CN110685900B - 一种具有圆弧形滑片结构的滑片泵 - Google Patents

一种具有圆弧形滑片结构的滑片泵 Download PDF

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Abstract

一种具有圆弧形滑片结构的滑片泵。其包括具有圆弧形滑片结构的滑片泵包括前端盖、后端盖、前轴承、后轴承、泵体、偏心定子缸套、转子阶梯轴和第一至第四圆弧形滑片；本发明优点：结构简单紧凑，偏心定子缸套的内圆相比于传统滑片泵复杂的高次曲线精准度要求相对较低，更容易应用于生产。容积腔内流体对称分布，在高速转动的工作情况下相比传统单作用滑片泵具有更好的稳定性，在保障安全的前提下满足了高效工作的要求。可通过调节偏心定子缸套中心的偏距和圆弧形滑片的半径来改变供液特性曲线，进而改变流量大小并调节流量脉动。外部总流量恒由两相互弥补的供液曲线耦合而成，不同曲线的叠加可进一步减小脉动并解决其它相应问题。

Description

一种具有圆弧形滑片结构的滑片泵
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，特别是涉及一种易于加工、低成本的具有圆弧形滑片结构的滑片泵。
背景技术
滑片泵又叫叶片泵、刮片泵、刮板泵，多数是由泵体、内转子、定子、泵盖以及滑片组成。其工作原理是依靠离心力使滑片紧贴偏心定子，使相邻两滑片与转子和泵体间形成相互隔离的容积腔，在进口处容积腔体积增大，进行吸液；出口处容积腔体积减小，进行排液。滑片泵具有自吸能力强、效率高、密封性好等优点，但其复杂的结构工艺与较高的制造精度要求对滑片泵的推广与应用造成了一定的不利影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有圆弧形滑片结构的滑片泵。
为了达到上述目的，本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵包括前端盖、后端盖、前轴承、后轴承、泵体、偏心定子缸套、转子阶梯轴和第一至第四圆弧形滑片；其中，所述的泵体包括底板和连接在底板上部的泵壳；泵壳为前后端呈开口状的圆管形结构，两侧圆周面上分别设有外部进液口和外部出液口；上下端内圆周面上分别沿径向向外凹陷形成有一个凹槽；偏心定子缸套的外圆周面上下端分别向外突出形成有一个能够插入在凹槽内的耳状销，内圆相对于泵壳在竖直方向上具有偏距，两侧部位形成有分别与泵壳上的外部进液口和外部出液口相对应的进液口和出液口；转子阶梯轴包括长轴和短轴；长轴水平设置，是由依次相连的大径段、中径段和小径段一体构成的阶梯状；短轴呈盖状，通过沉头螺栓连接在大径段的后端面上；大径段的后端两侧部位分别向内凹陷形成有一个轴对称的圆弧形滑槽，并且圆弧形滑槽的两端延伸到大径段的圆周面上而呈开口状；大径段以与泵壳同心的方式设置在偏心定子缸套的内部，中径段和小径段位于泵壳的前端外部；第一至第四圆弧形滑片间隔距离依次设置，其中第一和第二圆弧形滑片以及第三和第四圆弧形滑片的内端分别以能够滑动且对称的方式插入在大径段上一个圆弧形滑槽的两个端部开口中，并且所有圆弧形滑片的外端与偏心定子缸套的内圆周面滑动接触；前端盖的中心孔通过前轴承和密封圈套在中径段的外部，外部边缘利用螺栓固定在泵壳的前端口处；后端盖的中心孔通过后轴承和密封圈套在短轴的外部，外部边缘利用螺栓固定在泵壳的后端口处。
所述的偏心定子缸套上的内圆水平投影后，进液口和出液口在该投影上对应的圆心角为度，并且进液口的下端边缘形成有斜三角形的小沟槽，用于预膨胀，以减小压力突变而引起的流量波动。
所述的转子轴的小径段上设有键槽，可通过联轴器与外部电机相连，进行动力输入。
所述的第一至第四圆弧形滑片的外端上设有倒角，在高速旋转下，倒角的边线与偏心定子缸套的内圆周面呈线接触并紧密贴合。
所述的第一至第二圆弧形滑片或第三至第四圆弧形滑片的周向中心线连成的圆弧半径与偏心定子缸套内圆的半径相等。
本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵具有如下优点：
