CN103306972B - 组合式凸轮泵转子、凸轮泵以及卸油扫舱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式凸轮泵转子，凸轮泵转子的叶片顶端设置有滚柱安装槽和转子引流槽，滚柱安装槽固定有滚柱轴，滚柱轴上安装滚柱，滚柱的两端设置有滚柱垫，滚柱垫上设置有滚柱垫引流槽，滚柱安装槽的内侧设置有平衡储油槽，平衡储油槽通过滚柱垫引流槽与转子引流槽相通。本发明凸轮转子组合转子旋转时，在离心力和平衡储油槽液压力的作用下滚柱将被甩出，被甩出的滚柱可以转动起来，滚柱顶端高出转子元件表面，减小了转子与定子以及转子与转子间的径向间隙，起到了径向补偿的作用，同时为转子元件缓解了部分磨损，此种转子的径向补偿方式，适用于同类任何形式的转子。

Description

组合式凸轮泵转子、凸轮泵以及卸油扫舱装置

技术领域

本发明涉及一种凸轮泵，尤其适用于输送高含气量介质的凸轮泵转子。

背景技术

凸轮泵是一种回转式容积泵，其工作原理是：通过一对同步齿轮啮合传动来带动两个转子同步反向旋转，使工作腔容积产生周期性变化，进而实现吸排介质的功能。由于凸轮泵的转子与转子以及转子与泵体之间都是非接触的，因此通常也称作非接触式转子泵。

凸轮泵实际使用中，介质中含有的杂质，会使凸轮转子难以避免地逐渐磨损，随其磨损程度的增加，泵的容积效率逐渐降低直至失效，同时磨损的凸轮转子需要整体替换，维修费用较大，因此减小或修复转子的磨损一直是凸轮泵的核心问题之一。现有的解决方案多采用弹性体或其他耐磨材料覆盖转子，本质上均是表面材料的改变。

由于采用非接触式设计，凸轮泵内的径向间隙较大，过流部件磨损、材料膨胀等问题均容易导致密封间隙失效，影响泵的性能。因此，提高密封性能、增大输送效率是凸轮泵领域的另一核心问题。现有的各种凸轮泵转子对径向间隙没有补偿功能，导致凸轮泵的压力和容积效率较低，限制了凸轮泵的应用范围。

凸轮泵具有良好的自吸能力，可用于气液混输，但在介质含气量较高的工况下，转子润滑不充分，磨损严重，同时液封不足会导致吸入能力降低，现有方案并不能使这类情况得到缓解，这也限制了凸轮泵的应用。

发明内容

本发明要解决凸轮泵转子易磨损、维修费用高、缺少径向间隙补偿功能以及对介质含气量高工况适应性差的问题，提供了一种组合式凸轮泵转子。

本发明的另一个目的在于提供包含上述转子的凸轮泵，以及包含上述凸轮泵的卸油扫舱装置。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

一种组合式凸轮泵转子，凸轮泵转子的叶片顶端设置有滚柱安装槽和转子引流槽，滚柱安装槽固定有滚柱轴，滚柱轴上安装滚柱，滚柱的两端设置有滚柱垫，滚柱垫上设置有滚柱垫引流槽，滚柱安装槽的内侧设置有平衡储油槽，平衡储油槽通过滚柱垫引流槽与转子引流槽相通。

作为优选，所述的凸轮泵转子采用组合式结构，包括左半转子和右半转子，两者通过连接销连接。

作为优选，所述的滚柱的表面设置储藏槽。

作为优选，所述的储藏槽为条形槽或网状槽。

一种凸轮泵，包括泵体，泵体内设置有上述的凸轮泵转子。

一种卸油扫舱装置，包括上述的凸轮泵。

作为优选，卸油扫舱装置包括气液分离装置，气液分离装置包括壳体、螺旋管、分离筛、引流管、浮球、浮球接管和球式止回阀，螺旋管安装在壳体上，其两端从壳体伸出，一端作为气液分离装置进口连接凸轮泵出口，另一端作为气液分离装置出口连接下游管路，分离筛设在壳体内部，且套在螺旋管外，引流管自壳体下端引出，其一端位于壳体内部，另一端经球式止回阀接至凸轮泵入口，浮球设置在壳体内，且位于引流管上方，浮球接管固定在浮球下端，并且套在引流管上。

