阅读说明：本技术 柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件 (Reciprocating plunger assembly of heat-conducting reciprocating pump built in front section of plunger assembly ) 是由 何巨堂 何艺帆 于 2020-03-27 设计创作，主要内容包括：柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件,柱塞组件前段的柱塞与柱塞函之间有内置液腔FQ,往复运动通过FQ的柱塞段含有驱动导热液往复流动的辅泵腔塞QS,FQ腔壁也是导热液DL与柱塞函、柱塞之间的动态换热面,形成导热往复泵即辅泵；柱塞进程靠近主液缸时,辅泵前腔V6的DL自V6接口N6排出流向传热部件HX换热,HX内DL经辅泵内腔接口N1正向流返回辅泵内腔V1进行导热；柱塞返程远离主液缸时,V1的DL自N1排出流向HX,同时HX内DL经N6逆向流返回V6；可提高柱塞密封件与主液缸之间的操作温差而优化柱塞密封件温度,提高主液缸的操作温度范围和体积效率,降低冲洗油耗量,扩大柱塞往复泵应用范围。(A reciprocating plunger assembly of a heat-conducting reciprocating pump is arranged in the front section of a plunger assembly, a built-in liquid cavity FQ is arranged between a plunger and a plunger box of the front section of the plunger assembly, reciprocating motion of the plunger through the FQ comprises an auxiliary pump cavity plug QS for driving heat-conducting liquid to flow in a reciprocating mode, the wall of the FQ cavity is also a dynamic heat exchange surface between the heat-conducting liquid D L and the plunger box and the plunger to form the heat-conducting reciprocating pump, namely an auxiliary pump, when a plunger process is close to a main liquid cylinder, D L of an auxiliary pump front cavity V6 is discharged from a V6 interface N6 to flow to a heat-conducting component HX for heat exchange, D L in the HX positively flows back to an auxiliary pump inner cavity V1 through an auxiliary pump inner cavity interface N1 for heat conduction, when the plunger process is far away from the main liquid cylinder, D L of V1 is discharged from N1 to HX, D L in the HX reversely flows back to V6 through N6, the operating temperature difference between the plunger seal and the main liquid cylinder can be improved, the plunger seal temperature is optimized, the operating temperature.)

柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件

技术领域

本发明涉及柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件，柱塞组件前段的柱塞与柱塞函之间有内置液腔FQ，往复运动通过FQ的柱塞段含有驱动导热液往复流动的辅泵腔塞QS，FQ腔壁也是导热液DL与柱塞函、柱塞之间的动态换热面，形成导热往复泵即辅泵；柱塞进程靠近主液缸时，辅泵前腔V6的DL自V6接口N6排出流向传热部件HX换热，HX内DL经辅泵内腔接口N1正向流返回辅泵内腔V1进行导热：柱塞返程远离主液缸时，V1的DL自N1排出流向HX，同时HX内DL经N6逆向流返回V6；可提高柱塞密封件与主液缸之间的操作温差而优化柱塞密封件温度，提高主液缸的操作温度范围和体积效率，降低冲洗油耗量，扩大柱塞往复泵应用范围。

背景技术

本发明所述往复柱塞组件U100，指的是包括柱塞、柱塞函、安装在柱塞函内的柱塞密封件以及可能使用的其它部件的组件。柱塞函，也可称为填料函、填料密封函，多段式柱塞函的不接触柱塞密封填料的部分也可称为柱塞套。安装固定在柱塞函内的柱塞密封件接触柱塞表面，提供柱塞轴向运动时对柱塞的支撑，在柱塞函内的高压腔室与低压腔室的之间形成密封隔离以防液体泄漏，同时，密封材料与柱塞的接触面之间的滑动摩擦属于有润滑油的滑动摩擦，润滑油对滑动摩擦接触面进行润滑、冷却。

本发明所述往复柱塞组件U100，正常工作状态时，柱塞U110在装有柱塞密封件U120的柱塞函U130内作往复运动，也就是柱塞U110相对于柱塞密封件U120的接触面作往复运动，柱塞密封件U120具有支撑柱塞U110的作用，同时用于防止或减少主液缸内的主介质通过第1柱塞主密封泄露至柱塞函的中段、后段，以降低柱塞函内液料(或润滑油或冲洗液)被主介质污染的程度。

本发明所述往复柱塞组件U100，使用的柱塞密封形式通常为填料密封。

本发明所述往复柱塞组件U100，用于液料输送设备如液料柱塞往复泵时，与组件U100配套使用的输送目标工艺流体的液缸被称为主液缸，这样与本发明柱塞组件U100自身的内置导热往复泵的使用导热液的辅泵液腔FQ进行了区分；同时，本发明称主液缸输送的工艺流体为主介质，以与其它物料如柱塞组件U100使用的导热液、冲洗液、密封液等进行区分。

本发明所述往复柱塞组件U100，与主液缸接触的柱塞函U130端面是柱塞函U130前端面，远离主液缸的柱塞函U130端面是柱塞函U130后端面；

本发明所述往复柱塞组件U100，可以使用1道或2道或多道柱塞密封，但是，通常至少使用2道柱塞密封，以确保外侧柱塞密封的安全性(不向环境泄露主介质)。

本发明所述往复柱塞组件U100，通常至少使用2道柱塞密封，最远离主液缸的1道柱塞密封被称为外侧柱塞密封，其余柱塞密封均称为柱塞主密封；柱塞主密封，按照距离主液缸的距离，由近到远依次编号，最靠近主液缸的1道柱塞主密封，被称为第1柱塞主密封，其它柱塞主密封依次成为第2柱塞主密封、第3柱塞主密封等；最靠近外侧柱塞密封的柱塞主密封也被称为外侧柱塞主密封。

本发明所述往复柱塞组件U100，使用2道柱塞密封时，第1柱塞主密封同时也是外侧柱塞主密封；本发明所述往复柱塞组件U100，使用3道柱塞密封时，第2柱塞主密封同时也是外侧柱塞主密封；本发明所述往复柱塞组件U100，使用4道柱塞密封时，第3柱塞主密封同时也是外侧柱塞主密封。

本发明所述往复柱塞组件U100，通常使用填料密封，至少使用2道柱塞密封填料，最靠近主液缸的1道柱塞密封填料，被称为第1柱塞主密封填料，最远离主液缸的1道柱塞填料被称为外侧柱塞密封填料。

本发明所述往复柱塞组件U100，通常使用填料密封，使用至少3道柱塞填料时，第1柱塞主密封填料与外侧柱塞密封填料之间的柱塞密封填料，从第1柱塞主密封填料向外侧柱塞密封填料之间依次排序为第2柱塞主密封填料等。

本发明所述往复柱塞组件U100前段，具体指的是第1柱塞主密封与主液缸之间的柱塞函部分、柱塞部分。

本发明所述往复柱塞组件U100后段，具体指的是以外侧柱塞主密封为界至柱塞函U130后端面的柱塞函部分、柱塞部分，也就是以外侧柱塞主密封为界远离主液缸的柱塞函部分、柱塞部分。

当本发明所述往复柱塞组件U100使用至少3道柱塞密封件时，第1柱塞主密封与外侧柱塞主密封的柱塞函部分、柱塞部分，被称为往复柱塞组件U100的中段。

往复柱塞组件U100的柱塞密封件U120的运转寿命，受操作温度、操作压力、润滑介质性质的影响，其中操作温度是一项重要参数。

本发明适用于高温柱塞往复泵或低温柱塞往复泵，主要目的是为了提高柱塞密封件操作温度与主液缸操作温度的温度差，从而优化柱塞密封件操作温度(通常目标是尽可能接近环境温度)，利于减缓柱塞密封件磨损速度、提高润滑性能、提高密封件寿命和密封性，从而允许主液缸操作温度范围拓宽。

以下主要结合输送高温、高固体颗粒浓度的主介质的高压柱塞往复泵来描述本发明，一个实例就是煤加氢直接液化装置用输送高温煤浆的高压往复泵，其主介质温度高达290～350℃、固体煤粉含量高达48.5～55重量％、出口压力可高达15～30MPa。

对于存在润滑液的柱塞填料U120与柱塞U110之间的接触面的滑动摩擦过程而言，通常，操作温度过高或过低均会降低润滑油的润滑性能、降低密封件抗磨蚀性能，并且操作温度偏离环境温度越高对柱塞、柱塞函、柱塞密封件的金属部分及密封材料产生的形变量就越大，所以温度越高柱塞密封件磨损速度越快；柱塞密封件与柱塞的摩擦部位的操作温度偏离环境温度幅度越大，柱塞密封使用寿命就越短，反之，如果能够有效控制柱塞密封件与柱塞的摩擦部位的操作温度使之尽可能靠近环境温度，则可以有效延长柱塞密封件寿命，也可以降低柱塞密封件的泄露率，减少主介质对柱塞组件U100后段的污染，提高柱塞组件U100操作安全性。

长期以来，用柱塞往复泵输送高温液料就是一个柱塞往复泵行业的难题，它限制了许多工艺流程的选择或优化，一个最重要的原因就是找不到系统简单、结构简单、换热效果好、能耗低、占用空间体积小、对主液缸体积效率影响小的降低密封接触面温度的方法，而本发明的目的就是为了提出能够基本满足上述综合要求的一种结构方案或设计方法，即提出一种新型的柱塞组件U100前段的机械结构来有效可控地实现柱塞组件U100前段的导热降温，并提出相应的工作系统。

现有的技术方案中，柱塞组件U100前段的常用材料是导热性能良好的金属或合金材料，因此，它们会将主液缸流体或主液缸缸壁传递过来的热量，向柱塞函后段、柱塞后段快速传递，这样第1柱塞主密封的操作温度与主液缸工艺流体的主体温度相差较小，而第1柱塞主密封的操作温度越高，第1柱塞主密封的泄露几率越大、磨损率越大，而为了有效降低第1柱塞主密封的操作温度，就必须有效扩大第1柱塞主密封操作温度与主液缸主介质操作温度的温度差额DT，也就是说，必须在柱塞组件U100前段设置结构简明的导热机构，对柱塞函前段、柱塞前端进行有效导热(取热)，然后将这些热量释放转移出柱塞组件U100。

现有的技术方案中，产生温差DT的方式有以下2种：

①间接导热方式，在柱塞函前段的实体上布置传热孔道，这种方法属于传热量负荷小的柱塞函的外侧部的冷却，对于柱塞密封件而言是间接冷却，降温幅度有限；

②直接导热方式，使用冷却冲洗液直接冲洗柱塞组件前段的柱塞与柱塞函之间的间隙并最终进入主液缸中，从而对柱塞组件U100前段的柱塞外表面、柱塞函内表面进行冷却的直接导热的方式，但是这种操作方式，冲洗液流量受限不能很大，导致降温幅度有限，降温效果不理想；同时，这种冲洗方案，要求配置冲洗液注入泵系统，流程复杂、投资大、能耗高；

冲洗液流量不能很大的原因是：冲洗液流量越大，往复泵的容积效率越低，并导致液缸体积增加很大，往复泵功率会增加很多，冲洗液输送泵的功率也很大；同时，冲洗液流量越大，会导致工艺装置效率大幅度降低，是不经济地的，对于小流量往复泵是不可行的；实际工业装置中，理想的方式是尽可能少量的使用冲洗液，完成间歇式返程冲洗。

在不大量使用、甚至几乎不使用外供导热液的条件下，为了形成结构简单的柱塞组件U100前段冷却系统，就必须设计具有以下动力特征和流径特征的导热系统：

①动力特征：必须取消导热系统的外部动力系统即导热液注入系统(含导热液注入泵)，很明显，只能借助柱塞组件U100的具有往复运动功能的柱塞来完成导热液导热流动过程的驱动，也就是要求在柱塞组件U100的前段布置辅助往复泵液腔和腔塞；

②流径特征：为了降低外供导热液流量，同时满足柱塞组件U100前段的导热要求，就必须全部或部分地循环使用导热液，也就是将辅助往复泵腔的内腔和前腔连通；基于导热液循环往复流动的原则，可以相对灵活地提高循环液量而不需要外供导热液，使导热液往复运动并通过传热器释放出热量；通常，由于柱塞的往复频率和行程被主液缸工作参数限定不便调整，此时尚有辅泵液腔径向流通面积可以灵活设定，这样，同一个柱塞组件，辅泵液腔径向流通面积越大，则辅泵导热液流量越大，导热能力越大，这样就提高了导热液流量的设计灵活性；

③由于辅泵前腔和后腔的压差很小，即使导热液流量较大，辅泵所消耗的功率也很低；

④配套传热部件：为满足温差DT的控制要求，导热系统配套的传热部件HX，其设计和操作控制的灵活性较大，传热部件HX的换热媒介物的入口温度和流量中的1个或2个参数可被选择为控制参数，从而可灵活控制HX排出的导热液的温度，即控制进入辅泵液缸的导热液的温度。

至此，已经提出了在柱塞组件U100前段设置内置导热往复泵的概念，为了简化描述，本发明也称内置导热往复泵为辅泵。

本发明所述柱塞组件U100前段的内置导热往复泵，其辅泵液腔FQ(辅泵液缸)由柱塞函前段部分与柱塞前段部分的结构和相对位置构成。

本发明所述柱塞组件U100的柱塞前段部分，含有驱动导热液往复流动的辅泵腔塞QS；辅泵腔塞QS至少包含辅泵主腔塞ZQS；当辅泵设置随动腔时，辅泵腔塞QS还包含辅泵副腔塞FQS。

本发明所述柱塞组件U100，往复运动通过辅泵液腔FQ的柱塞段含有的辅泵腔塞QS用于驱动导热液往复流动，这样FQ腔壁也是导热液DL与柱塞函前段部分、柱塞前段部分之间的动态换热界面，这样辅泵腔室FQ同时就是一个导热腔(导热器)，基于上述双重功能，本发明称辅泵为内置导热往复泵。

本发明所述柱塞组件U100前段的辅泵使用导热液DL，辅泵腔塞QS随柱塞往复运动，其运动形式必然是往复运动，且全部处于柱塞函的内部，故辅泵的液腔必然至少包含以腔塞为界的2个腔室，远离主液缸的腔室(通常也是决定辅泵单行程排液量的腔室)被称为辅泵内腔，靠近主液缸的辅泵腔室(通常也是提供更多辅泵导热面积的腔室)被称为辅泵前腔。

本发明所述柱塞组件U100前段的辅泵，为了防止辅泵运动件(辅泵腔塞QS)与辅泵固定件(柱塞函)发生碰撞，在柱塞的进程终止位置的前方、返程终止位置的前方，必须留出自由空间。

