CN101624978B - 异型腔计量泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开的异型腔计量泵包括壳体、转子及两块盖板。壳体为带有异型面内腔、进口和出口的柱体，异型面内腔由圆弧面和非圆弧面组合而成。转子由转子本体和两对组合滑板组成，转子本体为加工有传动轴、定心轴和十字交叉导向槽的圆柱体，组合滑板安装在导向槽内。盖板为加工有轴承孔的平板。壳体的两个端面与盖板配合，构成密封腔。在密封腔内，转子通过传动轴和定心轴与盖板上的轴承孔配合。由外部驱动力偶作用于传动轴使转子转动。转子转动时，异型面内腔的非圆弧面使两对组合滑板交叉滑动，将流体从进口吸入，由出口压出。转子转动一周，腔体内形成4个标准容积，转子每转一周有等量流体流过腔体。通过计数转子的转动周数，计量流体的流量。

Description

异型腔计量泵

技术领域

本发明涉及异型腔计量泵，属计量技术和流体机械技术领域。

背景技术

计量泵在化工、能源、机械、造纸、纺织、制药、水处理等领域有着广泛的应用，其主要类型有柱塞计量泵和隔膜计量泵。

随着现代产业技术的发展，对计量泵在计量准确性、工作可靠性、工作寿命、流量范围、流量可调性、压力范围、介质适应性、耐腐蚀、耐高温、结构形式、驱动方式、工况监测等方面的要求越来越高，而依靠以柱塞式和隔膜式为主现有的计量泵不能满足这种发展需求。因此，需要有新的构造原理设计，能够有效且比较经济地提高计量泵的综合技术性能。

发明内容

本发明的目的是，提供一种构造简单、可靠性好、适用范围广的转子型计量泵-异型腔计量泵。

本发明提供的异型腔计量泵，包括由带有异型面内腔、进口、出口、导流槽及压力平衡槽的壳体与安装在壳体两端面上的上盖板和下盖板构成密封腔，在密封腔内安装有转子。

壳体的异型面内腔由四分之一圆弧面AB、四分之一椭圆弧面BC、四分之一圆弧面CD、转折过渡面DE和限位曲面EA依次衔接构成，四分之一圆弧面AB、四分之一椭圆弧面BC和四分之一圆弧面CD共轴。四分之一圆弧面AB的半径R与四分之一椭圆弧面BC的长半轴a相等，即R＝a，四分之一圆弧面CD的半径r与四分之一椭圆弧面BC的短半轴b相等，即r＝b。四分之一椭圆弧面BC的长轴端点B与四分之一圆弧面AB在端点B相切，形成光滑过渡。四分之一椭圆弧面BC的短轴端点C与四分之一圆弧面CD在端点C相切，形成光滑过渡。限位曲面EA与四分之一圆弧面AB在端点A相切，形成光滑过渡。转折过渡面DE与四分之一圆弧面CD在端点C相交，与限位曲面EA在端点E相交，形成由四分之一圆弧面CD到限位曲面EA的阶梯过渡。限位曲面EA与四分之一椭圆弧面BC、四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD之间满足关系：过公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被限位曲面EA和四分之一椭圆弧面BC所截线段ce的长度L_ce大于或等于四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的半径之和，即L_ce≥R+r。壳体上的进口开设在限位曲面EA 的区域内，出口开设在四分之一椭圆弧面BC的区域内。导流槽开设在四分之一椭圆弧面BC的区域内，起于椭圆弧面BC的长轴端点B，止于椭圆弧面BC的短轴端点C。压力平衡槽。开设在限位曲面EA的区域内，起于进口，止于过渡面DE的端点E。

