CN110307154A - 一种罗茨式氢气循环泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种罗茨式氢气循环泵，包括泵体，泵体内设有转子室，转子室内设有主动转子和从动转子，主动转子和从动转子设有相互啮合的罗茨叶片，泵体设有出气口；进气端盖，进气端盖和泵体相连，以封闭泵体内的转子室，且进气端盖设有进气口，仅使外部气体经进气口进入转子室；主动转子的主动转轴直接与电机相连。本发明其结构设计合理，取消了现有的传动齿轮结构，直接选用自润滑结构的罗茨转子相互啮合以实现传动，相当于直接省去了齿轮室部分，大大缩减了整个泵体的结构，而且最重要的是无齿轮室无齿轮也就意味着不需要润滑油，从根本上解决了润滑油泄露的问题，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而污染损坏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种罗茨式氢气循环泵。
背景技术
现有技术中的氢循环泵主要应用在燃料电池领域，其中主要采用两叶罗茨式和两爪式氢气循环泵，但是现有两叶罗茨式氢气循环泵的转子都是通过同步齿轮进行传动，而同步齿轮需要润滑油进行润滑所以需要设计齿轮室，在齿轮室中加入润滑油，齿轮室中的同步齿轮通过连接轴和转子轴相连，齿轮室和转子室之间需要设计油封装置，但是氢气循环泵在实际使用过程中还是存在润滑油从齿轮室向转子室渗透或者泄露的情况和隐患，润滑油进入转子室后会和氢气接触，导致燃料电池的电堆污染。
发明内容
本发明提供了一种罗茨式氢气循环泵，其结构设计合理，取消了现有的传动齿轮结构，直接选用自润滑结构的罗茨转子相互啮合以实现传动，因为取消了齿轮结构，相当于直接省去了齿轮室部分，大大缩减了整个泵体的结构，使泵体结构更加紧凑合理，而且最重要的是无齿轮室无齿轮也就意味着不需要润滑油，从根本上解决了润滑油泄露的问题，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而污染损坏的问题，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种罗茨式氢气循环泵，包括：
泵体，所述泵体内设有转子室，转子室内设有主动转子和从动转子，主动转子和从动转子设有相互啮合的罗茨叶片，所述泵体设有出气口；
进气端盖，所述进气端盖和泵体相连，以封闭所述泵体内的转子室，且进气端盖设有进气口，仅使外部气体经进气口进入转子室；
所述主动转子的主动转轴直接与电机相连，主动转子的罗茨叶片在电机驱动下使与其啮合的从动转子的罗茨叶片跟随转动；
所述转子室和电机之间无齿轮设置，且所述主动转子和从动转子的两个罗茨叶片中至少一个设为非金属罗茨叶片。
进一步的，所述主动转子和从动转子的罗茨叶片数量至少三个。
进一步的，所述主动转子和从动转子处于同时啮合状态的罗茨叶片数量不少于两个。
进一步的，所述主动转子的主动转轴和对应的罗茨叶片、所述从动转子的从动转轴和对应的罗茨叶片均设为一体式结构。
进一步的，所述进气端盖设有两个安装槽，每个安装槽内设有第一轴承，两个所述第一轴承分别与主动转轴和从动转轴相连。
进一步的，所述进气端盖和密封端盖相连，所述密封端盖适于限制第一轴承的轴向位移，且所述密封端盖设有通气口，所述通气口与进气端盖的进气口相连通设置。
进一步的，所述密封端盖设有加强筋，以增加密封端盖的结构强度和散热性能。
进一步的，所述主动转子的主动转轴直接和所述电机内部的电机转子相连，所述泵体靠近电机一侧设有和主动转轴相连的第二轴承。
进一步的，所述从动转子的从动转轴和泵体内设置的第三轴承相连。
进一步的，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承均选用自润滑陶瓷轴承型号或自润滑不锈钢轴承或不锈钢陶瓷混合轴承。
本发明采用上述结构的有益效果是，其结构设计合理，取消了现有的传动齿轮结构，直接选用自润滑结构的罗茨转子相互啮合以实现传动，因为取消了齿轮结构，相当于直接省去了齿轮室部分，大大缩减了整个泵体的结构，使泵体结构更加紧凑合理，而且最重要的是无齿轮室无齿轮也就意味着不需要润滑油，从根本上解决了润滑油泄露的问题，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而污染损坏的问题。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的侧视结构示意图。
