一种潜水泵的制作方法

本发明属于潜水泵技术领域，具体涉及一种由液压驱动的潜水泵。

背景技术：

潜水泵作为流体输送场所的常用机械设备，广泛应用于冶金、电力、轻纺、石油、化工、化肥、造纸、环保等行业中，主要包括有井泵、潜水排污泵、潜水混流泵、潜水轴流泵等泵型。

目前，行业内使用的常规潜水泵包括泵体、电机和叶轮。其中，在泵体壁上有进水口和出水口，电机位于泵体内，并且电机轴的一端伸出在电机壳体的外部，叶轮固定在电机轴的外伸端。

上述常规潜水泵在工作时，电机都会产生热量，一般都是依靠其泵体和电机壳体的散热性能进行散热。但是，在正常使用情况下，电机单位时间产生的热量通常会大于电机的壳体和泵体单位时间散发的热量，所以常规潜水泵在连续使用时，其电机内温度上升的较快，使得电机在高温下进行长时间工作，由此会缩短电机的使用寿命。另外，现有的潜水泵因为使用电机直接驱动，受到电源供电的极大限制，而无法在在无电源的环境中进行使用，限制了应用推广。

技术实现要素：

为了解决目前常规结构潜水泵存在的上述问题，本发明提出了一种全新结构形式的潜水泵。该潜水泵包括壳体、主活塞、第一活塞和主轴；所述第一活塞与所述主活塞固定连接并且同步运动；

所述壳体的内部设有相互独立的控制室和第一工作室，所述壳体上设有p口、t口以及第一进水口和第一出水口；

所述主活塞位于所述控制室中，并且将控制室分割为相互独立的第一控制室和第二控制室；p口和t口分别与所述第一控制室和所述第二控制室交替连通，当p口与所述第一控制室连通时，t口与所述第二控制室连通，当p口与所述第二控制室连通时，t口与所述第一控制室连通；

所述第一活塞位于所述第一工作室中，并且所述第一进水口和所述第一出水口同时与所述第一工作室连通；

所述主轴位于所述壳体内部并且沿轴向贯穿所述主活塞，所述主活塞可以带动所述主轴进行轴向同步移动，同时所述主活塞与所述主轴之间可以进行相对圆周转动；所述主轴的两端与所述壳体沿轴向滑动连接；所述主活塞带动所述主轴在所述控制室内轴向移动至终端位置时，所述主活塞相对于所述主轴进行圆周转动，完成p口和t口与所述第一控制室和所述第二控制室的连通关系切换。

优选的，所述主活塞的外表面设有沿轴向布设的第一油槽和第二油槽；所述第一油槽和所述第二油槽沿圆周方向分布，并且所述第一油槽沿轴向与所述第一控制室连通，所述第二油槽沿轴向与所述第二控制室连通；所述第一油槽与p口连通时，所述第二油槽与t口连通；所述第一油槽与t口连通时，所述第二油槽与p口连通。

进一步优选的，所述主活塞的外表面设有两个第一油槽和两个第二油槽；其中，两个第一油槽沿轴向的长度不等，两个第二油槽沿轴向的长度也不等，并且相对较长的第一油槽和相对较长的第二油槽用于与p口交替连通，相对较短的第一油槽和相对较短的第二油槽用于与t口交替连通；当主活塞移动至控制室的终端位置时，相对较短的第一油槽或相对较短的第二油槽预先与t口断开连接，而相对较长的第一油槽或相对较长的第二油槽继续与p口保持连通。

优选的，所述主活塞设有内螺旋槽，所述主轴上设有导向台；所述导向台位于所述内螺旋槽中，并且可以沿所述内螺旋槽进行相对滑动；所述主轴相对于所述主活塞进行轴向移动时，所述导向台相对于所述内螺旋槽进行滑动，带动所述主活塞相对于所述主轴进行圆周方向转动。

进一步优选的，所述壳体上设有第一油路、第二油路、第三油路和第四油路；所述主轴上设有第一油孔和第二油孔；所述主轴与所述主活塞之间设有左控制腔和右控制腔，并且沿轴向方向，所述左控制腔和所述右控制腔分别位于所述导向台的两侧；