上盖板和下盖板均为平板，上盖板的中心加工有第一轴承孔，下盖板的中心加工有第二轴承孔，第一轴承孔为通孔，第二轴承孔为盲孔。

转子由转子本体、第一组合滑板、第二组合滑板以及永磁元件构成。转子本体的中部为加工有十字交叉导向槽的圆柱体，圆柱体的上端同轴加工有传动轴，圆柱体的下端同轴加工有定心轴。转子本体的半径R₁与四分之一圆弧面CD的半径r相等，即R₁＝r。转子本体的高度h与壳体的高度H相等，即h＝H。转子本体上的十字交叉导向槽由第一导向槽和第二导向槽组成，这两个导向槽的导向面都平行于转子本体的轴线O。第一导向槽和第二导向槽都是中心对称的，每个导向槽的两翼均沿转子本体的径向切入转子本体一定深度，切入段同时沿转子本体的轴线方向贯通。第一导向槽的中部是一个矩形孔，该矩形孔使第一导向槽沿转子本体的径向贯通。第二导向槽则由转子本体的上端面和下端面分别沿转子本体的轴线方向切入转子本体一定深度，切入部分同时沿转子本体的径向贯通，并分别在传动轴和定心轴的根部与第一导向槽的中部矩形孔之间穿过。转子本体的圆柱体中部有一垂直于转子本体的轴线O且与第二导向槽平行的中间导流孔，中间导流孔将第二导向槽处在轴线O两侧的部分相互连通。转子本体的圆柱体在靠近传动轴根部的地方和靠近定心轴根部的地方各有一垂直于转子本体的轴线O且与第一导向槽平行的侧翼导流孔，侧翼导流孔将第一导向槽处在轴线O两侧的部分相互连通。

第一组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的T形滑板和一个第一弹性元件组合而成。T形滑板的底部靠近边缘处加工有一第一导流孔。两块T形滑板的底部相互正对，第一弹性元件位于两块T形滑板的底部之间。第二组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的槽形滑板和两个第二弹性元件组合而成。槽形滑板在两只槽腿的底部靠近边缘处各加工有一第二导流孔。两块槽形滑板的槽腿相互正对，两个第二弹性元件分别位于两对槽腿之间。T形滑板的厚度与第一导向槽的宽度相等，槽形滑板的厚度与第二导向槽的宽度相等。T形滑板的高度h₁和槽形滑板的高度h₂均等于转子本体的高度h，即h₁＝h₂＝h。

第一组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体的第一导向槽内，第二组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体的第二导向槽内。T形滑板的长度L₁、槽 形滑板的长度L₂与四分之一圆弧面AB的半径R和四分之一圆弧面CD的半径r之间的满足关系：2L₁≤R+r，2L₂≤R+r。在转子本体的上端面加工有沉孔，永磁元件安装在沉孔内。

转子通过转子本体上的传动轴和定心轴分别与上盖板的第一轴承孔和下盖板的第二轴承孔旋转配合，在密封腔内转动。同时，转子通过转子本体的圆柱面与异型面内腔的四分之一圆弧面CD的滑动配合，转子本体的上端面与上盖板的滑动配合，转子本体的下端面与下盖板的滑动配合，第一组合滑板和第二组合滑板与异型面内腔的四分之一圆弧面AB的滑动配合，以及第一组合滑板与第一导向槽的滑动配合和第二组合滑板与第二导向槽的滑动配合，构成防内泄动密封系统。当第一组合滑板的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的T形滑板的第一导流孔与转子本体的中间导流孔刚好处于同轴位置，将第二导向槽的两侧连通。此时，第二组合滑板处于限位过渡面EA区域内的槽形滑板的端部在第二弹性元件的推力作用下与限位曲面EA保持接触。当第二组合滑板的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的槽形滑板的第二导流孔与转子本体的侧翼导流孔刚好处于同轴位置，将第一导向槽的两侧连通。此时，第一组合滑板处于限位曲面EA区域内的T形滑板的端部在第一弹性元件的推力作用下与限位曲面EA保持接触。

异型腔计量泵处于运转工作状态时，由外部转动力偶通过传动轴使转子按A→B→C→D方向转动。转子转动时，异型面内腔的四分之一椭圆弧面BC推动第一组合滑板和第二组组合滑板交叉滑动，将流体从进口吸入，由出口压出。转子每转一周，在密封腔内的AB空间区域连续形成4个标准容积V₀。因此，转子每转一周，有等量的流体流过密封腔。利用永磁元件向密封腔外发送转子转动周数N的信号，即可实现流量计量。异型腔计量泵输送的流体体积流量V，按以下公式计算：

V＝4NV₀，(A)。

异型腔计量泵处于非运转(静止)工作状态时，如果出口侧的流体压力大于进口侧的流体压力，转子有倒转趋势，则处在限位过渡面EA区域内并与限位曲面EA保持接触的T形滑板或槽形滑板会受到转折过渡面DE的卡阻，使转子不能倒转。

