CN208587269U - 一种无脉动大行程柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无脉动大行程柱塞泵包括第一柱塞件、第二柱塞件、流体存储装置和连接件，第一柱塞件与第二柱塞件的下端分别与流体存储装置连通，第一柱塞件与第二柱塞件通过连接件相连，第二柱塞件通过飞轮与驱动电机相连，驱动电机工作时带动第二柱塞件上下移动，第二柱塞件带动第一柱塞件上下移动。本实用新型所提供的一种无脉动大行程柱塞泵取消了接触式密封结构，实现柱塞与缸壁的无接触密封；实现了柱塞线性运动，解决了排量脉动及压力脉动问题。基本消除了柱塞对缸套的侧向力，解决了柱塞与缸套之间的润滑、散热及接触和滑动磨损问题；能够实现大排量的柱塞泵设计。

Description

一种无脉动大行程柱塞泵

技术领域

本实用新型属于柱塞泵技术领域，具体涉及一种无脉动大行程柱塞泵。

背景技术

柱塞泵是容积效率最高的泵，但受制于行程取决于曲柄连杆机构，大行程很不经济，因此柱塞泵行程受限，从而大排量柱塞泵实现非常困难；并且柱塞泵运动过程中柱塞与缸套之间承受曲柄连杆机构传递过来的周期性侧向压力，因此柱塞与缸套壁之间需要有良好的润滑；由于曲柄连杆机构固有特性，在曲柄匀速输入时连杆在缸轴线方向位移输出——即排量，呈正弦波变化，因此输出脉动大；为减小泵送流体通过柱塞与缸套之间缝隙的内泄，往往采用活塞环、格莱圈等形式的接触式环形密封，这些密封增加了摩擦阻力和磨损；

轴流式泵有大流量和低脉动的特点，但受制于叶轮流体力学及材料性能限制，叶轮直径和叶片宽度都有限，单级叶轮增压比非常有限的，并且其最佳性能必须要保证工作液体流量在设计点区域附近，当流量偏离时，其效率显著下降，在0流量时效率也是0。

离心式泵依靠是利用离心增压原理，流体经过旋转叶轮增速并甩到蜗壳上停止从而实现增压，从原理上来说，同样转速和直径的单级离心式叶轮比轴流式叶轮增压比高得多，但也受制于机械结构和材料制约；从流体特性分析，离心式泵内部流动复杂性甚于轴流式叶轮，涡流损失更大，效率比轴流式低；从原理上来讲，离心泵也存在泵效率在低流量时显著下降，在0流量时效率为0问题。

转子泵作为容积式泵，也具备容积式泵高容积效率的特点，从构造上来看，转子泵转子和泵壳构造型线复杂，加工难度较大，同时转子泵齿端密封是线密封，需要密封片与泵壳接触并有一定接触压强，结果仍然不能解决密封磨损和散热问题；受制与转子泵原理，结构上实现大排量也很困难。同时，转子泵排量与转子旋转角度之间不是线性关系，因此在转子恒速运动时，排量也存在较大脉动。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，取消了接触式密封结构，能实现柱塞与缸壁的无接触密封；取消了曲柄连杆往复机构，消除了柱塞对缸套的侧向力，极大减少了柱塞与缸壁之间的机械摩擦；实现了柱塞近似恒速的往复运动，并且允许大行程，从而构成一种无脉动大行程柱塞泵。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种无脉动大行程柱塞泵，包括第一柱塞件、第二柱塞件、流体存储装置和连接件，第一柱塞件与第二柱塞件的下端分别与流体存储装置连通，第一柱塞件与第二柱塞件通过连接件相连，第二柱塞件通过飞轮与驱动电机相连，驱动电机工作时带动第二柱塞件上下移动，第二柱塞件带动第一柱塞件上下移动。

优选地，所述第二柱塞件包括第二柱塞泵装置和齿轮传动装置，第二柱塞泵装置包括第二柱塞泵缸体，第二柱塞泵缸体内设有第二柱塞杆，第二柱塞泵缸体的上部通过第二溢流管与流体存储装置连通，第二柱塞泵缸体的下部设有流体第二进管和流体第二出管，流体第二进管与流体存储装置相连；齿轮传动装置包括齿轮箱体，齿轮箱体内部对称的设有第三齿条和第四齿条，第三齿条和第四齿条竖直的分布在齿轮箱体内部，齿轮箱体内部还设有传动扇齿，传动扇齿分别与第三齿条和第四齿条啮合，传动扇齿通过飞轮与驱动电机相连；齿轮箱体的外部还设有第二齿条和第二导向柱，第二导向柱上设有第二直线导向轴承，第二直线导向轴承固定在连接件内部，第二导向柱通过第二直线导向轴承在连接件内部上下运动，第二齿条沿齿轮箱体竖直布置；第二柱塞杆的下端部位于第二柱塞泵缸体内，第二柱塞杆的上端部与齿轮箱体相连，齿轮箱体上下运动过程中带动第二柱塞杆上下运动。

