本實用新型涉及一種柱塞副，具體涉及一種基于氣體隔離的高壓液體柱塞副。

背景技術(shù)：

水泵廣泛應(yīng)用在城市供水、冶金、石化、電力、煤化、工業(yè)清洗和造紙等行業(yè)；離心泵、隔膜泵和柱塞泵是主要的水泵形式，前兩者壓力較低、后者體積較大；水中的固體顆粒和污水等很容易導(dǎo)致泵的密封失效，大大降低其工作性能和使用壽命；離心泵和隔膜泵由于結(jié)構(gòu)原理和材料的原因限制了其工作壓力的提高，柱塞式結(jié)構(gòu)是高壓水泵的理想形式；柱塞副密封都是采用成型密封，一般通過密封圈隔離介質(zhì)；對高壓水泵而言，本身的高壓和水中雜質(zhì)的存在將加速密封圈和柱塞的磨損，導(dǎo)致柱塞泵密封失效，造成泄露；柱塞泵的一部分磨損來自設(shè)計和裝配的不合理，另外還有最重要的一部分來自密封圈；由于冶金、電力和清洗等行業(yè)的水介質(zhì)雜質(zhì)較多并且很多是污水，柱塞副及其密封件的壽命較低，大大影響了該領(lǐng)域高壓水泵的發(fā)展；工業(yè)上的密封大多采用接觸式密封和非接觸式機(jī)械密封；其中非接觸式機(jī)械密封包括周向圓弧槽、雷列臺階面和螺旋槽面的流體動壓密封，也將它們統(tǒng)稱為干氣密封；干氣密封主要在離心式壓縮機(jī)和船舶艉軸前端氣體密封，采用動靜壓混合支撐原理提供壓力氣膜實現(xiàn)密封；氣膜比較薄，并且不能在液體容積腔體積變化過程中實現(xiàn)自動壓力補(bǔ)償與調(diào)節(jié)，無法用于柱塞副吸排液體的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種安全可靠、工作壽命長的基于氣體隔離的高壓液體柱塞副。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于氣體隔離的高壓液體柱塞副，包括內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的缸體和內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的大柱塞；大柱塞設(shè)置在缸體內(nèi)部，上部外壁與缸體滑動配合，下部外壁與缸體內(nèi)壁之間形成第一密封腔；缸體內(nèi)下部設(shè)置有液體腔，液體腔和與大柱塞下表面之間設(shè)置有聯(lián)通第一密封腔的隔離腔；還包括下部設(shè)置在大柱塞內(nèi)部與其內(nèi)壁滑動配合的小柱塞，小柱塞上部設(shè)置在大柱塞外部；大柱塞下部設(shè)置有向內(nèi)凹陷的臺階；大柱塞內(nèi)部與小柱塞下表面之間形成第二密封腔；第二密封腔與第一密封腔之間通過至少一個阻尼小孔聯(lián)通；大柱塞上方和缸體之間連接有彈簧。

進(jìn)一步的，所述小柱塞與大柱塞滑動配合處設(shè)置有第一密封圈。

進(jìn)一步的，所述大柱塞和缸體之間，第一密封腔上部設(shè)置有至少一個第二密封圈。

進(jìn)一步的，所述小柱塞上端超出缸體上表面。

進(jìn)一步的，所述大柱塞上表面設(shè)置有蓋板。

進(jìn)一步的，所述缸體上表面設(shè)置有缸體蓋板。

進(jìn)一步的，所述缸體上部和與液體腔接觸的下部采用分體結(jié)構(gòu)。

本實用新型的有益效果是：

（1）本實用新型通過小柱塞的壓縮形成一層穩(wěn)定的高壓氣膜，通過高壓氣膜隔離液體介質(zhì)和密封圈，防止雜質(zhì)進(jìn)入摩擦副，提高柱塞副壽命并且可以避免液體介質(zhì)外泄；

（2）本實用新型中的高壓氣膜能滿足柱塞高壓排水的要求，利用高壓氣膜容積腔的快速膨脹使其產(chǎn)生較大的、穩(wěn)定的真空度，保證柱塞副順利吸水；

（3）本實用新型設(shè)置有阻尼小孔，有利于高壓密封時的氣膜動態(tài)生成和吸液時真空度的保持；

（4）本實用新型通過設(shè)置彈簧實現(xiàn)定位保證小柱塞壓縮氣體和膨脹氣體過程中處于靜止，達(dá)到氣體壓力控制要求后與小柱塞實現(xiàn)共同移動。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-彈簧，2-第一密封圈，3-缸體，4-第二密封圈，5-阻尼小孔，6-液體腔，7-隔離腔，8-第一密封腔，9-大柱塞，10-第二密封腔，11-小柱塞，12-蓋板，13-缸體蓋板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種基于氣體隔離的高壓液體柱塞副，包括內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的缸體3和內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的大柱塞9；大柱塞9設(shè)置在缸體3內(nèi)部，上部外壁與缸體3滑動配合，下部外壁與缸體3內(nèi)壁之間形成第一密封腔8；缸體3內(nèi)下部設(shè)置有液體腔6，液體腔6和與大柱塞9下表面之間設(shè)置有聯(lián)通第一密封腔8的隔離腔7；還包括下部設(shè)置在大柱塞9內(nèi)部與其內(nèi)壁滑動配合的小柱塞11，小柱塞11上部設(shè)置在大柱塞9外部；大柱塞9下部設(shè)置有向內(nèi)凹陷的臺階；大柱塞9內(nèi)部與小柱塞11下表面之間形成第二密封腔10；第二密封腔10與第一密封腔8之間通過至少一個阻尼小孔5聯(lián)通；大柱塞9上方和缸體3之間連接有彈簧1。

