小流量CO₂柱塞泵的制作方法

专利名称：小流量CO₂柱塞泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种(X)2泵，尤其是涉及一种小流量(X)2柱塞泵，属于特殊气体输送领域。
背景技术：
超临界CO2技术已经越来越广泛地应用于生物医学，工业生产，高分子材料等领域，特别是高分子材料发泡采用超临界CO2作为发泡剂可代替目前使用的含氟发泡剂、丁烷、二甲醚等易燃易爆气体发泡剂。含氟发泡剂要对大气臭氧层造成破坏，目前正逐步限制其使用；丁烷，二甲醚等易燃易爆气体发泡剂对生产过程中带来了极大地安全隐患，工厂被烧被炸时有发生，且作为发泡剂停留在高分子材料中使发泡材料不具备阻燃性。CO2的临界温度较低(TC=31. 1°C)如果高于这个温度，则容器内压力再高也不存在液态CO2，液态CO2在容器内存在是温度跟压力的关系，温度越高(<TC)则压力越高，温度越低则压力越低，但压力过低则(X)2液体温度越低，变成干冰将使(X)2储槽报废。供应商提供给用户的液态CO2温度为-20°c左右，储存在带有隔热功能的储槽内，其饱和气压约为 1. 9MPA。当外界温度对储槽内的(X)2液体热渗透时则渗透进去的热将(X)2温度变高而气化， 气化的同时则储槽内压力升高，升高后的压力通过安装在储槽上的安全阀将升高后的压力排出。在排气过程中CO2液体又冷却，如此储槽内的CO2又回到正常状态(_20°C。1.9MPA 左右)。目前使用的小流量(X)2泵常为柱塞泵，有一级泵与二级泵。一级柱塞泵主要有往复运动机构，柱塞，柱塞缸，填料箱，进口单向阀，出口单向阀等组成。往复机构带动柱塞作往复动作使两单向阀作打开与闭合动作，从而将(X)2吸入到柱塞缸内而压出。当柱塞往后退时柱塞与柱塞缸形成负压，单向出口阀由于压差而关闭单向进口阀由于液态(X)2本身的压力与柱塞缸内的负压而迅速打开。在刚打开的过程中CO2是以气化的方式进入柱塞缸内的， 此时(X)2是吸热反应，而当(X)2充满柱塞缸时(X)2在压力的作用下气化的(X)2变成了液体，此时是放热反应，吸热放热其实是平衡的。但是由于外界温度的渗透，以及柱塞与填料的摩擦使柱塞与柱塞缸的温度升高，使进口单向阀进入的(X)2加剧气化，当(X)2充满柱塞缸时由于柱塞和柱塞缸的温度对(X)2的加热贮槽内的(X)2压力是不变的，所以(X)2失去了临界状态， 充满了柱塞缸后是气液混合的CO2,当温度进一步升高时充满柱塞的将都是气体，再严重时至气体压力大于储槽内的压力时则进口单向阀打不开而不能工作。目前使用的小流量(X)2 —级柱塞泵采用了对泵体的保温措施，并且在填料箱上设置了泄漏措施，让泄漏的(X)2气化而对柱塞和柱塞缸进行吸热而冷却。二级泵是在一级的基础上，首先由一级泵注入到一高压容器内，使其压力达到 7MPA左右并控制温度，再将高压的(X)2由二级泵注入到设备中。采用此类结构的CO2泵，在 CO2汽化散热过程中的泄漏量很难控制故可靠性不好
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种散热效果好且无需通过泄露(X)2进行汽化吸热的小流量ω2柱塞泵。本发明的目的是这样实现的一种小流量(X)2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵壳和泵芯，所述泵壳上安装有一进液接头，所述泵芯插至于泵壳的中心通孔内，且泵芯两端与泵壳两端紧密接触，所述泵芯的外壁与泵壳的内壁之间形成一空腔，且该空腔与进液接头的进液孔相连通，所述泵芯沿其长度方向设置有进液阀杆孔和柱塞孔，所述泵芯上靠近左端开有一通孔，该通孔将空腔、进液阀杆孔和柱塞孔相互连通，所述泵芯上靠近右端开有进液孔，所述进液孔贯穿进液阀杆孔，且所述进液孔的一端与空腔相连通，另一端与柱塞孔相连通，所述进液阀杆孔和柱塞孔的右端分别设置有堵头和出口单向阀，所述进液阀杆孔和柱塞孔内分别插置有进液阀杆和柱塞，所述进液阀杆位于泵芯内的部分上套有进液阀套和进液阀杆导向套，所述进液阀套与进液孔相对应位置处开有阀套孔，所述进液阀杆上开有一与进液孔和阀套孔相匹配的进液阀杆通孔，所述柱塞上套装有一柱塞冷却套，所述柱塞冷却套上开有多个冷却孔，所述柱塞上套装有柱塞外密封件和柱塞内密封件，且柱塞外密封件和柱塞内密封件分别位于柱塞冷却套左右两侧。本发明小流量(X)2柱塞泵，所述进液阀套和进液阀杆导向套为一整体结构。本发明小流量(X)2柱塞泵，所述柱塞上还套装有一柱塞套，所述柱塞套位于柱塞内密封件右侧。本发明小流量(X)2柱塞泵，所述进液接头垂直向上设置。