优选地，所述第二柱塞杆下端部的端面中心内凹形成第二柱塞杆腔，第二柱塞杆腔内部设有蓄能气囊和单向阀，蓄能气囊位于单向阀的上部，第二柱塞杆的下端部设有柱塞流体孔，柱塞流体孔为沉头孔结构，柱塞流体孔一端与第二柱塞杆腔连通，柱塞流体孔的另一端与第二柱塞泵缸体内部连通；柱塞流体孔内部与第二柱塞泵缸体连通部位还设有分离隔板，分离隔板位于柱塞流体孔内部中心位置，第二柱塞杆的下端部还设有滚珠，滚珠位于第二柱塞杆的下端部与第二柱塞泵缸体内表面之间。

优选地，所述第三齿条和第四齿条的两端分别设有柔齿结构，柔齿结构包括柔齿镶块和中间开有柔齿缝隙的柔齿，柔齿中间还设有柔齿调节通孔，柔齿调节通孔与柔齿缝隙连通。

优选地，所述传动扇齿为柱体结构，传动扇齿包括齿轮段和圆弧段，齿轮段和圆弧段固连。

优选地，所述第一柱塞件包括第一柱塞泵缸体和第一柱塞杆，第一柱塞杆的端部位于第一柱塞泵缸体内部，第一柱塞杆的另一端通过第一直线导向轴承与连接件相连，第一直线导向轴承固定在连接件内部；第一柱塞泵缸体的上部设有第一溢流管，第一溢流管与流体存储装置连通，第一柱塞泵缸体的下端设有流体第一进管和流体第一出管，流体第一进管与流体存储装置相连；第一柱塞杆上设有竖直布置的第一齿条和平衡轮，第一齿条与平衡轮关于第一柱塞杆的轴线对称，第一齿条与第二齿条之间还设有中间传动轮，中间传动轮分别于第一齿条和第二齿条啮合。

优选地，所述中间传动轮和平衡轮的数量分别为三且沿第一柱塞杆的轴线线性布置。

优选地，所述第一柱塞杆与第一柱塞泵缸体的上端相连的部分设有防尘气封装置。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所提供的一种无脉动大行程柱塞泵取消了接触式密封结构，实现柱塞与缸壁的无接触密封；

2、实现了柱塞线性运动，解决了排量脉动及压力脉动问题。

3、基本消除了柱塞对缸套的侧向力，基本消除了柱塞与缸壁之间的接触，提高了机械效率，解决了柱塞与缸套之间的润滑、散热及接触和滑动磨损问题，并且将柱塞泵的应用范围从有润滑介质拓展到弱润滑甚至无润滑性能介质。

