氣動相向作用柱塞泵的製作方法

2023-11-06 13:17:12 1

本發明涉及一種氣動相向作用柱塞節能水泵。

背景技術：

冶金行業連鑄生產車間用水泵工作條件較惡劣，一般都是結晶器、扇形段等設備的循環用冷卻水。水中還有大量的冷卻鐵皮，泥沙等大顆粒雜質，較混濁，且一般均是流量較大，水泵工作時間長，耗電量巨大，故障率高，增大企業的生產成本。

目前，連鑄車間沉澱池或生產工藝環節用水泵大部分都採用離心水泵或往復式柱塞水泵(電機驅動)，存在的問題主要有：

一、離心水泵相比柱塞泵，效率較低，一般為70～80％，如果水質不好有大顆粒雜質或大流量情況下效率會更低一些。

二、往復式柱塞水泵效率相比離心泵會高，最高有的能達到98％，但是電能消耗較多。

因此，連鑄車間用離心泵效率較低、柱塞水泵電能消耗多。

技術實現要素：

根據上述提出的技術問題，而提供一種氣動相向作用柱塞泵，用以解決現有的連鑄車間用水泵，具有效率較低或電能消耗多的缺點。本發明採用的技術手段如下：

一種氣動相向作用柱塞泵，包括泵體，筒狀的泵體內腔左右兩側分別設有一組栓塞體，泵體中部的上下兩側分別加工有上出水口和下進水口，泵體的左右兩側端部分別安裝有一個法蘭以及驅動機構；泵體左右兩側的栓塞體和驅動機構具有相同的結構；左側的栓塞體包括活塞杆，以及活塞杆的右側端部依次穿的碟形彈簧I、栓塞和碟形彈簧II；所述的驅動機構包括氣缸和聯接接頭，所述聯接接頭的兩端分別聯接氣缸的活塞接頭和活塞杆的左側端部；當氣源帶動氣缸運動，通過聯接接頭同時帶動栓塞體做往復運動。

作為優選所述栓塞外壁包括遠離上出水口一側的密封部和靠近上出水口一側的收口部；所述密封部加工有用於安裝密封圈的R角密封槽，所述收口部具有錐度，錐角為α，15°≤α≤20°；所述栓塞靠近上出水口一側中心具有凹槽，凹槽的側壁具有錐度，錐角為β，25°≤β≤30°。

作為優選所述的密封圈為PTFE添加碳纖維材質密封圈，密封圈橫截面為半圓形。

作為優選所述氣缸同氣源之間設置有換向閥，上出水口的出口端和下進水口的進口端分別設置有一個單向閥，使水源從下進水口進入，上出水口排出。

作為優選所述活塞杆左側通過鎖緊螺母壓下碟形彈簧I，並保持碟形彈簧I具有一定的預緊力；所述活塞杆右側端部通過螺帽將碟形彈簧II鎖緊。

作為優選所述的泵體為鑄造件，泵體內腔與栓塞接觸面具有0.08mm～0.12mm鍍Cr層。

作為優選所述活塞杆同法蘭間設置有用於密封的J型密封圈，所述的法蘭外側設置有用於壓緊的壓板。

作為優選所述栓塞的外徑為ΦAmm，泵體的內徑為ΦBmm，ΦA＝ΦB-4。

作為優選所述收口部錐角α為20°；所述凹槽的側壁錐度β為28°。

作為優選所述泵體內腔與栓塞接觸面具有0.1mm鍍Cr層。

與現有技術相比較，本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，具有以下優點：

1、本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，筒狀的泵體內腔左右兩側分別設有一組栓塞體，泵體中部的上下兩側分別加工有上出水口和下進水口，通過合理的水泵缸體設計，使水泵吸排水能力放大，採用相對雙塞形式，使水的流動性能合理，節省能耗損失，且不易堵塞，減少故障機率。

2、本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，泵體的左右兩側端部分別安裝有一個法蘭以及驅動機構；所述的驅動機構包括氣缸和聯接接頭，當氣源帶動氣缸運動，通過聯接接頭同時帶動栓塞體做往復運動。實現了將連鑄車間已有的壓縮空氣能源替代傳統的電能驅動，節能減排，為企業節約電能，優化產業結構。

3、本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，泵體內腔與栓塞接觸面具有0.08～0.12mm鍍Cr層，鍍Cr層既減少了摩擦阻力，又保護泵體免除水等介質的侵蝕，使用鍍Cr層泵體能夠不使用不鏽鋼泵體，節省了資源及成本，並且鍍Cr層太薄，則鍍層與基體結合性能不好，容易剝落；鍍Cr層太厚，則鍍層內應力分布不均，在受熱及特殊環境下容易在內應力的作用下產生龜裂，壽命短。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明的結構示意圖(柱塞原始位置，即排空介質)。

