專利名稱：雙作用活塞式氣動泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣動泵，具體地說，涉及一種雙作用活塞式氣動泵，主要用于需要 間斷供油或要求流量和壓力變化劇烈且對流量有較高要求的工況及禁止用電的場合。
背景技術：
氣動泵是一種以低壓氣源為能源的輸送液體或使液體增壓的機械。廣義上的泵 是 輸送流體或使其增壓的機械，也包括某些輸送氣體的機械。泵將原動機的機械能或其他能 源的能量傳給液體，使液體的能量增加。氣動泵在各行業中均有著廣泛的運用，各種類型的氣動泵不斷問世。在石油化工 行業，由于高壓、超高壓容器的廣泛使用，對壓力的提供提出了很高的要求，所需的壓力也 不斷增大，目前，防噴器的最高工作壓力已經達到105MPa。由于在石油化工行業的某些場 合，考慮到安全等方面的因素而不適宜使用電力，致使某些性能良好但依靠電力驅動的氣 動泵無用武之地。而且因為石油化工行業的某些行業特點導致其所使用的設備所處的環境 較為惡劣，對氣動泵的體積、結構及穩定性以及排量都具有一定的要求。而目前使用的某些 氣動泵因結構復雜、排量過小而不符合API的標準、體積偏大、在惡劣環境中的穩定性較差 而較難勝任于該行業。
發明內容
本發明的目的是提供一種雙作用活塞式氣動泵，該氣動泵結構簡單，排量大，容積 效率高且具有優良的環境適應能力。為達到上述目的，本發明公開了一種以低壓氣源為能源的雙作用活塞式氣動泵， 該雙作用活塞式氣動泵主要由氣缸總成、換向裝置、下液缸總成及上液缸總成組成。氣缸總成、下液缸總成及上液缸總成位于同一軸線上，上液缸總成與下液缸總成 對稱，構成完全相同。氣缸總成包括氣缸；設置在氣缸頂部的頂蓋，在該氣缸的頂蓋上設置有頂蓋通氣孔，該頂蓋通氣孔與 換向裝置相連通；設置在氣缸底部的底蓋，在該氣缸的底蓋上設置有底蓋通氣孔，該底蓋通氣孔與 換向裝置相連通；嵌套設置在氣缸中的雙作用活塞，該雙作用活塞包含活塞桿和套設在活塞桿上 的活塞，所述活塞桿的兩端分別伸出頂蓋和底蓋，所述活塞可沿該活塞桿在氣缸內上下移 動；在所述頂蓋及底蓋上，均嵌套設置有換氣組件，該換氣組件包括設置在頂蓋和底蓋上的換向閥桿銅套，該換向閥桿銅套的側壁上設置側壁通氣 孔，該換向閥桿銅套的底部設置底部通氣孔，該側壁通氣孔和底部通氣孔都與換向裝置相連通；設置在所述換向閥桿銅套內的換向閥桿，該換向閥桿具有頭部和尾部，所述的換向閥桿的頭部尺寸契合所述換向閥桿銅套的尺寸，換向閥桿的尾部伸入到氣缸中，當雙作 用活塞的活塞運動到頂蓋或者底蓋處，與換向閥桿的尾部碰觸，就會推動換向閥桿向該換 向閥桿的頭部方向運動；設置在所述換向閥桿銅套內的復位彈簧，該復位彈簧位于換向閥桿頭部的上方；套設在所述換向閥桿銅套頂部的排氣螺母，該排氣螺母位于復位彈簧的上方；所述的換向裝置連接在氣缸總成的外側壁，該換向裝置包括設置在換向閥殼體內 的閥芯組件；所述的閥芯組件包括柱塞桿；設置在柱塞桿兩端的柱塞；設置在柱塞桿的側壁位置上的換向閥座；及，設置在換向閥殼體內壁一側的換氣板，該換氣板緊貼換向閥座，該換氣板上依次 設置有上側通氣孔、中間排氣孔及下側通氣孔，所述上側通氣孔與氣缸頂蓋上的通氣孔連 通，形成氣流通路b，所述下側通氣孔與氣缸底蓋上的通氣孔連通，形成氣流通路d，中間排 