CN201836010U - 液相色谱高压并联凸轮泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液相色谱高压并联凸轮泵，包括：电机、泵主体、清洗块、凸轮轴、两个圆柱凸轮、两个泵头和两套往复送液机构；每套往复送液机构包括柱塞推杆、柱塞后座、柱塞和滚轮；泵头具有泵室及进液孔和排液孔；柱塞的一端伸入泵头的泵室内，泵头与柱塞之间设有密封圈，柱塞外套设有压缩弹簧，压缩弹簧的后端顶着柱塞后座的轴肩；圆柱凸轮的外圆周上均匀设有N组凸轮曲线，N为大于或等于2的整数，每组凸轮曲线包括上升曲线和下降曲线，两圆柱凸轮相位差的度数为180/N。与现有技术相比，本实用新型在电机转速、泵每转排量、柱塞直径相同的情况下，柱塞的往返运动频率提高了N倍，减小了液相色谱高压并联凸轮泵工作时的压力脉动。

Description

液相色谱高压并联凸轮泵

技术领域

本实用新型涉及一种液相色谱仪用液相色谱高压并联凸轮泵。

背景技术

现有的液相色谱高压并联凸轮泵，如图1所示，包括：电机、泵主体10、两块具有进液口和出液口的清洗块22、与电机连接的凸轮轴9、固定连接在凸轮轴上的两个形状相同位置相差180°的圆柱凸轮1、两个与泵主体10固定连接的泵头2、每个圆柱凸轮通过一套往复送液机构与一泵头2相连接；每套往复送液机构包括柱塞推杆3、柱塞后座16和与柱塞推杆一端相连接的柱塞4，柱塞推杆3的一端设有滚轮5；泵头2具有泵室11及与泵室连通的进液孔6和排液孔7；进液孔6处设有进液单向阀23，排液孔7处设有排液单向阀24；柱塞4的一端伸入泵头的泵室11内，泵头2与柱塞4之间设有密封圈8，柱塞外套设有压缩弹簧9，压缩弹簧9两端分别顶着泵头2和柱塞后座10；圆柱凸轮1的外圆周上设有一组凸轮曲线，凸轮曲线包括上升曲线和下降曲线，上升曲线和下降曲线为阿基米德螺旋线。输液时，凸轮的上升曲线与相对应的滚轮相配合，使凸轮的旋转运动转变成柱塞输液时的匀速直线运动，两个凸轮180°交替供液和吸液，完成对系统所需流动相的交替供给。

该液相色谱高压并联凸轮泵在低压状态下，圆柱凸轮的旋转运动转变成柱塞输液时的匀速直线运动，两个圆柱凸轮具有相同长度的阿基米德螺旋线，来推动两个柱塞交替工作，则能得到平滑的输出液流。而在高压和超高压的条件下，温度不变，压强会随被压缩液体体积的减小而增加。在高压、超高压的作用下，液体是被压缩了的，随着柱塞匀速的推进，泵室内可被压缩的液体体积越来越小，压强会随之变的越来越大。在两个泵交替供液的过程中，必然会产生像正弦波一样有规律的压力脉动。为了减少脉冲，现有技术是通过降低每次冲程的排液量同时提高电机和凸轮的转速，从而提高柱塞的往返运动的频率及运动速度来实现的，但是柱塞的往返运动频率和运动速度的提高会加快密封圈等相关部件的磨损，影响泵的寿命。

