气压流体泵的制作方法

本发明涉及一款新式气压流体泵，可用于工农业生产，也可应用于日常生活中对流体转运有特殊需求的场合，特别适合在中高层住宅小区替代传统水泵对小区进行二次供水、及各楼层间有不同压力需求的消防栓用水，还可应用于化工、印染类企业对酸、碱、盐以及强氧化性高腐蚀性流体的转运。

背景技术：

流体转运在工农业生产，日常生活中有着极其广泛的应用需求，泵正是为流体转运而生，传统泵多是利用动力装置带动叶轮或者叶片在泵体中相对运动吸入和排出流体，传统泵在满足生产常规需求的同时，对某些特殊领域却力不从心，或者勉强能够使用，但是经济性太差。例如以下几个方面：a、流体转运中需保持流体压力稳定，可调压力可调节范围较宽。b、流体转运中压力需求固定，但流量变化很大，存在较大的间隙或峰谷差，即使在间隙供给时也不可中断压力输出，如自来水厂给居民供水，中高层小区物业二次供水，市政工程管网中消防栓用水供给。液压传动系统中液压泵站保压工作时动力持续不断工作，不仅对整个泵站机械寿命产生不利影响，更造成能源浪费，额外制造大量废热。c、待转运流体有强酸、强碱、强氧化性等腐蚀性流体与机械零部件直接接触，导致泵体、叶轮、泵轴以及密封件被腐蚀、破坏而失效或损坏。d、待转运加工流体为民生食品，流体在与泵机械零部件接触中可能带来接触污染，对食品安全造成影响。e、转运流体中含有固体介质，或者是固体液体混合物，比如泥浆、流沙、混凝土等。

为解决克服上述问题，现实生产中涌现了很多特殊泵，如化工行业用量很大的衬胶泵，四氟乙烯塑料泵，不锈钢泵等，泵的结构、工作原理没有改变，叶轮、泵轴、泵壳在高速相对运动中物理、电化学腐蚀依然存在，只是相对减慢，减弱而已。

因此，需要一款新式流体转运泵，不再局限于直接接触转运的思维模式，不需要机械零件相对运动即可实现流体转移。

技术实现要素：

针对现有技术上和现实中存在的问题，本发明的目的是提供一种新式气压流体泵，能够将流体按实际需要的压力、流量进行转运，无负载需求时，泵在提供压力输出的同时不需动力消耗，节省能量，有负载需求时，泵能够高效提供大幅度功率输出，需要更大功率输出时，仅需增加储气仓，增大工作介质返回储气仓、气泵功率以及迴转阀体加快间隙转动频率，泵工作时，使流体产生压力、扬程的工作介质与流体间接接触，这样可确保介质与流体不相互污染，工作介质循环使用时，不会因工作介质受污染对气泵正常工作带来的负面影响。

气压流体泵，包括储气仓、缓冲仓、带工作仓气囊的多个工作仓、带蓄能仓气囊的蓄能仓、阀体腔、迴转阀体、气泵和减速电机，储气仓中贮存有高压工作介质氦，高压工作介质氦在储气仓、缓冲仓、工作仓气囊、蓄能仓气囊、缓冲仓、气泵之间密封循环，待加压流体从阀体腔上端流体入口注入阀体腔内，阀体腔排水口与对应工作仓连通，待加压流体流动进入工作仓，工作仓中流体在其对应工作仓气囊加压膨胀作用下经迴转阀体中空管道流向蓄能仓，蓄能仓中流体在蓄能仓气囊和气层作用下实现恒压输出。

进一步，阀体腔中迴转阀体可转动固定在阀体腔中，其上设置有进水口、排水口，将相应工作仓和蓄能仓连通，所示迴转阀体循环转动后，多个工作仓依次在各自气囊加压下将仓内流体通过阀体专用通道压入蓄能仓，高压工作介质氦减压充至蓄能仓中蓄能仓气囊，蓄能仓中流体在蓄能仓气囊和原蓄能仓中空气共同加压下保持恒压输出。

