耐磨柱塞泵

摘要

本发明涉及一种耐磨柱塞泵，它包括动力传动机构、由动力传动机构带动的柱塞、连接在柱塞前端的泵头、包覆在柱塞外围的填料密封机构、注液机构和冲洗机构。其中的注液机构包括小型柱塞计量泵、注入液进出口管、注入液导液环和齿形环，小型柱塞计量泵与主泵由同一曲轴带动，其所连接的曲拐相位差为180°。冲洗机构包括循环泵、储罐、冲洗液入口管、冲洗液出口管和冲洗液导向环。填料密封机构包括填料体、主填料函和辅助填料函。与现有技术相比，本发明基本上可以隔离输送料浆里颗粒介质与柱塞的接触，使柱塞的磨损减少到最小，其工作寿命大大延长。同时也延长了填料的使用寿命，很好的解决了填料函的泄露问题。

权利要求

1.一种耐磨柱塞泵，包括动力传动机构、由动力传动机构带动的柱塞、连接在柱塞前端的泵头以及包覆在柱塞外围的填料密封机构，其特征在于：还包括注液机构和冲洗机构；

所述的注液机构包括小型柱塞计量泵、注入液进出口管、注入液导液环和齿形环，小型柱塞计量泵与耐磨柱塞泵由同一曲轴带动，小型柱塞计量泵与耐磨柱塞泵所连接的曲拐相位差为180°；注入液进出口管的一端与小型柱塞计量泵的出口相连，另一端通过填料密封机构与注入液导液环相连通，注入液导液环和齿形环顺序设置在填料密封机构与柱塞之间并相互连通，齿形环设置在注入液导液环的前端；

所述的冲洗机构包括循环泵、储罐、冲洗液入口管、冲洗液出口管和冲洗液导向环，循环泵的出口连接冲洗液入口管，冲洗液入口管通过填料密封机构与冲洗液导向环相连通，冲洗液导向环设置在填料密封机构与柱塞之间，储罐的出口连接循环泵的进口，储罐的进口连接冲洗液出口管，冲洗液出口管还通过填料密封机构与冲洗液导向环相连通；

所述的填料密封机构包括填料体、主填料函和辅助填料函，填料体包覆在柱塞的外围，其前端与泵头密封相连，后端与动力传动机构的壳体密封相连，主填料函夹在填料体与柱塞之间并设置在注入液导液环和冲洗液导向环之间，辅助填料函嵌装在冲洗液导向环内并包覆在柱塞上；

所述的泵头包括吸排液腔体、吸液阀组、排液阀组和隔离管，吸排液腔体为竖立设置的圆筒形腔体结构件，其一侧与填料体密封相连；所述的柱塞可穿过吸排液腔体的侧壁伸入腔体内；吸液阀组连接在吸排液腔体的下端并与吸排液腔体相连通，排液阀组连接在吸排液腔体的上端并与吸排液腔体相连通，隔离管设置在吸排液腔体内，其下口与吸液阀组的出口相邻，上口与排液阀组的进口连接连通。

2.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的注入液导液环与柱塞之间设有0.2-2mm的间隙，注入液导液环的周向上均布有4-20个与注入液进出口管连通并且径向贯通导液环的小孔。

3.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的齿形环与柱塞之间设有

0.2-1mm的间隙。

4.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的冲洗液导向环与柱塞之间设有0.5-3mm的间隙，在冲洗液导向环的周向上设有两组径向贯通的小孔，一组为与冲洗液入口管连通的冲洗液入口孔，另一组为与冲洗液出口管连通的冲洗液出口孔，两组孔交错排列，每一组孔的数量为4-20个。

5.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的冲洗液导向环与填料体之间设有O形密封圈。

6.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的小型柱塞计量泵的流量为耐磨柱塞泵的1％-6％。

7.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的隔离管的下口与吸液阀组的出口之间的距离为10-50mm。

8.根据权利要求1所述的耐磨柱塞泵，其特征在于：所述的注入液和冲洗液为与输送介质中的液体相同的液体。

说明书

耐磨柱塞泵

技术领域

[0001] 本发明涉及一种应用于石油、石化、化工、煤化工、食品等含固体杂质的流体输送泵，尤其涉及用作水煤浆进料泵和高温高压油煤浆进料泵的耐磨柱塞泵。

背景技术

[0002] 油田使用的钻井泥浆柱塞泵输送介质中含有大量破碎的岩石颗粒。油田注水泵输送介质中也含有大量的泥沙。在煤液化工艺中采用的水煤浆进料泵和高压油煤浆进料泵的输送介质里含有大量的高硬度煤粉颗粒。介质中的高硬度颗粒通常会引起柱塞泵柱塞的磨损和填料函泄露，填料的使用时间比较短，更换较频繁。且柱塞也很容易被磨损。由于输送介质中含有大量高硬度颗粒介质，造成对柱塞泵柱塞的磨损和填料函泄露，大大影响了柱塞泵的使用寿命。