异型腔计量泵的主要特点是：(1)采用转子型结构实现流体泵送，同时通过异型面腔体与转子的配合实现流体的体积流量计量。(2)零件数量少，构造 简单。(3)由于转子在密封腔内与异型面腔体配合形成动密封机构，因此异型腔计量泵具有自吸能力，流体压力增量大，泵送效率高。(4)利用异型面腔体与带有十字交叉组合滑板的转子配合工作，用标准容积方式计量流体流量，同时可以通过适当的动密封设计限制流体内泄，因此能够达到容积式流量计的计量精度。(5)弹性元件使组合滑板的长度可变，因此转子具有磨损自动补偿能力和一定的防卡死能力。这两个特点，前者有助于计量泵保持计量精度稳定，后者使计量泵具有较好的安全性。(6)转子具有不可倒转特性，同时转子与腔体的配合使密封腔具有静态内密封能力，因此特别适合于出口压力高于进口压力的应用场合。(7)可以采用由永磁元件发送磁脉冲和传动轴机械输出转子转动周数两种方式计量流量及转子的转速，便于配置闭环控制系统灵活调节流量，适合于数字化、网络化应用。(8)转子型驱动机构和容积式流量计量方式，使异型腔计量泵能够适应较宽的流量、压力和黏度范围，而且脉动轻微。(9)构造简单使异型腔计量泵工作可靠，容易维护，且生产成本较低。

附图说明

图1是异型腔计量泵的结构和工作原理示意图，其中(a)图为转子处于任意转动位置的示意图，(b)图为转子处于形成标准容积转动位置的示意图；

图2是异型腔计量泵的纵向剖面图；

图3是壳体的结构示意图，其中(a)图为壳体的主视图，(b)图为壳体的右视图，(c)图为壳体的左视图；

图4是转子本体的结构示意图，其中(a)图为转子本体的主视图，(b)图为转子本体的左视图，(c)图为转子本体的俯视图；

图5是由两块T形滑板和弹性元件构成的组合滑板的示意图；

图6是由两块槽形滑板和弹性元件构成的组合滑板的示意图；

图7是最小限位曲面的示意图。

具体实施方式

参照图1至图7。本发明提供的异型腔计量泵，包括由带有异型面内腔、进口2、出口3、导流槽4及压力平衡槽(31)的壳体1与安装在壳体1两端面上的上盖板12和下盖板22构成密封腔，在密封腔内安装有转子。

壳体1的异型面内腔由四分之一圆弧面AB、四分之一椭圆弧面BC、四分之一圆弧面CD、转折过渡面DE和限位曲面EA依次衔接构成，其中四分之一圆弧面AB、四分之一椭圆弧面BC和四分之一圆弧面CD共轴，公共轴线为O(见图2、图3)。

四分之一圆弧面AB的半径R应与四分之一椭圆弧面BC的长半轴a长度相等，即R＝a。四分之一圆弧面CD的半径r应与四分之一椭圆弧面BC的短半轴b长度相等，即r＝b。四分之一椭圆弧面BC的长轴端点B应与四分之一圆弧面AB在端点B相切，形成光滑过渡。四分之一椭圆弧面BC的短轴端点C应与四分之一圆弧面CD在端点C相切，形成光滑过渡。限位曲面EA应与四分之一圆弧面AB在端点A相切，形成光滑过渡。转折过渡面DE应与四分之一圆弧面CD在端点C相交，与限位曲面EA在端点E相交，形成由四分之一圆弧面CD到限位曲面EA的阶梯过渡。转折过渡面DE的功能是防止转子倒转，其长度不宜过大，只要能够可靠卡组滑板即可。如果不需要防止转子倒转，可以去掉转折过渡面DE，相当于将转折过渡面DE的长度取为零，即点D与点E重合为一点。不论是否设置转折过渡面DE，限位曲面EA应按以下条件设计：

过公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被限位曲面EA和四分之一椭圆弧面BC所截线段ce的长度L_ce，大于或等于四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的半径之和，即L_ce≥R+r＝a+b。

在不设过渡面DE的情况下，限位曲面EA可以用DA表示，参看图7。如果按条件L_ce＝R+r设计限位曲面DA，则限位曲面DA的方程为：

$\sqrt{\frac{a^2{b}^2{x}^2}{a^2{y}^2+b^2{y}^2}-\frac{b^4{x}^2}{a^2{y}^2+b^2{y}^2}+b^2}+\sqrt{x^2+y^2}-(a+b)=0.$

