CN114278575B - 一种具有智能排气功能的离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机燃油系统领域，具体涉及一种具有智能排气功能的离心泵。包括：泵壳、泵芯、控制器。能在离心泵入口导管存在空气时自动起动排气泵旋转工作完成排气以吸入燃油，而当离心泵正常工作导管内不存在空气时自动关闭排气泵，从而避免额外的流量和功率损耗，提高其工作效率。本发明具有结构简单、功重比高、便于维护的优势。

Description

一种具有智能排气功能的离心泵

技术领域

本发明属于飞机燃油系统领域，具体涉及一种具有智能排气功能的离心泵。

背景技术

如图1所示是一种入口带导管的离心式燃油泵，其主要功能是为燃油增压以向系统输送燃油。当工作油面低于泵体时，飞机在地面经过长时间停放，或在空中完成机动动作使得进口管露出油面，都会导致进口管中进入空气，由于离心泵不具备自吸能力，在该场景下便会丧失输油功能。为实现入口带导管离心泵低油面自吸油的功能，解决方案是在离心泵内串联一个液环排气泵，排气叶轮和离心叶轮由同一个电机驱动，在工作过程中排气泵存在两个工作阶段：1)排气阶段：当进口管中进入空气时，排气泵能将空气从排气口排出，并将燃油吸入离心泵体，该阶段排气泵的工作是有益的；2)输油阶段：当完成排气阶段后，液环泵依然保持旋转工作，持续从排气口排出燃油，造成一定燃油流量和功率的损耗，该阶段排气泵的工作是无效的。

发明内容

本发明的目的：设计一种具有智能排气功能的离心泵，能在离心泵入口导管存在空气时自动起动排气泵旋转工作完成排气以吸入燃油，而当离心泵正常工作导管内不存在空气时自动关闭排气泵以避免额外的流量和功率损耗。

本发明的技术方案：

一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，包括：泵壳、泵芯、控制器。如图2所示，泵壳通过法兰安装在油箱壁上，泵芯安装在泵壳的腔体中，通过螺钉固定在泵壳安装法兰上。泵壳包括：入口活门1、蜗壳2、出口活门3、排气活门4；泵芯包括：油泵口5、离心叶轮6、导叶7、A电机8、电机壳体9、B电机10、排气壳体11、排气泵组件12、后端盖13、压力传感器14、X4电插座15。泵芯组成：电机壳体9分为左右两个圆柱形腔体，A电机8和B电机10分别安装在电机壳体9的两侧腔体内，定子热压在电机壳体内，转子分别通过一对轴承进行支撑。导叶7通过螺钉安装在电机壳体9的增压部件一侧端面上，离心叶轮6安装在A电机8的轴上并通过自锁螺母紧固。油泵口5通过螺钉安装在导叶7的端面上。排气壳体11通过螺钉安装在电机壳体的排气部件一侧端面上，排气泵组件12安装在电机的轴上并通过自锁螺母锁紧，通过螺钉固定在排气壳体上，后端盖13通过螺钉安装在电机壳体9端面上，将排气组件12包覆在电机壳体9的腔体内。X4电插座15通过螺钉安装在电机壳体9尾部的电插座凸台上，A电机8和B电机10的三相线均焊接在X4电插座15上，通过X4电插座15与控制器的X2接口相连；压力传感器14通过螺纹安装在电机壳体9尾部的传感器凸台上，压力传感器14的信号输出线与控制器X3接口相连。所述传感器凸台内部设有测压导流孔，导流孔经过电机壳体9侧壁与导叶7上的导叶导流孔相连，将产品工作过程中离心叶轮6、导叶7区域的压力燃油引流至压力传感14器处。

泵壳组成：入口活门1为旋板活门，通过螺钉安装在蜗壳2入口处；出口活门3为双翻板活门，通过螺钉安装在蜗壳2出口处；排气活门4为单翻板活门，通过螺钉安装在蜗壳2侧壁的排气凸台上。

控制器内部主要包含控制组件、电源组件、功率组件。如图3所示，控制器有X1、X2、X3三个电接口，其中X1为动力输入接口，接270V供电电源；X2为三相输出接口，与泵芯的电插座X4相连，用于驱动A电机8和B电机10工作；X3为通讯接口，与上位机相连，接收控制指令，反馈状态信息，同时也与泵芯的压力传感器14相连，采集其压力信号。