氣孔與大氣相通；當所述的柱塞桿在換向閥殼體內上下運動時，可帶動換向閥座沿著換氣板上下運 動，從而使上側通氣孔與中間排氣孔連通，或者使下側通氣孔與中間排氣孔連通；所述的換向裝置還包括設置在柱塞頂端的柱塞方蓋，該柱塞方蓋上設置有柱塞蓋 通氣孔，該柱塞蓋通氣孔連接到換向閥桿銅套上的側壁通氣孔，形成通過排氣螺母與大氣 相通的氣流通路i ；在所述的換向閥殼體上還設置有閥芯腔通氣孔，該閥芯腔通氣孔連接到換向閥桿 銅套的底部通氣孔，形成氣流通路j ；所述的換向裝置還包括設置在換向閥殼體一側的圓蓋，該圓蓋上設置有供低壓氣 體進入換向裝置的進氣孔。所述的液缸總成包括上液缸總成和下液缸總成，該上液缸總成和下液缸總成結構 完全相同；所述的下液缸總成包括下液缸，該下液缸通過法蘭連接到氣缸總成的底蓋；設置在下液缸上的進液單向閥和出液單向閥。所述的活塞和活塞桿采用一體化設計，該活塞桿的兩端分別伸入到上液缸和下液 缸中，分別通過上液缸柱塞和下液缸柱塞與上液缸和下液缸滑動連接。當低壓氣體推動雙作用活塞向下運動時，活塞桿的下端進入下液缸中，將原先在 下液缸中的液體排出下液缸，而活塞桿的上端原本深入在上液缸內，由于雙作用活塞向下 運動的緣故，活塞桿的上端漸漸從上液缸中抽離，使得上液缸形成局部真空，使上液缸能從 外界吸入液體，從而實現氣壓能向液壓能的轉換。所述活塞桿上還設置有密封銅套，該密封銅套與氣缸頂蓋、底蓋采用“0”型圈密封 方式連接。
所述的換向閥桿銅套采用多孔式設計，以減小換向氣缸的背壓，從而加快主氣缸 的換向速度；所述的換向閥桿呈“丁”字形，所述的換向閥桿的頭部直徑大于尾部的直徑； 所述的換向閥座與換氣板的接觸面粗糙度為0. 1 μ m 0. 4 μ m，優選為0. 1 μ m。本發明通過控制氣流通路i與氣流通路j在連通狀態或隔離狀態之間的轉換，實 現氣流通路b的開通或者氣流通路d的開通，繼而推動雙作用活塞在氣缸內向上或向下運 動，對上液壓缸或下液壓缸做功，從而實現從氣壓能向液壓能的轉換。本發明的各換向部件(柱塞桿、柱塞、換向閥座及換氣板)整合在換向裝置的換向 閥殼體內，結構緊湊，體積小巧，也防止了因部件外置而造成的不必要的損壞且能使用于較 惡劣的環境之中。氣體換向處的密封采用了硬密封的方式，結構簡單且穩定性高。本發明 的雙作用活塞同時連接兩個液缸，來回運動同時做功，提高了氣源的有效使用率，同時還提 高了單位時間內的排量。該氣動泵適用于油田鉆采工程中的遠程控制裝置上作為充壓系統 使用及不適宜使用電的場合。
圖1為本發明雙作用活塞式氣動泵的主視圖。圖2為本發明雙作用活塞式氣動泵的右視圖。圖3為本發明雙作用活塞式氣動泵的氣缸和液缸的組合剖視圖。圖4為本發明雙作用活塞式氣動泵的氣缸頂蓋的主視圖。圖5為本發明雙作用活塞式氣動泵的氣缸頂蓋的側視圖。圖6為本發明雙作用活塞式氣動泵的換向裝置的剖視圖。圖7. 1-7. 4為本發明雙作用活塞式氣動泵的工作原理圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。本發明公開了一種以低壓氣源為能源的雙作用活塞式氣動泵，如圖1和圖2所示， 該雙作用活塞式氣動泵主要由氣缸總成10、換向裝置20、下液缸總成30及上液缸總成40 組成。如圖3所示，氣缸總成10、下液缸總成30及上液缸總成40位于同一軸線上，上液 缸40總成與下液缸30總成對稱，構成完全相同。