本发明的基本设想是：柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件，柱塞组件前段的柱塞与柱塞函之间有内置液腔FQ，往复运动通过FQ的柱塞段含有驱动导热液往复流动的辅泵腔塞QS，FQ腔壁也是导热液DL与柱塞函、柱塞之间的动态换热面，形成导热往复泵即辅泵；柱塞进程靠近主液缸时，辅泵前腔V6的DL自V6接口N6排出流向传热部件HX换热，HX内DL经辅泵内腔接口N1正向流返回辅泵内腔V1进行导热；柱塞返程远离主液缸时，V1的DL自N1排出流向HX，同时HX内DL经N6逆向流返回V6；可提高柱塞密封件与主液缸之间的操作温差而优化柱塞密封件温度，提高主液缸的操作温度范围和体积效率，降低冲洗油耗量，扩大柱塞往复泵应用范围；可减少主液缸介质污染柱塞函中液料的几率，可显著提高柱塞组件的操作安全性。

能够实现本发明目标的柱塞组件U100的结构和操作方案，均是合适可用的方案，本发明提出了一些具体的结构方案。

输送高温或低温主介质液料是一个普遍存在的工况，故本发明有一定地普遍应用价值。

一种属于柱塞式往复隔离泵的结构信息见文献A01：①出版物名称：《煤炭液化技术》，118页至120页；②检索用图书编码：ISBN编码：7-5020-2335-6；③中国版本图书馆CIP数据核字(2003)第063071号；④主编：舒歌平；⑤出版社：煤炭工业出版社；该文献介绍了保持隔离液界面的隔离泵的工作原理和示意图，但是没有涉及本发明所述的内置导热往复泵的柱塞组件。

一种属于柱塞式往复隔离泵的结构信息见文献A02：①出版物名称：《煤炭直接液化工艺与工程》(出版时间2015年02月)，232页至233页；②检索用图书编码：ISBN编码：9-78703-04308-23；③编著：吴秀章、舒歌平、李克健、谢舜敏；④出版社：科学出版社；该文献介绍了一种油煤浆柱塞式往复泵，在柱塞的密封函采用同步注入油(隔离油、注射油)、冲洗油、密封油的工作方式，填料盒为金属节流圈+特殊PTFE填料圈的双填料盒，注射油通过同步驱动的轴头注射泵注入高压填料，末端填料处采用密封油进行冷却和润滑，冲洗油注入低压填料和高压填料之间，起到润滑和带走可能通过高压填料带来的固体颗粒的作用。该泵组的柱塞填料函组件使用3道填料，2道填料密封集中布置在填料函外端(远离主液缸端)同时1道填料密封布置在填料函内端(靠近主液缸端)；这种柱塞填料填料组件(填料函和/或柱塞函)需要设置温度过渡段以便向大气环境散热或者在靠近主液缸侧的部位布置换热夹套或换热孔道，因此填料组件(填料函和或柱塞函)的总体长度通常较长。该型柱塞柱塞填料函密封结构，可应用于大流量(即柱塞形成长)、中高压(比如压力为2.0～25.0MPa)工况，但是没有涉及本发明所述的内置导热往复泵的柱塞组件。

申请日为2015年06月25的中国专利ZL 201520443034.8一种柱塞往复泵及其系统，该柱塞往复泵包括泵体、导液管、入口阀(含阀球和阀座)、出口阀(含阀球和阀座)、柱塞、柱塞前套、填料箱、填料、蒸汽保温夹套。该柱塞往复泵系统除含上述柱塞往复泵外，还包括驱动、密封油、蒸汽保温、冷却水、润滑油及变频控制系统，配置了注入泵，入、出口支管与主管，入、出口缓冲罐及安全阀。在中国专利ZL 201520443034.8的文件中，填料箱内含有沿柱塞的轴线从内(靠近主液缸)向外(远离主液缸)依次设置的三道填料，该三道填料分别为第一道填料、第二道填料和第三道填料，在第一道填料和第二道填料之间，填料箱的侧壁内含有用于冲洗柱塞表面的冲洗油入口和冲洗油出口，在填料箱体内，位置在第一道填料和第二道填料之间，加工了一段带有内螺纹的槽，即内螺纹形状的槽，带内螺纹的槽与柱塞15的外圆就形成了一个填料冲洗腔(中间冲洗腔)，冲洗油入口和冲洗油出口与该填料冲洗腔连通，这样能更好地对填料进行冲洗、润滑、冷却和隔离；由于注入泵的出口压力较高，注入的VGO(减压瓦斯油即蜡油)有少量通过第一道填料进入填料冲洗腔中，经过压力衰减，冲洗腔中的压力大大低于注入泵的出口压力，冲洗系统的压力为：入口1.0MPa，出口1.0MPa，冲洗VGO温度也为100℃。该型柱塞柱塞填料函密封结构，可应用于大流量(即柱塞形成长)、中高压(比如压力为2.0～25.0MPa)工况，但是没有涉及本发明所述的内置导热往复泵的柱塞组件。

申请日为2018年10月10的中国专利申请201811205520.0一种柱塞式往复泵，适用于煤加氢直接液化装置的高温油煤浆的加压输送，液力端包括吸入、排出煤浆的主液缸和往复运动的柱塞，保留常规主液缸内隔离液U形流动路径的结构，使用分隔器增加隔离液接触主液缸壁的前置流道；注入油流过主液缸内壁的路径延长，使注入油在主液缸内的存在路径或流动路径呈N形或W形等，柱塞前套、柱塞、柱塞填料函被有害物(高温液体、固体浆液、腐蚀性或燃爆性或有毒或放射性等组分)污染或泄漏污染环境的概率大幅降低；注入油前置流道可显著增加冷却主液缸壁的传热面积、吸热能力，高温煤浆接触主液缸内壁面积剧降可剧降其传递给主液缸壁、柱塞端的热量；该泵可输送温度更高的液料、显著提高柱塞端的操作安全性、扩大往复泵应用范围。该泵组的柱塞填料函组件使用3道填料，2道填料密封集中布置在填料函外端(远离主液缸端)同时1道填料密封布置在填料函内端(靠近主液缸端)；该型柱塞柱塞填料函密封结构，可应用于大流量(即柱塞形成长)、中高压(比如压力为2.0～25.0MPa)工况，但是没有涉及本发明所述的内置导热往复泵的柱塞组件。

类似于本发明的技术方案，未见报道。

本发明的第一目的在于提出柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件。

本发明的第二目的在于提出一种使柱塞往复泵，使用的往复柱塞组件的前段有内置导热往复泵。

发明内容

本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件，其特征在于：

往复柱塞组件U100，至少包含柱塞U110、柱塞函U130、安装在柱塞函内的柱塞密封件U120；

柱塞U110，放置于柱塞函U130内腔中，用于往复运动；

与主液缸接触的柱塞函U130端面是柱塞函U130前端面，远离主液缸的柱塞函U130端面是柱塞函U130后端面；

往复柱塞组件U100，至少使用2道柱塞密封，距离柱塞函U130后端面最近的柱塞密封是外侧柱塞密封U129，其余柱塞密封均属于柱塞主密封，距离外侧柱塞密封U129最近的柱塞主密封也被称为外侧柱塞主密封；

往复柱塞组件U100使用2道或多道柱塞主密封时，按照距离柱塞函U130前端面的距离，由近到远依次编号，距离柱塞函U130前端面最近的柱塞主密封是第1柱塞主密封U121，其它柱塞主密封依次是第2柱塞主密封U122、第3柱塞主密封U123等；

柱塞函U130前端面与第1柱塞主密封U121之间的柱塞函U130部分，称为柱塞函U130前段；

柱塞函U130后端面与外侧柱塞主密封之间的柱塞函U130部分，称为柱塞函U130后段；

往复柱塞组件U100使用2道或多道柱塞主密封时，第1柱塞主密封U121与外侧柱塞主密封之间的柱塞函U130部分，称为柱塞函U130中段；

柱塞函U130，至少包含安装或接触柱塞密封件U120的柱塞填料函，可能还包含没有安装柱塞密封件U120的柱塞套，靠近主液缸的柱塞套被称为柱塞前套；

往复柱塞组件U100，其特征在于还包含内置式辅助换热往复泵7PUMP即辅泵；

辅泵的构成和工作原理如下：

①柱塞函U130前段与往复运动于其间的柱塞U110前段，构成内置式辅泵的液腔FQ，柱塞U110前段往复运动经过FQ的部位设置推动辅泵液腔FQ液料运动的辅泵腔塞QS；

柱塞U110往复运动时，带动辅泵腔塞QS往复运动，推动辅泵液腔FQ内的导热液往复运动，辅泵腔塞QS起着往复泵柱塞的作用；

辅泵液腔FQ，以辅泵腔塞QS为界，分为辅泵内腔和辅泵前腔；

以辅泵腔塞QS为界，远离柱塞函U130前端面的辅泵液腔FQ部分，是辅泵内腔，

以辅泵腔塞QS为界，靠近柱塞函U130前端面的辅泵液腔FQ部分，是辅泵前腔，

在柱塞U110往复运动过程，辅泵内腔的吸液、排液空间称为辅泵内动腔，辅泵内动腔的体积量是一个动态变化量；

在柱塞U110往复运动过程，辅泵前腔的吸液、排液空间称为辅泵前动腔，辅泵前动腔的体积量是一个动态变化量；

辅泵内腔和辅泵前腔，通过通道、传热件HX连通，辅泵内腔和辅泵前腔是连通器关系；

②所述传热件HX，用于接收辅泵液腔FQ排出的导热液体，对其进行传热改变温度，然后将传热变温后的导热液体返回辅泵液腔FQ，对辅泵液腔FQ腔壁表面进行取热；

③辅泵液腔FQ内导热液随辅泵腔塞QS往复运动而往复运动，与辅泵液腔FQ腔壁接触对柱塞函U130前段的内表面、柱塞前段的外表面进行往复流动接触导热，辅泵液腔FQ壁面同时也是导热面，辅泵液腔FQ也被称为辅泵导热腔；

主柱塞U110作进程运动时，主柱塞U110作靠近主液缸的前进运动，导热液自辅泵前动腔经接口N6X排出进入传热件HX，同时传热件HX内排出的变温后导热液经接口N1X作为正向冷流返回辅泵内动腔；

主柱塞U110作返程运动时，主柱塞U110作离开主液缸的返回运动，导热液自辅泵内动腔经接口N1X排出进入传热件HX，同时传热件HX内排出的变温后导热液经接口N6X作为逆向冷流返回辅泵前动腔。

本发明，通常，辅泵腔塞QS的形式，选自下列的1种或几种的组合：

①外侧面为光滑面的圆柱体；

②外侧设有1个或2个或多个内凹槽的圆柱体；

③外侧带有内螺纹的圆柱体；

④设有连通辅泵后腔和辅泵前腔的细微通道的圆柱体。

本发明，通常，柱塞函U110前段的内腔形式，选自下列的1种或几种的组合：

①内径相同的等径式函道；

②靠近主液缸一侧内径小于远离主液缸一侧内径的内径不相同的函道；

③靠近主液缸一侧内径大于远离主液缸一侧内径的内径不相同的函道。

本发明，通常，传热件HX的形式，选自下列的1种或几种的组合：

①独立于柱塞套的传热件；

②集合于柱塞套的传热件。

本发明，通常，传热件HX的形式，选自下列的1种或几种的组合：

①热管为光滑管道，导叶液体在换热管内流动；

②换热管为螺纹管，导叶液体在换热管内流动，换热管内侧和/或外侧布置螺纹；

③换热管为翅片管，导叶液体在换热管内流动，换热管内侧和/或外侧布置翅片管。

本发明，通常，传热件HX，是独立于柱塞套的传热件，传热件HX中心标高与柱塞函U130的中心标高的关系，选自下列的1种：

①等高；

②传热件HX中心标高，比柱塞函U130的中心标高更低；

③传热件HX中心标高，比柱塞函U130的中心标高更高。

本发明，通常，传热件HX，使用的与导热液进行传热的传热介质选自下列的1种：

①气体，可能是空气；

②液体，可能是水或油；

③气液混合流体。

本发明，通常，内置式辅助换热往复泵7PUMP的体积输液量7PUMP-RW，与往复柱塞组件U100驱动的主液缸的体积输液量U100-RW的比例K700，K700＝(7PUMP-RW)/(U100-RW)，K700选自下列的1种：

①小于0.1；

②0.1～0.3；

③0.3～1.0；

④大于1.0。

本发明，通常，辅泵前动腔的腔壁面积是辅泵内动腔的腔壁面积的K300倍，K300选自下列的1种：

①0.5～1.0；

②1.0～3.0；

③大于3.0。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置2道柱塞密封，其作用是：

①外侧柱塞密封，阻止2道柱塞密封之间的空间内的液体泄露至外界环境中；

②柱塞主密封，阻止主液缸介质泄露至2道柱塞密封之间的空间内。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置3道柱塞密封，其作用是：

①外侧柱塞密封，阻止外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的空间内的液体泄露至外界环境中；

②第2柱塞主密封即外侧柱塞主密封，阻止第2柱塞主密封与第1柱塞主密封之间的空间中的液体，泄露至外侧柱塞密封与第2柱塞主密封之间的空间中；

③第1柱塞主密封，阻止主液缸介质泄露至第1柱塞主密封与第2柱塞主密封之间的空间内。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置4道柱塞密封，其作用是：

①外侧柱塞密封，阻止外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的空间内的液体泄露至外界环境中；

②第3柱塞主密封即外侧柱塞主密封，阻止第3柱塞主密封与第2柱塞主密封之间的空间中的液体，泄露至外侧柱塞密封与第3柱塞主密封之间的空间中；

③第2柱塞主密封，阻止第2柱塞主密封与第1柱塞主密封之间的空间的液体，泄露至第2柱塞主密封与第3柱塞主密封之间的空间中；

④第1柱塞主密封，阻止主液缸介质泄露至第1柱塞主密封与第2柱塞主密封之间的空间内。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，至少设置2道柱塞密封；

在外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的间隙，使用密封液连续或间断置换，防止穿过外侧柱塞主密封的液料污染外侧柱塞密封。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，至少设置2道柱塞密封；

在柱塞函U130前段，使用隔离冲洗液，连续或间断注入柱塞函U130前段，注入的隔离冲洗液最终进入主液缸，防止来自主液缸的液料污染柱塞函U130前段进而污染第1柱塞主密封。

本发明，往复柱塞组件U100，可以至少设置3道柱塞密封，即设置至少2道柱塞主密封；

在任意2道柱塞主密封之间的间隙JX-23，使用冲洗液连续或间断置换，防止来自靠近主液缸侧空间内的液料穿过柱塞主密封进入间隙JX-23造成污染。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，至少设置2道柱塞密封；

在柱塞函U130前段，使用隔离冲洗液，连续或间断注入柱塞函U130前段，注入的隔离冲洗液最终进入主液缸，防止来自主液缸的液料污染柱塞函U130前段进而污染第1柱塞主密封；