进一步，所示工作仓包括仓室一、仓室二和仓室三，分别设置有仓室盖板一、仓室盖板二和仓室盖板三，仓室盖板设置于工作仓顶端，每个仓室盖板上设置有专用于各仓室排空气、回吸空气用的液体浮桶阀门。

进一步，还包括控制系统、检测单元和控制阀门，所述检测单元用于检测流体或气囊的位置信号，其信号输出端连接控制系统的信号输入端，所述控制系统的信号输出端连接所述控制阀门、气泵和减速电机的工作。

本技术方案记载的气压流体泵能实现对流体转运有特殊需求场合的流体加压输出，可以有效杜绝腐蚀性流体对泵自身零部件、机械密封件的破坏，在低负荷、间隙供给工况下节能、环保，机械效率高，同时具有拆卸维护、清洗方便等特点。

附图说明

图1为本发明的气压流体泵结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为液体浮桶结构示意图；

图4为工作仓结构示意图；

图5为蓄能仓以及支撑脚结构示意图；

图6为迴转阀体结构示意图；

图7为图5中b部分的放大示意图；

图8为工作仓与蓄能仓连接剖视图；

图9为蓄能仓与工作仓连接仰视图；

图10为气压流体泵气路循环示意图。

具体实施方式

如附图1-10所示，气压流体泵，包括储气仓19、缓冲仓、工作仓2、蓄能仓3、阀体腔11、迴转阀体14、气泵20和大速比涡轮蜗杆减速电机。储气仓19中贮存有高压工作介质氦，干燥惰性气体氦在储气仓19、缓冲仓、工作仓气囊，蓄能仓气囊、缓冲仓、气泵20之间封闭循环，重复使用。待加压流体从阀体腔11上端流体入口1注入阀体腔11内，阀体腔11上端排水口12与工作仓2间隙连通，流体间隙流动进入工作仓2，工作仓2中流体在其对应仓室气囊加压膨胀作用下经迴转阀体14中空管道流向蓄能仓3，蓄能仓3中流体在蓄能仓气囊和气层共同作用下实现恒压输出。阀体腔11中迴转阀体14将工作仓2、蓄能仓3连成一体，阀体循环间隙转动后，工作仓2三个仓室依次在各自气囊加压下将仓内流体通过阀体专用通道压入蓄能仓3，储气仓19介质氦减压充至蓄能仓气囊，蓄能仓3中流体在气囊和原仓中空气共同加压下可以保持恒压输出。

如图2、图3所示，图2为俯视图，图3为相应的剖切示意图，工作仓2分为仓室一9、仓室二7和仓室三8，分别设置有仓室盖板一、仓室盖板二和仓室盖板三，每个仓室盖板4中设置有专用于各仓室排空气、回吸空气用的液体浮桶6阀门，浮桶阀门吸、排口用高压软管与工作仓2上端阀体腔11实现可拆卸快速连接，阀体腔11内上端介于连接浮桶阀门吸排口与工作仓2顶板5之间安装有液位控制阀，当流体经总进水阀和阀体腔11流体入口1注入阀体腔11，液位高度上升至液位控制阀时，控制系统关闭总进水阀，保证阀体腔11中的流体不会因高度上升通过浮桶阀门吸排口进入各仓室或溢出阀体腔11，蓄能仓3中阀体腔11下端实体留有专用分流管道16，用于分流因密封圈失效或损坏而泄露出的部分流体，若不及时排空，从蓄能仓3总泄露出的流体可能穿过第二道密封圈深入轴承档处，而损坏轴承。分流管道16将泄露出的流体直接排出至蓄能仓3外，排出量大小可用于检测迴转阀体14与阀体腔11之间密封有效性，便于即时判断密封圈是否已经失效损坏，作出更换密封决定，蓄能仓3与工作仓2采用压板18、多道密封圈方式连接固定，优点是，便于拆卸再安装，整泵经长时间工作后，清洗、维护和更换密封件工作不可避免，基于上述情况以及工作仓2底板为薄壁结构且仓板有高强度密封要求，决定了工作仓2与蓄能仓3不能焊接成一体，为此在工作仓2底板上焊接有多个螺纹通孔的法兰圈17，将之用于螺栓、压板18对蓄能仓3进行拧紧固定。支撑整个泵体的四只安装脚10也可以通过法兰圈17固定，再者焊接法兰圈17对工作仓2底板强度有很大增强，仓室密封盖板与各仓室间的密封连接方式采用仓内高压流体压迫仓室盖板4与仓室密封圈进行密封，其优点是充分利用仓室内高压流体对仓壁产生的巨大压力作用进行密封，将仓室盖板4制成矩形结构便于翻转竖起后伸入仓内，根据要求旋转后安置在指定凹槽内，仓外仅需较小向上锁紧力将仓室盖板4提起，即可保证密封可靠性。如此仓室盖板4从内向外靠自身流体压力进行密封，相比盖板从外向内靠机械结构锁紧力进行密封，优势不言而喻，不仅省去机械压紧机构，密封性。安全性也有较大提高，工矿生产中常遇到压力容器因为内部压力过大或者密封盖板机械锁紧力突然消失而造成密封盖板腾空而起的意外事故发生。

