CN112709692B - 一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构以及海水泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构以及海水泵，解决了现有水下自发射装置海水泵因轴向存在间隙，易发生泄漏，影响容积效率，降低工作性能的不足之处。一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构，位于海水泵泵盖和由主动齿轮与从动齿轮组成的齿轮副之间，包括浮动侧板、皮碗以及三角密封垫；浮动侧板呈“8”字形，靠近齿轮副设置，设有两个安装孔，通过滑动轴承设置在传动轴和转动轴上；皮碗固定在泵体与泵盖之间；浮动侧板的安装孔外侧设置有环形凸台，皮碗上设置有环形凸台插孔；浮动侧板与皮碗之间形成补偿腔；补偿腔与海水泵的高压区连通；三角密封垫将海水泵的低压区与补偿腔分隔开。

Description

一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构以及海水泵

技术领域

本发明属于液体泵技术领域，具体涉及一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构以及海水泵。

背景技术

轻型水下自发射装置具有攻击目标多样化的特点，可以攻击吃水深度在10m以下的水面航行器，也可攻击潜水深度在600m的水下航行器，由此便决定了轻型水下自发射装置应在较大的攻击深度范围(10m～600m)内具备稳定的工作性能，能够直接感知海水深度，且以装置外海水为工作介质的海水泵组件性能参数不随航行深度的变化而变化，在较大的航行深度范围内，维持较高的容积效率。

海水泵作为热动力水下自发射装置海水供应系统的核心组件，其功能是将水下自发射装置外的海水引入并增压，为燃烧室、发电机和发动机等发热组件提供冷却介质，同时增压的海水可作为电液阀换速指令的工作介质；目前，海水泵在结构形式上主要采用外啮合齿轮泵，但该类海水泵因轴向存在间隙，易发生泄漏，使得容积效率发生变化，无法在较大的航行深度范围内，维持较高的容积效率，影响水下自发射装置的工作性能。

因此，有必要研发一种具有高容积效率的海水泵。

发明内容

本发明的目的在于解决现有水下自发射装置海水泵因轴向存在间隙，易发生泄漏，影响容积效率，降低工作性能的不足之处，而提供了一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构以及海水泵。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构，其特殊之处在于，位于海水泵泵盖和由主动齿轮与从动齿轮组成的齿轮副之间，包括浮动侧板、皮碗以及三角密封垫；

所述浮动侧板呈“8”字形，靠近齿轮副设置，其上开设有两个安装孔；浮动侧板通过滑动轴承设置在主动齿轮传动轴和从动齿轮转动轴上；所述皮碗密封固定在泵体与泵盖之间；

所述浮动侧板的安装孔外侧设置有环形凸台，所述皮碗上设置有环形凸台插孔；浮动侧板与皮碗之间形成补偿腔，且环形凸台插入环形凸台插孔中，并与孔壁过盈配合；

所述补偿腔与海水泵的高压区连通；所述三角密封垫将海水泵的低压区与补偿腔分隔开，起到静密封效果；

所述浮动侧板与泵体内壁间隙配合，在压力作用下，可沿轴向向齿轮副端面贴近。

进一步地，所述浮动侧板包括两个浮动板；

每个浮动板的中部设置有一个所述安装孔，浮动板包括沿轴向依次设置的第一浮动台，第二浮动台以及所述环形凸台；

所述第一浮动台、第二浮动台和环形凸台为中心带孔的圆柱体；

第一浮动台和第二浮动台的一侧均设置有与轴面平行的平面；且第一浮动台的平面中部设置有与所述第二浮动台平面平齐的凸台，凸台两侧形成引流口；

所述两个浮动板相对设置，间隙配合形成“8”字形结构。

进一步地，所述皮碗上两个环形凸台插孔面向浮动侧板一侧的外圈呈台阶状，包括第一台阶和第二台阶；面向泵盖一侧的设置有环形沟槽。

进一步地，还包括靠近泵盖设置、用于固定皮碗的两个组合垫片；

每个组合垫片包括固定垫片和调整垫片；

其中，固定垫片为圆环状，装配在所述皮碗相应的环形沟槽内；

调整垫片包括基体垫片和位于基体垫片端面的齿状垫片，所述齿状垫片包括多个沿基体垫片端面周向均布的齿；其中，基体垫片顶紧在泵盖上，齿状垫片顶紧在固定垫片上。在调整垫片的作用下，能可靠的约束固定住皮碗，防止皮碗在高压作用下的位置移动。

