]，其特征在于新型容积泵的出水端盖[1]与吸水端盖[12]内都装有机械密封静环和弹簧，这二个端盖都固定在泵壳体[6]上；相同活塞[10]有二个，活塞的一端有小轴座[27]，穿过小轴座的小轴[7]上装有滚动体[9]，活塞的另一端有触发楔块，二个活塞都装在转轮[5]内；转轮上装有大齿轮[4]一个或二个其左右二端内都装有机械密封动环，二端外装有轴承[3]，轴承[3]装在泵壳体[6]内或吸水端盖、出水端盖内，转轮内一端装有吸入单向阀[11]，另一端装有吐出单向阀[26]，二个单向阀都用孔用挡圈[25]或销子固定在转轮内，使之靠近转轮中心活塞运行孔；内凸轮[8]固定在泵壳体[6]内，

2、一种按照权利要求1所述的新型容积泵，其特征在于离心活塞与内凸轮之间有滚动体[9]，滚动体[9]采用轴承。

3、一种按照权利要求1或2所述的新型容积泵，其特征在于吸入单向阀具有与活塞同步开启机构，该机构由触发楔块[30]、触发弹簧[32]、限位滑动垫片[31]、吸入单向阀支架[29]、吸入单向阀阀杆、螺母等组成，触发楔块在活塞中心位置，可由活塞本身形成，调节触发弹簧弹力的螺母、触发弹簧、限位滑动垫片三者一起装在吸入单向阀的阀杆上，阀杆上有限制滑动垫片[31]的台阶，滑动垫片[31]与支架[29]有大于触发楔块头部厚度的间隙。

4、一种按照权利要求3所述的新型容积泵，其特征在于转轮二端与出水端盖、吸水端盖之间有流道式机械密封[2]，流道式机械密封的内径作为过流管道，机械密封的动环装在转轮二端，静环和弹簧分别装在出水端盖与吸水端盖内。

5、一种按照权利要求4所述的新型容积泵，其特征在于泵壳体[6]内腔与吸入口处的三通接头[16]或四通接头之间有换气机构，换气机构由换气管[13]、换气缸[14]、浮动阀[15]等组成。换气管[13]连接泵壳体与换气缸、类似活塞可随换气管内压力变化而移动的浮动阀[15]在换气缸[14]内。

6、一种按照权利要求5所述的新型容积泵，其特征在于浮动阀内有被弹簧压紧的安全阀门[17]。

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