CN103206383B - 带叶轮中心补压调节装置的气心泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带叶轮中心补压调节装置的气心泵，通过带有叶轮中心补压调节装置进而提高气心泵的工作性能和效率，本发明通过进口节流阀阀口前后压比控制的叶轮中心补压调节装置能有效避免或抑制叶轮中心压力过低而出现的气穴，以及由此产生的危害。

Description

带叶轮中心补压调节装置的气心泵

技术领域：

本发明涉及一种大流量调节比的燃油泵，尤指一种气心泵，该气心泵带有一种用于提高气心泵工作性能和效率的叶轮中心补压调节装置。

背景技术：

气心式油泵(气心泵)是近年来在离心泵的基础上发展而来的新式油泵，可用于大流量、低粘度、强腐蚀介质的泵油场合。这类动力式泵与容积泵相比，具有诸多优势，如可用于泵润滑性能较差的液体或有腐蚀性的液体，可在较低的压头下供应大流量液体。

气心泵的主要结构特点是在泵体工作部分无摩擦工作面。但通常情况下普通离心泵的效率在节流时比柱塞泵要低得多，而气心泵的性能就很优越，如：气心泵采取直接机械传动，原动输出轴与泵之间不需要减速装置；比出口节流式离心泵的功率消耗小得多；比出口节流式离心泵在低供油量时油的温升小得多；控制及调节装置的复杂程度比涡轮泵要减化很多，能满足如药液输送、舰船燃油或冷却系统及燃气轮机供油及其它大流量调节供油等场合的应用需求。

气心泵可看作是在离心泵基础上增加进口节流装置而成，借助改变泵进口节流阀的开度来实现流量调节。由于存在多处节流、绕流等，在局部压力过低或压差较大时易析出气泡，严重的更导致气蚀。气蚀是一种液体从汽化产生的空泡至气泡完全破灭，使过流部件受到腐蚀、损坏的现象。一般进口节流对任何离心泵都会造成进口空穴现象，在燃油中出现气泡，会使叶轮表面受到浸蚀而形成麻点。由试验测试发现，气心在工作叶轮叶栅通道内形成后，可大体将其内的截止流动模型分成两个：气心区和液流区，两者间有一层厚度较薄的交界层。气心泵中，由于气心区气态所占比例相当大，很少存在像离心泵那样的液体挤破气泡时强烈冲击造成金属表面的腐蚀；但液-气交界层是气泡密集地带，存在大量气到液的相变，便可能造成气蚀破坏；至于液流区，与离心泵在工作轮内的流动无差别，而且夹杂一部分由气心区来的气泡，这些气泡在压力高的地方(如工作轮边缘、出口装置)，也可能造成气蚀破坏。气心泵的气蚀在叶轮及叶片上表现得尤为严重。被气蚀破坏了的叶轮表面腐蚀成一个个凹坑或小孔，严重时被腐蚀成海棉状，甚至使叶片脱落。在进口导管处也可能发生气蚀破坏现象。气心泵叶片一旦被气蚀之后，不仅会引起泵的振动和噪音加强，而且会使流量、压力、功率和效率等迅速下降，严重时会造成泵进口或叶轮处破坏，导致泵不能正常工作。气蚀现象常常是造成气心泵出现故障的主要原因之一。

传统抑制气穴的方法有：尽量缩短进口长度；在工作叶轮前装一个预压导轮；提高吸油管的表面精度；进口处的流通面积应当足够以满足流量不饱和；正确选择液流进入工作叶轮叶片进口边缘的冲角，使相对速度降低；把叶片的进口端作成具有小半径圆角的尖角形，同时使叶片从薄到厚平滑过渡；选择转速时，应在保证不发生气蚀破坏的条件下，使转速愈大愈好；在叶轮进口处增设一个小的辅助离心泵，以该泵的出口压力来增高叶轮的进口处的压头等众多方法。这些方法在结构及工况等方面提出了抑制气穴的方法，但其无论发生气穴与否都存在于流道中，抑制气泡产生的同时一定程度限制了泵的性能。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明提供一种带叶轮中心补压调节装置的气心泵，通过带有叶轮中心补压调节装置进而提高气心泵的工作性能和效率。

