CN111173658A - 一种低进口压力高增压能力组合电动泵 - Google Patents

一种低进口压力高增压能力组合电动泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适应低进口压力条件高增压能力的组合电动泵，属于发动机燃油供给及控制系统。该组合电动泵主要由离心泵组件(a)、驱动电机(b)、齿轮泵组件(c)等零部组件组成，通过离心泵、齿轮泵和驱动电机一体化结构设计，实现燃油泵低进口压力条件下高抗汽蚀性、高增压能力，且为发动机提供一定压力及流量的燃油功能，同时设计特殊冷却结构，实现驱动电机的燃油冷却作用。本发明组合电动泵可应用于发动机燃油供给及调节系统或其它同类低进口压力条件高增压能力的介质供给装置需求场合，实现燃油系统在较低进口压力的苛刻条件下需求的高增压和宽范围调节，以及快速、精确供油的综合功能。

Description

一种低进口压力高增压能力组合电动泵
技术领域
本发明属于发动机燃油供给控制系统技术领域，涉及一种低进口压力高增压能力组合电动泵。
背景技术
近年来国内大功率供油调节系统的发动机型号开始使用电动泵实现燃油增压及供给调节。发动机燃油供给系统，主要采用预增压电动泵和主电动泵两个独立功能部件联合实现，并需留有特殊空间给电机冷却管路，供油调节系统较为复杂、管路布局等结构体积占用空间大，发动机供油控制系统相对复杂。
将预增压泵和主泵合二为一进行结构融合设计，即将增压泵和主泵集成为一个整体部件，由同一电机驱动，同时利用工作介质油液为电机冷却，以此可以大大减少系统体积和重量空间。一体化组合式电动泵，具有集成式、综合体积及安装空间小、散热好、减小系统能耗、降低系统控制复杂度及成本等优点，为发动机供油提供可行方案，具有较好的应用前景。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：设计一种组合电动泵，通过调节电机转速实现发动机低进口压力条件下大功率燃油增压和宽流量范围的调节，为发动机提供一定压力和流量的燃油，增压的同时实现燃油供给，简化燃油系统，为发动机的弹用小型化供油系统提供参考方案。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种低进口压力高增压能力组合电动泵，其包括：离心泵组件a、驱动电机b和齿轮泵组件c；离心泵组件a出油口与驱动电机b冷却通道进口之间、驱动电机b冷却通道出口与齿轮泵组件c进油口之间分别通过密封圈端面密封、螺钉安装固定；离心泵组件a和齿轮泵组件c与驱动电机b同轴同转速工作，离心泵组件a为驱动电机b提供具有压力的冷却燃油，同时保障齿轮泵组件c进口压力需求，齿轮泵组件c采用端面补偿结构的齿轮泵，通过将齿轮泵的出口高压油引入齿轮泵组件c中的齿轮浮动轴承组件后端面，使高压油对浮动轴承组件形成反压力，使浮动轴承组件两端液压力差小于端面补偿弹簧对其的预紧力，浮动轴承组件与齿轮泵的齿轮端面贴合，实现齿轮泵端面内泄漏补偿。
其中，所述离心泵组件a包括弹性挡圈1、锥形支撑体2、加强皮碗3、叶轮5、离心泵壳体6、密封圈7、销子8、螺母10、进油口壳体11；进油口壳体11和离心泵壳体6通过密封圈7径向密封、通过螺钉12和垫片13轴向连接固定；叶轮5通过销子8安装在驱动电机b伸出轴上，端部通过螺母10轴向固定；加强皮碗3和锥形支撑体2穿过驱动电机b轴前端轴头部分安装在离心泵壳体6内，通过弹性挡圈1轴向固定以实现动密封；驱动电机b旋转带动叶轮5旋转，介质从进油口壳体11进口进入叶轮进口经旋转增压后，进入离心泵壳体6中涡壳内螺旋流道，然后进入离心泵壳体6中扩散器内流道进一步增压后，从离心泵组件a出口进入电机冷却流道进口。
其中，所述螺母10和叶轮5一端端面之间设有调整垫圈9，通过调整垫圈9调整叶轮5与离心泵壳体6内部前后端面间隙来调节离心泵性能。
其中，所述叶轮5另一端端面和离心泵壳体6之间设置调整垫片4，通过调整垫片4调整叶轮5与离心泵壳体6内部前后端面间隙来调节离心泵性能。
