專利名稱：直燃式柱塞液壓泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓動力領(lǐng)域，具體是一種使用燃料將熱能直接轉(zhuǎn)化為液壓能的直燃式柱塞液壓泵。
背景技術(shù)：
隨著液壓技術(shù)的成熟應(yīng)用，出現(xiàn)了越來越多整機(jī)以液壓能為驅(qū)動動力的機(jī)械設(shè)備，例如液壓挖掘機(jī)、全液壓壓路機(jī)、液壓鑿巖鉆機(jī)、全液壓叉車等，它們共同的特點(diǎn)是沒有傳統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，機(jī)械的所有動作都是由液壓能驅(qū)動液壓馬達(dá)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(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)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(fù)運(yùn)動，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場合，如前所述的各種液壓機(jī)械設(shè)備中。柱塞泵現(xiàn)有技術(shù)以軸向柱塞泵、徑向柱塞泵兩大類為主，都是通過發(fā)動機(jī)或電動機(jī)驅(qū)動柱塞泵軸，再將軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹耐鶑?fù)運(yùn)動，從而實現(xiàn)將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。在這一個能量轉(zhuǎn)換過程中我們發(fā)現(xiàn)，其經(jīng)歷了 熱能通過柴油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能再通過液壓油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓@樣一個過程，在當(dāng)前機(jī)械效率轉(zhuǎn)換水平有限的情況下，這兩個轉(zhuǎn)換步驟中都存在很高的能量損失。特別是柴油發(fā)動機(jī)在將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)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(jīng)濟(jì)建設(shè)活動中如何節(jié)能減排已成為一個全球關(guān)注的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種直接使用燃料將熱能轉(zhuǎn)化為液壓能的直燃式柱塞液壓泵，以減少能量轉(zhuǎn)換中間環(huán)節(jié)，降低能量損耗，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題本發(fā)明直燃式柱塞液壓泵包括燃燒器1、高溫?fù)Q熱器2、蒸汽室3、至少一個汽缸柱塞機(jī)構(gòu)10、蒸汽型制冷機(jī)15和控制系統(tǒng)；所述高溫?fù)Q熱器2通過管道與燃燒器1連接，并置于蒸汽室3之中；所述蒸汽室3為密封容器，其內(nèi)設(shè)有置于高溫?fù)Q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(jī)構(gòu)10安裝在蒸汽室3 上方，它主要由汽缸20和柱塞21構(gòu)成，汽缸20的活塞和柱塞21的活塞通過帶復(fù)位機(jī)構(gòu)的頂桿30相連，汽缸20的底端設(shè)有連通蒸汽室3的進(jìn)汽閥2，其側(cè)壁設(shè)有排汽閥23，柱塞21 的頂端設(shè)有連接高壓油管12的出油口以及連接油箱的進(jìn)油口，其進(jìn)油口和出油口上分別設(shè)有單向閥26 ；所述排汽閥^經(jīng)排汽管14與蒸汽型制冷機(jī)15相接，蒸汽型制冷機(jī)15的冷凝水排水管連接水箱8。所述頂桿30上的復(fù)位機(jī)構(gòu)為彈簧11，彈簧11套在頂桿30上并置于汽缸20活塞的上方。所述頂桿30上的復(fù)位機(jī)構(gòu)為搖臂結(jié)構(gòu)，該搖臂結(jié)構(gòu)由搖臂座M、搖臂25和連桿 31構(gòu)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(jīng)連桿31與兩個汽缸柱塞機(jī)構(gòu)10的頂桿30連接，連桿31與搖臂25之間及連桿31與頂桿30之間均為鉸接。所述蒸汽型制冷機(jī)15設(shè)有連接液壓油水冷器17或/和空調(diào)18的循環(huán)冷水管16。