本发明小流量(X)2柱塞泵，所述小流量(X)2柱塞泵还包含有机械传动机构，所述机构包含有一传动箱体，有一传动轴穿接于传动箱体上，且该传动轴与安装于传动箱体内的进液阀控制凸轮和柱塞往复凸轮通过平键相连，所述进液阀控制凸轮和柱塞往复凸轮分别与进液阀导向杆和柱塞往复导向杆相连，所述进液阀导向杆和柱塞往复导向杆分别通过接头与进液阀杆和柱塞相连。与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明通过通孔和冷却孔的设计，在整个工作过程中泵壳内充满了 CO2液体，使泵芯等零件处于(X)2液体的包围中，利用(X)2液体将其冷却，有效减小了外界的热渗透及其摩擦热； 同时将进液接头置于泵体的上方，且使其垂直向上，当柱塞套内有气化的(X)2气体时，利用进液阀先打开及气体比液体轻的原理，使气化的(X)2从进液阀回到泵壳内，继而回到(X)2储槽中。利用双凸轮装置控制进液阀杆及柱塞杆。当柱塞杆压缩到底后还未后退时，进液阀杆首先将进液阀打开，将原来的单向阀由被动打开变为主动打开。


图1为本发明小流量(X)2柱塞泵的应用状态示意图。图2为本发明小流量(X)2柱塞泵的结构示意图。图3为本发明小流量(X)2柱塞泵图2的A-A剖视图。图4为本发明小流量(X)2柱塞泵一工作状态示意图(进液阀杆处于关闭状态、柱塞杆处于压缩完成状态)。图5为本发明小流量(X)2柱塞泵一工作状态示意图(进液阀杆处于打开状态、柱塞杆处于压缩完成状态)。
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图6为本发明小流量(X)2柱塞泵一工作状态示意图(进液阀杆处于打开状态、柱塞杆处于后退完成状态)。图7为本发明小流量CO2柱塞泵一工作状态示意图(进液阀杆处于关闭状态、柱塞杆处于后退完成状态)。其中
传动轴1、传动箱体2、进液阀控制凸轮3、柱塞往复凸轮4、支架5、进液阀导向杆6、柱塞往复导向杆7、接头8、柱塞9、调整螺丝一 10、柱塞外密封件11、柱塞冷却套12、柱塞内密封件13、柱塞套14、出口单向阀15、堵头16、进液接头17、进液阀套18、进液阀杆导向套19、 泵壳20、泵芯21、调整螺丝二 22、进液阀杆23 ； 冷却孔12. 1 ； 阀套孔18. 1，
空腔21. 1、进液阀杆孔21. 2、柱塞孔21. 3、通孔21. 4、进液孔21. 5、 进液阀杆通孔23. 1。
具体实施例方式附图中，图2和图3中的阴影线表示液态CO2,图Γ7表示一个完整的往复状态，当柱塞泵完成一个循环达到图7所示状态后，重新循环至图4所示状态，开始下一轮循环。参见图广3，本发明涉及的一种小流量CO2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵壳20和泵芯21，所述泵壳20上安装有一进液接头17，所述进液接头17垂直向上设置，所述泵芯21插至于泵壳20的中心通孔内，且泵芯21两端与泵壳20两端紧密接触，所述泵芯21的外壁与泵壳20的内壁之间形成一空腔21. 1，且该空腔21. 1与进液接头17的进液孔相连通，所述泵芯21沿其长度方向设置有进液阀杆孔21. 2和柱塞孔21. 3，所述泵芯21上靠近左端开有一通孔21. 4，该通孔21. 4将空腔21. 1、进液阀杆孔21. 2和柱塞孔21. 3相互连通，所述泵芯21上靠近右端开有进液孔21. 5，所述进液孔21. 5贯穿进液阀杆孔21. 2，且所述进液孔 21. 5的一端与空腔21. 1相连通，另一端与柱塞孔21. 3相连通，所述进液阀杆孔21. 2和柱塞孔21. 3的右端分别设置有堵头16和出口单向阀15，所述进液阀杆孔21. 2和柱塞孔21. 3 内分别插置有进液阀杆23和柱塞9，所述进液阀杆23位于泵芯21内的部分上套有进液阀套18和进液阀杆导向套19，且进液阀杆导向套19位于进液阀套18的左侧，所述进液阀套 18与进液孔21. 5相对应位置处开有阀套孔18. 1，所述进液阀杆23上开有一与进液孔21. 5 和阀套孔18. 1相匹配的进液阀杆通孔23. 1，(进液阀杆23移动至某一位置时，进液阀杆通孔23. 1、进液孔21. 5与阀套孔18. 1相互连通)，所述进液阀套18和进液阀杆导向套19可采用一整体结构替代，所述柱塞9上套装有一柱塞冷却套12，所述柱塞冷却套12上开有多个冷却孔12. 1，所述柱塞9上套装有柱塞外密封件11、柱塞内密封件13和柱塞套14，且柱塞外密封件11和柱塞内密封件13分别位于柱塞冷却套12左右两侧，所述柱塞套14位于柱塞内密封件13右侧。参见图1，使用时，将进液接头17与液态CO2源相连，液态CO2进入空腔21. 