一种零吸入压头低温液体泵的制作方法

1.本发明涉及低温液体泵技术领域，特别涉及一种零吸入压头低温液体泵。


背景技术：

2.在石油、空分和化工行业，液氢、液氧、液化天然气等低温液体在运输过程中往往采用低温液体泵，低温液体泵可对低温液体进行输送和增压；往复式低温液体泵与往复式压缩机的工作原理相类似，是一种容积式的压缩机械，它由活塞(柱塞)在液缸工作腔内往复运动，使工作腔容积产生周期性变化，来实现吸液-压缩-排液全过程。
3.然而在现有技术中，往复式低温液体泵的使用存在两个问题：首先，依据往复式低温液体泵吸入低温液体的原理可知，为保持泵正常吸入被送液体，所需的吸入压头一般为净正吸入压头（npsh），即当活塞移动使泵缸容积增大时，压力随之降低，当进口管中的液体压力大于泵缸内压力时，吸入阀开启，液体流入泵缸；但这个过程中，由于低温液体泵工作环境一般在-253℃至-180℃之间，靠活塞往复运动进行吸入低温液体对于活塞密封而言，往往是一个严峻的考验；其次，一般的复式低温液体泵，常温动力部分无论是采取电机直驱的曲柄连杆机构还是远距离驱动，低温液体的排出流量精度都不高，并且采用远距离驱动时常常由于无法控制行程而造成撞缸的问题。
4.综上所述，我们亟待发明一种零吸入压头且精度高的低温液体泵。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出一种零吸入压头低温液体泵，所使用的技术方案如下：一种零吸入压头低温液体泵，包括位移传感机构、双作用液压缸和增压机构，所述位移传感机构通过空心连杆与双作用液压缸内设置的活塞固定连接；所述双作用液压缸下部固定安装在低温储液罐上，并通过绝热隔离筒与低温储液罐中的低温液体隔离；所述增压机构密闭固定连接在绝热隔离筒下端，并通过内部设置的活塞头与双作用液压缸内部的活塞杆固定连接；所述增压机构上设置的出液口通过排液管道与低温储液罐上设置的排液口连接，用于将低温液体排出。
6.进一步地，所述位移传感机构还包括：位移传感器、安装架、磁环和位移检测杆，所述位移传感器固定在安装架上，并将位移检测杆插入安装架内部；所述磁环和空心连杆均滑动套设在位移检测杆上，且磁环下端与空心连杆上端固定连接；所述安装架固定安装在双作用液压缸上端。
7.进一步地，所述双作用液压缸还包括：缸体一和活塞，所述缸体一上端与安装架固定安装；所述活塞上、下两端分别与空心连杆、活塞杆固定连接。
8.进一步地，所述活塞上至少设有一个防撞泄压阀，所述防撞泄压阀包括设置在活塞上的阀腔和浮动安装于阀腔内的浮动阀体，浮动阀体的长度大于活塞的高度。
9.进一步地，所述浮动阀体上设有与阀腔配合的密封面、泄压槽以及用于保护活塞和缸体的推杆。
10.进一步地，所述增压机构还包括：缸体二、吸入通道、止逆阀板、拉杆、缸体三和增压活塞，所述缸体二与绝热隔离筒下端密闭固定连接；所述活塞杆滑动穿过缸体二与活塞头固定连接；所述缸体二下端设有低温液体入口和出液口；所述缸体二下端固定安装有缸体三；所述缸体三的中下部开设有敞口型活塞腔，上部至少开设有一个与活塞腔连通的吸入通道；所述吸入通道与缸体二下端的低温液体入口连通；所述止逆阀板设置在每个吸入通道与低温液体入口之间，用于保证低温液体单向地从缸体三的敞口型活塞腔流入缸体二内。
11.进一步地，所述缸体三的敞口型活塞腔内设有增压活塞，并通过滑动贯穿于缸体三的拉杆与活塞头固定连接；所述增压活塞上均布有初级进液口；所述拉杆上设有用于限定阀板位置的限位块，所述限位块上设有阀板（409），用于增压活塞随拉杆向上运动时封闭初级进液口。进一步地，所述活塞杆位于绝热隔离筒内的部分设置为传动机构，用于降低活塞杆上下运动时产生的传热损失。
12.进一步地，所述传动机构包括异形齿条、齿轮组件、锥齿轮二、丝杠、推拉杆和滑块；所述异形齿条上端与活塞杆固定连接；所述齿轮组件由一个直齿轮和一个锥齿轮一同轴心固定连接组成，并转动连接在绝热隔离筒内壁上，所述直齿轮与异形齿条啮合；所述丝杠通过支撑架及轴承转动设置在绝热隔离筒内，并与活塞杆位于同轴线上；所述丝杠上端与绝热隔离筒之间设有隔热密封圈；所述丝杠与锥齿轮二同轴心固定连接，所述锥齿轮二与锥齿轮一啮合；所述滑块与丝杠配合，并在绝热隔离筒导向作用下随着丝杠的正反转动上升下降；所述丝杠外设有一空心的推拉杆，并与滑块下端固定连接；所述推拉杆下端与位于增压机构内的活塞杆固定连接。
