一种新型高压柱塞泵液力端结构的制作方法

1.本发明涉及高压往复泵技术领域，尤其涉及一种新型高压柱塞泵液力端结构。


背景技术：

2.高压往复泵在各个行业应用广泛，例如在石油、化工、化肥工业作为流程泵，油田、盐矿作为注水泵，钢管、压力容器作为试压泵、增压泵，建筑、造船、化工等工业的高压清洗除垢，锅炉给水、液压机械的传动源。
3.其中，高压往复柱塞泵又称柱塞泵，为液压系统的一个重要装置，其依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作腔的容积发生变化来实现吸入介质、压缩介质，具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点。目前常用的柱塞泵主要由动力端和液力端两部分组成，动力端用于将原动机的能量传给液力端，主要包括曲轴箱、高速轴、曲轴、齿圈、连杆和十字头；液力端则用于将机械能转换为液体压力能。当需要压缩液体时，在电机的作用下，动力端上的高速轴将产生旋转，从而通过齿圈带动曲轴转动，继而带动连杆、十字头水平往复运动，十字头再带动柱塞在缸体内进行往复运动。高压往复泵的核心在液力端，而液力端的核心之一就是进排液阀组，因此进排液阀组的结构显得尤为重要。
4.如专利公告号为cn105952633b的发明，提出了一种高压往复柱塞泵液力端用直通式组合阀，安装在高压往复柱塞泵液力端缸体的内部，包括压套芯、压套、进液弹簧、进液阀板、进排液阀体、排液阀盖、排液阀芯、排液弹簧和排液阀板。该技术方案通过一个阀体、两个密封端面及吸排液弹簧就能够完成一个吸入—压缩—排出循环过程，可避免以往垂直布置单一阀组给泵体十字交叉孔处造成的高压交变载荷问题。但是该技术方案仍存在以下不足：
5.由于理想的进液工况和排液工况不一致，实际工作中存在进液不足而导致泵体震动、运行不稳定，运行噪音较大，长此以往，将影响高压往复泵的使用寿命；同时排液阀板响应不及时，不能及时地关闭排液单向阀，而导致阀组的容积效率较低。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种新型高压柱塞泵液力端结构，具有充足的进液和及时的启闭特性，提升运行稳定性，减小震动，降低噪音，延长高压往复泵的使用寿命，并且提高阀组的容积效率。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种新型高压柱塞泵液力端结构，包括托架、泵头、柱塞和低压水封，所述泵头和低压水封分别固设于托架的两端，所述托架内设有三组填料函和三组阀组总成，所述阀组总成包括进液单向阀、排液单向阀和进排液阀体，所述泵头开设有排液腔室，所述排液单向阀设于所述排液腔室内，所述填料函开设有进液腔室，所述进液单向阀设于所述进液腔室内；所述进排液阀体设置于填料函和泵头之间，所述进排液阀体的两端分别抵接进液单向阀和排液单向阀；所述柱塞贯穿设于低压水封上并与填料函滑动连接，通过柱塞的往复运
动，从而打开或关闭进液单向阀和排液单向阀；所述进排液阀体的中部开设有中心流通孔，所述中心流通孔的两端分别连通进液腔室和排液腔室；所述泵头上开设有与进液腔室连通的进液通道，所述泵头上开设有与排液腔室连通的排液通道；所述排液单向阀包括排液限位套、排液阀芯和排液弹簧，所述排液弹簧设置于排液限位套和排液阀芯之间，所述排液阀芯活动穿设于排液限位套内，以打开和关闭中心流通孔；所述进液单向阀包括进液限位套、第一进液弹簧、进液阀板和第二进液弹簧，所述进液阀板滑动设置于进液限位套内，以打开和关闭进液通道；所述第一进液弹簧和第二进液弹簧分别设置于进液限位套的两侧，其中，所述第一进液弹簧设置于进液限位套和进液阀板之间，且第一进液弹簧的刚度均小于所述第二进液弹簧和排液弹簧的刚度。
9.通过采用上述技术方案，柱塞在进液腔室内向远离进排液阀体的方向移动而产生负压，此时介质经过进液通道推开进排液阀体端面上的进液阀板，并进入进液腔室，与此同时第一进液弹簧被压缩直至进液阀板推动进液限位套，第二弹簧被压缩，以限制进液限位套的轴向位移。当柱塞向右移动时，进液阀板迅速向右移动并关闭进液通道，介质流向中心通过孔并推动排液阀板向右移动，打开排液单向阀，介质从排液腔室流向排液通道，从而排出介质。通过调低第一进液弹簧的刚度，可以降低供水条件，使得进液更充足，保证理想的进液状态，并提升进液的稳定性，减小震动，延长高压往复泵的使用寿命。同时，通过调高排液弹簧的刚度，提升排液阀板的响应速度，保证排液阀板及时关闭，从而提高阀组的容积效率。