进一步的，用于安装压力传感器14的凸台内部设有测压导流孔，导流孔经过电机壳体侧壁与导叶上的导叶导流孔相连，将产品工作过程中离心叶轮6、导叶7区域的压力燃油引流至压力传感器14处。该压力信号通过电接口X3传递至控制器，利用该压力信号可以判断产品的工作状态以确定产品是否需要排气，根据本产品的水力特性，控制逻辑设置为：当压力信号＞30kPa时，B电机10和排气泵组件12不工作；当压力信号＜30kPa时，起动B电机10驱动排气泵工作。

进一步的，A电机8和B电机10为永磁同步电机，控制器采用无位置PWM算法，控制组件具备电机控制、通讯、数据采集等功能，分别对A电机8和B电机10的控制参数进行计算，将计算生成的PWM传递到功率板组件，利用两组独立的功率组件将270V直流电逆变成大小、方向和频率可控的两组三相交流电，分别实现A电机8和B电机10的转速控制。A电机8和B电机10可根据产品的离心叶轮6、排气泵组件12的设计情况设计为不同的功率和转速，根据本产品的特性，A电机8功率为3.5kw、转速为4800rpm，B电机10功率为0.5kw、转速为8000rpm。

进一步的，排气泵组件12原理为双作用水环泵，其每旋转一周，吸、排气两次，相对于单作用式水环泵，该排气装置在单位体积内具有更高的排气效率。

进一步的，泵壳通过法兰安装在油箱壁上，泵芯安装在泵壳的腔体中，通过导叶7侧壁的密封圈与蜗壳2流道配合，起到支撑和密封作用，泵芯安装后，通过螺钉固定在蜗壳2安装法兰上。当泵芯拆卸时，泵壳的入口活门1、出口活门3、排气活门4变成关闭状态，实现对油箱的密封，以方便单独拆除泵芯进行维护。

进一步的，入口活门1是一种旋板活门，当泵芯安装时通过旋转泵芯打开，当泵芯拆除时通过泵芯旋转关闭。出口活门3是一种双翻板式活门，打开压力约为5～10kPa，排气活门4是一种单翻板式活门，打开压力约为5～10kPa，当泵工作时出口活门3和排气活门4打开，当泵停止工作时出口活门3和排气活门4关闭。

进一步的，A电机8和B电机10的轴中均开有散热导流孔，电机壳体9侧壁、导叶7与电机壳体8连接的侧壁也在圆周方向也开有若干散热导流孔，上述散热导流孔能保证泵入口与排气泵组件12、电机壳体9内部与离心叶轮6、导叶7形成的增压区域更好地连通，起到快速排气和为电机散热的作用。

进一步的，通过离心叶轮6与A电机8之间增减调整垫片保证油泵口5与离心叶轮6之间的间隙控制在0.2～0.5mm的合理范围内。

技术效果

本发明提供一种具有智能排气功能的离心泵，能在离心泵入口导管存在空气时自动起动排气泵旋转工作完成排气以吸入燃油，而当离心泵正常工作导管内不存在空气时自动关闭排气泵，从而避免额外的流量和功率损耗，提高其工作效率。本发明具有结构简单、功重比高、便于维护的优势。

附图说明

图1是背景技术提及的一种入口带导管的离心式燃油泵；

图2是本发明的泵壳、泵芯剖视图和结构图；

图3是本发明的控制器接口图。

具体实施方式

本发明提供一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，包括：泵壳、泵芯、控制器。如图2所示，泵壳通过法兰安装在油箱壁上，泵芯安装在泵壳的腔体中，通过螺钉固定在泵壳安装法兰上。泵壳包括：入口活门1、蜗壳2、出口活门3、排气活门4；泵芯包括：油泵口5、离心叶轮6、导叶7、A电机8、电机壳体9、B电机10、排气壳体11、排气泵组件12、后端盖13、压力传感器14、X4电插座15。泵芯组成：电机壳体9分为左右两个圆柱形腔体，A电机8和B电机10分别安装在电机壳体9的两侧腔体内，定子热压在电机壳体内，转子分别通过一对轴承进行支撑。导叶7通过螺钉安装在电机壳体9的增压部件一侧端面上，离心叶轮6安装在A电机8的轴上并通过自锁螺母紧固。油泵口5通过螺钉安装在导叶7的端面上。排气壳体11通过螺钉安装在电机壳体的排气部件一侧端面上，排气泵组件12安装在电机的轴上并通过自锁螺母锁紧，通过螺钉固定在排气壳体上。X4电插座15通过螺钉安装在电机壳体9尾部的电插座凸台上，A电机8和B电机10的三相线均焊接在X4电插座15上，通过X4电插座15与控制器的X2接口相连；压力传感器14通过螺纹安装在电机壳体9尾部的传感器凸台上，压力传感器14的信号输出线与控制器X3接口相连。所述传感器凸台内部设有测压导流孔，导流孔经过电机壳体9侧壁与导叶7上的导叶导流孔相连，将产品工作过程中离心叶轮6、导叶7区域的压力燃油引流至压力传感14器处。