所述第一油路的一端与p口连通，另一端与所述第一油孔选择连通；所述第二油路的一端与p口连通，另一端与所述第二油孔选择连通；所述第三油路的一端与t口连通，另一端与所述第一油孔选择连通；所述第四油路的一端与t口连通，另一端与所述第二油孔选择连通；所述第一油孔与所述右控制腔连通，所述第二油孔与所述左控制腔连通；

所述主轴随所述主活塞移动至所述第一控制室的终端位置时，所述第一油路与所述第一油孔连通，所述第四油路与所述第二油孔连通，所述主轴在所述左控制腔和所述右控制腔的液压作用力差下，向所述左控制腔方向进行轴向移动，带动所述主活塞进行圆周方向转动，将p口切换至与所述第一控制室连通，将t口切换至与所述第二控制室连通；

所述主轴随所述主活塞移动至所述第二控制室的终端位置时，所述第三油路与所述第一油孔连通，所述第二油路与所述第二油孔连通，所述主轴在所述左控制腔和所述右控制腔的液压作用力差下，向所述右控制腔方向进行轴向移动，带动所述主活塞进行圆周方向转动，将p口切换至与所述第二控制室连通，将t口切换至与所述第一控制室连通。

进一步优选的，所述主轴上还设有第一阻尼孔和第二阻尼孔；所述第一阻尼孔位于所述第一油孔和所述第一控制室之间，所述第二阻尼孔位于所述第二油孔和所述第二控制室之间。

进一步优选的，所述主轴上还设有第一连接槽和第二连接槽；所述第一连接槽和所述第二连接槽为沿轴向布设的环形槽；所述第一连接槽与所述第一油孔连通，用于与所述第一油路或所述第三油路选择连通；第二连接槽与所述第二油孔连通，用于与第二油路或所述第四油路选择连通。

优选的，所述第一工作室由所述主轴与所述壳体组成，并且所述主轴的端部直接作为所述第一活塞。

优选的，该潜水泵还包括第二活塞，所述壳体内部还设有与所述控制室和所述第一工作室相互独立的第二工作室，并且所述壳体上还设有第二进水口和第二出水口；所述第二活塞与所述主活塞固定连接并且同步运动；

所述第二活塞位于所述第二工作室中，并且所述第二进水口和所述第二出水口同时与所述第二工作室连通。

优选的，所述第一活塞和所述第二活塞位于所述主活塞的两侧，所述第一工作室和所述第二工作室位于所述控制室的两侧。

相较于现有结构形式的潜水泵，本发明的潜水泵具有以下有益技术效果：

1、在本发明中，通过在壳体上分别设置与液压泵连接的p口和与回油箱连接的t口，并且p口和t口与主活塞两侧的控制室进行交替连通，从而借助液压力驱动主活塞进行轴向往复移动，进而带动第一活塞和第二活塞分别在第一工作室和第二工作室中进行往复压缩水介质做功。同时，利用p口处高压油液对移动至控制室终端位置处主轴相对于主活塞进行的轴向移动，从而驱动主活塞进行圆周方向转动，达到高压油液对主活塞的两侧交替施加液压作用力的切换，实现对主活塞进行轴向往复交替移动的驱动，达到第一活塞和第二活塞在液压驱动下的交替压缩水介质做功。这样，不仅实现了以液压力作为动力驱动第一活塞和第二活塞进行压缩水介质做功，从而替代现有潜水泵中的电机和叶轮等辅助结构，达到了简化结构、提高体积紧凑性以及无电环境的使用，而且避免了常规潜水泵中由于电机发热量大而导致泵内温度高的问题，从而可以稳定潜水泵的工作温度，实现潜水泵的长时间连续工作。

2、在本发明中，通过在壳体和主轴上分别设置相互关联的多个油路和多个油孔以及在主活塞与主轴之间设置左控制腔和右控制腔，从而实现主轴与主活塞之间相对转动过程中，完成对p口和t口与主活塞两侧控制室交替连通的切换。进一步，通过在主轴上设置阻尼孔，并且借助阻尼孔将对应的控制腔和控制室进行连通，从而实现p口处高压油液对主轴相对于主活塞的位置固定，从而保持主轴与主活塞的位置关系，保证对水介质的有效压缩做功以及带动主活塞的准确转动。

