一种低摩擦往复泵、集群及工作方法与流程

本发明属于流体输送，具体涉及一种低摩擦往复泵、集群及工作方法。

背景技术：

1、在流体输送领域，包括液体和气体，很多都涉及需要用压力驱动流体以前行的过程，通常是使用一台泵(pump)对流体加压。常见的泵主要包括叶轮式泵如离心泵(centrifugal pump)和容积式泵如往复泵（reciprocating pump）。其中，叶轮式泵是使用旋转的叶片连续增压，驱动流体前行，通常流量大，但增压幅度相对低，更适合于输出大流量低压力的流体，例如风扇。而往复泵是利用活塞或柱塞在缸筒中往复平移，改变缸筒内部被密封空间的容积，进而改变缸筒内部流体的压强，并配合单向阀在压力下的开闭，将待驱动流体吸入、加压再排出，可实现较高的压强需求但流量相对低，故更适合于需要高压低量液体的场合，例如用于水/油射流泵中，工作时，流体中的高压转化为高速，喷射中再吸引并驱动附近低速流体共同前进，以达到增加流量的目的。由于液体是不可压缩的，所以在塞体压迫输送液体时，就可以使液体承受很高的压强，从而获得很高的扬程。

2、但对于往复泵，因为柱塞或活塞紧贴缸筒的内壁往复平移，产生滑动摩擦力，并且因为需要对缸筒内的流体加压，所以塞体与缸筒之间的密封度要求较高，进一步增加了滑动摩擦力。而较大的滑动摩擦力，一方面增加了运动阻力，产生无谓的能耗；另一方面，摩擦产热，造成塞体和缸筒急剧升温，热胀冷缩，进一步增加塞体与缸筒之间的挤压程度，又使得摩擦力进一步上升，形成一正反馈过程；并且若有内部结构不均匀，使得膨胀不均匀，导致塞体和/或缸筒变形，反而使得塞体与缸筒之间的配合度/密封度下降，影响对缸筒内流体的加压效果。同时，高温显然还会影响塞体和缸筒的使用寿命。

3、因此，现有技术有待于进一步改进和提高。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种低摩擦往复泵、集群及工作方法，以解决现有技术中往复泵因为塞体与缸筒之间的滑动摩擦力过大，摩擦生热使得往复泵的能耗增加、密封和加压效果下降、使用寿命降低的技术缺陷。

2、本发明公开了一种低摩擦往复泵，其中，包括：

3、一中空的缸体和一可横向移动的驱动板，所述驱动板的下表面设有凸起部：

4、所述缸体包括一柱状的缸筒连通一密封腔，所述缸筒中设有一可密封所述缸筒的轴对称塞体，对称轴横向跨越所述缸筒的开口，所述塞体的旋转曲面抵接所述凸起部；

5、所述密封腔通过入流单向阀连通吸入管，用于从外部吸入待驱动流体；并通过出流单向阀连通排出管，用于排出所述待驱动流体；

6、所述驱动板横向平移时，所述凸起部可压迫所述塞体、沿所述缸筒的内壁面、向所述密封腔滚动；

7、还包括一返回结构，所述返回结构用于推动所述塞体保持抵接所述凸起部。

8、本发明的低摩擦往复泵，通过凸起部对塞体施加的正压力，推动塞体沿缸筒的内壁面向密封腔滚动，对密封腔中的待驱动流体加压，从而将现有往复泵中塞体与缸筒之间的滑动摩擦改为滚动摩擦，大大降低了塞体与缸筒之间的摩擦力，进而降低了塞体与缸筒之间的摩擦产热和升温，减小了因为升温导致的往复泵工作能耗增加、密封和加压效果下降、使用寿命降低等的技术缺陷。

9、优选地，所述凸起部包括细长端部，所述细长端部抵接所述塞体，用于驱动所述塞体滚动和平移。将凸起部临近塞体的部分设计为细长形，更方便凸起部保持与塞体抵接，尤其当塞体被推入缸筒后，细长端部更容易部分深入所述缸筒，保持与塞体抵接。更佳地，所述细长端部还可以增加可转动设计，例如增加一可转动的驱动轮。因为在驱动板前行时，虽然凸起部与塞体直接接触的正压力（法向，即垂直于塞体的曲面，指向塞体圆形截面的圆心），可驱使塞体绕前壁上的塞体与缸筒相接触的旋转点、向密封腔方向转动，但凸起部与塞体之间的摩擦力，却驱使塞体绕所述旋转点向背离密封腔的方向滚动，故增加驱动轮，就可改变塞体的滚动方向为向着密封腔方向滚动，更可进一步降低塞体与缸筒接触点之间的摩擦力，减小摩擦生热。

10、优选地，所述塞体为圆柱体，所述缸筒的开口截面为长方形。采用圆柱体的塞体，可增加塞体沿轴向的长度，即增加了缸筒的横截面积，而横截面积乘以塞体沿缸筒壁面移动的距离，就得到塞体移动中压缩了或减少了的待驱动流体的体积，故增加了横截面积，就可以增加一次压缩冲程所驱动的待驱动流体的量。

