用于处理浆液介质的泵系统的制作方法

背景技术：

本发明涉及一种用于处理浆液介质的泵系统，所述泵系统包括：泵单元、泵驱动单元以及浆液阻尼泵单元，所述泵单元包括至少两个往复式正位移浆液泵，两个泵都布置为交替地经由浆液吸入口吸入浆液介质以及经由浆液排出口排出浆液介质；所述泵驱动单元用于驱动所述泵单元的至少两个往复式正位移泵；所述浆液阻尼泵单元用于抑制被泵送的浆液介质的排出脉动。

在往复式正位移泵中，诸如活塞或柱塞的位移元件在缸壳体中进行往复运动，从而能够使待处理的浆液介质正位移(移动或泵送)。在往复式泵的具体的实施方案中，位移元件的往复运动由将泵驱动单元机构的旋转运动转换成位移元件的往复运动的机构产生。该机构的具体实施方案可以包括曲轴、偏心轴、凸轮轴或凸轮盘机构，例如，如wo2011/126367的图1中所公开的那样。

在往复式泵的另一个实施方案中，位移元件的往复运动是由驱动液压驱动电机的泵驱动单元机构的旋转运动产生的，位移元件的往复运动通过液压管路系统使液压介质移动到往复式正位移泵并使液压介质从往复式正位移泵移动。

例如，与单级离心泵相比，这种往复式正位移泵用于克服相对较高的压力泵送浆液介质。这种往复式正位移泵的其他特性包括：与离心泵相比，更恒定和准确的流量输出，而流量相对较低。当单个泵无法满足典型应用的流量需求时，可以以一定方式并联布置多个正位移泵，以使它们的吸入口和/或排出口连接并组合到单个吸入和/或排出管线。这意味着各个泵的总流量能够满足应用的总流量需求。各个位移泵与相互连接的吸入和排出管线的组合形成了所谓的泵系统。

由于出口流量在一个位移泵从其排出冲程切换为它的吸入冲程，而另一个位移泵从其吸入冲程切换为它的排出冲程时(反之亦然)小幅下降，各个正位移泵的各自的泵循环泵送的浆液的出口流量在排出口处呈现脉动。利用所谓的浆液阻尼泵单元，在排出口处获得几乎无脉动的流量。

这种浆液阻尼泵单元与排出口连接，并且通过在各个正位移泵的所述切换时刻向出口流量添加额外的一定量的浆液介质，来抑制被泵送的浆液介质的所述排出脉动。

目前已知的泵系统基于氮的膨胀和/或各个正位移泵的单独的液压驱动来实现浆液阻尼泵单元，这样的泵系统的操作和浆液阻尼单元的泵循环的效率较低。这不仅会导致排出口流量产生明显的脉动，而且还会导致泵驱动单元的电机负载不断变化，从而导致功率峰值负载和停电。这些现象将显著降低组件(特别是泵驱动单元)的预期寿命，因此，驱动单元组件的设计需要基于这种波动。具体而言，若干组件的设计和尺寸需要更加复杂，以确保正常工作和寿命。

技术实现要素：

第一方面，公开了用于泵送浆液介质的泵系统的实施方案，所述泵系统包括：

泵单元，其包括至少两个往复式正位移浆液泵，两个泵都布置为交替地经由浆液吸入口吸入浆液介质以及经由浆液排出口排出浆液介质；

泵驱动单元，其用于驱动所述泵单元的至少两个往复式正位移泵；以及

浆液阻尼泵单元，其用于抑制被泵送的浆液介质的排出脉动；

其中，泵驱动单元布置为交替地驱动至少两个往复式正位移泵以及浆液阻尼泵单元。

因此，获得了具有更恒定的电机负载的简化结构，从而限制了功率峰值负载和停电，并限制了停机状态并延长了组件的预期寿命。

如泵系统的另一方面可以进一步保证上述优点，泵驱动单元包括：至少一个主驱动电机以及至少两个液压驱动电机，所述至少两个液压驱动电机的每一个均连接至所述至少一个主驱动电机的输出驱动轴，其中所述至少两个液压驱动电机的每一个布置为分别驱动泵单元和阻尼泵单元。该示例进一步简化了结构，确保了泵驱动单元的恒定电机负载以及恒定的浆液流量和恒定的能源消耗，从而限制了功率峰值负载以及停电和停机状态。

