可实现流体能量回收的斜盘式轴向活‑柱塞泵

摘要

本发明公开一种可实现流体能量回收的斜盘式轴向活‑柱塞泵，由泵体、端盖、斜盘、回程盘、中心弹簧组件、缸体、活‑柱塞、配流盘、泵轴和轴承等主要构件和辅件构成。为实现能量回收，本发明的缸体内设有台阶形缸孔和相应流体通道，缸孔与其内的活‑柱塞之间形成了能量回收腔、增压腔和高压腔3个密闭腔室，配流盘采用两个分体式结构。所述能量回收是在活‑柱塞向缸体内缩回过程中，通过相应流体通道将高压废弃流体引入能量回收腔，利用高压废弃流体对活‑柱塞做功和外力一起完成高压有用流体的压出来实现的。在这个过程中高压废弃流体的能量不断通过活‑柱塞上的活塞直接传递给增压腔内的有用流体，不存在中间环节能量损失，提高了能量回收效率。

说明书

技术领域

本发明涉及能量回收技术领域，特别是涉及一种可实现流体能量回收的斜盘式轴向活-柱塞泵。

背景技术

随着社会的发展，人们对能量利用率的追求越来越高。在涉及流体的工业生产领域，通常是利用流体泵产生高压流体来驱动执行机构工作，而在这个过程中往往会产生含有一定压力的废弃流体，这些含压流体的直接废弃会造成能量浪费，导致系统的能量利用率低下。例如在反渗透海水淡化工程中，高压原水经过反渗透装置之后会产生淡水和高压浓海水，其中高压浓海水中约有60％的进料压力能量，直接排放将造成巨大的能量浪费，而浓海水又不能直接与原水进行混合，因此如何回收这部分能量是提高整个系统能量利用率的关键。

为合理利用废弃流体的能量，各种形式的能量回收装置相继出现。但现有能量回收装置尚存在以下不足：1)能量回收存在中间环节，导致能量的二次浪费；2)能量回收过程中存在高压废弃流体和低压原料流体的混合，造成原料流体的污染；3)装置复杂，零部件繁多且对控制系统要求较高，增加了投资成本。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种能减少能量传递环节、分割废弃流体与原料流体并且结构简单可实现流体能量回收的斜盘式轴向活-柱塞泵。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：

一种可实现流体能量回收的斜盘式轴向活-柱塞泵，其主要零部件包括泵体、端盖、斜盘、回程盘、中心弹簧组件、缸体、活-柱塞、配流盘及泵轴。所述泵体包括前泵体和后泵体；所述端盖包括前端盖和后端盖；所述斜盘置于后端盖的凹槽处并通过第一定位销进行固定，斜盘表面与缸体轴线成一定夹角，该夹角大小影响缸体各腔室的排量；所述配流盘为两个分体结构，包括第一配流盘、第二配流盘，第一、第二配流盘分别通过第二、第三定位销固定在前泵体上；所述缸体通过花键紧套在泵轴上，置于斜盘和配流盘之间，缸体外部通过第一轴承支撑在后泵体内；所述缸体与配流盘的接触面呈台阶状分布，缸体的环形接触面与第一配流盘紧密接触，形成第一配流副，缸体的圆形接触面与第二配流盘紧密接触，形成第二配流副；缸体内沿周向均匀设置若干缸孔，每个缸孔均设置相应的流体通道，缸孔内设置相应数量的活-柱塞，形成不同腔室与相应的流体通道连通；所述活-柱塞伸出端铰接有滑靴，且滑靴通过回程盘作用紧贴在斜盘上；所述回程盘中部设有与中心弹簧组件相配合的凹球面；所述中心弹簧组件包括钢球、内套、中心弹簧和外套，中心弹簧组件通过外套安装在泵轴内，通过钢球与回程盘相接；所述泵轴通过第二轴承支撑在前泵体内，前泵体内设有与所述流体通道相应的流体入口与出口，前泵体外部与前端盖连接。

所述缸体的缸孔为台阶形缸孔，所述台阶形缸孔在靠近斜盘的一端设有导向套套装在所述活-柱塞上，所述导向套通过弹簧卡箍进行固定，进而台阶形缸孔、导向套与活-柱塞之间形成3个腔室，从靠近滑靴端起分别定义为能量回收腔、增压腔和高压腔；所述每个缸孔所设有相应的流体通道包括流体通道一、二、三；所述前泵体内设有相应的流体入口与出口包括回收流体入口、回收流体出口、低压有用流体入口、增压流体出口和高压流体出口；其中流体通道一连通能量回收腔和回收流体入口、出口，流体通道二连通增压腔和低压有用流体入口与增压流体出口，流体通道三连通高压腔和低压有用流体入口与高压流体出口。