3、在本发明中，通过将第一油槽和第二油槽设计为长度不等的结构形式，使主活塞轴向移动至终端位置时，t口预先与对应油槽脱离接触，从而将对应的控制室构成封闭结构，使该控制室中的油液形成对主活塞轴向移动的液压制动效果，避免了主活塞与壳体的碰撞，达到了降低噪音，提高整个潜水泵使用寿命的有益效果。

附图说明

图1为本实施例潜水泵在主活塞向第一工作室方向移动至终端时的结构示意图；

图2为本实施例潜水泵在主活塞位于第一控制室终端且完成换向后的结构示意图；

图3为本实施例潜水泵在主活塞向第二工作室方向移动至终端时的结构示意图；

图4为本实施例潜水泵在主活塞位于第二控制室终端且完成换向后的结构示意图；

图5为本实施例潜水泵中主活塞的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

结合图1所示，本实施例潜水泵，包括壳体1、主活塞2和主轴3。

壳体1为中空形结构，在壳体1的内部设有相互独立的控制室、第一工作室12和第二工作室13，并且第一工作室12和第二工作室13分别位于控制室的两侧。在壳体1上设有p口、t口以及第一进水口14、第一出水口15、第二进水口16和第二出水口17。其中，通过在第一进水口14、第一出水口15、第二进水口16和第二出水口17中分别安装相应的通水单向阀，从而实现各个水口相应的单向进水和单向排水功能。

主活塞2位于控制室中，并且将控制室分割为相互独立的第一控制室111和第二控制室112。其中，p口和t口分别与第一控制室111和第二控制室112交替连通。当p口与第一控制室111连通时，t口与第二控制室112连通，高压油液进入第一控制室111中，驱动主活塞2向第二控制室112的方向进行轴向移动。当p口与第二控制室112连通时，t口与第一控制室111连通，高压油液进入第二控制室112中，驱动主活塞2向第一控制室111的方向进行轴向移动。

主轴3位于壳体1的内部并且沿轴向贯穿主活塞2，主轴3的两端与壳体1沿轴向滑动连接，并且分别延伸至第一工作室12和第二工作室13进行水介质的压缩作用。其中，主活塞2可以带动主轴3一起进行轴向同步移动，同时主活塞2与主轴3之间还可以进行相对圆周转动。

当主活塞2在p口引入的高压油驱动作用下，携带主轴3进行轴向移动至第一控制室111或第二控制室112的终端位置时，主活塞2相对于主轴3进行圆周转动，从而完成p口和t口与第一控制室111和第二控制室112的连通关系切换，使主活塞2在切换后再次由p口引入的高压油驱动作用下，携带主轴3进行反方向轴向移动，进而使主轴3的两端在第一工作室12和第二工作室13中交替进行水介质的吸入和压缩做功，实现对水介质的连续做功输出。

结合图1所示，在本实施例中，主活塞2的外表面设有沿轴向布设的第一油槽21和第二油槽22。第一油槽21和第二油槽22沿圆周方向分布，并且第一油槽21沿轴向与第一控制室111连通，第二油槽22沿轴向与第二控制室112连通。其中，第一油槽21与第二油槽22之间的位置关系与p口和t口之间的位置关系相对应，即第一油槽21与p口连通时，第二油槽22与t口连通，第一油槽21与t口连通时，第二油槽22与p口连通。

这样，借助轴向开设的第一油槽和第二油槽，可以保证主活塞在p口高压油液作用下进行轴向往复移动过程中，使第一控制室和第二控制室与p口和t口保持稳定连通状态，保证主活塞进行轴向往复移动的可靠性和稳定性。