1.结构简单紧凑，偏心定子缸套的内圆相比于传统滑片泵复杂的高次曲线精准度要求相对较低，更容易应用于生产,从而可实现降低加工难度、减少生产成本的目的。
2.容积腔内流体对称分布，在高速转动的工作情况下相比传统单作用滑片泵具有更好的稳定性，在保障安全的前提下满足了高效工作的要求。
3.可通过调节偏心定子缸套中心的偏距和圆弧形滑片的半径来改变供液特性曲线，进而改变流量大小并调节流量脉动。
4、较传统滑片泵容积腔只由定子内壁形状决定的流量特性曲线有所差异,本滑片泵外部总流量恒由两相互弥补的供液曲线耦合而成，不同曲线的叠加可进一步减小脉动并解决其它相应问题。
附图说明
图1为本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵结构轴测图。
图2为未安装前端盖的本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵结构示意图。
图3为本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵中部分构件结构示意图。
图4为本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵中转子阶梯轴结构轴测图。
图5为本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵进行说明。
如图1至图5所示，本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵包括前端盖1、后端盖2、前轴承3、后轴承4、泵体5、偏心定子缸套6、转子阶梯轴7和第一至第四圆弧形滑片8,9,10,11；其中，所述的泵体5包括底板51和连接在底板51上部的泵壳52；泵壳52为前后端呈开口状的圆管形结构，两侧圆周面上分别设有外部进液口53和外部出液口54；上下端内圆周面上分别沿径向向外凹陷形成有一个凹槽55；偏心定子缸套6的外圆周面上下端分别向外突出形成有一个能够插入在凹槽55内的耳状销61，内圆相对于泵壳52在竖直方向上具有偏距，两侧部位形成有分别与泵壳52上的外部进液口53和外部出液口54相对应的进液口62和出液口63；转子阶梯轴7包括长轴71和短轴72；长轴71水平设置，是由依次相连的大径段75、中径段76和小径段77一体构成的阶梯状；短轴72呈盖状，通过沉头螺栓连接在大径段75的后端面上；大径段75的后端两侧部位分别向内凹陷形成有一个轴对称的圆弧形滑槽74，并且圆弧形滑槽74的两端延伸到大径段75的圆周面上而呈开口状；大径段75以与泵壳52同心的方式设置在偏心定子缸套6的内部，中径段76和小径段77位于泵壳52的前端外部；第一至第四圆弧形滑片8,9,10,11间隔距离依次设置，其中第一和第二圆弧形滑片8,9以及第三和第四圆弧形滑片10,11的内端分别以能够滑动且对称的方式插入在大径段75上一个圆弧形滑槽74的两个端部开口中，并且所有圆弧形滑片的外端与偏心定子缸套6的内圆周面滑动接触；前端盖1的中心孔通过前轴承3和密封圈套在中径段76的外部，外部边缘利用螺栓固定在泵壳52的前端口处；后端盖2的中心孔通过后轴承4和密封圈套在短轴72的外部，外部边缘利用螺栓固定在泵壳52的后端口处。
所述的偏心定子缸套6上的内圆水平投影后，进液口62和出液口63在该投影上对应的圆心角为90度，并且进液口62的下端边缘形成有斜三角形的小沟槽64，用于预膨胀，以减小压力突变而引起的流量波动。
所述的转子轴7的小径段77上设有键槽73，可通过联轴器与外部电机相连，进行动力输入。
所述的第一至第四圆弧形滑片8,9,10,11的外端上设有倒角，在高速旋转下，倒角的边线与偏心定子缸套6的内圆周面呈线接触并紧密贴合。
所述的第一至第二圆弧形滑片8,9或第三至第四圆弧形滑片10,11的周向中心线连成的圆弧半径与偏心定子缸套6内圆的半径相等。
现将本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵的工作原理阐述如下：
