小流量CO₂柱塞泵的製作方法

2023-10-23 20:30:27 3

專利名稱：小流量CO2柱塞泵的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種(X)2泵，尤其是涉及一種小流量(X)2柱塞泵，屬於特殊氣體輸送領域。
背景技術：
超臨界CO2技術已經越來越廣泛地應用於生物醫學，工業生產，高分子材料等領域，特別是高分子材料發泡採用超臨界CO2作為發泡劑可代替目前使用的含氟發泡劑、丁烷、二甲醚等易燃易爆氣體發泡劑。含氟發泡劑要對大氣臭氧層造成破壞，目前正逐步限制其使用；丁烷，二甲醚等易燃易爆氣體發泡劑對生產過程中帶來了極大地安全隱患，工廠被燒被炸時有發生，且作為發泡劑停留在高分子材料中使發泡材料不具備阻燃性。CO2的臨界溫度較低(TC=31. 1°C)如果高於這個溫度，則容器內壓力再高也不存在液態CO2，液態CO2在容器內存在是溫度跟壓力的關係，溫度越高(<TC)則壓力越高，溫度越低則壓力越低，但壓力過低則(X)2液體溫度越低，變成乾冰將使(X)2儲槽報廢。供應商提供給用戶的液態CO2溫度為-20°c左右，儲存在帶有隔熱功能的儲槽內，其飽和氣壓約為 1. 9MPA。當外界溫度對儲槽內的(X)2液體熱滲透時則滲透進去的熱將(X)2溫度變高而氣化， 氣化的同時則儲槽內壓力升高，升高後的壓力通過安裝在儲槽上的安全閥將升高後的壓力排出。在排氣過程中CO2液體又冷卻，如此儲槽內的CO2又回到正常狀態(_20°C。1.9MPA 左右)。目前使用的小流量(X)2泵常為柱塞泵，有一級泵與二級泵。一級柱塞泵主要有往復運動機構，柱塞，柱塞缸，填料箱，進口單向閥，出口單向閥等組成。往復機構帶動柱塞作往復動作使兩單向閥作打開與閉合動作，從而將(X)2吸入到柱塞缸內而壓出。當柱塞往後退時柱塞與柱塞缸形成負壓，單向出口閥由於壓差而關閉單向進口閥由於液態(X)2本身的壓力與柱塞缸內的負壓而迅速打開。在剛打開的過程中CO2是以氣化的方式進入柱塞缸內的， 此時(X)2是吸熱反應，而當(X)2充滿柱塞缸時(X)2在壓力的作用下氣化的(X)2變成了液體，此時是放熱反應，吸熱放熱其實是平衡的。但是由於外界溫度的滲透，以及柱塞與填料的摩擦使柱塞與柱塞缸的溫度升高，使進口單向閥進入的(X)2加劇氣化，當(X)2充滿柱塞缸時由於柱塞和柱塞缸的溫度對(X)2的加熱貯槽內的(X)2壓力是不變的，所以(X)2失去了臨界狀態， 充滿了柱塞缸後是氣液混合的CO2,當溫度進一步升高時充滿柱塞的將都是氣體，再嚴重時至氣體壓力大於儲槽內的壓力時則進口單向閥打不開而不能工作。目前使用的小流量(X)2 —級柱塞泵採用了對泵體的保溫措施，並且在填料箱上設置了洩漏措施，讓洩漏的(X)2氣化而對柱塞和柱塞缸進行吸熱而冷卻。二級泵是在一級的基礎上，首先由一級泵注入到一高壓容器內，使其壓力達到 7MPA左右並控制溫度，再將高壓的(X)2由二級泵注入到設備中。採用此類結構的CO2泵，在 CO2汽化散熱過程中的洩漏量很難控制故可靠性不好。
發明內容[0007]本實用新型的目的在於克服上述不足，提供一種散熱效果好且無需通過洩露CO2 進行汽化吸熱的小流量ω2柱塞泵。本實用新型的目的是這樣實現的一種小流量CO2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵殼和泵芯，所述泵殼上安裝有一進液接頭，所述泵芯插至於泵殼的中心通孔內，且泵芯兩端與泵殼兩端緊密接觸，所述泵芯的外壁與泵殼的內壁之間形成一空腔，且該空腔與進液接頭的進液孔相連通，所述泵芯沿其長度方向設置有進液閥杆孔和柱塞孔，所述泵芯上靠近左端開有一通孔，該通孔將空腔、進液閥杆孔和柱塞孔相互連通，所述泵芯上靠近右端開有進液孔，所述進液孔貫穿進液閥杆孔，且所述進液孔的一端與空腔相連通，另一端與柱塞孔相連通，所述進液閥杆孔和柱塞孔的右端分別設置有堵頭和出口單向閥，所述進液閥杆孔和柱塞孔內分別插置有進液閥杆和柱塞，所述進液閥杆位於泵芯內的部分上套有進液閥套和進液閥杆導向套，所述進液閥套與進液孔相對應位置處開有閥套孔，所述進液閥杆上開有一與進液孔和閥套孔相匹配的進液閥杆通孔，所述柱塞上套裝有一柱塞冷卻套，所述柱塞冷卻套上開有多個冷卻孔，所述柱塞上套裝有柱塞外密封件和柱塞內密封件，且柱塞外密封件和柱塞內密封件分別位於柱塞冷卻套左右兩側。