11、优选地，所述塞体为球体，所述缸筒的开口截面为圆形。设置球体形状的塞体，相对柱体形状的塞体，有助于减小往复泵的体积，更方便多个往复泵并排工作。

12、在一个实施方式中，所述返回结构包括设置于所述密封腔的一弹性装置，所述弹性装置用于推动所述塞体移动并抵接至所述凸起部。本实施例中，使用弹性装置，例如弹簧或弹性垫片等结构，当塞体在凸起部的压迫下向密封腔移动时，压迫并排出密封腔中的待驱动流体，同时还压缩弹性装置。而当凸起部的最高点移动离开所述塞体后，塞体在弹性装置的回弹力作用下，产生远离密封腔的运动趋势，保持紧贴所述凸起部，从而扩大密封腔的容积，使得密封腔中待驱动流体压强减小，出流单向阀关闭；同时，密封腔中压强减小至负值或低于入流单向阀的关闭阈值后，入流单向阀打开，新的待驱动流体就从吸入管中流入至密封腔中，以准备下一个压缩冲程。

13、更优选地，所述弹性装置包括固定于缸体内壁上的一弹性体，所述弹性体通过一刚性柱抵接所述塞体。考虑到因为塞体在转动，故弹性装置与塞体之间存在相对滑动，产生滑动摩擦力，故在弹性装置与塞体之间，设置一刚性柱，有助于减小接触面积，降低摩擦产热。

14、在一个实施方式中，所述返回结构包括连接至所述吸入管的一加压装置，所述加压装置用于对所述吸入管中的待驱动流体施加初始压力，所述初始压力用于驱动待驱动流体从入流单向阀流入所述密封腔，并推动所述塞体抵接至所述凸起部。本实施方式使用加压装置对吸入管加压，将待驱动流体压入至密封腔中，而不是由塞体运动、使得密封腔容积扩大、所产生的负压将待驱动流体吸入至密封腔，一方面可加快待驱动流体进入密封腔的速率；另一方面，也推动塞体保持抵接所述凸起部，准备下一个压缩进程；同时避免了在密封腔中设置回弹装置，减小密封腔的有效容积的缺陷。

15、本发明还公开了一种往复泵集群，包括以上任一所述的至少两个往复泵，其中，各个吸入管相互连通，各个排出管相互连通；所述驱动板相互连接为一整体，同步移动。所述往复泵集群，即将多个往复泵并列，各个往复泵的吸入管相互连通在一起，共同连接至外部的入流管；各个往复泵的排出管也都相互连通在一起，共同连接至外部的出流管。这样可以进一步增加往复泵单次进程中所增压和驱动的待驱动流体的体积。并提供往复泵工作的整体可靠性，不会因为一两个往复泵不工作而导致整个加压驱动流程失败。

16、优选地，所述驱动板相互连接为圆柱面，所述下表面位于所述圆柱面的内部；所述缸筒呈圆周方向排列于所述圆柱面的内部，各个塞体抵接于各个所述凸起部。将各个往复泵按照圆柱体形状排列，并将塞体向外抵接至驱动板的各个凸起部，而密封腔位于圆柱体的内部，有助于减小整个往复泵集群的体积，并方便从外部驱动驱动板转动，凸起部相对各个塞体平移，推动塞体滚动和沿缸筒平移。

17、本发明进一步公开了所述往复泵的工作方法，其中，包括步骤：

18、a. 所述驱动板横向移动，所述凸起部压迫所述塞体、沿所述缸筒的内壁面、向所述密封腔滚动；

19、b. 所述塞体压缩所述密封腔内的待驱动流体，直至待密封腔内的压强大于所述出流单向阀的开启压强；入流单向阀会首先在密封腔内增加的压强作用下关闭；

20、c. 所述出流单向阀打开，所述待驱动流体从所述排出管流出；

21、d. 所述密封腔内的压强降低，所述出流单向阀关闭。此时所述返回结构驱动所述塞体依然保持抵接所述凸起部，即驱动塞体离开密封腔，进一步降低密封腔内的压强；

22、e. 所述入流单向阀打开，待驱动流体从吸入管流入所述密封腔。当密封腔内的压强低于入流单向阀的关闭压强时，入流单向阀打开。这可能由吸入管中一直存在的正压力顶开，即待驱动流体被加压装置产生的正压力驱动送入密封腔；也可能由密封腔中的低压力吸开入流单向阀，从吸入管中吸入待驱动流体。

23、即本发明将现有技术中塞体与缸筒之间的滑动摩擦改为滚动摩擦，在保证密封腔密封性的同时，大大减小了塞体与缸筒之间的摩擦力及摩擦产热，有助于维持往复泵的密封性，延长往复泵的工作效果和使用寿命。

24、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。