本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)相向作用柱塞節(jié)能水泵。

背景技術(shù)：

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

目前，連鑄車間沉淀池或生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)用水泵大部分都采用離心水泵或往復(fù)式柱塞水泵(電機(jī)驅(qū)動(dòng))，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(zhì)不好有大顆粒雜質(zhì)或大流量情況下效率會(huì)更低一些。

二、往復(fù)式柱塞水泵效率相比離心泵會(huì)高，最高有的能達(dá)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種氣動(dòng)相向作用柱塞泵，用以解決現(xiàn)有的連鑄車間用水泵，具有效率較低或電能消耗多的缺點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種氣動(dòng)相向作用柱塞泵，包括泵體，筒狀的泵體內(nèi)腔左右兩側(cè)分別設(shè)有一組栓塞體，泵體中部的上下兩側(cè)分別加工有上出水口和下進(jìn)水口，泵體的左右兩側(cè)端部分別安裝有一個(gè)法蘭以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；泵體左右兩側(cè)的栓塞體和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有相同的結(jié)構(gòu)；左側(cè)的栓塞體包括活塞桿，以及活塞桿的右側(cè)端部依次穿的碟形彈簧I、栓塞和碟形彈簧II；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣缸和聯(lián)接接頭，所述聯(lián)接接頭的兩端分別聯(lián)接氣缸的活塞接頭和活塞桿的左側(cè)端部；當(dāng)氣源帶動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)接接頭同時(shí)帶動(dòng)栓塞體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

作為優(yōu)選所述栓塞外壁包括遠(yuǎn)離上出水口一側(cè)的密封部和靠近上出水口一側(cè)的收口部；所述密封部加工有用于安裝密封圈的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(cè)中心具有凹槽，凹槽的側(cè)壁具有錐度，錐角為β，25°≤β≤30°。

作為優(yōu)選所述的密封圈為PTFE添加碳纖維材質(zhì)密封圈，密封圈橫截面為半圓形。

作為優(yōu)選所述氣缸同氣源之間設(shè)置有換向閥，上出水口的出口端和下進(jìn)水口的進(jìn)口端分別設(shè)置有一個(gè)單向閥，使水源從下進(jìn)水口進(jìn)入，上出水口排出。

作為優(yōu)選所述活塞桿左側(cè)通過(guò)鎖緊螺母壓下碟形彈簧I，并保持碟形彈簧I具有一定的預(yù)緊力；所述活塞桿右側(cè)端部通過(guò)螺帽將碟形彈簧II鎖緊。

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

作為優(yōu)選所述活塞桿同法蘭間設(shè)置有用于密封的J型密封圈，所述的法蘭外側(cè)設(shè)置有用于壓緊的壓板。

作為優(yōu)選所述栓塞的外徑為ΦA(chǔ)mm，泵體的內(nèi)徑為ΦBmm，ΦA(chǔ)＝ΦB-4。

作為優(yōu)選所述收口部錐角α為20°；所述凹槽的側(cè)壁錐度β為28°。

作為優(yōu)選所述泵體內(nèi)腔與栓塞接觸面具有0.1mm鍍Cr層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，筒狀的泵體內(nèi)腔左右兩側(cè)分別設(shè)有一組栓塞體，泵體中部的上下兩側(cè)分別加工有上出水口和下進(jìn)水口，通過(guò)合理的水泵缸體設(shè)計(jì)，使水泵吸排水能力放大，采用相對(duì)雙塞形式，使水的流動(dòng)性能合理，節(jié)省能耗損失，且不易堵塞，減少故障幾率。

2、本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，泵體的左右兩側(cè)端部分別安裝有一個(gè)法蘭以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣缸和聯(lián)接接頭，當(dāng)氣源帶動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)接接頭同時(shí)帶動(dòng)栓塞體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了將連鑄車間已有的壓縮空氣能源替代傳統(tǒng)的電能驅(qū)動(dòng)，節(jié)能減排，為企業(yè)節(jié)約電能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3、本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，泵體內(nèi)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(hù)泵體免除水等介質(zhì)的侵蝕，使用鍍Cr層泵體能夠不使用不銹鋼泵體，節(jié)省了資源及成本，并且鍍Cr層太薄，則鍍層與基體結(jié)合性能不好，容易剝落；鍍Cr層太厚，則鍍層內(nèi)應(yīng)力分布不均，在受熱及特殊環(huán)境下容易在內(nèi)應(yīng)力的作用下產(chǎn)生龜裂，壽命短。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(柱塞原始位置，即排空介質(zhì))。

圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(柱塞運(yùn)動(dòng)極限位置，即充滿介質(zhì))。

圖3是本發(fā)明運(yùn)行系統(tǒng)簡(jiǎn)圖(圖中C為氣源，D為氣流方向，E為水流方向)。

圖4是本發(fā)明泵體內(nèi)部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明栓塞的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的整體示意圖。