另外，该液相色谱高压并联凸轮泵在工作过程中，柱塞会产生径向的偏移。原因如下：1、圆柱凸轮在用自身的旋转运动推动柱塞推杆做轴向直线运动的同时，在压力角的作用下，必然的会产生一个径向的分力。凸轮与柱塞推杆之间的相对配合运动，是线接触开式空间高运动副。圆柱凸轮和柱塞推杆之间存在柱面摩擦力，因此，圆柱凸轮必然地会将径向的分力传递给柱塞推杆使其产生径向运动。为减少圆柱凸轮给柱塞推杆带来的这一影响，传统设计一般在泵架机构上采用圆柱套筒(直线滑动轴承或直线滚动轴承)的方式对柱塞推杆加以控制。这虽然将原先线接触开式空间高运动副转换成了面接触的闭式空间低运动副，但受结构精度的限制，圆柱凸轮还是会将一部分圆柱套筒运动副控制不住的径向力传递给柱塞推杆，再由柱塞推杆传递给柱塞后座和柱塞，使柱塞产生平面上的位移和圆周上的偏摆。2、弹簧也是柱塞发生不合理运动轨迹的一个重要因素。弹簧的原动力来自两个方面：首先，为确保柱塞在完成输液功能后按设计要求吸液后回到原点，需克服柱塞与密封圈之间的摩擦力和其他阻力，这就需要在弹簧安装阶段将其做一定长度的预压缩，保证弹簧有一定的势能永远存在，这个力是人力或机械力，是弹簧的原动力之一；其次，凸轮在推动柱塞作直线运动的同时也将弹簧又压缩了一个同样的长度，使弹簧的势能进一步增加。螺旋圆柱形压缩弹簧在运动中有两个基本动作，一个是沿轴线长度上的变化；一个是沿轴线圆周方向的微量偏转。但螺旋圆柱形压缩弹簧是一个稳定性特别需要控制的零件，当轴向载荷达到一定值时或当两并紧磨平端面的平行度、两并紧磨平端面与轴线的垂直度的偏差达到一定值时，都会使弹簧产生侧向弯曲而失去稳定性。一旦弹簧产生侧向弯曲，两端面的轴向弹性势能就会部分的转变成径向力来释放，使受力对象产生以弹簧受力点为支点的偏转。弹簧，作为机械工业的一个标准件，其精度标准是相当低的。很多国家都没有精度标准。弹簧的很多重要技术指标的加工，还多是靠手工控制。如并紧磨平两端面的平行度、两并紧磨平端面与轴线的垂直度等，还多是靠手工控制。一致性很差，技术要求得不到保证。综上所述，柱塞的运动轨迹在受到凸轮和弹簧径向力的作用后，会产生轴向合理运动之外的径向偏摆。这种径向偏摆对液相色谱仪用高压输液泵来说，应该是致命的。这种偏摆是必须加以控制的。但目前很多公司的设计和专利表明，人们在设计上把注意力更多放在了偏摆后如何复位，而不是对偏摆自身的控制。如将柱塞后座的顶端设计成球面体，与柱塞推杆光滑的顶端构成开式空间高运动副，或在柱塞后座与柱塞推杆之间加上一个平面滚动轴承以人为增加自由度的设计，虽然这类的设计可以实现柱塞后座在被推离中心点后可以顺利回到原点(所谓柱塞快速回位系统)。而不管柱塞偏离原点或是回到原点，径向力的去向和来源都是密封圈，都是密封圈在承受着柱塞带给他的额外的径向力，都在减少密封圈的正常使用寿命。

很明显，一台压力波动大，柱塞运动轨迹得不到很好控制的泵，是不可能给检测系统带来稳定的流量和高的检测精度的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液相色谱高压并联凸轮泵，使用中在保持供液量、电机转速、柱塞直径不变的情况下，可以增加柱塞的往返运动频率，进而实现减小液相色谱高压并联凸轮泵工作时的压力脉动的功能。

为实现上述目的，本实用新型采用如下设计方案：

一种液相色谱高压并联凸轮泵，包括：电机、泵主体、两块具有进液口和出液口的清洗块、与电机连接的凸轮轴、固定连接在所述凸轮轴上的两个形状相同的圆柱凸轮、两个与所述泵主体固定连接的泵头，每个圆柱凸轮通过一套往复送液机构与一所述泵头相连接；每套所述往复送液机构包括滚轮、柱塞推杆、柱塞后座和与所述柱塞后座相连接的柱塞；泵头具有泵室及与所述泵室连通的进液孔和排液孔，所述进液孔处设有进液单向阀，所述排液孔处设有排液单向阀；所述柱塞的一端伸入泵头的泵室内，所述泵头与所述柱塞之间设有密封圈，所述柱塞外套设有压缩弹簧，所述压缩弹簧的后端顶着所述柱塞后座的轴肩；其特征在于，

所述圆柱凸轮为N相位圆柱凸轮，即所述圆柱凸轮的外圆周上均匀设有N组凸轮曲线，N为大于或等于2的整数，每组凸轮曲线包括一上升曲线和一下降曲线，下降曲线为阿基米德螺旋线，两所述圆柱凸轮相位差的度数为180/N。

