CN109026739A - 一种余能回收无轴叶轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种余能回收无轴叶轮泵，包括泵壳、叶轮和泵轴，所述泵壳内放置可旋转叶轮，所述叶轮与泵轴的一端连接，还包括无轴泵泵体和无轴叶轮，所述无轴叶轮位于所述无轴泵泵体内部，所述泵轴的另一端伸入无轴泵泵体，通过传动装置与无轴叶轮连接。所述无轴叶轮旋转中心线与所述泵轴旋转中心线平行或者垂直或者重合。本发明可以为燃料电池堆排出的氢气提供动力源，无轴泵的设计可以满足燃料电池堆排出的氢气‑水混合物的使用要求，不会出现气浮现象，同时一体化设计，满足车载环境对结构紧凑的要求。

Description

一种余能回收无轴叶轮泵

技术领域

本发明涉及高压泵领域或者燃料输送领域，特别涉及一种余能回收无轴叶轮泵。

背景技术

当前汽车工业正在发展大力发展的氢燃料电池是质子交换膜燃料电池，而氢气供应系统的调压、排水、排气、加湿作用对于提高质子交换膜燃料电池的性能与寿命有着重要影响。在氢气循环系统中，70MPa的氢气从高压氢气罐流出后依次经过多级降压阀才可以达到满足质子交换膜燃料电池使用需求的0.2-0.25MPa。另一方面，自燃料电池堆的出口产生的部分未完全反应的氢气还可以再利用，需要为其提供动力将这部分氢气重新导入燃料电池堆的阳极入口。但是，国内在这方面的研究还是一片空白。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种余能回收无轴叶轮泵，高压的氢气介质可以驱动涡轮机工作，同时无轴泵在涡轮机的带动下，可以为燃料电池堆排出的氢气提供动力源。同时，无轴泵的设计可以满足燃料电池堆排出的氢气-水混合物的使用要求，不会出现气浮现象。同时一体化设计，满足车载环境对结构紧凑的要求。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种余能回收无轴叶轮泵，包括泵壳、叶轮和泵轴，所述泵壳内放置可旋转叶轮，所述叶轮与泵轴的一端连接，还包括无轴泵泵体和无轴叶轮，所述无轴叶轮位于所述无轴泵泵体内部，所述泵轴的另一端伸入无轴泵泵体，通过传动装置与无轴叶轮连接。

进一步，所述无轴叶轮旋转中心线与所述泵轴旋转中心线平行或者垂直或者重合。

进一步，所述无轴叶轮旋转中心线与所述泵轴旋转中心线垂直，所述无轴泵泵体内部设有轴承空腔和第一通孔，所述第一通孔与轴承空腔垂直，所述泵轴的另一端伸入轴承空腔内；所述无轴叶轮位于第一通孔内。

进一步，所述轴承空腔内设有轴承，用于支撑泵轴；所述泵轴上安装机械密封，所述机械密封位于轴承与叶轮之间。

进一步，所述轴承包括滚动轴承和推力轴承，所述推力轴承位于机械密封下方，所述滚动轴承位于所述泵轴的另一端。

进一步，所述传动装置包括第一锥形齿轮和第二锥形齿轮；所述第一锥形齿轮安装在所述泵轴的另一端，所述第二锥形齿轮安装在无轴叶轮外圆上；所述第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合，通过泵轴上的叶轮旋转带动所述无轴叶轮旋转。

进一步，所述第一锥形齿轮和第二锥形齿轮的分锥角均为15°～30°。

进一步，所述无轴叶轮外圆两端安装圆锥滚子轴承的内圈，所述无轴泵泵体两端分别安装泵盖，所述泵盖的斜面与圆锥滚子轴承的滚柱接触。

进一步，所述泵盖的斜面表面硬化处理。

进一步，所述无轴叶轮内安装叶片的数量为4-10。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的余能回收无轴叶轮泵，通过高压的氢气介质可以驱动叶轮运动，叶轮带动无轴叶轮转动，可以为燃料电池堆排出的氢气提供动力源，实现高效的高压余能回收再利用。

2.本发明所述的余能回收无轴叶轮泵，无轴泵的设计可以满足燃料电池堆排出的氢气-水混合物的使用要求，不会出现气浮现象，使得本发明在气液两相流等特殊工况可以安全稳定的运行。

