一種柱塞水泵及其液控系統的製作方法
2023-04-24 13:00:41 2
專利名稱：一種柱塞水泵及其液控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程機械技術，特別涉及一種柱塞水泵及其液控系統。
背景技術：
隨著商用及民用超高層建築整體高度的不斷攀升，其消防系統的難題之一是供水難度。眾所周知，大多數消防水源提供的消防用水，都需要消防水泵進行加壓，以滿足滅火時對水壓和水量的要求。比如，以行動裝置消防車為例，其通常安裝消防泵為消防水槍、消防水炮等滅火終端提供壓力水。顯然，性能良好的消防泵對滅火戰術的制定、滅火方法的實施都起到決定性作用。現有技術中，用來供水的消防泵主要有離心式水泵和柱塞式水泵兩種類型；受自身結構限制，兩者通常只能將水送到百米左右的高度，在超高層建築發生火災後，由於供水壓力及流量不夠，不能及時有效輸送水源，從而無法控制火勢蔓延，往往造成非常大的生命財產損失。其中，離心式水泵在工作過程中存在洩漏和回流問題，隨著出水壓力的增加，洩漏和回流量同步增加，出水壓力很難達到高壓消防泵額定壓力不小於4. OMPa的標準，工作效率降低；而柱塞式水泵的工作原理限制了其輸出流量一般都不超過lOL/s，無法滿足超高層建築消防滅火用水量的要求。有鑑於此，亟待另闢蹊徑針對水泵進行優化設計，以提供滿足超高層建築消防滅火用水壓力及輸出流量的要求。
實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型解決的技術問題在於，提供一種柱塞水泵，以可靠提高水泵輸出壓力及流量，滿足超高層建築消防滅火的需求。在此基礎上，本實用新型還提供一種該柱塞水泵的液控系統。本實用新型提供的柱塞水泵，包括兩個由水缸和油缸構成的柱塞組，每個柱塞組的水缸活塞與油缸活塞同步位移，且與每個水缸缸筒的水口均連通設置有由外至缸筒內腔單向導通的進水單向閥、由缸筒內腔至外部出水口單向導通的出水單向閥；兩個所述油缸配置成在控制閥的控制下交替伸縮。優選地，還包括水箱，兩個所述水缸內置於所述水箱中。優選地，所述水缸的有杆腔外端部的水缸缸筒側壁上開設有與所述水箱連通的通孔。優選地，所述外部出水口位於與兩個所述出水單向閥連通的出水管的末端。本實用新型提供的如前所述柱塞水泵的液控系統，包括壓力油路和回油油路，所述控制閥配置成具有兩個工作位置在第一工作位置，壓力油路與第一油缸的無杆腔、第二油缸的有杆腔連通，回油油路與第一油缸的有杆腔、第二油缸的無杆腔連通；在第二工作位置，壓力油路與第一油缸的有杆腔、第二油缸的無杆腔連通，回油油路與第一油缸的無杆腔、第二油缸的有杆腔連通。[0011]優選地，所述控制閥具體為設置在第一油缸的兩腔與壓力油路和回油油路之間的第一液控方向閥，以及設置在第二油缸的兩腔與壓力油路和回油油路之間的第二液控方向閥；且，兩個所述油缸均開設有與缸筒內腔連通的取信油口，所述取信油口位於與無杆腔端部之間的距離大於油缸活塞長度處的缸筒側壁上；且所述第一油缸的取信油口與所述第一液控方向閥和第二液控方向閥的控制油口連通，以驅動第一液控方向閥和第二液控方向閥分別位於第一工作位置和第二工作位置，所述第二油缸的取信油口與所述第一液控方向閥和第二液控方向閥的控制油口連通，以驅動第一液控方向閥和第二液控方向閥分別位於第二工作位置和第一工作位置。優選地，還包括分別設置在兩個油缸與相應液控方向閥之間的兩個取信閥，每個取信閥的進油口與相應油缸的取信油口連通、壓力平衡油口與相應油缸的有杆腔的油口連通、出油口與相應液控方向閥的控制油口連通。優選地，兩個所述油缸的缸筒底部均設置有沿活塞收回方向單向導通的緩衝旁路，所述緩衝旁路的出油口通過油缸缸筒底部與缸筒內腔連通，所述緩衝旁路的進油口通過與缸筒底部之間的距離大於油缸活塞長度處的缸筒側壁與缸筒內腔連通。