隔离冲洗液的工作方式，可以选自下列的1种：

①以柱塞U110的往复运动为基准，柱塞U110运动全程隔离冲洗；

②以柱塞U110的往复运动为基准，柱塞U110的返程过程进行隔离冲洗；

隔离冲洗液采用柱塞返程同步注入的工作方式，当柱塞U110在回程行程时，主液缸吸入液料，隔离冲洗液的注入泵柱塞动作对往复柱塞组件U100的柱塞前段的隔离液液腔进行冲洗；当柱塞U110在前进行程时，主液缸排出液料，隔离冲洗液的注入泵的柱塞动作吸入隔离液，不对往复柱塞组件U100的柱塞函U130前段进行冲洗。

本发明，通常，柱塞函U130，其形式选自下列的1种：

①为一体式部件；

②为2个分体部件柱塞函前段、柱塞函后段的组合件，柱塞函前段为一个部件，柱塞函后段U131为另一个部件；

③为多个分体部件的组合件；

柱塞函U130包含2个或多个柱塞函分段时，装配后构成完整的柱塞函U130。

本发明，通常，柱塞函U130，为2个分体部件柱塞函前段、柱塞函后段的组合件，柱塞函前段为一个部件，柱塞函后段为另一个部件；

往复柱塞组件U100，设置至少2道柱塞U110密封；

在柱塞函后段，至少安装1道柱塞U110密封，最多安装全部的柱塞U110密封。

本发明，通常，柱塞函U130，为2个分体部件柱塞函前段、柱塞函后段的组合件，柱塞函前段为一个部件，柱塞函后段为另一个部件；

往复柱塞组件U100，设置至少2道柱塞U110密封；

在柱塞函前段，可以至少安装1道柱塞U110密封。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置辅泵随动腔，设置辅泵主腔塞ZQS和辅泵副腔塞FQS；

辅泵随动腔和辅泵内腔通过通道AN1、可能使用的传热件HX连通，辅泵随动腔和辅泵前腔通过通道AN2、可能使用的传热件AHX连通；

辅泵至少设置一个传热部件，为传热件HX和/或传热件AHX；

辅泵随动腔、辅泵内腔和辅泵前腔是连通器关系。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，辅泵腔塞QS与柱塞函之间的关系，选择下列中的1种：

①辅泵腔塞QS与柱塞函之间不接触，存在间隙；

②辅泵腔塞QS与柱塞函之间接触，接触部分为辅泵腔室分隔填料，辅泵腔室分隔填料安装在柱塞U110上；

③辅泵腔塞QS与柱塞函之间接触，接触部分为辅泵腔室分隔填料，辅泵腔室分隔填料安装在柱塞函U130上。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，最接近主液缸的柱塞主密封即第1柱塞主密封的操作温度T2，与主液缸操作温度T1的差值的绝对值，选择下列中的1种：

①30～60℃；

②60～90℃；

③90～150℃；

④150～200℃；

⑤大于200℃。

本发明，往复柱塞组件U100，在其柱塞函U130的筒体上可以设置换热夹套，换热夹套内流动的介质和工作方式选自下列的1种或几种的组合：

①冷却降温作用的取热介质，为气相和/或液相；

②起加热升温作用的加热介质，为气相和/或液相；

③起冷却控温作用的取热介质，为气相和/或液相；

④起加热控温作用的加热介质，为气相和/或液相。

与本发明往复柱塞组件U100配套使用的主液缸K10，通常是柱塞式往复泵APUMP的泵缸K10。

本发明柱塞式往复泵APUMP系统，可以使用1个或2个或多个单泵腔式的泵缸体。

本发明柱塞式往复泵APUMP系统，使用的一体式泵缸体可以有1个或2个或多个泵腔室。

本发明柱塞式往复泵APUMP的泵送目标液料，可以选自下列中的1种或几种：

①高温液料；

②低温液料；

③高压液料；

④高温高压液料；

⑤高温高压含固液料；

⑥含易凝结组分液料；

⑦含易挥发组分液料；

⑧含固体浆液；

⑨含腐蚀组分液料；

⑩含燃爆组分液料；

含毒性组分液料；

含放射性组分液料。

本发明柱塞式往复泵APUMP的填料函或柱塞套加入的注入液的工作方式，选自下列中的1种或几种：

①一次注入长期使用；

②间断注入间断排放，排放的注入液最终进入泵体的泵腔中随泵送目标液体排出泵腔；

③连续注入连续排放，排放的注入液最终进入泵体的泵腔中随泵送目标液体排出泵腔。

本发明，通常，柱塞式往复泵APUMP的操作条件为：温度为150～400℃、入口压力为0.3～1.0MPa、出口压力为2.0～30.0MPa、固体颗粒重量浓度为0～55％、泵腔入口液料体积流率为0.1～150m³/h。

本发明柱塞式往复泵APUMP，可以是是煤加氢直接液化反应过程或煤油共炼加氢反应过程的油煤浆升压泵，其操作条件为：温度为150～350℃、入口压力为0.3～1.0MPa、出口压力为2.0～30.0MPa、固体颗粒重量浓度为25～60％、泵腔入口液料体积流率为0.1～200m³/h。

本发明柱塞式往复泵APUMP，可以是煤加氢直接液化反应过程或煤油共炼加氢反应过程的油煤浆升压泵，其操作条件为：温度为150～350℃、入口压力为0.3～1.0MPa、出口压力为5.0～30.0MPa、固体颗粒重量浓度为40～55％、泵腔入口液料体积流率为10～150m³/h。

本发明柱塞式往复泵APUMP，可以是煤加氢直接液化反应过程或煤油共炼加氢反应过程的油煤浆升压泵，其柱塞、填料函、柱塞外套的工作流体的数量为：注入液小时体积流量为柱塞式往复泵APUMP的泵送目标液料的体积流量的0.5％～5％。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP的布置方式为：柱塞(111)的轴线沿水平方向布置，泵缸K10垂直布置，使用的分割器XKP垂直布置，使用的导液管(33)垂直布置。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP系统的驱动端，原动机选自下列中的1种：

①电机；

②变频电机；

③柴油机；

④液压马达；

⑤蒸汽机。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP系统的驱动端，使用变速器将原动机的高转速运动转化为低转速运动后，驱动液力端工作。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP系统含有1个或2个或多个泵缸，配套使用1个或2个或多个柱塞组件，2个或多个各柱塞组件使用一个传热器HX，用同一种传热媒介物。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP及其系统，部分或全部部件组成一体式撬装结构。

附图说明

图1是煤加氢直接液化装置用输送油煤浆的一种使用返程冲洗油的常规结构柱塞组件的柱塞式往复泵的结构示意图。

图2是图1中的柱塞函组件及相关部件的局部详图。

如图1、图2所示柱塞式往复泵的柱塞函组件，柱塞函包括填料函115、柱塞前套119。

如图1、图2所示柱塞式往复泵的柱塞函组件，按照柱塞轴线由靠近主液缸一侧向远离主液缸一侧排序，共设置3道填料密封，即第1柱塞主密封、第2柱塞主密封、外侧柱塞密封。

如图1、图2所示，第1柱塞主密封属于高压填料密封，第2柱塞主密封(也是外侧柱塞主密封)属于低压填料密封，外侧柱塞密封属于低压填料密封，各柱塞密封的功能和工作方式如下：

①第1柱塞主密封和第1冲洗液系统

靠近主液缸的第1柱塞主密封，其任务是阻隔高压介质使其尽可能不要越过第1柱塞主密封向柱塞函中段的一侧泄露、流动，为了防止来自主液缸的主介质中的有害物(高温液体、固体浆液、腐蚀性或燃爆性或有毒等组分)进入柱塞前套、填料函中接触柱塞、柱塞函、柱塞密封件的盘根(密封填料)部位，防止高温介质进入柱塞前套、填料函中接触柱塞、柱塞函、柱塞密封件产生超限的热变形，或者防止固体颗粒进入柱塞密封的盘根部位而加速盘根的磨损，或者防止腐蚀性介质对接触的部位产生腐蚀，或者防止有害组分进入柱塞组件U100的中段、前段中泄露进入环境或者接触人体，在第1柱塞主密封的前端(靠近泵主液缸的一端)，设置第1冲洗液系统，在柱塞组件的高压工作腔内，在柱塞与柱塞函组件之间形成流向泵主液缸的冲洗液(隔离液)流动以阻止主液缸内主介质流入柱塞函的填料密封部位，从而在泵组正常工作期间，使得柱塞密封件与泵送主介质形成有效隔离，对于煤浆泵而言，其方法通常是间断注入间断排放或者连续注入连续排放第1冲洗液；

冲洗液工作方式，可以是连续注入连续排放，即全程冲洗；

冲洗液工作方式可以是间断注入间断排放，工作方式可以是任意一种有效的工作方式，通常的工作方式是柱塞返程冲洗；

第1冲洗液冲洗的腔室，称为第1冲洗腔；

②第2柱塞主密封和第2冲洗油系统

在第1柱塞主密封(高压填料密封)和第2柱塞主密封(低压填料密封)之间，设置压力适宜的低压冲洗腔(称为第2冲洗腔)，防止来自第1柱塞主密封的高压侧的介质泄露流动至第2柱塞主密封并进一步泄露至外侧柱塞密封处，因此，第2冲洗腔操作压力低于低压密封腔操作压力，可能有少量密封油会通过第2道填料密封与柱塞之间的间隙流向第2冲洗腔；

泵组正常工作时，第2冲洗油经第2冲洗油注入孔进入第2冲洗腔维持操作压力比如1.00～1.10MPa(G)，然后流过第2冲洗腔的第2冲洗油经第2冲洗油排出孔排出柱塞函(填料函)，将可能存在的来自第1冲洗腔的串流第1冲洗油、来自密封腔的串流密封油一并带出第2冲洗腔；

③外侧柱塞密封和低压密封油系统

外侧柱塞密封填料的功能是密封柱塞，防止来自密封腔侧的介质泄露至外部污染环境，同时防止来自动力端的润滑油侵入污染柱塞函(填料函)和柱塞表面；

泵组正常工作时，低压密封油经密封油注入孔进入密封腔维持操作压力比如1.10～1.20MPa(G)(略高于第2冲洗腔操作压力)，然后绝大部分密封油经密封油排出孔排出柱塞函的填料函，由于密封腔操作压力高于第2冲洗腔操作压力，有少量密封油会通过第2柱塞主密封与柱塞之间的间隙泄露、流向第2冲洗腔。

图1、图2所示的输送油煤浆的使用冲洗油的常规结构柱塞组件的柱塞式往复泵，第1冲洗液按照返程冲洗方式，有规律地加入到柱塞函的填料函中，经过柱塞前套后进入泵的主液缸内部，第1冲洗液排出主液缸的流径属于U形流。

在图1、图2中，7为透镜垫，8为法兰盖，9为螺柱A，10为螺母A，12为桁架，13为隔热板，14为螺钉，15为泵体组件(主液缸)，16为销子，171为进料单向阀(171-1为阀体、171-2阀座、171-3为阀球导向套、171-4阀球)，172为排料单向阀(172-1为阀体、172-2阀座、172-3为阀球导向套、172-4阀球)，18为螺母B，19为螺柱B，20为排出管，21为销子，22为螺柱，23为螺母，24为透镜垫，25为支撑螺柱，26为螺母，27为螺柱，28为圆螺母，29为螺母保护套，30为长螺套，31为螺柱C，32为螺母C，33为导液管，34为隔热板，35为隔热垫圈，36为压块，37为透镜垫，38为螺纹法兰，39为螺柱，40为螺母，41为异颈法兰，42为螺柱，43为螺母，44为密封垫，45为弯管法兰，111为柱塞，115为柱塞函的填料函，119为柱塞函的柱塞前套，151为第2冲洗油入口，152为第2冲洗油出口，191为第1冲洗液的注入通孔，251为密封油入口，252为密封油出口，701为蒸汽入口，702为蒸汽出口，R100为第一道填料(第1柱塞主密封填料)、R200为第二道填料(第2柱塞主密封填料)、R300为第三道填料(外侧柱塞填料)、R700蒸汽保温夹套。

在图2中，标出了下述部件编号：

①N01为外侧柱塞填料压盖(第三填料压盖)，外侧柱塞填料压盖N01的外侧部分为带螺纹的外端头N01c，N01c与外侧柱塞填料箱(第三填料箱)N06的外端部内侧的配对螺纹段配合完成组装紧固连接定位，同时是外侧柱塞填料(第三填料)N03的压紧部件，实现对第3填料N03的合理的预压力和压紧变形，使得第3填料N03与柱塞111紧密配合；

②N02为外侧柱塞填料(第三填料)外侧垫环；

③N03为外侧柱塞填料(第三填料)；

④N04为外侧柱塞填料(第三填料)内侧长距垫环；

⑤N05为静密封圈；

⑥N06为外侧柱塞填料箱(第三填料箱)(中间填料压盖即第2柱塞主密封填料压盖)；

⑦N07为中间填料(第二填料)外侧垫环；

⑧N08为中间填料(第二填料)；

⑨N09为中间填料(第二填料)内侧垫环；

⑩N10为中间填料(第二填料)的压紧件，为带螺纹的压紧件)，与填料函115外端部内侧的配对螺纹段配合完成组装紧固连接定位，同时是中间填料(第二填料)N08的压紧部件，实现对第2填料N08的合理的预压力和压紧变形，使得第2填料N08与柱塞111紧密配合；

N51为第1柱塞主密封填料的外侧长距垫环；

N52为第1柱塞主密封填料；

N53为第1柱塞主密封填料的右侧紧固件，同时是第1冲洗液导流套；

N531为第1柱塞主密封填料的右侧冲洗导向套上布置的开孔，与第1冲洗液接口191连通；

N54为第1柱塞主密封填料前端的冲洗导向套的定位件、预紧件。

如图1所示柱塞式往复泵，可用于煤加氢直接液化装置油煤浆的输送，其主液缸的主介质的进料行程(柱塞111的返程)、排料行程(柱塞111的进程)的工作方式如下：

①在主液缸15处于泵送目标液料(比如油煤浆)的进料行程中，柱塞111处于返程过程，柱塞111远离主液缸15，主液缸15内的泵送主介质(比如油煤浆)的液位上升，正常情况下不允许泵送主介质(比如油煤浆)超出主液缸而进到柱塞前套119、填料函115中而导致隔离失效；通常，在柱塞前套或柱塞填料函注入的第1冲洗液，进入柱塞填料函、柱塞前套内，最终增加主液缸内存在的第1冲洗液的总量；