图10指明了本发明气压流体泵在具体实施方式中封闭工作介质循环利用流动情况，为增加工作介质从储气仓19经减压阀b23流向各工作仓2中气囊高效流动目的，在工作仓2前增设缓冲仓ⅰ21，具体位置在流体泵工作仓2顶板5上，三个仓盖板边缘外围，其形状为具有一定容积的环形管道。

工作仓2、蓄能仓3中工作介质一次做功使命完成，须由气泵20将其返回储气仓19，为高效、低能耗使用气泵20，在工作仓2和蓄能仓3液压阀之后增设缓冲仓ⅱ22，气泵20一个工作循环结束，将缓冲仓ⅱ22内部介质抽至接近真空状态后自动关闭，工作仓2、蓄能仓3做工完毕的工作介质先进入缓冲仓ⅱ22，当缓冲仓ⅱ22中介质压力达到预设值时气泵20启动，缓冲仓ⅱ22具体位置、形状与缓冲仓ⅰ21类似，同样为在工作仓2顶板5之上的同心圆环管道。缓冲仓ⅱ22和气泵20之间设置有压力控制阀32。

如图1所示，低压或高处待转运流体经总进水阀门q止住流动，本发明气压流体泵流体入口1与总进水阀门q用管道相连，流体需要转运时，打开流体泵总电源，启动开始工作按钮，总进水阀门q被打开，流体经阀体腔11流体入口1注入阀体腔11内上部，如图6-8所示，此时迴转阀体14上端排水口12与仓室一9连通，阀体腔11上部流体直接注入仓室一9，仓室盖板一中的液体浮桶6在自身重力作用下使锥形阀门处于打开状态，伴随着流体不停注入仓室一9，仓室一9中原空气不得不通过锥形阀门吸、排口排至阀体腔11内上部空间，并由出口排出泵体，仓室一9中流体高度逐渐上升直至充满整个仓室，仓室盖板一中液体浮桶6在注入流体浮力作用下上升并关闭排气口，值得说明的是，仓室盖板4中液体浮桶阀门吸排口与阀体腔11上端用软管密封相连可防止各仓室中流体注满外溢出泵体外。

控制系统通过检测液体浮桶6锥型阀门关闭信号，得到仓室一9中流体已注满仓室，进而发出关闭总进水阀门q的指令，确保阀体腔11、仓室一9中流体高度不再继续上升，与此同时系统检测到仓室二7中流体处于排空等待状态，仓室盖板三中液体浮桶6阀门处于打开、等待流体注入，同时满足以上条件情况下，控制系统向迴转阀体14减速电机发出使阀体转动120度信号指令，迴转阀体14转动120度到位后，将到位信号反馈给系统，系统发出打开总进水阀门q指令，流体再次注入，此时，迴转阀体14上端排水口12与仓室三8连通，仓室三8流体注入重复上述迴转阀体14转动120度之前仓室一9流体注入过程。