其中，所述齿轮泵组件c包括泵壳体组件14、浮动轴承组件15、密封皮碗16、挡圈18、主动齿轮19、从动齿轮21、补偿弹簧22、泵盖24和固定轴承组件25；主动齿轮19和从动齿轮21通过浮动轴承组件15和固定轴承组件25安装在泵壳体组件14内，补偿弹簧22安装于泵壳体组件14中台阶处，并与浮动轴承组件15接触，使浮动轴承组件15与主动齿轮19和从动齿轮21的初始端面间隙为0；密封皮碗16穿过主动齿轮19前端轴头部分，内侧通过泵壳体组件14上的台阶定位，外侧通过挡圈18轴向固定以实现动密封。
其中，所述密封皮碗16和挡圈18之间还设置有垫片17，用于调整间隙。
其中，所述浮动轴承组件15和固定轴承组件25的前端与泵壳体组件14之间设置密封圈20进行周向密封，泵壳体组件14后端面通过螺栓固定安装泵盖24。
其中，所述浮动轴承组件15的高压一侧开通孔，以将齿轮泵的出口高压油引入浮动轴承组件15后端面，使浮动轴承组件15与齿轮端面压紧力以及齿轮方向作用在轴承组件工作表面上分离液压力合力，压力差随齿轮泵转速提高而增大。
其中，所述浮动轴承组件15和固定轴承组件25分别开有螺旋形润滑槽，齿轮出口高压油泄漏燃油循环到各轴承组件，再到泵壳体组件14两端面低压油区域并与齿轮泵进口低压油贯通，形成润滑冷却油微循环，以降低轴承组件和齿轮轴的接触摩擦。
其中，所述驱动电机b采用双轴伸组装式结构，并采用外壳循油方式冷却，驱动电机定子机壳采用铝合金制造，机壳内表面开槽；驱动电机定子与转子通过隔油环及密封圈进行隔断，防止油液从定子流入转子。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的低进口压力高增压能力组合电动泵，具有以下有益效果：
(1)将离心泵和齿轮泵合二为一进行结构融合设计，即将增压泵和供油泵集成为一个整体部件，取消了一个驱动电机和电机本体冷却相关的冷却管道，离心齿轮组合泵由同一电机驱动，同时利用工作介质油液为电机冷却，以此可以大大减少系统体积和重量空间。一体化组合式电动燃油泵，具有集成式、综合体积及安装空间小、散热好、减小系统能耗、降低系统控制复杂度及成本。
(2)实现低进口压力(最小可到-0.05Mpa)条件下，高增压能力(出口压力最大可到12MPa)供油需求，根据使用工况需求，齿轮泵效率通过调整垫片可配调。本型组合泵综合利用了两种泵的优势，实现了供油电动泵的高抗汽蚀能力、自前至后的电机冷却(降低采用回油方式的高能耗)、高增压能力和定量供给调节的综合功用，可简化发动机供油调节系统，实现飞行器燃油系统仅提供较低进口压力的苛刻条件下发动机需求的高增压和精确供油的综合功能，为新一代弹用发动机提供了可行的燃油供给装置方案。
附图说明
图1、为本发明的组合电动泵总体组成示意图。
图2、为本发明的离心泵组件装配结构示意图。
图3、为本发明的齿轮泵组件装配结构示意图。
图4、为本发明的补偿弹簧在浮动轴承布局位置示意图。
图5、为本发明的电机冷却流道示意图。
图6、为本发明的电机机壳结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明设计了一种离心泵和齿轮泵布局在驱动电机两端的组合电动泵，两泵与电机同轴同转速工作，离心泵为电机提供一定压力的冷却燃油，同时保障齿轮泵进口压力需求；齿轮泵采用端面补偿结构的齿轮泵，通过将泵的出口高压油引入齿轮浮动轴承组件后端面，通过合理确定接触面和承压面面积，使高压油对浮动轴承组件形成反压力，使浮动轴承组件两端液压力差小于端面补偿弹簧对其的预紧力，浮动轴承组件与齿轮端面贴合，实现齿轮泵端面内泄漏补偿功能，有效减小燃油泵内泄漏，提高容积效率，从而降低泵出口压力变化对燃油泵流量影响。
具体地，如图1所示，组合电动泵结构包括离心泵组件a、驱动电机b和齿轮泵组件c；离心泵组件a出油口与驱动电机b冷却通道进口之间、驱动电机b冷却通道出口与齿轮泵组件c进油口之间分别通过密封圈端面密封、螺钉安装固定。
