直燃式柱塞液壓泵的製作方法

2023-12-02 20:17:41 1

專利名稱：直燃式柱塞液壓泵的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及液壓動力領域，具體是一種使用燃料將熱能直接轉化為液壓能的直燃式柱塞液壓泵。
技術背景隨著液壓技術的成熟應用，出現了越來越多整機以液壓能為驅動動力的機械設備，例如液壓挖掘機、全液壓壓路機、液壓鑿巖鑽機、全液壓叉車等，它們共同的特點是沒有傳統的機械傳動機構，機械的所有動作都是由液壓能驅動液壓馬達和液壓油缸完成。液壓泵則是提供液壓能的動力元件，其作用是將原動機的機械能轉換成液壓能，向整個液壓系統提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。柱塞式液壓泵依靠柱塞在缸體中往復運動，使密封工作容腔的容積發生變化來實現吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結構緊湊、效率高和流量調節方便等優點，被廣泛應用於高壓、大流量和流量需要調節的場合，如前所述的各種液壓機械設備中。柱塞泵現有技術以軸向柱塞泵、徑向柱塞泵兩大類為主，都是通過發動機或電動機驅動柱塞泵軸，再將軸的旋轉運動轉變為柱塞的往復運動，從而實現將原動機的機械能轉換成液體的壓力能。在這一個能量轉換過程中我們發現，其經歷了 熱能通過柴油發動機轉變為機械能，機械能再通過液壓油泵轉變為液壓能這樣一個過程，在當前機械效率轉換水平有限的情況下，這兩個轉換步驟中都存在很高的能量損失。特別是柴油發動機在將熱能轉換成機械能這一過程中，僅利用了小部分熱能膨脹做功，大部分熱能通過排氣及散熱器釋放出去，能量損耗很大。在目前全球石油資源日益減少，能源價格不斷上漲的形勢下， 各項經濟建設活動中如何節能減排已成為一個全球關注的課題
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種直接使用燃料將熱能轉化為液壓能的直燃式柱塞液壓泵，以減少能量轉換中間環節，降低能量損耗，從而實現節能降耗的目的。本實用新型以如下技術方案解決上述技術問題本實用新型直燃式柱塞液壓泵包括燃燒器1、高溫換熱器2、蒸汽室3、至少一個汽缸柱塞機構10、蒸汽型制冷機15和控制系統；所述高溫換熱器2通過管道與燃燒器1連接， 並置於蒸汽室3之中；所述蒸汽室3為密封容器，其內設有置於高溫換熱器2上方的噴水頭4，噴水頭4通過水管連接供水閥5、水泵7和水箱8 ；所述汽缸柱塞機構10安裝在蒸汽室3上方，它主要由汽缸20和柱塞21構成，汽缸20的活塞和柱塞21的活塞通過帶復位機構的頂杆30相連，汽缸20的底端設有連通蒸汽室3的進汽閥2，其側壁設有排汽閥23，柱塞21的頂端設有連接高壓油管12的出油口以及連接油箱的進油口，其進油口和出油口上分別設有單向閥沈；所述排汽閥23經排汽管14與蒸汽型制冷機15相接，蒸汽型制冷機15 的冷凝水排水管連接水箱8。[0007]所述頂杆30上的復位機構為彈簧11，彈簧11套在頂杆30上並置於汽缸20活塞的上方。所述頂杆30上的復位機構為搖臂結構，該搖臂結構由搖臂座M、搖臂25和連杆 31構成，搖臂25的中部與搖臂座M活動連接，搖臂25的兩端分別經連杆31與兩個汽缸柱塞機構10的頂杆30連接，連杆31與搖臂25之間及連杆31與頂杆30之間均為鉸接。所述蒸汽型制冷機15設有連接液壓油水冷器17或/和空調18的循環冷水管16。本實用新型還可以在連接水箱8與噴水頭4的水管上接有低溫換熱器6，低溫換熱器6與高溫換熱器2經管道相接。在蒸汽室3上安裝有至少一個與排汽管14相通的安全閥13。所述控制系統包括微電腦處理器四、安裝在頂杆30上的行程傳感器27、安裝在高溫換熱器2上的溫度傳感器19、安裝在蒸汽室3內的壓力傳感器9、設在燃燒器1上的燃燒器控制器四、供水閥5、進汽閥22及排汽閥23，微電腦處理器觀的信號輸入端以並聯方式連接行程傳感器27、溫度傳感器19和壓力傳感器9，其信號輸出端以並聯方式連接燃燒器控制器四、供水閥5、進汽閥22及排汽閥23。本實用新型不需要原動機提供動力，不是通過發動機將熱能轉換為機械能，再由液壓泵將機械能轉變為液壓能。本實用新型與現有技術相比，省去了複雜的曲軸連杆飛輪等機構，燃料產生的大部分熱能用於做功，能量損耗小。因此具有結構簡單、節能高效的優點，將為全液壓機械設備提供具有革命性改進的動力來源。

