CN106837784B - 一种适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其相互啮合的一对齿轮齿形均为人字形；泵缸内腔近似呈椭圆形，椭圆的两端由两段光滑连接的弧形曲面E和F组成，靠近齿轮泵的出水口一侧的弧形曲面E的曲率半径大于靠近齿轮泵的进水口一侧弧形曲面F的曲率半径；弧形曲面F与齿轮的齿顶部之间保留一定间隙；齿轮泵泵缸内装配的浮动侧板与泵缸内腔的截面形状一致；浮动侧板的外表面上设置有引流孔和导流槽，内表面上设置有卸压槽。本发明的齿轮泵运转噪声低、具有较高的容积效率和计量精度，其运行安全稳定，使用寿命长。特别适于全网分布式输配系统的供热分户的采暖供热使用。

Description

一种适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵
技术领域
本发明涉及一种适于不洁净的热水介质输送的齿轮泵，尤其涉及一种适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵。
背景技术
随着我国城镇化进程的加快，集中供热系统的规模越来越大。
传统的供热系统是按集中动力式输配系统进行设计的。这样的系统容易形成近端热用户节流损失严重，远端热用户资用压头不足的现象，不仅输配能耗大，而且容易形成冷热不均。
研究表明，全网分布式输配供热系统，可以从系统结构上消除多余的资用压头，有效解决供热系统水力失调、冷热不均的技术问题。
全网分布式输配供热系统，就是不仅热力站要设置分布式循环水泵，而且要扩展到楼栋、热入口以至热用户每家每户都要安装分布式循环水泵。不难看出，全网分布式输配供热系统需要使用数量十分巨大的循环水泵。
本领域的技术人员公知，齿轮泵具有结构简单紧凑、体积小、重量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、转速范围大、能耐冲击性负载，维护方便以及工作可靠等特点。
提及齿轮泵，本领域的技术人员第一印象是噪音大，对流体介质要求很高。介质中不能存在任何硬质细微颗粒物，否则会被卡死，因为齿轮泵的侧隙、顶隙及啮合隙非常小，微小的颗粒物会导致齿轮泵卡死失效。
另外，齿轮泵噪音较其他容积泵大，尤其是外啮合齿轮泵。
而用于全网分布式输配系统的供热分户计量的齿轮泵，要求噪音低(小于55分贝，低于家用空调室外机噪音国家标准)、能承受不小于1.6Mpa的管道压力。
还要求流过该泵的介质，在经过60目过滤网(筛孔尺寸：0.212mm)过滤后，不会因细微的颗粒物造成齿轮泵卡死。
再有，要求该齿轮泵具有较高的容积效率，以实现合理的分户计量的目的。
更要求在热力输配工程运用上能长时间的可靠运行。
因此，研发出一种低噪音，对水介质纯净度不敏感且容积效率较高的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，对于全网分布式输配供热系统改造，具有现实的积极意义和十分良好的市场前景。
现有技术中的齿轮泵主要有两大类，其一是液压行业普遍使用的全金属材质的，另一大类是，家用电器供水系统的微型全塑齿轮水泵。其中，齿轮油泵输送的介质为油，介质本身具有较高的粘稠度、润滑性和防锈性。因此，这种齿轮泵可以做到容积效率很高，寿命很长，齿轮啮合噪音很低。
但是，这类金属材质的泵对不洁净且具有一定的腐蚀性的热水介质就显得没有任何优势，很容易被水中的微生物腐蚀破坏，被细微颗粒卡死，最严重的问题是噪音大，无法在工程上推广使用。
上述的家用电器供水系统的微型全塑齿轮水泵，同样存在对水质要求高的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种运转噪声低、适于混有微小颗粒物热水工况使用，具有较高的容积效率和计量精度的全塑齿轮泵，其特别适于全网分布式输配系统的供热分户的采暖供热使用。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，包括电机、泵缸、装配在泵缸内腔的相互啮合的齿轮A与齿轮B，以及浮动侧板，其特征在于，所述齿轮A与齿轮B的外形尺寸均相同，齿形均为人字形；
所述齿轮A为主动齿轮，装配在主动轴上；齿轮B为从动齿轮，装配在从动轴上；