13.进一步地，所述低温储液罐还包括：罐体、密封盖和绝热隔离筒支撑架，所述罐体顶部与密封盖密闭连接；所述密封盖上端与双作用液压缸固定连接，中心位置开设有通孔，所述绝热隔离筒固定安装在通孔内，并通过设置在密封盖底部的绝热隔离筒支撑架支撑加固；所述罐体上设有进液口、回气口和抽真空接口，密封盖上设有放空口、排污口。
14.由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：1.本发明通过设置增压机构，使得低温液体首先通过增压活塞和阀板在无负压情况下进入缸体三，在封闭初级进液口情况下再通过吸入通道进入缸体二，保证了吸入压头始终保持为零压状态，避免了常规往复式低温液体泵的吸入压头为净正吸入压头（npsh）时，在超低温工作环境下活塞密封常常无法长时有效使用的问题，进而有效地保证了本发明低温液体泵的工作效率和寿命。
15.2.本发明通过在双作用液压缸上设置位移传感机构，在配合外接电控设备的情况下，能够精准控制活塞的位置，进而精确控制低温液体的排出流量，并大大降低了活塞撞缸的几率。
16.3.本发明通过在双作用液压缸的活塞上设置防撞泄压阀，可以在位移传感机构失灵或设置位移参数不精确时，进一步避免活塞撞缸的问题。
17.4.本发明通过将活塞杆位于绝热隔离筒内的部分设置为传动机构，使得与活塞头
连接的一段活塞杆在上下运动过程中始终位于增压机构内，避免了在常规往复式低温液体泵中因活塞杆频繁进出于常温动力部件与冷端泵头之间而使得活塞杆吸收外界热量导致低温液体大量蒸发的问题，有效降低了环境污染和储存成本。
附图说明
18.图1为本发明实施例1的整体结构示意图。
19.图2为本发明位移传感机构的结构示意图。
20.图3为本发明双作用液压缸的结构示意图。
21.图4为本发明双作用液压缸中活塞的结构示意图。
22.图5-6为本发明防撞泄压阀的结构示意图。
23.图7为本发明低温储液罐体的结构示意图。
24.图8为本发明增压机构的结构示意图。
25.图9为本发明低温液体暂存罐的结构示意图。
26.图10为本发明实施例2的整体结构示意图。
27.图11为本发明图10中a处的局部放大结构示意图。
28.图12、16、17为本发明传动机构的装配结构示意图。
29.图13为本发明图12中b处的局部放大结构示意图。
30.图14为本发明图12中c处的局部放大结构示意图。
31.图15为本发明传动机构的结构示意图。
32.附图标号：1-位移传感机构；2-双作用液压缸；3-低温储液罐；4-增压机构；5-传动机构；101-位移传感器；102-安装架；103-磁环；104-空心连杆；105-位移检测杆；201-缸体一；202-活塞；203-活塞杆；204-绝热隔离筒；301-罐体；302-密封盖；303-绝热隔离筒支撑架；304-进液口；305-回气口；306-放空口；307-排液口；308-排污口；401-缸体二；402-活塞头；403-吸入通道；404-止逆阀板；405-出液口；406-排液管道；407-拉杆；408-缸体三；409-阀板；410-增压活塞；411-低温液体入口；412-敞口型活塞腔；413-限位块；501-异形齿条；502-齿轮组件；5021-直齿轮；5022-锥齿轮一；503-锥齿轮二；504-丝杠；505-推拉杆；506-滑块；2021-防撞泄压阀；2021a-浮动阀体；2021b-密封面；2021c-泄压槽；2021d-推杆；3011-抽真空接口；4101-初级进液口。
具体实施方式
33.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员能够在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“进”、“出”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.实施例1：