②在主液缸15处于泵送目标液料(比如油煤浆)的排料过程中，柱塞111处于进程过程，柱塞111靠近或进入主液缸15，主液缸15内的泵送主介质(比如油煤浆)的液位下降，通过导液管33下部的侧面开口，流入导液管33内部沿着内柱室33IN-V上升并最终排出主液缸出口单向阀；排出主液缸出口单向阀的泵送主介质，同时可能携带着第1冲洗液(长期而言，一定带有第1冲洗液)，这样进入泵腔的泵送主介质和第1冲洗液被排出了主液缸15。

本发明所述柱塞组件U100前段的内置式辅泵7PUMP，对于柱塞进程终止位置而言，以其辅泵前腔导热液出入口N6(出口、入口可以共用)为界，辅泵前腔一侧的与N6连通的可被导热液反复填充占据的空间称为辅泵前腔的运动腔，简称为辅泵前动腔V6；辅泵前动腔V6，通常包含辅泵前动腔的吸排液腔和辅泵前动腔的相对滞流腔。对于柱塞进程终止位置而言，自N6位置开始到辅泵前腔一侧的辅泵腔塞面位置的这一段空间属于辅泵前腔的滞留区；当柱塞组件U100的第1柱塞主密封的前端使用隔离冲洗液时，辅泵前动腔，自然也是隔离冲洗液的流道腔。

本发明将相对于辅泵区柱塞或相对于辅泵区柱塞函相对静止的液体区域称为滞留区，但是，相对于辅泵区柱塞相对静止的液体区可能相对于辅泵区柱塞函是动态的，本发明也称这种滞留区为半滞留区，它有一定的导热功能。

本发明所述柱塞组件U100前段的辅泵，对于柱塞进程终止位置而言，其辅泵前动腔的前方就是连通主液缸的柱塞函空间，也是填充在该空间的液料的往复运动空间，还是可能使用的隔离冲洗液的排出流道。

本发明所述柱塞组件U100前段的辅泵，对于柱塞返程终止位置而言，以其辅泵内腔导热液出入口N1(出口、入口可以共用)为界，辅泵内腔一侧的与N1连通的可被导热液反复填充占据的空间称为辅泵内腔的运动腔，简称为辅泵内动腔V1；辅泵内动腔，通常包含辅泵内动腔的吸排液腔和辅泵内动腔的相对滞流腔。对于柱塞返程终止位置而言，N1的远离辅泵腔塞的一侧的空间属于辅泵内腔的余腔，简称为辅泵余腔；当柱塞组件U100的第1柱塞主密封的前端使用隔离冲洗液时，辅泵余腔，自然也是隔离冲洗液的流道腔。

以下结合图3来描述本发明柱塞组件U100的结构、设计原则和操作方式。

图3是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第1种技术方案的柱塞返程终了状态的结构示意图。

图4是图3中的柱塞组件的前端结构的详图。

图5是图4中的内置导热往复泵的局部详图。

图3示出的本发明的柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第1种技术方案中，与图2所示的柱塞组件的技术方案的主要差别在于：改变图2所示柱塞前套119(即柱塞函前段)内部结构、改变柱塞111前段外部结构，形成内置式导热往复泵7PUMP，借助于柱塞111的单程行程为L1的进程和返程往复运动，使得辅泵内动腔中的吸排液腔V1中的液体吸入和排出，辅泵内动腔的吸排液腔V1吸入的液体是经过传热器HX降温的导热液，V1排出的液体是被V1腔壁(辅泵内腔的柱塞外表面和柱塞函内表面)加热升温后的导热液；同时，借助于柱塞111的单程行程为L1的进程和返程往复运动，使得辅泵前动腔的吸排液腔V6中的液体吸入和排出，辅泵前动腔的吸排液腔V6吸入的液体是经过换热器HX降温的导热液，V6排出的液体是被V6腔壁(辅泵前腔的柱塞外表面和柱塞函内表面)加热升温后的导热液。

图3所示的本发明的第1种技术方案，与图1所示的常规技术方案的差别还在于：将图1所示技术方案的蒸汽入口701、蒸汽出口702、蒸汽保温夹套R700全部取消。当然，根据实际需要，可以保留蒸汽入口701、蒸汽出口702、蒸汽保温夹套R700。

如图3所示，辅泵的主腔塞ZQS动作时对辅泵内腔、辅泵前腔的吸排液形成双作用，辅泵内腔、辅泵前腔在时间顺序上同步工作腔但是进液、排液动作相反，也就是说，辅泵内腔排液时辅泵前腔进液，辅泵内腔进液时辅泵前腔排液，辅泵的二个腔室是动态连通器的关系。

如图3所示，由于辅泵内动腔V1的体积决定了辅泵单次行程的吸液量或排液量，所以辅泵内动腔也称为辅泵本征容积腔。

如图3所示，在尽可能缩短柱塞长度、提高柱塞组件动态稳定性的往复柱塞组件的设计原则下，本征容积腔V1的腔壁面积无法随意增大(通常应该尽量缩短)，因此，从理论上讲，需要在辅泵前动腔V6尽可能增大导热面积，通常辅泵前动腔V6的腔壁面积决定了辅泵单次行程的辅泵的主要换热面积；当辅泵前动腔V6导热面积远大于辅泵前动腔V6导热面积时，本发明也可将辅泵前动腔V6称为辅泵主换热腔。

如图3所示，辅泵内动腔V1被称为辅泵本征容积腔，在柱塞111的单程运动过程中，辅泵本征容积腔体积决定辅泵内动腔的吸入液料或排出液料的体积量，也就是决定了传热器HX的过流量，因此，它在本质上决定着内置导热往复泵系统的导热速度。

如图3所示的辅泵本征容积腔V1，为了提高传热器HX的过流量，就必须增大V1的体积，在柱塞111往复频率一定、行程长度一定的条件下，必须增加V1间隙的径向截面积S1，即增大间隙宽度H1，或者说，根据换热器HX换热负荷的需要，确定内置导热往复泵的间隙高度H1。图3所示的辅泵本征容积腔V1，为环柱型间隙，径向截面积S1＝π(r+H1)²-πr²。，r为辅泵内腔柱塞杆半径，(r+H1)为辅泵内腔主腔塞ZQS半径。

如图5所示，r为辅泵内腔柱塞杆半径，H1为辅泵内腔主腔塞ZQS高度，P为辅泵主腔塞ZQS宽度。

在不改变柱塞的运动频率、行程的条件下，本发明的一个主要设计原则是，尽可能扩大换热面积，提高换热效率，这样本发明的辅泵前动腔V6，在保证流体往复运动流畅(V1与V6之间压差较小)的前提下，可以设置较H1间隙间距小的间隙H6。

图3中辅泵前动腔V6为环柱型间隙，径向截面积S1＝π(r+H1)²-π(r+H1-H6)²。

这样，辅泵本征容积腔V1的一个行程为L1的单程运动，就会引起辅泵前动腔V6中行程为(S1/S6)×L1的液体运动，比如设计S1/S6＝2，这样，V6中导热液占据空间的轴向长度约为2×L1，很明显，辅泵前动腔V6的动态腔壁面积是辅泵本征容积腔V1的动态腔壁面积的约2倍。

为了进一步提高换热效率，可以利用柱塞组件U100前段的静态的柱塞函与动态辅泵液腔的动态关系，安排辅泵内腔侧的主腔塞ZQS面与传热器HX的连通管N1之间、辅泵前腔侧的主腔塞ZQS面与传热器HX的连通管N6之间存在长度适当的半滞留区；这种半滞留区是相对于辅泵腔塞、辅泵柱塞而言的，但是，半滞留区的液体随辅泵腔塞的往复运动过程，必然与柱塞函内表面形成接触运动发生导热作用，同时也通过柱塞、柱塞函来传递热量，因此，这种半滞留区也具有一定的换热能力，具有增大导热面积的作用，所以本发明称其为扩展导热区(扩展导热腔)。如图3所示，辅泵前腔和辅泵后腔，均设置了具有换热功能的半滞留区。

本发明所述的内置导热往复泵7PUMP，动态的辅泵液腔的换热表面，在相对于静态柱塞函的往复运动的过程中，部分参与换热的柱塞外表面(辅泵内动腔、辅泵前动腔的柱塞表面)，会伸入辅泵内动腔、辅泵前动腔之外的空间与液料换热，从而形成二次扩展导热区。

如图3所示，辅泵本征容积腔V1的部分辅泵柱塞杆的外表面，在柱塞返程过程，会伸入辅泵内腔的余腔V0区域，与液料换热；在柱塞进程过程，辅泵前动腔V6的部分柱塞杆的外表面，会伸入V9区域，与液料换热，形成二次扩展导热区。

如前所述，这样，形成了本发明柱塞组件前段的内置导热往复泵7PUMP的较为庞大的换热面积，从而能够高效换热。

如前所述，本发明技术方案具有导热液流量大、导热面积大的特点，因此，可以实现本发明的显著扩大填料密封操作温度与主液缸主介质操作温度的温度差的目标。

关于辅泵内腔连通管N1位置与辅泵腔塞的相对位置，在柱塞返程终了状态，辅泵腔塞应位于开口N1、N2之间，且尽量靠近开口N1的位置。

关于辅泵前腔连通管N6位置与辅泵腔塞相对位置，在柱塞进程终了状态，辅泵柱塞应位于开口N1、N2之间，且尽量靠近开口N2的位置。

关于开口N1、N2之间的距离，至少≥(L1+P)，P为主腔塞ZQS的宽度，最好≤L1×(S1/S6)，避免开口N6吸入热介质，保证开口N6尽量吸入循环导热介质；根据需要，N1、N2之间之间的距离，可以＞L1×(S1/S6)，但是在理论上会增加半滞留区体积，延长柱塞总体长度。

如图3所示，当柱塞111返程终止时，辅泵主腔塞ZQS与开口N1之间的间隙空间，成为了辅泵内腔的半滞留区。

如图3所示，当柱塞111返程终止时，辅泵内动腔的吸排液腔V1的体积在理论上为零，即辅泵内动腔的吸排液腔V1中的导热液，全部经开口N1排出V1去往传热器HX。

关于柱塞111返程过程导热液的流动路径，如图3所示，辅泵内动腔V1内的导热液在辅泵主腔塞ZQS推动下经开口N1、N11排出V1，经管道P101、管道P102汇合后经管道P108进入传热器HX去释放在V1吸收的热量；同时换热器HX排出的冷却后导热液经管道P608输送，分为2路经管道P601、管道P202分别经开口N6、N61返回辅泵前动腔V6去吸收热量；V6指的是经开口N6进入辅泵前腔的体积量为L1×S1的液料所占据的空间，图3示出了这些液体的流向，一部分离开开口N6后随辅泵主腔塞ZQS的返程运动向左侧移动，剩余的一部分离开开口N2后沿着间隙向右侧移动(即向主液缸方向流动)。在图3所示的辅泵前腔间隙径向截面积相等的条件下，经开口N6进入间隙的体积量为L1×S1的液料所占据的空间，在开口N2左侧所占体积与开口N2右侧所占体积相等，这样形成了虚拟的V6的右侧(前侧)界面；在图3所述的S1/S6＝2的条件下，V6的右侧(前侧)界面距离开口N2中心线的距离约为L1。

图6是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第1种技术方案的柱塞进程终了状态的结构示意图。

图7是图6中的柱塞组件的前端结构的详图。

如图6所示，关于柱塞进程过程导热液的流动路径，在柱塞进程过程，在辅泵主腔塞ZQS移动后形成的低压区吸引下(或者说在辅泵前动腔的吸排液腔V6较高压力的推动下)，传热器HX内的降温后液体经开口N1进入辅泵内动腔的吸排液腔V1吸收热量(随着温度上升体积会增大)，并随辅泵主腔塞ZQS向右运动；同时，辅泵前动腔的吸排液腔V6中的开口N6左侧区域的导热液(吸热后导热液)向右移动经开口N6进入换热器HX，辅泵前动腔的吸排液腔V6中的开口N6右侧区域的液体(吸热后液体)在主泵液缸介质压力的推动下向左移动，经开口N6进入换热器HX，去释放在V6吸收的热量(随着温度下降体积会缩小)。这样，在柱塞进程过程终了时，虚拟V6的右侧(前侧)界面，理论上位于开口N6在柱塞函上的内侧端口，即全部V6中的导热液排出了V6。在图6所示，经开口N6排出V6空间进入传热器HX中的导热液的体积会在传热器HX中的降温冷却过程中缩小。

如图6所示，当柱塞111进程终止时，辅泵主腔塞ZQS与开口N6之间的间隙空间，成为了辅泵前腔的半滞留区。

如图6所示，当柱塞111进程终止时，辅泵前动腔的吸排液腔V6的体积在理论上为零，即辅泵前动腔的吸排液腔V6中的导热液，全部经开口N6排出V6去往传热器HX。

图8是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第2种技术方案的柱塞返程终了状态的结构示意图。

图9是图8中的柱塞组件前端的结构详图。

图8示出的本发明的柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第2种技术方案中，与图3所示的柱塞组件的技术方案的主要差别在于：增设一个随动腔塞AQS，增加一个存在于辅泵主腔塞ZQS与辅泵随动腔塞AQS(也称为辅泵副腔塞)之间的一个体积恒定、腔室面积恒定的辅泵随动腔，通常辅泵随动腔具有导热能力，也可称之为辅泵随动导热腔；随动导热腔作为一个串联关系的接续导热段，可以增加导热面积。

如图8所示，随动导热腔与其它辅泵腔室(辅泵内腔、辅泵前腔)的功能空间关系上，相当于在图3所述辅泵主腔塞ZQS的右侧插入一个“随动导热腔”功能单元，也可以说是在辅泵前腔之前插入一个“随动导热腔”功能单元，这样随动导热腔自然具有连通通道的作用，形成辅泵内腔、随动导热腔、辅泵前腔的空间串联关系。

如图8所示，随动导热腔与辅泵腔室的功能空间关系，也可以解释为对一个宽度较长的辅泵腔塞QS的腔塞体的功能改进，相当于辅泵腔塞QS的腔塞体的侧壁上，挖出一个环柱形凹槽，然后在该凹槽对应的柱塞函的侧面设置2类接口AN1、AN11与AN2、AN21，接口AN1、AN11连通辅泵内腔，接口AN2、AN21连通辅泵前腔，很明显，2个接口AN1、AN2之间的随动导热腔空间是一个导热液流道，如此，可以将辅泵主腔塞ZQS、辅泵副腔塞AQS看做一个带流道的腔塞组。

如图8所示，开口AN1位于开口N1与开口AN2之间，开口AN2位于开口AN1与主液缸之间。如图8所示，开口AN11位于开口N11与开口AN21之间，开口AN21位于开口AN11与主液缸之间。

