CN103147969B - 微流量超高压往复自控泵 - Google Patents

Abstract

微流量超高压往复自控泵，由往复泵***和数据采集控制***组成,往复泵***由动力端和液力端组成，动力端由电动机、皮带、减速器和传动装置构成；液力端由泵缸、柱塞杆、单向进油阀、单向出油阀和进出油管路组成，进出油管路包括油槽、进油路、压力表卸压油路和卸压油路，进油路包括进口电磁流量调节阀和被检件，卸压油路中设有卸压流量调节阀，压力传感器和压力表卸压油路连接，压力传感器的压力信号输入数据采集控制***；进口电磁流量调节阀、压力表卸压流量调节阀和卸压流量调节阀的信号分别输入数据采集控制***，数据采集控制***和计算机连接。本发明实现了通过微机进行实时监控，根据需求可随时对泵的流量、压力进行调节。

Description

微流量超高压往复自控泵

技术领域

本发明涉及一种超高压往复自控泵，尤其涉及一种微流量超高压往复自控泵，属于石油化工领域，已广泛应用于对小型压力容器、高压管道、高压密封元件、高压仪表等的性能检测。

背景技术

高压往复泵是由电动机、联轴器、减速器、传动部分、泵头部分、公共底座等组成。它是由电动机通过减速器、皮带传动或无级调速器，带动曲轴旋转，推动连杆经滑块〔十字头〕使柱塞作直线往复运动，在泵头进口阀的启闭作用下达到吸排液目的。柱塞泵是往复泵的一种，属于容积式泵。通过偏心轮和十字头滑块机构将电机的旋转运动转变为柱塞的往复运动。当柱塞后拉时，由入口单向阀出口单向阀和柱塞形成的密闭腔容积增加，压力降低，出口阀关闭，进口阀打开，液体进入腔体内；柱塞前推时，由入口单向阀出口单向阀和柱塞形成的密闭腔容积减少，工作室压力升高，进口阀关闭，高于出管道压力时，出口阀打开，液体排出。如此，随着柱塞的往复运动，液体不断的从入口管道通过柱塞泵进入出口管道。

超高压泵是一种安全性、可靠性要求都极高的设备，在压力试验、超高压源和超高压水切割等方面都有广泛的应用，尤其在石化等工业生产上作为一种输送设备，起着很大的作用。随着石油工业对往复泵的要求越来越高，往复泵向着输出压力高、流量大、制造和维修方便、流量压力脉动小、体积和重量小等方向发展。自90年代后期以来，我国的超高压泵产品有了很大的发展，实现了由单一往复泵到多种型式增压器，由变压器油工质到清水工质，由小功率到大功率，由间断运行（压力试验）到连续运行（流程应用和水射流切割），由单机配套到成套设备的转变。尤其是90年代超高压水切割技术与市场的发展，促使高压泵更新换代，将对超高压领域产生巨大影响。其次，往复泵的结构随着世界科技的进步而不断改进，它的动力端由蒸汽机发展到电动机、液压***等，传动端也有曲柄连杆、凸轮等多种形式。

薛胜雄是研究超高压泵比较领先的一个人物，他于1995年提出了超高压泵的典型结构、试验研究及其有关标准，总结了这类产品的设计难点、技术要求和试验方法，为超高压泵的开发与应用提供依据。

目前，市场上超高压泵在采煤机、喷射钻井技术等方面已取得了不错的成绩。超高压射流可以直接破碎岩石，随后又有了超高压磨料射流，超高压射流辅助钻井技术为破岩机理的研究提供了一种新的数值方法。超高压喷射钻井技术可大幅度提高钻头进尺和机械钻速，并降低钻井成本，为高效快速钻井开辟了广阔的前景。周新建于2004年提出了超高压手动液压泵以其体积小、操作简单、使用方便、安全性强的优势，被广泛应用于煤炭冶金、石化、电力、机械等行业，是一种简单方便的液压动力源。另外这种泵使用起来方便灵活、劳动强度低、耐用事故率少，是一种理想的小流量超高压液压动力源。在医学方面，美国YusukeAbe等对全人工心脏泵做了全面的研究，心脏泵(又称血泵)是心室辅助装置的关键部件，是流体机械的一个新的分支，它是集流体力学、机械、医学、电学、电磁学和控制学为一体的交叉学科；另外AIP2000-III胰岛素泵是一台用微计算机控制的微量输液泵，医生根据病人的病情设定数据后，胰岛素泵24小时连续不断地模仿胰脏为病人补充胰岛素。

