CN102619747A - 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵 - Google Patents

Abstract

双锥对置锥螺杆高压海水液压泵属于容积式液压泵。其核心部件是一对锥形螺杆及一层等厚度衬套。两个结构和尺寸相同但旋向相反的锥形螺杆对称置于万向节联轴器的两侧同时两锥形螺杆的小端分别连接万向节联轴器的两端，形成双锥对置结构，衬套同一断面上各个位置处的厚度相等；在距离排出端最近的形成完整密封腔那部分锥形螺杆上开有液体流道，该流道连通密封腔室和排出端腔室。采用双锥对置结构，螺杆泵整体结构受力平衡，消除了因受力不平衡带来的偏磨、泄漏等弊端；同时螺杆与衬套间形成静压支承，具有静压轴承的功能，减少了螺杆与衬套间的磨损，并提高了液压泵运动的平稳性，具有噪声小、寿命长、输出压力高、输出流量稳定、压力脉动小。

Description

双锥对置锥螺杆高压海水液压泵

技术领域

本发明属于容积式液压泵，涉及一种双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，特别适用于以海水作为工作介质的液压系统。

背景技术

在海洋资源开发过程中，海洋装备技术是关键，直接影响到海洋开发的进程与成败。为了提高深海作业能力，完成深海探测、海底勘查、油气及矿产资源开发、海底打捞、救生、海洋平台及海洋军事设施建设等水下作业任务，提高水下作业效率，减少作业危险，与深海环境相适应的海水液压传动技术成为一个重要发展方向，是发展海洋装备的一项关键核心技术。由于其抗燃性好，特别是和海洋环境相容，没有污染、泄露、运储、火灾、排放等问题，且无需水箱和回水装置，可做成开式系统，也没有水深压力相互补偿，系统油路简单，因而采用海水液压技术能够大大提高海洋装备运动的灵活性和作业深度，成为发展现代海洋装备，特别是深海海洋装备必不可少的一项海洋高技术，。美国在上世纪60年代就有直接以海水作为液压系统工作介质驱动水下作业机器人的设想，并率先开始海水液压传动技术的研究，成为海上液压传动技术发展的开端。海水液压泵是海水液压技术的核心动力元件，是海水液压技术的心脏，其性能的优劣直接影响到海水液压系统的性能、使用寿命和可靠性。除美国最早为水下作业工具而研制过叶片泵外，其它几乎所有的海(淡)水液压泵都是柱塞式结构。柱塞式海(淡)水液压泵有径向柱塞泵和轴向柱塞泵两种结构，除德国Hauhinco公司一直研制径向柱塞泵外，绝大多数的海水液压泵为轴向柱塞式结构。这是由于径向柱塞泵单位功率重量与体积大，且受周向布置空间的限制，仅用于低速大转矩的场合。轴向柱塞式海水液压泵虽然体积小、重量轻，易于使用实现高速和变量输出，且可以作马达使用，但轴向柱塞式海水液压泵的关键摩擦副较多，结构复杂，对摩擦磨损、润滑密封以及腐蚀与污染控制技术提出了很高的要求。此外，无论是轴向柱塞泵，还是叶片泵、齿轮泵，在结构和工作原理上仍然采用了油压液压泵的结构，只是在材料选配上考虑了海水的腐蚀性能，选用了不锈钢、钛合金、陶瓷、工程塑料等耐海水腐蚀的材料，或通过表面改性方法以及表面喷涂耐海水腐蚀的涂层材料。

发明内容

本发明针对现有海水液压泵存在的缺点，综合考虑了海水工作介质的理化性能，提出了一种与现有的齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等容积式液压泵结构、工作原理与工作性能完全不同的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵。提出的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵采用双锥对置结构，螺杆泵整体结构受力平衡，消除了传统容积式液压泵因受力不平衡带来的偏磨、泄漏等弊端；同时螺杆与衬套间能够形成静压支承，具有静压轴承的功能，减少了螺杆与衬套间的磨损，并提高了液压泵运动的平稳性，具有噪声小、寿命长、输出压力高、输出流量稳定、压力脉动小等优点。