圖一是本實用新型直燃式柱塞液壓泵的主體結構示意圖。圖二是本實用新型採用另一種結構的汽缸柱塞機構的結構示意圖。圖三是本實用新型直燃式柱塞液壓泵的控制系統原理圖。圖中1-燃燒器，2-高溫換熱器，3-蒸汽室，4-噴水頭，5-供水閥6_低溫換熱器，7_水泵，8-水箱，9-壓力傳感器，10-汽缸柱塞機構，11-彈簧，12-高壓油管，13-安全閥，14-排汽管，15-蒸汽型制冷機，16-循環冷水管，17-液壓油水冷器，18-空調，19-溫度傳感器， 20-汽缸，21-柱塞，22-進汽閥，23-排汽閥，24-搖臂座，25-搖臂，26-單向閥，27-行程傳感器，28-微電腦處理器，29-燃燒器控制器，30-頂杆，31-連杆。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。如圖一所示，燃燒器1與高溫換熱器2經管道相接，燃燒器1燃燒產生的高溫氣體直接進入高溫換熱器2。高溫換熱器2處於密封容器的蒸汽室3之中，汽缸柱塞機構10安裝在蒸汽室3的上方，蒸汽室3內設有置於高溫換熱器2上方的噴水頭4，當水注入到高溫換熱器2上，水受高溫汽化而產生蒸汽，隨著蒸汽不斷產生，整個蒸汽室處於高壓狀態。噴水頭4通過水管連接供水閥5、低溫換熱器6、水泵7和水箱8，低溫換熱器6與高溫換熱器 2經排氣管道相接。汽缸柱塞機構10主要由汽缸20和柱塞21構成，汽缸20與柱塞21對應設置，汽缸20的活塞和柱塞21的活塞通過帶復位機構的頂杆30相連，頂杆30上的復位
4機構為彈簧11，彈簧11套在頂杆30上並置於汽缸20活塞的上方，通過彈簧11可將汽缸推回初始狀態，汽缸20的底端設有連通蒸汽室3的進汽閥2，其側壁設有排汽閥23，柱塞21 的頂端設有連接高壓油管12的出油口以及連接油箱的進油口，其進油口和出油口上分別設有單向閥26。排汽閥23通過排汽管14與蒸汽型制冷機15相接，蒸汽型制冷機15的冷凝水排水管連接水箱8，也可以在蒸汽型制冷機15上增設循環冷水管16以連接液壓油水冷器17和/或空調18進行散熱。本實用新型使用的燃燒器1可根據需要選擇各種燃燒器，燃料可採用柴油、汽油、 天然氣或其他等，甚至燃燒固體燃料的燃燒器也可用於本實用新型，只要將燃燒產生的高溫氣體導入高溫換熱器，都能工作。本實用新型使用的高溫換熱器2的作用是將燃燒器產生的熱能傳遞到水中，使水受熱汽化。現有技術中如陶瓷高溫換熱器，已經可以達到一千多度的高溫。本實用新型使用的蒸汽型制冷機15為現有技術，其以溴化鋰一水為工質，以排汽管14輸入的飽和蒸汽為動力，吸收蒸汽中的熱能並將蒸汽凝結為水，同時可對外提供冷水，通過循環冷水管16輸出，可用於液壓油冷卻器17和駕駛室空調18等。當然，在一些特殊場合，本實用新型也可使用普通的蒸汽冷凝器替代蒸汽型制冷機，其只要將汽缸20排出的蒸汽凝結為水，導入水箱8即可，並不影響本實用新型的使用。本實用新型使用的汽缸柱塞機構10也可以採用如圖二所示的結構，其頂杆30上的復位機構為搖臂結構，該搖臂結構由搖臂座M、搖臂25和連杆31構成，搖臂25連接於兩個汽缸之間，搖臂座M固定在機架上，搖臂25的中部與搖臂座M活動連接，搖臂25的兩端分別經連杆31與兩個頂杆30連接，連杆31與搖臂25之間以及連杆31與頂杆30之間均為鉸接。一個汽缸活塞受高壓蒸汽推動做功的同時，通過搖臂推動另一汽缸活塞復位。 