虽然国内外学者进行了较多的超高压往复泵的性能研究与改进的工作，但是超高压往复泵还存在很多不足：（1）结构复杂，制造工艺难度大，目前市场上的超高压往复泵往往流量和体积均比较大；（2）流量和压力脉动大，噪音大，易损件寿命短，可靠性低；（3）涉及微流量超高压这方面泵的产品较少，自动化效率低；（4）现有小流量超高压往复泵的***未能通过微机实现对泵的流量、压力的实时控制与检测。

发明内容

本发明的目的在于针对目前超高压往复泵没有适合于小型压力容器、高压管道、高压密封元件、高压仪表等检测所需的微流量、超高压力的特点，研制出一种输出流量小、压力高、操作方便、可靠性高的专用超高压往复泵，且实现了通过微机进行实时监控，根据需求可随时对泵的流量、压力进行调节。

本发明的技术解决方案：微流量超高压往复自控泵，由往复泵***和数据采集控制***组成,其中，所述数据采集控制***由控制柜、计算机、压力传感器、流量传感器和数据采集箱组成，往复泵***由动力端和液力端组成，所述动力端由电动机、皮带、减速器和传动装置构成；所述液力端由泵缸、柱塞杆、单向进油阀、单向出油阀和进出油管路组成，进出油管路包括油槽、进油路、压力表卸压油路和卸压油路，所述进油路包括进口电磁流量调节阀和被检件，所述进口电磁流量调节阀的进口通过管路和油槽连接，进口电磁流量调节阀、单向进油阀、泵缸、单向出油阀和被检件通过管路依次连接，所述单向出油阀的出口还经过压力表保护阀和压力表连接；所述压力表卸压油路中设有压力表卸压流量调节阀，所述压力表卸压流量调节阀一端和油槽连接，所述压力表卸压流量调节阀的另一端和所述压力表连接；卸压油路中设有卸压流量调节阀，卸压流量调节阀的进口通过管路和被检件连接，卸压流量调节阀的出口通过管路和油槽连接，压力传感器和压力表卸压油路连接，压力传感器的压力信号输入数据采集控制***；所述进口电磁流量调节阀、压力表卸压流量调节阀和卸压流量调节阀的信号分别输入数据采集控制***，输入数据采集控制***和计算机连接。

所述传动装置包括导向装置和偏心轮及十字滑块机构，导向装置由导向杆、导向套和导座组成，导向杆安装于导向套内，导向套安装在导座上，偏心轮及十字滑块机构由偏心轮套内的偏心轮、滑导体和十字滑块组成，十字滑块置于滑导体内，柱塞杆通过十字滑块和导向杆相连。所述的往复泵动力端由电机通过皮带带动减速机，进而带动导向杆、装于偏心轮套内的偏心轮，将动力传至十字滑块，十字滑块带动柱塞杆做往复运动。

作为本发明的进一步改进，所述的泵缸体采用T型交孔，不仅结构简单，壁厚均匀，而且寿命长。

作为本发明的进一步改进，所述泵缸和柱塞杆通过密封装置连接，所述密封装置是由套装在柱塞杆上的V型活塞环、压盖和填料压紧螺母组成，所述泵缸的活塞腔底部的内径和柱塞杆外径相适应，所述泵缸的活塞腔靠近底部的位置设有内径轴向向外扩展的第一凹台，所述泵缸的活塞腔顶端设有内径轴向向外扩展的第二凹台，所述压盖的上部的外表面设有和所述第二凹台相适应的凸台，所述压盖***活塞腔内，在压盖底端、柱塞杆、第一凹台和活塞腔内壁围成的密封填料腔内设有所述V型活塞环，所述填料压紧螺母通过柱塞连接螺套压紧压盖。其中V型活塞环的采用柔性材料，具有较强韧性及耐磨性，同时也具有一定自润滑性能。

所述的进油单向阀由进油阀座、进油阀垫、进油阀芯、螺纹接头、油阀垫组成，进油阀芯置于进油阀座内安装在泵缸体的下端，两者之间通过螺纹连接，采用进油阀垫进行密封，螺纹接头用卡套式连接套在管路上，安装于进油阀座上，并通过油阀垫进行密封，其中进油阀垫的材料是紫铜具有硬度、强度适中、耐蚀性好、延展性好等性能，能够起到很好的密封作用。