基于图8所示，辅泵随动腔开口AN1、AN2之间的至少部分空间可被导热液反复填充占据。

基于图8所示，辅泵随动腔开口AN1、AN2之间的空间中可被导热液反复填充占据的那一部分空间，称之为辅泵随动腔的吸排液腔AV。

如图8所示，辅泵随动腔首先是1个过流通道，辅泵随动腔与辅泵内腔的往来物料经开口N1(及N11)、HX、AN1(及AN11)流动。

如图8所示，辅泵随动腔首先是1个过流通道，辅泵随动腔与辅泵前腔的往来物料经开口AN2(及AN21)、AHX1(及AHX2)、开口N6(及N61)流动。

如图8所示，位于AN2(及AN21)、开口N6(及N61)之间的辅泵随动腔中的柱塞段，设置有辅泵副腔塞AQS，在辅泵副腔塞AQS运动过程，辅泵随动腔中的导热液相对于静态的柱塞前套内表面运动接触进行换热。

如图8所示，柱塞111返程过程中，辅泵内动腔的吸排液腔V1中的导热液，在辅泵主腔塞ZQS推动下经开口N1(及N11)排出V1，经管道P101、管道P102汇合后经管道P108进入换热器HX去释放热量；同时，换热器HX排出的冷却后导热液经管道PA108输送，分2路经管道PA101、管道PA102分别经开口AN1、AN11返回辅泵随动腔去吸收热量；同时，辅泵随动腔开口AN1(及AN11)、开口AN2(及AN21)之间的导热液，向右侧移动；同时，辅泵随动腔中的导热液，经开口AN2(及AN21)排出后进入传热器AHX1(及AHX2)进行换热，同时传热器AHX1(及AHX2)排出的降温后导热液经开口N6(及N61)进入辅泵前腔换热。

如图8所示的柱塞组件，当柱塞111返程终止时，辅泵副腔塞AQS与开口AN2(及AN21)之间的间隙空间，形成了辅泵随动腔的靠近辅泵副腔塞AQS的半滞留区，本发明称之为辅泵随动腔的副滞留区，该区域导热液相对于辅泵副腔塞AQS和辅泵柱塞基本相对静止。

如图8所示的柱塞组件，当柱塞111返程终止时，辅泵随动腔的吸排液腔AV中的热态导热液，至少部分地经开口AN2(及AN21)排出AV去往传热器AHX。

如图8所示的柱塞组件，在柱塞111进程过程中，辅泵前动腔中的导热液，经开口N6(及N61)排出辅泵前动腔进入传热器AHX1(及AHX2)进行换热；同时，传热器AHX1(及AHX2)排出的降温后导热液经开口AN2(及AN21)进入辅泵随动腔中换热；同时，辅泵随动腔开口AN1(及AN11)、开口AN2(及AN21)之间的导热液，向左侧移动；同时，辅泵随动腔中的导热液，经AN1(及AN11)排出，经管道PA101、管道PA102汇合后经管道PA108进入换热器HX去释放热量；同时，换热器HX排出的冷却后导热液经管道P108输送，分2路经管道P101、管道P102分别经开口N1、N11返回辅泵内动腔去吸收热量。

如图8所示的柱塞组件，当柱塞111进程终止时，辅泵主腔塞ZQS与开口AN1(及AN11)之间的间隙空间，形成了辅泵随动腔的靠近主腔塞ZQS的半滞留区，本发明称之为辅泵随动腔的主滞留区，该区域导热液相对于主腔塞ZQS和辅泵柱塞基本相对静止。

如图8所示的柱塞组件，当柱塞111进程终止时，辅泵随动腔的吸排液腔AV中的热态导热液，至少部分地经开口开口AN1(及AN11)排出AV去往传热器HX。

如图8所示，由于开口AN1(及AN11)、开口AN2(及AN21)之间的区域中的导热液的体积量不会变化，但是会随着柱塞111的往复运动往复流动，总体而言，它是一个具有导热作用的导流流道，连接了辅泵腔塞组内腔、辅泵腔塞组前腔。

如图8所示，辅泵的腔塞组ZQS、AQS动作时，对辅泵腔塞组内腔、辅泵随动腔、辅泵腔塞组前腔的吸排液形成三作用，辅泵腔塞组内腔、辅泵腔塞组前腔为时间顺序上的同步工作腔但是进液、排液动作相反，也就是说，辅泵腔塞组内腔排液则辅泵腔塞组前腔进液，辅泵腔塞组内腔进液则辅泵腔塞组前腔排液，辅泵腔塞组内腔、辅泵随动腔、辅泵腔塞组前腔的三个腔室是动态连通器的关系。

如上所述的辅泵随动腔的副滞留区、辅泵随动腔的主滞留区，相对于辅泵区柱塞函是动态的，属于半滞留区，有一定的导热功能。

如图8所示，间隙段900的体积，可以为任意合适的数值，通常应能被传热器HX、AHX1、AHX2排出的导热液填充全接触，一般的范围为辅泵本征容积腔V1的单程排液量L1×S1的0.9～2倍，宜为0.5～1倍。

如图8所示的柱塞组件，开口AN1(及AN11)与开口AN2(及AN21)之间的间隙段900中的液体，在柱塞的任意行程中均处于流动态；间隙段900，最好能够全部被来自传热器HX、AHX的导热液往复置换、全部参与换热；间隙段900的体积，通常不要大于辅泵本征容积腔V1的单程排液量L1×S1的2倍。

如图8所示的柱塞组件，间隙段900的体积为辅泵本征容积腔V1的单程排液量L1×S1的2倍时，在柱塞111的1个进程过程中，从AN2(及AN21)进冷态导热液，冷却间隙段900右侧的50％的AV壁面，在柱塞111的1个返程过程从AN1(及AN11)进冷态导热液，冷却间隙段900左侧的50％的AV壁面，此方案，冷却间隙段900提供的有效换热面积最大，虽然1个柱塞行程只能置换50％的AV壁面，但是长期而言，全部AV腔壁均能被冷却。

如图8所示，间隙段900的体积，可以不大于辅泵本征容积腔V1的单程排液量L1×S1的1倍，这样任何1个柱塞行程，间隙段900中的导热液均能置换100％。

图10是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第3种技术方案的柱塞返程终了状态的结构示意图。

图10示出的本发明的柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第3种技术方案中，与图9所示的柱塞组件的技术方案的主要差别在于：改变图9所示柱塞前套119(即柱塞函前段)右侧(靠近主液缸一侧)内部结构，柱塞前套119为内径不等径结构，柱塞前套119左段内径大、右段内径小(在结构上存在一个缩颈段10007)；在柱塞组件的装配过程中，柱塞111只能从柱塞前套119左侧插入柱塞前套119，或者说柱塞前套119只能从柱塞111右侧套上；该方案的作用是，尽量减少柱塞前套119靠近主液缸端的空间体积，减少可能存在的来自主液缸介质的数量，降低内置导热往复泵的导热间隙内的导热液被来自主液缸的主介质污染的可能性或降低其污染程度。

图11是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第4种技术方案的柱塞返程终了状态的结构示意图。

图11示出的本发明的柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第4种技术方案中，与图9所示的柱塞组件的技术方案的主要差别在于：改变图9所示柱塞前套119(即柱塞函前段)左侧(远离主液缸一侧)内部结构，柱塞前套119为内径不等径结构，柱塞前套119左段内径小(在结构上存在一个缩颈段10003)、右段内径小大；在柱塞组件的装配过程中，柱塞111只能从右侧插入柱塞前套119，或者说柱塞前套119只能从柱塞111左侧套上；该方案的作用是，尽量减少柱塞前套119远离主液缸一侧的空间体积，利于降低填料函115与柱塞前套119的结合部的实体厚度，便于安装，利于降低柱塞函重量。实际上，图11中的填料函115、第一道填料R100、柱塞前套119左端(远离主液缸段)部分的结构，完全可以与图1中的填料函115、第一道填料R100、柱塞前套119左端(远离主液缸段)部分的结构完全相同，这样本发明引起的变化，仅局限于柱塞前套119的前段(靠近主液缸段)、主柱塞的前段。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，柱塞111前段的辅泵主腔塞ZQS与柱塞前套119之间存在一个贯通式间隙QSJX，因此，它允许辅泵内腔与辅泵前腔之间的液料经过间隙QSJX短路流动存在一个小的流量DR9，为了保证辅泵液动腔的导热液主要经过传热器HX流动，间隙QSJX的宽度和长度应该精确设置，以保证间隙QSJX的阻流能力，通常在柱塞111的一个单程运动过程，经开口N1及N11进出辅泵内腔的导热液的累计流量标记为R16，阻流系数K100＝(R16)/(DR9)，阻流系数K100越大，阻流效果越好，但是对加工精度、装配精度的要求越高；阻流系数K100，通常≥10、一般≥30、最好≥50。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，柱塞111前段的辅泵主腔塞ZQS与柱塞前套119之间为一个不接触的间隙QSJX，因为辅泵内腔和辅泵前腔之间不需要绝对隔离，因此可以相互少量串液，这种结构也相对简单，便于制造和装配。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，柱塞111前段的辅泵主腔塞ZQS与柱塞前套119之间为一个不接触的间隙QSJX，也可以组合使用填料充当辅泵主腔塞ZQS的填料外缘ZQS-TLWY，则在间隙QSJX形成辅泵主腔塞的填料外缘ZQS-TLWY与柱塞前套119内壁的滑动摩擦接触关系，但是这种结构相对复杂，制造和装配难度相对较大。

本发明把隔离辅泵内腔和辅泵前腔的填料，称为辅泵腔室分隔填料。

图12是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第5种技术方案的柱塞返程终了状态的结构示意图。

图13是图12中的辅泵主腔塞ZQS的结构详图。

图12示出的本发明的柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第5种技术方案中，与图5所示的柱塞组件的技术方案的主要差别在于：改变图5所示辅泵主腔塞ZQS的结构，组合使用填料构成辅泵主腔塞ZQS的填料外缘ZQS-TLWY，实现辅泵主腔塞ZQS的填料外缘ZQS-TLWY与柱塞前套119内壁之间的滑动摩擦接触关系，使得辅泵内腔与辅泵前腔之间几乎没有短路流动，即流量DR9基本为零。

如图12所示的辅泵主腔塞ZQS，由以下几部分组成：

①ZQS11为与柱塞111一体化的辅泵主腔塞ZQS的凸台，用于支撑内侧垫环ZQS12；

②ZQS12为内侧垫环，用于支撑填料环ZQS13；

③ZQS13为填料环，可以由1层或2层或多层填料环组成，图12中的ZQS13由1层填料环组成；

④ZQS14为外侧垫环，用于传递压缩支撑填料环ZQS13的压力；

⑤ZQS15为外侧环形压盖，可以用定位螺钉或定位销将ZQS15固定在柱塞111上；也可以采用螺纹配合方式将ZQS15固定在柱塞111上，比如，在外侧环形压盖ZQS15的内侧加工出阴螺纹，在安装外侧环形压盖ZQS15的柱塞111的对应段的外侧加工出配套的阳螺纹段，安装时将外侧环形压盖ZQS15旋转套装在柱塞111的阳螺纹段上，最后用定位螺钉或定位销将ZQS15固定在柱塞111上。

图14是本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第6种技术方案的柱塞返程终了状态的结构示意图。

图15是图14中的辅泵主腔塞ZQS的结构详图。

图14示出的本发明的柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的第6种技术方案中，与图5所示的柱塞组件的技术方案的主要差别在于：改变图5所示辅泵主腔塞ZQS、柱塞前套119的结构，组合使用填料构成柱塞前套119的内镶式防短路填料环组件ZQS-FDLTL，实现辅泵主腔塞ZQS与柱塞前套119的内镶式防短路填料环组件ZQS-FDLTL之间的滑动摩擦接触关系，使得辅泵内腔与辅泵前腔之间几乎没有短路流动，即流量DR9基本为零。

如图14所示的柱塞前套119的内镶式防短路填料环组件ZQS-FDLTL，由以下几部分组成：

①ZQS21为内侧垫环，用于支撑填料环ZQS22；

②ZQS22为填料环，可以由1层或2层或多层填料环组成，图14中的ZQS22由1层填料环组成；

③ZQS23为外侧垫环，用于传递压缩支撑填料环ZQS22的压力；

④ZQS24为外侧弹性压盖，可以是环形碟簧或波纹环板，具有一定的弹性变形能力，可对外侧垫环ZQS23产生预期的压紧力；其形状可以弹性变化并可完全恢复形状，以满足安装、拆卸的要求.

如图3所示，如前所述辅泵主腔塞ZQS的填料外缘ZQS-TLWY，通常需要固定在辅泵主腔塞ZQS的金属实体上随柱塞111往复运动；由于填料外缘ZQS-TLWY的两侧的压差很小，填料外缘ZQS-TLWY的结构可以简单化设计、制造、装配。

如图3所示，需要说明的一点是，填料外缘ZQS-TLWY是腔塞QS的一部分，它不属于柱塞密封填料，因为辅泵内腔、辅泵前腔以及可能使用的辅泵随动腔之间通过传热器连通在一起构成连通器，辅泵内腔、辅泵前腔之间无法形成使液料隔断的密封关系。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，柱塞111与辅泵主腔塞ZQS是一种一体化结构，根据需要，柱塞111与辅泵主腔塞ZQS可以是2个或多个结构件的组合体。比如辅泵主腔塞ZQS可以是组合安装在柱塞111主体上的由2个或多个部件组成的实体环ZQS-HJ，实体环ZQS-HJ镶嵌在柱塞111主体的环形槽中被紧固件固定，这种结构的辅泵主腔塞ZQS可以随机更换或调整形状。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，设置一个传热器HX对V1、V6中排出的导热液分时段换热；当然，根据需要，可以设置一个传热器HX1仅对辅泵本征容积腔V1的导热液换热，设置另一个传热器HX2仅对辅泵主换热腔的导热液换热，但是建议设置一个共用的传热器HX对V1、V6中排出的导热液分时段换热，这样可以减少传热器的总体面积和占用空间体积。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，柱塞前段与主液缸之间可以设置支撑柱塞的填料，但是这种支撑柱塞111的填料，一定是留有液料流动通道的结构，因此，它不属于柱塞111的密封填料。

在图3所示的本发明的第1种技术方案的结构示意图中，一个柱塞组件设置一个传热器HX，对于柱塞数量为PY的多柱塞往复泵而言，多个柱塞的传热部件HX，可以单独设置，也可联合设置以减少传热设备台数、节省占用空间。

图3、图6、图8、图10、图11、图12、图14中所示的本发明的柱塞组件U100，可用于更换图1所示的柱塞往复泵的柱塞组件，从而组成新型结构的柱塞往复泵；图3、图6、图8、图10、图11中，除本发明的柱塞函组件的技术方案部件外，没有表示出的其它部件的功能、结构与图1中所示部件的功能、结构相同或相近，当然部件之间的相对位置可能需要调整，这些均属于常规的公知范围的技术。