10.进一步设置为：所述排液阀芯包括排液阀盖和与之连接的排液导向杆，所述排液阀盖靠近进排液阀体的一侧活动抵接于进排液阀体，另一侧活动抵接于排液限位套，所述排液导向杆活动穿设于排液限位套的内腔中。
11.通过采用上述技术方案，当从排液转换为进液状态时，进液腔室形成负压，由于排液弹簧的刚度大于第一进液弹簧，在排液弹簧的弹性力作用下，排液导向杆快速沿其轴向滑动并使得排液阀盖抵接于进排液阀体的右端面，及时关闭中心流通孔。
12.进一步设置为：所述排液弹簧部分套接于排液限位套的外周侧，所述排液弹簧的一端抵接于排液阀盖的凸肩处，另一端固定连接于排液限位套的凸肩处。
13.通过采用上述技术方案，柱塞向靠近进排液阀体的方向移动时，介质从进液腔室通过中心流通孔推动排液阀盖，并压缩排液弹簧，直至排液阀盖抵接至排液限位块，介质从排液腔室流向排液通道。当从排液转换为进液状态时，在排液弹簧的弹性力作用下，排液阀盖向左移动并关闭中心流通孔。
14.进一步设置为：所述进液阀板的中心处开设有进液中心孔，所述进液中心孔的两端分别连通进液腔室和中心流通孔。
15.通过采用上述技术方案，当需要排液时，介质可以沿着进液中心孔流向中心流通孔，从而进入排液腔室。
16.进一步设置为：所述进液限位套的内腔依次开设有第一轴肩、第二轴肩和第三轴肩，所述第一进液弹簧的一端固定连接于第一轴肩，另一端抵接于进液阀板；所述进液阀板的一侧活动抵接于进排液阀体，另一侧活动抵接于第二轴肩；所述第三轴肩活动抵接于进排液阀体。
17.通过采用上述技术方案，当需要进液时，进液阀板向左移动并抵接至第二轴肩，压
缩第一进液弹簧，第二轴肩进行一次限位；接着推动进液限位套继续向左移动，压缩第二进液弹簧，从而适应复杂的进液工况，提升进液阀板的响应速度。
18.进一步设置为：所述进排液阀体上开设有多个进液斜孔，所述进排液阀体朝向所述泵头的一侧开设有与进液通道连通的环形槽，所述进液斜孔的一端连通进液腔室，另一端连通环形槽。
19.通过采用上述技术方案，介质从进液通道经环形槽进入进液斜孔，通过设置环形槽和多个进液斜孔，避免介质从中心流通孔的一侧进入进液腔室，提升了进液的稳定性，减小了泵体震动，减小运行噪音。
20.进一步设置为：所述进排液阀体朝向填料函的一侧嵌设有第一o型圈，所述第一o型圈的直径大于进液腔室的直径；所述进排液阀体朝向泵头的一侧嵌设有第二o型圈和第三o型圈，所述第二o型圈和第三o型圈分别设置于环形槽的内侧和外侧。
21.通过采用上述技术方案，第一o型圈对进液腔室进行密封，第二o型圈和第三o型圈对排液腔室和环形槽进行密封，提升了整体的密封性能，减小了介质的溢流损失，同时提升了运行的稳定性。
22.进一步设置为：所述进液腔室远离进排液阀体的一端依次固设有密封垫环、密封环和密封压套，所述密封垫环、密封环和密封压套均与柱塞滑动连接；其中，所述密封垫环的一侧抵接于低压水封，所述密封环设置于密封垫环和密封压套之间；所述第二进液弹簧的一端固定连接于密封压套的凸肩处，另一端抵接于进液限位套。
23.通过采用上述技术方案，密封垫环、密封环和密封压套，提升了整体的密封性能，减小了介质的溢流损失；同时，密封压套的凸肩对进液限位套起到二次限位作用，以适应复杂的进液工况。
24.进一步设置为：三组所述进液通道相互独立，三组所述排液通道相互连通。
25.通过采用上述技术方案，每组阀组总成单独进水，一方面可以减小泵头的大小，节省材料降低成本的同时节省占用空间，另一方面有利于增大进水面积，保证进液充足；而出液为高压工况，出液通道集中可以减少密封数量，提升运行可靠性。
26.进一步设置为：所述低压水封上开设有通孔，所述柱塞的一端贯穿通孔并伸入进液腔室内，所述低压水封上开设有安装槽，所述安装槽处设有卡簧；所述低压水封上开设有冷却进水通道和冷却出水通道，所述冷却进水通道和冷却出水通道均与通孔连通，所述低压水封于通孔的两端分别设有密封件。
27.通过采用上述技术方案，卡簧提升了柱塞拆装的便捷性，密封件提升了冷却密封性，减小冷却液溢流情况。
28.综上所述，相比于现有技术，本发明的有益技术效果为：
29.(1)本发明可以降低供水条件，使得进液更充足，保证理想的进液状态，并提升进液的稳定性，减小震动，延长高压往复泵的使用寿命。
30.(2)设置第二进液弹簧可以适应复杂的进液工况，提升进液阀板的响应速度。通过调高排液弹簧的刚度，提升排液阀板的响应速度，保证排液阀板及时关闭，从而提高阀组的容积效率。
31.(3)具有充足的进液和及时的启闭特性，可以极大地提高整个高压往复泵的性能。
32.(4)第一o型圈、第二o型圈和第三o型圈提升了整体的密封性能，减小了介质的溢
流损失，同时提升了运行的稳定性。
