CN113217378B - 一种氢气循环泵齿轮室盖板结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于氢气循环泵技术领域的氢气循环泵齿轮室盖板结构，所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构的主动轴(3)和从动轴(5)均延伸到齿轮室(7)，主动轴(3)和主动轴安装孔(4)之间设置第一轴承(8)、第一油封(9)、第一气封(10)，从动轴(5)和从动轴安装孔(6)之间设置第二轴承(12)、第二油封(13)、第二气封(14)，本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，结构简单，成本低，性能可靠，能够有效解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能。
Description
技术领域
本发明属于氢气循环泵技术领域，更具体地说，是涉及一种氢气循环泵齿轮室盖板结构。
背景技术
随着传统化石能源的逐渐枯竭，以及人类社会对环境问题的日益重视，汽车动力新能源化势在必行。由于氢能源可再生、分布广、反应生成水、燃料电池效率高等特点，燃料电池被视为汽车新能源化的终极方案。氢气进入燃料电池后与氧气反应生产水，同时产生热量和电能。然而，现阶段电堆内部的氢气不能完全反应消耗完，若将其直接排进大气，不仅造成能源浪费，影响经济性以及整车的续航里程，还将对大气造成污染，甚至发生危险。针对上述问题，目前主要采用死端模式和循环方式。氢气循环泵作为燃料电池动力系统中氢气循环子系统的关键部件，主要分为罗茨式、爪式、离心式、旋涡式等类型。罗茨式氢气循环泵得益于其出色的破冰能力、低压比时较高的效率、体积适中等特点，使其在燃料电池领域得到广泛应用。
氢气循环泵需要不断地调整其运行工况以满足燃料电池具体的氢气循环量，因此，对其可靠性和可维护性提出较高要求。两叶罗茨式氢气循环泵的转子是通过同步齿轮传递扭矩，而同步齿轮需要润滑油进行润滑，所以需要设计齿轮室，并在齿轮室中加入润滑油。因此，需要防止齿轮室内润滑油向转子室泄漏，同时防止转子室内氢气向齿轮室内泄漏。而由于循环泵工作环境恶劣，现有的结构无法有效满足防止泄露的要求。与此同时，齿轮室内同步齿轮需要相互接触啮合传递扭矩，且受到冲击载荷，运行工况较为恶劣，会出现磨损等情况，如果不及时清理，因磨损掉落的金属铁屑将导致同步齿轮磨损加重、噪音加大、齿轮室温度过高、润滑油变质等问题。现有技术中的结构，不适用于高速、负载大的工况，目前在相关专利文献中，尚未发现针对该类型氢气循环泵齿轮室金属废屑进行清理的相关技术记载。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低，能够有效强化氢气循环泵的齿轮室散热、解决噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能的氢气循环泵齿轮室盖板结构。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种氢气循环泵齿轮室盖板结构，包括前盖板总成，前盖板总成与轴承板一侧连接，主动轴活动穿过轴承板上的主动轴安装孔，从动轴穿过轴承板上的从动轴安装孔，主动轴和从动轴均延伸到齿轮室，主动轴和主动轴安装孔之间设置第一轴承、第一油封、第一气封，第一油封位于第一轴承和第一气封之间，第一气封抵靠在主动轴安装孔后部的主动安装孔挡肩上，从动轴和从动轴安装孔之间设置第二轴承、第二油封、第二气封，第二油封位于第二轴承和第二气封之间，第二气封抵靠在从动轴安装孔后部的从动安装孔挡肩上。
所述的主动轴位于齿轮室的一端安装主动齿轮，从动轴位于齿轮室的一端安装从动齿轮。
所述的第一轴承外圈与主动轴安装孔内圈过盈配合，第一轴承内圈与从动轴过盈配合。
所述的第二轴承外圈与从动轴安装孔内圈过盈配合，第二轴承内圈与主动轴过盈配合。
所述的轴承板与壳体总成连接，壳体总成与后盖板连接，电机固定在后盖板上，电机传动轴与主动轴的花键连接。
