CN102927000B - 一种自密封齿轮泵 - Google Patents
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Abstract
一种自密封齿轮泵，内螺纹吸入口和内螺纹排出口位于泵体两外侧，泵体的两端面与双半圆孔相互垂直，两端面上分别盖有前外端盖和后外端盖，并都有端盖螺钉紧固，主合金齿轮与从合金齿轮相互啮合，泵体上有一条内压通路，内压通路的一端连通着补偿盘背面空腔，内压通路的另一端连通着内螺纹排出口；主合金齿轮和从合金齿轮与前外端盖之间有复合材料补偿盘；主合金齿轮和从合金齿轮与后外端盖之间有复合材料摩擦盘；且复合材料补偿盘和复合材料摩擦盘均为Fe/Al金属间化合物与Al203陶瓷形成复合材料，主合金齿轮和从合金齿轮均为Nb（铌）微合金化高强度粉末冶金材料。
Description
技术领域
本发明属于机械工程领域，国际专利分类为F04D非变容式泵，涉及一种将机械能转换为液体压力能的能量转换旋转式容积泵，特别是指一种自密封齿轮泵。
背景技术
旋转式容积泵具有效率高的优点，但都存在长期运行磨损后其效率明显降低，造成上述缺陷的主要原因在于高压腔和低压腔之间的端面活动隔离没能起到有效密封的作用。工程中很难找到一种材料能满足特定工况的所有条件同时具有良好的性价比，因此以往人们经常采用各种表面涂层的办法来解决这个问题；也就是充分利用两种或更多种材料的结合性能来实现，或通过某种表面强化处理实现用价格较低的基体材料来代替较高价位材料而降低成本。材料太硬容易断裂，过软则无法加工出高精度表面，端面配合公差尺寸过小容易热胀卡死住，端面配合公差尺寸过大则不能有效密封，且长期运行磨损后密封效果更差，不得不停下生产线更换泵设备，造成很大的直接或间接损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种自密封齿轮泵，采用了预合成的Fe/Al金属间化合物与Al203形成复合材料作为端面摩擦材料。在有效控制径向间隙的同时，还具备端面磨损补偿隔离技术，以实现高压腔和低压腔之间始终处于高效隔离间隙控制状态，弥补现有技术的不足，填补旋转式容积泵在有效控制径向间隙及端面磨损补偿间隙控制的技术空白。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种自密封齿轮泵，内螺纹吸入口和内螺纹排出口位于泵体两外侧；所述的泵体的两端面与双半圆孔相互垂直，两端面上分别盖有前外端盖和后外端盖，并都有端盖螺钉紧固；所述的前外端盖的前盖主动轴孔与后外端盖的后盖主动轴孔处于同一轴线上；所述的前外端盖的前盖从动轴孔与后外端盖的后盖从动轴孔处于同一轴线上；主合金齿轮与主动轴固定配合位于所述的前外端盖与所述的后外端盖之间；从合金齿轮与从动轴固定配合位于所述的前外端盖与所述的后外端盖之间；所述的主合金齿轮与所述的从合金齿轮相互啮合，作为改进：所述的泵体上有一条内压通路，内压通路的一端连通着补偿盘背面空腔，内压通路的另一端连通着所述的内螺纹排出口；所述的主合金齿轮和所述的从合金齿轮与所述的前外端盖之间有复合材料补偿盘；所述的复合材料补偿盘有补偿盘主动轴孔与前盖主动轴孔以及后盖主动轴孔处于同一轴线上；所述的复合材料补偿盘有补偿盘从动轴孔与前盖从动轴孔以及后盖从动轴孔处于同一轴线上；所述的复合材料补偿盘的补偿盘双半圆外轮廓与双半圆孔滑动配合；所述的补偿盘主动轴孔与所述的补偿盘从动轴孔之间有50至60毫米的间距；所述的主合金齿轮和所述的从合金齿轮与所述的后外端盖之间有复合材料摩擦盘；所述的复合材料摩擦盘有摩擦盘主动轴孔与前盖主动轴孔以及后盖主动轴孔处于同一轴线上；所述的复合材料摩擦盘有摩擦盘从动轴孔与前盖从动轴孔以及后盖从动轴孔处于同一轴线上；所述的复合材料摩擦盘的摩擦盘双半圆外轮廓与双半圆孔滑动配合；所述的摩擦盘主动轴孔与所述的摩擦盘从动轴孔之间有50至60毫米的间距；且所述的复合材料补偿盘和所述的复合材料摩擦盘均为Fe/Al金属间化合物与Al203陶瓷形成复合材料，各组成部分均采用重量百分比(wt%)为；Al2O3 