所述的出油单向阀由出油阀座、出油阀垫、阀芯、出油阀套、出油接头垫圈、螺纹接头、油阀垫、连接螺母组成；出油阀芯放在出油阀套中置于出油阀座内，安装在泵缸体的上端，两者通过螺纹连接。阀芯由上端和下端组成，下端为周边设有纵向通孔的圆柱体，下端嵌入出油阀套内，起导向作用，上端呈上大下小的圆锥形。采用出油阀垫进行密封，螺纹接头用卡套式连接套在管路上，两者通过连接螺母安装于进油阀座上并通过出油接头垫圈进行密封。

本***发明的阀芯、阀座及其与泵体的连接结构；在设计进出口单向阀时，考虑到其机械强度及硬度要满足高压力要求,设计了将阀座与泵体分离的新型结构，这种结构保证了机械加工要求达到的精度，又解决了单向阀与缸体间连接的密封泄漏问题。

本发明的微流量超高压往复自控泵适用范围广泛，特别适用于超高压小型容器和高压管道元件性能检测的***试验，如：高压***膜、金属软管、三通、弯头等元件；还适用于高压密封元件水压试验及其性能检测，如：小型高压阀门、高压金属垫片的耐压强度和密封试验、大量程压力表校验等试验，使用过程中微流量超高压往复泵流量稳定、压力高、波动小、操作方便、流量与压力可实时调控这些优点很好的满足了实验要求。

本发明的技术效果体现在以下方面：

（1）最小输出可以达到10mL/min的微流量；

（2）最大输出压力可以达到200MPa的超高压；

（3）实现了微机对流量和压力的实时控制和监测；

（4）流量稳定、压力波动小；

（5）实现了整体装置体积小、结构紧凑、操作简便；

（6）高效节能、可靠性高。

附图说明

图1是本发明的原理结构示意图；

图2是本发明的泵体主体结构图；

图3是本发明的阀芯、阀座及其与泵体的连接结构图；

图4为阀芯结构示意图；

图5为图4的A-A剖视图。

图中：

1--油槽，2--导油杯，3--被检件，4--压力表，5--进口电磁流量调节阀，6—单向进油阀，7—单向出油阀，8--压力表保护阀，9--泵缸，10--活塞杆，11—压力表卸压流量调节阀，12--卸压流量调节阀，13--压力传感器，14--压力传感器微机接头，15--流量调节阀微机接头，16--卸压流量调节阀信号输出接头，17--压力表卸压流量调节阀接头,18--数据采集控制***，20--液力端；601--进油阀垫，602--进油阀座，603--螺纹接头，604--进油阀芯，701--出油接头垫圈，702--出油阀座，703--出油阀芯，704--出油阀套，705--出油阀垫，706—油阀垫，707--连接螺母，708—出油阀芯上端，709--出油阀芯下端，710—出油阀芯下端纵向通孔，901--泵缸体，902-填料压紧螺母，903--压盖，904--V型活塞环；1001--电机，1002--箱体，1003--皮带，1004--导向套，1005--导向杆，1006--导座，1007--螺钉M6，1008--偏心轮，1009--偏心轮套，1010--滑导体，1011--滑块，1012--固定板，1013--柱塞杆，1014--注油螺塞。

具体实施方式

本发明通过以下实施例作进一步的阐述，但并不限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，微流量超高压往复自控泵100，由往复泵***和数据采集控制***18组成,其中，数据采集控制***18由控制柜、计算机、压力传感器13、流量传感器和数据采集箱组成，往复泵***由动力端和液力端20组成，动力端由电动机1001、皮带1003、减速器和传动装置构成；液力端20由泵缸、柱塞杆1013、单向进油阀、单向出油阀和进出油管路组成，进出油管路包括油槽1、进油路、压力表卸压油路和卸压油路，进油管路包括进口电磁流量调节阀5和被检件3，进口电磁流量调节阀的进口通过管路和油槽1连接，进口电磁流量调节阀5、单向进油阀6、泵缸9、单向出油阀7和被检件3通过管路依次连接，单向出油阀的出口还经过压力表保护阀8和压力表4连接；压力表卸压油路中设有压力表卸压流量调节阀11，压力表卸压流量调节阀一端和油槽连接，压力表卸压流量调节阀的另一端和所述压力表连接；卸压油路中设有卸压流量调节阀12，卸压流量调节阀12的出口通过管路和油槽1连接，卸压流量调节阀12的进口通过管路和被检件连接，压力传感器13和压力表卸压油路连接，压力传感器13的压力信号输入数据采集控制***18；进口电磁流量调节阀5、压力表卸压流量调节阀11和卸压流量调节阀12的信号分别输入数据采集控制***18和计算机连接。