壳体1上的进口2开设在限位曲面EA的区域内，出口3开设在四分之一椭圆弧面BC的区域内，一般情况下，二者共轴。导流槽4开设在四分之一椭圆弧面BC的区域内，起于长轴端点B，止于短轴端点C。导流槽4的功能是在出口处使流体及时减压。压力平衡槽31开设在限位曲面EA的区域内，起于进口2，止于过渡面DE的端点E。压力平衡槽31的功能是在转子转动过程中，使T形滑板32或槽形滑板33的前部与转折过渡面DE之间形成的负压区的负压力得到释放。为了与上、下游管道连接，进口2与出口3应加工有连接结构，例如管道螺纹。壳体的上端面和下端面均为光滑平面，二者相互平行并且垂直于异型面内腔各弧面的公共轴线O。壳体1的上端面27和下端面28应有较高的平面度。制作壳体1的材料，应根据工作介质的性质、工况参数以及其它技术要求选择，例如铸铁、铸钢、不锈钢、铜合金等。

上盖板12和下盖板22均为平板，其平面度应与壳体1的上端面27和下端面28匹配，能够依靠平面配合与壳体1的上端面27和下端面28与形成密封结构。上盖板12的中心加工有第一轴承孔13，下盖板22的中心加工有第二轴承 孔14，第一轴承孔13为通孔，第二轴承孔14为盲孔。两块盖板的材料可以与腔体1的材料相同。当采用永磁铁作为计量信号发送器件时，制作上盖板12和下盖板22的材料，除考虑工作介质的性质、工况参数等因素外，还须满足磁通要求，因此应使用非铁磁材料，例如不锈钢、铜合金、铝合金等。

转子由转子本体5、第一组合滑板、第二组合滑板以及永磁元件8构成。转子本体5的中部为加工有十字交叉导向槽的圆柱体，圆柱体的上端同轴加工有传动轴9，圆柱体的下端同轴加工有定心轴10。转子本体5的半径R₁与四分之一圆弧面CD的半径r相等，即R₁＝r。转子本体5的高度h与壳体1的高度H相等，即h＝H。转子本体5上的十字交叉导向槽由第一导向槽19和第二导向槽20组成，这两个导向槽的导向面都平行于转子本体5的轴线O。第一导向槽19和第二导向槽20都是中心对称的，每个导向槽的两翼均沿转子本体5的径向切入转子本体5一定深度，切入段同时沿转子本体5的轴线方向贯通。第一导向槽19的中部是一个矩形孔，该矩形孔使第一导向槽19沿转子本体5的径向贯通。第二导向槽20则由转子本体5的上端面23和下端面24分别沿转子本体5的轴线方向切入转子本体5一定深度，切入部分同时沿转子本体5的径向贯通，并分别在传动轴9和定心轴10的根部与第一导向槽19的中部矩形孔之间穿过。转子本体5的圆柱体中部有一垂直于转子本体5的轴线O且与第二导向槽20平行的中间导流孔17，中间导流孔17将第二导向槽20处在轴线O两侧的部分相互连通。转子本体5的圆柱体在靠近传动轴9根部的地方和靠近定心轴10根部的地方各有一垂直于转子本体5的轴线O且与第一导向槽19平行的侧翼导流孔18，侧翼导流孔18将第一导向槽19处在轴线O两侧的部分相互连通。转子本体5的上端面23加工有沉孔21，永磁元件8安装在沉孔21内。永磁元件8可以选用圆柱形磁钢标准件，装配方式可以是将其以过盈配合方式压入沉孔21。制作转子5的材料，应根据工作介质的性质、工况参数以及其它因素确定，例如使用不锈钢、铜合金等材料。