图3为图2中A-A方向的剖视结构示意图。
图4为本发明的立体爆炸结构示意图。
图中，1、泵体；2、转子室；3、主动转子；301、主动轴；4、从动转子；401、从动轴；5、出气口；6、进气端盖；601、安装槽；7、进气口；8、电机；801、电机转子；9、第一轴承；10、密封端盖；11、通气口；12、加强筋；13、第二轴承；14、第三轴承。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
如图1-4所示，一种罗茨式氢气循环泵，包括泵体1，泵体1内设有转子室2，转子室2内设有主动转子3和从动转子4，主动转子3和从动转子4设有相互啮合的罗茨叶片，泵体1设有出气口5；泵体1一侧设有进气端盖6，进气端盖6适于封闭泵体1内的转子室2，且进气端盖6设有进气口7，仅使外部气体经进气口7进入转子室2；主动转子3的主动转轴301直接与电机8相连，主动转子3的罗茨叶片在电机8驱动下使与其啮合的从动转子4的罗茨叶片跟随转动；所述转子室2和电机8之间无齿轮设置，且主动转子3和从动转子4的两个罗茨叶片中至少一个设为非金属罗茨叶片。非金属罗茨叶片具有自润滑功能，和另一个罗茨叶片相互配合，实现无润滑油设置，而且两个罗茨叶片之间在高速旋转摩擦过程中不会产生火花，避免引起氢气燃烧爆炸；为了避免现有齿轮结构中润滑油的泄露问题，本方案中直接取消了现有的传动齿轮结构，主动转子3和从动转子4通过自身相互啮合的罗茨叶片实现传动，主动转子3的主动转轴301直接和电机8相连，省去了齿轮室部分，大大缩减了整个泵体1的结构，使泵体1结构更加紧凑合理，从根本上解决了润滑油泄露的问题，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而污染损坏的问题。
在优选的实施例中，主动转子3和从动转子4的罗茨叶片数量至少三个。主动转子3和从动转子4的罗茨叶片数量选用三个或以上，能够获得更高的气体输送效率，结构更加稳定可靠，使罗茨叶片之间的啮合状态更加可靠，主动转子3带动从动转子4的转动更加流畅。
在优选的实施例中，主动转子3和从动转子4处于同时啮合状态的罗茨叶片数量不少于两个。为保证传动的平稳和受力均衡，通过调整扭转角，使主动转子3和从动转子4同时具有最少两个罗茨叶片处于啮合状态，保证罗茨叶片之间具有充分的接触面积，使主动转子3带动从动转子4的过程更加稳定可靠。
在优选的实施例中，主动转子3的主动转轴301和对应的罗茨叶片、从动转子4的从动转轴401和对应的罗茨叶片均设为一体式结构；主动转子3和从动转子4的两个罗茨叶片中至少一个设为非金属罗茨叶片，保证相互摩擦后不会产生火花，从根本上进行防爆，且主动转子3和从动转子4的主动转轴301和从动转轴401选用金属型号，以确保转动转子3和从动转子4的稳定性和可靠性。
值得一提的是，主动转子3和从动转子4可选用工程塑料型号，具体可设为PEEK材质型号。
在优选的实施例中，进气端盖6设有两个安装槽601，每个安装槽601内设有第一轴承9，两个第一轴承9分别与主动转轴3和从动转轴4相连。
在优选的实施例中，进气端盖6和密封端盖10相连，密封端盖10适于限制第一轴承9的轴向位移，且密封端盖10设有通气口11，通气口11与进气端盖6的进气口601相连通设置。
在优选的实施例中，密封端盖10设有加强筋12，以增加密封端盖10的结构强度和散热性能。加强筋12的独特设计不仅有效提高了密封端盖10的结构强度，而且增加了密封端盖10的散热性能，使主动转子3和从动转子4在高速转动过程中产生的热量能够迅速散失，保证散热效果。
在优选的实施例中，主动转子3的主动转轴301直接和电机8内部的电机转子801相连，泵体1靠近电机8一侧设有和主动转轴301相连的第二轴承13。主动转子3的主动转轴301和电机8的驱动轴同轴设置，使主动转轴301通过其中一个第一轴承9和第二轴承13支撑旋转，从动转轴401通过另一个第一轴承9和第三轴承14支撑旋转，节省了现有技术中电机8的电机端盖，节省了电机8驱动轴和主动转轴之间的联轴器，大大缩短了整个驱动轴的长度，主动转轴301直接与电机8的电机转子相连，有利于主动转子的平稳旋转，消除了中间的连接部件，缩短了连接长度，结构紧凑，成本低，使用效果好。