本发明的微流量超高压往复自控泵工作过程为（如图1所示）：通过数据采集控制***操控电机通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块与活塞杆10相连作往复运动，将工作介质油在油槽1内通过进口电磁流量调节阀5进入单向进油阀6吸入泵缸9内，流量大小的调节可以通过微机控制进口电磁流量调节阀5，输出的流量调节信号由微机接头15传送至数据采集控制***18，活塞柱向缸内推进时，单向进油阀6关闭，介质油通过单向出油口阀7流入被检件3腔体内。压力表4下面装有压力表保护阀8，目的是为了在被检测试件瞬间***时保护压力表，压力大小的调节通过微机控制卸压流量调节阀12；压力信号大小由压力传感器13通过微机接口14传送数据采集控制***18中的数据采集箱，数据采集箱与计算机连接，对流量和压力进行实时的控制与检测。

如图2所示，传动装置包括导向装置和偏心轮及十字滑块机构，导向装置由导向杆1005、导向套1004和导座1006组成，导向杆1005安装于导向套1004内，导向套1004安装在导座1006上，导座1006用螺钉1007固定于固定板1012和箱体1002上。偏心轮及十字滑块机构由偏心轮套1009内的偏心轮1008、滑导体1010和十字滑块1011组成，十字滑块1011置于滑导体1010内，柱塞杆1013通过十字滑块1010和导向杆1005相连。往复泵动力端是由电机1001通过皮带1003带动减速机，进而带动导向杆1005、装于偏心轮套1009内的偏心轮1008，将动力传至十字滑块1011，十字滑块1011带动柱塞杆1013做往复运动。

如图2所示，泵缸和柱塞杆通过密封装置连接，密封装置是由套装在柱塞杆上的V型活塞环904、压盖903和填料压紧螺母902组成，泵缸的活塞腔底部的内径和柱塞杆外径相适应，所述泵缸的活塞腔靠近底部的位置设有内径轴向向外扩展的第一凹台，所述泵缸的活塞腔顶端设有内径轴向向外扩展的第二凹台，所述压盖的上部的外表面设有和所述第二凹台相适应的凸台，所述压盖***活塞腔内，在压盖底端、活塞杆、第一凹台和活塞腔内壁围成的密封填料腔内设有所述V型活塞环，所述填料压紧螺母通过柱塞连接螺套压紧压盖。其中V型活塞环的采用柔性材料，具有较强韧性及耐磨性，同时也具有一定自润滑性能。

泵缸体901采用T型交孔，不仅结构简单，壁厚均匀，而且寿命长。

如图2所示，进油单向阀6是由进油阀座602、进油阀垫601、进油阀芯604、螺纹接头603、油阀垫706组成，进油阀芯604置于进油阀座602内安装在泵缸体901的下端，两者是通过螺纹连接用进油阀垫601进行密封，螺纹接头603用卡套式连接套在管路上安装于进油阀座602上并通过油阀垫706进行密封，其中油阀垫706的材料是紫铜，具有硬度、强度适中、耐蚀性好、延展性好等性能，能够起到很好的密封作用。

如图2和3所示，出油单向阀7是由出油阀座702、出油阀垫705、阀芯703、出油阀套704、出油接头垫圈701、螺纹接头603、油阀垫706、连接螺母707组成；出油阀芯703放在出油阀套704中置于出油阀座702内，安装在泵缸体901的上端，两者是通过螺纹连接用出油阀垫705进行密封，螺纹接头603用卡套式连接套在管路上，两者通过连接螺母707安装于进油阀座702上并通过出油接头垫圈701进行密封。

阀芯703、出油阀套704、出油阀垫705及其与泵缸体的分离连接结构如图3、图4所示。其中阀芯703由上端708和下端709组成，下端709为周边设有纵向通孔710的圆柱体，下端709嵌入出油阀套704内，起导向作用，上端708呈上大下小的圆锥形。这种结构保证了阀芯703的起跳、落下时的导向作用，又解决了单向阀与缸体间连接的密封泄漏问题，阀芯下端的三个通孔保证它在跳起时油路的畅通。