每组所述凸轮曲线还包括过渡曲线。

所述上升曲线为将所述圆柱凸轮的匀速转动转换成所述柱塞的匀速直线运动的阿基米德螺旋线。

所述上升曲线为将所述圆柱凸轮的匀速转动转换成所述柱塞的匀减速直线运动的曲线。

所述凸轮曲线的组数N为2～18的整数。

所述清洗块夹设于所述泵头和泵主体之间。

所述清洗块嵌设于所述泵头内，所述泵头设有与所述清洗块的进液口相连通的进液通道和与所述清洗块的出液口相连通的出液通道。

它还包括T形定位套和推杆轴套，所述T形定位套由底座和筒体组成，所述T形定位套中部具有轴向通孔，所述柱塞后座呈阶梯轴状，所述泵主体的内孔与所述T形定位套的底座及推杆轴套通过过盈配合相连接，所述T形定位套的筒体与所述柱塞后座滑动配合，所述柱塞推杆的左段为桶状体，所述柱塞推杆的右段为滚轮连接部，所述桶状体的底部中心具有一与所述柱塞后座的右端间隙配合的盲孔，所述桶状体的底部内侧面位于所述柱塞推杆的中部并与所述柱塞后座的轴肩相配合，所述压缩弹簧套设于所述T形定位套的筒体上，所述T形定位套的筒体从内部限制所述压缩弹簧的径向位置，所述压缩弹簧的两端分别顶着所述T形定位套的底座和所述柱塞后座的轴肩，所述柱塞推杆的外壁与所述推杆轴套滑动配合，所述柱塞推杆的桶状体套在所述压缩弹簧外，所述柱塞推杆的桶状体从外部限制所述压缩弹簧的径向位置。

所述泵主体上设有一轴向主体长孔，所述推杆轴套上设有一与所述主体长孔相对的轴向轴套长孔，所述柱塞推杆上连接有一定位销钉，所述定位销钉的杆部位于所述泵主体的主体长孔和所述推杆轴套的轴套长孔中。

两所述泵头为连体结构或分体结构。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵，由于圆柱凸轮为N相位圆柱凸轮，即圆柱凸轮的外圆周上均匀设有N组凸轮曲线，N为大于或等于2的整数，每组凸轮曲线包括一上升曲线和一下降曲线，下降曲线为阿基米德螺旋线，两圆柱凸轮相位差的度数为180/N。与现有技术相比，使用中，如果泵每转的排量、电机转速、柱塞的直径不变的情况下，本实用新型每条凸轮曲线的升程相当于现有技述中每条凸轮曲线升程的N分之一，即在电机转速相同的情况下，柱塞的往返运动频率提高了N倍，柱塞每次冲程的排液量减小到现有技术的N分之一，而柱塞的速度并不改变。这样，本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵则可以减小液相色谱高压并联凸轮泵工作时的压力脉动，而且由于柱塞的运动速度并不改变，可以保护密封圈等相关部件的使用寿命。同时，泵头的泵室的容量与现有技术相比可减少到N分之一。从另一个方面来看，与现有技术相比，在电机转速、柱塞直径和柱塞往复升程不变的前提下，泵的排量则增加到了N倍。

2、本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵，其中上升曲线为将圆柱凸轮的匀速转动转换成柱塞的匀减速直线运动的曲线。这样，柱塞在高压状态下向前运动输液时，随着泵室内可被压缩液体体积的减小而降低柱塞直线运动速度，以此减缓和消除压力增高的趋势。从而进一步减小液相色谱高压并联凸轮泵工作时的压力脉动。

3、本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵，根据需要凸轮曲线的组数N为2～16的整数。

4、本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵，它还包括T形定位套和推杆轴套，T形定位套由底座和筒体组成，T形定位套中部具有轴向通孔，柱塞后座呈阶梯轴状，泵主体的内孔与T形定位套的底座及推杆轴套通过过盈配合相连接，T形定位套的筒体与柱塞后座滑动配合从而保证柱塞精确的直线运动，柱塞推杆的左段为桶状体，柱塞推杆的右段为滚轮连接部，桶状体的底部中心具有一与柱塞后座的右端间隙配合的盲孔，桶状体的底部内侧面位于柱塞推杆的中部并与柱塞后座的轴肩相配合，避免柱塞推杆因故偏摆而导致柱塞随其偏摆；压缩弹簧套设于T形定位套的筒体上，T形定位套的筒体从内部限制压缩弹簧的径向位置，压缩弹簧的两端分别顶着T形定位套的底座和柱塞后座的轴肩，柱塞推杆的外壁与推杆轴套滑动配合，推杆轴套限制柱塞的径向位置，柱塞推杆的桶状套在压缩弹簧外，柱塞推杆的桶状体从外部限制压缩弹簧的径向位置，确保弹簧力的输出方向始终保持在轴向方向，保证了柱塞不会因为弹簧而产生径向偏移，同时由于对柱塞后座和柱塞推杆的控制，确保柱塞不产生径向偏移，从而可以提高密封圈的使用寿命以及泵的使用寿命。