其中：1、氣缸，2、聯(lián)接接頭，3、壓板，4、J型密封圈，5、法蘭，6、活塞桿，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(jìn)水口。

具體實(shí)施方式

如圖1到圖6所示，一種氣動(dòng)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(nèi)腔與栓塞10接觸面具有0.08mm～0.12mm鍍Cr層，優(yōu)選的所述泵體7內(nèi)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；并且此鍍層防銹能力比較強(qiáng)，因?yàn)檫B鑄車間介質(zhì)水質(zhì)較復(fù)雜，有腐蝕因素存在，故鍍Cr層的存在能夠大大延長(zhǎng)泵的使用壽命。

筒狀的泵體7內(nèi)腔左右兩側(cè)分別設(shè)有一組栓塞體，泵體7中部的上下兩側(cè)分別加工有上出水口16和下進(jìn)水口17，上出水口16和下進(jìn)水口17設(shè)置于泵體7的中心位置，所述上出水口16和下進(jìn)水口17接管的端部設(shè)置有用于連接的法蘭板，使作為下口的下進(jìn)水口17進(jìn)水，作為上口的上出水口16出水，實(shí)現(xiàn)水的流動(dòng)方向?yàn)橄逻M(jìn)上出。

泵體7的左右兩側(cè)端部分別安裝有一個(gè)法蘭5以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；泵體7左右兩側(cè)的栓塞體和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有相同的結(jié)構(gòu)；左側(cè)的栓塞體包括活塞桿6，以及活塞桿6的右側(cè)端部依次穿的碟形彈簧I9、栓塞10和碟形彈簧II11；所述活塞桿6左側(cè)通過(guò)鎖緊螺母8壓下碟形彈簧I9，并保持碟形彈簧I9具有一定的預(yù)緊力；所述活塞桿6右側(cè)端部通過(guò)螺帽12將碟形彈簧II11鎖緊。

所述栓塞10外壁包括遠(yuǎn)離上出水口16一側(cè)的密封部和靠近上出水口16一側(cè)的收口部；所述密封部加工有用于安裝密封圈13的R角密封槽，所述的R角密封槽設(shè)置有多個(gè)，如圖5所示，所述收口部具有錐度，錐角為α，15°≤α≤20°，具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際設(shè)備尺寸進(jìn)行選擇，優(yōu)選的所述收口部錐角α為20°；此處的收口部為保留兩個(gè)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(cè)中心具有凹槽，凹槽的側(cè)壁具有錐度，錐角為β，25°≤β≤30°，具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際設(shè)備尺寸進(jìn)行選擇，優(yōu)選的所述凹槽的側(cè)壁錐度β為28°，并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(shè)計(jì)，目的在于使栓塞體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中增加對(duì)于介質(zhì)的推力和減少與缸體的摩擦阻力，即栓塞體從位置A運(yùn)動(dòng)到B，25～30°的角度做喇叭口，能夠增大對(duì)于介質(zhì)的推力，尤其對(duì)于有大顆粒雜質(zhì)的介質(zhì)；同時(shí)栓塞體從位置B運(yùn)動(dòng)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(zhì)密封圈，此種材質(zhì)具有耐磨、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)且維修更換方便等優(yōu)點(diǎn)，能有效保護(hù)栓塞與缸體內(nèi)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(jié)構(gòu)形式受力合理。并且保證與栓塞10上的外部周邊密封槽尺寸相配合。

所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣缸1和聯(lián)接接頭2，所述聯(lián)接接頭2的兩端分別聯(lián)接氣缸1的活塞接頭和活塞桿6的左側(cè)端部；所述活塞桿6同法蘭5間設(shè)置有用于密封的J型密封圈4，所述的法蘭5外側(cè)設(shè)置有用于壓緊的壓板3。

當(dāng)氣源帶動(dòng)氣缸1運(yùn)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)接接頭2同時(shí)帶動(dòng)栓塞體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在泵體7內(nèi)由于氣體體積的不斷收縮變化，介質(zhì)水被抽進(jìn)與排出泵體7，達(dá)到泵水的目的。

所述氣缸1同氣源之間設(shè)置有換向閥14，上出水口16的出口端和下進(jìn)水口17的進(jìn)口端分別設(shè)置有一個(gè)單向閥15，使水源從下進(jìn)水口17進(jìn)入，上出水口16排出。所述栓塞10的外徑為ΦA(chǔ)mm，泵體7的內(nèi)徑為ΦBmm，ΦA(chǔ)＝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(huì)介質(zhì)導(dǎo)致泄漏。

如圖3所示，為本發(fā)明所述氣動(dòng)相向作用柱塞泵的運(yùn)行系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，圖中C為氣源，D為氣流方向，E為水流方向。

本發(fā)明所述氣動(dòng)相向作用柱塞泵的水泵系統(tǒng)，動(dòng)力氣源來(lái)自于連鑄車間自有系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)換向閥14作用于氣缸1，泵體7通過(guò)進(jìn)口與出口側(cè)單向閥15控制介質(zhì)流動(dòng)方向。