33.(5)每组阀组总成单独进水，一方面可以减小泵头的大小，节省材料降低成本的同时节省占用空间，另一方面有利于增大进水面积，保证进液充足；而出液为高压工况，出液通道集中可以减少密封数量，提升运行可靠性。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明的整体结构示意图；
36.图2为本发明中阀组总成的结构示意图；
37.图3为本发明中进液单向阀、进排液阀体和排液单向阀的结构示意图；
38.图4为图2中a部的放大示意图。
39.附图标记：
40.1、泵头
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11、排液腔室
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12、进液通道
41.13、排液通道
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2、托架
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3、填料函
42.31、进液腔室
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32、密封垫环
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33、密封环
43.34、密封压套
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4、低压水封
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41、通孔
44.42、安装槽
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43、卡簧
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44、冷却进水通道
45.45、冷却出水通道
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46、密封件
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5、柱塞
46.6、进液单向阀
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61、进液限位套
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611、第一轴肩
47.612、第二轴肩
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613、第三轴肩
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62、第一进液弹簧
48.63、进液阀板
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631、进液中心孔
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64、第二进液弹簧
49.7、排液单向阀
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71、排液限位套
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72、排液阀芯
50.721、排液阀盖
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722、排液导向杆
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73、排液弹簧
51.8、进排液阀体
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81、中心流通孔
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82、进液斜孔
52.83、环形槽
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84、第一o型圈
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85、第二o型圈