优选的，在本实施例中，主活塞的外表面设有两个第一油槽和两个第二油槽，并且两个第一油槽沿轴向的长度不等，两个第二油槽沿轴向的长度也不等。其中，相对较长的第一油槽和相对较长的第二油槽用于与p口交替连通，相对较短的第一油槽和相对较短的第二油槽用于与t口交替连通，并且当主活塞移动至控制室的终端位置时，相对较短的第一油槽或相对较短的第二油槽预先与t口断开连接，而相对较长的第一油槽或相对较长的第二油槽继续与p口保持连通。

此时，在主活塞移动至控制室的终端位置前，可以使原本与t口连通的控制室形成封闭结构，使该控制室中剩余的油液压力升高，形成对主活塞继续进行轴向移动的液压制动作用，从而避免主活塞在轴向往复移动过程中与壳体的冲击碰撞。这样，不仅达到了降低冲击噪音的效果，而且还避免了碰撞损伤，提高了整个潜水泵的使用寿命。

结合图1和图5所示，在本实施例中，主活塞2的一端设有内螺旋槽23，主轴3上设有沿径向的导向台31。主轴3与主活塞2穿设连接时，导向台31位于内螺旋槽23中，并且可以沿内螺旋槽23进行相对滑动。其中，当主轴3相对于主活塞2进行轴向往复移动时，导向台31沿内螺旋槽23进行相对往复滑动，从而带动主活塞2相对于主轴3进行圆周方向往复转动，实现第一油槽21和第二油槽22与p口和t口之间的连通关系切换。

在本实施例中，借助内螺旋槽与导向台之间的连接，通过主轴沿轴向的往复移动而带到主活塞进行圆周方向的往复转动，从而完成第一油槽和第二油槽与p口和t口之间的连通关系切换，达到p口和t口分别与第一控制室和第二控制室的交替连通，实现主活塞沿轴向的往复移动。同样，在其他实施例中，根据设计和使用工况的差异，也可以采用其他方式实现主活塞的圆周方向转动，例如直接与转动电机连接，根据主活塞在控制腔中的轴向移动位置，控制转动电机带动主活塞进行圆周方向的往复转动。

结合图1所示，在本实施例中，壳体1上设有第一油路181、第二油路182、第三油路183和第四油路184，在主轴3上设有第一油孔321和第二油孔322。同时，在主轴3与主活塞2之间设有左控制腔41和右控制腔42，并且沿轴向方向，左控制腔41和右控制腔42分别位于导向台31的两侧。

第一油路181的一端与p口连通，另一端与第一油孔321选择连通。第二油路182的一端与p口连通，另一端与第二油孔322选择连通。第三油路183的一端与t口连通，另一端与第一油孔321选择连通。第四油路184的一端与t口连通，另一端与第二油孔322选择连通。第一油孔321与右控制腔42保持连通，第二油孔322与左控制腔41保持连通。

当主轴3随主活塞2移动至第一控制室111的终端位置时，第一油路181与第一油孔321连通，第四油路184与第二油孔322连通，第二油路182和第三油路183保持封闭。此时，p口处的高压油液流至右控制腔42中，而左控制腔41与t口连通，导向台31在左控制腔41和右控制腔42的液压作用力差下，沿内螺旋槽23向左控制腔41的方向进行轴向移动，主活塞2在第一控制腔111的轴向定位下进行圆周方向转动，将p口切换至与第一控制室111连通，将t口切换至与第二控制室112连通。

当主轴3随主活塞2移动至第二控制室112的终端位置时，第三油路183与第一油孔321连通，第二油路182与第二油孔322连通，第一油路181和第四油路184保持封闭。此时，p口处的高压油液流至左控制腔41中，而右控制腔42与t口连通，导向台31在左控制腔41和右控制腔42的液压作用力差下，沿内螺旋槽23向右控制腔42的方向进行轴向移动，主活塞2在第二控制腔112的轴向定位下进行圆周方向转动，将p口切换至与第二控制室112连通，将t口切换至与第一控制室111连通。