圖2是本發明結構示意圖(柱塞運動極限位置，即充滿介質)。

圖3是本發明運行系統簡圖(圖中C為氣源，D為氣流方向，E為水流方向)。

圖4是本發明泵體內部放大結構示意圖。

圖5是本發明栓塞的放大結構示意圖。

圖6是本發明的整體示意圖。

其中：1、氣缸，2、聯接接頭，3、壓板，4、J型密封圈，5、法蘭，6、活塞杆，7、泵體，8、鎖緊螺母，9、碟形彈簧I，10、栓塞，11、碟形彈簧II，12、螺帽，13、密封圈，14、換向閥，15、單向閥，16、出水口，17、進水口。

具體實施方式

如圖1到圖6所示，一種氣動相向作用柱塞泵，包括泵體7，所述的泵體7為鑄造件，泵體7內腔與栓塞10接觸面具有0.08mm～0.12mm鍍Cr層，優選的所述泵體7內腔與栓塞10接觸面具有0.1mm鍍Cr層。鍍Cr層，此鍍層表面光滑平整，減少密封圈與腔體的摩擦阻力；並且此鍍層防鏽能力比較強，因為連鑄車間介質水質較複雜，有腐蝕因素存在，故鍍Cr層的存在能夠大大延長泵的使用壽命。

筒狀的泵體7內腔左右兩側分別設有一組栓塞體，泵體7中部的上下兩側分別加工有上出水口16和下進水口17，上出水口16和下進水口17設置於泵體7的中心位置，所述上出水口16和下進水口17接管的端部設置有用於連接的法蘭板，使作為下口的下進水口17進水，作為上口的上出水口16出水，實現水的流動方向為下進上出。

泵體7的左右兩側端部分別安裝有一個法蘭5以及驅動機構；泵體7左右兩側的栓塞體和驅動機構具有相同的結構；左側的栓塞體包括活塞杆6，以及活塞杆6的右側端部依次穿的碟形彈簧I9、栓塞10和碟形彈簧II11；所述活塞杆6左側通過鎖緊螺母8壓下碟形彈簧I9，並保持碟形彈簧I9具有一定的預緊力；所述活塞杆6右側端部通過螺帽12將碟形彈簧II11鎖緊。

所述栓塞10外壁包括遠離上出水口16一側的密封部和靠近上出水口16一側的收口部；所述密封部加工有用於安裝密封圈13的R角密封槽，所述的R角密封槽設置有多個，如圖5所示，所述收口部具有錐度，錐角為α，15°≤α≤20°，具體數值可根據實際設備尺寸進行選擇，優選的所述收口部錐角α為20°；此處的收口部為保留兩個密封槽13的位置，形成外形收口；所述栓塞10靠近上出水口16一側中心具有凹槽，凹槽的側壁具有錐度，錐角為β，25°≤β≤30°，具體數值可根據實際設備尺寸進行選擇，優選的所述凹槽的側壁錐度β為28°，並且使凹槽的加工保持栓塞10一定厚度的位置做形狀外放。

密封槽13這種特殊的錐角設計，目的在於使栓塞體運動過程中增加對於介質的推力和減少與缸體的摩擦阻力，即栓塞體從位置A運動到B，25～30°的角度做喇叭口，能夠增大對於介質的推力，尤其對於有大顆粒雜質的介質；同時栓塞體從位置B運動到A，15～20°的角度做縮口，減少了密封槽13與缸體的接觸面積，減小了摩擦阻力。

所述的密封圈13為PTFE添加碳纖維材質密封圈，此種材質具有耐磨、耐高溫、使用壽命長且維修更換方便等優點，能有效保護栓塞與缸體內部的光滑，密封圈13橫截面為半圓形，與栓塞10上的外部周邊密封槽(即R角密封槽)尺寸相配合，此密封結構形式受力合理。並且保證與栓塞10上的外部周邊密封槽尺寸相配合。

所述的驅動機構包括氣缸1和聯接接頭2，所述聯接接頭2的兩端分別聯接氣缸1的活塞接頭和活塞杆6的左側端部；所述活塞杆6同法蘭5間設置有用於密封的J型密封圈4，所述的法蘭5外側設置有用於壓緊的壓板3。

當氣源帶動氣缸1運動，通過聯接接頭2同時帶動栓塞體做往復運動，在泵體7內由於氣體體積的不斷收縮變化，介質水被抽進與排出泵體7，達到泵水的目的。

所述氣缸1同氣源之間設置有換向閥14，上出水口16的出口端和下進水口17的進口端分別設置有一個單向閥15，使水源從下進水口17進入，上出水口16排出。所述栓塞10的外徑為ΦAmm，泵體7的內徑為ΦBmm，ΦA＝ΦB-4。栓塞10與泵體7單邊2mm間隙為防止兩者硬性接觸，造成不必要的劃傷損害；兩者之間填充密封圈13，不會介質導致洩漏。