本***发明的阀芯、阀座及其与泵体的连接结构；在设计进出口单向阀时，考虑到其机械强度及硬度要满足高压力要求,设计了将阀座与泵体分离的新型结构，这种结构保证了机械加工要求达到的精度，又解决了单向阀与缸体间连接的密封泄漏问题。

Claims (6)

1.微流量超高压往复自控泵，由往复泵***和数据采集控制***组成,其中，所述数据采集控制***由控制柜、计算机、压力传感器、流量传感器和数据采集箱组成，往复泵***由动力端和液力端组成，其特征是，所述动力端由电动机、皮带、减速器和传动装置构成；所述液力端由泵缸、柱塞杆、单向进油阀、单向出油阀和进出油管路组成，进出油管路包括油槽、进油路、压力表卸压油路和卸压油路，所述进油路包括进口电磁流量调节阀和被检件，所述进口电磁流量调节阀的进口通过管路和油槽连接，进口电磁流量调节阀、单向进油阀、泵缸、单向出油阀和被检件通过管路依次连接，所述单向出油阀的出口还经过压力表保护阀和压力表连接；所述压力表卸压油路中设有压力表卸压流量调节阀，所述压力表卸压流量调节阀一端和油槽连接，所述压力表卸压流量调节阀的另一端和所述压力表连接；卸压油路中设有卸压流量调节阀，卸压流量调节阀的进口通过管路和被检件连接，卸压流量调节阀的出口通过管路和油槽连接，压力传感器和压力表卸压油路连接，压力传感器的压力信号输入数据采集控制***；所述进口电磁流量调节阀、压力表卸压流量调节阀和卸压流量调节阀的信号分别输入数据采集控制***，输入数据采集控制***和计算机连接；

其特征是，所述传动装置包括导向装置和偏心轮及十字滑块机构，导向装置由导向杆、导向套和导座组成，导向杆安装于导向套内，导向套安装在导座上，偏心轮及十字滑块机构由偏心轮套内的偏心轮、滑导体和十字滑块组成，十字滑块置于滑导体内，柱塞杆通过十字滑块和导向杆相连；所述的往复泵***的动力端由电机通过皮带带动减速器，进而带动导向杆、装于偏心轮套内的偏心轮，将动力传至十字滑块，十字滑块带动柱塞杆做往复运动。

2.根据权利要求1所述的微流量超高压往复自控泵，其特征是，所述泵缸的泵缸体采用T型交孔。

3.根据权利要求1所述的微流量超高压往复自控泵，其特征是，所述泵缸和柱塞杆通过密封装置连接，所述密封装置是由套装在柱塞杆上的V型活塞环、压盖和填料压紧螺母组成，所述泵缸的活塞腔底部的内径和柱塞杆外径相适应，所述泵缸的活塞腔靠近底部的位置设有内径轴向向外扩展的第一凹台，所述泵缸的活塞腔顶端设有内径轴向向外扩展的第二凹台，所述压盖的上部的外表面设有和所述第二凹台相适应的凸台，所述压盖***活塞腔内，在压盖底端、柱塞杆、第一凹台和活塞腔内壁围成的密封填料腔内设有所述V型活塞环，所述填料压紧螺母通过柱塞连接螺套压紧压盖。

4.根据权利要求1所述的微流量超高压往复自控泵，其特征是，所述的单向进油阀由进油阀座、进油阀垫、进油阀芯、螺纹接头、油阀垫组成，进油阀芯置于进油阀座内安装在泵缸体的下端，两者之间通过螺纹连接，采用进油阀垫进行密封，螺纹接头用卡套式连接套在管路上，安装于进油阀座上，并通过油阀垫进行密封。

5.根据权利要求1所述的微流量超高压往复自控泵，其特征是，所述的单向出油阀由出油阀座、出油阀垫、出油阀芯、出油阀套、出油接头垫圈、螺纹接头、油阀垫、连接螺母组成；出油阀芯放在出油阀套中置于出油阀座内，安装在柱塞缸体的上端，两者通过螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的微流量超高压往复自控泵，其特征是，所述出油阀芯由上端和下端组成，下端为周边设有纵向通孔的圆柱体，下端嵌入出油阀套内，上端呈上大下小的圆锥形。