優選地，經所述第一液控方向閥與第一油缸連通的壓力油路由第一泵供油，經所述第二液控方向閥與第二油缸連通的壓力油路由第二泵供油；且，在兩個泵的出液口與回油油路之間均設置有溢流閥。優選地，所述溢流閥具體為電控溢流閥。本實用新型提供的柱塞水泵包括兩個由水缸和油缸構成柱塞組，每個柱塞組的水缸活塞與油缸活塞同步位移，即液控雙柱塞水泵；由於與每個水缸缸筒的水口均連通設置有由外至缸筒內腔單向導通的進水單向閥、由缸筒內腔至外部出水口單向導通的出水單向閥，並且兩個所述油缸配置成在控制閥的控制下交替伸縮。與現有技術相比，本實用新型突破了傳統水泵的結構原理，採用兩隻油缸交替前進、後退，從而帶動兩個水缸活塞交替動作，進而分別實現兩種工作狀態的切換其一，與第一水缸缸筒的水口連通的進水單向閥非導通、出水單向閥導通，與第二水缸缸筒的水口連通的進水單向閥導通、出水單向閥非導通，此狀態下，第一水缸缸筒排水、第二水缸缸筒吸水。其二，與第一水缸缸筒的水口連通的進水單向閥導通、出水單向閥非導通，與第二水缸缸筒的水口連通的進水單向閥非導通、 出水單向閥導通；此狀態下，第一水缸缸筒吸水、第二水缸缸筒排水。本實用新型的水缸活塞與水缸缸筒之間能夠實際可靠的密封結構，可有效防止內洩；因此，通過上述結構優化設計，本實用新型在連續無間歇供水的基礎上，能夠有效提高輸出流量及用水壓力，經生產試驗，本方案完全能夠滿足超高層建築消防滅火用水壓力8. OMPa及輸出流量40L/s的要求。在本實用新型的優選方案中，在水缸的有杆腔外端部的水缸缸筒側壁上開設有與水箱連通的通孔，一方面，該通孔可用來平衡水缸活塞運動過程中水缸缸筒有杆腔中容積變化產生的壓力，也就是說，當水缸活塞在缸筒內前進時，水缸活塞有杆腔側容積變大產生真空，外部水通過該通孔進入；反之，水缸活塞在缸筒內後退時，水缸活塞有杆腔側容積變小產生壓力，水則從該通孔中壓出。另外，水可以從通孔進、出，從而冷卻與水缸活塞連接的油缸活塞杆，而活塞杆又能夠對液壓油進行冷卻，從而有效控制了液壓系統的散熱。在本實用新型所提供柱塞水泵液控系統的優選方案中，兩個油缸均開設有與缸筒內腔連通的取信油口，該取信油口配置成位於相應油缸完全伸出時刻的無杆腔側；且第一液控方向閥的控制油口與第一油缸的取信油口連通，第二液控方向閥的控制油口與第二油缸的取信油口連通。也就是說，當活塞伸出至行程終端時，相應驅動活塞伸出的壓力油液將反饋至另一油缸的方向閥的控制端，進而驅動其閥芯換向，反之亦然；從而通過液力自動控制兩個油缸的交替伸出、收回，具有工作可靠的特點。優選採用取信閥設置在相應取信油口與控制閥之間，可進一步提高液動換向的工作可靠性；同時，當油缸活塞接近伸出極限位置時，無杆腔的壓力油液可經取信閥單向流動至有杆腔，進而避免伸出終端產生衝擊，影響系統工作的穩定性。本實用新型提供的柱塞水泵及其液控系統適用於任意消防設備及系統。
圖1是具體實施方式
中所述柱塞水泵的整體結構示意圖；圖2是具體實施方式
中所述水缸缸筒的結構示意圖；圖3是具體實施方式
中所述柱塞水泵液控系統的原理圖。圖中第一柱塞組1、第一水缸11、第一水缸缸筒111、第一油缸12、取信油口 121、第一油缸活塞122、第一進水單向閥13、第一出水單向閥14、第二柱塞組2、第二水缸21、第二水缸缸筒211、第二油缸22、取信油口 221、第二油缸活塞222、第二進水單向閥23、第二出水單向閥M、水箱3、出水管4、第一液控方向閥51、第二液控方向閥52、第一取信閥61、第二取信閥62、第一泵71、第二泵72、第一溢流閥81、第二溢流閥82、通孔9。
具體實施方式