本发明的另一方面，阻尼泵单元包括往复式正位移阻尼泵，用于经由与所述浆液排出口相互连接的入口交替地吸入浆液介质。具体而言，所述往复式正位移阻尼泵包括：液压阻尼活塞/缸以及浆液阻尼活塞/缸，液压阻尼活塞/缸的活塞与浆液阻尼活塞/缸的活塞相互连接，并且所述液压阻尼活塞/缸由所述泵驱动单元的所述至少一个液压驱动电机驱动。

更具体地，往复式正位移阻尼泵包括：另一个液压阻尼活塞/缸以及液压阻尼管线，所述另一个液压阻尼活塞/缸由所述泵驱动单元的所述至少一个液压驱动电机驱动；所述液压阻尼管线将液压阻尼活塞/缸的活塞相对侧(实际上在杆侧)的两个缸相互连接。

因此，使用用于整个泵系统的一个主动力驱动单元可以更有效地抑制待处理的浆液介质的出口流量的脉动。

在又一个示例中，每一个往复式正位移浆液泵包括液压活塞/缸以及浆液活塞/缸，液压活塞/缸的活塞与浆液活塞/缸的活塞相互连接，并且液压活塞/缸由所述泵驱动单元的所述至少一个液压驱动电机驱动。

更具体地，液压管线将至少两个往复式正位移浆液泵的液压活塞/缸的活塞相对侧(实际上在杆侧)的缸相互连接。

这确保了各个正位移泵的各个泵周期的正确时刻，使得在排出口中几乎没有流量脉动。

在另一个示例中，存在用于从/向液压管线释放/添加液压介质的液压释放/再填充装置。其可以校正活塞在其各自的缸中的端部位置(该位置可能由于液压介质的泄漏而不再准确)，并且因此可以保持各个正位移泵的各个泵周期的正确时刻。

附图说明

所附附图有助于理解各个实施方案：

图1为根据本发明的泵系统的实施方案的示意图；

图2为根据本发明的泵系统的实施方案的泵特性；

图3为图1的实施方案的细节图。

附图标记列表

100多级泵系统

101泵单元

101a/101b第一/第二正位移泵

103浆液排出单元

104泵驱动单元

105浆液阻尼泵单元

104a/104b第一/第二泵驱动级

107a/107b第一/第二正位移泵的液压活塞缸泵的第一/第二液压供应管线

108a/108b阻尼单元的浆液/液压活塞缸泵的液压供应管线

110/210第一/第二正位移泵的浆液排出活塞缸

111/211缸壳体

112/212第一缸腔室

113/213第二缸腔室

114/214活塞

115/225连接轴

116液压活塞缸120/220之间的互连液压管线

130切换出口

131浆液出口

132单向阀

133主浆液出口管路

134阻尼浆液管路

120/220第一/第二正位移泵的液压活塞缸

121/221缸壳体

122/222第一缸腔室

123/223第二缸腔室

124/224活塞

141/241第一/第二级电机驱动器

142a/242a泵侧电机驱动轴

142b/242b阻尼侧电机驱动轴

143/243浆液泵侧的第一/第二液压电机

144/244阻尼泵侧的液压电机

150/250阻尼泵单元的液压/浆液活塞缸

151/251缸壳体

152/252第一缸腔室

153/253第二缸腔室

154/254活塞

155连接轴

156液压活塞缸150/350之间的互连液压管线

350液压返回活塞缸

351缸壳体

352第一缸腔室

353第二缸腔室

354活塞

500液压释放/再填充装置

501液压排出管线

502液压填充管线

504填充阀

504a阀体

504b阀弹簧

505出口阀

505a阀体

505b阀弹簧

506a液压管线

506b液压管线

506c液压管线

具体实施方式

图1公开了用于处理浆液介质的泵系统的非限制性实施方案。液压泵系统由附图标记100表示，并且包括泵单元101、浆液吸入/排出单元103、泵驱动单元104和浆液阻尼泵单元105。泵单元101具有这样的构造：包括至少两个(第一和第二)往复式正位移泵101a和101b，它们包含在泵壳体(未示出)中并且连接至浆液吸入/排出单元103。

第一往复式正位移泵101a和第二往复式正位移泵101b均包括泵结构或浆液吸入/排出活塞缸110(210)，在浆液吸入/排出活塞缸110(210)中，活塞形状的位移元件114(214)可移动地容纳在缸壳体111(21)中。位移元件或活塞114(214)经由活塞杆115(215)连接，该活塞杆115(215)利用构造为液压活塞缸120(220)的泵驱动机构以往复的方式移动。

第一/第二往复式正位移泵101a(101b)的每个液压活塞缸120(220)都包括缸壳体121(221)，位移元件或活塞124(224)可移动地容纳在缸壳体121(221)中。每个液压活塞缸120(220)的活塞124(224)与所述先前提到的活塞杆115(215)和第一/第二往复式正位移泵101a(101b)的浆液吸入/排出活塞缸110(210)的活塞114(214)连接。