图3、图6、图8、图10、图11、图12、图14中示出的部件或组件，也可以使用其它功能等效的任意合适形式的结构件来置换。

实现本发明的具体方式，可以是任意一种合适的方式，不受附图中示出的具体方式的限制；图中示出的各项独立功能，可以相互组合成多种合适的方案。

本发明的柱塞函组件与其它功能的部件，可以组成一体化组件。

本发明的柱塞111，通常使用抗腐蚀、耐磨蚀材料，可在其表面喷涂耐磨蚀涂层，以延长寿命。

与本发明的柱塞组件配套使用的主液缸，可以是任意合适结构的主液缸。

本发明，可以与其它技术方案组合使用，比如，可以组合使用以下专利申请，构成功能完整的柱塞往复泵：

①申请号为201811205520.0的发明专利申请“一种柱塞式往复泵”；

②申请号为201811297707.8的发明专利申请“泵缸内主液过流空间与泵缸体间有隔热区的柱塞式往复泵”；

③申请号为201811373823.3的发明专利申请“柱塞填料函两端各设1道填料的往复密封及其柱塞往复泵”；

④申请号为201811374088.8的发明专利申请“一种设置三道填料密封的柱塞往复密封及其柱塞往复泵”；

⑤申请号为201811374087.3的发明专利申请“用增压中间冲洗腔的三道填料式往复密封及其往复泵”；

⑥申请号为201811403601.1的发明专利申请“使用四道填料密封的柱塞往复密封及其往复泵”；

⑦申请号为201811403055.1的发明专利申请“高压填料接触的柱塞面有金刚石涂层的柱塞往复密封”。

与传统的无内置导热往复泵的柱塞组件技术方案相比，本发明设置前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的结构优点在于：

①系统或结构简单，便于设计、制造、维修，投资少、能耗低，对柱塞泵的动平衡影响很小；

②可以灵活控制温差DT，降低第1主密封操作温度，改善第1主密封的润滑效果，延长第1主密封寿命；同时减少填料函外侧端向外泄漏几率；

③可减少主液缸介质污染柱塞函中液料的几率；

④可提高主液缸操作温度范围；

⑤利于降低高压冲洗液耗量、提高柱塞泵体积效率；

⑥利于延长柱塞组件的操作周期，减少检修或部件更换频率，提高设备运转率。

具体实施方式

以下详细描述本发明。

本发明所述的压力，指的是绝对压力。

本发明所述的组分浓度，未特别指明时，均为重量浓度即质量浓度。

本发明所述含固液料，指的是含固体颗粒的液体物料，比如煤加氢直接液化反应过程的原料油煤浆。

本发明所述柱塞式往复泵，液力端包括吸入、排出液料的主液缸和配合柱塞往复运动的柱塞函；柱塞函可以由单一部件组成，柱塞函也可以是2个或多个部件组成的组合件；柱塞函组件可以包括使用柱塞密封填料的柱塞填料函和不使用柱塞密封填料的柱塞套。

本发明所述柱塞式往复泵，通常用于输送高温液体或低温液体，用于输送含固体颗粒的浆液或/和含腐蚀性组分液料或/和含燃爆性组分液料或/和有毒组分液料或/和含放射性组分液料，如煤加氢直接液化装置使用的中高压差常温煤浆泵、中高压差中温煤浆泵、中高压差高温煤浆泵、中高压差高温冲洗油泵，该柱塞式往复泵的正常排出压力通常为中高压(压力为2.0～25.0MPa)。

本发明所述泵送目标液料或主液缸主介质，指的是柱塞式往复泵输送的工艺物料，是不同于柱塞组件的注入液(密封液、冲洗液)的主体泵送物料，如输送油煤浆的柱塞式往复泵所输送的油煤浆。

本发明所述输送含固浆液的柱塞式往复泵，典型应用是输送油煤浆的柱塞式往复泵，其工作方式使用隔离液或隔离冲洗液，隔离液的工作方式可以是一次注入长期使用或者间断注入间断排放或者连续注入连续排放，排放的隔离冲洗液可以最终进入泵体的泵腔中随泵送目标液料排出泵腔，以防止有害物(低温液料、高温液体、固体浆液、腐蚀性或燃爆性或有毒或放射性等组分)进入柱塞的密封盘根(密封填料)部位，或者防止高温介质或低温介质进入柱塞函中接触柱塞、柱塞函产生超限的热变形或冷变形，或者防止固体颗粒进入柱塞的密封盘根(密封填料)部位而加剧盘根的磨损，或者防止腐蚀性介质进入柱塞函中接触柱塞、柱塞函产生腐蚀，或者防止有害组分介质进入柱塞函后段中泄露进入环境或者接触人体。本发明隔离液的工作方式通常是间断注入间断排放或者连续注入连续排放。

本发明所述隔离液工作方式，可以为连续注入连续排放的工作方式即所有行程全冲洗的工作方式，比如现有技术存在的在输送颗粒料浆设置隔离液的所有行程全冲洗的工作方案，冲洗液压力始终比存在颗粒料浆的主液缸的压力高比如高出0.2～0.5MPa，在主泵吸入颗粒料浆行程、排出颗粒料浆行程的所有时间段中，都对主泵柱塞密封函的高压密封函(靠近主液缸侧的第一道柱塞密封填料)的前端(靠近主液缸的一端)加入隔离液(冲洗液)，其作用是：

①避免颗粒料浆进入第一道柱塞密封函破坏密封函，避免颗粒料浆进入柱塞与柱塞套之间的间隙中磨蚀柱塞与柱塞套的表面；

②对第一道柱塞密封的滑动密封进行润滑；

③对第一道柱塞密封函进行冷却。

上述隔离液所有行程全冲洗的工作方式，在柱塞回程(返程)行程中(即主液缸吸液行程中)，添加的隔离液可以有效地发挥上述隔离、冲洗、润滑、冷却作用，因此是必要的注入步骤；但是，在柱塞前进行程(进程)中(即主液缸排液行程中)，添加的隔离液没有上述隔离、冲洗、润滑、冷却的有效作用，因此是不必要的注入步骤，结果导致隔离液流量巨大。上述隔离液所有行程全冲洗的工作方式，通常，配制的冲洗液泵流量一般取8～10％主泵流量，压力采用冲洗管路上加孔板来进行控制，若冲洗量少于6％，则引起泵密封失效。大多数颗粒料浆泵对冲洗量不做限制，如化工水煤浆介质冲洗液水流量要求8～10％主泵流量，电厂灰煤浆介质冲洗液水流量不做限制。此类现有技术的冲洗配套装置简单，但是其冲洗量大，为8～10％主泵流量，导致液缸容积效率大幅降低，因此无法适用于某些要求限制注入油洗量的工艺。

本发明所述隔离液(隔离冲洗液)工作方式，可以为间断注入间断排放的工作方式，以降低隔离液流量，通常采用主泵柱塞回程的同步注入隔离液的方案，在所述的往复柱塞泵主液缸吸入料浆时，隔离液注入泵柱塞运动在主泵第1道柱塞填料密封的前部空间加入隔离液，主泵排出料浆时，隔离液注入泵柱塞运动吸入隔离液，不对主泵柱塞填料密封加入隔离液，隔离液量可降低到≤3％主泵流量，该工作方式应用于煤加氢直接液化装置的油煤浆泵时，可以减少隔离液用量、降低油煤浆泵负荷、降低煤加氢直接液化装置的其它部分的因为增加隔离液而带来的装置负荷增量(装置正常加工负荷的5～7％)，具有巨大的降低投资、降低能耗、提高油收率的效果。

本发明所述使用隔离液使柱塞填料函隔离工作介质的柱塞式往复泵，为了降低隔离液的用量，通常使用与主泵柱塞回程同步注入隔离液的工作方法，相应地配置隔离液注入系统(包括同步隔离液注入泵)，需要在柱塞填料函组件即柱塞填料函筒体或/和柱塞套上设置隔离液注入接口、隔离液冲洗柱塞并流入泵腔的流道或流道腔中。

本发明所述使用隔离液使柱塞填料函隔离工作介质的柱塞式往复泵，使用与主泵柱塞回程同步注入隔离液的工作方法，应用于三柱塞往复泵时，主泵三个柱塞密封配套一个三柱塞隔离液注入泵，每个隔离液注入泵柱塞缸对应浆料泵的一个柱塞密封，两泵采用一个轴，隔离液注入泵的一个柱塞与往复泵的对应柱塞曲轴的曲拐相位差180°。

本发明所述输送油煤浆的柱塞式往复泵，通常指的是使用隔离液的输送油煤浆的柱塞式往复泵，其结构本质上属于隔离式往复泵；当连续或有规律间断地注入隔离液时，可以使用主驱动机(比如主电机)驱动的主泵动力端驱动的隔离液注入往复泵(如计量往复泵)输送隔离液，以保证动作的协调性和一致性。

本发明所述正常工作的柱塞式往复泵成套泵组，至少包括驱动端(动力端)、液力端，驱动端可能包括相连的原动机(可为电机、变频电机、柴油机、液压马达、蒸汽机等)、联轴器及其防护罩、变速器、齿轮箱、曲轴、连杆、十字头、拉杆，根据需要，液力端可以包括柱塞工作组件(包括柱塞、填料函、柱塞前套)、主液缸、进液单向阀、排液单向阀、导液管。

本发明的主要目标是对柱塞组件的前段提出结构改进，因此，本发明的主要技术方案是提出柱塞组件前段的结构、装配方案、系统工作方法、设计原则，并说明操作方案和操作效果。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，适合于输送高温液体或低温液体，适合于输送含固体颗粒的浆液或/和含腐蚀性组分液料或/和含燃爆性组分液料或/和有毒组分液料或/和含放射性组分液料，如煤加氢直接液化装置使用的高压差中温煤浆泵、高压差高温煤浆泵、高压差高温冲洗油泵。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，可用于煤加氢直接液化装置使用的高压差高温管道或仪表冲洗用冲洗油泵、高压差高温煤浆泵，特别适合于煤加氢直接液化过程CTL使用的高压油煤浆进料泵，其作用是将约50wt％固体颗粒的油煤浆升压到约10～25MPa后进入煤浆加热炉加热，而后进入煤液化反应器内进行加氢反应。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，相关的管路系统可以安装流量测量元件如流量计、压力测量元件如压力表等。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，为了保证泵组动平衡稳定性和排料流量的稳定性，根据输送的含固液料的总流量的大小，通常选择1柱塞、3柱塞、5柱塞等泵型，通常不会选择偶数柱塞的泵型如2柱塞、4柱塞、6柱塞等泵型。因此，本发明所述一种含固液料往复泵，可以是单柱塞往复泵，可以是多柱塞往复泵，比如选择3柱塞、5柱塞、7柱塞等泵型。

使用本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件构成的往复泵的安装方式，主液缸体或者泵腔体通常是是立式布置，柱塞杆、柱塞函通常是卧式布置。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，其驱动设备可以是任意合适形式原动机，如电动机、变频电机、汽轮机等，通常选用电动机；由于往复泵的往复频率通常很低，驱动系统在使用电动机时，通常配套使用变速箱或变速器，以适应往复泵的低往复频率要求；为了增加流量调节的灵活性和调节范围，可以使用变频电机，此时需要配套变频器，为了提高变频系统的安全性，可以同时配制2套变频器(工作方式为1用1备)。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，根据需要，通常设置柱塞密封之间的腔室的冲洗油系统，其中外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的腔室的冲洗油系统也被称为密封冲洗油系统，冲洗油或密封冲洗油注入柱塞密封之间的腔室，起到润滑密封件与柱塞之间的接触面、带走可能通过密封填料带来的固体颗粒(以防止其累积)的作用。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，根据需要，通常设置隔离液注入系统，所述隔离液大部分或全部最终进入主液缸中随泵送目标液料排出主液缸；所述隔离液，通常是不会对工艺流体的操作带来危害的不含固体的净洁液料，比如就是与工艺流体联合加工的净洁液料。

本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵，根据需要，可以组成撬装结构，便于安装，利于增强动态稳定性。

柱塞组件的柱塞填料密封件材料，可以选择任意合适的材料，比如能够抵抗泵送目标液料组分腐蚀、磨蚀的密封材料。

柱塞组件的高压填料密封件的配套件(比如弹性垫环、金属环、导向套等，弹性垫环可以是碟簧)材料，可以选择任意合适的材料，比如能够抵抗泵送目标液料组分腐蚀、磨蚀的密封材料，通常是钢材，特别地可以是传热系数高的合金材料。

本发明柱塞函组件的结构形式，可以是任意一种合适的结构，应充分考虑制造、安装、检修、更换的便捷性。

本发明柱塞函组件包含填料函和柱塞前套时，其与柱塞的安装方式，可以是自填料函一侧先行装配、而后装配柱塞前套一侧，可以是自柱塞前套一侧先行装配、而后装配填料函一侧。

本发明柱塞填料函组件，可以与其它部件组成组合件。

本发明柱塞组件的隔离液的工作方式，可以是一次注入长期使用或者间断注入间断排放或者连续注入连续排放，隔离液可以最终进入泵体的泵腔中随工作介质排出泵腔。

本发明柱塞组件的柱塞密封之间腔室的冲洗液的工作方式，可以是间断注入间断排放的工作方式，可以是连续注入连续排放的工作方式。

基于本发明特征结构的柱塞组件，可以制造出改进型的柱塞式往复泵。

本发明所述正常工作的柱塞式往复泵成套泵组，至少包括驱动端、液力端，液力端通常包括柱塞组件U100(包括柱塞、柱塞函)，以下结合柱塞组件U100的功能要求和结构，介绍本发明泵组可能借鉴的相关技术。

以下描述柱塞式往复泵及其系统的现有技术，这些泵部件的结构特征和已有改进经验，均是本发明所述柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件及其往复泵的非特征部分可以借鉴的。

以下描述神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB的结构特点和生产使用过程对进料口集合管的改进。神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB，泵腔内隔离液排液为U形流径的工作方法。

中国神华鄂尔多斯煤制油分公司拥有世界唯一的一套商业化的100万吨/年煤加氢直接液化装置，使用的高压油煤浆进料泵为高压柱塞式往复泵，在文献A02《煤炭直接液化工艺与工程》(出版时间2015年02月)的232页至233页记载了其结构和作用，其作用是将含50wt％固体颗粒的油煤浆升压到约20MPa后进入煤浆加热炉加热，而后进入煤液化反应器内进行加氢反应，是煤液化装置的核心设备之一，制造商是德国的乌拉卡URACA泵业公司。