本發(fā)明還可以在連接水箱8與噴水頭4的水管上接有低溫?fù)Q熱器6，低溫?fù)Q熱器6 與高溫?fù)Q熱器2經(jīng)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(tǒng)包括微電腦處理器四、安裝在頂桿30上的行程傳感器27、安裝在高溫?fù)Q熱器2上的溫度傳感器19、安裝在蒸汽室3內(nèi)的壓力傳感器9、設(shè)在燃燒器1上的燃燒器控制器四、供水閥5、進(jìn)汽閥22及排汽閥23，微電腦處理器觀的信號輸入端以并聯(lián)方式連接行程傳感器27、溫度傳感器19和壓力傳感器9，其信號輸出端以并聯(lián)方式連接燃燒器控制器四、供水閥5、進(jìn)汽閥22及排汽閥23。本發(fā)明不需要原動機(jī)提供動力，不是通過發(fā)動機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再由液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，省去了復(fù)雜的曲軸連桿飛輪等機(jī)構(gòu)，燃料產(chǎn)生的大部分熱能用于做功，能量損耗小。因此具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)，將為全液壓機(jī)械設(shè)備提供具有革命性改進(jìn)的動力來源。


圖1是本發(fā)明直燃式柱塞液壓泵的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明采用另一種結(jié)構(gòu)的汽缸柱塞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明直燃式柱塞液壓泵的控制系統(tǒng)原理圖。圖中1-燃燒器，2-高溫?fù)Q熱器，3-蒸汽室，4-噴水頭，5-供水閥6_低溫?fù)Q熱器，7_水泵，8-水箱，9-壓力傳感器，10-汽缸柱塞機(jī)構(gòu)，11-彈簧，12-高壓油管，13-安全閥，14-排汽管，15-蒸汽型制冷機(jī)，16-循環(huán)冷水管，17-液壓油水冷器，18-空調(diào)，19-溫度傳感器， 20-汽缸，21-柱塞，22-進(jìn)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-頂桿，31-連桿。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，燃燒器1與高溫?fù)Q熱器2經(jīng)管道相接，燃燒器1燃燒產(chǎn)生的高溫氣體直接進(jìn)入高溫?fù)Q熱器2。高溫?fù)Q熱器2處于密封容器的蒸汽室3之中，汽缸柱塞機(jī)構(gòu)10安裝在蒸汽室3的上方，蒸汽室3內(nèi)設(shè)有置于高溫?fù)Q熱器2上方的噴水頭4，當(dāng)水注入到高溫?fù)Q熱器2上，水受高溫汽化而產(chǎn)生蒸汽，隨著蒸汽不斷產(chǎn)生，整個蒸汽室處于高壓狀態(tài)。噴水頭4通過水管連接供水閥5、低溫?fù)Q熱器6、水泵7和水箱8，低溫?fù)Q熱器6與高溫?fù)Q熱器 2經(jīng)排氣管道相接。汽缸柱塞機(jī)構(gòu)10主要由汽缸20和柱塞21構(gòu)成，汽缸20與柱塞21對應(yīng)設(shè)置，汽缸20的活塞和柱塞21的活塞通過帶復(fù)位機(jī)構(gòu)的頂桿30相連，頂桿30上的復(fù)位機(jī)構(gòu)為彈簧11，彈簧11套在頂桿30上并置于汽缸20活塞的上方，通過彈簧11可將汽缸推回初始狀態(tài)，汽缸20的底端設(shè)有連通蒸汽室3的進(jìn)汽閥2，其側(cè)壁設(shè)有排汽閥23，柱塞21 的頂端設(shè)有連接高壓油管12的出油口以及連接油箱的進(jìn)油口，其進(jìn)油口和出油口上分別設(shè)有單向閥26。排汽閥23通過排汽管14與蒸汽型制冷機(jī)15相接，蒸汽型制冷機(jī)15的冷凝水排水管連接水箱8，也可以在蒸汽型制冷機(jī)15上增設(shè)循環(huán)冷水管16以連接液壓油水冷器17和/或空調(diào)18進(jìn)行散熱。本發(fā)明使用的燃燒器1可根據(jù)需要選擇各種燃燒器，燃料可采用柴油、汽油、天然氣或其他等，甚至燃燒固體燃料的燃燒器也可用于本發(fā)明，只要將燃燒產(chǎn)生的高溫氣體導(dǎo)入高溫?fù)Q熱器，都能工作。本發(fā)明使用的高溫?fù)Q熱器2的作用是將燃燒器產(chǎn)生的熱能傳遞到水中，使水受熱汽化?，F(xiàn)有技術(shù)中如陶瓷高溫?fù)Q熱器，已經(jīng)可以達(dá)到一千多度的高溫。本發(fā)明使用的蒸汽型制冷機(jī)15為現(xiàn)有技術(shù)，其以溴化鋰-水為工質(zhì)，以排汽管14 輸入的飽和蒸汽為動力，吸收蒸汽中的熱能并將蒸汽凝結(jié)為水，同時可對外提供冷水，通過循環(huán)冷水管16輸出，可用于液壓油冷卻器17和駕駛室空調(diào)18等。當(dāng)然，在一些特殊場合， 本發(fā)明也可使用普通的蒸汽冷凝器替代蒸汽型制冷機(jī)，其只要將汽缸20排出的蒸汽凝結(jié)為水，導(dǎo)入水箱8即可，并不影響本發(fā)明的使用。