在初始时刻，第一与第四圆弧形滑片8,11、第二与第三圆弧形滑片9,10关于竖直方向对称，第三与第四圆弧形滑片10，11和第二与第一圆弧形滑片9，8的边缘恰好与偏心定子缸套6上的进液口62、出液口63的上下边界重合，此时偏心定子缸套6的内圆周面与上述四个圆弧形滑片的外端贴合，在偏心定子缸套6的内圆轴向投影上形成四个触点，每相邻两触点与圆心之间连线的夹角均为90度。偏心定子缸套6与在同一个圆弧形滑槽74内的两圆弧形滑片(即第一、第二圆弧形滑片8，9与第三、第四圆弧形滑片10，11)所围成的近似于橄榄形的第一容积腔12和第二容积腔13的体积恰是在一个周期中的平均值；偏心定子缸套6与在不同圆弧形滑槽74内的两相邻滑片(即第四、第一圆弧形滑片11，8与第二、第三圆弧形滑片9，10)所围成的扇面形的第三容积腔14和第四容积腔15的体积分别是在一个周期中的极大值与极小值。
因容积腔的轴向投影面积与实际体积成正比，所以可通过计算投影面积的变化来获得体积的变化规律。将上述各容积腔沿轴向进行投影，第一容积腔12、第二容积腔13由两非对称的圆弧和偏心定子缸套6、转子阶梯轴7的部分轮廓围成；第三容积腔14、第四容积腔15则由两对称的圆弧和偏心定子缸套6、转子阶梯轴7的部分轮廓围成。
设置偏心定子缸套6的内圆半径R＝1，偏心距e＝1/8。而后利用MATLAB建立模型，再使用内嵌功能分割区域、计算面积。因为所有相关区域都由圆组成，所以其面积规律为复杂的三角函数。由此对面积曲线进行拟合，经检验，三阶的Fourier函数即具备很好的吻合度。四个容积腔的投影面积表达式如下：
A1＝0.4569+0.01544cos(θ)+0.1747sin(θ)-7.692×10-3cos(2θ)+1.373×10- 3sin(2θ)-5.91×10-5cos(3θ)-2.166×10-4sin(3θ)
A2＝0.4569+0.01544cos(θ)-0.1747sin(θ)-7.692×10-3cos(2θ)-1.373×10- 3sin(2θ)-5.91×10-5cos(3θ)+2.166×10-4sin(3θ)
A3＝0.5539-0.1922cos(θ)+2.17×10-4sin(θ)+7.74×10-3cos(2θ)-1.747×10- 5sin(2θ)+7.203×10-5cos(3θ)-2.439×10-7sin(3θ)
A4＝0.4465+0.1613cos(θ)+1.461×10-4sin(θ)+7.722×10-4cos(2θ)+1.399×10-5sin(2θ)-7.439×10-5cos(3θ)+2.021×10-7sin(3θ)
(Ai表示第i容积腔的投影面积i＝1，2，3，4θ为相对于初始时刻旋转过的角度)
通过对规律曲线的研究发现，第一容积腔12在初始的1/4周运动中体积连续减小到最小值，此时其与出液口63相连通；在随后的1/4周运动中体积增大到初始值，此时其与进液口62相连通；在紧接的1/4周运动中，体积对称地连续增加到最大值，并持续与进液口62相连通；在其一周期的最后1/4周运动中，体积按与初始1/4周运动曲线相对称的规律减小到初始值，并同时与出液口63相连通。第二容积腔13与第一容积腔12的规律曲线形状相同，但相位相反。在初始时刻，第三容积腔14、第四容积腔15的体积分别处于极大值和极小值，在前半个周期内，其容积在各自的上下界间单调连续变化，并与出液口63或进液口62连通，进行供液，在旋转半周后，容积达到另一极值；在随后的半个周期，容积又从另一极值对称地单调连续变化，进行供液并回到初始位置。橄榄形的第一容积腔12、第二容积腔13和扇面形的第三容积腔14、第四容积腔15交替与进、出液口62，63连通，叠加流量而实现外部连续供液。
进/出液口62，63总是同时与两相邻容积腔相连，橄榄形的第一容积腔12、第二容积腔13和扇面形的第三容积腔14、第四容积腔15体积变化对应不同规律的流量特性曲线，此处与传统滑片泵只由定子内壁形状决定的容积腔流量特性曲线有所不同。外部总流量是由多个容积腔流量的叠加而得到，所述的特征造成的差异在此的表现为：较传统滑片泵的外部总流量曲线由多条具有一定相位差的同规律曲线叠加得到，本发明提供的具有圆弧形滑片结构的滑片泵外部总流量曲线恒由两相互弥补的规律曲线耦合形成，可以进一步减小脉动并解决其它相应问题。