作为优选，所述的浮球上方设置有浮球限位管，下方设置有浮球限位板。

作为优选，所述的螺旋管的上端开有多个射流孔。射流孔仅开在螺旋管的上端，保证分离器内能够保持一定的液位高度，同时保证在油液含气量较高时流经射流孔的介质以气体为主。

作为优选，所述浮球接管的管壁上开有若干小孔A，引流管管壁上开有若干小孔B，浮球下沉后使得小孔A与小孔B相通。

本发明凸轮转子的有益效果：

1、组合转子旋转时，在离心力和平衡储油槽液压力的作用下滚柱将被甩出，被甩出的滚柱可以转动起来，滚柱顶端高出转子元件表面，减小了转子与定子以及转子与转子间的径向间隙，起到了径向补偿的作用，同时为转子元件缓解了部分磨损，此种转子的径向补偿方式，适用于同类任何形式的转子。

2、在转子叶片顶端开设转子引流槽、滚柱垫引流槽和平衡储油槽，介质经转子引流槽和滚柱垫引流槽流至滚柱背侧的平衡储油槽，当介质中气体含量较大，润滑状态变差时，平衡储油槽内储存的液体可以被滚柱带至密封面，一方面起到持续润滑的作用，另一方面在密封面形成的液膜起到了密封作用，缓解了介质含气导致的吸入能力降低问题。

3、滚柱所具有的径向补偿作用，当组合式转子磨损达到一定程度需要维修时，只需更换其中的滚柱，而无需更换转子主体元件即可保证凸轮泵正常工作，降低了维修费用。

4、滚柱的表面设置储藏槽，储藏槽可以条形槽或网状槽等等各种形状，储藏槽在工作中可以起到储油、储屑的作用，使滚柱表面更易形成油膜，进一步降低了组合转子的磨损速率，提高其对介质含气量高工况适应性。

5、在组合转子的结构设计上，采用分体式结构，左右转子完全对称，加工与维修方便。

本发明的卸油扫舱装置采用凸轮转子泵作为扫舱泵，其较强的自吸能力可以实现引油与扫舱的功能；较大的流量使其可以作为主泵进行卸油；仅用一台泵可完成卸槽全段作业。考虑到介质含气量较大时，凸轮泵易出现润滑不足、自吸能力下降的问题，采用凸轮转子泵与气液分离装置联合作用的形式，其中，气液分离装置在每次使用前应预先储存一定量的油液。在引油阶段，凸轮泵主要抽排管路内的空气，处于干运转状态，此时气体进入气液分离装置，使其回流功能开启，装置内储液流至凸轮转子泵入口侧，随凸轮泵转子转动，在泵内形成油膜，为泵提供了润滑和液封，提高了泵的自吸能力；在卸油阶段，介质含气量较低，气液分离装置回流功能关闭，确保系统内不存在无意义的内循环，保证了系统的工作效率；在扫舱阶段，随着油罐内液位的下降，介质内含气量逐渐增高，当气液比达到一定值时，气液分离装置回流功能再次开启，装置内储液量可以维持泵正常工作至卸槽作业完成。