1.一种双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其特征在于：包括左端盖、左O型密封圈、轴、左圆锥滚子轴承、左万向节连轴器、金属壳体、左锥形螺杆、左衬套、中万向节连轴器、右衬套、右锥形螺杆、右万向节连轴器、右O型密封圈、右端盖、右圆锥滚子轴承、FB型旋转轴唇形密封圈、传动轴、平键、毛毡密封圈、小端盖

传动轴的右端通过传动轴上的平键和电动机相连，传动轴的左端和右万向节连轴器的右端相连，小端盖安装在传动轴上，与传动轴间隙配合通过毛毡密封圈密封，小端盖通过螺栓与右端盖的右端相连，右端盖与传动轴间隙配合，通过FB型旋转轴唇形密封圈密封，右圆锥滚子轴承内圈与传动轴过盈配合，外圈与右端盖过盈配合，右端盖通过螺栓与壳体的右端相连，并靠右O型密封圈密封，金属壳体、右端盖、右锥形螺杆和右衬套之间留有右腔室I，右万向节连轴器安装在右腔室I内，左端与右锥形螺杆的中心轴线的左端相连，右锥形螺杆的右端是右锥形螺杆的大端，右锥形螺杆的左端是右锥形螺杆的小端，排出端位于金属壳体的一侧，中万向节连轴器位于排出端的腔室内，中万向节连轴器的右端连接右锥形螺杆左端的中心轴，左端连接左锥形螺杆右端的中心轴，左锥形螺杆的左端是左锥形螺杆的大端，左锥形螺杆的右端是左锥形螺杆的小端，左、右锥形螺杆、分别位于左、右衬套、内，左、右衬套、位于金属壳体内，右锥形螺杆与右衬套之间存在一系列密封腔室，从右往左依次为A、B、C、D，右锥形螺杆上的右液体流道连通密封腔室C和排出端的腔室，左锥形螺杆与左衬套之间存在一系列密封腔室，从左往右依次为H、G、F、E，左锥形螺杆上的左液体流道连通密封腔室F和排出端的腔室，左锥形螺杆、左衬套、金属壳体和左端盖之间留有左腔室II，左万向节连轴器位于左腔室II内，右端连接左锥形属螺杆的左端中心轴，左端连接轴，左圆锥滚子轴承内圈与轴过盈配合，外圈与左端盖过盈配合，左端盖通过螺栓与金属壳体的左端连接，通过左O型密封圈密封，吸入端位于与排出端相对侧的金属壳体上，通过右流道、左流道分别与右腔室I、左腔室II相连

左锥形螺杆和右锥形螺杆结构和尺寸相同但旋向相反，左锥形螺杆和右锥形螺杆采用双锥对置结构，左、右锥形螺杆、的小端分别连接中万向节连轴器的左、右两端，并对称置于万向节连轴器的左、右两侧；左衬套和右衬套结构和尺寸相同但旋向相反，并同一断面上各个位置处的厚度相等，左衬套和右衬套内外表面都是双线或多线螺旋面，左衬套和右衬套分别与相配合的左锥形螺杆和右锥形螺杆旋向相同；排出端位于金属壳体的一侧，吸入端位于与排出端相对侧的金属壳体上，吸入端通过右流道、左流道分别与右腔室I、左腔室II相连，右腔室I、左腔室II分别与右锥形螺杆与右衬套形成的腔室A、左锥形螺杆与左衬套形成的腔室H相连，右液体流道、左液体流道、右锥形螺杆与右衬套形成的腔室D及左锥形螺杆与左衬套形成的腔室E都连通排出端

进一步，左锥形螺杆和右锥形螺杆采用耐磨耐蚀的金属材料或陶瓷材料，左衬套和右衬套采用耐磨耐磨的高分子材料或金属材料或陶瓷材料；当左衬套和右衬套采用耐磨耐蚀的高分子材料时，左锥形螺杆和右锥形螺杆分别与左衬套和右衬套采用过盈配合；当左衬套和右衬套采用耐磨耐蚀的金属材料或陶瓷材料时，左锥形螺杆和右锥形螺杆分别与左衬套和右衬套采用间歇配合。