在本实施例中，借助布设在壳体和主轴上的油路和油孔以及主轴与主活塞之间的控制腔，通过控制腔中高压油液对主轴产生的轴向驱动力，从而实现主活塞沿圆周方向的转动，完成油路之间连通关系的切换，即完成p口和t口与第一控制室和第二控制室的连通关系切换。同样，在其他实施例中，也可以其他方式实现主轴沿轴向的移动，例如借助轴向电机对主轴进行轴向往复移动控制，进而带动主活塞的圆周方向转动，完成油路之间连通关系的切换，即完成p口和t口与第一控制室和第二控制室的连通关系切换。

优选的，结合图1所示，在本实施例中，主轴3上还设有第一阻尼孔331和第二阻尼孔332。其中，第一阻尼孔331位于第一油孔321和第一控制室111之间，第二阻尼孔332位于第二油孔322和第二控制室112之间。此时，在主活塞2带动主轴3进行轴向往复移动的过程中，即第一油孔321和第二油孔322保持封闭状态时，通过第一阻尼孔331就可以将第一控制室中111的油液引流至右控制腔41，保持右控制腔41与第一控制室111中的油液压力相等，通过第二阻尼孔332就可以将第二控制室112中的油液引流至左控制腔42，保持左控制腔42与第二控制室112中的油液压力相等，从而使主轴3在左控制腔41和右控制腔42之间油液压力差作用下保持在内螺旋槽23的一端。

这样，不仅可以在主活塞进行轴向往复移动过程中，保持主轴对主活塞的压紧状态，将主轴与主活塞固定为一体，从而保证主活塞带动主轴对第一工作室和第二工作室中的水介质进行有效压缩做功，而且在主活塞移动至终端位置时，主轴还可以直接沿原有方向继续相对于主活塞进行轴向移动，从而保证主活塞快速进行圆周方向的转动，提高换向速度。同时，主轴带动主活塞进行圆周方向转动时的轴向移动，可以进一步增加其轴向行程，继续对第一工作室和第二工作室中的水介质进行做功，提高整个潜水泵的效率。

优选的，在本实施例中，在主轴3上还设有第一连接槽341和第二连接槽342。第一连接槽341和第二连接槽342均为沿轴向布设的环形槽，其中，第一连接槽341与第一油孔321保持连通，用于第一油孔321与第一油路181或第三油路183的选择连通，第二连接槽342与第二油孔322连通，用于第二油孔322与第二油路182或第四油路184的选择连通。此时，借助沿圆周方向的环形槽就可以避免主轴发生圆周方向转动而导致油路与油孔无法正常连通的情况，从而保证油孔与油路之间连通的可靠性和稳定性，保证潜水泵工作的稳定性。

结合图1所示，在本实施例中，主轴3为圆柱形结构，并且在主轴3与壳体1之间设有轴向的导向槽51和平键52。这样，借助平键与导向槽之间沿轴向的导向作用，保证主轴沿轴向的往复移动。同样，在其他实施例中，主轴也可以直接设计为外多边形结构，并且在壳体上设置相应的内多边形孔，从而利用多边形结构对主轴的轴向导向作用，保证主轴沿轴向的往复移动。

在本实施例中，通过直接将主轴的两端分别延伸至第一工作室和第二工作室中，从而由主轴的两端作为第一活塞和第二活塞分别在第一工作室和第二工作室中进行水介质的吸入和压缩输出做功，从而省去对额外独立第一活塞和第二活塞的设置，提高零部件的利用率，减少零件数量，提高整个潜水泵的集成度。同样，在其他实施例中，根据使用工况和设计要求，也可以设置独立的第一活塞和第二活塞并且分别借助独立的连接杆与主活塞形成轴向固定连接，从而在主活塞的带动下进行轴向往复移动，而此时主轴的两端与壳体保持轴向滑动连接并实现对主活塞进行圆周方向转动的驱动即可。