85～87，Fe/Al金属间化合物13～15；所述的Fe/Al金属间化合物自身组分重量百分比(wt%)为：Al（铝）：15.1～15.9、Ce（铈）：0～0.5、Mo(钼)：0～1.5、Cr（铬）：0～3.0、Ni(镍)：0～2.0、W（钨）：0～2.0、Co (钴)：0～1.0、TiC(碳化钛)：0～1.5、WC(碳化钨)：0～1.5，其余为Fe（铁）；所述的主合金齿轮和所述的从合金齿轮均为Nb（铌）微合金化高强度粉末冶金材料，主要由以下质量配比的原料成份组成：NbCl4 0.10～0.12%、石墨粉0.4～0.5%、硬脂酸锌0.9～1.1%，其余为铁粉。
作为进一步改进：所述的主动轴与前盖主动轴孔以及后盖主动轴孔之间为滑动配合。
作为进一步改进：所述的从动轴与前盖从动轴孔以及后盖从动轴孔之间为滑动配合。
作为进一步改进：所述的补偿盘主动轴孔与主动轴间隙配合；所述的补偿盘从动轴孔与从动轴间隙配合。
作为进一步改进：所述的摩擦盘主动轴孔与主动轴间隙配合；所述的摩擦盘从动轴孔与从动轴间隙配合。
本发明的有益效果是：采用了预合成的Fe/Al金属间化合物与Al203形成复合材料。Fe/Al金属间化合物通过高能球磨机械合金化预合成，也可以通过机械合金化结合气氛保护下的热处理工艺获得，能满足特定工况的所有条件同时亦具有良好的性价比。本发明所制复合材料补偿盘和复合材料摩擦盘的主要性能可以达到：抗弯强度在700～900MPa之间，表面硬度在HRA 90～92之间。经精加工后，复合材料补偿盘的正平面以及复合材料摩擦盘的内侧平面经精密磨削后表面粗糙度在0.0002至0.0004毫米之间，实现超级镜面，确保长期稳定运行无磨损故障。
内压通路的一端连通着补偿盘背面空腔，内压通路的另一端连通着内螺纹排出口，借助于内压通道在补偿盘背面空腔所产生的轴向力，使得复合材料补偿盘的正平面紧贴着主合金齿轮和从合金齿轮的一侧端平面，迫使主合金齿轮和从合金齿轮的另一侧端平面紧贴着复合材料摩擦盘的内侧平面，构成轴向端面磨损补偿间隙控制技术。Fe/Al金属间化合物与Al203形成复合材料能满足特定工况的所有条件，确保齿轮泵始终处于高效密封状况运行。本发明构思新颖，结构独特，可批量生产制造，市场应用潜力巨大。
附图说明
图1是本发明整体通过两主轴线的剖面图。
图2是图1中的复合材料补偿盘40的背面侧立体图。
图3是图1中的复合材料摩擦盘50的立体图。
图4是图1中的P-P剖视图。
图5是图1中Q-Q截面的剖视图。
图6是图5中R-R阶梯剖视图。
具体实施方式
结合附图和实施例，进一步对本发明的结构和工作原理作详细说明：
在图1、图4中，一种自密封齿轮泵，内螺纹吸入口86和内螺纹排出口84位于泵体80两外侧；所述的泵体80的两端面与双半圆孔85相互垂直，两端面上分别盖有前外端盖60和后外端盖90，并都有端盖螺钉70紧固；所述的前外端盖60的前盖主动轴孔61与后外端盖90的后盖主动轴孔91处于同一轴线上；所述的前外端盖60的前盖从动轴孔62与后外端盖90的后盖从动轴孔92处于同一轴线上；主合金齿轮51与主动轴11固定配合位于所述的前外端盖60与所述的后外端盖90之间；从合金齿轮52与从动轴12