[0003] 专利号为CN2890416Y的实用新型专利公开了一种柱塞泵的油压密封装置，该装置采用柱塞泵自动加油压润滑方式，为柱塞密封圈提供油压。具体做法是用一管线将泵出口与一外加的活塞缸体一侧连接，该活塞缸体被活塞分为液室和油室，油室与柱塞密封部分用管线相连接，设置一补油装置连接到此管线上，向油室不断的补油。液室与泵阀出口相连，通过此连接管线将泵出口压力传递给活塞，活塞运动挤压油室。由于油室与泵密封部分相连，这样就将油室里的油压入泵组合密封圈内，可以稀释进入填料的介质。但是，这种结构的活塞与输送的颗粒介质直接接触，使活塞的使用时间不长，很容易磨损坏。活塞磨损坏后输送介质从液室进入油室，然后通过油室与填料间的连接管进入填料，又对柱塞与填料造成磨损。因此，这种结构只是将柱塞与填料的磨损转化为外加活塞缸体与活塞的磨损，没有从根本上解决柱塞与填料的磨损问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的，在于提供一种耐磨柱塞泵。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种耐磨柱塞泵，包括动力传动机构、由动力传动机构带动的柱塞、连接在柱塞前端的泵头以及包覆在柱塞外围的填料密封机构，其特点是：

[0006] 还包括注液机构和冲洗机构；

[0007] 所述的注液机构包括小型柱塞计量泵、注入液进出口管、注入液导液环和齿形环，小型柱塞计量泵与耐磨柱塞泵由同一曲轴带动，小型柱塞计量泵与耐磨柱塞泵所连接的曲拐相位差为180°；注入液进出口管的一端与小型柱塞计量泵的出口相连，另一端通过填料密封机构与注入液导液环相连通，注入液导液环和齿形环顺序设置在填料密封机构与柱塞之间并相互连通，齿形环设置在注入液导液环的前端；

[0008] 所述的冲洗机构包括循环泵、储罐、冲洗液入口管、冲洗液出口管和冲洗液导向环，循环泵的出口连接冲洗液入口管，冲洗液入口管通过填料密封机构与冲洗液导向环相连通，冲洗液导向环设置在填料密封机构与柱塞之间，储罐的出口连接循环泵的进口，储罐的进口连接冲洗液出口管，冲洗液出口管还通过填料密封机构与冲洗液导向环相连通；

[0009] 所述的填料密封机构包括填料体、主填料函和辅助填料函，填料体包覆在柱塞的外围，其前端与泵头密封相连，后端与动力传动机构的壳体密封相连，主填料函夹在填料体与柱塞之间并设置在注入液导液环和冲洗液导向环之间，辅助填料函嵌装在冲洗液导向环内并包覆在柱塞上；

[0010] 所述的泵头包括吸排液腔体、吸液阀组、排液阀组和隔离管，吸排液腔体为竖立设置的圆筒形腔体结构件，其一侧与填料体密封相连；所述的柱塞可穿过吸排液腔体的侧壁伸入腔体内；吸液阀组连接在吸排液腔体的下端并与吸排液腔体相连通，排液阀组连接在吸排液腔体的上端并与吸排液腔体相连通，隔离管设置在吸排液腔体内，其下口与吸液阀组的出口相邻，上口与排液阀组的进口连接连通。

[0011] 所述的注入液导液环与柱塞之间设有0.2-2mm的间隙，注入液导液环的周向上均布有4-20个与注入液进出口管连通并且径向贯通导液环的小孔。

[0012] 所述的齿形环与柱塞之间设有0.2-1mm的间隙。

[0013] 所述的冲洗液导向环与柱塞之间设有0.5-3mm的间隙，在冲洗液导向环的周向上设有两组径向贯通的小孔，一组为与冲洗液入口管连通的冲洗液入口孔，另一组为与冲洗液出口管连通的冲洗液出口孔，两组孔交错排列，每一组孔的数量为4-20个。