氣缸總成10包括氣缸15 ；設置在氣缸頂部的頂蓋11，在該氣缸的頂蓋11上設置有一個頂蓋通氣孔B，該頂 蓋通氣孔B與換向裝置20相連通(如圖4及圖5所示)；設置在氣缸底部的底蓋18，在該氣缸的底蓋18上設置有一個底蓋通氣孔D，該底 蓋通氣孔D與換向裝置20相連通(如圖4及圖5所示)；嵌套設置在氣缸15中的雙作用活塞16，該雙作用活塞16包含活塞桿162和設置 在活塞桿162中部的活塞161，該活塞161和活塞桿162采用一體化設計，合并為一個零件， 所述活塞桿162的兩端分別伸出頂蓋11和底蓋18，伸入到上液缸41和下液缸31中，分別通過上液缸柱塞45和下液缸柱塞35與上液缸41和下液缸31滑動連接，該活塞161可沿 活塞桿162在氣缸15內上下移動；在所述頂蓋11及底蓋18上，均嵌套設置有換氣組件，該換氣組件包括設置在頂蓋11和底蓋18上的換向閥桿銅套19，該換向閥桿銅套19的側壁上設 置側壁通氣孔I，該換向閥桿銅套19的底部設置底部通氣孔J，該側壁通氣孔I和底部通氣 孔J都與換向裝置20相連通；換向閥桿銅套19采用多孔式設計，以減小換向氣缸的背壓， 從而加快主氣缸的換向速度；設置在所述換向閥桿銅套19內的換向閥桿14，該換向閥桿14呈“丁”字形，具有 頭部和尾部，所述的換向閥桿14的頭部尺寸契合所述換向閥桿銅套19的尺寸，且頭部直徑 大于尾 部的直徑，換向閥桿14的尾部伸入到氣缸15中，當雙作用活塞16的活塞161運動 到頂蓋11或者底蓋18處，與換向閥桿14的尾部碰觸，就會推動換向閥桿14向該換向閥桿 14的頭部方向運動；設置在所述換向閥桿銅套19內的復位彈簧13，該復位彈簧13位于換向閥桿14頭 部的上方；套設在所述換向閥桿銅套19頂部的排氣螺母12，該排氣螺母12位于復位彈簧13 的上方；如圖4所示是本發明雙作用活塞式氣動泵的氣缸頂蓋的主視圖，在氣缸頂蓋11的 內側及氣缸底蓋18的內側分別設置一個密封槽G，該密封槽內設置一個“0”型圈，與嵌套設 置在氣缸頂蓋11和氣缸底蓋18內的活塞桿密封銅套17的臺階面共同形成對活塞桿162 的平面密封。所述的換向裝置20通過四個內六角螺栓連接在氣缸總成10的外側壁。如圖6所 示為本發明雙作用活塞式氣動泵的換向裝置的剖視圖，該換向裝置20包括設置在換向閥 殼體21內的閥芯組件；所述的閥芯組件包括柱塞桿24 ；設置在柱塞桿24兩端的柱塞25 ；設置在柱塞桿24的中部側壁位置上的換向閥座26 ；及，設置在換向閥殼體21內壁一側的換氣板27，該換氣板27緊貼換向閥座26，換向 閥座26與換氣板27的接觸面粗糙度為0. 1 μ m，該換氣板27上依次設置有上側通氣孔B'、 中間排氣孔C及下側通氣孔D'，所述上側通氣孔B'與氣缸頂蓋11上的通氣孔B連通，形 成氣流通路b，下側通氣孔D ‘與氣缸底蓋18上的通氣孔D連通，形成氣流通路d，中間排氣 孔C與大氣相通(如圖7. 1-7. 4所示)；當所述的柱塞桿24在換向閥殼體21內上下運動時，可帶動換向閥座26沿著換氣 板27上下運動，從而使上側通氣孔B'與中間排氣孔C連通，或者使下側通氣孔D'與中間 排氣孔C連通；所述的換向裝置20還包括設置在柱塞25頂端的柱塞方蓋22，該柱塞方蓋22上設 置有柱塞蓋通氣孔Γ，該柱塞蓋通氣孔Γ連接到換向閥桿銅套19上的側壁通氣孔I，形 成通過排氣螺母12與大氣相通的氣流通路i (如圖7. 