第一组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的T形滑板32和一个第一弹性元件26组合而成。T形滑板32的顶部25为半径小于R₁的圆弧面或设计成其它形状的弧面，在底部靠近边缘处加工有一第一导流孔15。为了安装第一弹性元件26，可在T形滑板32底部边缘处加工一容孔。在工作状态下，两块T形滑板的底部相互正对，第一弹性元件26位于两块T形滑板的底部之间，使两块T形滑板产生相互推力。第二组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的槽形滑板33和两个第二弹性元件11组合而成。槽形滑板33的顶部29为半径小于R₁的圆弧面或 设计成其它形状的弧面，在两只槽腿的底部靠近边缘处各加工有一第二导流孔16。为了安装第二弹性元件11，可在槽形滑板33两只槽腿的底部边缘处各加工一容孔。在工作状态下，两块槽形滑板的槽腿相互正对，两个第二弹性元件11分别位于两对槽腿之间，使两块槽形滑板产生相互推力。T形滑板32的厚度应与第一导向槽19的宽度相等，槽形滑板33的厚度应与第二导向槽20的宽度相等。T形滑板32的高度h₁和槽形滑板33的高度h₂均应等于转子本体5的高度h，即h₁＝h₂＝h。第一组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体5的第一导向槽19内，第二组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体5的第二导向槽20内。T形滑板32的长度L₁、槽形滑板33的长度L₂与四分之一圆弧面AB的半径R和四分之一圆弧面CD的半径r之间应满足以下关系：

2L₁≤R+r，

2L₂≤R+r。

制作T形滑板32和槽形滑板33的材料，应与转子本体5和壳体1统一考虑，例如使用不锈钢、铜合金等材料。制作第一弹性元件26和第二弹性元件11的材料，主要根据工作介质的性质、工况参数、工作寿命等因素确定，可以使用不锈钢、铜合金、弹性塑料等材料。

转子通过转子本体5上的传动轴9和定心轴10分别与上盖板12的第一轴承孔13和下盖板22的第二轴承孔14旋转配合，在密封腔内转动。同时，转子通过转子本体5的圆柱面30与异型面内腔的四分之一圆弧面CD的滑动配合，转子本体5的上端面23与上盖板12的滑动配合，转子本体5的下端面24与下盖板22的滑动配合，第一组合滑板和第二组合滑板与异型面内腔的四分之一圆弧面AB的滑动配合，以及第一组合滑板与第一导向槽19的滑动配合和第二组合滑板与第二导向槽20的滑动配合，构成防内泄动密封系统。

当第一组合滑板6的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的T形滑板32的第一导流孔15应与转子本体5的中间导流孔17刚好处于同轴位置，将第二导向槽20的两侧连通；此时，第二组合滑板7处于限位曲面EA区域内的槽形滑板33的端部29在第二弹性元件11的推力作用下与限位曲面EA保持接触。当第二组合滑板7的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的槽形滑板33的第二导流孔16应与转子本体5的侧翼导流孔18刚好处于同轴位置，将第一导向槽19的两侧连通；此时，第一组合滑板6处于限位曲面EA区域内的T形滑板32的端部25在第一弹性 元件26的推力作用下与限位曲面EA保持接触。

组装程序：

一、将两块T形滑板32对插到第一导向槽19内。对插前，先在两块T形滑板32之间装入第一弹性元件26。两块T形滑板32和第一弹性元件26组装在一起，构成第一组合滑板6。然后，将两块槽形滑板33对插到第二导向槽20内，对插前，先在两块槽形滑板33之间装入第二弹性元件11。两块槽形滑板33和第二弹性元件11组装在一起，构成第二组合滑板7。第一组合滑板6和第二组合滑板7与转子本体5的组合体，构成转子。

二、将转子插入壳体1的内腔，使转子本体5的圆柱面与异型面内腔的四分之一圆弧面CD配合，然后使转子本体5上的传动轴9和定心轴10分别与上盖板12的第一轴承孔13和下盖板22的第二轴承孔14配合，用螺钉把上盖板12和下盖板22分别固定在壳体1的上端面27和下端面28上，形成密封腔体。

动作要求：

异型腔计量泵处于运转工作状态时，由外部转动力偶通过传动轴9使转子按A→B→C→D方向转动。转子转动时，异型面内腔的四分之一椭圆弧面BC推动第一组合滑板和第二组组合滑板交叉滑动，将流体从进口2吸入，由出口3压出。转子每转一周，在密封腔内的AB空间区域连续形成4个标准容积V₀，使等量流体流过密封腔。永磁元件8向密封腔外发送转子转动周数N的信号。利用转子的转动信号，可以设计闭环控制系统，实时调节流速。

异型腔计量泵处于非运转工作状态且出口侧的流体压力大于进口侧的流体压力时，处在限位曲面EA区域内并与限位曲面EA保持接触的T形滑板32或槽形滑板33受到转折过渡面DE的卡阻，使转子不能倒转。