迴转阀体14中上部流体入口1与仓室一9连通，控制系统打开仓室一9气囊进气阀门qa27，缓冲仓ⅰ21中高压工作介质流向仓室一9气囊，气囊体积膨胀，仓室一9中流体压力增大，高压流体被迫经迴转阀体14中上部进水口13，阀体中空管道流至阀体下端多个单向阀排水口15，当高压流体压力大于蓄能仓3中流体压力和单向阀开启压力之和时，流体通过单向阀流向蓄能仓3，随着仓室一9中流体不住流向蓄能仓3，仓室一9中流体量逐渐减少，气囊体积不断增大，气囊底部固定位置逐渐渐近仓室底板感应装置，感应装置感应到气囊底部固定位置时，表明仓室一9中流体已排空，系统检测到感应信号后作出关闭qa27动作，使仓室一9中流体处于排空等待状态。

与此同时，仓室盖板二中液体浮桶6在自身重力作用下使锥型阀门处于打开状态，等待流体注入。

以上三个仓室状态信号反馈给系统后，控制系统向迴转阀体14减速机发出使阀体转动120度信号指令，迴转阀体14转动120度到位后，将到位信号反馈给系统，系统发出打开总进水阀门q指令，流体再次注入。

此时，迴转阀体14上端排水口12与仓室二7连通，仓室二7流体注入重复上述迴转阀体14转动240度之前仓室一9流体注入过程。

迴转阀体14中上部进水口13与仓室三8连通，控制系统打开仓室三8气囊进气阀门qc25，缓冲仓ⅰ21中高压工作介质流向仓室三8气囊，仓室三8中流体流向气囊状态以及感应装置和阀门qc25动作与迴转阀体14转动120度之前仓室一9中流体流向气囊状态以及感应装置和阀门qa27动作一样。

上述仓室二7、三工作同时，系统打开仓室一9气囊与缓冲仓ⅱ22之间阀门qaⅱ28，仓室一9气囊中的高压介质流向接近真空状态的缓冲仓ⅱ22，缓冲仓ⅱ22中介质压力立即高于气泵20启动预设压力值，气泵20随即启动将缓冲仓ⅱ22及仓室一9气囊中做功完的介质逐渐向储气仓19转移，在气泵20工作过程中，当仓室一9气囊中介质压力接近或低于泵外压力时，气囊体积开始缩小仓室一9开始形成负压，在仓室负压和仓室盖板一中，液体浮桶6自身重力作用下，浮桶阀门锥形吸排口打开，泵外空气通过阀体腔11上部进入阀体腔11，再经软管和锥形吸排口流向仓室一9，仓室一9中压力恢复至泵外压力，伴随气泵20继续工作，气囊体积逐渐减小至极小状态，缓冲仓ⅱ22中介质压力逐渐减低，直至接近真空状态，系统检测到压力达到设定值后关闭气泵20和阀门qa27ⅱ.

上述三个仓室状态信号反馈给系统后，控制系统向迴转阀体14减速电机发出使阀体转动120度信号指令，迴转阀体14转动120度到位后，将到位信号反馈给系统，系统发出打开总进水阀门q指令，流体再次注入阀体腔11。

此时，迴转阀体14上端排水口12又与仓室一9连通，仓室一9液体注入重复阀体迴转一圈前流体注入过程。

迴转阀体14中上部进水口13与仓室二7连通，控制系统打开仓室二7气囊进气阀门qb29，缓冲仓ⅱ22中高压工作介质流向仓室二7气囊，仓室二7中流体流向气囊状态以及感应装置和阀门qb29动作与迴转阀体14转动240度之前仓室一9中流体流向气囊状态以及感应装置和阀门qa27动作一样。