所述的前盖板总成包括前盖板和两个堵头螺栓，一个堵头螺栓设置在前盖板总成上部，另一个堵头螺栓设置在前盖板总成下部，两个堵头螺栓均采用磁性材料制成。
所述的第一轴承和第二轴承均为双列角轴承。
所述的主动齿轮和从动齿轮采用1比1的传动比。
所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构进行氢气泵送时，燃料电池未反应完的氢气设置为能够经氢气循环泵的进气口进入，经过氢气循环泵的压缩，将氢气重新泵送至燃料电池中的结构。
所述的前盖板总成和轴承板通过螺栓连接，前盖板总成和轴承板结合面设置密封圈，密封圈部分卡装在轴承板端面的密封槽内。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，针对现有技术中的氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能的技术问题，提出改进方案。为解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便的技术问题，将齿轮室及轴承板前置设置，一方面，配合散热涂层强化了该部位的散热，避免温度过高导致滑油变质和油封、气封的失效；同时也可以在前盖板上包裹吸音材料或者安装阻尼片减小振动噪声。另一方面，将齿轮室前置，方便对齿轮室的单独拆装、维护，并且增强了系统的密封性。其设计合理，结构简单，拆卸、安装方便。为解决齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理的问题，在齿轮室前盖板上设置了两个堵头螺栓，并且该螺栓采用磁性材料制成。堵头螺栓的设计，有利于齿轮室内润滑油的更换和补充；磁性材料，可有效防止因齿轮磨损产生的金属屑对同步齿轮运行环境的进一步恶化，其有益的技术效果是明显提高氢气循环泵使用寿命并减少维护频率；而且，金属屑吸附在磁性堵头上，在更换润滑油时，可随堵头螺栓一并取出，避免拆卸整个齿轮室前盖板进行清理，提高了齿轮室密封效果，降低了维护成本。本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，结构简单，成本低，性能可靠，能够有效解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述的氢气循环泵齿轮室及前盖板结构的结构示意图；
图2为本发明所述的氢气循环泵的结构示意图；
图3为本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构的前盖板总成的结构示意图；
附图中标记分别为：1、前盖板总成；2、轴承板；3、主动轴；4、主动轴安装孔；5、从动轴；6、从动轴安装孔；7、齿轮室；8、第一轴承；9、第一油封；10、第一气封；11、主动安装孔挡肩；12、第二轴承；13、第二油封；14、第二气封；15、从动安装孔挡肩；16、主动齿轮；17、从动齿轮；18、壳体总成；19、后盖板；20、花键；21、前盖板；22、堵头螺栓；23、密封圈。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1-附图3所示，本发明为一种氢气循环泵齿轮室盖板结构，包括前盖板总成1，前盖板总成1与轴承板2一侧连接，主动轴3活动穿过轴承板2上的主动轴安装孔4，从动轴5活动穿过轴承板2上的从动轴安装孔6，主动轴3和从动轴5均延伸到齿轮室7，主动轴3和主动轴安装孔4之间设置第一轴承8、第一油封9、第一气封10，第一油封9位于第一轴承8和第一气封10之间，第一气封10抵靠在主动轴安装孔4后部的主动安装孔挡肩11上，从动轴5和从动轴安装孔6之间设置第二轴承12、第二油封13、第二气封14，第二油封13位于第二轴承12和第二气封14之间，第二气封14抵靠在从动轴安装孔6后部的从动安装孔挡肩15上。上述结构，针对现有技术中的氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能的技术问题，提出改进方案。