1-7. 4所示)；在所述的換向閥殼體21上還設置有閥芯腔通氣孔J'，該閥芯腔通氣孔J'連接到換向閥桿銅套19的底部通氣孔J，形成氣流通路j (如圖7. 1-7. 4所示)；所述的換向裝置20還包括設置在換向閥殼體21 —側的圓蓋23，該圓蓋23上設置 有供低壓氣體進入換向裝置20的進氣孔(如圖1和圖6中的箭頭方向所示)。因上液缸總成與下液缸總成的構成相同，下面具體以下液缸總成30為例進行說明。
下液缸總成30包括下液缸31，該下液缸31通過法蘭34連接到氣缸總成的底蓋18 ；設置在下液缸31上的進液單向閥32和出液單向閥33。當雙作用活塞16向下運動時，活塞桿162的下端進入下液缸31中，將原先在下液 缸31中的液體排出下液缸31，而活塞桿162的上端原本深入在上液缸41內，由于雙作用活 塞16向下運動的緣故，活塞桿162的上端漸漸從上液缸41中抽離，形成真空，使上液缸41 從外界吸入液體。如圖7. 1-7. 4所示是本發明提供的雙作用活塞式氣動泵的工作原理圖。如圖7. 1 所示，此時，換向裝置20內的柱塞桿24向上運動，帶動換向閥座26沿著換氣板27向上運 動，使換氣板27上的上側通氣孔B'與中間排氣孔C連通，雙作用活塞16在氣缸15內向上 運動，活塞161還未碰觸換向閥桿14的尾部時，由于復位彈簧13的彈力作用，換向閥桿14 的頭部位于換向閥桿銅套19的底部，從而封閉了底部通氣孔J，氣流通路j被換向閥桿14 頭部密封，使得氣流通路i與氣流通路j處于隔離狀態；低壓氣體(0. 53 1. 2MPa)沿箭頭 方向從圓蓋23上的進氣孔進入換向裝置20內部，并充滿閥芯腔，該閥芯腔內的低壓氣體從 下側通氣孔D'進入，沿氣流通路d，從底蓋通氣孔D進入到氣缸15中，進入氣缸15中的低 壓氣體推動雙作用活塞16向上運動，此時，活塞桿162下端逐漸離開下液缸31，從而使得下 液缸31內形成局部真空，將液體吸入到下液缸31內，同時，隨著活塞桿162上端逐漸深入 到上液缸41，將上液缸41內高壓液體排出上液缸41。如圖7. 2所示，隨著雙作用活塞16在氣缸15內繼續向上運動，直到活塞161觸碰 到換向閥桿14的尾部時，推動換向閥桿14向上運動，則被換向閥桿14的頭部所密封的所 述換向閥桿銅套19的底部通氣孔J被打開，從而使得所述氣流通路i與氣流通路j處于連 通狀態，此時，閥芯腔E內的低壓氣體沿著氣流通路j，再通過氣流通路i進入換向裝置20 的柱塞腔A內，推動柱塞25向下運動(如圖7. 3所示)，繼而帶動換向閥座26沿著換氣板 27向下移動，逐漸使得換氣板27上的下側通氣孔D'與中間排氣孔C連通；此時，如圖7.4所示，閥芯腔E內的低壓氣體從逐漸打開的上側通氣孔B'沿氣流 通路b經氣缸頂蓋11上的通氣孔B進入氣缸15中，推動雙作用活塞16下降，活塞161逐 漸離開頂蓋11上的換向閥桿14的尾部，換向閥桿14復位，從而，換向閥桿銅套19的底部 通氣孔J重新被密封，使得氣流通路i與氣流通路j處于隔離狀態；雙作用活塞16繼續下 降，活塞桿162逐漸深入到下液缸31，從而將高壓液體排出下液缸31，同時，上液缸41內形 成局部真空，使得液體被吸入到上液缸41內。