本實用新型小流量(X)2柱塞泵，所述進液閥套和進液閥杆導向套為一整體結構。本實用新型小流量CO2柱塞泵，所述柱塞上還套裝有一柱塞套，所述柱塞套位於柱塞內密封件右側。本實用新型小流量(X)2柱塞泵，所述進液接頭垂直向上設置。本實用新型小流量(X)2柱塞泵，所述小流量(X)2柱塞泵還包含有機械傳動機構，所述機構包含有一傳動箱體，有一傳動軸穿接於傳動箱體上，且該傳動軸與安裝於傳動箱體內的進液閥控制凸輪和柱塞往復凸輪通過平鍵相連，所述進液閥控制凸輪和柱塞往復凸輪分別與進液閥導向杆和柱塞往復導向杆相連，所述進液閥導向杆和柱塞往復導向杆分別通過接頭與進液閥杆和柱塞相連。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型通過通孔和冷卻孔的設計，在整個工作過程中泵殼內充滿了 (X)2液體， 使泵芯等零件處於(X)2液體的包圍中，利用(X)2液體將其冷卻，有效減小了外界的熱滲透及其摩擦熱；同時將進液接頭置於泵體的上方，且使其垂直向上，當柱塞套內有氣化的CO2氣體時，利用進液閥先打開及氣體比液體輕的原理，使氣化的CO2從進液閥回到泵殼內，繼而回到CO2儲槽中。利用雙凸輪裝置控制進液閥杆及柱塞杆。當柱塞杆壓縮到底後還未後退時，進液閥杆首先將進液閥打開，將原來的單向閥由被動打開變為主動打開。

圖1為本實用新型小流量(X)2柱塞泵的應用狀態示意圖。圖2為本實用新型小流量(X)2柱塞泵的結構示意圖。圖3為本實用新型小流量(X)2柱塞泵圖2的A-A剖視圖。圖4為本實用新型小流量CO2柱塞泵一工作狀態示意圖(進液閥杆處於關閉狀態、 柱塞杆處於壓縮完成狀態)。圖5為本實用新型小流量CO2柱塞泵一工作狀態示意圖(進液閥杆處於打開狀態、 柱塞杆處於壓縮完成狀態)。[0020]圖6為本實用新型小流量CO2柱塞泵一工作狀態示意圖(進液閥杆處於打開狀態、 柱塞杆處於後退完成狀態)。圖7為本實用新型小流量CO2柱塞泵一工作狀態示意圖(進液閥杆處於關閉狀態、 柱塞杆處於後退完成狀態)。其中傳動軸1、傳動箱體2、進液閥控制凸輪3、柱塞往復凸輪4、支架5、進液閥導向杆 6、柱塞往復導向杆7、接頭8、柱塞9、調整螺絲一 10、柱塞外密封件11、柱塞冷卻套12、柱塞內密封件13、柱塞套14、出口單向閥15、堵頭16、進液接頭17、進液閥套18、進液閥杆導向套19、泵殼20、泵芯21、調整螺絲二 22、進液閥杆23 ；冷卻孔12. 1 ；閥套孔18.1，空腔21. 1、進液閥杆孔21. 2、柱塞孔21. 3、通孔21. 4、進液孔21. 5、進液閥杆通孔23. 1。
具體實施方式
附圖中，圖2和圖3中的陰影線表示液態CO2,圖Γ7表示一個完整的往復狀態，當柱塞泵完成一個循環達到圖7所示狀態後，重新循環至圖4所示狀態，開始下一輪循環。參見圖廣3，本實用新型涉及的一種小流量(X)2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵殼20 和泵芯21，所述泵殼20上安裝有一進液接頭17，所述進液接頭17垂直向上設置，所述泵芯 21插至於泵殼20的中心通孔內，且泵芯21兩端與泵殼20兩端緊密接觸，所述泵芯21的外壁與泵殼20的內壁之間形成一空腔21. 