[0014] 所述的冲洗液导向环与填料体之间设有O形密封圈。

[0015] 所述的小型柱塞计量泵的流量为耐磨柱塞泵的1％-6％。

[0016] 所述的隔离管的下口与吸液阀组的出口之间的距离为10-50mm。

[0017] 所述的注入液和冲洗液为与输送介质中的液体相同的液体。

[0018] 本发明的耐磨柱塞泵由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：

[0019] 1、由于设置了注液机构和隔离腔，可以完全隔离输送料浆里颗粒介质与柱塞的接触，使柱塞的磨损减少到最小，其工作寿命大大延长；

[0020] 2、由于采用了主辅填料函结构，密封效果好，并延长了填料的使用寿命，很好的解决了填料函的泄露问题；

[0021] 3、结构较简单，生产成本较低；

[0022] 4、注入冲洗液的量小，满足广大用户的要求；

[0023] 5、对于输送介质为高温高压颗粒介质时，泵填料的使用周期长，不易损坏。

附图说明

[0024] 图1为本发明的耐磨柱塞泵的基本结构示意图；

[0025] 图2为填料密封部分结构示意图；

[0026] 图3为泵头部分结构示意图，以及输送介质与注入液在吸排液腔体内的分布及沉降情况示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

[0028] 参见图1，本发明的耐磨柱塞泵，包括动力传动机构1、由动力传动机构带动的柱塞2、连接在柱塞前端的泵头3、包覆在柱塞外围的填料密封机构4、注液机构5和冲洗机构6。

[0029] 配合参见图3，本发明中的泵头3包括吸排液腔体31、吸液阀组32、排液阀组33和隔离管34。吸排液腔体为竖立设置的圆筒形腔体结构件，其一侧与填料体密封相连；柱塞2可穿过吸排液腔体的侧壁伸入腔体内；吸液阀组32连接在吸排液腔体的下端并与吸排液腔体相连通，排液阀组33连接在吸排液腔体的上端并与吸排液腔体相连通，用“O”型圈7将其与隔离管31及法兰35的连接处密封，用法兰35将排液阀组33压紧。隔离管34设置在吸排液腔体31内，其下口与吸液阀组32的出口相邻，距离为10-50mm。上口与排液阀组
33的进口连接连通。在排液阀组33中设有升高限制器。排液阀的流体通道与隔离管的通道同心。隔离管的内径与泵阀流道的内径相当。泵头3与填料体间用O型圈7密封，采用螺柱将泵头与填料体连接。

[0030] 配合参见图2，本发明中的填料密封机构4包括填料体41、主填料函42和辅助填料函43，填料体41包覆在柱塞2的外围，其前端与泵头3密封相连，后端与动力传动机构1的壳体密封相连，主填料函42夹在填料体41与柱塞2之间并设置在注入液导液环和冲洗液导向环之间，辅助填料函43嵌装在冲洗液导向环内并包覆在柱塞2上，用辅助填料函压盖44将其压紧。主填料函42用于阻止介质从传动端泄露，起到主要的密封作用。主填料函42通过冲洗液导向环将其压紧，冲洗液导向环与填料体41间用两“O”型密封圈7密封。柱塞2通过主辅双重密封，保证了本发明柱塞泵的零泄露。

[0031] 配合参见图2，本发明中的注液机构5包括小型柱塞计量泵(未图示)、注入液进出口管51、注入液导液环52和齿形环53。小型柱塞计量泵与主泵由同一曲轴带动，其所连接的曲拐相位差为180°，即在泵工作时，主泵为排出冲程时，小型柱塞计量泵为吸入冲程，吸入液体；主泵为吸入冲程时，小型柱塞计量泵为排出冲程，将液体通过注入液进出口管51注入到分配注入液导液环52，经分配后进入齿形环53与柱塞2之间的间隙里，在此间隙里就达到了一定的冲洗隔离输送介质的作用。该小型柱塞计量泵的流量为主泵的1％-6％。注入液进出口管51的一端与小型柱塞计量泵的出口相连，另一端通过填料密封机构与注入液导液环52相连通，注入液导液环52和齿形环53顺序设置在填料密封机构与柱塞之间并相互连通，齿形环53设置在注入液导液环的前端。注入液导液环52与柱塞2之间设有0.2-2mm的间隙，注入液导液环52的周向上均布有4-20个与注入液进出口管连通并且径向贯通导液环的小孔。小孔的数量视柱塞大小而定，一般直径为40mm的柱塞，小孔的数量为4-8个为宜，主要起到分配注入液的作用。齿形环53与柱塞2之间的间隙δ为
0.2-1mm，最佳取0.5-1mm，间隙越小对冲洗隔离输送介质的效果越好。