所述泵缸内腔的横截面呈椭圆形，泵缸内腔的两端圆弧曲面分别由两段光滑连接的弧形曲面组成，其中一段为弧形曲面E，另一段弧形曲面F；其中，弧形曲面E的曲率半径大于弧形曲面F的曲率半径；
上述弧形曲面E靠近齿轮泵的出水口一侧，弧形曲面F靠近齿轮泵的进水口一侧；
弧形曲面F与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间，保留一定间隙；
齿轮泵内装配的浮动侧板的形状与泵缸内腔的截面形状一致；浮动侧板的外表面上，靠近齿轮泵的出口那一侧，设置有引流孔，在引流孔的左右两边分别设置有半圆形的导流槽；
在浮动侧板的内表面上设置有两个卸压槽，这两个卸压槽一左一右对称布置在浮动侧板长轴轴线的两侧，一个卸压槽靠近齿轮泵的进口侧，另一个卸压槽靠近齿轮泵的出口侧；
所述浮动侧板与齿轮泵进口侧的泵缸内腔壁面成过渡配合，与齿轮泵出口侧的泵缸内腔壁面成松配合。
上述技术方案直接带来的技术效果是，可以有效降低齿轮泵的运转噪声，提高齿轮泵的容积效率。
详细说明如下：
1、上述技术方案的齿轮泵，其采用一对人字形齿轮啮合传动，利用人字齿轮具有重合度高、轴向载荷小、承载能力高和工作平稳的特点，提高了齿轮啮合的重合度，减小了因困油造成对齿轮组的冲击，进而大幅降低运转过程中的噪音。
2、上述技术方案中，齿轮泵的缸体内腔近似呈椭圆形，且在进口端的缸体壁面与齿轮副之间的间隙小于在出口端的缸体壁面与齿轮副之间的间隙。其技术思想是，利用小间隙段“截流/防止”高压水反流到进口低压区，；利用大间隙段将高压水导流到齿轮的两侧。
这一技术手段的采用，可以较好地平衡齿轮啮合处的高压力，减小了齿轮轴孔或轴的磨损，延长齿轮泵的使用寿命。
3、“齿轮泵内装配的浮动侧板的形状与泵缸内腔的截面形状一致；浮动侧板的外表面上，靠近齿轮泵的出口那一侧，设置有引流孔，在引流孔的左右两边分别设置有半圆形的导流槽”。这一技术手段的采用，可以将高压水引入到浮动侧板面，以使浮动侧板在顶部压力的作用下，更好地贴合齿轮组表面。
从而改善浮动侧板“密封”齿轮端面的效果，减少泄露，提升齿轮泵的容积效率，保证齿轮泵的计量精准度。
上述技术方案中，“在浮动侧板的内表面上设置有两个卸压槽，这两个卸压槽一左一右对称布置在浮动侧板长轴轴线的两侧，一个卸压槽靠近齿轮泵的进口侧，另一个卸压槽靠近齿轮泵的出口侧”，这一技术手段的采用，有利于降低人字形齿轮副的上半部分斜齿轮组可能因根部困油造成的冲击振动。从而，利于齿轮泵工作过程中噪声的有效降低，延长使用寿命。
4、“上述浮动侧板与齿轮泵进口侧的泵缸内腔壁面成过渡配合、与齿轮泵出口侧的泵缸内腔壁面成松配合”，这一技术手段的采用，其目的是，防止出口侧高压水进入浮动侧板顶部后通过侧隙反流至低压区，造成泄露。
优选为，上述齿轮A为组合式结构，包括一个左旋扁孔斜齿轮和一个右旋扁孔斜齿轮，通过所述主动轴组装成一体；其中，左旋扁孔斜齿轮在上、右旋扁孔斜齿轮在下；
所述齿轮B为组合式结构，包括一个右旋圆孔斜齿轮和一个左旋圆孔斜齿轮，通过所述从动轴B组装成一体；其中，右旋圆孔斜齿轮在上、左旋圆孔斜齿轮在下。
上述技术方案直接带来的技术效果是，将加工工艺复杂、制造成本高的人字形齿，采用斜齿叠加组合的方式替代，可以大幅降低齿轮泵的核心部件的加工制造成本。
进一步优选，上述齿轮A的中心孔呈D字形，所述齿轮B的中心孔为圆形；
所述主动轴的横截面呈D字形，从动轴的横截面为圆形。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，主动轴的横截面呈D字形装配简单，成本低，防滑效果好，保证了齿轮传动的可靠性。
进一步优选，上述弧形曲面F与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间的最大间隙小于或者等于0.1mm；弧形曲面E与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间的最小间隙大于或者等于0.3mm。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，对齿轮A和齿轮B各自齿顶部与泵缸内腔壁面之间的间隙，采用“一大一小”的设计方案，其目的是，有效的减小作用在齿轮面上不均衡压力的作用面积，减小齿轮啮合在不均衡压力作用下的冲击振动，降低轴孔磨损，提升齿轮泵的有效寿命；并且有效降低了齿轮啮合过程中因冲击振动所产生的噪音。
