CN108374749B - 容积式机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及作用于工作流体的容积式机器，其中，所述箱体包括与所述路径不同的至少一个第一通道；至少在由所述第一齿形轮假设的预定配置中：所述第一通道使第一多个隔室的第一隔室和第二隔室流体连通，所述第一隔室和所述第二隔室是连续的并且至少部分地被所述第一组齿的相同齿限定；至少第一多个隔室的所述第一隔室与所述路径经过的第一多个隔室不同；所述路径经过所述第二隔室；所述第一隔室被设置在所述第二隔室的上游和所述路径经过的第一多个隔室的上游。本发明可以消除或减少发生在路径两端中的一端的侵蚀现象。

Description

容积式机器

技术领域

本发明涉及作用于工作流体(通常是油)的容积式机器。该容积式机器可以是泵或马达或允许可替换地作为泵和马达运行的机器。

背景技术

已知容积式齿轮泵包括两个互相啮合的反向旋转的齿形轮。

它们通过两个不同的垫片在两个相对表面上被容纳在封闭的泵体内，这两个不同的垫片与这两个齿形轮的旋转轴正交地延伸。

箱体和齿轮限定多个隔室，用于容纳与有助于限定隔室的齿形轮一起运动的工作流体。

需要具有高容积和流体力学性能，这就要求了解如何在齿形轮旋转期间精确地控制增压油隔室的规律。为此，使用圆周工艺(circumferential processes)在垫片的表面形成增压出口。

该增压出口允许油从高压环境运送到由设计人限定的位置处的隔室。因此毫无疑问，随着泵的旋转速度改变，作用于垫片上的力的轴向平衡保持不变，阻止了卡滞(seizure)的发生(在垫片被过度地推向齿形轮的情况下)或在低容积性能条件下(在齿形轮离开垫片移动的情况下)。

因此，一旦已经确定吸入时和送出时的压力值，则施加于泵上的压力差已知。随着压力差增加，强侵蚀是显著的，特别是影响增压出口的出口端。这与以下事实有关，即离开增压出口的油的喷射速度随着压力差的增加而增加，这促进了局部气蚀现象的形成。实际上，形成了溶于油中的气体气泡(和可能的油蒸汽)，其随后因为容纳出口流体的隔室(位于齿形轮的两个齿之间)内快速增压而破裂。所有这些决定了侵蚀，在短时间内该侵蚀包括泵的运行和性能。