本實用新型的核心是提供一種結構優化的液控雙柱塞水泵，包括兩個由水缸和油缸構成柱塞組，每個柱塞組的水缸活塞與油缸活塞同步位移，且與每個水缸缸筒的水口均連通設置有由外至缸筒內腔單向導通的進水單向閥、由缸筒內腔至外部出水口單向導通的出水單向閥；兩個所述油缸配置成在控制閥的控制下交替伸縮。與現有技術相比，本實用新型能夠可靠提高水泵輸出壓力及流量，從而滿足超高層建築消防滅火的需求。不失一般性，下面結合說明書附圖具體說明本實施方式。請參見圖1，該示出了本實施方式所述柱塞水泵的整體結構示意圖。第一柱塞組1由第一水缸11和第一油缸12組成，第二柱塞組2由第二水缸21和第二油缸22組成。如圖所示，兩者的油缸活塞杆的伸出端均與相應的水缸活塞連接，以實現每個柱塞組的水缸活塞與油缸活塞同步位移。整體布置而言，水缸與油缸可如圖所示的同軸設置，也可以大致平行設置，顯然，同軸設置的結構實現較為簡單，且動力傳遞的能效最佳，故為最優方案。與第一水缸缸筒111的水口連通設置有第一進水單向閥13，以實現由外至缸筒內腔單向導通；同時，與第一水缸缸筒111的水口連通設置有第一出水單向閥14，以實現由缸筒內腔至外部出水口單向導通。同樣，與第二水缸缸筒211的水口連通設置有第二進水單向閥23，以實現由外至缸筒內腔單向導通；同時，與第二水缸缸筒211的水口連通設置有第二出水單向閥24，以實現由缸筒內腔至外部出水口單向導通。由於兩個油缸配置成在控制閥的控制下交替伸縮，因此兩個水缸活塞分別在兩個油缸活塞的帶動下同步交替伸縮。具體地，外部出水口位於與兩個出水單向閥連通的出水管4的末端，用於與用水管路連通。具體操作過程為控制第一油缸12的無杆腔進油、有杆腔回油，同時，第二油缸22 的有杆腔進油、無杆腔回油；此狀態下，第一進水單向閥13非導通、第一出水單向閥14導通，第一水缸11排水，第二進水單向閥23導通、第二出水單向閥M非導通，第二水缸21吸水。控制第一油缸12的無杆腔回油、有杆腔進油，同時，第二油缸22的有杆腔回油、無杆腔進油；此狀態下，第一進水單向閥13導通、第一出水單向閥14非導通，第一水缸11吸水，第二進水單向閥23非導通、第二出水單向閥M導通，第二水缸21排水。由於在水缸活塞與水缸缸筒之間能夠實際可靠的密封結構，可有效防止內洩；因此，本實用新型在連續無間歇供水的基礎上，能夠有效提高輸出流量及用水壓力。另外，水箱3可以與水缸固定連接為一體。圖中所示，第一水缸11和第二水缸21 均置於水箱3中，水缸缸筒與油缸缸筒之間均通過連接法蘭與水箱3壁固定連接。顯然，只要其水口位於水箱3的水位線下方就可以滿足吸水的基本需要。進一步結合圖2所示，該圖是本實施方式所述水缸缸筒的結構示意圖。每個水缸的有杆腔外端部的水缸缸筒(111、211)側壁上開設有與水箱3連通的通孔9。應當理解，通孔9可設置為多個且沿水缸缸筒(111、211)周向均布。該通孔9可用來平衡水缸活塞運動過程中水缸缸筒(111、211)有杆腔中容積變化產生的壓力，當水缸活塞在缸筒內前進時，水缸活塞有杆腔側容積變大產生真空，外部水通過該通孔9進入；反之，水缸活塞在缸筒內後退時，水缸活塞有杆腔側容積變小產生壓力， 水則從該通孔9中壓出。另外，水可以從通孔9進、出，從而冷卻與水缸活塞連接的油缸活塞杆，而活塞杆又能夠對液壓油進行冷卻散熱。除上述柱塞水泵，本方案還提供一種該柱塞水泵的液控系統，請參見圖3，該圖是柱塞水泵液控系統的原理圖。該液控系統的壓力油路P和回油油路T可以選用系統壓力油路、回油油路，也可以獨立設置相應油泵提供柱塞水泵所需的壓力油液。基於第一油缸12和第二油缸22的功能需要，控制閥配置成具有兩個工作位置在第一工作位置，壓力油路P與第一油缸12的無杆腔、第二油缸22的有杆腔連通，回油油路T與第一油缸12的有杆腔、第二油缸22的無杆腔連通，以此控制第一油缸12的無杆腔進油、有杆腔回油，第二油缸22的有杆腔進油、無杆腔回油；在第二工作位置，壓力油路P與第一油缸12的有杆腔、第二油缸22的無杆腔連通，回油油路T與第一油缸12的無杆腔、第二油缸22的有杆腔連通，以此控制第一油缸12的無杆腔回油、有杆腔進油，第二油缸22的有杆腔回油、無杆腔進油。