CN103742424A - 一种离心泵叶轮前间隙控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种离心泵叶轮前间隙控制装置，包含固定连接于泵壳(3)外端的端盖(4)，端盖(4)内孔与前泵盖(5)外圆柱滑动密封配合，端盖(4)设置有油缸腔体，前泵盖(5)沿外圆柱设有凸环(8)，与油缸腔体形成配合，使端盖(4)作为缸体、凸环(8)作为活塞、前泵盖(5)作为活塞杆构成液压油缸并与液压系统的伺服阀(15)相连；前泵盖(5)外侧连接有管道补偿器(7)；前泵盖(5)的内侧端面设有检测叶轮前间隙两端压力的第一压力传感器(13)与第二压力传感器(14)；第一压力传感器(13)与第二压力传感器(14)作为输入信号与设置的电气控制装置相连，电气控制装置根据压力传感器反馈的压力计算叶轮前间隙，并输出调整控制信号通过伺服阀(15)以驱动前泵盖(5)移动，达到调整叶轮前间隙的目的。

Description

一种离心泵叶轮前间隙控制装置
技术领域
本发明涉及离心泵领域，具体是一种离心泵叶轮前间隙控制装置。
背景技术
公知的，离心泵是依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，结构简单而紧凑，对于同一输送量，离心泵具有所占面积小、重量轻，材料耗用较少等优点，因而得到了广泛地应用；离心泵叶轮前间隙是影响离心泵效率的主要因数，决定了离心泵容积效率的大小，通过叶轮前间隙，叶轮做功后的液体会返回泵入口处，和入口管道来的新液体汇合又进入叶轮中，进行再一次做功，所以叶轮前间隙既影响泵水力效率更影响泵容积效率；不同型号不同材质的离心泵安装时，所述间隙尺寸有不同的范围，对于金属泵，该间隙控制在0.8mm以内，而非金属泵，因加工精度和离心泵运行时热胀冷缩影响，该间隙一般需要2-3mm；而目前的离心泵在制造完成后，叶轮前间隙都是不可调的，在离心泵使用一段时间后，会因为磨损、变形等因素造成叶轮前间隙的改变，间隙变大时，泄漏多，泵效率低；间隙变小时，叶轮和前泵盖之间引起摩擦，致使泵损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心泵叶轮前间隙控制装置，该控制装置能够根据离心泵的运行情况实时调整叶轮前间隙，使叶轮前间隙稳定在工作范围内。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种离心泵叶轮前间隙控制装置，离心泵的前泵盖与泵壳相连，泵壳内设有叶轮，叶轮与离心泵的主轴固定连接，叶轮前端与前泵盖内侧端面形成叶轮前间隙；
泵壳外端固定连接有端盖，端盖的内孔与前泵盖的外圆柱滑动密封配合，端盖还设置有油缸腔体；
前泵盖沿外圆柱设有凸环，凸环与端盖中的油缸腔体形成配合，将所述油缸腔体分隔为第一油腔与第二油腔；位于凸环两侧的前泵盖外圆柱设有分别与第一油腔及第二油腔连通的第一油孔及第二油孔；
在叶轮前间隙位置的前泵盖的内侧端面分别设有检测叶轮前间隙两端压力的第一压力传感器与第二压力传感器；
第一油孔与第二油孔分别通过连接管与液压系统的伺服阀相连；第一压力传感器与第二压力传感器作为输入信号与设置的电气控制装置相连，电气控制装置根据压力传感器反馈的压力计算叶轮前间隙，并输出调整控制信号通过伺服阀调整第一油腔与第二油腔的压力，驱动前泵盖移动相应的距离。
进一步地，所述前泵盖外侧连接有管道补偿器。
进一步地，所述电气控制装置包含单片机，单片机外围依次连接有D/A转换模块、PID控制器与伺服放大器，伺服放大器与伺服阀电气连接；单片机作为处理器接收第一压力传感器与第二压力传感器的输入信号，并计算叶轮前间隙以输出调整控制信号。
进一步地，所述凸环与前泵盖为一体化结构。
上述方案中，PID控制器即比例-积分-微分控制器，广泛地用于压力、流量需要维持在期望数值上的工业生产过程中；伺服放大器被广泛应用于高精度的定位系统，响应快，且含有功率驱动单元满足对负载的驱动要求；伺服阀接收电气的模拟信号，根据不同的模拟信号控制阀芯的移动，以改变油路中液压油的流量，从而控制与其连接液压油缸中活塞的行程。
本发明的有益效果是，使端盖作为缸体、凸环作为活塞、前泵盖作为活塞杆构成液压油缸，电气控制装置通过压力反馈计算叶轮前间隙，并采用闭环控制通过控制伺服阀以驱动前泵盖移动相应的距离，达到实时调整叶轮前间隙的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中前泵盖与端盖的局部放大示意图；
图3是本发明的电气原理框图。
具体实施方式
结合图1与图2所示，离心泵的前泵盖5与泵壳3相连，泵壳3内设有叶轮6，叶轮6与离心泵的主轴23固定连接，叶轮6前端与前泵盖5内侧端面形成叶轮前间隙；泵壳3外端固定连接有端盖4，端盖4的内孔与前泵盖5的外圆柱滑动密封配合，端盖4设置有油缸腔体；
前泵盖5沿外圆柱设有凸环8，凸环8与端盖4的油缸腔体形成配合，并将所述油缸腔体分隔为第一油腔11与第二油腔12；位于凸环8两侧的前泵盖5外圆柱设有分别与第一油腔11及第二油腔12连通的第一油孔9及第二油孔10；第一油孔9与第二油孔10分别通过连接管与液压系统的伺服阀15相连，使端盖4作为缸体、凸环8作为活塞、前泵盖5作为活塞杆，构成液压油缸；凸环8与前泵盖5可为一体化结构；前泵盖5外侧还连接有管道补偿器7；
在叶轮前间隙位置的前泵盖5的内侧端面分别设有检测叶轮前间隙两端压力的第一压力传感器13与第二压力传感器14；前泵盖5内侧端面分别设有安装第一压力传感器13与第二压力传感器14的第一安装孔19与第二安装孔20；
结合图3所示，第一压力传感器13与第二压力传感器14通过A/D转换模块21将压力信号输入单片机16，单片机16通过D/A转换模块22将调整信号转换成模拟量输出，D/A转换模块22依次连接PID控制器17与伺服放大器18，伺服放大器18连接伺服阀15，通过控制伺服阀15改变油路中液压油的流量，驱动前泵盖5的移动，单片机16、A/D转换模块21、D/A转换模块22、PID控制器17与伺服放大器18即构成电气控制装置，根据所需的叶轮前间隙对前泵盖5的位置进行调整；也可使用含有PID模块的PLC来代替单片机16、A/D转换模块21、D/A转换模块22与PID控制器17；
前泵盖5的外侧还设有环形槽24，第一油孔9与第二油孔10分别与环形槽24连通，连接管穿入环形槽24分别与第一油孔9与第二油孔10连接；第一安装孔19与环形槽24连通，第二安装孔20通过设于前泵盖5的工艺孔25与环形槽24连通，第一压力传感器13与第二压力传感器14的电气线由环形槽24引出连接至电气控制装置。
液体从离心泵入口1进入，离心泵出口2流出，通过叶轮前间隙δ，叶轮6做功后的液体会返回离心泵入口1处，和新液体汇合又进入叶轮6中，进行再一次做功；第一压力传感器13反馈到单片机16的压力为P1，第二压力传感器14反馈到单片机16的压力为P2，故前泵盖5内侧端面所受的压力差为△P= P2-P1；根据无泄漏缝隙计算公式叶轮前间隙
Figure 2014100109042100002DEST_PATH_IMAGE001
，公式中μ为液体介质密度，l为叶轮前间隙长度，υ0为叶轮前泵盖在叶轮前间隙长度中点处的相对线速度；一般情况下实际需要调整的前泵盖与叶轮间隙
δ(s)=(0.8-1.2) δ*(s)，经过建模推导出其开环传递函数为： 
 