发明内容

在此背景下，本发明的技术任务是提出一种容积式机器，其排除了如上所述的现有技术的缺陷。

特别地，本发明的一个目的是提供一种可以消除/最小化侵蚀现象的容积式机器。

所述容积式机器包括：

第一齿形轮，包括第一组齿，所述第一组齿之间限定有用于工作流体的第一多个隔室；

第二齿形轮，包括旨在与所述第一组齿啮合的第二组齿；

箱体，其限定用于定位所述第一齿形轮和所述第二齿形轮的外壳；

路径，其沿着所述箱体的一部分延伸并且其被设置为使得所述第一多个隔室中的至少两个隔室流体连通；

所述容积式机器是泵和/或流体动力马达；

所述箱体包括与所述路径不同的至少一个第一通道；至少在由所述第一齿形轮假设的预定配置中：

-所述第一通道使第一多个隔室的第一隔室和第二隔室流体连通，第一多个隔室的所述第一隔室和所述第二隔室是连续的并且至少部分地被所述第一组齿的相同齿限定；

-至少第一多个隔室的所述第一隔室与所述路径经过的第一多个隔室不同；

-所述路径经过所述第二隔室；

-所述第一隔室被设置在所述第二隔室的上游和所述路径经过的第一多个隔室的上游。

在其中一个实施例中，所述箱体包括第一垫片，所述第一通道被设置在所述第一垫片上。

在其中一个实施例中，所述第一通道具有小于1.5毫米的深度。

在其中一个实施例中，所述路径沿着圆周的圆弧延伸。

在其中一个实施例中，所述机器允许沿所述第一齿形轮的两个旋转方向可逆运行，所述箱体包括第二通道；在与所述预定配置一致或不一致的预建立的配置中：

-所述第二通道使所述第一多个隔室的第三隔室和第四隔室流体动态连接；

-所述第四隔室与所述路径经过的第一多个隔室不同；

-所述路径介于所述第一通道和所述第二通道之间。

在其中一个实施例中，所述第一通道是并排设置的第一对通道的一部分，其在所述预定配置中使所述第一隔室和所述第二隔室流体连通。

在其中一个实施例中，在所述第一齿形轮的旋转小于10°的情况下，所述第一通道使所述第一隔室和所述第二隔室流体连通。

在其中一个实施例中，所述机器是：

泵，所述路径包括所述第二隔室的增压凹槽，通过将其设置为与位于所述第二隔室下游的所述第一多个隔室的隔室连通，来增加所述第二隔室的压力；或者

马达，所述路径包括所述第二隔室的减压凹槽，通过将其设置为与位于下游并且处于较低压力的所述第一多个隔室的隔室接触，使所述第二隔室的压力降低。

在其中一个实施例中，所述第一通道是凹腔并且具有小于20毫米的主要的延伸方向。

所述容积式机器的操作方法，包括下述步骤：使第一齿形轮和第二齿形轮旋转，使流体流入所述第一多个隔室并使其在进入所述机器的入口嘴和离开所述机器的出口嘴之间移动；

在所述预定配置中，所述方法包括下述步骤：通过所述第一通道使所述第一隔室的压力接近所述第二隔室的压力，用这种方法，使所述第一隔室内的压力变成介于所述第二隔室内的压力和所述入口嘴的压力之间。

在其中一个实施例中，为了实现所述预定配置，所述第二隔室和所述路径之间的流体连通与所述第二隔室和所述第一隔室之间的流体连通相比提前开始。

附图说明

本发明的进一步特征和优点将从容积式机器的优选但不唯一的、近似且因此非限定的说明中变得更加明显，如在附图中所示，其中：

图1示出了根据本发明的容积式机器的简化的分解图；

图2示出了根据本发明的容积式机器的视图；

图3示出了图2的细节放大图；

图4示出了根据本发明的容积式机器的细节剖视图；

图5示出了比较曲线图；

图6示出了根据本发明的容积式机器，其可替代图2的容积式机器；

图7示出了根据本发明的容积式机器，其可替代图2或图6的容积式机器；

图8示出了根据本发明的可替代图2或图6或图7的容积式机器的容积式机器的部分；

在附图中，参考编号1表示作用于工作流体的容积式机器。

具体实施方式

工作流体通常是油。容积式机器1是泵或马达。其可以是可替代地作为马达或泵运行的机器。

容积式机器1包括第一齿形轮21。

第一齿形轮21包括第一组齿210，其确定介于它们之间的用于工作流体的第一多个隔室201。适当地，第一组齿210包括第一齿形轮21的所有齿(用于说明简便的图2中，210仅表示出第一组齿的一部分)。它们沿着圆周延伸。

该机器1包括第二齿形轮22，包括旨在与第一组齿210啮合的第二组齿220。第二组齿220包括第二齿形轮22的所有齿(用于说明简便的图2中，220仅表示出第二组齿的一部分)。在整个说明书中，任何有关第一齿形轮21的说明也可以重复用于第二齿形轮22。第一齿形轮21的旋转轴与第二齿形轮22的旋转轴平行并且不同。第一和第二齿形轮21、22的一个在另一个之外(它们在啮合的齿处部分地互相进入)。

适当地，该机器1包括箱体3，其限定用于定位第一齿形轮21的外壳30。该外壳30还容纳第二齿形轮22。箱体3例如由铝合金或铸铁制成。

机器1包括沿着箱体3的一部分延伸的路径4。路径4可以是凹槽，例如斜角。路径4设置为使第一多个隔室201中的至少两个隔室流体连通。特别地，路径4设置为使第一多个隔室201中的两个以上隔室流体连通。适当地，路径4限定一种毛刺。优选地，路径4沿着圆周的圆弧延伸。在泵的情况下，路径4被称为增压出口。在马达的情况下，路径4被称为减压出口。

箱体3包括与上述路径4不同的至少第一通道51。

如在附图中示例的，第一通道51与路径4分离。它们不交叉。

至少在一个由第一齿形轮21假设的预定配置中：

-第一通道51设置为使第一多个隔室201中的第一和第二隔室211、212流体连通，第一多个隔室201中的第一和第二隔室211、212是连续的并且至少部分地被第一组齿轮210的相同齿限定(在所述预定配置中第一通道51允许形成齿的旁路)；

