柱塞计量泵柱塞密封结构及具有其的柱塞计量泵的制作方法

本实用新型涉及一种柱塞计量泵的密封领域，更具体地说，涉及一种柱塞计量泵柱塞密封结构及包括该结构的柱塞计量泵。

背景技术：

柱塞计量泵一种常见的流体输送设备，它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现流体输送。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、流量需要调节的浆料和纯液体输送场合，诸如液压机、工程机械、船舶和化工机械等方面。

间隙密封通常作为超高压往复泵的密封方案，具有工作稳定，使用时间长的优点。但是柱塞以及柱塞衬套通常使用硬度很高并且非常耐磨的材质，加上为了减少泄露量，柱塞和柱塞衬套的配合长度通常很长，制造精度非常高，加工难度大。

针对部分场合需要采用柱塞计量泵输送清洁液体且输送流量较少输送压力比较高，要求泄露量很小或无泄漏。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种柱塞计量泵柱塞密封结构及包括该结构的柱塞计量泵，以解决现有技术中为了减少泄漏量而将柱塞和柱塞衬套的配合长度设置为很长且使得制造精度升高、加工难度增大的问题。

为了实现上述目的，提供一种柱塞计量泵柱塞密封结构，包括：柱塞；衬套，套接在柱塞上，并且衬套为阶梯结构，其中，衬套包括第一衬套段和第二衬套段，第一衬套段的外径小于第二衬套段的外径；第一密封结构，套设在第一衬套段上；回流套管，插入设置在衬套的第二衬套段上并且套接在柱塞上；两个第二密封结构，套接在柱塞上，并且两个第二密封结构在柱塞的轴向方向上分别位于回流套管的两侧。

进一步地，柱塞计量泵柱塞密封结构还包括第三密封结构，第三密封结构设置在衬套上，并且设置在回流套管的远离第一衬套段的一侧。

进一步地，第一密封结构设置在第一衬套段和第二衬套段之间的台阶面处。

进一步地，柱塞计量泵柱塞密封结构还包括与回流套管连通的回流引出口。

进一步地，衬套还包括第三衬套段，第二衬套段位于第一衬套段和第三衬套段之间，第三衬套段的外径大于第二衬套段的外径，第三密封结构设置在第二衬套段和第三衬套段之间的台阶面处。

进一步地，第一密封结构和第三密封结构均为密封圈，第二密封结构为斯特封。

进一步地，回流引出口与原料罐或泵入口连通。

进一步地，回流套管设置在第二衬套段与第三衬套段之间的台阶面处。

进一步地，衬套由硬质耐磨非金属材料制成。

根据本申请的另一方面，提供一种包括上述任一种柱塞计量泵柱塞密封结构的柱塞计量泵。

根据本申请的柱塞计量泵柱塞密封结构适用于稳定的高压差、小流量清洁物料的输送；并且，本申请采用第一密封结构、第二密封结构以及回流结构相结合的方式，可以保证泵的密封可靠，并且物料近似无泄漏或无外漏，运行稳定，使用寿命长。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的柱塞泵柱塞密封结构的截面图；

图2示出了本实用新型的前段衬套在压力侧和柱塞衬套外密封之间产生的压力示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、柱塞；2、衬套；3、第一密封结构；4、泵体；6、回流套管；7、第三密封结构；8、入口单向阀；9、出口单向阀；10、回流引出口；11a、前段斯特封；11b、后段斯特封；21、第一衬套段；22、第二衬套段；23、第三衬套段。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本实用新型的柱塞计量泵柱塞密封结构通过间隙密封配合多段斯特封实现输送小流量高压力清洁物料近似无泄漏密封。其中，间隙密封选用合适的硬质耐磨非金属材料作为柱塞衬套，设置正确的柱塞衬套外密封位置以及柱塞衬套在压力侧和柱塞衬套外密封之间的部分的壁厚，使柱塞衬套在密封压力介质时，有一部分会变形，使柱塞衬套和柱塞之间间歇更小，从而使得泄露量非常小。而传统的间隙密封采用硬度很高的材料相互配合，从而不可能做到零间隙，否则容易卡死。因此，与传统的间隙密封相比，本实用新型的密封结构能够实现无泄漏或无外漏，并且运行稳定，使用寿命长。