本发明采用如下技术方案：一种带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其包括有：传动组件，所述传动组件包括有传动轴及与传动轴相联接的输入轴；叶轮组件，所述叶轮组件包括有固定于所述传动轴上的叶轮；进口调节组件，所述进口调节组件包括复位弹簧，进口节流阀与电磁阀，所述进口调节组件设置有调节所述进口节流阀左侧随动活塞两侧的控制压力进而调节所述气心泵进口流量的控制通道；叶轮中心补压调节装置，其包括有压比控制阀、调整弹簧、单向阀阀芯、压紧弹簧，调整弹簧置于压比控制阀高压腔内，压紧弹簧安装在单向阀阀芯内腔内，通过调整弹簧的预压力及压比控制阀两端的有效作用面积比，得出需要压比控制阀动作的调节工作点，燃油进入气心泵进口后，在所述电磁阀、进口节流阀左端活塞的联合驱动控制下，进口节流阀调节进入泵内的燃油流量，燃油经叶轮旋转做功，在气心泵燃油出口处形成高压油液向系统供油，所述叶轮中心补压调节装置中，在叶轮中心压力过低时，将进口节流阀阀口处的较高压力燃油部分引至叶轮中心，提高叶轮中心气泡溢出临界点的局部低压。

所述传动轴与输入轴通过花键连接，传动轴为内花键，输入轴为外花键。

所述传动轴以一副深沟球轴承支承，所述传动组件包括有紧压于右侧深沟球轴承的轴承端盖、抵紧于左侧深沟球轴承的挡板，所述深沟球轴承通过轴承端盖和挡板轴向定位。

所述深沟球轴承之间安装滑油套筒，所述滑油套筒中间开有圆孔，滑油通过滑油套筒并对轴承高速工作面进行油润滑。

所述传动轴左端采用双列径向轴承，双列径向轴承内圈安装有衬套，双列径向轴承外圈安装有轴承安装座，衬套与轴承安装座之间实现机械密封从而限制传动轴及叶轮的轴向位移和径向跳动。

所述叶轮采用闭式结构，由叶片、前盖板、后盖板、轮毂组成，叶片采用径向直叶片。

所述叶轮组件还包括有与所述叶轮相匹配的蜗壳，所述蜗壳采用螺旋形蜗壳体，沿蜗壳体的流体流动方向，壳体的截面积逐渐增大。

所述蜗壳收集从叶轮中甩出的液体，所述叶轮组件还包括有使前述液体中的部分动能转变成压力能的扩散管，所述扩散管的扩散角为8°-12°。

所述气心泵进口流量的控制通道包括有第一控制通道和第二控制通道，所述第一控制通道中接入高压油，所述进口节流阀阀口开度增大，所述第二控制通道中接入高压油，所述进口节流阀阀口开度减少。

所述输入轴通过传动轴连接至叶轮，所述叶轮中心对接有进口节流阀，所述进口节流阀左端的随动活塞调整进口节流阀开度进行气心泵燃油流量的调节。

本发明具有如下有益效果:

