技术领域
[0001] 本
发明涉及一种气动相向作用柱塞节能
水泵。
背景技术
[0002]
冶金行业
连铸生产车间用水泵工作条件较恶劣，一般都是结晶器、扇形段等设备的循环用
冷却水。水中还有大量的冷却
铁皮，泥沙等大颗粒杂质，较混浊，且一般均是流量较大，水泵工作时间长，耗电量巨大，故障率高，增大企业的生产成本。
[0003] 目前，连铸车间
沉淀池或生产工艺环节用水泵大部分都采用离心水泵或往复式柱塞水泵(
电机驱动)，存在的问题主要有：
[0004] 一、离心水泵相比柱塞泵，效率较低，一般为70～80％，如果水质不好有大颗粒杂质或大流量情况下效率会更低一些。
[0005] 二、往复式柱塞水泵效率相比
离心泵会高，最高有的能达到98％，但是
电能消耗较多。
[0006] 因此，连铸车间用离心泵效率较低、柱塞水泵电能消耗多。
发明内容
[0007] 根据上述提出的技术问题，而提供一种气动相向作用柱塞泵，用以解决现有的连铸车间用水泵，具有效率较低或电能消耗多的缺点。本发明采用的技术手段如下：
[0008] 一种气动相向作用柱塞泵，包括泵体，筒状的泵体内腔左右两侧分别设有一组栓塞体，泵体中部的上下两侧分别加工有上出水口和下进水口，泵体的左右两侧端部分别安装有一个
法兰以及驱动机构；泵体左右两侧的栓塞体和驱动机构具有相同的结构；左侧的栓塞体包括
活塞杆，以及
活塞杆的右侧端部依次穿的
碟形弹簧I、栓塞和
碟形弹簧II；所述的驱动机构包括
气缸和联接接头，所述联接接头的两端分别联接气缸的活塞接头和活塞杆的左侧端部；当气源带动气缸运动，通过联接接头同时带动栓塞体做往复运动。
[0009] 作为优选所述栓塞外壁包括远离上出水口一侧的密封部和靠近上出水口一侧的收口部；所述密封部加工有用于安装
密封圈的R
角密封槽，所述收口部具有锥度，锥角为α，15°≤α≤20°；所述栓塞靠近上出水口一侧中心具有凹槽，凹槽的
侧壁具有锥度，锥角为β，
25°≤β≤30°。
[0010] 作为优选所述的密封圈为PTFE添加
碳纤维材质密封圈，密封圈横截面为半圆形。
[0011] 作为优选所述气缸同气源之间设置有换向
阀，上出水口的出口端和下进水口的进口端分别设置有一个
单向阀，使水源从下进水口进入，上出水口排出。
[0012] 作为优选所述活塞杆左侧通过
锁紧
螺母压下碟形弹簧I，并保持碟形弹簧I具有一定的预紧
力；所述活塞杆右侧端部通过螺帽将碟形弹簧II锁紧。
[0013] 作为优选所述的泵体为
铸造件，泵体内腔与栓塞
接触面具有0.08mm～0.12mm
镀Cr层。
[0014] 作为优选所述活塞杆同法兰间设置有用于密封的J型密封圈，所述的法兰外侧设置有用于压紧的
压板。
[0015] 作为优选所述栓塞的外径为ΦAmm，泵体的内径为ΦBmm，ΦA＝ΦB-4。
[0016] 作为优选所述收口部锥角α为20°；所述凹槽的侧壁锥度β为28°。
[0017] 作为优选所述泵体内腔与栓塞接触面具有0.1mm镀Cr层。
[0018] 与
现有技术相比较，本发明所述的气动相向作用柱塞泵，具有以下优点：
[0019] 1、本发明所述的气动相向作用柱塞泵，筒状的泵体内腔左右两侧分别设有一组栓塞体，泵体中部的上下两侧分别加工有上出水口和下进水口，通过合理的水泵缸体设计，使水泵吸排水能力放大，采用相对双塞形式，使水的流动性能合理，节省能耗损失，且不易堵塞，减少故障几率。
[0020] 2、本发明所述的气动相向作用柱塞泵，泵体的左右两侧端部分别安装有一个法兰以及驱动机构；所述的驱动机构包括气缸和联接接头，当气源带动气缸运动，通过联接接头同时带动栓塞体做往复运动。实现了将连铸车间已有的压缩空气
能源替代传统的电能驱动，节能减排，为企业节约电能，优化产业结构。
[0021] 3、本发明所述的气动相向作用柱塞泵，泵体内腔与栓塞接触面具有0.08～0.12mm镀Cr层，镀Cr层既减少了摩擦阻力，又保护泵体免除水等介质的侵蚀，使用镀Cr层泵体能够不使用不锈
钢泵体，节省了资源及成本，并且镀Cr层太薄，则镀层与基体结合性能不好，容易剥落；镀Cr层太厚，则镀层内
应力分布不均，在受热及特殊环境下容易在内应力的作用下产生龟裂，寿命短。
附图说明
[0022] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0023] 图1是本发明的结构示意图(柱塞原始
位置，即排空介质)。
[0024] 图2是本发明结构示意图(柱塞运动极限位置，即充满介质)。