5、本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵，其中泵主体上设有一轴向主体长孔，推杆轴套上设有一与主体长孔相对的轴向轴套长孔，柱塞推杆上连接有一定位销钉，定位销钉的杆部位于泵主体的主体长孔和推杆轴套的轴套长孔中以限制柱塞推杆的转动，保护柱塞推杆仅作直线运动。

附图说明

图1是现有技术中液相色谱高压并联凸轮泵结构示意图；

图2是本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵俯视结构示意图；

图3是本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵剖视结构示意图；

图4是本实用新型中泵头结构示意图。

附图标记：1-圆柱凸轮，2-泵头，3-柱塞推杆，4-柱塞，5-滚轮，6-进液孔，7-排液孔，8-密封圈，9-压缩弹簧，10-泵主体，11-泵室，12-凸轮轴，13-T形定位套，14-推杆轴套，15-滚轮连接部，16-柱塞后座，17-盲孔，18-内侧面，19-主体长孔，20-轴套长孔，21-定位销钉，22-清洗块，23-进液单向阀，24-排液单向阀，25-进液通道，26-出液通道，27-底座，28-筒体，29-桶状体，30-轴承。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

如图2、图3、图4所示，本实用新型液相色谱高压并联凸轮泵，包括：电机、泵主体10、两块具有进液口和出液口的清洗块22、与电机连接的凸轮轴9、固定连接在凸轮轴9上的两个形状相同的圆柱凸轮1、两块与泵主体10固定连接的泵头2，凸轮轴9通过轴承30与泵主体10相连接，每个圆柱凸轮1通过一套往复送液机构与一泵头2相连接；每套往复送液机构包括滚轮5、柱塞推杆3、柱塞后座16和与柱塞后座16相连接的柱塞4；泵头2具有泵室11及与泵室11连通的进液孔6和排液孔7；进液孔处设有进液单向阀23，排液孔片设有排液单向阀24；柱塞4的一端伸入泵头的泵室11内，泵头2与柱塞4之间设有密封圈8，柱塞4外套设有压缩弹簧9，压缩弹簧9的后端顶着柱塞后座16的轴肩；

圆柱凸轮1为四相位圆柱凸轮，即圆柱凸轮1的外圆周上均匀设有4组凸轮曲线，每组凸轮曲线包括上升曲线和下降曲线，下降曲线为阿基米德螺旋线，两圆柱凸轮1相位差为45度。

在另一实施例中，圆柱凸轮1为两相位圆柱凸轮，即圆柱凸轮1的外圆周上均匀设有2组凸轮曲线，两圆柱凸轮1相位差为90度。

在又一实施例中，圆柱凸轮1为十八相位圆柱凸轮，即圆柱凸轮1的外圆周上均匀设有18组凸轮曲线，两圆柱凸轮1相位差为10度。

每组凸轮曲线还包括过渡曲线。

上升曲线为将圆柱凸轮1的匀速转动转换成柱塞4的匀速直线运动的阿基米德螺旋线。

上升曲线为将圆柱凸轮1的匀速转动转换成柱塞4的匀减速直线运动的曲线。

在一实施例中，清洗块22嵌设于泵头2内，泵头2设有与清洗块22的进液口相连通的进液通道25和与清洗块22的出液口相连通的出液通道26。在另一实施例中，清洗块22夹设于泵头2和泵主体10之间。