表1是神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB的主要参数。

表1 神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB的主要参数

项目	主要参数
		泵型号	5柱塞卧式泵P5-96
流量(正常/最大流量)，m<sup>3</sup>/h	85.3/93.8
		吸入压力(最大/最小)，MPa	0.458/0.41
出口压力(最大/最小)，MPa	20.11/20.04
		出入口压差(最大/最小)，MPa	19.63/19.58
净吸入压头(NPSHQ)，m	44
		工作介质	油煤浆：47.2wt％固体+52.8wt％液体
粘度(正常/最小/最大)，Pa/s	0.034/0.013/0.081
		介质温度(正常/最大)，℃	168.6/290
泵速(正常/最大)，r/min	74/81
		柱塞线速度(正常/最大)，m/s	0.66/0.73
行程，mm	270
		柱塞直径，mm	150
柱塞推力，t	41
		主电机参数	710KW，1500r/min

神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB，为水平布置的五缸单作用固定排量往复式柱塞泵，使用5个柱塞的有5个吸液排液腔的往复泵；吸液排液腔的下部安装有球阀形式的进料单向阀，并通过进料接口与泵体外部的进料支管与进料集合管连接；吸液排液腔的上部安装有球阀形式的排料单向阀，通过排料接口与泵体外部的排料支管与排料集合管连接。

神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB，主要由动力端、液力端(包括柱塞注入油泵、柱塞冲洗油泵、进/出口稳压器)、控制系统(包括现场仪表和变送器、控制器)等组成；动力端包括电机(包括VFD变频器)、传动链(包括齿轮减速器、联轴器)。

神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB，动力端是将电动机的旋转运动转换成十字头及安装在十字头上的柱塞的往复运动。动力端包括曲轴/主轴瓦、连杆/十字头等部件。曲轴五拐，由四个巴氏合金轴瓦支撑。

神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB，液力端包括出入口排液阀组件、填料和柱塞等。出口、入口采用球阀，球的直径为φ140mm。柱塞材料为2Cr13+专门涂层。柱塞密封函(填料函)采用同步注入+冲洗+密封的结构形式，填料盒为金属节流圈+特殊PTFE(聚四氟乙烯)填料圈的双填料盒。注射油通过同步驱动的轴头注射泵注入高压填料，末端填料(远离主液缸的最外侧的填料函填料)处采用密封油进行冷却和润滑，冲洗油注入低压填料和高压填料之间，起到润滑和带走可能通过高压填料带来的固体颗粒的作用。

神华鄂尔多斯煤制油分公司，根据装置生产中煤浆进料泵SHFB的操作经验，将油煤浆主液缸的进料膨胀节支管从进料集合管的上部接出(改造前布置方案)改造为从进料集合管的下部接出(改造后布置方案)，从而基本消除了煤浆流动死区，基本消除了运行中吸入口球阀、阀座不均匀磨损现象，从而延长了泵及泵入口阀门的运转寿命、提高了泵安全性，降低了维修成本，关于改造前“泵缸的进料膨胀节支管从进料集合管上部的引出方案”导致该油煤浆进料高压往复泵的吸入球阀和阀座磨损的原因，《内蒙古石油化工》2013年11期第72页、73页刊载的作者为郝阳洋的文章“浅谈煤直接液化进料泵吸入球阀磨损原因及改善措施”，给出了剖析。

申请日为2015年06月25的中国专利ZL 201520443034.8一种柱塞往复泵及其系统，记载的柱塞填料函组件之外的包括柱塞工作组件(包括柱塞、填料函、柱塞前套)的功能要求和结构的其它技术信息，是本发明柱塞式往复泵及其系统可以借鉴的或参考的信息。

以下描述本发明的特征部分。

本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件，其特征在于：

往复柱塞组件U100，至少包含柱塞U110、柱塞函U130、安装在柱塞函内的柱塞密封件U120；

柱塞U110，放置于柱塞函U130内腔中，用于往复运动；

与主液缸接触的柱塞函U130端面是柱塞函U130前端面，远离主液缸的柱塞函U130端面是柱塞函U130后端面；

往复柱塞组件U100，至少使用2道柱塞密封，距离柱塞函U130后端面最近的柱塞密封是外侧柱塞密封U129，其余柱塞密封均属于柱塞主密封，距离外侧柱塞密封U129最近的柱塞主密封也被称为外侧柱塞主密封；

往复柱塞组件U100使用2道或多道柱塞主密封时，按照距离柱塞函U130前端面的距离，由近到远依次编号，距离柱塞函U130前端面最近的柱塞主密封是第1柱塞主密封U121，其它柱塞主密封依次是第2柱塞主密封U122、第3柱塞主密封U123等；

柱塞函U130前端面与第1柱塞主密封U121之间的柱塞函U130部分，称为柱塞函U130前段；

柱塞函U130后端面与外侧柱塞主密封之间的柱塞函U130部分，称为柱塞函U130后段；

往复柱塞组件U100使用2道或多道柱塞主密封时，第1柱塞主密封U121与外侧柱塞主密封之间的柱塞函U130部分，称为柱塞函U130中段；

柱塞函U130，至少包含安装或接触柱塞密封件U120的柱塞填料函，可能还包含没有安装柱塞密封件U120的柱塞套，靠近主液缸的柱塞套被称为柱塞前套；

往复柱塞组件U100，其特征在于还包含内置式辅助换热往复泵7PUMP即辅泵；

辅泵的构成和工作原理如下：

①柱塞函U130前段与往复运动于其间的柱塞U110前段，构成内置式辅泵的液腔FQ，柱塞U110前段往复运动经过FQ的部位设置推动辅泵液腔FQ液料运动的辅泵腔塞QS；

柱塞U110往复运动时，带动辅泵腔塞QS往复运动，推动辅泵液腔FQ内的导热液往复运动，辅泵腔塞QS起着往复泵柱塞的作用；

辅泵液腔FQ，以辅泵腔塞QS为界，分为辅泵内腔和辅泵前腔；

以辅泵腔塞QS为界，远离柱塞函U130前端面的辅泵液腔FQ部分，是辅泵内腔，

以辅泵腔塞QS为界，靠近柱塞函U130前端面的辅泵液腔FQ部分，是辅泵前腔，

在柱塞U110往复运动过程，辅泵内腔的吸液、排液空间称为辅泵内动腔，辅泵内动腔的体积量是一个动态变化量；

在柱塞U110往复运动过程，辅泵前腔的吸液、排液空间称为辅泵前动腔，辅泵前动腔的体积量是一个动态变化量；

辅泵内腔和辅泵前腔，通过通道、传热件HX连通，辅泵内腔和辅泵前腔是连通器关系；

②所述传热件HX，用于接收辅泵液腔FQ排出的导热液体，对其进行传热改变温度，然后将传热变温后的导热液体返回辅泵液腔FQ，对辅泵液腔FQ腔壁表面进行取热；

③辅泵液腔FQ内导热液随辅泵腔塞QS往复运动而往复运动，与辅泵液腔FQ腔壁接触对柱塞函U130前段的内表面、柱塞前段的外表面进行往复流动接触导热，辅泵液腔FQ壁面同时也是导热面，辅泵液腔FQ也被称为辅泵导热腔；

主柱塞U110作进程运动时，主柱塞U110作靠近主液缸的前进运动，导热液自辅泵前动腔经接口N6X排出进入传热件HX，同时传热件HX内排出的变温后导热液经接口N1X作为正向冷流返回辅泵内动腔；

主柱塞U110作返程运动时，主柱塞U110作离开主液缸的返回运动，导热液自辅泵内动腔经接口N1X排出进入传热件HX，同时传热件HX内排出的变温后导热液经接口N6X作为逆向冷流返回辅泵前动腔。

本发明，通常，辅泵腔塞QS的形式，选自下列的1种或几种的组合：

①外侧面为光滑面的圆柱体；

②外侧设有1个或2个或多个内凹槽的圆柱体；

③外侧带有内螺纹的圆柱体；

④设有连通辅泵后腔和辅泵前腔的细微通道的圆柱体。

本发明，通常，柱塞函U110前段的内腔形式，选自下列的1种或几种的组合：

①内径相同的等径式函道；

②靠近主液缸一侧内径小于远离主液缸一侧内径的内径不相同的函道；

③靠近主液缸一侧内径大于远离主液缸一侧内径的内径不相同的函道。

本发明，通常，传热件HX的形式，选自下列的1种或几种的组合：

①独立于柱塞套的传热件；

②集合于柱塞套的传热件。

本发明，通常，传热件HX的形式，选自下列的1种或几种的组合：

①热管为光滑管道，导叶液体在换热管内流动；

②换热管为螺纹管，导叶液体在换热管内流动，换热管内侧和/或外侧布置螺纹；

③换热管为翅片管，导叶液体在换热管内流动，换热管内侧和/或外侧布置翅片管。

本发明，通常，传热件HX，是独立于柱塞套的传热件，传热件HX中心标高与柱塞函U130的中心标高的关系，选自下列的1种：

①等高；

②传热件HX中心标高，比柱塞函U130的中心标高更低；

③传热件HX中心标高，比柱塞函U130的中心标高更高。

本发明，通常，传热件HX，使用的与导热液进行传热的传热介质选自下列的1种：

①气体，可能是空气；

②液体，可能是水或油；

③气液混合流体。

本发明，通常，内置式辅助换热往复泵7PUMP的体积输液量7PUMP-RW，与往复柱塞组件U100驱动的主液缸的体积输液量U100-RW的比例K700，K700＝(7PUMP-RW)/(U100-RW)，K700选自下列的1种：

①小于0.1；

②0.1～0.3；

③0.3～1.0；

④大于1.0。

本发明，通常，辅泵前动腔的腔壁面积是辅泵内动腔的腔壁面积的K300倍，K300选自下列的1种：

①0.5～1.0；

②1.0～3.0；

③大于3.0。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置2道柱塞密封，其作用是：

①外侧柱塞密封，阻止2道柱塞密封之间的空间内的液体泄露至外界环境中；

②柱塞主密封，阻止主液缸介质泄露至2道柱塞密封之间的空间内。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置3道柱塞密封，其作用是：

①外侧柱塞密封，阻止外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的空间内的液体泄露至外界环境中；

②第2柱塞主密封即外侧柱塞主密封，阻止第2柱塞主密封与第1柱塞主密封之间的空间中的液体，泄露至外侧柱塞密封与第2柱塞主密封之间的空间中；

③第1柱塞主密封，阻止主液缸介质泄露至第1柱塞主密封与第2柱塞主密封之间的空间内。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置4道柱塞密封，其作用是：

①外侧柱塞密封，阻止外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的空间内的液体泄露至外界环境中；

②第3柱塞主密封即外侧柱塞主密封，阻止第3柱塞主密封与第2柱塞主密封之间的空间中的液体，泄露至外侧柱塞密封与第3柱塞主密封之间的空间中；

③第2柱塞主密封，阻止第2柱塞主密封与第1柱塞主密封之间的空间的液体，泄露至第2柱塞主密封与第3柱塞主密封之间的空间中；

④第1柱塞主密封，阻止主液缸介质泄露至第1柱塞主密封与第2柱塞主密封之间的空间内。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，至少设置2道柱塞密封；

在外侧柱塞密封与外侧柱塞主密封之间的间隙，使用密封液连续或间断置换，防止穿过外侧柱塞主密封的液料污染外侧柱塞密封。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，至少设置2道柱塞密封；

在柱塞函U130前段，使用隔离冲洗液，连续或间断注入柱塞函U130前段，注入的隔离冲洗液最终进入主液缸，防止来自主液缸的液料污染柱塞函U130前段进而污染第1柱塞主密封。

本发明，往复柱塞组件U100，可以至少设置3道柱塞密封，即设置至少2道柱塞主密封；

在任意2道柱塞主密封之间的间隙JX-23，使用冲洗液连续或间断置换，防止来自靠近主液缸侧空间内的液料穿过柱塞主密封进入间隙JX-23造成污染。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，至少设置2道柱塞密封；

在柱塞函U130前段，使用隔离冲洗液，连续或间断注入柱塞函U130前段，注入的隔离冲洗液最终进入主液缸，防止来自主液缸的液料污染柱塞函U130前段进而污染第1柱塞主密封；

隔离冲洗液的工作方式，可以选自下列的1种：

①以柱塞U110的往复运动为基准，柱塞U110运动全程隔离冲洗；

②以柱塞U110的往复运动为基准，柱塞U110的返程过程进行隔离冲洗；

隔离冲洗液采用柱塞返程同步注入的工作方式，当柱塞U110在回程行程时，主液缸吸入液料，隔离冲洗液的注入泵柱塞动作对往复柱塞组件U100的柱塞前段的隔离液液腔进行冲洗；当柱塞U110在前进行程时，主液缸排出液料，隔离冲洗液的注入泵的柱塞动作吸入隔离液，不对往复柱塞组件U100的柱塞函U130前段进行冲洗。

本发明，通常，柱塞函U130，其形式选自下列的1种：

①为一体式部件；

②为2个分体部件柱塞函前段、柱塞函后段的组合件，柱塞函前段为一个部件，柱塞函后段U131为另一个部件；

③为多个分体部件的组合件；

柱塞函U130包含2个或多个柱塞函分段时，装配后构成完整的柱塞函U130。

本发明，通常，柱塞函U130，为2个分体部件柱塞函前段、柱塞函后段的组合件，柱塞函前段为一个部件，柱塞函后段为另一个部件；

往复柱塞组件U100，设置至少2道柱塞U110密封；

在柱塞函后段，至少安装1道柱塞U110密封，最多安装全部的柱塞U110密封。

本发明，通常，柱塞函U130，为2个分体部件柱塞函前段、柱塞函后段的组合件，柱塞函前段为一个部件，柱塞函后段为另一个部件；

往复柱塞组件U100，设置至少2道柱塞U110密封；

在柱塞函前段，可以至少安装1道柱塞U110密封。

本发明，往复柱塞组件U100，可以设置辅泵随动腔，设置辅泵主腔塞ZQS和辅泵副腔塞FQS；

辅泵随动腔和辅泵内腔通过通道AN1、可能使用的传热件HX连通，辅泵随动腔和辅泵前腔通过通道AN2、可能使用的传热件AHX连通；

辅泵至少设置一个传热部件，为传热件HX和/或传热件AHX；

辅泵随动腔、辅泵内腔和辅泵前腔是连通器关系。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，辅泵腔塞QS与柱塞函之间的关系，选择下列中的1种：