需要說明的是，上述控制閥的具體配置可以為一個方向控制閥，也可以配置為兩個方向控制閥，即，具體為設置在第一油缸12的兩腔與壓力油路P和回油油路T之間的第一液控方向閥51，以及設置在第二油缸22的兩腔與壓力油路P和回油油路T之間的第二液控方向閥52。顯然，配置為兩個方向控制閥與每個油缸相應設置，可進一步利於優化系統控制性能。進一步地，第一油缸12的缸筒上開設有與缸筒內腔連通的取信油口 121，該取信油口 121與無杆腔端部之間的距離W大於第一油缸活塞122的長度L ；同樣，第二油缸22的缸筒上開設有與缸筒內腔連通的取信油口 221，該取信油口 221與無杆腔端部之間的距離大於第二油缸活塞222的長度。也就是說，當活塞伸出至行程終端時，相應取信油口的壓力為驅動活塞伸出的油液壓力，以控制兩個方向閥在兩個工作位置之間切換。具體如圖3所示，第一油缸12的取信油口 121與第一液控方向閥51的右側控制油口和第二液控方向閥 52的左側控制油口連通，以驅動第一液控方向閥51和第二液控方向閥52分別位於第一工作位置和第二工作位置，第二油缸22的取信油口與第一液控方向閥51的左側控制油口和第二液控方向閥52的右側控制油口連通，以驅動第一液控方向閥51和第二液控方向閥52 分別位於第二工作位置和第一工作位置。本方案還包括兩個取信閥，第一取信閥61位於第一油缸12與液控方向控制閥之間，第二取信閥62位於第二油缸22與液控方向控制閥之間。如圖所示，每個取信閥的進油口 A與相應油缸的取信油口連通、壓力平衡油口 B與相應油缸的有杆腔的油口 C連通、出油口D與相應液控方向閥的控制油口連通。如此設置，可進一步提高液動換向的工作可靠性； 同時，當油缸活塞接近伸出極限位置時，取信閥的壓力平衡油口 B與回油油路T連通，取信閥的進油口A與系統壓力油路P連通，因此，無杆腔的壓力油液可經取信閥單向流動至有杆腔，進而避免伸出終端產生衝擊，影響系統工作的穩定性。同樣，為避免油缸在收回極限位置產生不必要的剛性衝擊。本方案可以在兩個油缸的缸筒底部均設置有沿活塞收回方向單向導通的緩衝旁路。具體如圖所示，緩衝旁路的出油口 E通過油缸缸筒底部與缸筒內腔連通，緩衝旁路的進油口 F通過與缸筒底部之間的距離大於油缸活塞長度處的缸筒側壁與缸筒內腔連通。同理，當油缸活塞接近收回極限位置時，緩衝旁路的出油口 E與回油油路T連通，緩衝旁路的進油口 F與壓力油路P連通，因此，此時有杆腔的壓力油液可經緩衝旁路上的單向閥流動至無杆腔，避免收回端產生衝擊。如前所提及，壓力油路P可以採用獨立的油泵分別為兩個油缸提供壓力油液，以較好的適應柱塞水泵的功能需要。如圖所示，經第一液控方向閥51與第一油缸12連通的壓力油路由第一泵71供油，經第二液控方向閥52與第二油缸22連通的壓力油路由第二泵 72供油；且，在兩個泵的出液口與回油油路之間均設置有溢流閥(第一溢流閥81和第二溢流閥8 ，以可靠保持兩個供油壓力處於恆定狀態。溢流閥(第一溢流閥81和第二溢流閥8 優選採用電控溢流閥，如圖所示，當其控制閥未得電時，該溢流閥的進液口經由該控制閥構成洩油通路，即自泵的出液口輸出的壓力油液直接回流至油箱，當其控制閥得電時，溢流閥起到定壓溢流和安全保護作用。實際設計時，兩個溢流閥的調定壓力選擇一致，使得兩個油缸處於相同的工作環境，確保兩者之間可靠的動作切換。以上所述僅為本實用新型的優選實施方式，並不構成對本實用新型保護範圍的限定。任何在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的權利要求保護範圍之內。