3.本发明所述的余能回收无轴叶轮泵，无轴叶轮以及无外圈圆锥滚子轴承的使用，使得本发明的结构紧凑，可以满足车载环境等需要节省空间的条件。

附图说明

图1为本发明所述的余能回收无轴叶轮泵结构图。

图2为本发明所述的无轴叶轮安装图。

图中：

1-尾水管；2-泵壳；3-叶轮；4-机械密封；5-止推轴承；6-无轴泵泵体；7-泵轴；8-滚动轴承；9-圆锥滚子轴承的内圈；10-无轴叶轮；11-泵盖；12-第一锥形齿轮；13-第二锥形齿轮；14-叶片。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的余能回收无轴叶轮泵，包括尾水管1、泵壳2、叶轮3、机械密封4、止推轴承5、无轴泵泵体6、泵轴7、滚动轴承8、圆锥滚子轴承的内圈9、无轴叶轮10、泵盖11、第一锥形齿轮12、第二锥形齿轮13和叶片14；尾水管1安装在泵壳2的出口处，所述泵壳2内放置可旋转叶轮3，所述叶轮3与泵轴7的一端连接，所述无轴泵泵体6可以与泵壳2密封连接，也可以所述无轴泵泵体6通过过渡法兰等连接件与泵壳2连接，尾水管1与泵壳2之间、泵壳2与无轴泵泵体6之间使用螺栓固定连接。所述泵轴7的另一端伸入无轴泵泵体6，通过传动装置与无轴叶轮10连接，所述无轴叶轮10位于所述无轴泵泵体6内部。通过设计不同的转动装置，可以实现所述无轴叶轮10旋转中心线与所述泵轴7旋转中心线平行或者垂直或者重合。

本发明以所述无轴叶轮10旋转中心线与所述泵轴7旋转中心线垂直为例，所述无轴泵泵体6内部设有轴承空腔和第一通孔，所述第一通孔与轴承空腔垂直，所述泵轴7的另一端伸入轴承空腔内；所述无轴叶轮10位于第一通孔内。所述轴承空腔内设有轴承，用于支撑泵轴7；所述泵轴7上安装机械密封4，所述机械密封4位于轴承与叶轮3之间。所述轴承包括滚动轴承8和止推轴承5，所述止推轴承5位于机械密封4下方，所述滚动轴承8位于所述泵轴7的另一端。所述传动装置包括第一锥形齿轮12和第二锥形齿轮13；所述第一锥形齿轮12安装在所述泵轴7的另一端，且位于滚动轴承8下方；所述第二锥形齿轮13安装在无轴叶轮10外圆上；所述第一锥形齿轮12与第二锥形齿轮13啮合，通过泵轴7上的叶轮3旋转带动所述无轴叶轮10旋转。滚动轴承8和止推轴承5与泵轴7之间采用过盈配合，泵轴7与第一锥形齿轮12采用花键固定连接。所述第一锥形齿轮12和第二锥形齿轮13的分锥角均为15°～30°

所述无轴叶轮10外圆两端安装圆锥滚子轴承的内圈9，所述无轴泵泵体6两端分别安装泵盖11，通过螺纹使得所述泵盖11的斜面与圆锥滚子轴承的滚柱接触。圆锥滚子轴承的内圈9一般情况都是安装保持架和滚柱的。所述泵盖11的斜面表面硬化处理，提高寿命。无轴叶轮10与泵盖11之间的单边间隙为0.1～0.3mm，方便无轴叶轮10的旋转。

所述无轴叶轮10的叶片14数为4～10片，并围绕所述无轴叶轮10的旋转中心轴线周向布置。所述无轴叶轮10的直径与转速呈正比关系。

本发明的组装步骤如下：

先将泵轴7带花键的一端自上向下穿入无轴泵泵体6，并将止推轴承5与滚动轴承8分别固定在泵轴7直径最大段的两端，其中，滚动轴承8固定在靠近第一锥形齿轮12的一端。将第一锥形齿轮12放入泵轴7下端花键位置，使用锁紧螺母固定。将第二锥形齿轮13套入无轴叶轮10使用螺栓将第二锥形齿轮13固定。将无轴叶轮10放入无轴泵泵体6的第一通孔内，保证第一锥形齿轮12与第二锥形齿轮13啮合。在无轴叶轮10的两端安装圆锥滚子轴承的内圈9，通过螺纹连接两端的泵盖11，需要保证安装后的无轴叶轮10与泵盖11之间的单边间隙为0.1～0.3mm。