本發(fā)明使用的汽缸柱塞機(jī)構(gòu)10也可以采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，其頂桿30上的復(fù)位機(jī)構(gòu)為搖臂結(jié)構(gòu)，該搖臂結(jié)構(gòu)由搖臂座對、搖臂25和連桿31構(gòu)成，搖臂25連接于兩個汽缸之間，搖臂座M固定在機(jī)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(jīng)連桿31與兩個頂桿30連接，連桿31與搖臂25之間以及連桿31與頂桿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(fù)位。采用搖臂結(jié)構(gòu)的汽缸必須成對布置。圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理圖它包括微電腦處理器四、安裝在頂桿30上的行程傳感器27、安裝在高溫?fù)Q熱器2上的溫度傳感器19、安裝在蒸汽室3內(nèi)的壓力傳感器9、 設(shè)在燃燒器1上的燃燒器控制器四以及供水閥5、進(jìn)汽閥22、排汽閥23，微電腦處理器觀的信號輸入端以并聯(lián)方式連接行程傳感器27、溫度傳感器19和壓力傳感器9，其信號輸出端以并聯(lián)方式連接燃燒器控制器四、供水閥5、進(jìn)汽閥22及排汽閥23。采用上述方案后，本發(fā)明由燃燒器1燃燒燃料產(chǎn)生熱能，通過高溫?fù)Q熱器2將水汽化為蒸汽，在蒸汽室3中產(chǎn)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的活塞通過頂桿相連，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(chǎn)生液壓能。蒸汽在完成推動汽缸20作功后通過頂桿30 上的復(fù)位機(jī)構(gòu)可進(jìn)入蒸汽型制冷機(jī)15，釋放出蒸汽所含的熱能，被冷凝成水進(jìn)入水箱8。蒸汽型制冷機(jī)15吸收了蒸汽的熱能，輸出冷水可用于液壓油冷卻或駕駛室空調(diào)用。燃燒氣體經(jīng)過高溫?fù)Q熱器2釋放熱能后，再次進(jìn)入低溫?fù)Q熱器6，進(jìn)一步回收熱能，將準(zhǔn)備進(jìn)入蒸汽室3的水預(yù)熱。由于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(diǎn)火，將熱能吹入高溫?fù)Q熱器2，微電腦傳感器觀通過溫度傳感器19采集高溫?fù)Q熱器2的溫度，在達(dá)到設(shè)定溫度后，發(fā)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?fù)Q熱器2上，受熱產(chǎn)生水蒸汽，并在蒸汽室3中形成尚壓。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(dá)到一定壓力值后，發(fā)出指令打開進(jìn)汽閥22，高壓蒸汽進(jìn)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(dá)到設(shè)定位置后， 微電腦處理器28發(fā)生指令，進(jìn)汽閥22關(guān)閉，同時排汽閥23打開，汽缸通過頂桿30上的復(fù)位機(jī)構(gòu)復(fù)位，使汽缸20中的蒸汽從排汽閥排出。排汽閥排出的蒸汽經(jīng)排汽管14進(jìn)入蒸汽型制冷機(jī)15，將蒸汽中所含熱能交換給蒸汽型制冷機(jī)15，并被冷凝為水，進(jìn)入水箱 8，從而完成蒸汽-水循環(huán)。為提高燃料熱能利用效率，本發(fā)明還設(shè)有低溫?fù)Q熱器6，用于吸收高溫?fù)Q熱器2中排出的氣體中的熱量，將其用于預(yù)熱準(zhǔn)備進(jìn)入蒸汽室的水。經(jīng)過低溫?fù)Q熱器6之后，排放的燃燒尾氣溫度更低，而進(jìn)入蒸汽室3的水由于吸收了一定熱能，更容易汽化為蒸汽。本發(fā)明使用的汽缸柱塞機(jī)構(gòu)10可以根據(jù)需要設(shè)計多個，以滿足大流量液壓能的需求。在根據(jù)不同負(fù)載需要調(diào)節(jié)流量時，只需要控制微電腦處理器觀，開啟不同數(shù)量的進(jìn)汽閥22，即可得到各種流量的液壓能，輕易實現(xiàn)變量泵功能。汽缸20中的活塞直徑可大于柱塞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(dāng)然，在某些特殊場合需要，也可以反過來采用汽缸20中的活塞直徑小于柱塞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(shè)定值時，會開啟排放部分蒸汽，從而確保安全。經(jīng)安全閥13排放出的蒸汽也進(jìn)入排氣管14。在正常工作狀態(tài)下，微電腦處理器觀能根據(jù)外界負(fù)載的需求，通過控制開啟進(jìn)汽閥22的數(shù)量來調(diào)節(jié)參與工作的柱塞數(shù)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(jìn)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(wěn)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?fù)Q熱器2上的溫度保持穩(wěn)定，從而使整個機(jī)械以最佳狀態(tài)工作。
