专利名称：双作用活塞式气动泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气动泵，具体地说，涉及一种双作用活塞式气动泵，主要用于需要 间断供油或要求流量和压力变化剧烈且对流量有较高要求的工况及禁止用电的场合。
背景技术：
气动泵是一种以低压气源为能源的输送液体或使液体增压的机械。广义上的泵 是 输送流体或使其增压的机械，也包括某些输送气体的机械。泵将原动机的机械能或其他能 源的能量传给液体，使液体的能量增加。气动泵在各行业中均有着广泛的运用，各种类型的气动泵不断问世。在石油化工 行业，由于高压、超高压容器的广泛使用，对压力的提供提出了很高的要求，所需的压力也 不断增大，目前，防喷器的最高工作压力已经达到105MPa。由于在石油化工行业的某些场 合，考虑到安全等方面的因素而不适宜使用电力，致使某些性能良好但依靠电力驱动的气 动泵无用武之地。而且因为石油化工行业的某些行业特点导致其所使用的设备所处的环境 较为恶劣，对气动泵的体积、结构及稳定性以及排量都具有一定的要求。而目前使用的某些 气动泵因结构复杂、排量过小而不符合API的标准、体积偏大、在恶劣环境中的稳定性较差 而较难胜任于该行业。
发明内容
本发明的目的是提供一种双作用活塞式气动泵，该气动泵结构简单，排量大，容积 效率高且具有优良的环境适应能力。为达到上述目的，本发明公开了一种以低压气源为能源的双作用活塞式气动泵， 该双作用活塞式气动泵主要由气缸总成、换向装置、下液缸总成及上液缸总成组成。气缸总成、下液缸总成及上液缸总成位于同一轴线上，上液缸总成与下液缸总成 对称，构成完全相同。气缸总成包括气缸；设置在气缸顶部的顶盖，在该气缸的顶盖上设置有顶盖通气孔，该顶盖通气孔与 换向装置相连通；设置在气缸底部的底盖，在该气缸的底盖上设置有底盖通气孔，该底盖通气孔与 换向装置相连通；嵌套设置在气缸中的双作用活塞，该双作用活塞包含活塞杆和套设在活塞杆上 的活塞，所述活塞杆的两端分别伸出顶盖和底盖，所述活塞可沿该活塞杆在气缸内上下移 动；在所述顶盖及底盖上，均嵌套设置有换气组件，该换气组件包括设置在顶盖和底盖上的换向阀杆铜套，该换向阀杆铜套的侧壁上设置侧壁通气 孔，该换向阀杆铜套的底部设置底部通气孔，该侧壁通气孔和底部通气孔都与换向装置相连通；设置在所述换向阀杆铜套内的换向阀杆，该换向阀杆具有头部和尾部，所述的换向阀杆的头部尺寸契合所述换向阀杆铜套的尺寸，换向阀杆的尾部伸入到气缸中，当双作 用活塞的活塞运动到顶盖或者底盖处，与换向阀杆的尾部碰触，就会推动换向阀杆向该换 向阀杆的头部方向运动；设置在所述换向阀杆铜套内的复位弹簧，该复位弹簧位于换向阀杆头部的上方；套设在所述换向阀杆铜套顶部的排气螺母，该排气螺母位于复位弹簧的上方；所述的换向装置连接在气缸总成的外侧壁，该换向装置包括设置在换向阀壳体内 的阀芯组件；所述的阀芯组件包括柱塞杆；设置在柱塞杆两端的柱塞；设置在柱塞杆的侧壁位置上的换向阀座；及，设置在换向阀壳体内壁一侧的换气板，该换气板紧贴换向阀座，该换气板上依次 设置有上侧通气孔、中间排气孔及下侧通气孔，所述上侧通气孔与气缸顶盖上的通气孔连 通，形成气流通路b，所述下侧通气孔与气缸底盖上的通气孔连通，形成气流通路d，中间排 气孔与大气相通；当所述的柱塞杆在换向阀壳体内上下运动时，可带动换向阀座沿着换气板上下运 动，从而使上侧通气孔与中间排气孔连通，或者使下侧通气孔与中间排气孔连通；所述的换向装置还包括设置在柱塞顶端的柱塞方盖，该柱塞方盖上设置有柱塞盖 通气孔，该柱塞盖通气孔连接到换向阀杆铜套上的侧壁通气孔，形成通过排气螺母与大气 相通的气流通路i ；在所述的换向阀壳体上还设置有阀芯腔通气孔，该阀芯腔通气孔连接到换向阀杆 铜套的底部通气孔，形成气流通路j ；所述的换向装置还包括设置在换向阀壳体一侧的圆盖，该圆盖上设置有供低压气 体进入换向装置的进气孔。