考虑到方便操作，采用减速电机驱动凸轮转子泵，流量调节灵活，增强了机组对不同工况的适应能力，并易于实现自动化控制。

本发明卸油扫舱装置集成度高，占地面积小，投资少，运行效率和可靠性高。可以单独使用，也可并入其他系统使用。机组便于做成可移动式，易于安装操作。

附图说明

图1为本发明凸轮泵转子的立体结构示意图。

图2为凸轮泵转子的剖面示意图（未安装滚柱）。

图3为凸轮泵转子的剖面示意图（已安装滚柱）。

图4为凸轮泵转子的截面示意图。

图5为滚柱的结构示意图。

图6为图5的侧视图。

图7为图6的C-C剖视图。

图8是滚柱的另一种结构示意图。

图9为本发明的凸轮泵的结构示意图。

图10为本发明的扫舱装置的立体结构示意图。

图11为本发明的气液分离装置的立体结构示意图。

图12为本发明的气液分离装置的内部结构示意图。

图13为图12中的A-A剖视图。

图14为图12中的B-B剖视图。

图15为图13中A处的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1-4，凸轮泵转子402上设置有四个叶片41，叶片41的外轮廓线可以是圆弧、摆线、渐开线或其他共轭曲线及其各种组合等等，叶片41顶端设置有滚柱安装槽420和转子引流槽403，滚柱安装槽420内固定有滚柱轴412，滚柱轴412两端通过轴向垫424固定在叶片上，滚柱405在滑动轴承425的支承下安装在滚柱轴412上，滚柱垫426安装在滚柱轴412上，且位于滚柱405的两端，由滚柱垫紧定销427固定限位。滚柱垫上设置有滚柱垫引流槽404，滚柱安装槽420的内侧设置有平衡储油槽406，平衡储油槽406通过滚柱垫引流槽404与转子引流槽403相通。

如图9，作为扫舱泵的凸轮泵4包括泵体401，泵体401内设置有两个凸轮泵转子402，泵体401一侧为进口423，另一侧为出口422。

转子旋转时，在离心力的作用下滚柱405将被甩出，滚柱顶端高出转子表面，转子旋转时滚柱也在旋转，被甩出的滚柱405减小了转子与定子以及转子与转子间的径向间隙，起到了径向补偿的作用。液压介质经转子引流槽403和滚柱垫引流槽404流至滚柱405背侧的平衡储油槽406，平衡储油槽内积蓄的液压介质在泵体内壁形成油膜，一方面可以缓解磨损，另一方面是在含气量高的状态下，形成的液膜有一定的液封作用，可以保证泵的吸入能力，同时平衡储油槽内介质作用在滚柱405上的液压力可以部分平衡掉转子引流槽处介质作用在滚柱405上的液压力，防止滚柱405偏磨。

凸轮泵转子402可以采用组合式结构，包括左半转子409和右半转子410，两者通过连接销411连接。这样维修滚柱405、滚主轴412等等部件的时候较为方便。

如图5-7，滚柱405的表面设置储藏槽413，储藏槽413可以条形槽或网状槽等等各种形状，储藏槽在工作中可以起到储油、储屑的作用，使滚柱表面更易形成油膜，提高其对介质含气量高工况适应性，保证了泵在高含气量下的吸入能力，同时降低了组合转子的磨损速率。

如图8，是滚柱的另一种结构，滚柱表面的储藏槽413为网状槽。

气液分离装置3与凸轮泵4组合后形成卸油扫舱装置，如图10所示，卸油扫舱装置，包括凸轮泵4、减速电机1、气液分离装置3，减速电机1通过联轴器与凸轮泵4连接，凸轮泵4、减速电机1以及气液分离装置3可以固定在移动基座2上，这样做成可移动式，易于安装操作，当然也可以做成固定式；如图9，凸轮泵4的出口422与气液分离装置3的入口39相通，其泵体入口侧开设回流孔7，回流孔7与气液分离装置3的回流管路11相通。

如图11-13，气液分离装置包括壳体31、螺旋管32、分离筛33、引流管34、浮球35、浮球接管36和球式止回阀30，螺旋管32安装在壳体31上，其两端从壳体31伸出，一端作为气液分离装置进口39连接凸轮泵出口422，另一端作为气液分离装置出口37连接下游管路（即通向储油仓库或者油罐的管路），分离筛33设置在壳体31内部，且套在螺旋管32外侧，分离筛33的内侧两端设置支撑环57，外侧两端设置套紧环58，套紧环58由内六角圆柱螺钉59紧固。

引流管34自壳体31下端引出，引流管34一端位于壳体31内部，引流管34另一端经球式止回阀30连接泵接管60，泵接管60连接凸轮泵入口423，如图15，球式止回阀30设置在靠近泵接管60的引流管34上，包括阀体61和阀芯62。