權(quán)利要求
1.直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，它包括燃燒器(1)、高溫?fù)Q熱器O)、蒸汽室(3)、至少一個汽缸柱塞機(jī)構(gòu)(10)、蒸汽型制冷機(jī)(15)和控制系統(tǒng)；所述高溫?fù)Q熱器(2)通過管道與燃燒器(1)連接，并置于蒸汽室C3)之中；所述蒸汽室(3)為密封容器，其內(nèi)設(shè)有置于高溫?fù)Q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(jī)構(gòu)(10)安裝在蒸汽室(3)上方，它主要由汽缸00)和柱塞構(gòu)成，汽缸OO)的活塞和柱塞的活塞通過帶復(fù)位機(jī)構(gòu)的頂桿(30)相連，汽缸OO)的底端設(shè)有連通蒸汽室(3)的進(jìn)汽閥0)，其側(cè)壁設(shè)有排汽閥(23)，柱塞的頂端設(shè)有連接高壓油管(12)的出油口以及連接油箱的進(jìn)油口，其進(jìn)油口和出油口上分別設(shè)有單向閥06)；所述排汽閥經(jīng)排汽管(14)與蒸汽型制冷機(jī)(1 相接，蒸汽型制冷機(jī)(1 的冷凝水排水管連接水箱(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，所述頂桿(30)上的復(fù)位機(jī)構(gòu)為彈簧(11)，彈簧(11)套在頂桿(30)上并置于汽缸OO)活塞的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，所述頂桿(30)上的復(fù)位機(jī)構(gòu)為搖臂結(jié)構(gòu)，該搖臂結(jié)構(gòu)由搖臂座(M)、搖臂05)和連桿(31)構(gòu)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(jīng)連桿(31)與兩個汽缸柱塞機(jī)構(gòu)(10)的頂桿(30)連接，連桿(31)與搖臂0 之間及連桿(31)與頂桿(30)之間均為鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，所述蒸汽型制冷機(jī)(15)設(shè)有連接液壓油水冷器(17)或/和空調(diào)(18)的循環(huán)冷水管(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，連接水箱(8)與噴水頭(4) 的水管上接有低溫?fù)Q熱器(6)，低溫?fù)Q熱器(6)與高溫?fù)Q熱器( 經(jīng)管道相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式柱塞液壓泵，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括微電腦處理器( )、安裝在頂桿(30)上的行程傳感器(27)、安裝在高溫?fù)Q熱器( 上的溫度傳感器(19)、安裝在蒸汽室(3)內(nèi)的壓力傳感器(9)、設(shè)在燃燒器(1)上的燃燒器控制器(四)、 供水閥(5)、進(jìn)汽閥0 及排汽閥(23)，微電腦處理器08)的信號輸入端以并聯(lián)方式連接行程傳感器(27)、溫度傳感器(19)和壓力傳感器(9)，其信號輸出端以并聯(lián)方式連接燃燒器控制器( )、供水閥(5)、進(jìn)汽閥(22)及排汽閥(23) 0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直燃式柱塞液壓泵，它包括燃燒器、高溫?fù)Q熱器、蒸汽室、至少一個汽缸柱塞機(jī)構(gòu)、蒸汽型制冷機(jī)和控制系統(tǒng)；高溫?fù)Q熱器經(jīng)管道與燃燒器連接，蒸汽室為密封容器，其內(nèi)設(shè)有置于高溫?fù)Q熱器上方的噴水頭，汽缸柱塞機(jī)構(gòu)安裝在蒸汽室上方，它主要由汽缸和柱塞構(gòu)成，汽缸的活塞和柱塞的活塞通過帶復(fù)位機(jī)構(gòu)的頂桿相連，汽缸的底端設(shè)有連通蒸汽室的進(jìn)汽閥，其側(cè)壁設(shè)有排汽閥，所述排汽閥經(jīng)排汽管與制冷機(jī)相接，制冷機(jī)連接水箱。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，省去了復(fù)雜的曲軸連桿飛輪等機(jī)構(gòu)，燃料產(chǎn)生的大部分熱能用于做功，能量損耗小。因此具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)，將為全液壓機(jī)械設(shè)備提供具有革命性改進(jìn)的動力來源。
文檔編號F04B19/00GK102287352SQ201110212750
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者唐忠盛 申請人:唐忠盛