如圖3所示，為本發明所述氣動相向作用柱塞泵的運行系統簡圖，圖中C為氣源，D為氣流方向，E為水流方向。

本發明所述氣動相向作用柱塞泵的水泵系統，動力氣源來自於連鑄車間自有系統中，經過換向閥14作用於氣缸1，泵體7通過進口與出口側單向閥15控制介質流動方向。

即柱塞泵進水過程中，進水側單向閥開狀態，出水側單向閥閉狀態；泵出水過程，出水側單向閥開狀態，進水側單向閥閉狀態，介質水不斷從出水口16排出腔體中，直至排空，完成一次循環。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，是一種節能水泵，主體由兩面做對稱相向運動的柱塞組成，主要零部件除換向閥14外，其餘數量均為2件。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，來自於連鑄車間系統中的氣源經過換向閥14作用於氣缸1，設定氣缸1的缸體直徑(內徑)為泵體7直徑(內徑)N倍；所述氣缸1的內腔直徑為SC，壓力為PC，泵體7內徑為SB，壓力為PB。

由於活塞受到的推力F＝S×P，則SC×PC＝SB×PB，又氣缸1的缸體直徑(內徑)為本設計的泵體7直徑(內徑)N倍，則PB＝N×PC，即泵壓力放大N倍，在車間氣源壓力一定的情況下，能夠通過改變此氣缸1與泵體7直徑(內徑)關係改變泵的揚程。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，工作時，當泵體7內的柱塞由位置B到位置A的過程中，為泵進水過程，此時進水側液壓元件單向閥開狀態，出水側液壓元件單向閥閉狀態，介質水不斷從進水口17流進腔體中，直至充滿；當泵體7內的柱塞由位置A到位置B的過程中，為泵出水過程，此時出水側液壓元件單向閥開狀態，進水側液壓元件單向閥閉狀態，介質水不斷從出水口16排出腔體中，直至排空。如此完成一次循環。

傳統的柱塞水泵的進出口位置都在泵體的單側，介質水從進口至出口的過程，假設進口速度為VI，出口速度為VO，則

VO＝-VI

速度轉變的過程即是能量的消耗，速度能量消耗量為：

N＝1/2mV2×L

L為泵體腔內長度。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，將進出口設置在泵體腔中心位置，也是考慮了減少水的能量損失方面，這樣能夠提高泵的效率。

如圖1所示，泵體7內的兩端柱塞處於位置B，即原始位置和柱塞將介質水排空的位置，此時兩端柱塞剛剛接觸。栓塞自身結構的優點，在排出水兩端柱塞在對撞的過程中，柱塞大開大合，速度快，推力尤其大，幫助排出一些大的顆粒雜質，同時柱塞腔內的水會有很大的反作用力膨脹柱塞，此時碟形彈簧I9可以起到緩衝作用。碟形彈簧II11則是為了加強栓塞II10的強度，防止栓塞II10過大的變形，減少疲勞變形的機率，延長壽命，同時，為了避免兩端柱塞過量的碰撞，減緩衝擊力。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，通過合理的水泵缸體設計，使水泵吸排水能力有效放大，採用相對雙塞形式，使水的流動性能更加合理，節省能耗損失，柱塞大開大合不易堵塞，降低設備故障機率，節省電能，達到了節能減排的目的。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，這種大開大合工作形式的水泵正是連鑄生產工藝需要的。本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，從整體上設計了此柱塞水泵的運行工藝體系，包括管路元件與設備的連接，優化了泵體的設計，從柱塞水泵整體系統設計了運行工藝。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，用於有氣源處，特別涉及連鑄車間工藝生產氣源利用節能降排升級改造項目。連鑄生產車間進行節能優化升級改造，利用連鑄熱坯產生大量的熱儲備了壓縮氣體能源。這些大量的壓縮氣體能源就本發明的節能水泵的驅動能源，這樣就大大節省了泵用電能，而且環保無汙染，符合國家節能減排的降碳政策。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，在連鑄車間已有在工藝生產獲得的壓縮空氣能源的基礎上，結合連鑄車間的生產工藝與節約能耗方面考慮，將車間已有的壓縮氣體源利用與柱塞水泵結合起來，設計出一種氣動相向作用柱塞節能水泵及系統。

本發明所述的氣動相向作用柱塞泵，僅是單缸水泵，為追求連續及大流量，能夠根據需要設計多缸連續作業氣動柱塞節能水泵。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。