(1).通过进口节流阀阀口前后压比控制的叶轮中心补压调节装置能有效避免或抑制叶轮中心压力过低而出现的气穴，以及由此产生的危害；

(2).该泵可以运用于液压油、煤油、纯水和海水及其它低粘度混合液等多种液体为工作介质的场合，能够改善不同工作介质下叶轮中心的气穴发生发展情况；

(3).安装基体接口简单，零部件的装拆十分方便；

(4).本发明中的叶轮中心补压调节装置，具有结构简单、抑制气穴效果好且不丧失其它性能指标等特点，能满足泵的工作体积小、重量轻等众多优势。

附图说明：

图1为本发明带叶轮中心补压调节装置的气心泵的局部剖视图。

图2为图1所示的带叶轮中心补压调节装置的气心泵的原理示意图。

图3为图1所示的带叶轮中心补压调节装置的气心泵的整体剖视图。

图4为图1所示的带叶轮中心补压调节装置的气心泵中的叶轮侧面结构图。

图5为图1所示的带叶轮中心补压调节装置的气心泵中的叶轮中心补压调节装置的结构示意图。

其中：

1-传动组件、1.1-衬套、1.2-螺钉、1.3-密封垫片、1.4-轴承端盖、1.5-传动轴、1.6-输入轴、1.7-弹簧、1.8-深沟球轴承、1.9-滑油套筒、1.10-挡板、1.11-调整块、1.12-径向轴承、1.13-衬套、1.14-轴承安装座、2-叶轮组件、2.1-螺母、2.2-垫片、2.3-叶轮、2.4-蜗壳、2.5-扩散管、3-进口调节组件、3.1-复位弹簧、3.2-紧固螺母、3.3-进口节流阀、3.4-电磁阀、4-叶轮中心补压调节装置、4.1-压比控制阀、4.2-调整弹簧、4.3-单向阀、4.4-压紧弹簧、4.5.1-固定液阻、4.5.2-固定液阻。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明(均以燃油为例)。

请参照图1所示，本发明带叶轮中心补压调节装置的气心泵包括有传动组件1、叶轮组件2、进口调节组件3及叶轮中心补压调节装置4。

请参照图1并结合图2至图5所示，本发明传动组件1包括衬套1.1、螺钉1.2、密封垫片1.3、轴承端盖1.4、传动轴1.5、输入轴1.6、弹簧1.7、深沟球轴承1.8、滑油套筒1.9、挡板1.10、调整块1.11、径向轴承1.12、衬套1.13、轴承安装座1.14。在右端轴承端盖1.4与衬套1.1之间采用密封垫片1.3调整间隙，在拧紧螺钉1.2时需对称均匀，宜用对角逐渐拧紧作业顺序以避免间隙不均匀而影响密封性和泵的工作性能。密封垫片1.3采用厚度为0.2、0.5、1毫米的铅箔冲制而成。传动轴1.5与输入轴1.6通过花键连接，传动轴1.5为内花键，输入轴1.6的头部为外花键，其中输入轴1.6的外花键稍短于传动轴1.5上的内花键，同时花键联接选用渐开线花键，这种方式传递扭矩柔性好、平稳可靠。输入轴1.6尾部(左端)安装有调整弹簧1.7，用来补偿输入轴1.6沿花键槽的轴向载荷，以便受到轴向载荷时能够自动补偿，防止附件偏载的存在，保证传动轴1.5与输入轴1.6的正常联接与平顺传动，继而保证泵的正常工作。传动轴1.5以一副深沟球轴承1.8支承，右侧深沟球轴1.8紧压以轴承端盖1.4，左侧深沟球轴承通过调整块1.11、挡板1.10抵紧。深沟球轴承1.8之间安装滑油套筒1.9，滑油套筒1.9接近泵体的一侧，在其中间开有圆孔，使滑油可以通过并对轴承高速工作面进行油润滑。传动轴1.5左端采用双列径向轴承1.12，上下分别安装衬套1.13、轴承安装座1.14，衬套1.13与轴承安装座1.14之间实现机械密封从而限制传动轴1.5及工作叶轮2.3的轴向位移和径向跳动，进而保证叶轮2.3工作稳定及与周边泵体的安全间隙，径向轴承1.12与泵体之间安装的衬套1.13也实现燃油与滑油的隔离与密封。轴承安装座1.14固定于泵体上，在与泵体接触的两边分别留有滑油通道，方便润滑油流入。

叶轮组件2包括螺母2.1、垫片2.2、叶轮2.3，用螺母2.1和垫片2.2将叶轮2.3固定在传动轴1.5上。叶轮2.3采用闭式结构，由叶片、前盖板、后盖板、轮毂组成，叶片采用径向直叶片，以在同样转速和尺寸下获得较高的扬程。叶片数为20。叶轮2.3与蜗壳2.4相匹配，蜗壳2.4采用螺旋形壳体，沿蜗壳2.4的流体流动方向，壳体的截面积不断增大，以使流体在各个截面的平均流速大致相等。蜗壳2.4收集从叶轮中流出的液体，出口附近的扩散管2.5使液体中的部分动能转变成压力能。为减少扩散管2.5的损失，其扩散角θ取8°-12°。泵舌与叶轮2.3外径的间隙不能太小，否则在大流量工况下泵舌处容易产生气蚀，另外间隙太小也容易引起液流阻力增大而产生噪声与振动。当然，间隙也不能太大，否则在间隙处会引起旋转的液体环流，消耗能量，降低泵的容积效率。同时安装时也要注意叶轮2.3与泵体之间的间隙，在保证正常工作条件下，尽量减小叶轮2.3轮盘底与泵体之间的间隙。