与诸如离心泵的其他类型的泵相比，这种往复式正位移泵101a(101b)能够克服相对较高的压力泵送或处理浆液介质。具体而言，正位移泵(如图1中的附图标记101a和101b所示)能够在较高的压力水平下运行，并产生要移动的浆液介质的精确流量输出，尽管流量相对较低。为了增加要移动的浆液介质的流量，如图1所示，以并联方式使用多个往复式正位移泵(在图1中示出了两个这样的泵101a、101b)，并且它们的组合泵特性用于获得所需和必要的增加的浆液介质的排出流量。

由泵驱动单元104、第一液压活塞缸120和第二液压活塞缸220组成的泵驱动机构以这样的方式被驱动：位移元件114(214)以往复但“不同步(out-of-phase)”的方式移动。这意味着一个正位移泵执行其排出行程，而另一个正位移泵执行其吸入行程。两个正位移泵的交替的吸入和排出行程使得各个泵的组合的排出流量的和能够满足实施所述泵系统的工业应用的总流量需求。

第一(第二)浆液排出活塞缸110(210)的位移元件或活塞114(214)将缸体壳体111(211)划分为第一缸腔室112(212)和第二缸腔室113(213)。第一缸腔室112(212)用于经由切换出口130从浆液吸入/排出单元103的浆液入口往复地流入(或吸入)和排出浆液介质，该切换出口130经由浆液出口131连接至主浆液出口管路133。为了避免已经排入主浆液出口管路133的浆液介质由于主浆液出口管路133中的静态压力而倒流或重新进入浆液吸入/排出单元103，浆液出口131中容纳有单向阀132。

类似地，第一(第二)液压活塞缸120(220)的位移元件或活塞124(224)将各自的缸壳体121(221)划分为第一缸腔室122(222)和第二缸腔室123(223)。如图1所清楚地示出的，两个第一液压活塞缸120和第二液压活塞缸220的在活塞124和224的相对侧的两个第一缸腔室122和222经由液压管线116相互连接。两个第一(第二)液压活塞缸120(220)的每个第二缸腔室123(223)通过第一(第二)液压供应管线107a(107b)连接至泵驱动单元104。

第一(第二)往复式正位移浆液泵101a(101b)的第一缸腔室122(222)和第二缸腔室123(223)均填充有诸如油的液压介质，液压介质通过多级泵系统的液压管路泵送。

在第一往复式正位移浆液泵101a的排出行程期间，泵驱动单元104将受压的液压介质经由第一液压供应管线107a泵送至第一液压活塞缸120的第二缸腔室123中，从而使缸壳体121中的活塞124移动。由于两个活塞124和114通过活塞杆115相互连接，因此浆液活塞缸110的活塞114将在缸壳体111中移动，并使积聚在浆液活塞缸110的第一缸腔室112中的浆液介质经由切换出口130和浆液出口101，通过当前打开的单向阀132，向主浆液出口管路134排出。

存在于第一液压活塞缸120的第一缸腔室122中的液压介质将经由液压互连管线116向第二往复式正位移浆液泵101b的液压活塞缸220的第一腔室222移动，沿相反的方向推动活塞224和浆液活塞缸210的活塞214，从而执行吸入行程，以将浆液介质经由浆液吸入/排出单元103的浆液入口(未示出)吸入至第二往复式正位移浆液泵101b的浆液活塞缸210的第一缸腔室212中。积聚在第二液压活塞缸220的第二缸腔室223中的液压介质将经由第二液压供应管线107b返回至泵驱动单元104的液压介质管路。

一旦完成了第一往复式正位移浆液泵101a的排出行程，意味着第一浆液活塞缸110的活塞114已经将容纳在第一缸腔室112中的浆液全部排入主浆液出口管路133，则将切换出口130切换至第二往复式正位移浆液泵101b的第二浆液活塞缸210的第一缸腔室212，当前第一缸腔室212填充有浆液介质，所述浆液介质在它的吸入行程期间经由浆液吸入/排出单元103的浆液入口被吸入。

随后，通过泵驱动单元104，受压的液压介质经由第二液压供应管线107b向第二往复式正位移浆液泵101b的第二液压活塞缸220的第二缸腔室223泵送，以执行它的排出行程，从而将第一缸腔室212中的浆液经由切换出口130排入主浆液出口管路133。类似地，第二液压活塞缸220的第一缸腔室222将其中包含的液压介质经由互连的液压管线116全部排入第一往复式正位移浆液泵101a的第一液压活塞缸120的第一缸腔室122，从而执行后者泵101a的吸入行程。