进一步优选，上述弧形曲面E所对的圆心角为108°±10°，所述弧形曲面F所对的圆心角为72°±10°；并且，弧形曲面E所对的圆心角与弧形曲面F所对的圆心角之和等于180°。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，进口侧低压区通过2至3个齿与泵缸内壁形成过渡配合，有效防止出口侧高压水反流至进口侧，出口侧齿轮表面大部分面积承受相同的压力，大大减小了作用在齿轮表面的不平衡压力，减小了齿轮啮合传动时的冲击振动。
进一步优选，上述适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，在浮动侧板的周边边缘上设置有一整圈密封圈安装用沟槽，沟槽内装配有密封圈；
所述导流槽为阶梯槽，靠近齿轮A的那一侧的槽深大于靠近齿轮B的那一侧的槽深。。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，“导流槽为阶梯槽，靠近齿轮A的那一侧的槽深大于靠近齿轮B的那一侧的槽深”，这一技术手段的采用，有利于更好地分配浮动侧板顶部的压力。
“在浮动侧板的的外表面边缘内侧设置有一整圈密封圈安装用沟槽，沟槽内装配有密封圈”，这一技术手段的采用，可以更好地避免高压水经由浮动侧板与泵盖之间的间隙反流至低压区。
进一步优选，上述齿轮A与齿轮B的材质均为超耐弹性体磨工程塑料；上述超耐磨弹性体工程塑料耐热温度大于或者等于80℃。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，一方面，超耐磨弹性体工程塑料具有优良的综合性能，弹性好、蠕变小、热稳定性较好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用；特别是，超耐磨弹性体工程塑料适用于标准零部件的注塑成型，模具开发与制造一次性投资后，可进行批量的齿轮注塑成型生产，利于生产成本的降低；另一方面，利用该材料优良的耐磨性和热态下的弹性，大大降低了因重合度误差造成的啮合噪音。
超耐磨弹性体工程塑料耐热温度大于或者等于80℃，可以充分满足采暖供暖热水介质输送工况的要求。
进一步优选，上述齿轮B为由齿轮本体与耐磨轴套组成的一体式结构；
上述耐磨轴套是在齿轮本体的注塑成型过程中，一次成型的；具体方法如下：在模具中，先将耐磨轴套定位，后以该耐磨轴套为中心注塑成型齿轮本体。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，将轴套在齿轮本体注塑成型时“预制”成一体，可以有效解决齿轮注塑成形过程中，同轴度无法有效保证的技术问题，进而在后续的齿轮泵组装过程中，不需要对齿轮轴孔进行刮削处理，提高注塑成型的成品率和装配效率，进一步降低成本。
进一步优选，上述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其进口管管径大于出口管管径。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，保证了注水能力大于排水能力，有效地避免了齿轮泵入口低压可能导致的气蚀现象的发生。
补充说明：上述技术方案的齿轮泵中金属轴件采用表面硬化处理的不锈钢制造或陶瓷制造，以达到长时间可靠运行的目的。
综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、运转噪声低、具有较高的容积效率和计量精度。
2、适于混有微小颗粒物热水工况使用，可靠性好、使用寿命长；特别适于全网分布式输配系统的供热分户的采暖供热使用。
附图说明
图1为本发明的轴测结构示意图；
图2为本发明的不含泵盖部分的轴测结构示意图；
图3为本发明的剖视结构示意图；
图4为本发明泵的浮动侧板外表面的结构示意图；
图5为本发明泵的浮动侧板内表面的结构示意图；
图6为本发明泵的泵体轴侧结构示意图；
图7为本发明泵的泵体的正面结构示意图；
图8为本发明的组合式齿轮(副)的轴测结构示意图；