进口调节组件3包括复位弹簧3.1、紧固螺母3.2、进口节流阀3.3、电磁阀3.4。通过压力通道e与d调节进口节流阀3.3左端随动活塞两侧的控制压力，并结合复位弹簧3.1的预紧力调节气心泵进口流量。弹簧预紧力的调定需综合多个因素，如进口节流阀3.3阀口所受的液动力、阀芯运动产生的摩擦力和随动活塞左右两侧所受的轴向液压力等。压力油第一控制通道e与第二控制通道d分别连通进口节流阀3.3随动活塞的左腔与右腔，随动活塞左侧安装一复位弹簧3.1，实现进口节流阀3.3的复位和稳定。当需要进口节流阀3.3阀口开度变大时，从压力第一控制通道e接入高压油，使随动活塞左腔的油压高于右腔，从而在活塞的带动下推动进口节流阀3.3阀芯向右运动，使进口节流阀3.3阀口开度增大。相反，当需要进口节流阀3.3开度减小时，压力第二控制通道d接入高压油，推动进口节流阀3.3向左运动，减小阀口开度。若采用单向控制电磁阀3.4，则只需一个流道为高压腔，如d为高压腔，e则为低压腔回油腔，通过电磁阀3.4动作实现高压油的通断来改变随动活塞的位置以达到调节进口节流阀3.3开度的目的。通常由于流入泵的燃油压力不变，随着进口节流阀阀口开度的变化，泵出口的燃油流量亦相应变化，进而实现调节泵输出燃油流量的目的。

叶轮中心补压调节装置4包括压比控制阀4.1、调整弹簧4.2、单向阀4.3、压紧弹簧4.4。通道a连接压比控制阀4.1的弹簧腔与中腔。在叶轮中心补压调节装置处于非工作状态时，通道a到压比控制阀4.1中腔的油路断开，仅连接压比控制阀4.1的弹簧腔。同时，阀芯中腔还连接有通道c，通道c与单向阀4.3入口连通。当本发明的叶轮2.3中心低压区叶轮中心补压调节装置处于非工作状态时，单向阀4.3处于关断状态。单向阀4.3的出口连接通道b，通道b连接至叶轮2.3中心偏上的位置。在工作状态，通过设计调整弹簧4.2的预紧力及阀芯4.3两端的横截面面积大小，在叶轮2.3中心压力较低或已出现气穴时，使进口节流阀3.3入口处的较高压力燃油通过通道a进入叶轮中心补压调节装置，在压比的作用下使该装置动作，从通道c进入并顶开单向阀4.3，流入通道b，进而使燃油进入叶轮2.3中心，提高叶轮2.3中心局部燃油压力，减缓并抑制叶轮2.3中心的气泡溢出和气穴现象发生，进而抑制气蚀带来的破坏，并提高其工作效率。另外，由于装有单向阀4.3，当泵出口燃油压力突然变大时，可以有效防止燃油从本发明的气心泵叶轮中心补压调节装置倒流进入燃油入口，提高了泵的工作安全性能。在本发明中的叶轮2.3中心引流补压装置的进出口燃油通道分别安装有一个固定液阻4.5.1与4.5.2，在燃油压力有宽幅瞬时波动时，可以防止压力脉动对压比控制阀4.1的阀芯位移的影响，进而避免了因燃油压力脉动而造成的不必要引流，提高本装置稳定性的同时保证了泵的工作效率。

请参照图2所示，本发明气心泵的工作原理如下：燃油由气心泵进口A进入。在电磁阀3.4、进口节流阀3.3左端活塞的联合驱动控制下，进口节流阀3.3调节进入泵内的燃油流量。燃油经叶轮2.3旋转做功，在气心泵燃油出口B处形成高压油液向系统供油。由于气心泵的转速较高，小流量工况易在叶轮2.3中心产生大量气泡形成气穴，本发明中通过增加的叶轮中心补压调节装置，从气穴发生条件入手，在叶轮2.3中心压力过低时，将进口节流阀3.3阀口处的较高压力燃油部分引至叶轮2.3中心(对泵的输出流量影响较小)，提高叶轮2.3中心气泡溢出临界点的局部低压，抑制气穴现象的发生，从而提高泵的工作寿命及效率。