所述的液缸总成包括上液缸总成和下液缸总成，该上液缸总成和下液缸总成结构 完全相同；所述的下液缸总成包括下液缸，该下液缸通过法兰连接到气缸总成的底盖；设置在下液缸上的进液单向阀和出液单向阀。所述的活塞和活塞杆采用一体化设计，该活塞杆的两端分别伸入到上液缸和下液 缸中，分别通过上液缸柱塞和下液缸柱塞与上液缸和下液缸滑动连接。当低压气体推动双作用活塞向下运动时，活塞杆的下端进入下液缸中，将原先在 下液缸中的液体排出下液缸，而活塞杆的上端原本深入在上液缸内，由于双作用活塞向下 运动的缘故，活塞杆的上端渐渐从上液缸中抽离，使得上液缸形成局部真空，使上液缸能从 外界吸入液体，从而实现气压能向液压能的转换。所述活塞杆上还设置有密封铜套，该密封铜套与气缸顶盖、底盖采用“0”型圈密封 方式连接。
所述的换向阀杆铜套采用多孔式设计，以减小换向气缸的背压，从而加快主气缸 的换向速度；所述的换向阀杆呈“丁”字形，所述的换向阀杆的头部直径大于尾部的直径； 所述的换向阀座与换气板的接触面粗糙度为0. 1 μ m 0. 4 μ m，优选为0. 1 μ m。本发明通过控制气流通路i与气流通路j在连通状态或隔离状态之间的转换，实 现气流通路b的开通或者气流通路d的开通，继而推动双作用活塞在气缸内向上或向下运 动，对上液压缸或下液压缸做功，从而实现从气压能向液压能的转换。本发明的各换向部件(柱塞杆、柱塞、换向阀座及换气板)整合在换向装置的换向 阀壳体内，结构紧凑，体积小巧，也防止了因部件外置而造成的不必要的损坏且能使用于较 恶劣的环境之中。气体换向处的密封采用了硬密封的方式，结构简单且稳定性高。本发明 的双作用活塞同时连接两个液缸，来回运动同时做功，提高了气源的有效使用率，同时还提 高了单位时间内的排量。该气动泵适用于油田钻采工程中的远程控制装置上作为充压系统 使用及不适宜使用电的场合。
图1为本发明双作用活塞式气动泵的主视图。图2为本发明双作用活塞式气动泵的右视图。图3为本发明双作用活塞式气动泵的气缸和液缸的组合剖视图。图4为本发明双作用活塞式气动泵的气缸顶盖的主视图。图5为本发明双作用活塞式气动泵的气缸顶盖的侧视图。图6为本发明双作用活塞式气动泵的换向装置的剖视图。图7. 1-7. 4为本发明双作用活塞式气动泵的工作原理图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步说明。本发明公开了一种以低压气源为能源的双作用活塞式气动泵，如图1和图2所示， 该双作用活塞式气动泵主要由气缸总成10、换向装置20、下液缸总成30及上液缸总成40 组成。如图3所示，气缸总成10、下液缸总成30及上液缸总成40位于同一轴线上，上液 缸40总成与下液缸30总成对称，构成完全相同。气缸总成10包括气缸15 ；设置在气缸顶部的顶盖11，在该气缸的顶盖11上设置有一个顶盖通气孔B，该顶 盖通气孔B与换向装置20相连通(如图4及图5所示)；设置在气缸底部的底盖18，在该气缸的底盖18上设置有一个底盖通气孔D，该底 盖通气孔D与换向装置20相连通(如图4及图5所示)；嵌套设置在气缸15中的双作用活塞16，该双作用活塞16包含活塞杆162和设置 在活塞杆162中部的活塞161，该活塞161和活塞杆162采用一体化设计，合并为一个零件， 所述活塞杆162的两端分别伸出顶盖11和底盖18，伸入到上液缸41和下液缸31中，分别通过上液缸柱塞45和下液缸柱塞35与上液缸41和下液缸31滑动连接，该活塞161可沿 活塞杆162在气缸15内上下移动；在所述顶盖11及底盖18上，均嵌套设置有换气组件，该换气组件包括设置在顶盖11和底盖18上的换向阀杆铜套19，该换向阀杆铜套19的侧壁上设 置侧壁通气孔I，该换向阀杆铜套19的底部设置底部通气孔J，该侧壁通气孔I和底部通气 孔J都与换向装置20相连通；换向阀杆铜套19采用多孔式设计，以减小换向气缸的背压， 从而加快主气缸的换向速度；设置在所述换向阀杆铜套19内的换向阀杆14，该换向阀杆14呈“丁”字形，具有 