在优选的实施例中，从动转子4的从动转轴401和泵体1内设置的第三轴承14相连。
在优选的实施例中，第一轴承9、第二轴承13和第三轴承14均选用自润滑陶瓷轴承型号或自润滑不锈钢轴承或不锈钢陶瓷混合轴承。陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性。可用于极度恶劣的环境及特殊工况，可广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备，冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域，是新材料应用的高科技产品。陶瓷轴承的套圈及滚动体采用全陶瓷材料，有氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(Sic)三种。保持器采用聚四氟乙烯、尼龙66，聚醚酰亚氨，氧化锆、氮化硅，不锈钢或特种航空铝制造，从而扩大陶瓷轴承的应用面。自润滑不锈钢轴承和不锈钢陶瓷混合轴承同样具有上述陶瓷轴承的优势，能够满足本方案中的无油设计理念，第一轴承9、第二轴承13和第三轴承14的结构型号不做限制，能够在满足机械要求的前提下，同时具有防氢蚀和氢脆的作用。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，包括：
泵体，所述泵体内设有转子室，转子室内设有主动转子和从动转子，主动转子和从动转子设有相互啮合的罗茨叶片，所述泵体设有出气口；
进气端盖，所述进气端盖和泵体相连，以封闭所述泵体内的转子室，且进气端盖设有进气口，仅使外部气体经进气口进入转子室；
所述主动转子的主动转轴直接与电机相连，主动转子的罗茨叶片在电机驱动下使与其啮合的从动转子的罗茨叶片跟随转动；
所述转子室和电机之间无齿轮设置，且所述主动转子和从动转子的两个罗茨叶片中至少一个设为非金属罗茨叶片。
2.根据权利要求1所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述主动转子和从动转子的罗茨叶片数量至少三个。
3.根据权利要求2所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述主动转子和从动转子处于同时啮合状态的罗茨叶片数量不少于两个。
4.根据权利要求2或3所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述主动转子的主动转轴和对应的罗茨叶片、所述从动转子的从动转轴和对应的罗茨叶片均设为一体式结构。
5.根据权利要求1所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述进气端盖设有两个安装槽，每个安装槽内设有第一轴承，两个所述第一轴承分别与主动转轴和从动转轴相连。
6.根据权利要求5所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述进气端盖和密封端盖相连，所述密封端盖适于限制第一轴承的轴向位移，且所述密封端盖设有通气口，所述通气口与进气端盖的进气口相连通设置。
7.根据权利要求6所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述密封端盖设有加强筋，以增加密封端盖的结构强度和散热性能。
8.根据权利要求1所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述主动转子的主动转轴直接和所述电机内部的电机转子相连，所述泵体靠近电机一侧设有和主动转轴相连的第二轴承。
9.根据权利要求8所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述从动转子的从动转轴和泵体内设置的第三轴承相连。
10.根据权利要求1所述的一种罗茨式氢气循环泵，其特征在于，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承均选用自润滑陶瓷轴承型号或自润滑不锈钢轴承或不锈钢陶瓷混合轴承。
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