4、能够实现大排量的柱塞泵设计。

5、能够实现各种排量、包括近似零排量情况下泵都保持在高效率状态。

附图说明

图1是本实用新型一种无脉动大行程柱塞泵的结构示意图；

图2是本实用新型驱动电机与飞轮传动结构示意图；

图3是本实用新型图1中A的放大示意图；

图4是本实用新型图1中B的放大示意图；

图5是本实用新型图1中C的放大示意图。

附图标记说明：1、第一柱塞件；2、第二柱塞件；3、流体存储装置；4、飞轮；5、驱动电机；6、连接件；11、第一柱塞泵缸体；12、第一柱塞杆；13、第一直线导向轴承；14、第一溢流管；15、流体第一进管；16、流体第一出管；17、第一齿条；18、平衡轮；19、中间传动轮；21、第二柱塞泵装置；22、齿轮传动装置；2101、第二柱塞泵缸体；2102、第二柱塞杆；2103、流体第二进管；2104、流体第二出管；2105、第二柱塞杆腔；2106、第二溢流管；2107、蓄能气囊；2108、单向阀；2109、柱塞流体孔；2110、分离隔板；2111、滚珠；2201、齿轮箱体；2202、第三齿条；2203、第四齿条；2204、传动扇齿；2205、第二齿条；2206、第二导向柱；2207、第二直线导向轴承；2208、柔齿结构；2209、柔齿镶块；2210、柔齿；2211、柔齿调节通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1到图5所示，本实用新型提供的一种无脉动大行程柱塞泵，包括第一柱塞件1、第二柱塞件2、流体存储装置3和连接件6，第一柱塞件1与第二柱塞件2的下端分别与流体存储装置3连通，第一柱塞件1与第二柱塞件2通过连接件6相连，第二柱塞件2通过飞轮4与驱动电机5相连，驱动电机5工作时带动第二柱塞件2上下移动，第二柱塞件2 带动第一柱塞件1上下移动。

第二柱塞件2包括第二柱塞泵装置21和齿轮传动装置22，第二柱塞泵装置21包括第二柱塞泵缸体2101，第二柱塞泵缸体2101内设有第二柱塞杆2102，第二柱塞泵缸体2101的上部通过第二溢流管2106与流体存储装置3连通，第二柱塞泵缸体2101的下部设有流体第二进管2103和流体第二出管2104，流体第二进管2103与流体存储装置3相连；齿轮传动装置22包括齿轮箱体2201，齿轮箱体2201内部对称的设有第三齿条2202和第四齿条 2203，第三齿条2202和第四齿条2203竖直的分布在齿轮箱体2201内部，齿轮箱体2201 内部还设有传动扇齿2204，传动扇齿2204分别与第三齿条2202和第四齿条2203啮合，传动扇齿2204通过飞轮4与驱动电机5相连；齿轮箱体2201的外部还设有第二齿条2205和第二导向柱2206，第二导向柱2206上设有第二直线导向轴承2207，第二直线导向轴承 2207固定在连接件6内部，第二导向柱2206通过第二导向轴承2207在连接件6内部上下运动，第二齿条2205沿齿轮箱体2201竖直布置；第二柱塞杆2102的下端部位于第二柱塞泵缸体2101内，第二柱塞杆2102的上端部与齿轮箱体2201相连，齿轮箱体2201上下运动过程中带动第二柱塞杆2102上下运动。

在输入端驱动电动机5连接飞轮4的目的是应对转速脉动或输出功率脉动的情况，提供更高的工作品质。

第二柱塞杆2102下端部的端面中心内凹形成第二柱塞杆腔2105，第二柱塞杆腔2105 内部设有蓄能气囊2107和单向阀2108，蓄能气囊2107位于单向阀2108的上部，第二柱塞杆2102的下端部设有柱塞流体孔2109，柱塞流体孔2109为沉头孔结构，柱塞流体孔2109一端与第二柱塞杆腔2105连通，柱塞流体孔2109的另一端与第二柱塞泵缸体2101内部连通；柱塞流体孔2109内部与第二柱塞泵缸体2101连通部位还设有分离隔板2110，分离隔板2110位于柱塞流体孔2109内部中心位置，第二柱塞杆2102的下端部还设有滚珠2111，滚珠2111位于第二柱塞杆2102的下端部与第二柱塞泵缸体2101内表面之间。

第二柱塞杆2102上还可以布置滚珠滚道，并配上滚珠2111，这样形成滚珠直线轴承导向机构，保证第二柱塞杆2102与第二柱塞泵缸体2101的低阻力同心运动。

第三齿条2202和第四齿条2203的两端分别设有柔齿结构2208，柔齿结构2208包括柔齿镶块2209和中间开有柔齿缝隙的柔齿2210，柔齿2210中间还设有柔齿调节通孔2211，柔齿调节通孔2211与柔齿缝隙连通。可以通过利用布置在传动扇齿2204两侧的第三齿条2202和第四齿条2203分别驱动齿轮箱体2201作往复运动，在设计时将第三齿条2202还没有脱离与传动扇齿2204啮合时，另一侧的第四齿条2203已进入啮合，以确保换向时第三齿条2202和第四齿条2203能够正确啮合。第三齿条2202和第四齿条2203同时啮合区间为啮合重叠区。由于重叠区总有一侧齿条啮合处于制动状态，另一侧处于驱动状态，通过对啮合齿轮刚度的合理设计，使啮合齿产生一定的弹性变形，从而利用第二柱塞杆2102惯性运动带动顺利通过死点，这样就保证了换向时保证传动扇齿2204正确的啮合状态。将与传动扇齿2204配对的齿条两端进入啮合的首齿或到第二齿(根据具体情况决定)进行柔性齿设计，即就是柔齿结构2208，利用柔齿2210的弹性变形保证传动扇齿2204与齿条在换向时的正确啮合关系。柔齿2210通过选择弹性材料、并在齿轮结构上通过切缝、钻孔等方式进行刚度设计实现。