本申请中，通过将衬套设置为阶梯状并在阶梯状衬套接合的台阶处设置密封结构来设置正确的柱塞衬套外密封位置，从而，衬套前段外部受压，可产生部分变形。

本申请中，柱塞衬套在压力侧和柱塞衬套外密封之间的部分是指柱塞的前段(即，下文将描述的第一衬套段21)，该部分厚度决定材质、两侧压差、控制的变形量。针对不同输送介质和输送压差来选用衬套材质，此部分厚度需要通过材质和压差下的变形量来进行设置。

并且，间隙密封后端设置两段辅助密封(即，第二密封结构和第三密封结构)和回流结构，衬套前段台阶(即，第一衬套段)设置与泵体的静密封圈，衬套后端辅助密封(即，第二密封结构)和后端密封圈(即，第三密封结构)实现回流的密封并保证无外漏。泵工作时首先由间隙密封保证无泄漏，因为衬套近似零间隙和衬套材质的耐磨，保证间隙密封长期有效，间隙密封有微小泄露时，第一密封结构起密封作用，当第一密封结构泄露后，泄露量通过回流结构引出到入口，第二密封结构的后段斯特封和后端密封圈(即，第三密封结构)保证不外泄露，因为第二密封结构的后段斯特封和后端密封圈承压比较低，使用寿命非常长。

图1示出了本实用新型的柱塞泵柱塞密封结构的截面图。如图1所示，该柱塞泵柱塞密封结构包括设置在泵体4中的柱塞1。该柱塞1能够在泵体4中往复运动。柱塞1上套接有衬套2，该衬套2由非金属材料制成，优选为PEEK材质。衬套2为阶梯结构，该多个阶梯结构的外径并不相同。如图1的示例所示，从衬套2的前端向后端，该衬套2包括依次相连的第一衬套段21和第二衬套段22。并且，第一衬套段21的外径比第二衬套段22的外径小。

第一密封结构3套设在第一衬套段21上，第一密封结构3可以诸如为密封圈。当然，该第一密封结构3也可以为其他任意能够对衬套2进行密封的密封结构。根据本申请一实施例，该第一密封结构3设置在第一衬套段21和第二衬套段22之间，诸如，设置在第一衬套段21和第二衬套段22之间的台阶面处。

由于衬套2的第一衬套段21外径较小，使得衬套2前段较薄处，从而在衬套2的第一衬套段21在压力侧和柱塞衬套外密封之间存在一定压差，柱塞衬套2有一部分会变形，使柱塞衬套2和柱塞1之间间隙更小近似过盈配合，泄露量非常小，如图2所示。

回流套管6插入设置在衬套2的第二衬套段22上并套接在柱塞1上。

第二衬套段22上设置有贯通孔，回流套管6插入该贯通孔中并套接于柱塞1。两个第二密封结构，即，斯特封套接在柱塞1上，并且，两个第二密封结构在柱塞1的轴向方向上分别位于回流套管6的两侧。两个第二密封结构分别为前段斯特封11a和后段斯特封11b。如图1所示，前段斯特封和后段斯特封均套接在柱塞1上，并且在柱塞1的轴向方向上分别紧邻该回流套管6的两侧。该回流套管6与回流引出口10流体连通，回流引出口10与外部接管(未示出)流体连通，外部接管与原料罐或泵入口连接。从而，前段斯特封11a为衬套2和柱塞1所形成间隙密封的补充，后段斯特封11b保持回流套管6不向柱塞轴向泄漏。

根据本申请一优选实施例，衬套2还包括第三衬套段23，该第三衬套段23连接设置在第二衬套段22的后部，即，第二衬套段22位于第一衬套段21和第三衬套段23之间。并且，第三衬套段23的外径大于第二衬套段22的外径。从而，从衬套2的前端到后端，第一衬套段21、第二衬套段22和第三衬套段23的外径依次增加。

如图1所示的优选实施例，回流套管6设置在衬套2的第二衬套段22的远离第一衬套段21的一端部，即，回流套管6设置在第二衬套段22的第二衬套段22和第三衬套段23的邻接处。

此外，该柱塞计量泵柱塞密封结构还可以包括第三密封结构7，该第三密封结构7可以设置在衬套2的后端处，并且设置在回流套管6的远离第一衬套段21的一侧，诸如设置在第二衬套段22和第三衬套段23的邻接处。优选地，第三密封结构7设置在第二衬套段22和第三衬套段23之间的台阶面处，更具体地，该第三密封结构7可以设置在回流套管6后面，从而防止泄漏物料外漏。该第三密封结构7可以为密封圈，当然也可以为其他任意能够对衬套2进行密封的密封结构。