-至少所述第一多个隔室201的第一隔室211不同于路径4经过的第一多个隔室201的(所有)隔室(即面对路径4的隔室；例如参考图7，为隔室90c、90d、90e、90f、90g)；也就是说，路径4没有直接经过第一隔室211；

-相反，路径4经过第二隔室212；

-第一隔室211被设置在第二隔室212和路径4经过的第一多个隔室201的隔室的上游。

这样的预定配置描绘了第一齿形轮21在特定旋转角的情况(例如图2、3、4、6、7)。

在整个说明书中，如果在从进入机器1的流体的入口嘴28至离开机器1的流体的出口嘴29的路径中，隔室更靠近该入口嘴28，那么该隔室被定义为在另一个隔室的上游。例如，在图7中，隔室90a(假设其位于入口嘴28处)将在隔室90b的上游，隔室90b依次在隔室90c的上游，隔室90c依次在隔室90d的上游，隔室90d依次在隔室90e的上游，隔室90e依次在隔室90f的上游，隔室90f依次在隔室90g的上游。例如，图2的情况下，一旦已经设定第一齿形轮21的顺时针旋转方向，则入口嘴28将位于底部，出口嘴29将位于顶部(不论是作为马达或是泵运行)。因此，如果作为泵运行，高压环境和低压环境将分别位于顶部和底部，而作为马达运行的情况，则它们将被倒置。

技术术语中，涉及到泵，入口嘴28和出口嘴29分别被限定为吸入和送出，而涉及到马达，它们通常被限定为入口和出口。

对于第二齿形轮22，将会有与路径4相似的路径和与第一通道51相似的通路(图2中分别以参考编号95和96表示)。对于第二齿形轮22，可以重复第一齿形轮21的隔室的情况以及它们与路径95和/或通路96相互作用的情况。然而，第一齿形轮21的预定配置可能与第二齿形轮22的配置不同步，其中通路96设置为与两个连续隔室流体连通(如图2所示)。

箱体3包括第一垫片300。第一垫片300限定至少一个圆柱形座，用于收纳第一或第二齿形轮21、22的轴。

适当地，第一垫片300包括沿着关于第一齿形轮21的旋转轴的横向的平面(优选正交)延伸的表面。同样地，箱体3包括第二垫片9。第一齿形轮21沿轴向介于第一和第二垫片300、9之间。适当地，路径95提供于第一垫片9上。

箱体3还包括沿轴向包围第一齿形轮21的侧体91。侧体、第一和第二垫片91、300、9限定定子元件。在泵中，侧体91通常被定义为泵体或马达体，根据机器1是泵还是流体动力马达。

如图2、3、4、6和7示例的，第一通道51提供于第一垫片300上。另外，路径4有利地提供于第一垫片300上。可能地，附加通路96有利地提供于第一垫片300上。有关第一通道51的说明也可以重复用于附加通路96。

有利地，与第一通道51和/或路径4和/或路径95和/或通路96相似的元件也可以出现在第二垫片9上。

如图8示例的，第一通道51可以提供于侧体91上。在这种情况下，可能有至少一个附加通道(如在第一垫片300上)。

如果容积式机器1是泵，那么在第一隔室211与路径4的出口重叠之前，第一通道51允许第一隔室211被加压。用这种方法，当上述重叠发生时，第一隔室211内的压力的绝对值增加，因此在路径4的出口端流体受到的压力差较低，从而减少侵蚀现象。

或者，如果容积式机器1是马达，那么在第一隔室211与路径4的入口重叠之前，第一通道51(见图2)允许第一隔室211被部分减压(任何与路径4有关联的部分与低压环境关联)。用这种方法，当第一隔室211与路径4重叠时，第一隔室211中的流体和路径4中的流体之间的压力差较低，因此路径4的嘴处的侵蚀较低。

在一个具体实施例中，机器1允许可逆运行，即其允许沿第一齿形轮21的两个旋转方向正确运行(例如见图6)。

为了这个目的，箱体3包括第二通道52(见图6)。在这种情况下，第一通道51在沿第一齿形轮21的第一旋转方向(图6中的顺时针旋转方向)运行时有用，第二通道52在沿与上述第一旋转方向相对的第一齿形轮21的第二旋转方向(图6中的逆时针旋转方向)运行时有用。