[0032] 配合参见图2，本发明中的冲洗机构6包括循环泵61、储罐62、冲洗液入口管63、冲洗液出口管64和冲洗液导向环65。循环泵61的出口连接冲洗液入口管63，冲洗液入口管63通过填料密封机构与冲洗液导向环65相连通，冲洗液导向环65设置在填料密封机构4与柱塞2之间并通过压盖66压紧，储罐62的出口连接循环泵61的进口，储罐62的进口连接冲洗液出口管64，冲洗液出口管64还通过填料密封机构4与冲洗液导向环65相连通。
配合参见图3，冲洗液导向环65与柱塞2之间设有0.5-3mm的间隙(图中以δ表示)，对于直径为40mm的柱塞，采用1-2mm的间隙，间隙越小，冲洗液的量就越小。在冲洗液导向环的周向上设有两组径向贯通的小孔，一组为与冲洗液入口管63连通的冲洗液入口孔651，另一组为与冲洗液出口管64连通的冲洗液出口孔652，两组孔交错排列，每一组孔的数量为4-20个。小孔的数量视柱塞大小而定，一般直径为40mm的柱塞，小孔的数量为4-8个就行，主要起到分配注入液的作用，达到冲洗不留“死角”。在冲洗液导向环65与填料体41之间设有O形密封圈7。

[0033] 本发明在使用时，输送介质与注入液在吸排液腔体内的分布及沉降情况如图3所示。在腔体内的A区只有注入液介质(液体)，在B区则形成固液混合物的悬浮液(介质液体+输送介质)，C区主要是输送的介质。泵工作时，在吸入冲程过程中，泵体内吸入输送介质，使腔体C区内的输送介质上移。同时，辅泵(小型柱塞计量泵)注入介质液体，冲洗齿形环，向吸排液腔体内补充一定量的介质液体。在泵排出冲程过程中，吸液阀关闭，输送介质压入隔离管内，排液阀打开排出介质，C区内的输送介质下移，带走一部分介质液体。由吸液阀组吸入的输送介质大部分经过隔离管输送到排液阀排出，其余小部分进入C区。

[0034] 本发明的柱塞泵，适用于单柱塞泵、双柱塞泵、三柱塞泵、五柱塞泵及多柱塞泵。对于输送介质中含有颗粒介质的浓度不高时，也可以不使用冲洗机构，其结构更为简化。

[0035] 本发明中的注入液和冲洗液为与输送介质中的液体相同的液体，例如水或油。

[0036] 下面是本发明的柱塞泵的两个应用实施例：

[0037] 例一、在煤直接液化工艺中，采用本发明的柱塞泵输送温度为180℃、浓度为C45％wt的油煤浆，将其压力从常压提高到21MPa进入反应器。在准备启动主泵之前，先启动循环泵(循环介质为溶剂油)，将冲洗用溶剂油循环起来，使溶剂油从冲洗液入口管进，从冲洗液出口管出，润滑柱塞，减小柱塞与填料间的摩擦。再启动主泵，让主泵先打溶剂油使吸排液腔体充满液体，同时在主泵回程时由辅泵(小型柱塞计量泵)从注入液进出口管注入溶剂油。在停车时，先停止进油煤浆，同时将溶剂油并入泵，关闭油煤浆进料，等将吸排液腔体内及泵阀内的油煤浆完全冲洗泵干净后，停止主泵运转，最后停止循环泵。

[0038] 例二、在煤间接液化工艺中，采用本发明的柱塞泵输送浓度为C55％wt的水煤浆，将其压力从常压提高到3MPa进入汽化炉。在准备启动主泵之前，先启动循环泵(循环介质为水)，使水从冲洗液入口管进，从冲洗液出口管出，润滑柱塞，减小柱塞与填料间的摩擦。再启动主泵，让主泵先打水使吸排液腔体内充满液体，同时主泵回程时辅泵(小型柱塞计量泵)从注入液进出口管注入水。在停车时，先停止进水煤浆，同时将循环水引入泵，将吸排液腔体内及泵阀内的水煤浆完全冲洗泵干净后，停止主泵运转，最后停止循环水。