图9为带轴套的左旋圆孔斜齿轮的结构示意图。
附图标记说明：1、电机，6、泵缸，601、弧形曲面E，602弧形曲面F，7、右旋扁孔斜齿轮，8、左旋扁孔斜齿轮，10、密封圈，11、泵盖，12、浮动侧板，13、从动轴，14、轴套，15右旋圆孔斜齿轮，16、左旋圆孔斜齿轮，17、主动轴，18、联轴器，101、齿轮A，102、齿轮B，121、靠近齿轮A的那一侧的导流槽，122、靠近齿轮B的那一侧的导流槽，200、密封圈安装用沟槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1至图3所示，本发明的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，包括电机1、泵缸6、装配在泵缸内腔的相互啮合的齿轮A与齿轮B，以及浮动侧板12，其特征在于，上述齿轮A与齿轮B的外形尺寸均相同，齿形均为人字形；
如图8所示，上述齿轮A101为主动齿轮，装配在主动轴上；齿轮B102为从动齿轮，装配在从动轴上；
如图6、图7所示，上述泵缸内腔的两端均为圆弧曲面，该圆弧曲面由两段光滑连接的弧形曲面组成，其中一段为弧形曲面E601，另一段弧形曲面F602；其中，弧形曲面E的曲率半径R2大于弧形曲面F的曲率半径R1；
上述弧形曲面E靠近齿轮泵的出水口一侧，弧形曲面F靠近齿轮泵的进水口一侧；
弧形曲面F与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间，保留一定间隙；
如图4所示，齿轮泵内装配的浮动侧板的形状为椭圆形，与泵缸内腔的截面形状一致；浮动侧板的外表面上，靠近齿轮泵的出口侧设置有引流孔120，在引流孔的左边设置有半圆形的导流槽，在引流孔的右边设置有半圆形的导流槽；在浮动侧板的的外表面边缘内侧设置有一整圈密封圈安装用沟槽200，结合图3，可以看出密封圈安装用沟槽200内装配有密封圈10。
说明：上述导流槽为阶梯槽，靠近齿轮A的那一侧的导流槽121槽深大于靠近齿轮B的那一侧的导流槽122槽深。
如图5所示，在浮动侧板的内表面上设置有两个卸压槽300，这两个卸压槽一左一右对称布置在浮动侧板长轴轴线的两侧，一个卸压槽靠近齿轮泵的进口侧，另一个卸压槽靠近齿轮泵的出口侧。
上述浮动侧板与齿轮泵进口侧的泵缸内腔壁面成过渡配合，与齿轮泵出口侧的泵缸内腔壁面成松配合。
如图8所示，上述齿轮A101优选采用组合式结构，包括一个左旋扁孔斜齿轮8和一个右旋扁孔斜齿轮7，通过上述主动轴组装成一体；其中，左旋扁孔斜齿轮在上、右旋扁孔斜齿轮在下；
上述齿轮B 102优选采用组合式结构，包括一个右旋圆孔斜齿轮16和一个左旋圆孔斜齿轮15，通过上述从动轴组装成一体；其中，右旋圆孔斜齿轮在上、左旋圆孔斜齿轮在下。
上述齿轮A的中心孔呈D字形，上述齿轮B的中心孔为圆形；
上述主动轴的横截面呈D字形，从动轴的横截面为圆形。
如图7所示，上述弧形曲面F与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间的最大间隙不大于0.1mm；弧形曲面E与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间的最小间隙大于或者等于0.3mm。
上述弧形曲面E所对的圆心角为108°±10°；
上述弧形曲面F所对的圆心角为72°±10°；
并且，弧形曲面E所对的圆心角与弧形曲面F所对的圆心角之和等于180°。
上述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，装配有电机1，电机的输出轴通过联轴器18与上述主动轴17连接。
上述齿轮A与齿轮B的材质均为超耐磨弹性体工程塑料；
上述超耐磨弹性体工程塑料耐热温度大于或者等于80℃。
上述齿轮B为由齿轮本体与耐磨轴套组成的一体式结构；
如图9所示，上述耐磨轴套14是在齿轮本体的注塑成型过程中，一次成型的；具体方法如下：在模具中，先将耐磨轴套定位，后以该耐磨轴套为中心注塑成型齿轮本体。
说明：图9仅仅以右旋圆孔斜齿轮为例进行说明。
实际上，左旋圆孔斜齿轮也是按照与右旋圆孔斜齿轮相同的方法，将耐磨轴套与齿轮本体一次注塑成型，成为一体的。