在一种与如上所述的预定配置一致或不一致的预先建立的配置中：

-第二通道52设置为与上述第一多个隔室201的第三和第四隔室213、214流体动态连接；

-第四隔室214与路径4经过的第一多个隔室201不同(相反，路径4经过第三隔室213)；

-路径4介于第一和第二通道51、52之间。

如果该预先建立的配置与如上所述的预定配置一致(如图6的情况)，则路径4介于第一和第四隔室211、214之间。

在图7中示例的技术方案中，第一通道51是并排设置的第一对通道50的一部分，其在所述预定配置中使第一和第二隔室211、212流体连通。

对于第一齿形轮21的旋转小于10°，第一通道51使第一和第二隔室211、212流体连通(例如，旋转小于第一齿形轮21的角节距一半时，第一通道51可以与第一和第二隔室211、212流体连通)。事实上，一定要相对地包括第一通道51允许第一和第二隔室211、212之间流体连通的时期。可替代地，会出现两个隔室的压力调节，在很大程度上妨碍本发明提供的优点。

基于相似的原因，相对地包括第一通道51的通路部分。

一般地，第一通道51的深度小于1.5毫米。例如，在第一实施例中，路径4延伸的角度距离在60°和70°之间，第一通道51的深度小于0.5毫米。在第二示例性实施例中，路径4延伸的角度距离在30°和40°之间，第一通道的深度在0.7和1.5毫米之间。

适当地，第一通道51是凹腔并且具有小于20毫米的主要的延伸方向510。

为了实现上述预定配置，第二隔室212和路径4之间的流体连通与第二隔室212和第一隔室211之间的流体连通相比，同步开始或提前开始。

例如，为了实现上述预定配置，设置第二隔室212，使其和路径4之间的流体连通提前于第二隔室212和第一隔室211之间的流体连通(上述提前可以在2°和8°之间)。这是，例如，如上所述的第一技术方案的情况。

可替代地，设置第二隔室212，使其与第一隔室211的流体连通与路径4同步。

如上所述，机器1可以是泵(或者可以作为泵运行)。在这种情况下，路径4包括第二隔室212的增压凹槽。通过设置该增压凹槽使其与位于第二隔室212下游的第一多个隔室201连通，该增压凹槽增加第二隔室212的压力。

机器1可以是马达或者可以作为马达和泵两者运行。参考图2，在作为马达运行的情况下，路径4包括用于减压第二隔室212的凹槽。因此，通过设置该凹槽使其与位于下游的隔室(其处于较低的压力，即处于在容积式机器1的出口嘴29处可获得的压力)接触，路径4可以使第二隔室212内的压力降低。

本发明的进一步目的是具有上文所述的一个或多个特征的容积式机器的运行方法。

该方法包括使第一和第二齿形轮21、22旋转的步骤。用这种方法，流体流入第一多个隔室201，并在入口嘴28和出口嘴29之间移动。

同样地，流体被第二齿形轮22移动，这与在第一齿形轮21中的方式相同。

第一和第二齿形轮21、22反向旋转。

在如上所述的预定配置中，上述方法包括以下步骤：

--通过上述路径4使第二隔室212的压力与位于第二隔室212下游的第一多个隔室201中的一个接近或相同(然而，该步骤可以在实现上述预定配置之前发生或者至少开始)；

--通过上述第一通道51使第一隔室211的压力接近第二隔室212的压力，用这种方法，使第一隔室211内的压力成为介于第二隔室212内的压力和入口嘴28的压力之间。适当地，(在通过上述第一通道51使第一隔室211的压力接近第二隔室212的压力的步骤结束时)第一隔室211的一个点与机器1的入口嘴28的一个点之间的绝对压力差可以包括在流体的入口嘴28和出口嘴29之间的绝对压力变化值的30％和70％之间。

在图5中，纵坐标表示第一隔室211内的压力和出口嘴29的压力之间的比例，作为第一齿形轮21的旋转角的函数。该曲线图，在泵的情况下，从左读到右。在作为马达运行的情况下，应该从右读到左。

曲线A示出了根据本发明假如机器1作为泵运行时的压力增加。相反，另外的曲线与在本发明范围之外的机器有关。事实上，曲线B和C示出了没有路径4的情况下的压力曲线。曲线D示出了有路径4但是没有第一通道51的情况下的压力曲线，并且因此不能在隔室增压时预先建立。