進(jìn)一步的，所述小柱塞11與大柱塞9滑動配合處設(shè)置有第一密封圈2；第一密封圈2采用O型密封圈，用于防止第二密封腔10內(nèi)的氣體泄漏。

進(jìn)一步的，所述大柱塞9和缸體3之間，第一密封腔8上部設(shè)置有至少一個第二密封圈4；可以采用O型密封圈，用于防止第一密封腔8內(nèi)的氣體泄漏。

進(jìn)一步的，所述小柱塞11上端超出缸體3上表面。

進(jìn)一步的，所述大柱塞9上表面設(shè)置有蓋板12。

進(jìn)一步的，所述缸體3上表面設(shè)置有缸體蓋板13。

進(jìn)一步的，所述缸體1的上部和與液體腔6接觸的下部為分體結(jié)構(gòu)；與液體腔6接觸的下部缸體1材料通常選擇防腐蝕材料，需要滿足液體的腐蝕性要求，無精度要求；缸體1上部的材料可選擇普通金屬材料，精度要求較低。

使用時，小柱塞11連接驅(qū)動機(jī)構(gòu)，沿大柱塞9內(nèi)壁往復(fù)運動；小柱塞11向下快速運動，壓縮第二密封腔10內(nèi)的氣體形成高壓氣體，高壓氣體通過四個阻尼小孔5充滿第一密封腔8；第一密封腔8中的高壓氣體通過大柱塞9與缸體3之間的間隙進(jìn)入隔離腔7，由于高壓氣體的進(jìn)入，隔離腔7中形成一層高壓氣膜；高壓氣膜可將液體腔6中的水排出，完成高壓排水，同時可以起到隔離大柱塞9和水的作用；完成排水后小柱塞11外伸，當(dāng)小柱塞11與大柱塞9上端的蓋板12接觸時，大柱塞9和小柱塞11同步快速外伸，壓縮彈簧1，彈簧1一端固定在蓋板12上，另一端固定在缸體蓋板13上，隨著小柱塞11與大柱塞9的同步外伸，隔離腔7的體積迅速增加；由于阻尼小孔5、大柱塞9與缸體3之間間隙的存在，第一密封腔8和第二密封腔10中的氣體未能及時補(bǔ)償，隔離腔7中形成真空，能使柱塞副順利吸水。

小柱塞11用于壓縮和膨脹氣體，為排水時提供高壓隔離密封氣膜并且保證吸液時防止隔離氣體填充真空區(qū)域；小柱塞11連接驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可以沿大柱塞9內(nèi)壁往復(fù)運動；大柱塞9下部設(shè)置有向內(nèi)凹陷的臺階，可以實現(xiàn)小柱塞11運動的限位，使得小柱塞11在氣體壓縮和膨脹階段時大柱塞9保持靜止；小柱塞11運動到位于大柱塞9下部臺階處時，帶動大柱塞9壓縮液體腔6中的液體排液，運動到上部大柱塞9的蓋板12處時，帶動大柱塞9向上運動，實現(xiàn)吸液；第二密封腔10與第一密封腔8之間通過至少一個阻尼小孔5聯(lián)通，阻尼小孔5設(shè)置在大柱塞9上，有利于高壓密封時的氣膜動態(tài)生成和吸液時的真空度保持；大柱塞9利用彈簧1和其下部的臺階實現(xiàn)定位，保證小柱塞11壓縮氣體和膨脹氣體過程中處于靜止。

本實用新型是針對水泵等流體柱塞泵摩擦副的密封現(xiàn)狀問題，所提出的一種用于柱塞泵的基于氣體隔離密封的柱塞副；在柱塞副工作過程中形成一層穩(wěn)定的高壓氣膜，通過壓力氣膜分隔液體介質(zhì)和密封圈，防止雜質(zhì)或腐蝕性液體進(jìn)入摩擦副，在提高柱塞副壽命的同時避免液體介質(zhì)外泄；本實用新型可以降低柱塞副的材料要求和加工精度要求，使得柱塞副更容易拆卸更換，降低了維護(hù)難度；本實用新型通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)氣體隔離密封，根據(jù)氣體的性質(zhì)和熱力學(xué)方程，氣體具有良好的壓縮和膨脹特性，壓強(qiáng)與體積存在定量的關(guān)系；能夠保證壓縮階段產(chǎn)生滿足工作壓力要求的氣膜以及膨脹時不填充液體介質(zhì)的真空區(qū)；小柱塞11從底部往上運動，隔離腔6中的氣體膨脹，壓力降至大氣壓左右，小柱塞11到達(dá)大柱塞9的蓋板12位置后，帶動大柱塞9共同向上運動，在液體上方形成真空；由于阻尼小孔5的作用以及氣體密度較小的原因使得氣體不能及時填充液體上方的真空區(qū)域，從而實現(xiàn)吸液過程；小柱塞11向下運動時，在隔離腔中6形成高壓密封氣膜，實現(xiàn)排液過程；在吸排液體過程中，始終保持氣體被阻隔在密封圈和工作液體介質(zhì)之間，同時實現(xiàn)了柱塞副的正常吸排液；本實用新型基于氣體隔離思想，提出了利用壓力空氣阻隔工作介質(zhì)和摩擦副的直接接觸，避免了雜質(zhì)進(jìn)入到柱塞副間隙中發(fā)生柱塞卡緊磨損，同時避免工作介質(zhì)對柱塞和密封件的腐蝕，大大提高了產(chǎn)品的工作壽命。