进一步地，为了便于安装三角密封垫，所述三角密封垫包括主体垫和安装垫；

所述主体垫的形状与浮动侧板和泵体之间的间隙区域形状相适配，该间隙区域为三角腔，主体垫的截面面积由低压区向补偿腔逐渐变小，且主体垫过盈配合嵌入间隙区域中，主体垫特殊的锥形结构设计使得三角密封垫整体在受到挤压时嵌入到间隙区域中，挤压力越大，主体垫的设计可保证更好的密封效果；所述安装垫设置在主体垫靠近低压区的一侧。

进一步地，所述皮碗、三角密封垫以及组合垫片均采用橡胶材质。

进一步地，由于第一浮动台与齿轮之间存在高速摩擦，因此，第一浮动台采用非金属耐磨材质；而第二浮动台与环形凸台采用铜即可。

同时，本发明还提供了一种海水泵，其特殊之处在于，包括上述的提高海水泵容积效率的轴向补偿机构。

进一步地，为了防止安装工人安装出错，海水泵的入口流道与出口流道为不对称设置。

进一步地，齿轮副的另一侧设置有固定侧板。

本发明的优点是：

1.本发明轴向补偿机构，通过浮动侧板及补偿腔的设计，引出口高压海水到补偿腔中，使引发海水泵最主要泄漏的轴向间隙随出口压力的变化而自适应调节，自动适应不同工作压力条件下的轴向间隙补偿，使海水泵轴向间隙随出口压力的增大而减小，减少了轴向泄露，进而提高了容积效率，使海水泵出口流量稳定输出，稳定了海水泵的性能参数，解决了齿轮泵在工作压力发生变化时，容积效率及工作流量等性能参数不稳定的难题。

2.本发明泵体及泵盖之间设计橡胶材质的皮碗，一方面可以起到密封作用，另一方面，在海水泵启动初期，补偿腔压力尚未建立起来时，浮动侧板可以在橡胶皮碗的弹力作用下压向齿轮端面，减小了轴向间隙，提高了容积效率。

3本发明轴向补偿机构，在水下自发射装置海水泵的入口压力(水下自发射装置航行深度)较大范围变化时，维持海水泵的容积效率基本不变，使海水泵的流量、容积效率较稳定，免受水下自发射装置航行深度的影响。

4.采用轴向补偿机构的海水泵具有适应全工况(入口压力0.1MPa～6.0MPa)、高转速(4000r/min～6000r/min)及高容积效率，远高于现有外啮合齿轮泵入口压力在2MPa以下，转速范围为1000r/min～3000r/min的工作性能，且容积效率也大大提升，在较大的航行深度范围内，维持在95％左右。

附图说明

图1为本发明采用轴向补偿机构的海水泵的剖面图一；

图2为本发明采用轴向补偿机构的海水泵的剖面图二；

图3为本发明采用轴向补偿机构的海水泵的结构示意图；

图4为本发明中皮碗的结构示意图一；

图5为本发明中皮碗的结构示意图二；

图6为本发明中皮碗的结构示意图三；

图7为本发明中三角密封垫的结构示意图；

图8为本发明中调整垫片的结构示意图；

图9为本发明中固定垫片的结构示意图；

图10为本发明浮动板的结构示意图；

图11为本发明浮动板的剖面图；

附图标号如下：

1-泵体，2-泵盖，3-主动齿轮，4-传动轴，5-从动齿轮，6-转动轴，7-浮动侧板，8-皮碗，9-三角密封垫，10-安装孔，11-浮动板，12-第一浮动台，13-第二浮动台，14-环形凸台插孔，15-凸台，16-引流口，17-环形凸台，18-固定侧板，19-组合垫片，20-固定垫片，21-调整垫片，22-基体垫片，23-齿状垫片，24-主体垫，25-安装垫。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