头部和尾部，所述的换向阀杆14的头部尺寸契合所述换向阀杆铜套19的尺寸，且头部直径 大于尾 部的直径，换向阀杆14的尾部伸入到气缸15中，当双作用活塞16的活塞161运动 到顶盖11或者底盖18处，与换向阀杆14的尾部碰触，就会推动换向阀杆14向该换向阀杆 14的头部方向运动；设置在所述换向阀杆铜套19内的复位弹簧13，该复位弹簧13位于换向阀杆14头 部的上方；套设在所述换向阀杆铜套19顶部的排气螺母12，该排气螺母12位于复位弹簧13 的上方；如图4所示是本发明双作用活塞式气动泵的气缸顶盖的主视图，在气缸顶盖11的 内侧及气缸底盖18的内侧分别设置一个密封槽G，该密封槽内设置一个“0”型圈，与嵌套设 置在气缸顶盖11和气缸底盖18内的活塞杆密封铜套17的台阶面共同形成对活塞杆162 的平面密封。所述的换向装置20通过四个内六角螺栓连接在气缸总成10的外侧壁。如图6所 示为本发明双作用活塞式气动泵的换向装置的剖视图，该换向装置20包括设置在换向阀 壳体21内的阀芯组件；所述的阀芯组件包括柱塞杆24 ；设置在柱塞杆24两端的柱塞25 ；设置在柱塞杆24的中部侧壁位置上的换向阀座26 ；及，设置在换向阀壳体21内壁一侧的换气板27，该换气板27紧贴换向阀座26，换向 阀座26与换气板27的接触面粗糙度为0. 1 μ m，该换气板27上依次设置有上侧通气孔B'、 中间排气孔C及下侧通气孔D'，所述上侧通气孔B'与气缸顶盖11上的通气孔B连通，形 成气流通路b，下侧通气孔D ‘与气缸底盖18上的通气孔D连通，形成气流通路d，中间排气 孔C与大气相通(如图7. 1-7. 4所示)；当所述的柱塞杆24在换向阀壳体21内上下运动时，可带动换向阀座26沿着换气 板27上下运动，从而使上侧通气孔B'与中间排气孔C连通，或者使下侧通气孔D'与中间 排气孔C连通；所述的换向装置20还包括设置在柱塞25顶端的柱塞方盖22，该柱塞方盖22上设 置有柱塞盖通气孔Γ，该柱塞盖通气孔Γ连接到换向阀杆铜套19上的侧壁通气孔I，形 成通过排气螺母12与大气相通的气流通路i (如图7. 1-7. 4所示)；在所述的换向阀壳体21上还设置有阀芯腔通气孔J'，该阀芯腔通气孔J'连接到换向阀杆铜套19的底部通气孔J，形成气流通路j (如图7. 1-7. 4所示)；所述的换向装置20还包括设置在换向阀壳体21 —侧的圆盖23，该圆盖23上设置 有供低压气体进入换向装置20的进气孔(如图1和图6中的箭头方向所示)。因上液缸总成与下液缸总成的构成相同，下面具体以下液缸总成30为例进行说明。
下液缸总成30包括下液缸31，该下液缸31通过法兰34连接到气缸总成的底盖18 ；设置在下液缸31上的进液单向阀32和出液单向阀33。当双作用活塞16向下运动时，活塞杆162的下端进入下液缸31中，将原先在下液 缸31中的液体排出下液缸31，而活塞杆162的上端原本深入在上液缸41内，由于双作用活 塞16向下运动的缘故，活塞杆162的上端渐渐从上液缸41中抽离，形成真空，使上液缸41 从外界吸入液体。如图7. 1-7. 4所示是本发明提供的双作用活塞式气动泵的工作原理图。如图7. 1 所示，此时，换向装置20内的柱塞杆24向上运动，带动换向阀座26沿着换气板27向上运 动，使换气板27上的上侧通气孔B'与中间排气孔C连通，双作用活塞16在气缸15内向上 运动，活塞161还未碰触换向阀杆14的尾部时，由于复位弹簧13的弹力作用，换向阀杆14 的头部位于换向阀杆铜套19的底部，从而封闭了底部通气孔J，气流通路j被换向阀杆14 头部密封，使得气流通路i与气流通路j处于隔离状态；低压气体(0. 53 1. 2MPa)沿箭头 方向从圆盖23上的进气孔进入换向装置20内部，并充满阀芯腔，该阀芯腔内的低压气体从 下侧通气孔D'进入，沿气流通路d，从底盖通气孔D进入到气缸15中，进入气缸15中的低 压气体推动双作用活塞16向上运动，此时，活塞杆162下端逐渐离开下液缸31，从而使得下 液缸31内形成局部真空，将液体吸入到下液缸31内，同时，随着活塞杆162上端逐渐深入 到上液缸41，将上液缸41内高压液体排出上液缸41。