此外，在本实施例中，通过在控制室的两侧分别设置第一工作室和第二工作室，并且将主轴的两端分别延伸至第一工作室和第二工作室中进行水介质做功，从而实现了主活塞往复移动过程中，主轴对第一工作室和第二工作室中水介质的交替压缩做功，提高了对水介质的压缩做功效率。但是，在其他实施例中，完全可以根据不同的使用工况，将该潜水泵设计为只有一个工作室，即只保留主轴一端对相应工作室中的水介质进行做功，这样就可以适当减小整个壳体的长度尺寸，缩小整个潜水泵的体积，形成单向压缩水介质做功的结构形式。甚至，还可以将第一工作室和第二工作室依次设置在控制室的同一侧，并且将主轴设计为台阶形结构，依次穿过第一工作室和第二工作室，从而形成单向压缩水介质做功的形式，增加单向压缩水介质的做功效率。

另外，结合图1所示，在本实施例中壳体1采用分体式结构设计，由分别与控制室、第一工作室12和第二工作室13对应的三部分壳体组成，并且通过螺栓将三个部分壳体依次进行轴向固定连接。这样，不仅便于对整个壳体进行加工制造，尤其是对相关油路的加工，从而降低加工难度和成本，而且便于拆卸，提高组装效率和维护的便捷性。

结合图1至图4所示，本实施例的潜水泵进行工作时，p口与液压泵连接，t口与回油箱连接，具体工作过程如下：

主活塞2向第一工作室12方向移动时，带动主轴3在第一工作室12中进行水介质的压缩做功并通过第一出水口15输出高压水介质，同时带动主轴3在第二工作室13中进行吸水操作并通过第二进水口16引入水介质。此时，液压泵输出的高压油液，通过p口和第二油槽22流至第二控制室112中，第一控制室111中的油液通过第一油槽21和t口与回油箱连通。同时，左控制腔41通过第二油孔322和第二阻尼孔332与第二控制室112保持连通，右控制腔42通过第一油孔321和第一阻尼孔331与第一控制室111保持连通，从而将主轴3中的导向台31固定在内螺旋槽23的右控制腔42终端位置。

当主活塞2移动至第一控制室111的终端位置时，第一油路181与第一油孔321通过第一连接槽341连通，p口处高压油液通过第一油路181、第一连接槽341和第一油孔321流至右控制腔42中，同时第四油路184与第二油孔322通过第二连接槽342连通，左控制腔41中的油液通过第二油孔322、第二连接槽342和第四油路184流至t口处。此时，导向台31在左控制腔41和右控制腔42的液压作用力差下，沿内螺旋槽23向左控制腔41的方向进行轴向移动，主活塞2在第一控制腔111的轴向定位下进行圆周方向转动，将p口切换至与第一油槽21连通，即将p口切换至与第一控制室111连通，将t口切换至与第二油槽22连通，即将t口切换至与第二控制室112连通，完成主活塞2的换向操作。

主活塞2向第二工作室13方向移动时，带动主轴3在第二工作室13中进行水介质的压缩做功并通过第二出水口17输出高压水介质，同时带动主轴3在第一工作室12中进行吸水操作并通过第一进水口14引入水介质。此时，液压泵输出的高压油液，通过p口和第一油槽21流至第一控制室111中，第二控制室112中的油液通过第二油槽22和t口与回油箱连通。同时，左控制腔41通过第二油孔322和第二阻尼孔332与第二控制室112保持连通，右控制腔42通过第一油孔321和第一阻尼孔331与第一控制室111保持连通，从而将主轴3中的导向台31固定在内螺旋槽23的左控制腔41终端位置。

当主活塞2移动至第二控制室112的终端位置时，第二油路182与第二油孔322通过第二连接槽342连通，p口处高压油液通过第二油路182、第二连接槽342和第二油孔322流至左控制腔41中，同时第三油路183与第一油孔321通过第一连接槽341连通，右控制腔42中的油液通过第一油孔321、第一连接槽341和第三油路183流至t口处。此时，导向台31在左控制腔41和右控制腔42的液压作用力差下，沿内螺旋槽23向右控制腔42的方向进行轴向移动，主活塞2在第二控制腔112的轴向定位下进行圆周方向转动，将p口切换至与第二油槽22连通，即将p口切换至与第二控制室112连通，将t口切换至与第一油槽21连通，即将t口切换至与第一控制室111连通，完成主活塞2的换向操作。

依次重复上述往复动作，完成该潜水泵在液压驱动下对水介质往复压缩做功输出。