如图1-图11所示，水下自发射装置使用的海水泵，包括泵体1、泵盖2、主动齿轮3、从动齿轮5、传动轴4、转动轴6、固定侧板18以及轴向补偿机构。

主动齿轮设置在传动轴上，从动齿轮设置在转动轴上，主动齿轮与从动齿轮啮合，组成齿轮副；固定侧板及轴向补偿机构分别设置在齿轮副的两侧，且轴向补偿机构靠近泵盖设置；泵体设计上，采用入口流道与出口流道不对称结构，便于安装时区分入口流道和出口流道，防止安装出错；通过泵体的结构设计阻止入口的低压海水进入到补偿腔中，通过在泵体流道上的引流结构设计，引高压出口海水进入到由侧板组合、皮碗及三角密封垫组成的补偿腔中。

其中，轴向补偿机构是提高海水泵容积效率的核心机构，包括浮动侧板7、皮碗8、三角密封垫9以及两个组合垫片19。

浮动侧板包括两个浮动板11，每个浮动板的中部设置有一个安装孔，浮动板包括沿轴向依次设置的第一浮动台12，第二浮动台13以及环形凸台17；

第一浮动台、第二浮动台和环形凸台为中心带孔的圆柱体；第一浮动台和第二浮动台的一侧均设置有与轴面平行的平面；且第一浮动台的平面中部设置有与所述第二浮动台平面平齐的凸台，凸台两侧形成引流口，第一浮动台采用非金属耐磨材质，第二浮动台和环形凸台采用铜；两个浮动板通过滑动轴承安装在传动轴和转动轴上，且两个浮动板相对设置，间隙配合形成“8”字形结构。在此，浮动侧板对主、从动齿轮轴起到固定支撑作用，且浮动侧板与泵体内腔为间隙配合，两个浮动板可在泵体内腔中沿轴向浮动，在浮动侧板贴近齿轮端面的相反面受到压力时，能使浮动侧板向齿轮端面贴近，减小浮动侧板与齿轮端面的间隙，该间隙随着压力的增大而减小，轴向间隙变小，能更好的减少端面泄露，提高容积效率。

皮碗采用橡胶材质，其外形结构与泵体上设置的安装槽一致，密封固定在泵体与泵盖之间，起到补偿腔的密封作用；其上开设有环形凸台插孔；浮动侧板与皮碗之间形成补偿腔，补偿腔与海水泵的高压区连通；且环形凸台插入环形凸台插孔中，并与孔壁过盈配合，保证了高压下的静密封效果；皮碗上两个环形凸台插孔面向浮动侧板一侧的外圈呈台阶状，包括第一台阶和第二台阶，使得浮动侧板与皮碗之间留有足够的空间作为补偿腔；面向泵盖一侧的设置有环形沟槽。

三角密封垫也采用橡胶材质，将海水泵入口低压区与补偿腔高压腔分隔开，起到静密封作用；其包括主体垫24和安装垫25；主体垫的形状与浮动侧板和泵体之间的间隙区域形状相适配，该间隙区域为三角腔，主体垫的截面面积由低压区向补偿腔逐渐变小，且主体垫过盈配合嵌入间隙区域中，主体垫特殊的锥形结构设计使得三角密封垫整体在受到挤压时嵌入到间隙区域中，挤压力越大，嵌入的更紧，以保证更好的密封效果；安装垫设置在主体垫靠近低压区的一侧。

组合垫片靠近泵盖设置，用于固定皮碗，其包括固定垫片20和调整垫片21。其中，固定垫片为圆环状，装配在所述皮碗相应的环形沟槽内；为了减重，调整垫片包括基体垫片和位于基体垫片端面的齿状垫片，所述齿状垫片包括多个沿基体垫片端面周向均布的齿齿的截面呈梯形；其中，基体垫片顶紧在泵盖上，齿状垫片顶紧在固定垫片上，在调整垫片的作用下，能可靠的约束固定住皮碗，防止皮碗在高压作用下的位置移动。