在泵轴7在的上端依次放入机械密封4与叶轮3，叶轮3与泵轴7之间有键固定周向位移。自下到上依次放入泵壳2与尾水管1并使用螺栓连接，完成安装。

工作原理为：

如图1所示，高压介质自泵壳2右端进入，带动叶轮3旋转，并从尾水管1排出。叶轮3带动第一锥形齿轮12旋转，在第一锥形齿轮12与第二锥形齿轮13的相互配合下，无轴叶轮10开始旋转并作用在低压介质上，开始工作。

泵盖11与圆锥滚子轴承的内圈9的配合限定了无轴叶轮10的轴向位移和径向位移，止推轴承5约束了泵轴7的轴向位移，滚动轴承8主要是承受第一锥形齿轮12与第二锥形齿轮13之间产生的径向力，这三点共同保证了第一锥形齿轮12与第二锥形齿轮13之间的啮合以及无轴叶轮10的稳定运行。

所述无轴叶轮10旋转中心线与所述泵轴7旋转中心线平行，传动装置可以一对啮合的斜齿轮或者直齿轮，也可以是输出和输入轴平行的轮系。

所述无轴叶轮10旋转中心线与所述泵轴7旋转中心线重合，可以直接在泵轴7的另一端安装无轴叶轮10。或者传动装置至少两对啮合的斜齿轮或者直齿轮。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种余能回收无轴叶轮泵，包括泵壳(2)、叶轮(3)和泵轴(7)，所述泵壳(2)内放置可旋转叶轮(3)，所述叶轮(3)与泵轴(7)的一端连接，其特征在于，还包括无轴泵泵体(6)和无轴叶轮(10)，所述无轴叶轮(10)位于所述无轴泵泵体(6)内部，所述泵轴(7)的另一端伸入无轴泵泵体(6)，通过传动装置与无轴叶轮(10)连接。

2.根据权利要求1所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述无轴叶轮(10)旋转中心线与所述泵轴(7)旋转中心线平行或者垂直或者重合。

3.根据权利要求2所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述无轴叶轮(10)旋转中心线与所述泵轴(7)旋转中心线垂直，所述无轴泵泵体(6)内部设有轴承空腔和第一通孔，所述第一通孔与轴承空腔垂直，所述泵轴(7)的另一端伸入轴承空腔内；所述无轴叶轮(10)位于第一通孔内。

4.根据权利要求3所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述轴承空腔内设有轴承，用于支撑泵轴(7)；所述泵轴(7)上安装机械密封(4)，所述机械密封(4)位于轴承与叶轮(3)之间。

5.根据权利要求4所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述轴承包括滚动轴承(8)和止推轴承(5)，所述止推轴承(5)位于机械密封(4)下方，所述滚动轴承(8)位于所述泵轴(7)的另一端。

6.根据权利要求3-5任一项所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述传动装置包括第一锥形齿轮(12)和第二锥形齿轮(13)；所述第一锥形齿轮(12)安装在所述泵轴(7)的另一端，所述第二锥形齿轮(13)安装在无轴叶轮(10)外圆上；所述第一锥形齿轮(12)与第二锥形齿轮(13)啮合，通过泵轴(7)上的叶轮(3)旋转带动所述无轴叶轮(10)旋转。

7.根据权利要求6所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述第一锥形齿轮(12)和第二锥形齿轮(13)的分锥角均为15°～30°。

8.根据权利要求6所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述无轴叶轮(10)外圆两端安装圆锥滚子轴承的内圈(9)，所述无轴泵泵体(6)两端分别安装泵盖(11)，所述泵盖(11)的斜面与圆锥滚子轴承的滚柱接触。

9.根据权利要求8所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述泵盖(11)的斜面表面硬化处理。

10.根据权利要求6所述的余能回收无轴叶轮泵，其特征在于，所述无轴叶轮(10)内安装叶片(14)的数量为4-10。