所述台阶形缸孔内的活-柱塞除球头外可划分能量回收腔活塞杆、活塞、高压腔柱塞杆3个部分，其中能量回收腔活塞杆直径与高压腔柱塞杆直径可以相同也可以不相同。

所述第一配流盘上对应所述回收流体入口和出口分别设有回收流体吸入配流孔和回收流体排出配流孔；所述第二配流盘上对应低压有用流体入口、增压流体出口和高压流体出口分别设有低压有用流体吸入配流孔、增压流体排出配流孔和高压流体排出配流孔。

泵工作时，通过泵轴带动缸体旋转，斜盘和配流盘固定不动，活-柱塞随缸体做旋转运动的同时，在斜盘和回程盘的作用下，沿缸体孔作往复运动。活-柱塞在其自下而上的半圆周内旋转时逐渐向外伸出，其与缸孔所形成的3个密封工作容腔中的增压腔和高压腔容积不断增加，产生局部真空，进而通过配流盘和泵体内相应流体通道完成低压有用流体的吸入，同时能量回收腔的容积不断减小，排出已完成能量回收的低压废弃流体；活-柱塞在其自上而下的半圆周内旋转时逐渐向缸体内缩回，其与缸孔所形成的3个密封工作容腔中的增压腔和高压腔的容积不断减小，完成增压和高压有用流体的排出，同时能量回收腔的容积不断增加，吸入高压废弃流体，回收废弃流体能量。随着缸体的旋转，活-柱塞不断吸入、排出有用流体，同时排出、吸入废弃流体，进而完成压力、流量较为稳定的高压流体排出和废弃流体能量的回收。所述增压腔和高压腔排出流体的压力取决于外负载，可以相同也可以不同。所述能量回收是在活-柱塞向缸体内缩回的过程中，通过高压废弃流体对活-柱塞做功，来减少电机输出功率来实现的；在此过程中高压废弃流体的能量不断通过活-柱塞上的活塞直接传递给增压腔和高压腔内的有用流体，不存在中间环节能量损失，进而提高了能量回收效率。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、在活-柱塞向缸体内缩回过程中，将高压废弃流体引入能量回收腔同外力一起对低压有用流体进行加压，减少了对外力的需求实现了废弃流体的能量回收；