进一步，左锥形螺杆和右锥形螺杆是单线螺杆或双线螺杆或多线螺杆。

本发明具有以下优点：

(1)随着密封腔室的不断形成、推移和消失，液体通过一个个密封腔，从吸入端推挤到排出端，由于在推移过程中密封腔容积逐渐减小，压力不断升高，从而彻底消除了现有液压泵在结构上产生的困油现象，流量变化非常均匀；

(2)由于采用了双锥对置结构，使液压泵在轴向上受力平衡，消除了传统容积式液压泵因受力不平衡带来的偏磨、泄漏等弊端；

(3)锥形金属螺杆上的液流通道能够有效的降低密封腔内的压力，减小由于密封腔内压力过高引起的锥螺杆-衬套副密封接触线的破坏；

(4)锥形螺杆与等厚度衬套间密封腔室内的液体能够使锥形螺杆在等厚度衬套内产生动静压支承和对中作用，从而减少了锥形螺杆与等厚度衬套间的磨损，并提高液压泵中锥形螺杆运动的平稳性；

(5)等厚度衬套采用耐磨耐蚀的高分子材料时，在锥形螺杆与等厚度衬套之间设计一定的初始过盈量，可以实现锥形螺杆与等厚度衬套间的良好密封，减少泵的内部泄露，提高泵的容积效率；

(6)双锥对置锥螺杆高压海水液压泵的摩擦副数量较现有柱塞式海水液压泵大为减少，也没有了配流装置，结构简单，使用寿命长。

提出的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵采用双锥对置结构，螺杆泵整体结构受力平衡，消除了传统容积式液压泵因受力不平衡带来的偏磨、泄漏等弊端；同时螺杆与衬套间能够形成静压支承，具有静压轴承的功能，减少了螺杆与衬套间的磨损，并提高了液压泵运动的平稳性，具有噪声小、寿命长、输出压力高、输出流量稳定、压力脉动小等优点。

附图说明

图1为本发明结构图。

图中，左端盖1、左O型密封圈2、轴3、左圆锥滚子轴承4、左万向节连轴器5、金属壳体6、左锥形螺杆7、左衬套8、中万向节连轴器10、右衬套11、右锥形螺杆12、右万向节连轴器13、右O型密封圈14、右端盖15、右圆锥滚子轴承16、FB型旋转轴唇形密封圈17、传动轴18、平键19、毛毡密封圈20、小端盖21。

具体实施方式

发明的一种双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，包括左端盖1、左O型密封圈2、轴3、左圆锥滚子轴承4、左万向节连轴器5、金属壳体6、左锥形螺杆7、左衬套8、中万向节连轴器10、右衬套11、右锥形螺杆12、右万向节连轴器13、右O型密封圈14、右端盖15、右圆锥滚子轴承16、FB型旋转轴唇形密封圈17、传动轴18、平键19、毛毡密封圈20、小端盖21。

传动轴18的右端通过传动轴18上的平键19和电动机相连，传动轴18的左端和右万向节连轴器13的右端相连，小端盖21安装在传动轴18上，与传动轴18间隙配合通过毛毡密封圈20密封，小端盖21通过螺栓与右端盖15的右端相连，右端盖15与传动轴18间隙配合，通过FB型旋转轴唇形密封圈17密封，右圆锥滚子轴承16内圈与传动轴18过盈配合，外圈与右端盖15过盈配合，右端盖15通过螺栓与壳体6的右端相连，并靠右O型密封圈14密封，金属壳体6、右端盖15、右锥形螺杆12和右衬套11之间留有右腔室I，右万向节连轴器13安装在右腔室I内，左端与右锥形螺杆12的中心轴线的左端相连，右锥形螺杆12的右端是右锥形螺杆12的大端，右锥形螺杆12的左端是右锥形螺杆12的小端，排出端9位于金属壳体6的一侧，中万向节连轴器10位于排出端9的腔室内，中万向节连轴器10的右端连接右锥形螺杆12左端的中心轴，左端连接左锥形螺杆7右端的中心轴，左锥形螺杆7的左端是左锥形螺杆7的大端，左锥形螺杆7的右端是左锥形螺杆7的小端，左、右锥形螺杆7、12分别位于左、右衬套8、11内，左、右衬套8、11位于金属壳体6内，右锥形螺杆12与右衬套11之间存在一系列密封腔室，从右往左依次为A、B、C、D，右锥形螺杆12上的右液体流道23连通密封腔室C和排出端9的腔室，左锥形螺杆7与左衬套8之间存在一系列密封腔室，从左往右依次为H、G、F、E，左锥形螺杆7上的左液体流道24连通密封腔室F和排出端9的腔室，左锥形螺杆7、左衬套8、金属壳体6和左端盖1之间留有左腔室II，左万向节连轴器5位于左腔室II内，右端连接左锥形属螺杆7的左端中心轴，左连接轴3，左圆锥滚子轴承4内圈与轴28过盈配合，外圈与左端盖1过盈配合，左端盖1通过螺栓与金属壳体6的左端连接，通过左O型密封圈2密封，吸入端25位于与排出端9相对侧的金属壳体6上，通过右流道22、左流道26分别与右腔室I、左腔室II相连。