传动扇齿2204为柱体结构，传动扇齿2204包括齿轮段和圆弧段，齿轮段和圆弧段固连。传动扇齿2204的传动部分产生的相对第二柱塞杆2102轴线的偏心力在齿轮箱体2201处通过润滑良好的止推轴承得到平衡，消除第二柱塞杆2102对齿轮箱体2201的侧向力，这样就摆脱了第二柱塞杆2102与齿轮箱体2201之间的润滑需求，使柱塞泵可以适用无润滑能力的工质。

第一柱塞件1包括第一柱塞泵缸体11和第一柱塞杆12，第一柱塞杆12的端部位于第一柱塞泵缸体11内部，第一柱塞杆12的另一端通过第一直线导向轴承13与连接件6相连，第一直线导向轴承13固定在连接件6内部；第一柱塞泵缸体11的上部设有第一溢流管14，第一溢流管14与流体存储装置3连通，第一柱塞泵缸体11的下端设有流体第一进管15和流体第一出管16，流体第一进管15与流体存储装置3相连；第一柱塞杆12上设有竖直布置的第一齿条17和平衡轮18，第一齿条17与平衡轮18关于第一柱塞杆12的轴线对称，第一齿条17与第二齿条2205之间还设有中间传动轮19，中间传动轮19分别于第一齿条17和第二齿条2205啮合。中间传动轮19和平衡轮18的数量分别为三且沿第一柱塞杆12的轴线线性布置。

第一柱塞杆12与第一柱塞泵缸体11的上端相连的部分设有防尘气封装置，防尘气封装置能够避免外部杂物进入第一柱塞泵缸体11内部，影响本实用新型的正常工作。

第一柱塞件1与第二柱塞件2以成对的形式出现，其中一个处于压程时另一个处于吸程，第二柱塞件2柱塞泵利用齿轮联动，可以提供最高的传动效率，在特殊时，也可以采用液压缸或机械连杆或杠杆等方式实现联动。由于本设计采用的往复机构消除了“曲柄连杆机构”带来的侧向力，柱塞摩擦阻力大幅度下降，提高***总效率，无需在缸套处设置冷却***，简化了结构设计。本实用新型将往复运动由曲柄连杆改为“扇齿-齿条”传动，驱动电机5匀速的旋转运动转换为齿条的匀速直线运动，这样就从结构上保证本实用新型理论输出排量将是线性无脉动的。

本实用新型采用的“阻尼蓄能”式无密封体的密封机构，高压流体通过第二柱塞杆2102与第二柱塞泵缸体2101之间的环形缝隙节流后，又压缩背压区的蓄能气囊2107或低刚度的蓄能器，从而吸收通过环缝的流量，从而使较短的第二柱塞杆2102与第二柱塞泵缸体2101之间的阻尼环缝也能产生大压差，结果使用较短的第二柱塞杆2102和很少级数的环缝阻尼就可形成高压密封。在吸程蓄能器压力高于缸内压力，从而打开溢流阀将部分液体排出，蓄能器恢复蓄能能力，这样就形成一个完整的工作循环。这种密封由于没有活塞环、O形圈、格莱圈等接触式的密封体，因此支持更高的活塞速度和更长的运行寿命，并且减少了密封体造成的摩擦功损失，提高了***的运行效率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：包括第一柱塞件(1)、第二柱塞件(2)、流体存储装置(3)和连接件(6)，第一柱塞件(1)与第二柱塞件(2)的下端分别与流体存储装置(3)连通，第一柱塞件(1)与第二柱塞件(2)通过连接件(6)相连，第二柱塞件(2)通过飞轮(4)与驱动电机(5)相连，驱动电机(5)工作时带动第二柱塞件(2)上下移动，第二柱塞件(2)带动第一柱塞件(1)上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述第二柱塞件(2)包括第二柱塞泵装置(21)和齿轮传动装置(22)，第二柱塞泵装置(21)包括第二柱塞泵缸体(2101)，第二柱塞泵缸体(2101)内设有第二柱塞杆(2102)，第二柱塞泵缸体(2101)的上部通过第二溢流管(2106)与流体存储装置(3)连通，第二柱塞泵缸体(2101)的下部设有流体第二进管(2103)和流体第二出管(2104)，流体第二进管(2103)与流体存储装置(3)相连；齿轮传动装置(22)包括齿轮箱体(2201)，齿轮箱体(2201)内部对称的设有第三齿条(2202)和第四齿条(2203)，第三齿条(2202)和第四齿条(2203)竖直的分布在齿轮箱体(2201)内部，齿轮箱体(2201)内部还设有传动扇齿(2204)，传动扇齿(2204)分别与第三齿条(2202)和第四齿条(2203)啮合，传动扇齿(2204)通过飞轮(4)与驱动电机(5)相连；齿轮箱体(2201)的外部还设有第二齿条(2205)和第二导向柱(2206)，第二导向柱(2206)上设有第二直线导向轴承(2207)，第二直线导向轴承(2207)固定在连接件(6)内部，第二导向柱(2206)通过第二直线导向轴承(2207)在连接件(6)内部上下运动，第二齿条(2205)沿齿轮箱体(2201)竖直布置；第二柱塞杆(2102)的下端部位于第二柱塞泵缸体(2101)内，第二柱塞杆(2102)的上端部与齿轮箱体(2201)相连，齿轮箱体(2201)上下运动过程中带动第二柱塞杆(2102)上下运动。

