[发明专利]带有旋移活塞结构的所有泵类和它类相关产品及部分实例

说明书

技术领域

本发明隶属机械制造领域，涉及包含一相同构造的多种机械装置，更具体说是一种能实现制造简单经济、流量线性精准、低磨损长寿命、体积小效率高等要求，应用于容积式泵等产品制造的一种机械结构及所衍生出的所有相关产品，以实现各种气体、液体、等输送转移、计量及机械传动。主要包括液压泵、液压马达、计量泵、流量计、油泵、水泵（尤其是压力要求高的消防泵和楼宇供水泵）、化工泵、食品泵、气泵、真空泵、除尘器负压风机，甚至水力发电动力装置等。

背景技术

由于本发明是关于泵等产品一种机械结构的发明，涉及产品种类较多，由于主要结构和工作机理相同，恕不一一详细说明，现以液压泵为主，并对其它相关产品附带加以说明。

理想中的液压泵其流量应与驱动轴转速成线性正比，当驱动转速恒定时，可以实现流量稳恒输出，且无困油现象，可实现工作平稳无噪音，以改良工作环境。在计量装置中可实现泵与流量计合二为一（计量泵），从而降低装备制造成本，减轻重量，或提高流量计计量精度。理想中的泵还应结构简单，制造容易，体积小，以实现低成本。理想中的泵还应摩擦小，以降低磨损延长使用寿命。理想中的泵还应具有良好的自吸能力，可实现自动抽吸，也可用以形成高的真空压差提高虑尘装置空气流量。理想中的泵还应具有较高的工作效率，以节省能源。理想中的泵其转动部件应结构对称平衡，可以高速运转而无震动和噪音，以降低泵和动力装置的体积和重量。目前实际使用中的泵，均不能完全拥有上述特点，由于品种繁多，不一一加以说明。现仅从目前最为经济，应用面最为广泛的齿轮泵和叶片式离心（涡流）泵为例予以说明。齿轮泵虽结构简单，相比其它容积式泵成本相对较低，但齿轮加工需专用设备和技术，加工精度高，因此技术门槛高；且依靠齿面啮合密封，啮合处存在滚动和滑动摩擦，由于齿面承载工作负荷因此造成齿面磨损，须施予润滑，不能用于水、食品等流体的输送；流量脉动较大且有困油现象因此工作噪音大，最高转速受制于齿面加工精度；受齿形加工的限制，难以实现超大流量。叶片式离心（涡流）泵虽结构简单，也制造容易，成本低磨损小，但自吸能力差，工作压力低（运用于消防泵时只能通过多级串联的方式提高压力，增加了成本和体积、重量），只能依赖高的工作转速予以实现，不仅提高了对动力装置的要求，也带来了额外的能量消耗（功耗与转速的三次方成正比），效率低，浪费能源；且只能单向工作，控制流体流向须通过多路管道和至少4个阀门，且不能控制流速的大小和截流；虽然叶片式离心（涡流）泵可以通过采取浸入等方式克服自吸能力不足（如潜水泵，但对动力装置电动机的密封要求高，易发生受潮损坏和漏电事故）。流量受工作压力的影响大，呈反比关系。运用于除尘器时真空度低，能耗大。相比叶片式离心（涡流）泵而言，容积式泵具有工作压力高，流量稳定可控，自吸能力强，可双向工作，效率高，节能（功耗与转速线性正比）的优点，但现有的容积式泵普遍存在结构复杂、制造难、成本高、磨损大、易卡滞，很难取代叶片式离心（涡流）泵，应用范围受到极大的限制。众所周知，直线运动的活塞泵是最简单，效率最高，磨损最低，真空度最高的容积式泵，具有流量与活塞运动速度呈线性正比关系的优良特性，当保持活塞移动速度恒定不变时，即可实现泵的流量恒定无脉动，为理想化的泵。遗憾的是受活塞行程的制约，无法持续工作。由于动力装置通常以转动的方式实现持续输出动力，目前只能通过曲柄滑块和凸轮机构进行直线往复和圆周转动的匹配转换。主要有径向和轴向柱塞泵等。存在流量脉动，易磨损，结构复杂成本高，体积大，振动大不能高速运转等问题。如将直线运动的活塞泵（缸体）的轴线由直线变换成始末端重合的圆，此时缸体为带有一始末端隔断的“C”字形圆环，活塞由圆形转子状活塞杆驱动沿环形缸体不断穿越始末端隔断连续循环转动，即有可能实现直线运动活塞泵的所有优良特性。具有环形缸、活塞、转子结构的泵，根据活塞越过始末端隔断的型式，目前主要有伸缩避让型：如叶片泵（通过偏心形成始末端隔断）及专利CN90101741 闸门式液压泵(马达)等，通过活塞径向伸缩实现避让始末端隔断实现穿越。其不足之处为活塞磨损大，结构复杂等。双泵并联互补交错跨越型：如内、外齿轮泵等，采用多活塞串联结构，两泵活塞相互啮合密封，双泵互补，一个泵的活塞也为另一泵的始末端隔断，相互交错接续跨越，其不足之处为流量脉动大，有困油现象，工作噪音大等。活塞自转绕越型：如专利CN201010601531一种旋转活塞泵，采取多个扇形活塞由齿轮传动不仅随转子一道公转，还同时沿转子转动方向同速自转，从而绕过始末端隔断，其虽然能实现线性流量，但须至少6个活塞，7个齿轮，因此成本极高，且自吸工作状态下，活塞从高压腔转入低压腔携带的空气体积与泵的有效工作容积之比较大，因此真空度低，自吸性能差。由此可见，现有技术结构的泵难以达到或接近直线运动活塞泵的理想状态。齿轮泵和叶片式离心（涡流）泵以其制造容易成本低而分别在容积和非容积式泵产品中应用最广。如能找到一种结构更简单制造更容易成本更低的穿越始末端隔断的方式，创造一种完美体现直线运动活塞泵所有优良特性的新泵种，必将取代齿轮泵和大多数叶片式离心（涡流）泵，成为泵类等产品的主流，市场前景极其广阔。并能引发一系列相关产品成本、性能的变革。如：其高效率能使采用叶片式离心（涡流）泵结构的除尘负压风机，水利提水泵等能耗大大降低；水轮发电设备，能源利用率更高等。有着重大的经济意义和深远的社会意义。