双锥对置锥螺杆高压海水液压泵的关键核心部件是一对结构和尺寸相同但旋向相反的左锥形螺杆7和右锥形螺杆12及左衬套8和右衬套11。左锥形螺杆7、右锥形螺杆12分别与左衬套8、右衬套11的运动比为1∶2，即左锥形螺杆7和右锥形螺杆12为单线螺杆，左衬套8和右衬套11为双线结构，左锥形螺杆7和右锥形螺杆12分别和与之配套的左衬套8和右衬套11的旋向相同，同为左旋或右旋。左锥形螺杆7和右锥形螺杆12的外螺旋面分别与左衬套8和右衬套11内螺旋面在空间上相互啮合，组成锥螺杆-衬套副，左衬套8和右衬套11起密封作用，左锥形螺杆7、右锥形螺杆12分别与左衬套8、右衬套11在啮合过程中形成两类密封线，即轴向密封线和径向密封线，轴向密封线在轴向上把液流一分为二，径向密封线在径向上把液流分割开，左锥形螺杆7和右锥形螺杆12外螺旋面分别与左衬套8和右衬套11的内螺旋面通过两类密封线形成了一系列密封腔。由于摩擦副为线接触、能够有效克服和消除现有液压泵在结构和性能上的缺陷，具有结构简单、密封能力强、密封性能可靠、易于实现高压等优点。

所述的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其特征在于：左锥形螺杆7和右锥形螺杆12结构和尺寸相同但旋向相反，左锥形螺杆7和右锥形螺杆12采用双锥对置结构，左、右锥形螺杆7、12的小端分别连接中万向节连轴器10的左、右两端，并对称置于万向节连轴器10的左、右两侧；左衬套8和右衬套11结构和尺寸相同但旋向相反，并同一断面上各个位置处的厚度相等，左衬套8和右衬套11内外表面都是双线螺旋面，左衬套8和右衬套10分别与相配合的左锥形螺杆7和右锥形螺杆12旋向相同；排出端9位于金属壳体6的一侧，吸入端25位于与排出端9相对侧的金属壳体6上，吸入端25通过右流道22、左流道26分别与右腔室I、左腔室II相连，右腔室I、左腔室II分别与右锥形螺杆12与右衬套11形成的腔室A、左锥形螺杆7与左衬套8形成的腔室H相连，右液体流道23、左液体流道24、右锥形螺杆12与右衬套11形成的腔室D及左锥形螺杆7与左衬套8形成的腔室E都连通排出端9。

所述的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其进一步特征在于：左锥形螺杆7和右锥形螺杆12采用耐磨耐蚀的金属材料或陶瓷材料，左衬套8和右衬套11采用耐磨耐磨的高分子材料或金属材料或陶瓷材料；当左衬套8和右衬套11采用耐磨耐蚀的高分子材料时，左锥形螺杆7和右锥形螺杆12分别与左衬套8和右衬套11采用过盈配合；当左衬套8和右衬套11采用耐磨耐蚀的金属材料或陶瓷材料时，左锥形螺杆7和右锥形螺杆12分别与左衬套8和右衬套11采用间歇配合。