1内， 将本发明小流量(X)2柱塞泵与一机械传动机构相连，该机械传动机构采用凸轮进行传动，其结构包含有一传动箱体2，有一传动轴1穿接于传动箱体2上，所述传动轴1与电机等动力源相连，且该传动轴1与安装于传动箱体2内的进液阀控制凸轮3和柱塞往复凸轮4通过平键相连，所述进液阀控制凸轮3和柱塞往复凸轮4分别与进液阀导向杆6和柱塞往复导向杆7相连，所述进液阀导向杆6和柱塞往复导向杆7分别通过接头8与进液阀杆23和柱塞9相连，所述进液阀杆23和柱塞9位于泵芯21外部分上分别套装有调整螺丝二 22和调整螺丝一 10，上述机械传动机构与本发明柱塞泵均设置于支架5上。在实际使用中，可利用其他传动机构来替代上述机械传动机构，甚至可采用PLC加电机的方式来实现，仅需使得本发明柱塞泵能够实现下述工作原理。下面结构图Γ7对本发明柱塞泵的工作原理进行说明
本发明柱塞泵的工作过程为一循环过程，其每一单次循环可分为四个步骤，分别如
下
步骤一参见图4，此时进液阀杆23和柱塞9均处于最右端，此时进液阀杆23上的进液阀杆通孔23. 1与进液孔21. 5和阀套孔18. 1不连通，处于关闭状态，而柱塞9也处于压缩完成状态；
步骤二 参见图5，利用图1中所示传动机构或其他任意形式的传动机构，带动进液阀杆23向左移动至进液阀杆23上的进液阀杆通孔23. 1与进液孔21. 5和阀套孔18. 1相连通，并且保持柱塞9不动；
步骤三，参见图6，进液阀杆23保持不动，利用图1中所示传动机构或其他任意形式的传动机构，带动柱塞9向左移动，使得液态CO2通过进液阀杆通孔23. 1与进液孔21. 5和阀套孔18. 1形成的通道进入柱塞孔21. 3内；
步骤四，参见图7，柱塞9保持不动，利用图1中所示传动机构或其他任意形式的传动机构，带动进液阀杆23向右移动一直到底，此时进液阀杆23上的进液阀杆通孔23. 1与进液孔21. 5和阀套孔18. 1处于不相连通状态；
随后由步骤四转至步骤一的起始状态，在步骤四进入步骤一的过程中，进液阀杆23保持不动，柱塞9需要向右移动，从而使得液态CO2通过出口单向阀15排出。在步骤一至步骤四的循环过程中，始终有液态CO2通过通孔21. 4和冷却孔12. 1与柱塞9相接触，对柱塞9进行散热，并且CO2在吸热过程中由于汽化产生的气态CO2能够及时通过进液接头17排入液态CO2源的容器内。
权利要求
1.一种小流量ω2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵壳(20 )和泵芯(21)，所述泵壳(20 )上安装有一进液接头(17)，所述泵芯(21)插至于泵壳(20)的中心通孔内，且泵芯(21)两端与泵壳(20)两端紧密接触，其特征在于所述泵芯(21)的外壁与泵壳(20)的内壁之间形成一空腔(21. 1)，且该空腔(21. 1)与进液接头(17)的进液孔相连通，所述泵芯(21)沿其长度方向设置有进液阀杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)，所述泵芯(21)上靠近左端开有一通孔 (21. 4)，该通孔(21. 4)将空腔(21. 1)、进液阀杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)相互连通，所述泵芯(21)上靠近右端开有进液孔(21. 5)，所述进液孔(21. 5)贯穿进液阀杆孔(21. 2)，且所述进液孔(21. 5)的一端与空腔(21. 1)相连通，另一端与柱塞孔(21. 3)相连通，所述进液阀杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)的右端分别设置有堵头(16)和出口单向阀(15)，所述进液阀杆孔(21. 2)和柱塞孔(21. 3)内分别插置有进液阀杆(23)和柱塞(9)，所述进液阀杆(23) 位于泵芯(21)内的部分上套有进液阀套(18)和进液阀杆导向套(19)，所述进液阀套(18) 与进液孔(21. 5)相对应位置处开有阀套孔(18. 1)，所述进液阀杆(23)上开有一与进液孔 (21. 5)和阀套孔(18. 1)相匹配的进液阀杆通孔(23. 1)，所述柱塞(9)上套装有一柱塞冷却套(12)，所述柱塞冷却套(12)上开有多个冷却孔(12. 1 )，所述柱塞(9)上套装有柱塞外密封件(11)和柱塞内密封件(13)，且柱塞外密封件(11)和柱塞内密封件(13)分别位于柱塞冷却套(12)左右两侧。
2.如权利要求1所述一种小流量(X)2柱塞泵，其特征在于所述进液阀套(18)和进液阀杆导向套(19)为一整体结构。
3.如权利要求1或2所述一种小流量CO2柱塞泵，其特征在于所述柱塞(9)上还套装有一柱塞套(14)，所述柱塞套(14)位于柱塞内密封件(13)右侧。