本发明实现了重要优点。

特别地，本发明消除或减少了发生在路径4两端中的一端的侵蚀现象。参考图2，上述优点通过第一通道51获得，第一通道51使入口嘴28至出口嘴29的压力通路分为两步。因此，其被限定为预增压凹腔(泵的情况)或预减压凹腔(马达的情况)。

所构思的本发明可以有多种改进和变形，皆落在表征其创造性概念的范围内。进一步地，所有细节皆可被其他技术上等价的元素取代。实际上，所有使用的材料以及尺寸根据需要都可以是任意的。

Claims (11)

1.一种作用于工作流体的容积式机器，包括：

第一齿形轮(21)，包括第一组齿(210)，所述第一组齿(210)之间限定有用于工作流体的第一多个隔室(201)；

第二齿形轮(22)，包括旨在与所述第一组齿(210)啮合的第二组齿(220)；

箱体(3)，其限定用于定位所述第一齿形轮(21)和所述第二齿形轮(22)的外壳(30)；

路径(4)，其沿着所述箱体(3)的一部分延伸并且其被设置为使得所述第一多个隔室(201)中的至少两个隔室流体连通；

所述容积式机器是泵和/或流体动力马达；

其特征在于，所述箱体(3)包括与所述路径(4)不同的至少一个第一通道(51)；至少在由所述第一齿形轮(21)假设的预定配置中：

-所述第一通道(51)使第一多个隔室(201)的第一隔室(211)和第二隔室(212)流体连通，第一多个隔室(201)的所述第一隔室(211)和所述第二隔室(212)是连续的并且至少部分地被所述第一组齿(210)的相同齿限定；

-至少第一多个隔室(201)的所述第一隔室(211)与所述路径(4)经过的第一多个隔室(201)不同；

-所述路径(4)经过所述第二隔室(212)；

-所述第一隔室(211)被设置在所述第二隔室(212)的上游和所述路径(4)经过的第一多个隔室(201)的上游。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述箱体(3)包括第一垫片(300)，所述第一通道(51)被设置在所述第一垫片(300)上。

3.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述第一通道(51)具有小于1.5毫米的深度。

4.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述路径(4)沿着圆周的圆弧延伸。

5.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述机器允许沿所述第一齿形轮(21)的两个旋转方向可逆运行，所述箱体(3)包括第二通道(52)；

在与所述预定配置一致或不一致的预建立的配置中：

-所述第二通道(52)使所述第一多个隔室(201)的第三隔室(213)和第四隔室(214)流体动态连接；

-所述第四隔室(214)与所述路径(4)经过的第一多个隔室(201)不同；

-所述路径(4)介于所述第一通道(51)和所述第二通道(52)之间。

6.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述第一通道(51)是并排设置的第一对通道(50)的一部分，其在所述预定配置中使所述第一隔室(211)和所述第二隔室(212)流体连通。

7.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，在所述第一齿形轮(21)的旋转小于10°的情况下，所述第一通道(51)使所述第一隔室(211)和所述第二隔室(212)流体连通。

8.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述机器是：

泵，所述路径(4)包括所述第二隔室(212)的增压凹槽，通过将其设置为与位于所述第二隔室(212)下游的所述第一多个隔室(201)的隔室连通，来增加所述第二隔室(212)的压力；或者

马达，所述路径(4)包括所述第二隔室(212)的减压凹槽，通过将其设置为与位于下游并且处于较低压力的所述第一多个隔室的隔室接触，使所述第二隔室(212)的压力降低。

9.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述第一通道(51)是凹腔并且具有小于20毫米的主要的延伸方向(510)。

10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的容积式机器的操作方法，包括下述步骤：使第一齿形轮(21)和第二齿形轮(22)旋转，使流体流入所述第一多个隔室(201)并使其在进入所述机器(1)的入口嘴(28)和离开所述机器(1)的出口嘴(29)之间移动；

在所述预定配置中，所述方法包括下述步骤：通过所述第一通道(51)使所述第一隔室(211)的压力接近所述第二隔室(212)的压力，用这种方法，使所述第一隔室(211)内的压力变成介于所述第二隔室(212)内的压力和所述入口嘴(28)的压力之间。

11.根据权利要求10所述的操作方法，其特征在于，为了实现所述预定配置，所述第二隔室(212)和所述路径(4)之间的流体连通与所述第二隔室(212)和所述第一隔室(211)之间的流体连通相比提前开始。

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