[发明专利]一种增大流量和密封压力的轴向柱塞泵

说明书

技术领域

本发明属于通用机械领域中流体机械里的泵类行业。泵常被称为机器的心脏。它输送液压使机器运转起来。轴向柱塞泵是泵类中压力较高的一种。它被广泛地用于油压机、液压机械、和通用机械、机器的操作系统、自动控制系统以及冶金、石化等领域中。

背景技术

世界技术进步，某些领域从大型方向发展，炮、飞机、轮船、高楼等等。要制造航空母舰，离不开特大型的万吨油压机。特大型的万吨油压机，需要高压大流量的泵配套。目前世界上仅有少数几个国家能生产像航空母舰这样特大型的装备。他们有其自己的高压大流量泵的技术。我国急需赶超。目前我国轴向柱塞泵单机的压力常用仅达到32Mpa，流量不超过500升/Min，与先进国家高压60Mpa有较大的差距。远远不能满足特大型装备急需发展的要求，只能靠进口。本发明既提供了目前我国特大型机械发展的配套需要，填补了国家空白，也为发展我国先进制造业添砖加瓦。

发明内容

现有的轴向柱塞泵仅有一套升压系统，其关键结构由四部分组成，如说明书附图中的图1所示：一个带15°～20°倾角的斜盘1。斜盘上有7根均布于一个园(称为分布园)上的柱塞2。一个有7个孔腔(与柱塞的分布园相对应并供7根柱塞往返滑动)的缸体3。一个有一圈配流通路槽的配流盘4。没有特种材料和特殊结构。

若要提高泵的工作压力，此类结构有致命缺点，如图1所示：泵的进出油(广义地称介质)通道都穿过配流盘与缸体、配流盘与泵体的交界面，并且配流盘与泵体的交界面间有供进油和出油的两个半园型配流槽，这一系列的密封都采用简单的两平面相压紧的平面密封结构，而各平面间的压力全靠分布园上半圈柱塞(3～4根)前进时的升压来产生；而与此同时，分布园上还有另外半圈柱塞(4～3根)正在后退抽真空，进行吸油(见图1剖面图)。因此，配流盘密封面上的受力状况始终是一半压紧一半扳开，如图2剖面图所示。受扳开作用力的干扰，压紧部分的密封力就很不均匀，这就存在着高压配流槽的液体流向常压配流槽的趋势，从而限制了此类泵工作压力的提高。

本增大流量和密封压力的轴向柱塞泵的发明主要有三大方面。

首先，在一台泵中，增加一套升压系统，成为一台泵两套升压系统(图3)：1.两个斜盘，其中一个在另一个的外圈，分别称为内斜盘(图3中件1)和外斜盘(图3中件2)。两个斜盘斜面的斜度分别为13°～15°、10°～13°，两个斜盘斜面的最高点(在斜面边界椭圆的长轴上)不再同侧，而是相互错开(简称相角)180°角。2.在两个斜盘上各配置一组柱塞(例如每组7根，共14根-图3中件4和件5)，它们分别均布于各自的分布园上。3.在一个缸体(图3中件7)中设计两圈与柱塞相匹配的孔腔(图3中A-A剖面图)。4.设计一个有内外两圈配流通路槽的配流盘(图4中主视图)。以上发明的效果，首先是增加一套升压系统使泵的流量大增；其次，从动作原理看，泵一运转，当内圈任一根柱塞前进升压时，在外圈与此柱塞的位置相隔180°角处必有一根柱塞同时前进升压，使配流盘始终受一个中心对称的两个相等力矩的作用(图4中剖面图)，同理，当内圈整个半圈柱塞一起处于前进升压时，对面外圈相角180°处必有相同数量的柱塞也在前进升压，并与内圈柱塞压力产生相同的力矩，其结果是配流盘前后(图中画为上下)两个密封面的左(L)右(S)(图4剖面图)密封压力始终处处均衡相等，这种密封结构就能封住更高的压力，解决了泵压力提高后配流槽及其通道的密封问题。

其次，在缸体供所有柱塞往返滑动的每个孔中，各装一个与孔过盈配合的筒套(图3中件6)，筒套材料为Si3N4或ZrO2。这一创新解决了三大问题：1.因为缸体预应力结构可以降低它的应力水平，提高承受压力的能力，这就解决了工作压力提高后缸体的强度问题；2.柱塞在筒套中来回快速运动，柱塞与筒套之间的问隙是介质泄漏必经之处(称为间隙密封)。间隙，小了会因柱塞快速运动摩擦发热膨胀而咬死，大了会因介质从间隙中过多流失而丧失正常流量甚至形成不了所需的压力。流体力学证明，流体通过环形间隙的流量与压力、间隙的四次方成正比，与流体的粘度、间隙的长度成反比。特别是，原设计的初始间隙随着压力的提高而增大，更使泄漏的流量急速加大，导致间隙密封失效，这也是现有泵难以解决的问题。本预应力结构筒套材料可以减缓间隙随压力的提高而增大的效应，也就阻止了泄漏的流量的急速加大，解决了泵压力提高后此处的密封问题。3.间隙中高压高速流体对缸壁的冲刷磨损非常厉害，本发明选用的筒套材料属于高耐磨损型，解决了泵压力提高后，此处的密封寿命问题。