由上述的皮碗、三角密封垫、浮动侧板、固定垫片及调整垫片组成的轴向间隙补偿机构形成封闭的密封腔，海水泵出口的高压海水引入到封闭的补偿腔后作用到浮动侧板上，使得浮动侧板贴近齿轮端面，减小侧板与齿轮端面的间隙，减少端面泄露，提高容积效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高海水泵容积效率的轴向补偿机构，其特征在于：位于海水泵泵盖(2)和由主动齿轮(3)与从动齿轮(5)组成的齿轮副之间，包括浮动侧板(7)、皮碗(8)以及三角密封垫(9)；

所述浮动侧板(7)呈“8”字形，靠近齿轮副设置，其上开设有两个安装孔(10)；浮动侧板(7)通过滑动轴承设置在主动齿轮传动轴(4)和从动齿轮转动轴(6)上；所述皮碗(8)密封固定在泵体(1)与泵盖(2)之间；

所述浮动侧板(7)的安装孔(10)外侧设置有环形凸台(17)，所述皮碗(8)上设置有环形凸台插孔(14)；浮动侧板(7)与皮碗(8)之间形成补偿腔，且环形凸台(17)插入环形凸台插孔(14)中，并与孔壁过盈配合；

所述浮动侧板(7)包括两个浮动板(11)；

每个浮动板(11)的中部设置有一个所述安装孔(10)，浮动板(11)包括沿轴向依次设置的第一浮动台(12)，第二浮动台(13)以及所述环形凸台(17)；

所述第一浮动台(12)、第二浮动台(13)和环形凸台(17)为中心带孔的圆柱体；

第一浮动台(12)和第二浮动台(13)的一侧均设置有与轴面平行的平面；且第一浮动台(12)的平面中部设置有与所述第二浮动台(13)平面平齐的凸台(15)，凸台(15)两侧形成引流口(16)；

所述两个浮动板(11)相对设置，间隙配合形成“8”字形结构；所述第一浮动台(12)采用非金属耐磨材质；

所述皮碗(8)上两个环形凸台插孔(14)面向浮动侧板(7)一侧的外圈呈台阶状，包括第一台阶和第二台阶；面向泵盖(2)一侧的设置有环形沟槽；皮碗(8)采用橡胶材质；

所述补偿腔与海水泵的高压区连通；所述三角密封垫(9)将海水泵的低压区与补偿腔分隔开；

所述浮动侧板(7)与泵体(1)内壁间隙配合，在压力作用下，可沿轴向向齿轮副端面贴近。

2.根据权利要求1所述提高海水泵容积效率的轴向补偿机构，其特征在于：还包括靠近泵盖(2)设置、用于固定皮碗(8)的两个组合垫片(19)；

每个组合垫片(19)包括固定垫片(20)和调整垫片(21)；

其中，固定垫片(20)为圆环状，装配在所述皮碗(8)相应的环形沟槽内；

调整垫片(21)包括基体垫片(22)和位于基体垫片端面的齿状垫片(23)，所述齿状垫片(23)包括多个沿基体垫片端面周向均布的齿；其中，基体垫片(22)顶紧在泵盖(2)上，齿状垫片(23)顶紧在固定垫片(20)上。

3.根据权利要求1-2任一所述提高海水泵容积效率的轴向补偿机构，其特征在于：

所述三角密封垫(9)包括主体垫(24)和安装垫(25)；

所述主体垫(24)的形状与浮动侧板(7)和泵体(1)之间的间隙区域形状相适配，主体垫(24)的截面面积由低压区向补偿腔逐渐变小，且主体垫(24)过盈配合嵌入间隙区域中；

所述安装垫(25)设置在主体垫(24)靠近低压区的一侧。

4.根据权利要求3所述提高海水泵容积效率的轴向补偿机构，其特征在于：

所述三角密封垫(9)以及组合垫片(19)均采用橡胶材质。

5.一种海水泵，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述的提高海水泵容积效率的轴向补偿机构。

6.根据权利要求5所述的海水泵，其特征在于：海水泵的入口流道与出口流道为不对称设置。

7.根据权利要求6所述的海水泵，其特征在于：齿轮副的另一侧设置有固定侧板(18)。

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