採用搖臂結構的汽缸必須成對布置。圖三為本實用新型的控制系統原理圖它包括微電腦處理器四、安裝在頂杆30上的行程傳感器27、安裝在高溫換熱器2上的溫度傳感器19、安裝在蒸汽室3內的壓力傳感器9、設在燃燒器1上的燃燒器控制器四以及供水閥5、進汽閥22、排汽閥23，微電腦處理器觀的信號輸入端以並聯方式連接行程傳感器27、溫度傳感器19和壓力傳感器9，其信號輸出端以並聯方式連接燃燒器控制器四、供水閥5、進汽閥22及排汽閥23。採用上述方案後，本實用新型由燃燒器1燃燒燃料產生熱能，通過高溫換熱器2將水汽化為蒸汽，在蒸汽室3中產生高壓，高壓蒸汽直接推動汽缸20中的活塞移動，汽缸20 的活塞與柱塞21的活塞通過頂杆相連，因此，柱塞21中的活塞同步移動，從而將柱塞21中的液壓油從高壓油管12中輸出，從而產生液壓能。蒸汽在完成推動汽缸20作功後通過頂杆30上的復位機構可進入蒸汽型制冷機15，釋放出蒸汽所含的熱能，被冷凝成水進入水箱 8。蒸汽型制冷機15吸收了蒸汽的熱能，輸出冷水可用於液壓油冷卻或駕駛室空調用。燃燒氣體經過高溫換熱器2釋放熱能後，再次進入低溫換熱器6，進一步回收熱能，將準備進入蒸汽室3的水預熱。由於對外排放的熱量極少，使熱能損失大幅降低。工作時，燃燒器1點火，將熱能吹入高溫換熱器2，微電腦傳感器觀通過溫度傳感器19採集高溫換熱器2的溫度，在達到設定溫度後，發出指令打開供水閥5，水泵7與供水閥5同時開啟，水從噴水頭4噴到高溫換熱器2上，受熱產生水蒸汽，並在蒸汽室3中形成尚壓。[0028]壓力傳感器9將蒸汽室3中壓力狀況傳送給微電腦處理器觀，在達到一定壓力值後，發出指令打開進汽閥22，高壓蒸汽進入汽缸20，推動汽缸20中的活塞移動，柱塞21中的活塞也作同步移動，從而將柱塞21中的液壓油從高壓油管12中輸出，形成液壓能。行程傳感器27將汽缸20的活塞位置傳遞給微電腦處理器觀，在達到設定位置後， 微電腦處理器28發生指令，進汽閥22關閉，同時排汽閥23打開，汽缸通過頂杆30上的復位機構復位，使汽缸20中的蒸汽從排汽閥排出。排汽閥排出的蒸汽經排汽管14進入蒸汽型制冷機15，將蒸汽中所含熱能交換給蒸汽型制冷機15，並被冷凝為水，進入水箱 8，從而完成蒸汽-水循環。為提高燃料熱能利用效率，本實用新型還設有低溫換熱器6，用於吸收高溫換熱器 2中排出的氣體中的熱量，將其用於預熱準備進入蒸汽室的水。經過低溫換熱器6之後，排放的燃燒尾氣溫度更低，而進入蒸汽室3的水由於吸收了一定熱能，更容易汽化為蒸汽。本實用新型使用的汽缸柱塞機構10可以根據需要設計多個，以滿足大流量液壓能的需求。在根據不同負載需要調節流量時，只需要控制微電腦處理器觀，開啟不同數量的進汽閥22，即可得到各種流量的液壓能，輕易實現變量泵功能。汽缸20中的活塞直徑可大於柱塞21中活塞的直徑，從而可以用較小壓力的蒸汽得到較高壓力的液壓能。當然，在某些特殊場合需要，也可以反過來採用汽缸20中的活塞直徑小於柱塞21中活塞直徑，獲得低壓大流量的液壓能。在蒸汽室3上裝有一個或多個安全閥13，在蒸汽室3中壓力超過設定值時，會開啟排放部分蒸汽，從而確保安全。經安全閥13排放出的蒸汽也進入排氣管14。在正常工作狀態下，微電腦處理器觀能根據外界負載的需求，通過控制開啟進汽閥22的數量來調節參與工作的柱塞數量，從而提供不同流量大小的液壓油。通過對供水閥 5的控制，可以精確控制進入蒸汽室3的水量，從而精確控制蒸汽室3中的蒸汽壓力，使蒸汽室3中保持穩定的壓力；通過對燃燒器控制器四的控制，使燃燒器1火力增加或減小，讓高溫換熱器2上的溫度保持穩定，從而使整個機械以最佳狀態工作。