當活塞161繼續向下運動至與底蓋18上的換向閥桿14的尾部碰觸時，活塞161推 動換向閥桿14向下運動，從而使得氣流通路i與氣流通路j處于連通狀態，則閥芯腔E內 的低壓氣體沿著氣流通路j與氣流通路i進入換向裝置20的柱塞腔A內，推動柱塞25向 上運動，繼而帶動換向閥座26沿著換氣板27向上移動，逐漸使換氣板27上的上側通氣孔B'與中間排氣孔C連通；此時，該閥芯腔E內的低壓氣體從逐漸打開的下側通氣孔D'沿 氣流通路d經氣缸底蓋18上的底蓋通氣孔D進入氣缸15，推動雙作用活塞16上升，如此這 般，循環反復，從而實現將氣壓能轉化為液壓能的目的。
盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
一種雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，包括設置在同一軸線上的氣缸總成(10)、上液缸總成(30)及下液缸總成(40)，該雙作用活塞式氣動泵還包含設置在氣缸總成(10)側壁上的換向裝置(20)；所述的氣缸總成(10)包括氣缸(15)；設置在氣缸頂部的頂蓋(11)，在該氣缸的頂蓋(11)上設置有頂蓋通氣孔(B)，該頂蓋通氣孔(B)與換向裝置(20)相連通；設置在氣缸底部的底蓋(18)，在該氣缸的底蓋(18)上還設置有底蓋通氣孔(D)，該底蓋通氣孔(D)與換向裝置(20)相連通；嵌套設置在氣缸(15)中的雙作用活塞(16)；嵌套設置在所述頂蓋(11)及底蓋(18)內的換氣組件，該換氣組件包括設置在頂蓋(11)和底蓋(18)上的換向閥桿銅套(19)，該換向閥桿銅套(19)的側壁上設置側壁通氣孔(I)，該換向閥桿銅套(19)的底部設置底部通氣孔(J)，該側壁通氣孔(I)和底部通氣孔(J)都與換向裝置(20)相連通；設置在所述換向閥桿銅套(19)內的換向閥桿(14)，該換向閥桿(14)具有頭部和尾部，換向閥桿(14)的尾部伸入到氣缸中；設置在所述換向閥桿銅套(19)內的復位彈簧(13)，該復位彈簧(13)位于換向閥桿(14)頭部的上方；套設在所述換向閥桿銅套(19)頂部的排氣螺母(12)，該排氣螺母(12)位于復位彈簧(13)的上方；所述換向裝置(20)包括設置在換向閥殼體(21)內的閥芯組件，所述的閥芯組件包括柱塞桿(24)；設置在柱塞桿(24)兩端的柱塞(25)；設置在柱塞桿(24)的側壁的換向閥座(26)；及，設置在換向裝置(20)一側的換氣板(27)，該換氣板(27)緊貼換氣閥座(26)，換氣板上設置有上側通氣孔(B′)、中間排氣孔(C)及下側通氣孔(D′)；所述上側通氣孔(B′)與氣缸頂蓋(11)側部的通氣孔(B)連通，形成氣流通路(b)，下側通氣孔(D′)與氣缸底蓋(18)的通氣孔(D)連通，形成氣流通路(d)，中間排氣孔(C)與大氣相通；設置在柱塞(25)頂端的柱塞方蓋(22)，該柱塞方蓋(22)上設置有柱塞蓋通氣孔(I′)，該柱塞蓋通氣孔(I′)連接到換向閥桿銅套(19)上的側壁通氣孔(I)，形成通過排氣螺母(12)與大氣相通的氣流通路(i)；在所述的換向閥殼體(21)上還設置有閥芯腔通氣孔(J′)，該閥芯腔通氣孔(J′)連接到換向閥桿銅套(19)的底部通氣孔(J)，形成氣流通路(j)。
2.如權利要求1所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的上液缸總成(40)與 下液缸總成(30)結構相同。