附图标记105表示浆液阻尼泵单元，其包括往复式正位移阻尼泵150(250)，其展现出与往复式正位移浆液泵101a和101b或多或少相似的构造。阻尼泵单元105包括液压阻尼活塞缸150以及浆液阻尼活塞缸250，两个活塞缸150(250)的活塞154(254)经由活塞杆155相互连接。两个活塞154(254)分别将它们各自的缸壳体151(251)划分为第一缸腔室152(252)和第二缸腔室153(253)。浆液阻尼活塞缸250的第一缸腔室252经由阻尼浆液管路134与主浆液出口管路133连接。

阻尼泵单元105还包括另一个液压阻尼活塞缸350，其包括缸壳体351，缸壳体351通过活塞354划分为第一缸腔室252和第二缸腔室353，活塞354可移动地容纳在缸壳体351中。另一个液压阻尼活塞缸350的第一缸腔室352通过液压互连管线156与液压阻尼活塞缸150的第一缸腔室152连接。液压阻尼活塞缸150和另一个液压阻尼活塞缸350的第二缸腔室153(353)均利用合适的液压供应管线108a(108b)与泵驱动单元104连接。

阻尼泵单元105用于抑制由于浆液出口的流量脉动而在主浆液出口133中发生的任何流量脉动，所述浆液出口流中的脉动是由于各个往复式正位移浆液泵101a和101b的各自的泵周期而产生的。这种脉动是由于一个位移泵101a从其吸入行程切换为其排出行程(反之亦然)时出口流量的下降而产生的。

为此，浆液阻尼泵单元105的活塞254在缸壳体151中移动以执行吸入行程，其中已经包含在主浆液出口管路133和阻尼浆液管路134中的浆液介质被吸入第一缸腔室252。

根据本发明，泵驱动单元104布置为驱动往复式正位移浆液泵101a和101b以及阻尼泵单元105。

在该示例中，泵驱动单元104配置为包括两个主驱动电机141(241)的多泵驱动单元，每个主驱动电机141(241)驱动泵侧电机驱动轴142a(242a)以及阻尼侧电机驱动轴142b(242b)。每个电机驱动输出轴142a(142b)驱动一个以上液压泵143-144(243-244)，连接至泵侧电机驱动轴142a(242a)的液压泵143(243)用于通过第一(第二)液压供应管线107a(107b)，使受压的液压介质从第一(第二)往复式正位移浆液泵101a(101b)的液压活塞缸120(220)的第二液压缸腔室123(223)泵出，或使受压的液压介质向第一(第二)往复式正位移浆液泵101a(101b)的液压活塞缸120(220)的第二液压缸腔室123(223)泵送。

同样地，连接至阻尼侧电机驱动输出轴142b(242b)的液压电机144(244)用于经由液压供应管线108(108b)，使受压的液压介质向阻尼泵单元105的液压活塞缸150和另一个液压活塞缸350的第二缸腔室153和353泵送，或使受压的液压介质从阻尼泵单元105的液压活塞缸150和另一个液压活塞缸350的第二缸腔室153和353泵出。与关于液压互连管线116的概述中类似的方式，在阻尼泵单元105中，两个液压活塞缸150(350)的在活塞154(354)的相对侧的两个第一缸腔室152(352)经由液压互连管线156相互连接。

这使得在阻尼泵单元105的活塞254的周期的吸入和排出行程期间，使第一液压活塞缸150的第一缸腔室152中包含的液压介质向另一个液压活塞缸350的第一缸腔室352移动，反之亦然。阻尼泵单元105的吸入行程是这样执行的，通过将受压的液压介质经由液压供应管路108b输送至另一个液压活塞缸350的第二缸腔室353，从而使活塞354在缸壳体351中移动。

第一缸腔室352中包含的液压介质将经由互连液压管线156向液压活塞缸150的第一缸腔室152移动，从而使缸壳体151中的活塞154向左移动(如图1所示)。类似地，利用活塞杆150与活塞154连接的活塞254将沿相同方向(向左)移动，并且阻尼泵单元105的浆液活塞缸250的第一缸腔室252将填充从主浆液出口管路133和阻尼浆液管路134抽出的浆液介质。