同样，上述仓室一9仓室二7工作同时，系统打开仓室三8气囊与缓冲仓ⅱ22之间阀门qcⅱ26,仓室三8气囊中的高压介质流向接近真空状态的缓冲仓ⅱ22，缓冲仓ⅱ22中介质压力即刻高于气泵20启动预设压力值，气泵20随即启动，仓室三8气囊状态变化，仓室盖板三中液体浮桶6阀门变化情况以及系统关闭气泵20和阀门qcⅱ26动作与迴转阀体14转动120度之前仓室一9气囊状态变化，仓室盖板一中阀门变化情况以及气泵20和阀门qaⅱ28动作一样。

控制系统得到上述三个仓室状态信号后，再次向迴转阀体14减速电机发出使阀体顺时针转动120度信号指令，如此气压流体泵通过迴转阀体14间隙转动实现三个仓室中流体注入、排出以及气囊中介质进出动作交替循环，从而保证工作仓2将注入阀体腔11上部流体增压后向蓄能仓3转移的可持续性。

以上是针对工作仓2中三个仓室从空状态开始到正常循环往复工作全过程，一下就蓄能仓3从空状态到正常循环工作的过程进行描述。

工作仓2中流体在各仓室气囊加压作用下，通过迴转阀体14中空管道和阀体下端单向阀排水口15流向蓄能仓3，蓄能仓3中流体量在逐渐增加过程中，将原仓室中密闭气体逐渐上抬，挤压。

在蓄能仓3外壁与之竖直并列位置设置有蓄能仓3流体液位感应装置，感应装置能检测蓄能仓3内流体所处位置的三个状态点，仓底极限点，仓顶极限点和工作切换点，并反馈给系统，便于控制系统发出相应操作指令。仓底极限点，蓄能仓3中没有或有极少量流体，此时蓄能仓3不能对外提供压力流体，蓄能仓3正在等待工作仓2高压流体注入。控制系统中断对外流体压力输出的同时，在中控屏幕上作出报警提示：“蓄能仓3缺少足够压力流体用于输出”。仓顶极限点，蓄能仓3中流体量已达到最大状态，其已不能再接受工作仓2中高压流体注入，系统检测到此信号后将关闭正在工作的仓室进气阀门，使工作仓2中流体继续注入蓄能仓3的动作暂停。工作切换点，蓄能仓3中流体量由多逐渐变少，液面位置下降至切换点时，控制系统向正处于暂停工作的仓室进气阀门发出打开指令，重新启动工作仓2中高压流体注入蓄能仓3的动作。

在蓄能仓3内上部环形区域安放有专用环形气囊，专用环形气囊设有与储气仓19经减压阀a24连通的进气口和可以将气囊内多余气体经泄压阀c30流出至缓冲仓ⅱ22的排气口。充填储气仓19工作介质，体积可变的气囊可起稳定蓄能仓3内流体压力作用，蓄能仓3内流体量减少时，其内流体压力变小，专用环形气囊得到储气仓19减压介质补充，体积膨胀，使蓄能仓3内流体压力趋于设定值，蓄能仓3内流体量增加时，其内流体压力增大，气囊泄压阀c30将其囊内高压气体泄出至缓冲仓ⅱ22，气囊体积缩小，蓄能仓3内高压气体泄出至缓冲仓ⅱ22，气囊体积缩小，蓄能仓3内流体压力减小趋于设定值。专用环形气囊还连接有用于检测其内部压力的压力表或者传感器31。