流量计量：

异型腔计量泵输送的流体体积流量V，按以下公式计算：

V＝4NV₀。

工作原理：

一、流体泵送：当传动轴9受到外力偶作用带动转子按A→B→C→D方向转动时，如果两块组合滑板之一(设为第二组合滑板7)的上半部由四分之一圆弧面AB的A端向B端转动，则另一组合滑板(第一组合滑板6)的上半部由四分之一椭圆弧面BC的长半轴端点B向短半轴端点C转动。由于在AB区间内转子与腔体的各个相对运动副理论上均为零间隙配合，因此在第二组合滑板7左侧自点A到第二组合滑板7之间连续变大的空间内形成负压，将流体从进口2 吸入腔体；腔体在第一组合滑板6的下半部自点E到第一组合滑板6之间连续变大的空间也形成负压，并将流体从进口2经压力平衡槽31吸入腔体；与此同时，第一组合滑板6离开点B后，导流槽4将第一组合滑板6的右侧空间与出口3连通，使第一组合滑板6右侧的流体被第一组合滑板6压出腔体，参看图1(a)和(b)。当第一组合滑板6转到点AC位置而第二组合滑板7转到点BD位置时，第一组合滑板6与第二组合滑板7交换角色，并重复以上过程。转子连续转动，交替动作亦连续进行。

二、流量计量：因为第一组合滑板6与第二组合滑板7是垂直交叉的，当其中一组组合滑板(例如第二组合滑板7)处在AC位置时，另一组组合滑板(第一组合滑板6)则刚好处于BD位置，如图1(b)所示。此时，密封腔内由两组组合滑板与异型柱面内腔的四分之一圆弧面AB所围成的空间区域构成一个标准容积V₀。转子每转过一周，有4个标准容积形成(4V₀)，同时有4个标准容积(4V₀)的流体由出口3排出。构成标准容积的AB空间区域是异型腔计量泵的计量空间，也称为计量室。

三、组合滑板的运动控制：考查组合滑板的运动，设第一组合滑板6的初始位置为BD，第二组合滑板7的初始位置为AC。此时，第一组合滑板6的右端(上端)位于1/4圆弧面AB与1/4椭圆弧面BC的交界处，它的左端(下端)位于1/4圆弧面CD与过渡面DE的交界处；第二组合滑板7的左端位于(上端)位于1/4圆弧面AB与限位曲面EA的交界处，它的右端(下端)位于1/4椭圆弧面BC与1/4圆弧面CD的交界处，如图1(b)所示。当转子按A→B→C→D方向转动时，两块组合滑板随之转动。

第二组合滑板7在由AC位置转到BD位置，即旋转90°通过计量室的过程中，其上下两端分别与内腔的1/4圆弧面AB和1/4圆弧面CD保持弹性接触，因此第二组合滑板7的长度不变并相对于转子本体5保持静止。同时，第一组合滑板6的右端沿1/4椭圆弧面BC由长半轴的端点B向短半轴的端点C转动，其左端则进入限位曲面EA区域并沿限位曲面EA由端点E向端点A转动；第一组合滑板6的左端进入限位曲面EA区域后，第一弹性元件26的推力使第一组合滑板6的长度增大，其左端与限位曲面EA接触；随着第一组合滑板6的右端沿1/4椭圆弧面BC由长半轴端点B转到短半轴端点C，1/4椭圆弧面BC推动第一组合滑板6在第一导向槽内19滑移，同时第一组合滑板6的左端沿限位曲面EA滑动，直至到达端点A，此时第一组合滑板6的右端到达1/4椭圆弧面BC的短半轴端点C。当第一组合滑板6转到AC位置而第二组合滑板7转到BD 位置时，两块组合滑板交换动作，重复前面90°的旋转过程。以后，组合滑板的运动周期性地重复以上动作，参看图1。

四、转子内部的导流

在第一组合滑板6由AC位置转到BD位置而第二组合滑板7由BD位置转到AC位置并在第二导向槽20内向左滑动的过程中，第一组合滑板6下部的T形滑板32上的第一导流孔15处于与转子本体5上的中间导流孔17同轴的位置，将第二组合滑板7的两块槽形滑板33之间的左右两个空腔部分连通。由于第二组合滑板7向左滑动，左侧空腔的体积连续增大形成负压而右侧空腔的体积连续减小形成正压，因此右侧空腔内的流体通过中间导流孔17和第一导流孔15流入左侧空腔，参看图2、图4、图5、图6。中间导流孔17和第一导流孔15由此起到了释放压力使转子能够顺利转动的作用，同时，导流孔对第二组合滑板7的滑动还有一定的阻尼作用。