请参照图1并结合图2至图5所示，输入轴1.6通过传动轴1.5连接至叶轮2.3，叶轮2.3中心对接有进口节流阀3.3，进口节流阀3.3左端随动活塞调整其开度，实现气心泵燃油流量的调节。气心泵泵尾部的轴系部件设有滑油通道，润滑油从通道f进入泵体，流经各转动部件后，从通道g和h流出。同时，少量进入传动组件的燃油也可以从通道g和h流出，这样既可防止工作部件局部温度过高，也可以起到润滑作用，确保气心泵泵运行可靠并延长其工作寿命。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其包括有：

传动组件，所述传动组件包括有传动轴及与传动轴相联接的输入轴；

叶轮组件，所述叶轮组件包括有固定于所述传动轴上的叶轮；

进口调节组件，所述进口调节组件包括复位弹簧，进口节流阀与电磁阀，所述进口调节组件设置有调节所述进口节流阀左侧随动活塞两侧的控制压力进而调节所述气心泵进口流量的控制通道；

叶轮中心补压调节装置，其包括有压比控制阀、调整弹簧、单向阀阀芯、压紧弹簧，调整弹簧置于压比控制阀高压腔内，压紧弹簧安装在单向阀阀芯内腔内，通过调整弹簧的预压力及压比控制阀两端的有效作用面积比，得出需要压比控制阀动作的调节工作点，其特征在于：

燃油进入气心泵进口后，在所述电磁阀、进口节流阀左端活塞的联合驱动控制下，进口节流阀调节进入泵内的燃油流量，燃油经叶轮旋转做功，在气心泵燃油出口处形成高压油液向系统供油，所述叶轮中心补压调节装置中，在叶轮中心压力过低时，将进口节流阀阀口处的较高压力燃油部分引至叶轮中心，提高叶轮中心气泡溢出临界点的局部低压。

2.如权利要求1所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述传动轴与输入轴通过花键连接，传动轴为内花键，输入轴为外花键。

3.如权利要求2所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述传动轴以一副深沟球轴承支承，所述传动组件包括有紧压于右侧深沟球轴承的轴承端盖、抵紧于左侧深沟球轴承的挡板，所述深沟球轴承通过轴承端盖和挡板轴向定位。

4.如权利要求3所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述深沟球轴承之间安装滑油套筒，所述滑油套筒中间开有圆孔，滑油通过滑油套筒并对轴承高速工作面进行油润滑。

5.如权利要求4所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述传动轴左端采用双列径向轴承，双列径向轴承内圈安装有衬套，双列径向轴承外圈安装有轴承安装座，衬套与轴承安装座之间实现机械密封从而限制传动轴及叶轮的轴向位移和径向跳动。

6.如权利要求5所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述叶轮采用闭式结构，由叶片、前盖板、后盖板、轮毂组成，叶片采用径向直叶片。

7.如权利要求6所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述叶轮组件还包括有与所述叶轮相匹配的蜗壳，所述蜗壳采用螺旋形蜗壳体，沿蜗壳体的流体流动方向，壳体的截面积逐渐增大。

8.如权利要求7所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述蜗壳收集从叶轮中甩出的液体，所述叶轮组件还包括有使前述液体中的部分动能转变成压力能的扩散管，所述扩散管的扩散角为8°-12°。

9.如权利要求8所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述气心泵进口流量的控制通道包括有第一控制通道和第二控制通道，所述第一控制通道中接入高压油，所述进口节流阀阀口开度增大，所述第二控制通道中接入高压油，所述进口节流阀阀口开度减少。

10.如权利要求1所述的带叶轮中心补压调节装置的气心泵，其特征在于：所述输入轴通过传动轴连接至叶轮，所述叶轮中心对接有进口节流阀，所述进口节流阀左端的随动活塞调整进口节流阀开度进行气心泵燃油流量的调节。