固定配合位于所述的前外端盖60与所述的后外端盖90之间；所述的主合金齿轮51与所述的从合金齿轮52相互啮合，作为改进：所述的泵体80上有一条内压通路30，内压通路30的一端连通着补偿盘背面空腔43，内压通路30的另一端连通着所述的内螺纹排出口84；所述的主合金齿轮51和所述的从合金齿轮52与所述的前外端盖60之间有复合材料补偿盘40；所述的复合材料补偿盘40有补偿盘主动轴孔411与前盖主动轴孔61以及后盖主动轴孔91处于同一轴线上；所述的复合材料补偿盘40有补偿盘从动轴孔412与前盖从动轴孔62以及后盖从动轴孔92处于同一轴线上；所述的复合材料补偿盘40的补偿盘双半圆外轮廓48与双半圆孔85滑动配合；所述的补偿盘主动轴孔411与所述的补偿盘从动轴孔412之间有50至60毫米的间距；所述的主合金齿轮51和所述的从合金齿轮52与所述的后外端盖90之间有复合材料摩擦盘50；所述的复合材料摩擦盘50有摩擦盘主动轴孔511与前盖主动轴孔61以及后盖主动轴孔91处于同一轴线上；所述的复合材料摩擦盘50有摩擦盘从动轴孔512与前盖从动轴孔62以及后盖从动轴孔92处于同一轴线上；所述的复合材料摩擦盘50的摩擦盘双半圆外轮廓58与双半圆孔85滑动配合；所述的摩擦盘主动轴孔511与所述的摩擦盘从动轴孔512之间有50至60毫米的间距；且所述的复合材料补偿盘40和所述的复合材料摩擦盘50均为Fe/Al金属间化合物与Al203陶瓷形成复合材料，各组成部分均采用重量百分比(wt%)为：Al2O3 85～87，Fe/Al金属间化合物13～15；所述的Fe/Al金属间化合物自身组分重量百分比(wt%)为：Al（铝）：15.1～15.2、Ce（铈）：0～0.5、Mo(钼)：0～1.5、Cr（铬）：0～3.0、Ni(镍)：0～2.0、W（钨）：0～2.0、Co(钴)：0～1.0、TiC (碳化钛)：0～1.5、WC(碳化钨)：0～1.5，其余为Fe（铁）；所述的主合金齿轮51和所述的从合金齿轮52均为Nb（铌）微合金化高强度粉末冶金材料，主要由以下质量配比的原料成份组成：NbCl4 0.10～0.12%、石墨粉0.4～0.5%、硬脂酸锌0.9～1.1%，其余为铁粉。
作为进一步改进：所述的主动轴11与前盖主动轴孔61以及后盖主动轴孔91之间为滑动配合。
作为进一步改进：所述的从动轴12与前盖从动轴孔62以及后盖从动轴孔92之间为滑动配合。
作为进一步改进：所述的补偿盘主动轴孔411与主动轴11间隙配合；所述的补偿盘从动轴孔412与从动轴12间隙配合。
作为进一步改进：所述的摩擦盘主动轴孔511与主动轴11间隙配合；所述的摩擦盘从动轴孔512与从动轴12间隙配合。
在图2、图3中，本发明的突出特点是采用了预合成的Fe/Al金属间化合物与Al203形成复合材料作为摩擦面。Fe/Al金属间化合物通过高能球磨机械合金化预合成。
本发明的复合材料可以采用冷压等静压成型和无压烧结工艺。由于本发明直接采用预先合成的Fe/Al金属间化合物与Al203陶瓷复合，从而可形成两大系列的复合材料，即：Alz0,基Fe/Al金属间化合物复合材料和Fe/Al金属间化合物基Al203陶瓷复合材料。前者利用Fe/Al金属间化合物提高Al203陶瓷材料的韧性，后者利用Al203陶瓷材料提高Fe/Al金属间化合物的硬度、耐高温和抗氧化性能。
下面给出本发明的一个最佳实施例：