如图2所示，离心泵组件a包括弹性挡圈1、锥形支撑体2、加强皮碗3、调整垫片4、叶轮5、离心泵壳体6、密封圈7、销子8、调整垫圈9、螺母10、进油口壳体11；进油口壳体11和离心泵壳体6通过密封圈7径向密封、通过螺钉12和垫片13轴向连接固定；叶轮5通过销子8安装在驱动电机b伸出轴上，端部通过螺母10轴向固定；螺母10和叶轮5一端端面之间设有调整垫圈9，通过调整垫圈9调整叶轮5与离心泵壳体6内部前后端面间隙来调节离心泵性能。加强皮碗3和锥形支撑体2穿过驱动电机b轴前端轴头部分安装在离心泵壳体6内，通过弹性挡圈1轴向固定，起到动密封作用；叶轮5另一端端面和离心泵壳体6之间设置调整垫片4，通过调整垫片4调整叶轮5与离心泵壳体6内部前后端面间隙来调节离心泵性能。
驱动电机b旋转带动叶轮5旋转，介质从进油口壳体11进口进入叶轮进口经旋转增压后，进入离心泵壳体6中涡壳内螺旋流道，然后进入离心泵壳体6中扩散器内流道进一步增压后，从离心泵组件a出口进入电机冷却流道进口，如图5所示。
如图3所示，齿轮泵组件c包括由泵壳体组件14、浮动轴承组件15、密封皮碗16、垫片17、挡圈18、主动齿轮19、密封圈20、从动齿轮21、补偿弹簧22、泵盖24和固定轴承组件25；主动齿轮19和从动齿轮21通过浮动轴承组件15和固定轴承组件25安装在泵壳体组件14内，补偿弹簧22安装于泵壳体组件14中台阶处，并与浮动轴承组件15接触，使浮动轴承组件15与主动齿轮19和从动齿轮21的初始端面间隙为0。密封皮碗16穿过主动齿轮19前端轴头部分，内侧通过泵壳体组件14上的台阶定位，外侧通过挡圈18轴向固定，起到动密封作用。泵壳体组件14内的补偿弹簧22安装数量及分布位置结构，用于齿轮泵浮动轴承表面液压力及其力矩的平衡。密封皮碗16和挡圈18之间还设置有垫片17，用于调整间隙。浮动轴承组件15和固定轴承组件25的前端与泵壳体组件14之间设置密封圈20进行周向密封，泵壳体组件14后端面通过螺栓固定安装泵盖24。
如图3和图4所示，通过浮动轴承组件15的高压一侧开通孔将泵的出口高压油引入浮动轴承组件15后端面，使浮动轴承组件15与齿轮端面压紧力以及齿轮方向作用在轴承组件工作表面上分离液压力合力，且压力差随泵转速提高而增大，最大工况点设计点使液压力合力与补偿弹簧22压紧力平衡，小工况点始终保持轴承组件端面与齿轮端面贴合效果，有效减小燃油泵内泄漏。浮动轴承组件15和固定轴承组件25分别开有螺旋形润滑槽，齿轮出口高压油泄漏少量燃油循环到各轴承组件，再到泵壳体组件14两端面低压油区域并与泵进口低压油贯通，形成润滑冷却油微循环，有效降低轴承组件和齿轮轴的接触摩擦。
如图5和图6所示，驱动电机b采用双轴伸组装式结构，主要由定子、转子、轴承、旋转变压器等组成。驱动电机b采用外壳循油方式冷却。定子由电枢、机壳、隔油环组成，机壳采用铝合金制造，机壳内表面开槽，一方面减轻电机重量，另一方面为油路设计。定子与转子通过隔油环及密封圈进行隔断，防止油液从定子流入转子。
本实施例组合电动泵工作过程为：驱动电机b的转子旋转驱动两端离心泵组件中叶轮5和齿轮泵组件中主动齿轮19同速旋转，离心泵组件中叶轮5旋转将进油口壳体11处低压油吸入，经叶轮5一次预增压后从离心泵壳体6出口输出，输出流量进入电机冷却通道，供给驱动电机b本体冷却后，燃油从驱动电机b冷却通道出口进入齿轮泵组件进口，通过主动齿轮19外啮合带动从动齿轮21同转速工作，将进口处低压油吸入齿轮泵，二次增压后从齿轮泵组件出口输出，流出组合泵总出口。离心叶轮预增压后，齿轮泵进出口部位燃油容积分别增大和减小，使进口处压力减小吸油，出口处压力增大向组合泵后供油。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，包括：离心泵组件(a)、驱动电机(b)和齿轮泵组件(c)；离心泵组件(a)出油口与驱动电机(b)冷却通道进口之间、驱动电机(b)冷却通道出口与齿轮泵组件(c)进油口之间分别通过密封圈端面密封、螺钉安装固定；离心泵组件(a)和齿轮泵组件(c)与驱动电机(b)同轴同转速工作，离心泵组件(a)为驱动电机(b)提供具有压力的冷却燃油，同时保障齿轮泵组件(c)进口压力需求，齿轮泵组件(c)采用端面补偿结构的齿轮泵，通过将齿轮泵的出口高压油引入齿轮泵组件(c)中的齿轮浮动轴承组件后端面，使高压油对浮动轴承组件形成反压力，使浮动轴承组件两端液压力差小于端面补偿弹簧对其的预紧力，浮动轴承组件与齿轮泵的齿轮端面贴合，实现齿轮泵端面内泄漏补偿。