类似地，在第二组合滑板7由AC位置转到BD位置而第一组合滑板6由BD位置转到AC位置并在第一导向槽19内向左滑动的过程中，第二组合滑板7下部的槽形滑板33上的第二导流孔16处于与转子本体上的侧翼导流孔18同轴的位置，将第一组合滑板6的两块T形滑板32之间的左右两个空腔部分连通。由于右侧空腔的体积连续增大而左侧空腔的体积连续减小，因此右侧空腔内的流体通过侧翼导流孔18和第二导流孔16流入左侧空腔。

五、对流体内泄的控制：当密封腔中转子与密封腔内壁以及转子自身各运动件之间的所有滑动配合的间隙都足够小时，转子在密封腔内即形成一个动密封机构，使流体不能以间隙渗漏的方式由进口2流到出口3。实际上，各滑动摩擦副的配合间隙不会是零，但只要内部泄漏量不超过允许限度，同时转子能够平滑运转，就可以认为达到了理想设计。

六、防止转子卡死：当流体中含有的固体颗粒进入第一组合滑板6或第二组合滑板7的端部区域而对转子的转动产生卡滞作用时，第一弹性元件26和第二弹性元件11可以发生压缩变形，使组合滑板的长度减小，因而转子能够继续转动，不被卡死。

Claims (1)

1.异型腔计量泵，其特征是包括由带有异型面内腔、进口(2)、出口(3)、导流槽(4)及压力平衡槽(31)的壳体(1)与安装在壳体(1)两端面上的上盖板(12)和下盖板(22)构成密封腔，在密封腔内安装有转子；

壳体(1)的异型面内腔由四分之一圆弧面AB、四分之一椭圆弧面BC、四分之一圆弧面CD、转折过渡面DE和限位曲面EA依次衔接构成，四分之一圆弧面AB、四分之一椭圆弧面BC和四分之一圆弧面CD共轴；四分之一圆弧面AB的半径R与四分之一椭圆弧面BC的长半轴a相等，即R＝a，四分之一圆弧面CD的半径r与四分之一椭圆弧面BC的短半轴b相等，即r＝b；四分之一椭圆弧面BC的长轴端点B与四分之一圆弧面AB在端点B相切，形成光滑过渡；四分之一椭圆弧面BC的短轴端点C与四分之一圆弧面CD在端点C相切，形成光滑过渡；限位曲面EA与四分之一圆弧面AB在端点A相切，形成光滑过渡；转折过渡面DE与四分之一圆弧面CD在端点C相交，与限位曲面EA在端点E相交，形成由四分之一圆弧面CD到限位曲面EA的阶梯过渡；限位曲面EA与四分之一椭圆弧面BC、四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD之间满足关系：过公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被限位曲面EA和四分之一椭圆弧面BC所截线段ce的长度L_ce大于或等于四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的半径之和，即L_ce≥R+r；壳体(1)上的进口(2)开设在限位曲面EA的区域内，出口(3)开设在四分之一椭圆弧面BC的区域内；导流槽(4)开设在四分之一椭圆弧面BC的区域内，起于椭圆弧面BC的长轴端点B，止于椭圆弧面BC的短轴端点C；压力平衡槽(31)开设在限位曲面EA的区域内，起于进口(2)，止于过渡面DE的端点E；

上盖板(12)和下盖板(22)均为平板，上盖板(12)的中心加工有第一轴承孔(13)，下盖板(22)的中心加工有第二轴承孔(14)，第一轴承孔(13)为通孔，第二轴承孔(14)为盲孔；