1，且該空腔21. 1與進液接頭17的進液孔相連通， 所述泵芯21沿其長度方向設置有進液閥杆孔21. 2和柱塞孔21. 3，所述泵芯21上靠近左端開有一通孔21. 4，該通孔21. 4將空腔21. 1、進液閥杆孔21. 2和柱塞孔21. 3相互連通，所述泵芯21上靠近右端開有進液孔21.5，所述進液孔21. 5貫穿進液閥杆孔21.2，且所述進液孔21. 5的一端與空腔21. 1相連通，另一端與柱塞孔21. 3相連通，所述進液閥杆孔21. 2 和柱塞孔21. 3的右端分別設置有堵頭16和出口單向閥15，所述進液閥杆孔21. 2和柱塞孔 21.3內分別插置有進液閥杆23和柱塞9，所述進液閥杆23位於泵芯21內的部分上套有進液閥套18和進液閥杆導向套19，且進液閥杆導向套19位於進液閥套18的左側，所述進液閥套18與進液孔21. 5相對應位置處開有閥套孔18. 1，所述進液閥杆23上開有一與進液孔 21. 5和閥套孔18. 1相匹配的進液閥杆通孔23. 1，(進液閥杆23移動至某一位置時，進液閥杆通孔23. 1、進液孔21.5與閥套孔18. 1相互連通)，所述進液閥套18和進液閥杆導向套19 可採用一整體結構替代，所述柱塞9上套裝有一柱塞冷卻套12，所述柱塞冷卻套12上開有多個冷卻孔12. 1，所述柱塞9上套裝有柱塞外密封件11、柱塞內密封件13和柱塞套14，且柱塞外密封件11和柱塞內密封件13分別位於柱塞冷卻套12左右兩側，所述柱塞套14位於柱塞內密封件13右側。參見圖1，使用時，將進液接頭17與液態CO2源相連，液態CO2進入空腔21. 1內， 將本實用新型小流量(X)2柱塞泵與一機械傳動機構相連，該機械傳動機構採用凸輪進行傳動，其結構包含有一傳動箱體2，有一傳動軸1穿接於傳動箱體2上，所述傳動軸1與電機等動力源相連，且該傳動軸1與安裝於傳動箱體2內的進液閥控制凸輪3和柱塞往復凸輪4通過平鍵相連，所述進液閥控制凸輪3和柱塞往復凸輪4分別與進液閥導向杆6和柱塞往復導向杆7相連，所述進液閥導向杆6和柱塞往復導向杆7分別通過接頭8與進液閥杆23 和柱塞9相連，所述進液閥杆23和柱塞9位於泵芯21外部分上分別套裝有調整螺絲二 22 和調整螺絲一 10，上述機械傳動機構與本實用新型柱塞泵均設置於支架5上。在實際使用中，可利用其他傳動機構來替代上述機械傳動機構，甚至可採用PLC加電機的方式來實現， 僅需使得本實用新型柱塞泵能夠實現下述工作原理。下面結構圖Γ7對本實用新型柱塞泵的工作原理進行說明本實用新型柱塞泵的工作過程為一循環過程，其每一單次循環可分為四個步驟， 分別如下步驟一參見圖4，此時進液閥杆23和柱塞9均處於最右端，此時進液閥杆23上的進液閥杆通孔23. 1與進液孔21. 5和閥套孔18. 1不連通，處於關閉狀態，而柱塞9也處於壓縮完成狀態；步驟二 參見圖5，利用圖1中所示傳動機構或其他任意形式的傳動機構，帶動進液閥杆23向左移動至進液閥杆23上的進液閥杆通孔23. 1與進液孔21. 5和閥套孔18. 1 相連通，並且保持柱塞9不動；步驟三，參見圖6，進液閥杆23保持不動，利用圖1中所示傳動機構或其他任意形式的傳動機構，帶動柱塞9向左移動，使得液態CO2通過進液閥杆通孔23. 1與進液孔21. 5 和閥套孔18. 1形成的通道進入柱塞孔21. 3內；步驟四，參見圖7，柱塞9保持不動，利用圖1中所示傳動機構或其他任意形式的傳動機構，帶動進液閥杆23向右移動一直到底，此時進液閥杆23上的進液閥杆通孔23. 1與進液孔21. 5和閥套孔18. 1處於不相連通狀態；隨後由步驟四轉至步驟一的起始狀態，在步驟四進入步驟一的過程中，進液閥杆 23保持不動，柱塞9需要向右移動，從而使得液態CO2通過出口單向閥15排出。在步驟一至步驟四的循環過程中，始終有液態CO2通過通孔21. 4和冷卻孔12. 1與柱塞9相接觸，對柱塞9進行散熱，並且CO2在吸熱過程中由於汽化產生的氣態CO2能夠及時通過進液接頭17排入液態CO2源的容器內。