Figure 995327DEST_PATH_IMAGE002
闭环传递函数为： 
 
Figure 2014100109042100002DEST_PATH_IMAGE003
函数中δ(s)为根据反馈压力P1与P2计算得到的前泵盖5与叶轮6之间的间隙，δ*(s)为泄漏量为零时计算得到的理想间隙值，Ka为伺服放大器18的增益，Ksv为伺服阀15的比例增益，Kq为伺服阀15的流量增益，ωh为前泵盖5与端盖4构成的液压油缸固有频率，ξh为液压油缸的阻尼比，Kh为压力传感器的反馈系数；单片机16根据上述公式与函数计算处理输出调整信号，经过PID控制器17的比例、积分与微分调节输出到伺服放大器18，将信号放大后输出至伺服阀15，管道补偿器7的伸缩变形对连接管道进行补偿，使伺服阀15调整第一油腔11与第二油腔12的压力，驱动前泵盖5按照实际的调整值在第一油腔11与第二油腔12内横向移动到所需位置，达到调整叶轮前间隙δ的目的，从而保证了离心泵的工作效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种离心泵叶轮前间隙控制装置，离心泵的前泵盖(5)与泵壳(3)相连，泵壳(3)内设有叶轮(6)，叶轮(6)与离心泵的主轴(23)固定连接，叶轮(6)前端与前泵盖(5)内侧端面形成叶轮前间隙，其特征在于：
a.泵壳(3)外端固定连接有端盖(4)，端盖(4)的内孔与前泵盖(5)的外圆柱滑动密封配合，端盖(4)还设置有油缸腔体；
b.前泵盖(5)沿外圆柱设有凸环(8)，凸环(8)与端盖(4)中的油缸腔体形成配合，将所述油缸腔体分隔为第一油腔(11)与第二油腔(12)；位于凸环(8)两侧的前泵盖(5)外圆柱设有分别与第一油腔(11)及第二油腔(12)连通的第一油孔(9)及第二油孔(10)；
c.在叶轮前间隙位置的前泵盖(5)的内侧端面分别设有检测叶轮前间隙两端压力的第一压力传感器(13)与第二压力传感器(14)；
d.第一油孔(9)与第二油孔(10)分别通过连接管与液压系统的伺服阀(15)相连，；第一压力传感器(13)与第二压力传感器(14)作为输入信号与设置的电气控制装置相连，电气控制装置根据压力传感器反馈的压力计算叶轮前间隙，并输出调整控制信号通过伺服阀(15)调整第一油腔(11)与第二油腔(12)的压力，驱动前泵盖(5)移动相应的距离。
2.根据权利要求1所述的一种离心泵叶轮前间隙控制装置，其特征在于：所述前泵盖(5)外侧连接有管道补偿器(7)。
3.根据权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮前间隙控制装置，其特征在于：所述电气控制装置包含单片机(16)，单片机(16)外围依次连接有D/A转换模块(22)、PID控制器(17)与伺服放大器(18)，伺服放大器(18)与伺服阀(15)电气连接；单片机(16)作为处理器接收第一压力传感器(13)与第二压力传感器(14)的输入信号，并计算叶轮前间隙以输出调整控制信号。
4.根据权利要求1或2所述的一种离心泵叶轮前间隙控制装置，其特征在于：所述凸环(8)与前泵盖(5)为一体化结构。
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