转子由转子本体(5)、第一组合滑板(6)、第二组合滑板(7)以及永磁元件(8)构成；转子本体(5)的中部为加工有十字交叉导向槽的圆柱体，圆柱体的上端同轴加工有传动轴(9)，圆柱体的下端同轴加工有定心轴(10)；转子本体(5)的半径R₁与四分之一圆弧面CD的半径r相等，即R₁＝r，转子本体(5)的高度h与壳体(1)的高度H相等，即h＝H；转子本体(5)上的十字交叉导向槽由第一导向槽(19)和第二导向槽(20)组成，这两个导向槽的导向面都平行于转子本体(5)的轴线O；第一导向槽(19)和第二导向槽(20) 都是中心对称的，每个导向槽的两翼均沿转子本体(5)的径向切入转子本体(5)一定深度，切入段同时沿转子本体(5)的轴线方向贯通；第一导向槽(19)的中部是一个矩形孔，该矩形孔使第一导向槽(19)沿转子本体(5)的径向贯通；第二导向槽(20)则由转子本体(5)的上端面(23)和下端面(24)分别沿转子本体(5)的轴线方向切入转子本体(5)一定深度，切入部分同时沿转子本体(5)的径向贯通，并分别在传动轴(9)和定心轴(10)的根部与第一导向槽(19)的中部矩形孔之间穿过；转子本体(5)的圆柱体中部有一垂直于转子本体(5)的轴线O且与第二导向槽(20)平行的中间导流孔(17)，中间导流孔(17)将第二导向槽(20)处在轴线O两侧的部分相互连通；转子本体(5)的圆柱体在靠近传动轴(9)根部的地方和靠近定心轴(10)根部的地方各有一垂直于转子本体(5)的轴线O且与第一导向槽(19)平行的侧翼导流孔(18)，侧翼导流孔(18)将第一导向槽(19)处在轴线O两侧的部分相互连通；

第一组合滑板(6)由两块形状和尺寸完全相同的T形滑板(32)和一个第一弹性元件(26)组合而成；T形滑板(32)的底部靠近边缘处加工有一第一导流孔(15)；两块T形滑板的底部相互正对，第一弹性元件(26)位于两块T形滑板的底部之间；第二组合滑板(7)由两块形状和尺寸完全相同的槽形滑板(33)和两个第二弹性元件(11)组合而成；槽形滑板(33)在两只槽腿的底部靠近边缘处各加工有一第二导流孔(16)；两块槽形滑板的槽腿相互正对，两个第二弹性元件(11)分别位于两对槽腿之间；T形滑板(32)的厚度与第一导向槽(19)的宽度相等；槽形滑板(33)的厚度与第二导向槽(20)的宽度相等；T形滑板(32)的高度h₁和槽形滑板(33)的高度h₂均等于转子本体(5)的高度h，即h₁＝h₂＝h；

第一组合滑板(6)以滑动配合方式安装在转子本体(5)的第一导向槽(19)内，第二组合滑板(7)以滑动配合方式安装在转子本体(5)的第二导向槽(20)内；T形滑板(32)的长度L₁、槽形滑板(33)的长度L₂与四分之一圆弧面AB的半径R和四分之一圆弧面CD的半径r之间的满足关系：2L₁≤R+r，2L₂≤R+r；在转子本体(5)的上端面(23)加工有沉孔(21)，永磁元件(8)安装在沉孔(21)内；

转子通过转子本体(5)上的传动轴(9)和定心轴(10)分别与上盖板(12)的第一轴承孔(13)和下盖板(22)的第二轴承孔(14)旋转配合，在密封腔内转动；同时，转子通过转子本体(5)的圆柱面(30)与异型面内腔的四分之一圆弧面CD的滑动配合，转子本体(5)的上端面(23)与上盖板(12)的滑 动配合，转子本体(5)的下端面(24)与下盖板(22)的滑动配合，第一组合滑板(6)和第二组合滑板(7)与异型面内腔的四分之一圆弧面AB的滑动配合，以及第一组合滑板(6)与第一导向槽(19)的滑动配合和第二组合滑板(7)与第二导向槽(20)的滑动配合，构成防内泄动密封系统；当第一组合滑板(6)的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的T形滑板(32)的第一导流孔(15)与转子本体(5)的中间导流孔(17)刚好处于同轴位置，将第二导向槽(20)的两侧连通；此时，第二组合滑板(7)处于限位过渡面EA区域内的槽形滑板(33)的端部(29)在第二弹性元件(11)的推力作用下与限位曲面EA保持接触；当第二组合滑板(7)的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的槽形滑板(33)的第二导流孔(16)与转子本体(5)的侧翼导流孔(18)刚好处于同轴位置，将第一导向槽(19)的两侧连通；此时，第一组合滑板(6)处于限位曲面EA区域内的T形滑板(32)的端部(25)在第一弹性元件(26)的推力作用下与限位曲面EA保持接触。 

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