權利要求1.一種小流量ω2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵殼(20 )和泵芯(21)，所述泵殼(20 )上安裝有一進液接頭(17)，所述泵芯(21)插至於泵殼(20)的中心通孔內，且泵芯(21)兩端與泵殼(20)兩端緊密接觸，其特徵在於所述泵芯(21)的外壁與泵殼(20)的內壁之間形成一空腔(21. 1)，且該空腔(21. 1)與進液接頭(17)的進液孔相連通，所述泵芯(21)沿其長度方向設置有進液閥杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)，所述泵芯(21)上靠近左端開有一通孔 (21. 4)，該通孔(21. 4)將空腔(21. 1)、進液閥杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)相互連通，所述泵芯(21)上靠近右端開有進液孔(21. 5)，所述進液孔(21. 5)貫穿進液閥杆孔(21. 2)，且所述進液孔(21. 5)的一端與空腔(21. 1)相連通，另一端與柱塞孔(21. 3)相連通，所述進液閥杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)的右端分別設置有堵頭(16)和出口單向閥(15)，所述進液閥杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)內分別插置有進液閥杆(23)和柱塞(9)，所述進液閥杆(23) 位於泵芯(21)內的部分上套有進液閥套(18)和進液閥杆導向套(19)，所述進液閥套(18) 與進液孔(21. 5)相對應位置處開有閥套孔(18. 1)，所述進液閥杆(23)上開有一與進液孔 (21. 5)和閥套孔(18. 1)相匹配的進液閥杆通孔(23. 1)，所述柱塞(9)上套裝有一柱塞冷卻套(12)，所述柱塞冷卻套(12)上開有多個冷卻孔(12. 1 )，所述柱塞(9)上套裝有柱塞外密封件(11)和柱塞內密封件(13)，且柱塞外密封件(11)和柱塞內密封件(13)分別位於柱塞冷卻套(12)左右兩側。
2.如權利要求1所述一種小流量(X)2柱塞泵，其特徵在於所述進液閥套(18)和進液閥杆導向套(19)為一整體結構。
3.如權利要求1或2所述一種小流量CO2柱塞泵，其特徵在於所述柱塞(9)上還套裝有一柱塞套(14)，所述柱塞套(14)位於柱塞內密封件(13)右側。
4.如權利要求1或2所述一種小流量(X)2柱塞泵，其特徵在於所述進液接頭(17)垂直向上設置。
5.如權利要求3所述一種小流量CO2柱塞泵，其特徵在於所述進液接頭(17)垂直向上設置。
6.如權利要求1或2所述一種小流量(X)2柱塞泵，其特徵在於所述小流量(X)2柱塞泵還包含有機械傳動機構，所述機構包含有一傳動箱體(2)，有一傳動軸(1)穿接於傳動箱體 (2)上，且該傳動軸(1)與安裝於傳動箱體(2)內的進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4) 通過平鍵相連，所述進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)分別與進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)相連，所述進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)分別通過接頭(8)與進液閥杆(23)和柱塞(9)相連。