①辅泵腔塞QS与柱塞函之间不接触，存在间隙；

②辅泵腔塞QS与柱塞函之间接触，接触部分为辅泵腔室分隔填料，辅泵腔室分隔填料安装在柱塞U110上；

③辅泵腔塞QS与柱塞函之间接触，接触部分为辅泵腔室分隔填料，辅泵腔室分隔填料安装在柱塞函U130上。

本发明，通常，往复柱塞组件U100，最接近主液缸的柱塞主密封即第1柱塞主密封的操作温度T2，与主液缸操作温度T1的差值的绝对值，选择下列中的1种：

①30～60℃；

②60～90℃；

③90～150℃；

④150～200℃；

⑤大于200℃。

本发明，往复柱塞组件U100，在其柱塞函U130的筒体上可以设置换热夹套，换热夹套内流动的介质和工作方式选自下列的1种或几种的组合：

①冷却降温作用的取热介质，为气相和/或液相；

②起加热升温作用的加热介质，为气相和/或液相；

③起冷却控温作用的取热介质，为气相和/或液相；

④起加热控温作用的加热介质，为气相和/或液相。

与本发明往复柱塞组件U100配套使用的主液缸K10，通常是柱塞式往复泵APUMP的泵缸K10。

本发明柱塞式往复泵APUMP系统，可以使用1个或2个或多个单泵腔式的泵缸体。

本发明柱塞式往复泵APUMP系统，使用的一体式泵缸体可以有1个或2个或多个泵腔室。

本发明柱塞式往复泵APUMP的泵送目标液料，可以选自下列中的1种或几种：

①高温液料；

②低温液料；

③高压液料；

④高温高压液料；

⑤高温高压含固液料；

⑥含易凝结组分液料；

⑦含易挥发组分液料；

⑧含固体浆液；

⑨含腐蚀组分液料；

⑩含燃爆组分液料；

含毒性组分液料；

含放射性组分液料。

本发明柱塞式往复泵APUMP的填料函或柱塞套加入的注入液的工作方式，选自下列中的1种或几种：

①一次注入长期使用；

②间断注入间断排放，排放的注入液最终进入泵体的泵腔中随泵送目标液体排出泵腔；

③连续注入连续排放，排放的注入液最终进入泵体的泵腔中随泵送目标液体排出泵腔。

本发明，通常，柱塞式往复泵APUMP的操作条件为：温度为150～400℃、入口压力为0.3～1.0MPa、出口压力为2.0～30.0MPa、固体颗粒重量浓度为0～55％、泵腔入口液料体积流率为0.1～150m³/h。

本发明柱塞式往复泵APUMP，可以是是煤加氢直接液化反应过程或煤油共炼加氢反应过程的油煤浆升压泵，其操作条件为：温度为150～350℃、入口压力为0.3～1.0MPa、出口压力为2.0～30.0MPa、固体颗粒重量浓度为25～60％、泵腔入口液料体积流率为0.1～200m³/h。

本发明柱塞式往复泵APUMP，可以是煤加氢直接液化反应过程或煤油共炼加氢反应过程的油煤浆升压泵，其操作条件为：温度为150～350℃、入口压力为0.3～1.0MPa、出口压力为5.0～30.0MPa、固体颗粒重量浓度为40～55％、泵腔入口液料体积流率为10～150m³/h。

本发明柱塞式往复泵APUMP，可以是煤加氢直接液化反应过程或煤油共炼加氢反应过程的油煤浆升压泵，其柱塞、填料函、柱塞外套的工作流体的数量为：注入液小时体积流量为柱塞式往复泵APUMP的泵送目标液料的体积流量的0.5％～5％。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP的布置方式为：柱塞(111)的轴线沿水平方向布置，泵缸K10垂直布置，使用的分割器XKP垂直布置，使用的导液管(33)垂直布置。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP系统的驱动端，原动机选自下列中的1种：

①电机；

②变频电机；

③柴油机；

④液压马达；

⑤蒸汽机。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP系统的驱动端，使用变速器将原动机的高转速运动转化为低转速运动后，驱动液力端工作。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP系统含有1个或2个或多个泵缸，配套使用1个或2个或多个柱塞组件，2个或多个各柱塞组件使用一个传热器HX，用同一种传热媒介物。

通常，本发明柱塞式往复泵APUMP及其系统，部分或全部部件组成一体式撬装结构。

实施例

实施例一

如表1描述的神华鄂尔多斯煤制油分公司煤浆进料泵SHFB，采用图3所示的本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的技术方案形成的往复泵，与传统的柱塞组件技术方案相比，可提高柱塞密封件与主液缸之间的操作温差而优化柱塞密封件温度，可使主液缸主液有害物(高温液体、高固体浓度浆液、腐蚀性或燃爆性或有毒组分)穿过第1填料密封泄露至中间冲洗腔的概率大幅降低，也利于改善第1填料密封与柱塞111之间的滑动摩擦过程的润滑、冷却，可显著提高柱塞端的操作安全性；并且利于降低隔离冲洗油耗量，因为柱塞、柱塞前套的冷却降温过程不依赖隔离冲洗油的冷却效果。

本实施例一，在不改变柱塞工作组件(包括柱塞、填料函)的操作温度的条件下，可以将油煤浆进料的操作温度提高40～80℃，使得油煤浆进料的正常操作温度由169℃提高到209～249℃、最高操作温度由290℃提高到330～370℃。

本实施例设计的油煤浆的柱塞式往复泵，包括动力端、液力端、辅助系统，以及泵组的电气、检测与控制系统，各部分结构特点和功能如下：

(1)动力端

①动力端主件

三柱塞煤浆进料泵的动力端，包括机座、曲轴、连杆、十字头销、中间杆等主要零件及滚动轴承等，为成熟、可靠结构；具体设计方案要求动力端结构刚度大，以保证主泵工作运行平稳，通常许用推力富裕量较大；

②动力端配置专用、可靠的润滑系统

主泵动力端采用压力润滑方法，润滑系统采用双油泵确保安全可靠，泵输出的压力油，一路进入十字头、十字头销、连杆大小轴瓦、曲轴曲拐各摩擦副；一路进入泵的主轴承，满足主泵曲轴双出轴的特点，运行时润滑系统各性能参数处于监控状态，确保润滑可靠；

动力端的润滑系统配有冷却系统，使用的冷却器的散热面积足以确保润滑油的油温在许用范围内，润滑油采用极压型220号齿轮油。

(2)液力端

三柱塞煤浆进料泵的液力端，包括3个单缸型主液缸以及配套的填料函、进液阀、排液阀、高压集液器、低压集液器等，液力端部件分述如下：

①缸体

主液缸结构特征：每台泵采用3个分体式立式布置的主液缸体，拆装方便、密封点少、无泄漏，泵体流道通畅无淤堵；

泵体具有通蒸汽的通道与接口，可以根据需要连通蒸汽，减少泵的热应力；

②主液缸的进液阀、排液阀

对有颗粒的高粘度的介质而言，球形阀线与阀座是线接触，开启、关闭灵活方便，因此，根据油煤浆的高温、高压、高粘度介质的特点，阀的型式选择球形阀线结构，整套阀包括阀体、阀座、阀球导向套、阀球；阀座的二面均有阀线，可交替使用(需要停机后重新安装调换上下面位置)，阀座堆焊司太立合金层作阀线，能适应油煤浆的工况，使用寿命长；

③柱塞工作组件

采用图3所示的本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件的技术方案形成的往复泵；

采用第1冲洗液(隔离液)冲洗、第2冲洗液冲洗与密封液冲洗的三合一结构，柱塞密封结构和材料如下：

隔离液注入泵把每一腔压力注入油对应注入主泵柱塞填料函的隔离液冲洗腔里(注入量约为3体积％的主泵浆液量)，形成隔离液注入油屏蔽油煤浆的保护腔，以保证柱塞密封件(特别是第1柱塞密封件)的寿命；

三柱塞煤浆进料泵设置第1密封填料函的隔离液冲洗接口，隔离液冲洗油进入冲洗腔对第1密封填料与液缸之间的间隙进行冲洗，冲刷偶尔进入的颗粒煤浆，确保柱塞密封件的高寿命；

柱塞表面喷焊合适的高硬度材料如碳化钨，保证表面高硬度，柱塞密封填料采用高质量的碳纤24锭编织四氟浸渍，并做过特殊处理；各种冲洗液兼做润滑油，润滑柱塞密封件，确保泵柱塞寿命可达2年以上(16000h以上)；

④高压静密封的结构和材料

高压静密封，涉及泵体与柱塞前套之间的密封、进液阀座与泵体入口之间的密封、排液阀座与泵体出口之间的密封、高压集合管的密封、出口缓冲器与接管的密封，高压静密封方式采用0Cr18Ni9不锈钢材料的透镜垫，透镜垫以及进排液阀座的两端均采用球形圆弧面与15～25°斜面密封结构，能承受380℃高温35MPa高压的经典结构O形圈都采用耐高温高压的氟橡胶；

⑤高压动密封的结构和材料

高压动密封，涉及柱塞与柱塞填料的密封，采用隔圈与特殊处理浸渍高强度碳纤24锭编织注油润滑的密封结构。

⑥填料函夹套的预热和冷却系统

主填料函夹套处，在起动运行时加蒸汽预热减少温差，长时间预热运行温度近200℃后，切断蒸汽；停泵过程中注入冷却水对填料函降温；

⑦泵的动力端、减速器的冷却系统

规定泵的动力端和减速器内的润滑油温最大不能超过70℃，配置冷却器和冷却管路以降低润滑油温度，其中润滑油的油温由温度传感器进行控制报警；

(3)辅助系统

①针对高温工况(正常245℃，最高350℃)采用适应高温的结构和材料

第一方面，液力端高温介质流经的零部件如泵体、主填料函体等，存在高温操作带来的温差应力，为提高受压件的安全系数，需要降低该温差应力；比如，在主液缸体中设置数量适当的蒸汽孔，工作状态下泵体要充蒸汽，减少泵外表面与内腔的温差应力；比如，对主填料函的加热夹套在泵初起动时即应充蒸汽进行预热；

第二方面，主液缸的进料口处的密封、出料口处的密封，其它液力端承高温高压的密封(如主液缸体与填料函、柱塞密封、填料函的O型圈密封)，相应的密封圈采用适应高温高压操作工况的密封结构与材料；

第三方面，尽管油煤浆工作介质温度很高(正常245℃，最高350℃)，但是本实施例柱塞组件的结构使得油煤浆主介质、主液缸传递至柱塞组件前段的热量，大部分被内置导热往复泵往复输送的导热液携带进入传热器HX向外界释放，从而大幅度降低了第1柱塞填料及其接触的柱塞、填料函部分的温度，显著改善了第1柱塞填料与接触的柱塞面之间的润滑性能，降低了第1柱塞密封填料的磨损速度；

另一方面，主液缸体与动力端的机座之间有散热作用的珩架使机座的温度不会高到导致动力端的润滑油温度超出上限70℃的情况发生(确保动力端正常工作)，这同时关系到分体式主液缸体与主填料函的定位连接问题的解决；

②主液缸进料缓冲器、排料缓冲器

煤浆进料泵是三柱塞泵，因动力端是曲柄连杆机构，柱塞是作变速运动，流量是脉动的，出口压力也是脉动的；为保证泵吸入介质压力的稳定性，特别是为保证偏离进口管道最远一拐的吸入也要稳定，进口压力需要蓄能储备，泵必须配置进料缓冲器、排料缓冲器；

进料缓冲器，采用两端带封头的圆柱形压力容器，设计压力2.5MPa，剩余脉动Max1％，设计压力脉动≤0.1MPa，设计温度370℃，进行声压脉动分析；

进料缓冲器，采用球形高压容器，设计压力25.0MPa，剩余脉动Max2％，设计压力脉动≤0.40MPa，设计温度370℃，进行声压脉动分析；

(4)泵组的电气、检测与控制系统

实施例一所述的三柱塞油煤浆进料泵泵组，是一套机电仪一体化产品，泵机组的启动、停止、控制、监控均可由配套的PLC(可编程逻辑控制器)系统执行，并可通过协议以太网、有触摸屏进行监控保护，需要的硬件和软件将通过配套的PLC和SIS(仪表安全系统)来实施。

本发明的柱塞组件，柱塞密封的温度控制，是靠内置导热往复泵保证的，不需要隔离液提供冷却功能，注入的隔离液仅仅具有隔离主液缸主介质使其不进入柱塞函的作用，与往复柱塞返程隔离冲洗工作方式相比，隔离液的数量，可以进一步降低，这样在保证第1道柱塞密封填料(高压填料)密封处的润滑、冷却需求的前提下，可以最大限度地降低隔离冲洗液数量，比如可以将隔离冲洗液注入数量降低至低于主泵流量的0.5重量％，甚至于在隔离液性能稳定不变质的条件下，可以将隔离冲洗液注入数量降低至低于主泵流量的0.2重量％以下，满足柱塞往复运动导致的隔离液损失量被补充且略有余量即可。

与图1所示的不使用内置导热往复泵的柱塞组件的煤加氢直接液化装置用油煤浆柱塞式往复泵的隔离液注入量为主泵流量的1.9重量％相比，本实施例油煤浆柱塞式往复泵的隔离液注入量降低至约0.5重量％，即减少约1.4重量％；以100万吨/年煤液化油产量的煤加氢直接液化装置为例，常规技术煤浆泵的煤浆输入量440万吨/年、需要注入油8.36万吨/年，本发明煤浆泵的煤浆输入量注入油440万吨/年、需要注入油2.20万吨/年，注入油量降低了6.16万吨/年，这样在泵输送能力相同、煤加氢直接液化装置处理能力相同的条件下，使用本发明煤浆泵的煤加氢直接液化装置可以多输送、多处理6.16万吨/年的油煤浆，其中约50重量％的煤粉即3.08万吨/年的煤粉、约50重量％的溶剂油即3.08万吨/年的溶剂油，即使煤液化油收率仅仅按煤粉的50重量％计算，煤液化蒸馏油产品可以增产1.54万吨/年；同时降低了6.16万吨/年的溶剂油的循环量，可以避免约5重量％的热裂化产气率，避免0.308万吨/年的液体油损失，降低相应的氢气消耗和能耗，降低相应的系统投资约0.90～1.00亿元人民币；仅避免0.308万吨/年的液体油损失一项，蒸馏油价格按0.55万元/吨计算，效益增加1694万元人民币/年。

实施例二

柱塞式往复泵，采用图3所示的本发明柱塞组件前段内置导热往复泵的往复柱塞组件，输送煤加氢直接液化装置使用的高温管道或仪表用高温冲洗油(无固体颗粒的供氢溶剂油)，正常操作温度可达220～250℃、最高操作温度可达到290～320℃。

实施例三

基于实施例二，高温冲洗油往复泵，其主液缸15不设置图1中主液缸15使用的导液管33，连通柱塞前套119的主液缸15的开口中心线的位置，位于主液缸15的中间位置，大体距离主液缸15顶端、主液缸15底端的距离相等。