也就是说，衬套2和柱塞1组成间隙密封，后面的前段斯特封11a为间隙密封的补充密封，后段斯特封11b保证泄漏时从回流套管6引出而不外漏。第一密封结构3保持衬套2与泵体4密封，第一密封结构3和第三密封结构7保证回流套管6和回流引出口10的密封。

当柱塞1的前段间隙密封，即第一密封结构3磨损后有微量泄漏时，该微量泄漏物料首先被前段斯特封11a密封节流，如果前段斯特封11a也磨损，那么泄漏物料通过回流套管6及回流引出口10以及外部接管引致原料罐或泵入口，后段斯特封11b和第三密封结构7能够保证泄漏的物料不会外漏。

因此，斯特封为衬套密封的补充密封，当衬套和柱塞空隙密封泄漏有少量泄漏时斯特封还可以起到密封作用防止泄漏，在泄漏时回流套管将泄漏液引会原料罐。

图2示出了本实用新型的前段衬套在压力侧和柱塞衬套外密封之间产生的压力示意图。其中，箭头代表压力，第一衬套段21外侧箭头密集而柱塞1侧箭头稀少表示衬套内外受压情况，外侧在泵头高压介质作用下衬套2发生细微变形，第一衬套段21和柱塞1间隙更小，从而近似过盈配合，并且大小与泵头压力即衬套内外受压变形有关。

如图2所示，第一密封结构3防止流体(液体)沿衬套2外缘向后流入第二衬套段22，密封面A密封第一密封结构3前后分界面，第一衬套段21外侧存在泵头流体(液体)压力，如箭头所示，第二衬套段22不承受泵头流体(液体)压力。

下面以示例的方式具体说明采用上述的柱塞计量泵柱塞密封结构的柱塞计量泵。

在实验室小型加氢装置注水泵中采用上述形式密封的柱塞泵，泵注水量为1kg/h，杨程20MPa。泵的柱塞1采用光洁度较高的套系柱塞，泵的衬套2采用PEEK材质，并控制二者间隙在2丝(即，20微米)左右。当柱塞1向内移动时，工作室内压力降低，出口单向阀9关闭，低于进口压力时，入口单向阀8打开，物料流入；将柱塞1向外推动时，工作室压力升高，入口单向阀8关闭，高于出口压力时，出口单向阀9打开，物料流出。

该计量泵的衬套2的前部厚度较小，使得衬套前段较薄处，在泵前段，衬套2在压力侧和柱塞衬套外密封之间存在一定压差，柱塞衬套2前段有一部分会变形，使柱塞衬套2和柱塞1之间变为近似过盈配合，物料的泄露量非常小。衬套2的第一衬套段21处设置有第一密封结构3实现衬套2和泵体4的密封，当第一密封结构3磨损后，微小泄露首先被前段斯特封11a密封节流，如果前段斯特封11a也磨损，泄露物料通过回流套管6和回流引出口10及外部接管引致原料罐或泵入口，第二密封结构的后段斯特封11b和衬套2第三密封结构7保证泄露物料不会外漏。

此种设计泵不因回流而连续运行6个月基本上无泄漏，当回流引出口10有物料流出时，通过与该回流引出口10连接的外部接管引回至原料罐，并适当调大泵行程连续运行6个月，未有外漏，泵流量稳定，运行状态比较良好。因此，这种柱塞计量泵的密封结构在输送清洁物料需要很小流量，并且高压差近似无泄漏，有较好的使用效果。

因此，根据本申请的柱塞计量泵柱塞密封结构适用于稳定的高压差、小流量清洁物料的输送；并且，本申请采用间隙密封(即，第一密封结构)、辅助密封(即，第二密封结构)以及回流结构相结合的方式，可以保证泵的密封可靠，并且物料近似无泄漏或无外漏，运行稳定，使用寿命长；再者，本申请的柱塞衬套材料不选用高硬高耐磨材料，密封长度也大大缩短，从而，加工难度大大降低，并且通过控制柱塞与衬套之间的间隙，从而可以将泄漏量控制得更小，进而泄露量更小，同时保留了间隙密封的特点，工作稳定，使用时间长。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。