權利要求1.一種柱塞水泵，其特徵在於，包括兩個由水缸和油缸構成的柱塞組，每個柱塞組的水缸活塞與油缸活塞同步位移，且與每個水缸缸筒的水口均連通設置有由外至缸筒內腔單向導通的進水單向閥、由缸筒內腔至外部出水口單向導通的出水單向閥；兩個所述油缸配置成在控制閥的控制下交替伸縮。
2.根據權利要求1所述的柱塞水泵，其特徵在於，還包括水箱，兩個所述水缸內置於所述水箱中。
3.根據權利要求2所述的柱塞水泵，其特徵在於，所述水缸的有杆腔外端部的水缸缸筒側壁上開設有與所述水箱連通的通孔。
4.根據權利要求2或3所述的柱塞水泵，其特徵在於，所述外部出水口位於與兩個所述出水單向閥連通的出水管的末端。
5.如權利要求1-4中任一項所述柱塞水泵的液控系統，其特徵在於，包括壓力油路和回油油路，所述控制閥配置成具有兩個工作位置在第一工作位置，壓力油路與第一油缸的無杆腔、第二油缸的有杆腔連通，回油油路與第一油缸的有杆腔、第二油缸的無杆腔連通； 在第二工作位置，壓力油路與第一油缸的有杆腔、第二油缸的無杆腔連通，回油油路與第一油缸的無杆腔、第二油缸的有杆腔連通。
6.根據權利要求5所述的柱塞水泵液控系統，其特徵在於，所述控制閥具體為設置在第一油缸的兩腔與壓力油路和回油油路之間的第一液控方向閥，以及設置在第二油缸的兩腔與壓力油路和回油油路之間的第二液控方向閥；且，兩個所述油缸均開設有與缸筒內腔連通的取信油口，所述取信油口位於與無杆腔端部之間的距離大於油缸活塞長度處的缸筒側壁上；且所述第一油缸的取信油口與所述第一液控方向閥和第二液控方向閥的控制油口連通，以驅動第一液控方向閥和第二液控方向閥分別位於第一工作位置和第二工作位置，所述第二油缸的取信油口與所述第一液控方向閥和第二液控方向閥的控制油口連通，以驅動第一液控方向閥和第二液控方向閥分別位於第二工作位置和第一工作位置。
7.根據權利要求6所述的柱塞水泵液控系統，其特徵在於，還包括分別設置在兩個油缸與相應液控方向閥之間的兩個取信閥，每個取信閥的進油口與相應油缸的取信油口連通、壓力平衡油口與相應油缸的有杆腔的油口連通、出油口與相應液控方向閥的控制油口連通。
8.根據權利要求7所述的柱塞水泵液控系統，其特徵在於，兩個所述油缸的缸筒底部均設置有沿活塞收回方向單向導通的緩衝旁路，所述緩衝旁路的出油口通過油缸缸筒底部與缸筒內腔連通，所述緩衝旁路的進油口通過與缸筒底部之間的距離大於油缸活塞長度處的缸筒側壁與缸筒內腔連通。
9.根據權利要求8所述的柱塞水泵液控系統，其特徵在於，經所述第一液控方向閥與第一油缸連通的壓力油路由第一泵供油，經所述第二液控方向閥與第二油缸連通的壓力油路由第二泵供油；且，在兩個泵的出液口與回油油路之間均設置有溢流閥。
10.根據權利要求9所述的柱塞水泵液控系統，其特徵在於，所述溢流閥具體為電控溢流閥。
專利摘要本實用新型公開一種柱塞水泵，包括兩個由水缸和油缸構成的柱塞組，每個柱塞組的水缸活塞與油缸活塞同步位移，且與每個水缸缸筒的水口均連通設置有由外至缸筒內腔單向導通的進水單向閥、由缸筒內腔至外部出水口單向導通的出水單向閥；兩個所述油缸配置成在控制閥的控制下交替伸縮。本實用新型突破了傳統水泵的結構原理，採用兩隻油缸交替前進、後退，從而帶動兩個水缸活塞交替動作，進而分別實現兩種工作狀態的切換，與現有技術相比，本實用新型在連續無間歇供水的基礎上，能夠有效提高輸出流量及用水壓力。在此基礎上，本實用新型還提供一種該柱塞水泵的液控系統。
文檔編號F04B9/113GK202266383SQ20112034478
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月14日 優先權日2011年9月14日
發明者馮瑜, 史先信, 徐小東, 趙陽光 申請人:徐州重型機械有限公司