Fe-Al基料的配比为重量百分比(wt%)：Al=15.2，Fe=83.8，W =l.0。复合材料的配比为重量百分比(wt%)：Fe-Al基料14，氧化铝细粉86；首先按Fe-Al基料的比例准确称料，用高速球磨机球磨20小时，得到Fe-Al金属间化合物基料；按复合材料的比例配料，加入无水乙醇球磨2小时，浆料在真空干燥箱中干燥、制粉；粉料装入石墨模具中，在气氛保护烧结炉中烧结，保护气体为H2，烧成温度1360℃，压力30MPa，保温保压15分钟。制得氧化铝基Fe-Al金属间化合物陶瓷复合材料。经精加工后，复合材料补偿盘的正平面以及复合材料摩擦盘的内侧平面经精密磨削后表面粗糙度在0.0002至0.0004毫米之间，实现超级镜面，确保长期稳定运行无磨损故障。
安装步骤如下：
在图1中，实施例选择主合金齿轮51为17齿数，从合金齿轮52也为17齿数。泵体80的每一侧的端盖螺钉70数为6颗。
在泵体80的一侧端面上加放密封垫片，用6颗端盖螺钉70将后外端盖90固定在泵体80的一侧端面上。
在后盖主动轴孔91的沟槽中放入主动轴密封圈21；在后盖从动轴孔92的沟槽中放入从动轴密封圈22。
将复合材料摩擦盘50放入泵体80内，让复合材料摩擦盘50的外侧平面贴着后外端盖90内侧平面。
将主合金齿轮51静止固定在主动轴11的适当位置；将从合金齿轮52静止固定在从动轴12的适当位置。再将主动轴11的轴后端穿越过补偿盘主动轴孔411插入后盖主动轴孔91中；从动轴12的轴后端穿越过补偿盘从动轴孔412插入后盖从动轴孔92中，主合金齿轮51与从合金齿轮52相互啮合，使得主合金齿轮51和从合金齿轮52的一侧端面贴着复合材料摩擦盘50的内侧平面。
将复合材料补偿盘40的正平面朝向主合金齿轮51和从合金齿轮52，让补偿盘主动轴孔411套入主动轴11的轴前端，让补偿盘从动轴孔412套入从动轴12的轴前端，使得主合金齿轮51和从合金齿轮52的另一侧端面贴着复合材料补偿盘40的正平面，补偿盘双半圆外轮廓48与双半圆孔85滑动配合。
在前盖主动轴孔61的沟槽中和前盖从动轴孔62的沟槽中分别放入主动轴密封圈21和从动轴密封圈22。
在泵体80的另一侧端面上加放密封垫片，用6颗端盖螺钉70将前外端盖60固定在泵体80的另一侧端面上，使得主动轴11的轴前端穿越过前盖主动轴孔61，主动轴键槽17处于前外端盖60外；从动轴12的轴前端穿越过前盖从动轴孔62。泵体80上有一条内压通路30，内压通路30的一端连通着补偿盘背面空腔43，内压通路30的另一端连通着内螺纹排出口84。
工作运行时如下：
在图5和图6中，外力通过主动轴键槽17输入，由主动轴11连带主合金齿轮51旋转，通过主、从合金齿轮啮合，驱使从合金齿轮52反方向旋转，主合金齿轮51外圆和从合金齿轮52外圆都与双半圆孔滑动配合。
主合金齿轮51和从合金齿轮52在旋转时通过相邻两齿工作空间，不断地将液态工作介质从内螺纹吸入口86带入相邻两齿工作空间，旋转半圆周后，排挤到内螺纹排出口84，周而复始。
内压通路30的一端连通着补偿盘背面空腔43，内压通路30的另一端连通着内螺纹排出口84，借助于内压通道30在补偿盘背面空腔43所产生的轴向力，使得复合材料补偿盘40的正平面紧贴着主合金齿轮51和从合金齿轮52的一侧端平面，迫使主合金齿轮51和从合金齿轮52的另一侧端平面紧贴着复合材料摩擦盘50的内侧平面，构成轴向端面磨损补偿间隙控制技术。Fe/Al金属间化合物与Al203形成复合材料能满足特定工况的所有条件，确保齿轮泵始终处于高效密封状况运行。
Claims (5)