Claims (5)

1.一种具有圆弧形滑片结构的滑片泵，其特征在于：所述的具有圆弧形滑片结构的滑片泵包括前端盖(1)、后端盖(2)、前轴承(3)、后轴承(4)、泵体(5)、偏心定子缸套(6)、转子阶梯轴(7)和第一至第四圆弧形滑片(8,9,10,11)；其中，所述的泵体(5)包括底板(51)和连接在底板(51)上部的泵壳(52)；泵壳(52)为前后端呈开口状的圆管形结构，两侧圆周面上分别设有外部进液口(53)和外部出液口(54)；上下端内圆周面上分别沿径向向外凹陷形成有一个凹槽(55)；偏心定子缸套(6)的外圆周面上下端分别向外突出形成有一个能够插入在凹槽(55)内的耳状销(61)，内圆相对于泵壳(52)在竖直方向上具有偏距，两侧部位形成有分别与泵壳(52)上的外部进液口(53)和外部出液口(54)相对应的进液口(62)和出液口(63)；转子阶梯轴(7)包括长轴(71)和短轴(72)；长轴(71)水平设置，是由依次相连的大径段(75)、中径段(76)和小径段(77)一体构成的阶梯状；短轴(72)呈盖状，通过沉头螺栓连接在大径段(75)的后端面上；大径段(75)的后端两侧部位分别向内凹陷形成有一个轴对称的圆弧形滑槽(74)，并且圆弧形滑槽(74)的两端延伸到大径段(75)的圆周面上而呈开口状；大径段(75)以与泵壳(52)同心的方式设置在偏心定子缸套(6)的内部，中径段(76)和小径段(77)位于泵壳(52)的前端外部；第一至第四圆弧形滑片(8,9,10,11)间隔距离依次设置，其中第一和第二圆弧形滑片(8,9)以及第三和第四圆弧形滑片(10,11)的内端分别以能够滑动且对称的方式插入在大径段(75)上一个圆弧形滑槽(74)的两个端部开口中，并且所有圆弧形滑片的外端与偏心定子缸套(6)的内圆周面滑动接触；前端盖(1)的中心孔通过前轴承(3)和密封圈套在中径段(76)的外部，外部边缘利用螺栓固定在泵壳(52)的前端口处；后端盖(2)的中心孔通过后轴承(4)和密封圈套在短轴(72)的外部，外部边缘利用螺栓固定在泵壳(52)的后端口处。
2.根据权利要求1所述的具有圆弧形滑片结构的滑片泵，其特征在于：所述的偏心定子缸套(6)上的内圆水平投影后，进液口(62)和出液口(63)在该投影上对应的圆心角为90度，并且进液口(62)的下端边缘形成有斜三角形的小沟槽(64)，用于预膨胀，以减小压力突变而引起的流量波动。
3.根据权利要求1所述的具有圆弧形滑片结构的滑片泵，其特征在于：所述的转子轴(7)的小径段(77)上设有键槽(73)，可通过联轴器与外部电机相连，进行动力输入。
4.根据权利要求1所述的具有圆弧形滑片结构的滑片泵，其特征在于：所述的第一至第四圆弧形滑片(8,9,10,11)的外端上设有倒角，在高速旋转下，倒角的边线与偏心定子缸套(6)的内圆周面呈线接触并紧密贴合。
5.根据权利要求1所述的具有圆弧形滑片结构的滑片泵，其特征在于：所述的第一至第二圆弧形滑片(8,9)或第三至第四圆弧形滑片(10,11)的周向中心线连成的圆弧半径与偏心定子缸套(6)内圆的半径相等。
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Application publication date: 20200114

Assignee: Tianjin water transport engineering survey and Design Institute Co.,Ltd.

Assignor: CIVIL AVIATION University OF CHINA

Contract record no.: X2024980004278

Denomination of invention: A sliding vane pump with a circular arc sliding vane structure

Granted publication date: 20210101

License type: Common License

Record date: 20240412

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