3.如權利要求2所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的下液缸總成(30)包括下液缸(31)，該下液缸(31)通過法蘭(34)與氣缸的底蓋(18)連接；設置在下液缸(31)上的進液單向閥(32)和出液單向閥(33)。
4.如權利要求1所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的雙作用活塞(16)包 含活塞桿(162)和套設在該活塞桿(162)上的活塞(161)。
5.如權利要求4所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的活塞(161)和活塞桿 (162)采用一體化設計，該活塞桿(162)的兩端分別伸入到上液缸(41)和下液缸(31)中， 分別通過上液缸柱塞(45)和下液缸柱塞(35)與上液缸(41)和下液缸(31)滑動連接。
6.如權利要求5所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述活塞桿(162)上設置有 密封銅套(17)，該密封銅套(17)與氣缸頂蓋(11)、底蓋(18)采用“O”型圈密封方式連接。
7.如權利要求1所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的換向閥桿(14)呈 “丁”字形，所述的換向閥桿(14)的頭部直徑大于換向閥桿(14)的尾部的直徑。
8.如權利要求7所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的換向閥桿(14)的頭 部尺寸契合所述換向閥桿銅套(19)的尺寸。
9.如權利要求1所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述的換向裝置(20)還包 括設置在換向閥殼體(21) —側的圓蓋(23)，該圓蓋(23)上設置有供低壓氣體進入換向裝 置(20)的進氣孔。
10.如權利要求1所述的雙作用活塞式氣動泵，其特征在于，所述換向閥座(26)與換氣 板(27)的相互接觸面粗糙度為0. 1 μ m 0. 4 μ m。
全文摘要
本發明涉及一種雙作用活塞式氣動泵，包括氣缸總成、液缸總成與換向裝置；所述的氣缸總成包括氣缸、頂蓋、底蓋、雙作用活塞及換氣組件；所述換向裝置包括換向閥殼體、柱塞桿、柱塞、換向閥座、換氣板及柱塞方蓋，該柱塞方蓋上的柱塞蓋通氣孔連接到換向閥桿銅套上的側壁通氣孔，形成氣流通路(i)；所述的換向閥殼體上的閥芯腔通氣孔連接到換向閥桿銅套的底部通氣孔，形成氣流通路(j)；通過控制氣流通路(i)與氣流通路(j)連通或隔離狀態之間的轉換，實現推動雙作用活塞向上或向下運動的氣流通路的轉向，從而實現從氣壓能向液壓能的轉換。本發明提供的雙作用活塞式氣動泵，結構簡單，容積效率高且具有優良的環境適應能力。
文檔編號F04B9/125GK101956687SQ20091005509
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者姚胥源, 李麒麟 申請人:上海神開石油化工裝備股份有限公司