1.一种自密封齿轮泵，内螺纹吸入口（86）和内螺纹排出口（84）位于泵体（80）两外侧；所述的泵体（80）的两端面与双半圆孔（85）相互垂直，两端面上分别盖有前外端盖（60）和后外端盖（90），并都有端盖螺钉（70）紧固；所述的前外端盖（60）的前盖主动轴孔（61）与后外端盖（90）的后盖主动轴孔（91）处于同一轴线上；所述的前外端盖（60）的前盖从动轴孔（62）与后外端盖（90）的后盖从动轴孔（92）处于同一轴线上；主合金齿轮（51）与主动轴（11）固定配合位于所述的前外端盖（60）与所述的后外端盖（90）之间；从合金齿轮（52）与从动轴（12）固定配合位于所述的前外端盖（60）与所述的后外端盖（90）之间；所述的主合金齿轮（51）与所述的从合金齿轮（52）相互啮合，其特征是：所述的泵体（80）上有一条内压通路（30），内压通路（30）的一端连通着补偿盘背面空腔（43），内压通路（30）的另一端连通着所述的内螺纹排出口（84）；所述的主合金齿轮（51）和所述的从合金齿轮（52）与所述的前外端盖（60）之间有复合材料补偿盘（40）；所述的复合材料补偿盘（40）有补偿盘主动轴孔（411）与前盖主动轴孔（61）以及后盖主动轴孔（91）处于同一轴线上；所述的复合材料补偿盘（40）有补偿盘从动轴孔（412）与前盖从动轴孔（62）以及后盖从动轴孔（92）处于同一轴线上；所述的复合材料补偿盘（40）的补偿盘双半圆外轮廓（48）与双半圆孔（85）滑动配合；所述的补偿盘主动轴孔（411）与所述的补偿盘从动轴孔（412）之间有50至60毫米的间距；所述的主合金齿轮（51）和所述的从合金齿轮（52）与所述的后外端盖（90）之间有复合材料摩擦盘（50）；所述的复合材料摩擦盘（50）有摩擦盘主动轴孔（511）与前盖主动轴孔（61）以及后盖主动轴孔（91）处于同一轴线上；所述的复合材料摩擦盘（50）有摩擦盘从动轴孔（512）与前盖从动轴孔（62）以及后盖从动轴孔（92）处于同一轴线上；所述的复合材料摩擦盘（50）的摩擦盘双半圆外轮廓（58）与双半圆孔（85）滑动配合；所述的摩擦盘主动轴孔（511）与所述的摩擦盘从动轴孔（512）之间有50至60毫米的间距；且所述的复合材料补偿盘（40）和所述的复合材料摩擦盘（50）均为Fe/Al金属间化合物与Al203陶瓷形成复合材料，各组成部分均采用重量百分比(wt%)为：Al2O3 85～87，Fe/Al金属间化合物13～15；所述的Fe/Al金属间化合物自身组分重量百分比(wt%)为：Al（铝）:15.1～15.2、Ce（铈）：0～0.5、Mo(钼)：0～1.5、Cr（铬）：0～3.0、Ni(镍)：0～2.0、W（钨）：0～2.0、Co(钴)：0～1.0、TiC(碳化钛)：0～1.5、WC(碳化钨)：0～1.5，其余为Fe（铁）；所述的主合金齿轮（51）和所述的从合金齿轮（52）均为Nb（铌）微合金化高强度粉末冶金材料，主要由以下质量配比的原料成份组成：NbCl4 0.10～0.12%、石墨粉0.4～0.5%、硬脂酸锌0.9～1.1%，其余为铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种自密封齿轮泵，其特征是：所述的主动轴（11）与前盖主动轴孔（61）以及后盖主动轴孔（91）之间为滑动配合。
3.根据权利要求1所述的一种自密封齿轮泵，其特征是：所述的从动轴（12）与前盖从动轴孔（62）以及后盖从动轴孔（92）之间为滑动配合。
4.根据权利要求1所述的一种自密封齿轮泵，其特征是：所述的补偿盘主动轴孔（411）与主动轴（11）间隙配合；所述的补偿盘从动轴孔（412）与从动轴（12）间隙配合。
5.根据权利要求1所述的一种自密封齿轮泵，其特征是：所述的摩擦盘主动轴孔（511）与主动轴（11）间隙配合；所述的摩擦盘从动轴孔（512）与从动轴（12）间隙配合。
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