为解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便的技术问题，将齿轮室及轴承板前置设置，一方面，配合散热涂层强化了该部位的散热，避免温度过高导致滑油变质和油封、气封的失效；同时也可以在前盖板上包裹吸音材料或者安装阻尼片减小振动噪声。另一方面，将齿轮室前置，方便对齿轮室的单独拆装、维护，并且增强了系统的密封性。其设计合理，结构简单，拆卸、安装方便。为解决齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理的问题，在齿轮室前盖板上设置了两个堵头螺栓，并且该螺栓采用磁性材料制成。堵头螺栓的设计，有利于齿轮室内润滑油的更换和补充；磁性材料，可有效防止因齿轮磨损产生的金属屑对同步齿轮运行环境的进一步恶化，其有益的技术效果是明显提高氢气循环泵使用寿命并减少维护频率；而且，金属屑吸附在磁性堵头上，在更换润滑油时，可随堵头螺栓一并取出，避免拆卸整个齿轮室前盖板进行清理，提高了齿轮室密封效果，降低了维护成本。本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，结构简单，成本低，能够有效解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能。
所述的主动轴3位于齿轮室7的一端安装主动齿轮16，从动轴6位于齿轮室7的一端安装从动齿轮17。所述的第一轴承8外圈与主动轴安装孔4内圈过盈配合，第一轴承8内圈与从动轴5过盈配合。所述的第二轴承12外圈与从动轴安装孔6内圈过盈配合，第二轴承12内圈与主动轴3过盈配合。所述的轴承板2与壳体总成18连接，壳体总成18与后盖板19连接，电机固定在后盖板19上，电机传动轴与主动轴3的花键20连接。所述的第一轴承8和第二轴承12均为双列角轴承。所述的主动齿轮16和从动齿轮17采用1比1的传动比。上述结构，氢气循环泵的齿轮室和轴承板前置设计，如图2所示，前盖板总成、轴承板布置在氢气循环泵前端。由于主动齿轮、从动齿轮、第一油封、第一气封、第二油封、第二气封、第二油封等在氢气循环泵运转时摩擦产生大量热，因此轴承板总成是氢气循环泵的主要热源，若不能有效散热，齿轮室内温度过高，将导致润滑油变质、油封和气封失效等问题。因此，区别于传统齿轮室中置的布置方式，将齿轮室前移可以尽量增加齿轮室整体的散热面积，有效防止齿轮室内温度过高。同时，前盖板外侧布置若干加强筋，不仅提高了齿轮室整体强度，而且可以进一步增加齿轮室的散热面积。将齿轮室前移另一有益的技术效果是防止齿轮室内润滑油向转子室和电机侧的双向泄漏。前盖板总成和轴承板构成齿轮室，齿轮室内倒入适量润滑油，油量以没过轴承底部滚珠中心面为准。轴承(第一轴承和第二轴承)选用耐高温、高速、自润滑的高速球轴承。本发明的氢气循环泵齿轮室盖板结构，氢气循环泵的动力由电机主轴通过花键传递给氢气循环泵主动轴，主动轴连接主动齿轮，将扭矩传递给从动齿轮，从动齿轮与从动轴连接，从而带动从动转子与主动转子同步旋转。主动齿轮与从动齿轮啮合，采用1比1的传动比，主动轴与从动轴转速相同，保证主动转子和从动转子啮合的平稳性，从而减小气流噪音。轴承支撑主动轴、从动轴。油封密封油腔，防止齿轮室内润滑油泄露。气封密封氢气，防止转子室氢气向齿轮室泄漏。前盖板总成、轴承板和壳体总成用螺栓连接，连接处涂有密封胶，进一步保证循环泵各部件连接结合部的可靠性。