7.如權利要求3所述一種小流量CO2柱塞泵，其特徵在於所述小流量CO2柱塞泵還包含有機械傳動機構，所述機構包含有一傳動箱體(2)，有一傳動軸(1)穿接於傳動箱體(2) 上，且該傳動軸(1)與安裝於傳動箱體(2)內的進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)通過平鍵相連，所述進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)分別與進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)相連，所述進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)分別通過接頭(8)與進液閥杆(23)和柱塞(9)相連。
8.如權利要求4所述一種小流量CO2柱塞泵，其特徵在於所述小流量CO2柱塞泵還包含有機械傳動機構，所述機構包含有一傳動箱體(2)，有一傳動軸(1)穿接於傳動箱體(2) 上，且該傳動軸(1)與安裝於傳動箱體(2)內的進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)通過平鍵相連，所述進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)分別與進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)相連，所述進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)分別通過接頭(8)與進液閥杆(23)和柱塞(9)相連。
9.如權利要求5所述一種小流量CO2柱塞泵，其特徵在於所述小流量CO2柱塞泵還包含有機械傳動機構，所述機構包含有一傳動箱體(2)，有一傳動軸(1)穿接於傳動箱體(2) 上，且該傳動軸(1)與安裝於傳動箱體(2)內的進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)通過平鍵相連，所述進液閥控制凸輪(3)和柱塞往復凸輪(4)分別與進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)相連，所述進液閥導向杆(6)和柱塞往復導向杆(7)分別通過接頭(8)與進液閥杆(23)和柱塞(9)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種小流量CO2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵殼(20)和泵芯(21)，所述泵芯(21)插至於泵殼(20)的中心通孔內，所述泵芯(21)的外壁與泵殼(20)的內壁之間形成一空腔(21.1)，所述泵芯(21)沿其長度方向設置有進液閥杆孔(21.2)和柱塞孔(21.3)，所述泵芯(21)上靠近左端開有一通孔(21.4)，該通孔(21.4)將空腔(21.1)、進液閥杆孔(21.2)和柱塞孔(21.3)相互連通，所述進液閥杆孔(21.2)和柱塞孔(21.3)內分別插置有進液閥杆(23)和柱塞(9)，所述柱塞(9)上套裝有一柱塞冷卻套(12)，所述柱塞冷卻套(12)上開有多個冷卻孔(12.1)。本實用新型小流量CO2柱塞泵，散熱效果好且無需通過洩露CO2進行汽化吸熱。
文檔編號F04B15/08GK202125413SQ20112018748
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者趙祖良, 趙趕超 申請人:趙祖良