所述的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其进一步的特征在于：左锥形螺杆7和右锥形螺杆12是单线螺杆或双线螺杆或多线螺杆，左衬套8和右衬套11是双线衬套或多线衬套。

电动机带动传动轴18通过右万向节连轴器13、中万向节连轴器10和左万向节连轴器5驱动左锥形螺杆7和右锥形螺杆12分别在左衬套8和右衬套11内做定点行星运动，左锥形螺杆7和右锥形螺杆12分别与左衬套8和右衬套11在空间啮合形成密封腔，实现液体由吸入端运动到排出端。

在左锥形螺杆7和右锥形螺杆12运动过程中，若传动轴18沿顺时针方向转动，则通过右万向节联轴器13与传动轴18相连的右锥形螺杆12以及与其相配合的右衬套11均为左旋，而与右锥形螺杆12对置的左锥形螺杆7以及与其相配合的左衬套8均为右旋。左锥形螺杆7和右锥形螺杆12的外螺旋面分别与左衬套8和右衬套11的内螺旋面形成的一系列密封腔室，随着左锥形螺杆7和右锥形螺杆12的转动以螺旋运动的形式向排出端推移，在推移过程中密封腔室容积逐渐减小，使密封腔室内的一部分液体受到挤压压向排出端；当左锥形螺杆7和右锥形螺杆12转动时，锥螺杆-衬套副中靠近吸入端的第一个腔室体积逐渐增大，在吸入端形成局部真空，吸入液体，同时靠近排出端的最后一个腔室体积逐渐消失，液体被完全挤压出去，在排出端产生压力。

传动轴18一端通过平键19和电动机连接，另一端和右万向节连轴器13连接，小端盖21安装在传动轴18上，与传动轴18间隙配合通过毛毡密封圈20密封，小端盖21通过螺栓与右端盖15连接，右端盖15与传动轴18间隙配合，通过FB型旋转轴唇形密封圈17密封，右圆锥滚子轴承16内圈与传动轴18过盈配合，外圈与右端盖15过盈配合，右端盖15与金属壳体6通过螺栓连接，并靠右O型密封圈14密封，电动机通过平键19带动传动轴18转动，传动轴18带动右万向节连轴器13运动，由于右万向节连轴器13的另一端连接在右锥形螺杆12中心轴线上，右万向节连轴器13带动右锥形螺杆12在右衬套11内做定点行星运动，在右锥形螺杆12和右衬套11的吸入端形成真空腔室A，液体通过双锥对置锥螺杆高压海水液压泵的吸入端25，沿着右流道22进入右腔室I，之后进入真空腔室A，随着右锥形金属螺杆12的转动，腔室A逐渐密封，形成密封腔室B并随着右锥形螺杆12的转动以螺旋运动的形式往前推移，在推移过程中密封腔内的容积逐渐变小，压力不断升高，在距离排出端最近的那段右锥形螺杆12上开有右液体流道23，部分液体在压力作用下通过右液体流道23流入排出端9，另一部分液体随着右锥形螺杆12的旋转并伴随密封腔室C向排出端9推移直到密封腔室破裂运动到排出端9；中万向节连轴器10的一端连接右锥形螺杆12小端的中心轴，另一端连接左锥形螺杆7小端的中心轴，右锥形螺杆12通过中万向节连轴器10带动左锥形螺杆7在左衬套8内做定点行星运动，同理液体通过泵的吸入端25，沿着左流道26进入左腔室II，并随着左锥形螺杆7的运动通过左锥形螺杆7和左衬套8形成的腔室H、G、F、E向排出端9运动，左万向节连轴器5右端连接左锥形属螺杆7的左端中心轴，左万向节连轴器5左端连接轴3，左圆锥滚子轴承4内圈与轴3过盈配合，外圈与左端盖1过盈配合，左端盖1通过螺栓与金属壳体6连接，通过左O型密封圈2密封。

Claims (3)