3.根据权利要求2所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述第二柱塞杆(2102)下端部的端面中心内凹形成第二柱塞杆腔(2105)，第二柱塞杆腔(2105)内部设有蓄能气囊(2107)和单向阀(2108)，蓄能气囊(2107)位于单向阀(2108)的上部，第二柱塞杆(2102)的下端部设有柱塞流体孔(2109)，柱塞流体孔(2109)为沉头孔结构，柱塞流体孔(2109)一端与第二柱塞杆腔(2105)连通，柱塞流体孔(2109)的另一端与第二柱塞泵缸体(2101)内部连通；柱塞流体孔(2109)内部与第二柱塞泵缸体(2101)连通部位还设有分离隔板(2110)，分离隔板(2110)位于柱塞流体孔(2109)内部中心位置，第二柱塞杆(2102)的下端部还设有滚珠(2111)，滚珠(2111)位于第二柱塞杆(2102)的下端部与第二柱塞泵缸体(2101)内表面之间。

4.根据权利要求2所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述第三齿条(2202)和第四齿条(2203)的两端分别设有柔齿结构(2208)，柔齿结构(2208)包括柔齿镶块(2209)和中间开有柔齿缝隙的柔齿(2210)，柔齿(2210)中间还设有柔齿调节通孔(2211)，柔齿调节通孔(2211)与柔齿缝隙连通。

5.根据权利要求2所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述传动扇齿(2204)为柱体结构，传动扇齿(2204)包括齿轮段和圆弧段，齿轮段和圆弧段固连。

6.根据权利要求2所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述第一柱塞件(1)包括第一柱塞泵缸体(11)和第一柱塞杆(12)，第一柱塞杆(12)的端部位于第一柱塞泵缸体(11)内部，第一柱塞杆(12)的另一端通过第一直线导向轴承(13)与连接件(6)相连，第一直线导向轴承(13)固定在连接件(6)内部；第一柱塞泵缸体(11)的上部设有第一溢流管(14)，第一溢流管(14)与流体存储装置(3)连通，第一柱塞泵缸体(11)的下端设有流体第一进管(15)和流体第一出管(16)，流体第一进管(15)与流体存储装置(3)相连；第一柱塞杆(12)上设有竖直布置的第一齿条(17)和平衡轮(18)，第一齿条(17)与平衡轮(18)关于第一柱塞杆(12)的轴线对称，第一齿条(17)与第二齿条(2205)之间还设有中间传动轮(19)，中间传动轮(19)分别于第一齿条(17)和第二齿条(2205)啮合。

7.根据权利要求6所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述中间传动轮(19)和平衡轮(18)的数量分别为三且沿第一柱塞杆(12)的轴线线性布置。

8.根据权利要求6所述的一种无脉动大行程柱塞泵，其特征在于：所述第一柱塞杆(12)与第一柱塞泵缸体(11)的上端相连的部分设有防尘气封装置。