如图7. 2所示，随着双作用活塞16在气缸15内继续向上运动，直到活塞161触碰 到换向阀杆14的尾部时，推动换向阀杆14向上运动，则被换向阀杆14的头部所密封的所 述换向阀杆铜套19的底部通气孔J被打开，从而使得所述气流通路i与气流通路j处于连 通状态，此时，阀芯腔E内的低压气体沿着气流通路j，再通过气流通路i进入换向装置20 的柱塞腔A内，推动柱塞25向下运动(如图7. 3所示)，继而带动换向阀座26沿着换气板 27向下移动，逐渐使得换气板27上的下侧通气孔D'与中间排气孔C连通；此时，如图7.4所示，阀芯腔E内的低压气体从逐渐打开的上侧通气孔B'沿气流 通路b经气缸顶盖11上的通气孔B进入气缸15中，推动双作用活塞16下降，活塞161逐 渐离开顶盖11上的换向阀杆14的尾部，换向阀杆14复位，从而，换向阀杆铜套19的底部 通气孔J重新被密封，使得气流通路i与气流通路j处于隔离状态；双作用活塞16继续下 降，活塞杆162逐渐深入到下液缸31，从而将高压液体排出下液缸31，同时，上液缸41内形 成局部真空，使得液体被吸入到上液缸41内。当活塞161继续向下运动至与底盖18上的换向阀杆14的尾部碰触时，活塞161推 动换向阀杆14向下运动，从而使得气流通路i与气流通路j处于连通状态，则阀芯腔E内 的低压气体沿着气流通路j与气流通路i进入换向装置20的柱塞腔A内，推动柱塞25向 上运动，继而带动换向阀座26沿着换气板27向上移动，逐渐使换气板27上的上侧通气孔B'与中间排气孔C连通；此时，该阀芯腔E内的低压气体从逐渐打开的下侧通气孔D'沿 气流通路d经气缸底盖18上的底盖通气孔D进入气缸15，推动双作用活塞16上升，如此这 般，循环反复，从而实现将气压能转化为液压能的目的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
一种双作用活塞式气动泵，其特征在于，包括设置在同一轴线上的气缸总成(10)、上液缸总成(30)及下液缸总成(40)，该双作用活塞式气动泵还包含设置在气缸总成(10)侧壁上的换向装置(20)；所述的气缸总成(10)包括气缸(15)；设置在气缸顶部的顶盖(11)，在该气缸的顶盖(11)上设置有顶盖通气孔(B)，该顶盖通气孔(B)与换向装置(20)相连通；设置在气缸底部的底盖(18)，在该气缸的底盖(18)上还设置有底盖通气孔(D)，该底盖通气孔(D)与换向装置(20)相连通；嵌套设置在气缸(15)中的双作用活塞(16)；嵌套设置在所述顶盖(11)及底盖(18)内的换气组件，该换气组件包括设置在顶盖(11)和底盖(18)上的换向阀杆铜套(19)，该换向阀杆铜套(19)的侧壁上设置侧壁通气孔(I)，该换向阀杆铜套(19)的底部设置底部通气孔(J)，该侧壁通气孔(I)和底部通气孔(J)都与换向装置(20)相连通；设置在所述换向阀杆铜套(19)内的换向阀杆(14)，该换向阀杆(14)具有头部和尾部，换向阀杆(14)的尾部伸入到气缸中；设置在所述换向阀杆铜套(19)内的复位弹簧(13)，该复位弹簧(13)位于换向阀杆(14)头部的上方；套设在所述换向阀杆铜套(19)顶部的排气螺母(12)，该排气螺母(12)位于复位弹簧(13)的上方；所述换向装置(20)包括设置在换向阀壳体(21)内的阀芯组件，所述的阀芯组件包括柱塞杆(24)；设置在柱塞杆(24)两端的柱塞(25)；设置在柱塞杆(24)的侧壁的换向阀座(26)；及，设置在换向装置(20)一侧的换气板(27)，该换气板(27)紧贴换气阀座(26)，换气板上设置有上侧通气孔(B′)、中间排气孔(C)及下侧通气孔(D′)；所述上侧通气孔(B′)与气缸顶盖(11)侧部的通气孔(B)连通，形成气流通路(b)，下侧通气孔(D′)与气缸底盖(18)的通气孔(D)连通，形成气流通路(d)，中间排气孔(C)与大气相通；设置在柱塞(25)顶端的柱塞方盖(22)，该柱塞方盖(22)上设置有柱塞盖通气孔(I′)，该柱塞盖通气孔(I′)连接到换向阀杆铜套(19)上的侧壁通气孔(I)，形成通过排气螺母(12)与大气相通的气流通路(i)；在所述的换向阀壳体(21)上还设置有阀芯腔通气孔(J′)，该阀芯腔通气孔(J′)连接到换向阀杆铜套(19)的底部通气孔(J)，形成气流通路(j)。