在两个往复式正位移浆液泵101a和101b从其各自的排出行程向吸入行程切换的过程中，通过阻尼泵单元105执行排出行程来补偿主浆液出口管路133中出现的出口浆液流量的少量下降，从而排空浆液活塞缸250的第一缸腔室252，结果获得第一缸腔室252中包含的浆液介质经由阻尼浆液管路134向主浆液出口管路133的额外排出。结果，获得主浆液出口管路133中几乎无脉动的浆液流动。

此外，为了确保第一(第二)活塞缸110(210)的位移元件或活塞114(214)开始其排出行程时不会由于需要压缩缸腔室112(212)中的浆液而造成流量损失，在开始第一(第二)活塞缸110(210)的位移元件或活塞114(214)的实际排出行程之前，作为阻尼泵单元105的位移元件或活塞254执行排出行程的后续，执行预压缩行程。这意味着，一旦阻尼泵单元105的位移元件或活塞254执行完其排出行程，并且随后作为后续，第一(第二)活塞缸110(210)的位移元件或活塞114(214)将执行其排出行程时，先将缸腔室113(213)中的压力预压缩到与主浆液出口管路133中的压力相同。该预压缩实现了在主浆液出口管路133中几乎无脉动的流动。

图2示出了如图1所示的多泵系统的泵特性，显示了两个主往复式正位移浆液泵101a(101b)的周期操作，在图2中以注释缸1和缸2对表示这两个主往复式正位移浆液泵101a(101b)。如在图2的泵特性中所观察到的，每个切换时刻，其中第一往复式正位移浆液泵101a(缸1)从排出行程向它的吸入行程切换，并且第二往复式正位移浆液泵101b(图2中的缸2)从其吸入行程向它的排出行程切换，导致主浆液出口管路133中的输出流量下降。在图2中，6至8的时刻左右示出了所述浆液输出流量的下降。在该切换时刻，阻尼泵单元105(在图2中以缸3表示)将执行其排出行程，将第一缸腔室252中包含的较少量的浆液介质经由阻尼浆液管路134向主浆液出口管路133排出。由阻尼泵单元105向主浆液出口管路133额外排出的浆液介质显著抑制了由两个主往复式正位移浆液泵101a和101b的周期切换时刻引起的脉动。

泵驱动单元104驱动多级泵单元101的两个主往复式正位移浆液泵101a和101b以及阻尼泵单元105，由于可以省去阻尼泵单元105的附加驱动单元，从而可以简化结构。此外，能够以更恒定的电机负载来驱动泵驱动单元104(具体为第一级电机驱动器141和第二级电机驱动器241)，这将限制功率峰值负载和停电。由于能够以更恒定的电机负载来驱动电机驱动器141(241)，可以显著减少停机状态，并且可以延长泵驱动单元104的组件的预期寿命。

由于液压活塞有少量的油泄漏，可能在第一次校正活塞114-124和214-224的位置之后的一段时间后，这些位置不再准确。具体而言，在第一正位移泵101a的排出行程(相当于第二正位移泵101b的吸入行程)期间，引入第一正位移泵101a的液压活塞缸的第二缸腔室123中的液压介质(油)可能会通过活塞124泄漏至杆侧的第一缸腔室121。

结果将是在活塞124到达其端部位置之前，第二正位移泵101b的液压活塞缸的活塞224将到达其端部位置。为了防止这种情况发生，要从杆侧(实际上是从第一正位移泵101a的液压活塞缸的第一缸腔室122)释放液压介质。为此，实施液压释放/再填充装置500，如图3所示。

液压释放/再填充装置500包括关闭的出口阀505，如图2所示。在启动时，弹簧偏置阀体505a克服弹簧505b的偏置力而移动，从而使液压管线506a-506b与液压排出管线501相互连接，使得第一正位移泵101a的液压活塞缸的第一缸腔室122中收集的多余的液压介质(油)向油盘(未示出)释放。

在另一种情况下，在第一正位移泵101a的排出行程(相当于第二正位移泵101b的吸入行程)期间，可能会发生液压介质(油)从第二正位移泵101b的液压活塞缸的第一缸腔室222向第二缸腔室223泄漏。在该情况下，在活塞224到达其端部位置之前，活塞124将到达其端部位置。为了防止这种情况发生，要向第二正位移泵101b的液压活塞缸的第一缸腔室222添加液压介质(油)，使得活塞224到达其在缸壳体221中的端部位置。

为此，通过使阀体504a克服弹簧504b的偏置力移动，填充阀504将启动，使得来自油盘(未示出)的一定量的液压介质(油)经由液压管线502、经由相互连接的液压管线506c和液压管线506a引入第二正位移泵101b的液压活塞缸的第一缸腔室222。

当第二正位移泵101b执行其排出行程时，将应用类似的操作情形。