蓄能仓3中流体液位高度高于仓底极限点后，蓄能仓3即具备对外输出压力流体能力：a，系统暂无压力流体输出要求，系统暂停打开蓄能仓3气囊进气阀门，这样有利于工作仓2向蓄能仓3注入流体时节省时间和能源消耗，蓄能仓3中密闭空气被进一步挤压上抬，流体液位高度逐渐上升直至达到仓顶极限点，控制系统关闭仓室进气阀门，从而暂停工作仓2流体继续向蓄能仓3注入，同时打开蓄能仓气囊进气阀门，气囊体积膨胀，将蓄能仓3中流体压力设定在指定状态，等待系统打开对外输出阀门，进行压力流体输出，b，系统有压力流体输出要求，系统打开蓄能仓气囊进气阀门，储气仓19工作介质减压进入气囊，气囊体积膨胀，将蓄能仓3中流体压力设定在指定状态，在工作仓2高压流体向蓄能仓3注入的同时，蓄能仓3对外输出稳定压力流体，此时流体注入量要大于或等于输出量，否则蓄能仓3流体液位高度将接近仓底极限点，而失去对外输出稳定压力流体能力，伴随蓄能仓3液体液位高度缓慢上升过程中，蓄能仓气囊中介质经油压阀c缓慢流向缓冲仓，气囊为稳定蓄能仓3中流体压力体积逐渐缩小，蓄能仓3液体液位高度逐渐上升直至达到仓顶极限点，控制系统关闭仓室进气阀门，从而使工作仓2高压流体向蓄能仓3注入动作暂停，在蓄能仓3高压流体对外输出下，蓄能仓3流体液面高度又逐渐下降，蓄能仓气囊为保持仓内流体压力，在储气仓19减压介质补充下，体积膨胀，直到其仓内液面高度下降至工作切换点，控制系统打开已暂停工作的仓室进气阀门，工作仓2高压流体恢复向蓄能仓3注入，蓄能仓3流体液面高度再次回升，蓄能仓气囊体积缩小，如此进行循环工作，c，系统有间隙压力流体输出要求，在中断压力流体输出时，蓄能仓3液体液面高度逐渐上升，直到到达仓顶极限点，气囊状态与有压力流体输出相同，控制系统关闭仓室进气阀门，从而使工作仓2高压流体向蓄能仓3注入动作暂停，蓄能仓气囊在储气仓19工作介质减压补充下，使蓄能仓3中流体压力保持在减压阀a24设定值状态，本技术方案气压流体泵相比传统泵最大优点，保持流体压力恒定状态下不需动力消耗。

蓄能仓3原仓中密闭空气在仓中流体加压作用下，被挤压，上抬可确保蓄能仓3中流体优先填充左蓄能仓3下部，避免蓄能仓3外液位感应装置不能准确反映仓内流体正确位置。

储气仓19中工作介质选用比重较轻的惰性干燥气体氦，因比重轻，在蓄能仓3内可保证蓄能仓气囊浮在原仓中密封气层上方，使蓄能仓3中流体与气囊不接触。

三个工作仓2某一时刻仅有一个仓室与阀体腔11上端排水口12相连通，另一个仓室与阀体腔11中上部进水口13相通，确保三个工作仓2进排水过程独立，互不干涉且可同时工作。

迴转阀体14下端外缘多个均布排水口15设置有单向阀门，流体只能从工作仓2进入蓄能仓3。

工作仓2三个仓室顶板5上预设有矩形口，用于清洗、维护过程中操作人员进入用，在矩形口外侧底部焊接有角铁，增加矩形口强度，角铁另一直角边形成用于安装仓室盖板4的指定凹槽，仓室盖板4靠仓外较小向上锁紧力将盖板提起。

工作仓2仓室盖板4为矩形结构，盖板内部设有液体浮桶6，浮桶顶端设有与锥形阀门配合的阀芯，仓室盖板4上端锥形阀门吸排口与工作仓2顶板5上部阀体腔11用软管快速连接。

工作仓2底板外侧焊接有多个预留螺纹孔的法兰圈17，蓄能仓3顶部外缘焊接有可预埋两道环形密封圈的法兰圈19，蓄能仓3与工作仓2密封连接方式为用多个压板18将其各自法兰圈配合压紧。

该气压流体泵是一款机械、电气与plc控制相结合的产品，涉及特殊工况下流体转运领域，在物业对所辖小区居民用水、消防栓用水的二次供给，化工、印染类企业对酸、碱、氧化性流体转运的场合，有突出优势，优点：1、输出流体压力稳定，可调节且可调范围宽，2、压力流体间隙保压输出时，不需要动力损耗，3、工作介质与流体不接触，不存在泵体、叶轮及流体间相对运动，腐蚀污染小，泵寿命长，4、转运流体中可以混有固体介质。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。