所述的前盖板总成1包括前盖板21和两个堵头螺栓22，一个堵头螺栓22设置在前盖板总成1上部，另一个堵头螺栓设置在前盖板总成1下部，两个堵头螺栓22均采用磁性材料制成。上述结构，前盖板总成包括前盖板和两个堵头螺栓。两个堵头螺栓一个设置在前盖板上部，另一个设置在下部部位，方便齿轮室内润滑油的补充、更换。两个堵头螺栓均采用磁性材料制成，用于吸附齿轮室内金属杂质。由于主动齿轮、从动齿轮相互接触且传递扭矩，长时间、变工况运转时，必然出现磨损情况，磨损掉落的金属屑掺混在润滑油，将导致润滑油品质降低，加剧齿轮磨损、发热，增加噪声，缩短氢气循环泵使用寿命等问题。采用磁性材料制成的堵头螺栓可以吸附由磨损掉落的金属屑，有效地防止齿轮室内零部件运转环境的进一步恶化，增加氢气循环泵使用寿命和维护间隔。同时，由于掉落下来的金属废屑掺混在润滑油中，随着齿轮的转动而得到搅拌，因此大部分金属废屑可以充分吸附在磁性的堵头螺栓上，在更换滑油时，可以随磁性堵头螺栓一并取出，从而不需要将整个前盖板拆开，就能够清理齿轮室，这样有益的效果是保证了齿轮室维护后的密封性、降低了维护成本。
所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构进行氢气泵送时，燃料电池未反应完的氢气设置为能够经氢气循环泵的进气口进入，经过氢气循环泵的压缩，将氢气重新泵送至燃料电池中的结构。上述结构，电机固定在氢气循环泵的后盖板上，通过花键连接，传递动力。燃料电池未反应完的氢气，经氢气循环泵进气口，由转子旋转的一侧，经过压缩输送到转子的另一侧，将氢气重新高效充足地泵送至燃料电池中。
所述的前盖板总成1和轴承板2通过螺栓连接，前盖板总成1和轴承板2结合面设置密封圈23，密封圈23部分卡装在轴承板2端面的密封槽内。
本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，为解决第一个问题，采用的方法是：将齿轮室设置在氢泵前端，区别于传统设计在氢泵与电机中间即齿轮室中置方案，这样不仅有利于对齿轮室的单独拆装和定期维护，而且由于齿轮室连接着轴承板，轴承板上安装的同步齿轮和主动轴承(第一轴承)、从动轴承(第二轴承)以及各轴承的油封、气封等部件，均是氢气循环泵的主要发热源，将齿轮室和轴承板前置，配合齿轮室前盖板布置的若干加强筋，极大地增加了前盖板壳体的散热面积，在前盖板外表面涂有散热涂层，可以进一步地将该热量传递至外界，防止油腔内因温度过高，导致润滑油变质以及油封、气封失效。同时，由于齿轮室前置，并且增加了齿轮室前盖板的设计，在此基础上，通过吸音材料包裹前盖板或者安装阻尼片，可以有效地降低齿轮室的机械噪音。因此，本发明改进的主要目的是为了便于齿轮室散热、降低机械噪声以及后期的拆装维护，提高循环泵性能和寿命。
本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，为解决第二个问题，在齿轮室前盖板上设置两个但不限于两个堵头螺栓，分别设置在前盖板的上部和下部。设置在上部的堵头螺栓可用于更换、补充齿轮室润滑油；设置在底部的堵头螺栓可用于排出废油和杂质。与此同时，采用磁性材料制成堵头螺栓，依靠磁性将齿轮室内的润滑油内的金属屑吸附在堵头螺栓上，避免其一直掺混在润滑油中，随着同步齿轮旋转而搅拌，进一步恶化齿轮运行环境；堵头螺栓尽量设置在靠近两个同步齿轮的周边位置，以便第一时间吸附脱落下来的金属废屑。在更换润滑油时，可将金属屑和堵头螺栓一并取出，避免了将齿轮室前盖板整体拆下清理，有效保证了齿轮室的密封性，降低了维护成本。
本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，针对现有技术中的氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能的技术问题，提出改进方案。为解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便的技术问题，将齿轮室及轴承板前置设置，一方面，配合散热涂层强化了该部位的散热，避免温度过高导致滑油变质和油封、气封的失效；同时也可以在前盖板上包裹吸音材料或者安装阻尼片减小振动噪声。另一方面，将齿轮室前置，方便对齿轮室的单独拆装、维护，并且增强了系统的密封性。其设计合理，结构简单，拆卸、安装方便。为解决齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理的问题，在齿轮室前盖板上设置了两个堵头螺栓，并且该螺栓采用磁性材料制成。