浮球35设置在壳体内31，且位于引流管34上方，浮球接管36固定在浮球35下端，并且套在引流管31上。浮球接管36的管壁上开有若干小孔A53，引流管34管壁上开有若干小孔B54，当浮球35处于浮起状态时，小孔A与小孔B不通，壳体内液体无法经引流管34流出；当浮球35处于下沉状态时，小孔A与小孔B相通，壳体内液体可流入引流管34。浮球35上方设置有浮球限位管51，下方设置有浮球限位板52。浮球限位管51和浮球限位板52都固定在壳体31内。

卸油扫舱装置工作过程如下，将卸油扫舱装置推至工作地点，将凸轮泵4的进口423连接到需要卸油的油罐上的管路，气液分离装置出口37连接下游管路（即通向储油仓库或者油罐的管路），然后启动减速电机2带动凸轮泵4，泵体401内的凸轮泵转子402转动开始引油，在刚开始的引油阶段，凸轮泵主要是抽排管路内的空气，处于干运转状态，此时气体进入气液分离装置，由于事先在气液分离装置内预存一部分油液，所以气体进入气液分离装置后，使其回流功能开启，装置内储液流至凸轮转子泵入口，随凸轮泵转子转动，在泵内形成油膜，为泵提供了润滑和液封，提高了泵的自吸能力，随着凸轮转子泵的继续转动，油罐内的油就会被转子泵一直吸过来，油从转子泵的出口422通过螺旋管32进入到气液分离装置内，螺旋管32的上端开有多个射流孔55，带有一定压力的流体流经螺旋管32时，会经射流孔55喷射至分离筛33，并且射流孔55开设角度可保证流体沿切向喷至分离筛，使流体在分离筛上螺旋运动，增长分离时间，这样分离筛33上开设小孔，压力流体（气液混合）在分离筛螺旋分离。在卸油过程中介质含气量较低，液位较高，整个浮球35浸没在液体中，浮球35会浮起来， 浮球接管36的管壁上的小孔A53与引流管34管壁的小孔B54对不起来，两者不相通，这样壳体内液体无法经引流管34流出，回流功能关闭。

当油罐内的油通过凸轮泵不断的被卸走，一直到油罐内的油低于某个液位时，即在扫舱阶段，随着油罐内液位的下降，介质内含气量逐渐增高，当气液比达到一定值时，壳体内存液密度随之降低，当壳体内液体密度低至不足以给浮球35提供足够的浮力，此时浮球35落下，浮球35下面的浮球接管36的管壁上的小孔A53与引流管34管壁的小孔B54能够对起来，两者相通，这样壳体内液体可流入引流管34，经引流管34流出顶开球式止回阀30，经泵接管60喷射至凸轮泵内，在含气量大的工况下为凸轮泵提供足够的润滑，进而确保扫舱系统全程运行安全正常。

浮球35下沉最低位置由浮球限位板52限制，最高位置由浮球限位管51限位，保证稳定安全，同时保证浮球35下沉后小孔A53小孔B54能够相通。

Claims (6)

1.一种组合式凸轮泵转子，其特征在于，凸轮泵转子（402）的叶片顶端设置有滚柱安装槽（420）和转子引流槽（403），滚柱安装槽（420）固定有滚柱轴（412），滚柱轴（412）上安装滚柱（405），滚柱（405）的两端设置有滚柱垫，滚柱垫上设置有滚柱垫引流槽（404），滚柱安装槽（420）的内侧设置有平衡储油槽（406），平衡储油槽（406）通过滚柱垫引流槽（404）与转子引流槽（403）相通。

2.根据权利要求1所述的一种组合式凸轮泵转子，其特征在于，所述的凸轮泵转子（402）采用组合式结构，包括左半转子（409）和右半转子（410），两者通过连接销（411）连接。

3.根据权利要求1所述的一种组合式凸轮泵转子，其特征在于，所述的滚柱（405）的表面设置储藏槽（413）。

4.根据权利要求3所述的一种组合式凸轮泵转子，其特征在于，所述的储藏槽（413）为条形槽或网状槽。

5.一种凸轮泵，其特征在于，包括泵体（401），泵体（401）内设置有如权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮泵转子。

6.一种卸油扫舱装置，其特征在于，包括权利要求5所述的凸轮泵。