[0025] 图3是本发明运行系统简图(图中C为气源，D为气流方向，E为水流方向)。
[0026] 图4是本发明泵体内部放大结构示意图。
[0027] 图5是本发明栓塞的放大结构示意图。
[0028] 图6是本发明的整体示意图。
[0029] 其中：1、气缸，2、联接接头，3、压板，4、J型密封圈，5、法兰，6、活塞杆，7、泵体，8、锁紧螺母，9、碟形弹簧I，10、栓塞，11、碟形弹簧II，12、螺帽，13、密封圈，14、换向阀，15、单向阀，16、出水口，17、进水口。
具体实施方式
[0030] 如图1到图6所示，一种气动相向作用柱塞泵，包括泵体7，所述的泵体7为铸造件，泵体7内腔与栓塞10接触面具有0.08mm～0.12mm镀Cr层，优选的所述泵体7内腔与栓塞10接触面具有0.1mm镀Cr层。镀Cr层，此镀层表面光滑平整，减少密封圈与腔体的摩擦阻力；并且此镀层防锈能力比较强，因为连铸车间介质水质较复杂，有
腐蚀因素存在，故镀Cr层的存在能够大大延长泵的使用寿命。
[0031] 筒状的泵体7内腔左右两侧分别设有一组栓塞体，泵体7中部的上下两侧分别加工有上出水口16和下进水口17，上出水口16和下进水口17设置于泵体7的中心位置，所述上出水口16和下进水口17接管的端部设置有用于连接的法兰板，使作为下口的下进水口17进水，作为上口的上出水口16出水，实现水的流动方向为下进上出。
[0032] 泵体7的左右两侧端部分别安装有一个法兰5以及驱动机构；泵体7左右两侧的栓塞体和驱动机构具有相同的结构；左侧的栓塞体包括活塞杆6，以及活塞杆6的右侧端部依次穿的碟形弹簧I9、栓塞10和碟形弹簧II11；所述活塞杆6左侧通过锁紧螺母8压下碟形弹簧I9，并保持碟形弹簧I9具有一定的预紧力；所述活塞杆6右侧端部通过螺帽12将碟形弹簧II11锁紧。
[0033] 所述栓塞10外壁包括远离上出水口16一侧的密封部和靠近上出水口16一侧的收口部；所述密封部加工有用于安装密封圈13的R角密封槽，所述的R角密封槽设置有多个，如图5所示，所述收口部具有锥度，锥角为α，15°≤α≤20°，具体数值可根据实际设备尺寸进行选择，优选的所述收口部锥角α为20°；此处的收口部为保留两个密封槽13的位置，形成外形收口；所述栓塞10靠近上出水口16一侧中心具有凹槽，凹槽的侧壁具有锥度，锥角为β，25°≤β≤30°，具体数值可根据实际设备尺寸进行选择，优选的所述凹槽的侧壁锥度β为28°，并且使凹槽的加工保持栓塞10一定厚度的位置做形状外放。
[0034] 密封槽13这种特殊的锥角设计，目的在于使栓塞体运动过程中增加对于介质的推力和减少与缸体的摩擦阻力，即栓塞体从位置A运动到B，25～30°的角度做喇叭口，能够增大对于介质的推力，尤其对于有大颗粒杂质的介质；同时栓塞体从位置B运动到A，15～20°的角度做缩口，减少了密封槽13与缸体的接触面积，减小了摩擦阻力。
[0035] 所述的密封圈13为PTFE添加
碳纤维材质密封圈，此种材质具有耐磨、耐高温、使用寿命长且维修更换方便等优点，能有效保护栓塞与缸体内部的光滑，密封圈13横截面为半圆形，与栓塞10上的外部周边密封槽(即R角密封槽)尺寸相配合，此密封结构形式受力合理。并且保证与栓塞10上的外部周边密封槽尺寸相配合。
[0036] 所述的驱动机构包括气缸1和联接接头2，所述联接接头2的两端分别联接气缸1的活塞接头和活塞杆6的左侧端部；所述活塞杆6同法兰5间设置有用于密封的J型密封圈4，所述的法兰5外侧设置有用于压紧的压板3。
[0037] 当气源带动气缸1运动，通过联接接头2同时带动栓塞体做往复运动，在泵体7内由于气体体积的不断收缩变化，介质水被抽进与排出泵体7，达到泵水的目的。
[0038] 所述气缸1同气源之间设置有换向阀14，上出水口16的出口端和下进水口17的进口端分别设置有一个单向阀15，使水源从下进水口17进入，上出水口16排出。所述栓塞10的外径为ΦAmm，泵体7的内径为ΦBmm，ΦA＝ΦB-4。栓塞10与泵体7单边2mm间隙为防止两者硬性接触，造成不必要的划伤损害；两者之间填充密封圈13，不会介质导致
泄漏。
[0039] 如图3所示，为本发明所述气动相向作用柱塞泵的运行系统简图，图中C为气源，D为气流方向，E为水流方向。
[0040] 本发明所述气动相向作用柱塞泵的水泵系统，动力气源来自于连铸车间自有系统中，经过换向阀14作用于气缸1，泵体7通过进口与出口侧单向阀15控制介质流动方向。
[0041] 即柱塞泵进水过程中，进水侧单向阀开状态，出水侧单向阀闭状态；泵出水过程，出水侧单向阀开状态，进水侧单向阀闭状态，介质水不断从出水口16排出腔体中，直至排空，完成一次循环。