它还包括T形定位套13和推杆轴套14，T形定位套13由底座27和筒体28组成，T形定位套13中部具有轴向通孔，柱塞后座16呈阶梯轴状，泵主体10的内孔与T形定位套的底座27及推杆轴套14通过过盈配合相连接，T形定位套13的筒体与柱塞后座16滑动配合，柱塞推杆3的左段为桶状体29，柱塞推杆3的右段为滚轮连接部15，桶状体29的底部中心具有一与柱塞后座16的右端间隙配合的盲孔17，桶状体29的底部内侧面18位于柱塞推杆3的中部并与柱塞后座16的轴肩通过面接触相配合，压缩弹簧9套设于T形定位套的筒体28上，T形定位套的筒体28从内部限制压缩弹簧9的径向位置，压缩弹簧9的两端分别顶着T形定位套13的底座27和柱塞后座16的轴肩，柱塞推杆3的外壁与推杆轴套14滑动配合，柱塞推杆3的桶状体29套在压缩弹簧9外，柱塞推杆的桶状体29从外部限制压缩弹簧9的径向位置。

泵主体10上设有一轴向主体长孔19，推杆轴套14上设有一与主体长孔19相对的轴向轴套长孔20，柱塞推杆3上连接有一定位销钉21，定位销钉21的杆部位于泵主体的主体长孔19和推杆轴套的轴套长孔20中。

在一实施例中，泵头2为连体结构，在另一实施例中泵头2为分体结构。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液相色谱高压并联凸轮泵，包括：电机、泵主体、两块具有进液口和出液口的清洗块、与电机连接的凸轮轴、固定连接在所述凸轮轴上的两个形状相同的圆柱凸轮、两个与所述泵主体固定连接的泵头，每个圆柱凸轮通过一套往复送液机构与一所述泵头相连接；每套所述往复送液机构包括滚轮、柱塞推杆、柱塞后座和与所述柱塞后座相连接的柱塞；泵头具有泵室及与所述泵室连通的进液孔和排液孔，所述进液孔处设有进液单向阀，所述排液孔处设有排液单向阀；所述柱塞的一端伸入泵头的泵室内，所述泵头与所述柱塞之间设有密封圈，所述柱塞外套设有压缩弹簧，所述压缩弹簧的后端顶着所述柱塞后座的轴肩；其特征在于，

所述圆柱凸轮为N相位圆柱凸轮，即所述圆柱凸轮的外圆周上均匀设有N组凸轮曲线，N为大于或等于2的整数，每组凸轮曲线包括一上升曲线和一下降曲线，下降曲线为阿基米德螺旋线，两所述圆柱凸轮相位差的度数为180/N。

2.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，每组所述凸轮曲线还包括过渡曲线。

3.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，所述上升曲线为将所述圆柱凸轮的匀速转动转换成所述柱塞的匀速直线运动的阿基米德螺旋线。

4.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，所述上升曲线为将所述圆柱凸轮的匀速转动转换成所述柱塞的匀减速直线运动的曲线。

5.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，所述凸轮曲线的组数N为2～18的整数。

6.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，所述清洗块夹设于所述泵头和泵主体之间。

7.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，所述清洗块嵌设于所述泵头内，所述泵头设有与所述清洗块的进液口相连通的进液通道和与所述清洗块的出液口相连通的出液通道。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，它还包括T形定位套和推杆轴套，所述T形定位套由底座和筒体组成，所述T形定位套中部具有轴向通孔，所述柱塞后座呈阶梯轴状，所述泵主体的内孔与所述T形定位套的底座及推杆轴套通过过盈配合相连接，所述T形定位套的筒体与所述柱塞后座滑动配合，所述柱塞推杆的左段为桶状体，所述柱塞推杆的右段为滚轮连接部，所述桶状体的底部中心具有一与所述柱塞后座的右端间隙配合的盲孔，所述桶状体的底部内侧面位于所述柱塞推杆的中部并与所述柱塞后座的轴肩相配合，所述压缩弹簧套设于所述T形定位套的筒体上，所述T形定位套的筒体从内部限制所述压缩弹簧的径向位置，所述压缩弹簧的两端分别顶着所述T形定位套的底座和所述柱塞后座的轴肩，所述柱塞推杆的外壁与所述推杆轴套滑动配合，所述柱塞推杆的桶状体套在所述压缩弹簧外，所述柱塞推杆的桶状体从外部限制所述压缩弹簧的径向位置。

9.根据权利要求8所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，所述泵主体上设有一轴向主体长孔，所述推杆轴套上设有一与所述主体长孔相对的轴向轴套长孔，所述柱塞推杆上连接有一定位销钉，所述定位销钉的杆部位于所述泵主体的主体长孔和所述推杆轴套的轴套长孔中。

10.根据权利要求1所述的液相色谱高压并联凸轮泵，其特征在于，两所述泵头为连体结构或分体结构。

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