1.一种双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其特征在于：包括左端盖、左O型密封圈、轴、左圆锥滚子轴承、左万向节连轴器、金属壳体、左锥形螺杆、左衬套、中万向节连轴器、右衬套、右锥形螺杆、右万向节连轴器、右O型密封圈、右端盖、右圆锥滚子轴承、FB型旋转轴唇形密封圈、传动轴、平键、毛毡密封圈、小端盖；

传动轴的右端通过传动轴上的平键和电动机相连，传动轴的左端和右万向节连轴器的右端相连，小端盖安装在传动轴上，与传动轴间隙配合通过毛毡密封圈密封，小端盖通过螺栓与右端盖的右端相连，右端盖与传动轴间隙配合，通过FB型旋转轴唇形密封圈密封，右圆锥滚子轴承内圈与传动轴过盈配合，外圈与右端盖过盈配合，右端盖通过螺栓与壳体的右端相连，并靠右O型密封圈密封，金属壳体、右端盖、右锥形螺杆和右衬套之间留有右腔室I，右万向节连轴器安装在右腔室I内，左端与右锥形螺杆的中心轴线的左端相连，右锥形螺杆的右端是右锥形螺杆的大端，右锥形螺杆的左端是右锥形螺杆的小端，排出端位于金属壳体的一侧，中万向节连轴器位于排出端的腔室内，中万向节连轴器的右端连接右锥形螺杆左端的中心轴，左端连接左锥形螺杆右端的中心轴，左锥形螺杆的左端是左锥形螺杆的大端，左锥形螺杆的右端是左锥形螺杆的小端，左、右锥形螺杆、分别位于左、右衬套、内，左、右衬套、位于金属壳体内，右锥形螺杆与右衬套之间存在一系列密封腔室，从右往左依次为A、B、C、D，右锥形螺杆上的右液体流道连通密封腔室C和排出端的腔室，左锥形螺杆与左衬套之间存在一系列密封腔室，从左往右依次为H、G、F、E，左锥形螺杆上的左液体流道连通密封腔室F和排出端的腔室，左锥形螺杆、左衬套、金属壳体和左端盖之间留有左腔室II，左万向节连轴器位于左腔室II内，右端连接左锥形属螺杆的左端中心轴，左端连接轴，左圆锥滚子轴承内圈与轴过盈配合，外圈与左端盖过盈配合，左端盖通过螺栓与金属壳体的左端连接，通过左O型密封圈密封，吸入端位于与排出端相对侧的金属壳体上，通过右流道、左流道分别与右腔室I、左腔室II相连

左锥形螺杆和右锥形螺杆结构和尺寸相同但旋向相反，左锥形螺杆和右锥形螺杆采用双锥对置结构，左、右锥形螺杆、的小端分别连接中万向节连轴器的左、右两端，并对称置于万向节连轴器的左、右两侧；左衬套和右衬套结构和尺寸相同但旋向相反，并同一断面上各个位置处的厚度相等，左衬套和右衬套内外表面都是双线或多线螺旋面，左衬套和右衬套分别与相配合的左锥形螺杆和右锥形螺杆旋向相同；排出端位于金属壳体的一侧，吸入端位于与排出端相对侧的金属壳体上，吸入端通过右流道、左流道分别与右腔室I、左腔室II相连，右腔室I、左腔室II分别与右锥形螺杆与右衬套形成的腔室A、左锥形螺杆与左衬套形成的腔室H相连，右液体流道、左液体流道、右锥形螺杆与右衬套形成的腔室D及左锥形螺杆与左衬套形成的腔室E都连通排出端。

2.根据权利要求1所述的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其特征在于：左锥形螺杆和右锥形螺杆采用耐磨耐蚀的金属材料或陶瓷材料，左衬套和右衬套采用耐磨耐磨的高分子材料或金属材料或陶瓷材料；当左衬套和右衬套采用耐磨耐蚀的高分子材料时，左锥形螺杆和右锥形螺杆分别与左衬套和右衬套采用过盈配合；当左衬套和右衬套采用耐磨耐蚀的金属材料或陶瓷材料时，左锥形螺杆和右锥形螺杆分别与左衬套和右衬套采用间歇配合。

3.根据权利要求1所述的双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，其特征在于：左锥形螺杆和右锥形螺杆是单线螺杆或双线螺杆或多线螺杆。