2.如权利要求1所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的上液缸总成(40)与 下液缸总成(30)结构相同。
3.如权利要求2所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的下液缸总成(30)包括下液缸(31)，该下液缸(31)通过法兰(34)与气缸的底盖(18)连接；设置在下液缸(31)上的进液单向阀(32)和出液单向阀(33)。
4.如权利要求1所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的双作用活塞(16)包 含活塞杆(162)和套设在该活塞杆(162)上的活塞(161)。
5.如权利要求4所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的活塞(161)和活塞杆 (162)采用一体化设计，该活塞杆(162)的两端分别伸入到上液缸(41)和下液缸(31)中， 分别通过上液缸柱塞(45)和下液缸柱塞(35)与上液缸(41)和下液缸(31)滑动连接。
6.如权利要求5所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述活塞杆(162)上设置有 密封铜套(17)，该密封铜套(17)与气缸顶盖(11)、底盖(18)采用“O”型圈密封方式连接。
7.如权利要求1所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的换向阀杆(14)呈 “丁”字形，所述的换向阀杆(14)的头部直径大于换向阀杆(14)的尾部的直径。
8.如权利要求7所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的换向阀杆(14)的头 部尺寸契合所述换向阀杆铜套(19)的尺寸。
9.如权利要求1所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述的换向装置(20)还包 括设置在换向阀壳体(21) —侧的圆盖(23)，该圆盖(23)上设置有供低压气体进入换向装 置(20)的进气孔。
10.如权利要求1所述的双作用活塞式气动泵，其特征在于，所述换向阀座(26)与换气 板(27)的相互接触面粗糙度为0. 1 μ m 0. 4 μ m。
全文摘要
本发明涉及一种双作用活塞式气动泵，包括气缸总成、液缸总成与换向装置；所述的气缸总成包括气缸、顶盖、底盖、双作用活塞及换气组件；所述换向装置包括换向阀壳体、柱塞杆、柱塞、换向阀座、换气板及柱塞方盖，该柱塞方盖上的柱塞盖通气孔连接到换向阀杆铜套上的侧壁通气孔，形成气流通路(i)；所述的换向阀壳体上的阀芯腔通气孔连接到换向阀杆铜套的底部通气孔，形成气流通路(j)；通过控制气流通路(i)与气流通路(j)连通或隔离状态之间的转换，实现推动双作用活塞向上或向下运动的气流通路的转向，从而实现从气压能向液压能的转换。本发明提供的双作用活塞式气动泵，结构简单，容积效率高且具有优良的环境适应能力。
文档编号F04B9/125GK101956687SQ20091005509
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者姚胥源, 李麒麟 申请人:上海神开石油化工装备股份有限公司