如图1-3、8-9所示，一种零吸入压头低温液体泵，包括位移传感机构1、双作用液压缸2和增压机构4，位移传感机构1通过空心连杆104与双作用液压缸2内设置的活塞202固定连接；双作用液压缸2下部固定安装在低温储液罐3上，并通过绝热隔离筒204与低温储液罐3中的低温液体隔离；增压机构4密闭固定连接在绝热隔离筒204下端，并通过内部设置的活塞头402与双作用液压缸2内部的活塞杆203固定连接；所述增压机构4上设置的出液口405通过排液管道406与低温储液罐3上设置的排液口307连接，用于将低温液体排出。
36.具体地，作为本实施例的一个优选方案，位移传感机构1还包括：位移传感器101、安装架102、磁环103和位移检测杆105，位移传感器101固定在安装架102上，并将位移检测杆105插入安装架102内部；磁环103和空心连杆104均滑动套设在位移检测杆105上，且磁环103下端与空心连杆104上端固定连接；安装架102固定安装在双作用液压缸2上端；双作用液压缸2还包括：缸体一201和滑动安装于缸体一201内的活塞202，缸体一201上端与安装架102固定安装；活塞202上、下两端分别与空心连杆104、活塞杆203固定连接；缸体一201上下端开设有进出油口。
37.活塞202在液压油作用下上下动作时，带动空心连杆104及磁环103随之沿位移检测杆105上下运动，位移传感器101通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压实时反馈给外接的电控设备，电控设备再根据位移传感器101反馈的实时数据精准控制活塞202的位移，进而精确控制低温液体的排出流量；除此之外，位移传感机构1的设置大大避免了活塞撞缸问题。
38.于此同时，为了进一步杜绝活塞撞缸问题，如图4-6所示，在活塞202上均布贯穿设置三个防撞泄压阀2021，防撞泄压阀2021包括设置在活塞202上的阀腔和浮动安装于阀腔内的浮动阀体2021a，浮动阀体2021a的长度大于活塞202的高度；浮动阀体2021a上设有与阀腔配合的密封面2021b、泄压槽2021c以及用于保护活塞202和缸体一201的推杆2021d；工作过程中，当液压油从一端进入缸体一201内，推动活塞202在缸体一201内向另一端移动时，由于进油方向的压力较大，因此会液压油除了推动活塞202在缸体一201内移动将另一端的液压油排出缸体一201外，还推动浮动阀体2021a在活塞202上的阀腔内向活塞202运动的方向运动，从而使浮动阀体2021a的密封面2021b与阀腔贴合密封，且此时浮动阀体2021a上的推杆2021d凸出于活塞202，当活塞202运动到即将撞到缸体一201时，由于推杆2021d凸出于活塞202，因此推杆2021d先与缸体一201相撞，相撞后浮动阀体2021a受到大于进油方向的力，从而使浮动阀体2021a在阀腔中反向移动，此时浮动阀体2021a密封面2021b脱离阀腔不再贴合，因此液压油可以从泄压槽2021c中进入到活塞202的另一端，进而杜绝活塞撞缸问题。
39.具体地，作为本实施例的一个优选方案，增压机构4还包括：缸体二401、吸入通道403、止逆阀板404、拉杆407、缸体三408和增压活塞410，缸体二401与绝热隔离筒204下端密闭固定连接；活塞杆203滑动穿过缸体二401与活塞头402固定连接；缸体二401下端设有低温液体入口411和出液口405；缸体二401下端固定安装有缸体三408；缸体三408的中下部开设有敞口型活塞腔412，上部均布开设有四个与敞口型活塞腔412连通的吸入通道403；吸入通道403与缸体二401下端的低温液体入口411连通；止逆阀板404设置在每个吸入通道403与低温液体入口之间，用于保证低温液体单向地从缸体三408的敞口型活塞腔412流入缸体二401内；缸体三408的敞口型活塞腔412内设有增压活塞410，并通过滑动贯穿于缸体三408
的拉杆407与活塞头402固定连接；增压活塞410上均布有初级进液口4101；所述拉杆407上设有用于限定阀板409位置的限位块413，所述限位块413上浮动或滑动设有阀板409，用于增压活塞410随拉杆407向上运动时封闭初级进液口4101；其中，增压活塞410可对阀板409的下端起限位作用，阀板409的上端通过设置在拉杆407上的限位块进行限位。