4.如权利要求1或2所述一种小流量(X)2柱塞泵，其特征在于所述进液接头(17)垂直向上设置。
5.如权利要求3所述一种小流量CO2柱塞泵，其特征在于所述进液接头(17)垂直向上设置。
6.如权利要求1或2所述一种小流量(X)2柱塞泵，其特征在于所述小流量(X)2柱塞泵还包含有机械传动机构，所述机构包含有一传动箱体(2)，有一传动轴(1)穿接于传动箱体 (2)上，且该传动轴(1)与安装于传动箱体(2)内的进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4) 通过平键相连，所述进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)分别与进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)相连，所述进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)分别通过接头(8)与进液阀杆(23)和柱塞(9)相连。
7.如权利要求3所述一种小流量CO2柱塞泵，其特征在于所述小流量CO2柱塞泵还包含有机械传动机构，所述机构包含有一传动箱体(2)，有一传动轴(1)穿接于传动箱体(2) 上，且该传动轴(1)与安装于传动箱体(2)内的进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)通过平键相连，所述进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)分别与进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)相连，所述进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)分别通过接头(8)与进液阀杆(23)和柱塞(9)相连。
8.如权利要求4所述一种小流量CO2柱塞泵，其特征在于所述小流量CO2柱塞泵还包含有机械传动机构，所述机构包含有一传动箱体(2)，有一传动轴(1)穿接于传动箱体(2) 上，且该传动轴(1)与安装于传动箱体(2)内的进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)通过平键相连，所述进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)分别与进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)相连，所述进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)分别通过接头(8)与进液阀杆(23)和柱塞(9)相连。
9.如权利要求5所述一种小流量CO2柱塞泵，其特征在于所述小流量CO2柱塞泵还包含有机械传动机构，所述机构包含有一传动箱体(2)，有一传动轴(1)穿接于传动箱体(2) 上，且该传动轴(1)与安装于传动箱体(2)内的进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)通过平键相连，所述进液阀控制凸轮(3)和柱塞往复凸轮(4)分别与进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)相连，所述进液阀导向杆(6)和柱塞往复导向杆(7)分别通过接头(8)与进液阀杆(23)和柱塞(9)相连。
全文摘要
本发明涉及一种小流量CO2柱塞泵，所述柱塞泵包含有泵壳(20)和泵芯(21)，所述泵芯(21)插至于泵壳(20)的中心通孔内，所述泵芯(21)的外壁与泵壳(20)的内壁之间形成一空腔(21.1)，所述泵芯(21)沿其长度方向设置有进液阀杆孔(21.2)和柱塞孔(21.3)，所述泵芯(21)上靠近左端开有一通孔(21.4)，该通孔(21.4)将空腔(21.1)、进液阀杆孔(21.2)和柱塞孔(21.3)相互连通，所述进液阀杆孔(21.2)和柱塞孔(21.3)内分别插置有进液阀杆(23)和柱塞(9)，所述柱塞(9)上套装有一柱塞冷却套(12)，所述柱塞冷却套(12)上开有多个冷却孔(12.1)。本发明小流量CO2柱塞泵，散热效果好且无需通过泄露CO2进行汽化吸热。
文档编号F04B15/08GK102213202SQ20111014985
公开日2011年10月12日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者赵祖良, 赵赶超 申请人:赵祖良