[0042] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，是一种节能水泵，主体由两面做对称相向运动的柱塞组成，主要零部件除换向阀14外，其余数量均为2件。
[0043] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，来自于连铸车间系统中的气源经过换向阀14作用于气缸1，设定气缸1的缸体直径(内径)为泵体7直径(内径)N倍；所述气缸1的内腔直径为SC，压力为PC，泵体7内径为SB，压力为PB。
[0044] 由于活塞受到的推力F＝S×P，则SC×PC＝SB×PB，又气缸1的缸体直径(内径)为本设计的泵体7直径(内径)N倍，则PB＝N×PC，即泵压力放大N倍，在车间气源压力一定的情况下，能够通过改变此气缸1与泵体7直径(内径)关系改变泵的扬程。
[0045] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，工作时，当泵体7内的柱塞由位置B到位置A的过程中，为泵进水过程，此时进水侧液压元件单向阀开状态，出水侧液压元件单向阀闭状态，介质水不断从进水口17流进腔体中，直至充满；当泵体7内的柱塞由位置A到位置B的过程中，为泵出水过程，此时出水侧液压元件单向阀开状态，进水侧液压元件单向阀闭状态，介质水不断从出水口16排出腔体中，直至排空。如此完成一次循环。
[0046] 传统的柱塞水泵的进出口位置都在泵体的单侧，介质水从进口至出口的过程，假设进口速度为VI，出口速度为VO，则
[0047] VO＝-VI
[0048] 速度转变的过程即是
能量的消耗，速度能量消耗量为：
[0049] N＝1/2mV2×L
[0050] L为泵体腔内长度。
[0051] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，将进出口设置在泵体腔中心位置，也是考虑了减少水的能量损失方面，这样能够提高泵的效率。
[0052] 如图1所示，泵体7内的两端柱塞处于位置B，即原始位置和柱塞将介质水排空的位置，此时两端柱塞刚刚接触。栓塞自身结构的优点，在排出水两端柱塞在对撞的过程中，柱塞大开大合，速度快，推力尤其大，帮助排出一些大的颗粒杂质，同时柱塞腔内的水会有很大的反作用力膨胀柱塞，此时碟形弹簧I9可以起到缓冲作用。碟形弹簧II11则是为了加强栓塞II10的强度，防止栓塞II10过大的
变形，减少疲劳变形的几率，延长寿命，同时，为了避免两端柱塞过量的碰撞，减缓冲击力。
[0053] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，通过合理的水泵缸体设计，使水泵吸排水能力有效放大，采用相对双塞形式，使水的流动性能更加合理，节省能耗损失，柱塞大开大合不易堵塞，降低设备故障几率，节省电能，达到了节能减排的目的。
[0054] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，这种大开大合工作形式的水泵正是连铸生产工艺需要的。本发明所述的气动相向作用柱塞泵，从整体上设计了此柱塞水泵的运行工艺体系，包括管路元件与设备的连接，优化了泵体的设计，从柱塞水泵整体系统设计了运行工艺。
[0055] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，用于有气源处，特别涉及连铸车间工艺生产气源利用节能降排升级改造项目。连铸生产车间进行节能优化升级改造，利用连铸热坯产生大量的热储备了压缩气体能源。这些大量的压缩气体能源就本发明的节能水泵的驱
动能源，这样就大大节省了泵用电能，而且环保无污染，符合国家节能减排的降碳政策。
[0056] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，在连铸车间已有在工艺生产获得的压缩空气能源的
基础上，结合连铸车间的生产工艺与节约能耗方面考虑，将车间已有的压缩气体源利用与柱塞水泵结合起来，设计出一种气动相向作用柱塞节能水泵及系统。
[0057] 本发明所述的气动相向作用柱塞泵，仅是单缸水泵，为追求连续及大流量，能够根据需要设计多缸连续作业气动柱塞节能水泵。
[0058] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