40.增压机构4工作过程中，在液压油的作用下，通过活塞202带动活塞杆203往复运动，活塞杆203带动活塞头402执行升降往复运动，当活塞头402做上升动作时，带动与其连接的拉杆407同时做上升动作，拉杆407带动设置在缸体三408内、与拉杆407连接的增压活塞410运动，同时，因拉杆407做上升动作，因此带动滑动安装在拉杆407上的阀板409下落，将初级进液口4101封闭；初级进液口4101封闭后，低温液体暂存在缸体三408的敞口型活塞腔412内，无法通过初级进液口4101回流，在拉杆407的带动下，增压活塞410和阀板409推动低温液体进入缸体三408的吸入通道403，伴随着增压活塞410和阀板409对低温液体的的推动，低温液体顶开缸体三408内的吸入通道403上方的止逆阀板404通过低温液体入口411进入缸体二401内；当活塞头402做下降动作时，对低温液体施加推力，推动低温液体进入缸体二401上设置的出液口405中，再通过排液管道406及低温储液罐3上的排液口307将低温液体排出；于此同时，在活塞头402下降施加推力推动低温液体的过程中，使低温液体推动止逆阀板404堵住低温液体吸入通道403，从而使低温液体无法通过吸入通道403回流到缸体三408内；另外，在活塞头402下降过程中，带动拉杆407下降，拉杆407带动增压活塞410和阀板409下降复位，低温液体通过初级进液口4101再次进入推开阀板409进入缸体三408内；然后循环重复上述工作，完成低温液体的排出量后，暂停该低温液体泵的工作。
41.在上述增压机构4工作过程中，由于低温液体首先通过增压活塞410和阀板409在无负压情况下进入缸体三408，在封闭初级进液口4101情况下再通过吸入通道403进入缸体二401，保证了吸入压头始终保持为零压状态，避免了低温液体泵的吸入压头为净正吸入压头（npsh）时，在超低温工作环境下活塞密封常常无法长时有效使用的问题，进而有效地保证了本发明低温液体泵的工作效率和寿命。
42.具体地，作为本实施例的一个优选方案，如图7所示，低温储液罐3还包括：罐体301、密封盖302和绝热隔离筒支撑架303，罐体301顶部与密封盖302密闭连接；密封盖302上端与双作用液压缸2通过螺栓固定连接，中心位置开设有通孔，绝热隔离筒204固定安装在通孔内，并通过设置在密封盖302底部的绝热隔离筒支撑架303支撑加固；罐体301的侧面下端和上端分别设有进液口304和回气口305，并通过设置在侧面的抽真空接口3011进行抽真空；密封盖302上设有放空口306、排污口308。
43.实施例2：如图10-17所示，本实施例与实施例1相比，不同之处在于：活塞杆203位于绝热隔离筒204内的部分设置为传动机构5，用于降低活塞杆203上下运动时产生的传热损失。
44.具体地，作为本实施例的一个优选方案，传动机构5包括异形齿条501、齿轮组件502、锥齿轮二503、丝杠504、推拉杆505和滑块506；异形齿条501上端与活塞杆203固定连接；齿轮组件502由一个直齿轮5021和一个锥齿轮一5022同轴心固定连接组成，并转动连接在绝热隔离筒204内壁上，直齿轮5021与异形齿条501啮合；丝杠504通过支撑架及轴承转动
设置在绝热隔离筒204内，并与活塞杆203位于同轴线上；丝杠504上端与绝热隔离筒204之间设有隔热密封圈；丝杠504与锥齿轮二503同轴心固定连接，锥齿轮二503与锥齿轮一5022啮合；滑块506与丝杠504配合，且绝热隔离筒204和滑块506均为方形，滑块506在绝热隔离筒204导向作用下随着丝杠504的正反转动上升下降；丝杠504外设有一空心的推拉杆505，并与滑块506下端固定连接；所述推拉杆505下端与位于增压机构4内的活塞杆203固定连接；该传动机构5在工作过程中，活塞杆203带动异形齿条501上下运动，进而带动齿轮组件502中的直齿轮5021正反转动，锥齿轮一5022随之同步转动；锥齿轮二503在锥齿轮一5022带动下进而带动丝杠504正反转动；滑块506带动推拉杆505在绝热隔离筒204导向作用下随着丝杠504的正反转动上升下降，进而带动位于增压机构4内的活塞杆203上升下降，由此完成传动机构5的传动动作；由于该传动机构5的设置，使得与活塞头402连接的一段活塞杆203在上下运动过程中始终位于增压机构4内，避免了在常规往复式低温液体泵中因活塞杆频繁进出于常温动力部件与冷端泵头之间而使得活塞杆吸收外界热量导致低温液体大量蒸发的问题，有效降低了环境污染和储存成本。