即柱塞泵進(jìn)水過(guò)程中，進(jìn)水側(cè)單向閥開狀態(tài)，出水側(cè)單向閥閉狀態(tài)；泵出水過(guò)程，出水側(cè)單向閥開狀態(tài)，進(jìn)水側(cè)單向閥閉狀態(tài)，介質(zhì)水不斷從出水口16排出腔體中，直至排空，完成一次循環(huán)。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，是一種節(jié)能水泵，主體由兩面做對(duì)稱相向運(yùn)動(dòng)的柱塞組成，主要零部件除換向閥14外，其余數(shù)量均為2件。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，來(lái)自于連鑄車間系統(tǒng)中的氣源經(jīng)過(guò)換向閥14作用于氣缸1，設(shè)定氣缸1的缸體直徑(內(nèi)徑)為泵體7直徑(內(nèi)徑)N倍；所述氣缸1的內(nèi)腔直徑為SC，壓力為PC，泵體7內(nèi)徑為SB，壓力為PB。

由于活塞受到的推力F＝S×P，則SC×PC＝SB×PB，又氣缸1的缸體直徑(內(nèi)徑)為本設(shè)計(jì)的泵體7直徑(內(nèi)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(guò)改變此氣缸1與泵體7直徑(內(nèi)徑)關(guān)系改變泵的揚(yáng)程。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，工作時(shí)，當(dāng)泵體7內(nèi)的柱塞由位置B到位置A的過(guò)程中，為泵進(jìn)水過(guò)程，此時(shí)進(jìn)水側(cè)液壓元件單向閥開狀態(tài)，出水側(cè)液壓元件單向閥閉狀態(tài)，介質(zhì)水不斷從進(jìn)水口17流進(jìn)腔體中，直至充滿；當(dāng)泵體7內(nèi)的柱塞由位置A到位置B的過(guò)程中，為泵出水過(guò)程，此時(shí)出水側(cè)液壓元件單向閥開狀態(tài)，進(jìn)水側(cè)液壓元件單向閥閉狀態(tài)，介質(zhì)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(huán)。

傳統(tǒng)的柱塞水泵的進(jìn)出口位置都在泵體的單側(cè)，介質(zhì)水從進(jìn)口至出口的過(guò)程，假設(shè)進(jìn)口速度為VI，出口速度為VO，則

VO＝-VI

速度轉(zhuǎn)變的過(guò)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(nèi)長(zhǎng)度。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，將進(jìn)出口設(shè)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(nèi)的兩端柱塞處于位置B，即原始位置和柱塞將介質(zhì)水排空的位置，此時(shí)兩端柱塞剛剛接觸。栓塞自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在排出水兩端柱塞在對(duì)撞的過(guò)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(zhì)，同時(shí)柱塞腔內(nèi)的水會(huì)有很大的反作用力膨脹柱塞，此時(shí)碟形彈簧I9可以起到緩沖作用。碟形彈簧II11則是為了加強(qiáng)栓塞II10的強(qiáng)度，防止栓塞II10過(guò)大的變形，減少疲勞變形的幾率，延長(zhǎng)壽命，同時(shí)，為了避免兩端柱塞過(guò)量的碰撞，減緩沖擊力。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，通過(guò)合理的水泵缸體設(shè)計(jì)，使水泵吸排水能力有效放大，采用相對(duì)雙塞形式，使水的流動(dòng)性能更加合理，節(jié)省能耗損失，柱塞大開大合不易堵塞，降低設(shè)備故障幾率，節(jié)省電能，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)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(chǎn)工藝需要的。本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，從整體上設(shè)計(jì)了此柱塞水泵的運(yùn)行工藝體系，包括管路元件與設(shè)備的連接，優(yōu)化了泵體的設(shè)計(jì)，從柱塞水泵整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)了運(yùn)行工藝。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，用于有氣源處，特別涉及連鑄車間工藝生產(chǎn)氣源利用節(jié)能降排升級(jí)改造項(xiàng)目。連鑄生產(chǎn)車間進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化升級(jí)改造，利用連鑄熱坯產(chǎn)生大量的熱儲(chǔ)備了壓縮氣體能源。這些大量的壓縮氣體能源就本發(fā)明的節(jié)能水泵的驅(qū)動(dòng)能源，這樣就大大節(jié)省了泵用電能，而且環(huán)保無(wú)污染，符合國(guó)家節(jié)能減排的降碳政策。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，在連鑄車間已有在工藝生產(chǎn)獲得的壓縮空氣能源的基礎(chǔ)上，結(jié)合連鑄車間的生產(chǎn)工藝與節(jié)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(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出一種氣動(dòng)相向作用柱塞節(jié)能水泵及系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的氣動(dòng)相向作用柱塞泵，僅是單缸水泵，為追求連續(xù)及大流量，能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)多缸連續(xù)作業(yè)氣動(dòng)柱塞節(jié)能水泵。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。