53.86、第三o型圈
具体实施方式
54.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.实施例1
58.参照图1和图2，包括托架2、泵头1、柱塞5和低压水封4，泵头1和低压水封4分别固设于托架2的两端。托架2为整体式托架，托架2内设有三组填料函3和三组阀组总成。阀组总成包括进液单向阀6、排液单向阀7和进排液阀体8，泵头1开设有排液腔室11，排液单向阀7设于排液腔室11内，填料函3开设有进液腔室31，进液单向阀6设于进液腔室31内，进液单向阀6和排液单向阀7位于同一轴线上。进排液阀体设置于填料函3和泵头1之间，进排液阀体8的两端分别抵接进液单向阀6和排液单向阀7。柱塞5贯穿设于低压水封4上并与填料函3滑动连接，通过柱塞5的往复运动，从而打开或关闭进液单向阀6和排液单向阀7。
59.进排液阀体8的中部沿轴向开设有中心流通孔81，中心流通孔81的两端分别连通进液腔室31和排液腔室11。泵头1上开设有进液通道12，进液通道12和进液腔室31连通，泵头1上还开设有排液通道13，排液通道13与排液腔室11连通。
60.结合图3，排液单向阀7包括排液限位套71、排液阀芯72和排液弹簧73，排液弹簧73套设于排液限位套71周侧，排液阀芯72活动穿设于排液限位套71内，以打开和关闭中心流通孔81。进液单向阀6包括进液限位套61、第一进液弹簧62、进液阀板63和第二进液弹簧64，进液阀板63滑动设置于进液限位套61内，以打开和关闭进液通道12。第一进液弹簧62和第二进液弹簧64分别设置于进液限位套61的两侧，其中，第一进液弹簧62位设置于进液限位套61和进液阀板63之间，且第一进液弹簧62的刚度均小于第二进液弹簧64和排液弹簧73的刚度。
61.参照图2，当柱塞5在进液腔室31内向左移动而产生负压，此时介质经过进液通道12推开进排液阀体8端面上的进液阀板63，并进入进液腔室31，与此同时第一进液弹簧62被压缩直至进液阀板63推动进液限位套61，第二弹簧被压缩，以限制进液限位套61的轴向位移。当柱塞5向右移动时，进液阀板63迅速向右移动并关闭进液通道12，介质流向中心通过孔并推动排液阀板向右移动，打开排液单向阀7，介质从排液腔室11流向排液通道13，从而排出介质。通过调低第一进液弹簧62的刚度，可以降低供水条件，使得进液更充足，保证理想的进液状态，并提升进液的稳定性，减小震动和运行噪音，延长使用寿命。同时，通过调高排液弹簧73的刚度，可以提升排液阀板的响应速度，保证排液阀板及时关闭，从而提高阀组的容积效率。
62.三组进液通道12相互独立，三组排液通道13相互连通。每组阀组总成单独进水，一方面可以减小泵头1的大小，节省材料降低成本的同时节省占用空间，另一方面有利于增大进水面积，保证进液充足；而出液为高压工况，出液通道集中可以减少密封数量，提升运行可靠性。
63.排液阀芯72包括排液阀盖721和直至连接的排液导向杆722，排液阀盖721和排液导向杆722一体成型，使得排液阀芯72的截面呈“t”字形。排液阀盖721靠近进排液阀体8的一侧活动抵接于进排液阀体8，另一侧活动抵接于排液限位套71，排液导向杆722活动穿设
于排液限位套71的内腔中。
64.当从排液状态转换为进液状态时，进液腔室31形成负压，由于排液弹簧73的刚度大于第一进液弹簧62，在排液弹簧73的弹性力作用下，排液导向杆722快速沿其轴向滑动并使得排液阀盖721抵接于进排液阀体8的右端面，及时关闭中心流通孔81。
65.参照图3，排液弹簧73部分套接于排液限位套71的外周侧，排液弹簧73的一端抵接于排液阀盖721的凸肩处，另一端固定连接于排液限位套71的凸肩处。从排液转换为进液状态时，在排液弹簧73的弹性力作用下，排液阀盖721向左移动并关闭中心流通孔81。在排液状态下，排液限位套71的的凸肩对排液阀盖721起到了限位作用。
66.进液阀板63的中心处沿轴向开设有进液中心孔631，所述进液中心孔631的两端分别连通进液腔室31和中心流通孔81。当需要排液时，介质可以沿着进液中心孔631流向中心流通孔81，从而进入排液腔室11。
67.进液限位套61的内腔依次开设有第一轴肩611、第二轴肩612和第三轴肩613，第一进液弹簧62设置于进液限位套61的内腔且第一进液弹簧62的一端固定连接于第一轴肩611，另一端抵接于进液阀板63。进液阀板63的一侧活动抵接于进排液阀体8，另一侧活动抵接于第二轴肩612，第三轴肩613活动抵接于进排液阀体8。当需要进液时，进液阀板63向左移动并抵接至第二轴肩612，压缩第一进液弹簧62，第二轴肩612进行一次限位；接着推动进液限位套61继续向左移动，压缩第二进液弹簧64，从而适应复杂的进液工况，提升进液阀板63的响应速度。