上述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其进口管管径大于出口管管径。

Claims (9)

1.一种适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，包括电机、泵缸、装配在泵缸内腔的相互啮合的齿轮A与齿轮B，以及浮动侧板，其特征在于，所述齿轮A与齿轮B的外形尺寸均相同，齿形均为人字形；
所述齿轮A为主动齿轮，装配在主动轴上；齿轮B为从动齿轮，装配在从动轴上；
所述泵缸内腔的横截面呈椭圆形，泵缸内腔的两端圆弧曲面分别由两段光滑连接的弧形曲面组成，其中一段为弧形曲面E，另一段弧形曲面F；其中，弧形曲面E的曲率半径大于弧形曲面F的曲率半径；
上述弧形曲面E靠近齿轮泵的出水口一侧，弧形曲面F靠近齿轮泵的进水口一侧；
弧形曲面F与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间，保留一定间隙；
齿轮泵内装配的浮动侧板的形状与泵缸内腔的截面形状一致；浮动侧板的外表面上，靠近齿轮泵的出口那一侧，设置有引流孔，在引流孔的左右两边分别设置有半圆形的导流槽；
在浮动侧板的内表面上设置有两个卸压槽，这两个卸压槽一左一右对称布置在浮动侧板长轴轴线的两侧，一个卸压槽靠近齿轮泵的进口侧，另一个卸压槽靠近齿轮泵的出口侧；
所述浮动侧板与齿轮泵进口侧的泵缸内腔壁面成过渡配合，与齿轮泵出口侧的泵缸内腔壁面成松配合。
2.根据权利要求1所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，所述齿轮A为组合式结构，包括一个左旋扁孔斜齿轮和一个右旋扁孔斜齿轮，通过所述主动轴组装成一体；其中，左旋扁孔斜齿轮在上、右旋扁孔斜齿轮在下；
所述齿轮B为组合式结构，包括一个右旋圆孔斜齿轮和一个左旋圆孔斜齿轮，通过所述从动轴组装成一体；其中，右旋圆孔斜齿轮在上、左旋圆孔斜齿轮在下。
3.根据权利要求1所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，所述齿轮A的中心孔呈D字形，所述齿轮B的中心孔为圆形；
所述主动轴的横截面呈D字形，从动轴的横截面为圆形。
4.根据权利要求1所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，所述弧形曲面F与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间的最大间隙小于或者等于0.1mm；弧形曲面E与齿轮A和齿轮B的齿顶部之间的最小间隙大于或者等于0.3mm。
5.根据权利要求1-4任一所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，所述弧形曲面E所对的圆心角为108°±10°；所述弧形曲面F所对的圆心角为72°±10°；并且，弧形曲面E所对的圆心角与弧形曲面F所对的圆心角之和等于180°。
6.根据权利要求1-4任一所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，在浮动侧板的的外表面边缘内侧设置有一整圈密封圈安装用沟槽，沟槽内装配有密封圈；
所述导流槽为阶梯槽，靠近齿轮A的那一侧的槽深大于靠近齿轮B的那一侧的槽深。
7.根据权利要求1-4任一所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，所述齿轮A与齿轮B的材质均为超耐磨弹性体工程塑料；
上述超耐磨弹性体工程塑料耐热温度大于或者等于80℃。
8.根据权利要求7所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，所述齿轮B为由齿轮本体与耐磨轴套组成的一体式结构；
上述耐磨轴套是在齿轮本体的注塑成型过程中，一次成型的；具体方法如下：在模具中，先将耐磨轴套定位，后以该耐磨轴套为中心注塑成型齿轮本体。
9.根据权利要求7所述的适于全网分布式输配供热系统使用的齿轮泵，其特征在于，进口管管径大于出口管管径。
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