2、高压废弃流体的能量通过活-柱塞上的活塞直接传递给增压腔内的有用流体，不存在中间环节，减少了能量损失；

3、通过改变活-柱塞能量回收腔的柱塞杆直径可以控制能量回收腔大小，进而在仅更换活-柱塞和导向套的情况下实现对能量回收率的控制；

4、导向套和高压腔的缸体孔相结合既起到导向作用，又能克服由离心力矩和摩擦力矩等倾覆力矩所引起活-柱塞工作过程中的倾斜现象；

5、具有增压腔和高压腔两压力级密闭腔室，可实现对增压腔和高压腔排出流体的压力、流量进行单独控制。

附图说明

图1为本发明结构剖视图；

图2为本发明的缸孔和活-柱塞结构剖视图；

图3为本发明的第一配流盘结构示意图；

图4为本发明的第二配流盘结构示意图。

图中：1-后端盖；2-弹簧卡箍；3-导向套；4-滑靴；5-第一定位销；6-回程盘；7-斜盘；8-钢球；9-内套；10-中心弹簧；11-外套；12-第一轴承；13-缸体；14-活-柱塞；14.1-能量回收腔活塞杆；14.2-活塞；14.3-高压腔柱塞杆；15-第一配流盘；16-第二定位销；17-回收流体入口；18-增压流体出口；19-高压流体出口；20-前泵体；21-第二配流盘；22-第三定位销；23-前端盖；24-第二轴承；25-泵轴；26-低压有用流体入口；27-回收流体出口；28-后泵体；29-泄露流体出口；30-回收流体吸入配流孔；31-回收流体排出配流孔；32-低压有用流体吸入配流孔；33-增压流体排出配流孔；34-高压流体排出配流孔；R-能量回收腔；B-增压腔；H-高压腔；a、b、c-流体通道一、二、三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明实施例的一种可实现流体能量回收的斜盘式轴向活-柱塞泵包括泵体、端盖、斜盘、回程盘、中心弹簧组件、缸体、活-柱塞组件、配流盘、泵轴和轴承等主要零部件和辅件。所述泵体包括前泵体20和后泵体28；端盖包括前端盖23和后端盖1；所述斜盘7置于后端盖1的凹槽处并通过第一定位销5进行固定，斜盘表面与缸体13轴线成一定夹角，该夹角大小影响缸体13各腔室的排量；所述缸体13通过花键紧套在泵轴25上，置于斜盘7和配流盘之间，且其外部通过第一轴承12支撑在后泵体28内；缸体13与两个配流盘的接触面呈台阶状分布，其环形接触面处与第一配流盘15紧密接触，圆形接触面与第二配流盘21紧密接触；缸体13内沿周向均匀设有若干缸孔，缸孔内设有相匹配的活-柱塞14；所述活-柱塞14伸出端铰接有滑靴4，且滑靴4通过回程盘6作用紧贴在斜盘7上；所述回程盘6中部设有与中心弹簧组件相配合的凹球面；所述中心弹簧组件包括钢球8、内套9、中心弹簧10和外套11；所述配流盘包括第一配流盘15和第二配流盘21，二者分别通过第二定位销16和第三定位销22固定在前泵体20上；所述泵轴25通过第二轴承24支撑在前泵体20内；前泵体20外部设有前端盖23进行密封。

为实现能量回收，如图2所示，本发明的缸体13内设有台阶形缸孔，缸孔在靠近斜盘的一端设有导向套3，导向套3通过弹簧卡箍2进行固定，用于密封腔室和保证活-柱塞14与缸体13的同轴度。进而缸孔、导向套3与活-柱塞14之间形成3个腔室：能量回收腔R、增压腔B和高压腔H，其中能量回收腔R用于废弃流体的能量回收，增压腔B用于增压低压原流体，高压腔H用于对低压原流体进行升压。缸体13内的每个缸孔均设有相应流体通道一a、流体通道二b、流体通道三c，其中流体通道一a用于连通能量回收腔R和回收流体入口17与出口27；流体通道二b用于连通增压腔B和低压有用流体入口26与增压流体出口18；流体通道三c用于连通高压腔H和低压有用流体入口26与高压流体出口19。

与缸孔相匹配，本发明的活-柱塞14除球头外可划分为3个部分：能量回收腔活塞杆14.1、活塞14.2、高压腔柱塞杆14.3。其中能量回收腔活塞杆14.1决定能量回收腔R的容积大小，高压腔柱塞杆14.3决定高压腔H的容积大小，活塞14.2用于分割能量回收腔R和增压腔B。此外能量回收腔柱塞杆14.1直径与高压腔柱塞杆14.3直径可以相同也可不同。

本发明的配流盘为两个分体结构如图3和图4所示。第一配流盘15上对应回收流体入口17和出口27分别设有回收流体吸入配流孔30和回收流体排出配流孔31，用于对回收流体进行配流；第二配流盘21上对应低压有用流体入口26、增压流体出口18和高压流体出口19分别设有低压有用流体吸入配流孔32、增压流体排出配流孔34和高压流体排出配流孔35，用于对低压有用流体进行配流。

泵工作时，通过泵轴25带动缸体13旋转，活-柱塞14在其自下而上的半圆周内旋转时逐渐向外伸出，能量回收腔R的容积不断减小，已完成能量回收的废弃流体经流体通道一a和第一配流盘15上配流孔31从回收流体出口27排出，同时增压腔B和高压腔H的容积不断增加，产生局部真空，进而将低压有用流体经第二配流盘21上配流孔32和泵体内相应流体通道二b、三c从低压有用流体入口26吸入；活-柱塞14在其自上而下的半圆周内旋转时逐渐向缸体13内缩回，能量回收腔R的容积不断增加，高压废弃流体经第一配流盘15上配流孔30和流体通道一a从回收流体入口17引入能量回收腔R，能量回收腔R内的液体压力直接作用在活-柱塞14的活塞14.2上，辅助外力对增压腔B和高压腔H内的流体进行加压，同时增压腔B和高压腔H的容积不断减小，将加压后的有用流体经相应流体通道二b、流体通道三c和第二配流盘21上配流孔33、34从增压流体出口18、高压流体出口19排出。至此缸体13旋转一周，同时完成了对废弃流体的能量回收和低压有用流体的加压。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。