堵头螺栓的设计，有利于齿轮室内润滑油的更换和补充；磁性材料，可有效防止因齿轮磨损产生的金属屑对同步齿轮运行环境的进一步恶化，其有益的技术效果是明显提高氢气循环泵使用寿命并减少维护频率；而且，金属屑吸附在磁性堵头上，在更换润滑油时，可随堵头螺栓一并取出，避免拆卸整个齿轮室前盖板进行清理，提高了齿轮室密封效果，降低了维护成本。本发明所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，结构简单，成本低，性能可靠，能够有效解决氢气循环泵的齿轮室强化散热、噪声过高与润滑油更换不便及齿轮室因为磨损产生的金属杂质无法有效清理，以至于影响循环泵使用性能。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种氢气循环泵齿轮室盖板结构，其特征在于：包括前盖板总成（1），前盖板总成（1）与轴承板（2）一侧连接，主动轴（3）活动穿过轴承板（2）上的主动轴安装孔（4），从动轴（5）活动穿过轴承板（2）上的从动轴安装孔（6），主动轴（3）和从动轴（5）均延伸到齿轮室（7），主动轴（3）和主动轴安装孔（4）之间设置第一轴承（8）、第一油封（9）、第一气封（10），第一油封（9）位于第一轴承（8）和第一气封（10）之间，第一气封（10）抵靠在主动轴安装孔（4）后部的主动安装孔挡肩（11）上，从动轴（5）和从动轴安装孔（6）之间设置第二轴承（12）、第二油封（13）、第二气封（14），第二油封（13）位于第二轴承（12）和第二气封（14）之间，第二气封（14）抵靠在从动轴安装孔（6）后部的从动安装孔挡肩（15）上；前盖板总成（1）包括前盖板（21）和两个堵头螺栓（22），一个堵头螺栓（22）设置在前盖板总成（1）上部，另一个堵头螺栓（22）设置在前盖板总成（1）下部，两个堵头螺栓（22）均采用磁性材料制成；
将齿轮室及轴承板前置设置；在前盖板上包裹吸音材料或者安装阻尼片；
所述的主动轴（3）位于齿轮室（7）的一端安装主动齿轮（16），从动轴（5）位于齿轮室（7）的一端安装从动齿轮（17）；
所述的主动齿轮（16）和从动齿轮（17）采用1比1的传动比；
所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构进行氢气泵送时，燃料电池未反应完的氢气设置为能够经氢气循环泵的进气口进入，经过氢气循环泵的压缩，将氢气重新泵送至燃料电池中的结构；
在前盖板外表面涂有散热涂层；
所述的轴承板（2）与壳体总成（18）连接，壳体总成（18）与后盖板（19）连接，电机固定在后盖板（19）上，电机传动轴与主动轴（3）的花键（20）连接。
2.根据权利要求1所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，其特征在于：所述的第一轴承（8）外圈与主动轴安装孔（4）内圈过盈配合，第一轴承（8）内圈与从动轴（5）过盈配合。
3.根据权利要求1或2所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，其特征在于：所述的第二轴承（12）外圈与从动轴安装孔（6）内圈过盈配合，第二轴承（12）内圈与主动轴（3）过盈配合。
4.根据权利要求1或2所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，其特征在于：所述的第一轴承（8）和第二轴承（12）均为双列角轴承。
5.根据权利要求1或2所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，其特征在于：所述的前盖板总成（1）和轴承板（2）通过螺栓连接。
6.根据权利要求5所述的氢气循环泵齿轮室盖板结构，其特征在于：所述的前盖板总成（1）和轴承板（2）结合面设置密封圈（23），密封圈（23）部分卡装在轴承板（2）端面的密封槽内。
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