68.进排液阀体8上开设有多个进液斜孔82，进液斜孔82以中心流通孔81为中心呈放射形且等间距布置。进排液阀体8朝向所述泵头1的一侧开设有与进液通道12连通的环形槽83，进液斜孔82的一端连通进液腔室31，另一端连通环形槽83。介质从进液通道12经环形槽83进入进液斜孔82，通过设置环形槽83和多个进液斜孔82，避免介质从中心流通孔81的一侧进入进液腔室31，提升进液的稳定性，减小泵体震动，减小运行噪音。
69.进排液阀体8朝向填料函3的一侧嵌设有第一o型圈84，第一o型圈84的直径大于进液腔室31的直径。第一o型圈84对进液腔室31进行密封，防止填料函3和进排液阀体8接触的两个端面发生泄漏。进排液阀体8朝向泵头1的一侧嵌设有第二o型圈85和第三o型圈86，第二o型圈85和第三o型圈86分别设置于环形槽83的内侧和外侧，防止泵头1和进排液阀体8接触的两个端面之间发生泄漏。第一o型圈84、第二o型圈85和第三o型圈86提升了整体的密封性能，减小了介质的溢流损失，同时提升了运行的稳定性。
70.参照图2，进液腔室31远离进排液阀体8的一端依次固设有密封垫环32、密封环33和密封压套34，密封垫环32、密封环33和密封压套34均套接于柱塞5周侧并与柱塞5滑动连接。其中，密封垫环32的一侧抵接于低压水封4，密封环33设置于密封垫环32和密封压套34之间。密封环33可以采用多个，本实施例中密封环33设置为两个。密封垫环32、密封环33和密封压套34，提升了整体的密封性能，减小了介质的溢流损失。
71.第二进液弹簧64的一端固定连接于密封压套34的凸肩处，另一端抵接于进液限位套61。密封压套34的凸肩对进液限位套61起到二次限位作用，以适应复杂的进液工况。
72.参照图1和图4，低压水封4上沿轴向开设有通孔41，柱塞5的一端贯穿通孔41并伸入进液腔室31内，低压水封4远离进排液阀体8的一侧开设有安装槽42，安装槽42内嵌设有卡簧43。低压水封4上开设有冷却进水通道44和冷却出水通道45，冷却进水通道44和冷却出
水通道45均与通孔41连通，低压水封4于通孔41的两端分别设有密封件46。安装时，通过拆卸卡簧43和密封件46即可拆卸柱塞5，提升了拆卸和安装的便捷性。柱塞5在往复运动过程中会产生大量热量，通过冷却水可以及时散热。密封件46可以很好地对通孔41两端进行密封，减小冷却液溢流情况。
73.本发明的工作原理及有益效果为：
74.当柱塞5向远离进排液阀体8的方向移动时进液腔室31产生负压，此时介质经从进液通道12依次经环形槽83、进液斜孔82推动进液阀板63，进液单向阀6打开进液斜孔82朝向进液腔室31的端口，介质迅速从进液斜孔82流入进液腔室31，排液单向阀7由于负压作用仍紧紧抵接进排液阀体8的端面，处于关闭状态。与此同时，第一进液弹簧62被压缩，直至进液阀板63抵接进液限位套61的第二轴肩612，第二轴肩612进行一次限位。接着进液限位套61继续向左移动，压缩第二弹进液簧，密封压套34的凸肩进行二次限位，直至介质充满进液腔室31，从而完成吸液过程。
75.排液时，柱塞5向靠近进排液阀体8的方向移动，由于进液腔室31压力大于排液腔室11压力，并且在第一进液弹簧62和第二进液弹簧64的回复力作用下，进液阀板63迅速向进排液阀板移动并紧紧抵接于进排液阀体8的端面，从而关闭进液斜孔82，切断进液通道12，同时进液腔室31的介质从进液中心孔631流经中心流通孔81并推开排液阀盖721，使得排液导向杆722沿着排液限位套71的内腔移动，高压介质从排液腔室11流向排液通道13，向外排出高压介质。直至排液阀盖721抵接排液限位套71的凸肩，排液限位套71起到排液升程限位的作用。之后排液弹簧73依靠弹性力将排液阀盖721压紧于进排液阀体8的端面，从而完成一个工作循环，接着进入下一个循环。
76.本发明通过调低第一进液弹簧62的刚度，可以降低供水条件，使得进液更充足，保证理想的进液状态，并提升进液的稳定性，减小震动，延长高压往复泵的使用寿命。设置第二进液弹簧64可以适应复杂的进液工况，提升进液阀板63的响应速度。通过调高排液弹簧73的刚度，提升排液阀板的响应速度，保证排液阀板及时关闭，从而提高阀组的容积效率。同时具有密封性好、运行可靠稳定、噪音小的优点。
77.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，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。