權利要求1.直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，它包括燃燒器(1)、高溫換熱器O)、蒸汽室(3)、至少一個汽缸柱塞機構(10)、蒸汽型制冷機(15)和控制系統；所述高溫換熱器(2)通過管道與燃燒器(1)連接，並置於蒸汽室C3)之中；所述蒸汽室(3)為密封容器，其內設有置於高溫換熱器⑵上方的噴水頭⑷，噴水頭⑷通過水管連接供水閥(5)、水泵(7)和水箱⑶； 所述汽缸柱塞機構(10)安裝在蒸汽室(3)上方，它主要由汽缸00)和柱塞構成，汽缸OO)的活塞和柱塞的活塞通過帶復位機構的頂杆(30)相連，汽缸OO)的底端設有連通蒸汽室(3)的進汽閥0)，其側壁設有排汽閥(23)，柱塞的頂端設有連接高壓油管(12)的出油口以及連接油箱的進油口，其進油口和出油口上分別設有單向閥06)；所述排汽閥經排汽管(14)與蒸汽型制冷機(1 相接，蒸汽型制冷機(1 的冷凝水排水管連接水箱(8)。
2.根據權利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，所述頂杆(30)上的復位機構為彈簧(11)，彈簧(11)套在頂杆(30)上並置於汽缸OO)活塞的上方。
3.根據權利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，所述頂杆(30)上的復位機構為搖臂結構，該搖臂結構由搖臂座(M)、搖臂05)和連杆(31)構成，搖臂05)的中部與搖臂座04)活動連接，搖臂05)的兩端分別經連杆(31)與兩個汽缸柱塞機構(10)的頂杆(30)連接，連杆(31)與搖臂0 之間及連杆(31)與頂杆(30)之間均為鉸接。
4.根據權利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，所述蒸汽型制冷機(15)設有連接液壓油水冷器(17)或/和空調(18)的循環冷水管(16)。
5.根據權利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，連接水箱(8)與噴水頭(4) 的水管上接有低溫換熱器(6)，低溫換熱器(6)與高溫換熱器( 經管道相接。
6.根據權利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，在蒸汽室(3)上安裝有至少一個與排汽管(14)相通的安全閥(13)。
7.根據權利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特徵在於，所述控制系統包括微電腦處理器( )、安裝在頂杆(30)上的行程傳感器(27)、安裝在高溫換熱器( 上的溫度傳感器(19)、安裝在蒸汽室(3)內的壓力傳感器(9)、設在燃燒器(1)上的燃燒器控制器(四)、 供水閥(5)、進汽閥0 及排汽閥(23)，微電腦處理器08)的信號輸入端以並聯方式連接行程傳感器(27)、溫度傳感器(19)和壓力傳感器(9)，其信號輸出端以並聯方式連接燃燒器控制器( )、供水閥(5)、進汽閥(22)及排汽閥(23) 0
專利摘要本實用新型公開了一種直燃式柱塞液壓泵，它包括燃燒器、高溫換熱器、蒸汽室、至少一個汽缸柱塞機構、蒸汽型制冷機和控制系統；高溫換熱器經管道與燃燒器連接，蒸汽室為密封容器，其內設有置於高溫換熱器上方的噴水頭，汽缸柱塞機構安裝在蒸汽室上方，它主要由汽缸和柱塞構成，汽缸的活塞和柱塞的活塞通過帶復位機構的頂杆相連，汽缸的底端設有連通蒸汽室的進汽閥，其側壁設有排汽閥，所述排汽閥經排汽管與制冷機相接，制冷機連接水箱。本實用新型與現有技術相比，省去了複雜的曲軸連杆飛輪等機構，燃料產生的大部分熱能用於做功，能量損耗小。因此具有結構簡單、節能高效的優點，將為全液壓機械設備提供具有革命性改進的動力來源。
文檔編號F04B19/00GK202152719SQ20112026985
公開日2012年2月29日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者唐忠盛 申請人:唐忠盛