[發明專利]一種增大流量和密封壓力的軸向柱塞泵

有效

• 申請號: 200910052712.7
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN101922425A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 李基深
• 申請（專利權）人: 李基深
• 主分類號: F04B1/16
• 分類號: F04B1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于通用機械領域中流體機械里的泵類行業。泵常被稱為機器的心臟。它輸送液壓使機器運轉起來。軸向柱塞泵是泵類中壓力較高的一種。它被廣泛地用于油壓機、液壓機械、和通用機械、機器的操作系統、自動控制系統以及冶金、石化等領域中。

背景技術

世界技術進步，某些領域從大型方向發展，炮、飛機、輪船、高樓等等。要制造航空母艦，離不開特大型的萬噸油壓機。特大型的萬噸油壓機，需要高壓大流量的泵配套。目前世界上僅有少數幾個國家能生產像航空母艦這樣特大型的裝備。他們有其自己的高壓大流量泵的技術。我國急需趕超。目前我國軸向柱塞泵單機的壓力常用僅達到32Mpa，流量不超過500升/Min，與先進國家高壓60Mpa有較大的差距。遠遠不能滿足特大型裝備急需發展的要求，只能靠進口。本發明既提供了目前我國特大型機械發展的配套需要，填補了國家空白，也為發展我國先進制造業添磚加瓦。

發明內容

現有的軸向柱塞泵僅有一套升壓系統，其關鍵結構由四部分組成，如說明書附圖中的圖1所示：一個帶15°～20°傾角的斜盤1。斜盤上有7根均布于一個園(稱為分布園)上的柱塞2。一個有7個孔腔(與柱塞的分布園相對應并供7根柱塞往返滑動)的缸體3。一個有一圈配流通路槽的配流盤4。沒有特種材料和特殊結構。

若要提高泵的工作壓力，此類結構有致命缺點，如圖1所示：泵的進出油(廣義地稱介質)通道都穿過配流盤與缸體、配流盤與泵體的交界面，并且配流盤與泵體的交界面間有供進油和出油的兩個半園型配流槽，這一系列的密封都采用簡單的兩平面相壓緊的平面密封結構，而各平面間的壓力全靠分布園上半圈柱塞(3～4根)前進時的升壓來產生；而與此同時，分布園上還有另外半圈柱塞(4～3根)正在后退抽真空，進行吸油(見圖1剖面圖)。因此，配流盤密封面上的受力狀況始終是一半壓緊一半扳開，如圖2剖面圖所示。受扳開作用力的干擾，壓緊部分的密封力就很不均勻，這就存在著高壓配流槽的液體流向常壓配流槽的趨勢，從而限制了此類泵工作壓力的提高。

本增大流量和密封壓力的軸向柱塞泵的發明主要有三大方面。

首先，在一臺泵中，增加一套升壓系統，成為一臺泵兩套升壓系統(圖3)：1.兩個斜盤，其中一個在另一個的外圈，分別稱為內斜盤(圖3中件1)和外斜盤(圖3中件2)。兩個斜盤斜面的斜度分別為13°～15°、10°～13°，兩個斜盤斜面的最高點(在斜面邊界橢圓的長軸上)不再同側，而是相互錯開(簡稱相角)180°角。2.在兩個斜盤上各配置一組柱塞(例如每組7根，共14根-圖3中件4和件5)，它們分別均布于各自的分布園上。3.在一個缸體(圖3中件7)中設計兩圈與柱塞相匹配的孔腔(圖3中A-A剖面圖)。4.設計一個有內外兩圈配流通路槽的配流盤(圖4中主視圖)。以上發明的效果，首先是增加一套升壓系統使泵的流量大增；其次，從動作原理看，泵一運轉，當內圈任一根柱塞前進升壓時，在外圈與此柱塞的位置相隔180°角處必有一根柱塞同時前進升壓，使配流盤始終受一個中心對稱的兩個相等力矩的作用(圖4中剖面圖)，同理，當內圈整個半圈柱塞一起處于前進升壓時，對面外圈相角180°處必有相同數量的柱塞也在前進升壓，并與內圈柱塞壓力產生相同的力矩，其結果是配流盤前后(圖中畫為上下)兩個密封面的左(L)右(S)(圖4剖面圖)密封壓力始終處處均衡相等，這種密封結構就能封住更高的壓力，解決了泵壓力提高后配流槽及其通道的密封問題。

其次，在缸體供所有柱塞往返滑動的每個孔中，各裝一個與孔過盈配合的筒套(圖3中件6)，筒套材料為Si3N4或ZrO2。這一創新解決了三大問題：1.因為缸體預應力結構可以降低它的應力水平，提高承受壓力的能力，這就解決了工作壓力提高后缸體的強度問題；2.柱塞在筒套中來回快速運動，柱塞與筒套之間的問隙是介質泄漏必經之處(稱為間隙密封)。間隙，小了會因柱塞快速運動摩擦發熱膨脹而咬死，大了會因介質從間隙中過多流失而喪失正常流量甚至形成不了所需的壓力。流體力學證明，流體通過環形間隙的流量與壓力、間隙的四次方成正比，與流體的粘度、間隙的長度成反比。特別是，原設計的初始間隙隨著壓力的提高而增大，更使泄漏的流量急速加大，導致間隙密封失效，這也是現有泵難以解決的問題。本預應力結構筒套材料可以減緩間隙隨壓力的提高而增大的效應，也就阻止了泄漏的流量的急速加大，解決了泵壓力提高后此處的密封問題。3.間隙中高壓高速流體對缸壁的沖刷磨損非常厲害，本發明選用的筒套材料屬于高耐磨損型，解決了泵壓力提高后，此處的密封壽命問題。