2.如权利要求1所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述离心泵组件(a)包括弹性挡圈(1)、锥形支撑体(2)、加强皮碗(3)、叶轮(5)、离心泵壳体(6)、密封圈(7)、销子(8)、螺母(10)、进油口壳体(11)；进油口壳体(11)和离心泵壳体(6)通过密封圈(7)径向密封、通过螺钉(12)和垫片(13)轴向连接固定；叶轮(5)通过销子(8)安装在驱动电机(b)伸出轴上，端部通过螺母(10)轴向固定；加强皮碗(3)和锥形支撑体(2)穿过驱动电机(b)轴前端轴头部分安装在离心泵壳体(6)内，通过弹性挡圈(1)轴向固定以实现动密封；驱动电机(b)旋转带动叶轮(5)旋转，介质从进油口壳体(11)进口进入叶轮进口经旋转增压后，进入离心泵壳体(6)中涡壳内螺旋流道，然后进入离心泵壳体(6)中扩散器内流道进一步增压后，从离心泵组件(a)出口进入电机冷却流道进口。
3.如权利要求2所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述螺母(10)和叶轮(5)一端端面之间设有调整垫圈(9)，通过调整垫圈(9)调整叶轮(5)与离心泵壳体(6)内部前后端面间隙来调节离心泵性能。
4.如权利要求3所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述叶轮(5)另一端端面和离心泵壳体(6)之间设置调整垫片(4)，通过调整垫片(4)调整叶轮(5)与离心泵壳体(6)内部前后端面间隙来调节离心泵性能。
5.如权利要求4所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述齿轮泵组件(c)包括泵壳体组件(14)、浮动轴承组件(15)、密封皮碗(16)、挡圈(18)、主动齿轮(19)、从动齿轮(21)、补偿弹簧(22)、泵盖(24)和固定轴承组件(25)；主动齿轮(19)和从动齿轮(21)通过浮动轴承组件(15)和固定轴承组件(25)安装在泵壳体组件(14)内，补偿弹簧(22)安装于泵壳体组件(14)中台阶处，并与浮动轴承组件(15)接触，使浮动轴承组件(15)与主动齿轮(19)和从动齿轮(21)的初始端面间隙为0；密封皮碗(16)穿过主动齿轮(19)前端轴头部分，内侧通过泵壳体组件(14)上的台阶定位，外侧通过挡圈(18)轴向固定以实现动密封。
6.如权利要求5所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述密封皮碗(16)和挡圈(18)之间还设置有垫片(17)，用于调整间隙。
7.如权利要求6所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述浮动轴承组件(15)和固定轴承组件(25)的前端与泵壳体组件(14)之间设置密封圈(20)进行周向密封，泵壳体组件(14)后端面通过螺栓固定安装泵盖(24)。
8.如权利要求5所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述浮动轴承组件(15)的高压一侧开通孔，以将齿轮泵的出口高压油引入浮动轴承组件(15)后端面，使浮动轴承组件(15)与齿轮端面压紧力以及齿轮方向作用在轴承组件工作表面上分离液压力合力，压力差随齿轮泵转速提高而增大。
9.如权利要求8所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述浮动轴承组件(15)和固定轴承组件(25)分别开有螺旋形润滑槽，齿轮出口高压油泄漏燃油循环到各轴承组件，再到泵壳体组件(14)两端面低压油区域并与齿轮泵进口低压油贯通，形成润滑冷却油微循环，以降低轴承组件和齿轮轴的接触摩擦。
10.如权利要求9所述的低进口压力高增压能力组合电动泵，其特征在于，所述驱动电机(b)采用双轴伸组装式结构，并采用外壳循油方式冷却，驱动电机定子机壳采用铝合金制造，机壳内表面开槽；驱动电机定子与转子通过隔油环及密封圈进行隔断，防止油液从定子流入转子。
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