入口活门1为旋板活门，通过螺钉安装在蜗壳2入口处；出口活门3为双翻板活门，通过螺钉安装在蜗壳2出口处；排气活门4为单翻板活门，通过螺钉安装在蜗壳2侧壁的排气凸台上。

控制器内部主要包含控制组件、电源组件、功率组件。如图3所示，控制器有X1、X2、X3三个电接口，其中X1为动力输入接口，接270V供电电源；X2为三相输出接口，与泵芯的电插座X4相连，用于驱动A电机8和B电机10工作；X3为通讯接口，与上位机相连，接收控制指令，反馈状态信息，同时也与泵芯的压力传感器14相连，采集其压力信号。

2次要发明点：用于安装压力传感器14的凸台内部设有测压导流孔，导流孔经过电机壳体侧壁与导叶上的导叶导流孔相连，将产品工作过程中离心叶轮6、导叶7区域的压力燃油引流至压力传感器14处。该压力信号通过电接口X3传递至控制器，利用该压力信号可以判断产品的工作状态以确定产品是否需要排气，根据本产品的水力特性，控制逻辑设置为：当压力信号＞30kPa时，B电机10和排气泵组件12不工作；当压力信号＜30kPa时，起动B电机10驱动排气泵工作。

A电机8和B电机10为永磁同步电机，控制器采用无位置PWM算法，控制组件具备电机控制、通讯、数据采集等功能，分别对A电机8和B电机10的控制参数进行计算，将计算生成的PWM传递到功率板组件，利用两组独立的功率组件将270V直流电逆变成大小、方向和频率可控的两组三相交流电，分别实现A电机8和B电机10的转速控制。A电机8和B电机10可根据产品的离心叶轮6、排气泵组件12的设计情况设计为不同的功率和转速，根据本产品的特性，A电机8功率为3.5kw、转速为4800rpm，B电机10功率为0.5kw、转速为8000rpm。使用永磁同步电机有助于提高工作效率，转速连续可调并且控制精度高，满足本发明不同的使用工况需求。

排气泵组件12原理为双作用水环泵，其每旋转一周，吸、排气两次，相对于单作用式水环泵，该排气装置在单位体积内具有更高的排气效率。

泵壳通过法兰安装在油箱壁上，泵芯安装在泵壳的腔体中，通过导叶7侧壁的密封圈与蜗壳2流道配合，起到支撑和密封作用，泵芯安装后，通过螺钉固定在蜗壳2安装法兰上。当泵芯拆卸时，泵壳的入口活门1、出口活门3、排气活门4变成关闭状态，实现对油箱的密封，以方便单独拆除泵芯进行维护。

入口活门1是一种旋板活门，当泵芯安装时通过旋转泵芯打开，当泵芯拆除时通过泵芯旋转关闭。出口活门3是一种双翻板式活门，打开压力约为5～10kPa，排气活门4是一种单翻板式活门，打开压力约为5～10kPa，当泵工作时出口活门3和排气活门4打开，当泵停止工作时出口活门3和排气活门4关闭。

A电机8和B电机10的轴中均开有散热导流孔，电机壳体9侧壁、导叶7与电机壳体8连接的侧壁也在圆周方向也开有若干散热导流孔，上述散热导流孔能保证泵入口与排气泵组件12、电机壳体9内部与离心叶轮6、导叶7形成的增压区域更好地连通，起到快速排气和为电机散热的作用。

通过离心叶轮6与A电机8之间增减调整垫片保证油泵口5与离心叶轮6之间的间隙控制在0.2～0.5mm的合理范围内。

当本发明装置工作时，泵壳泵芯安装在油箱中，入口活门1处于打开状态，控制器X1接口与270V直流电相连，控制器X3接口接收上位机起动工作信号起动工作，通过X2接口、X4电插座15将大小、方向和频率可控的三相电流输入A电机8以驱动其以规定的转速工作。

当油箱中的工作油位没过入口活门1时，油箱中的燃油进入油泵口5，A电机8通过电机轴带动离心叶轮6旋转工作为进入的燃油增压，燃油经过导叶7和蜗壳2进一步增压后，顶开出口活门3进入外部管路，为外部系统提供规定流量和压力的燃油。压力传感器14通过测压导流孔监测到离心叶轮6、导叶7区域内的压力信号并通过X3接口传递给控制器，此时该压力信号大于设置好的门限值30kPa，因此控制器不驱动B电机10工作，排气泵组件12也不工作。如图1所示，当当油箱中的工作油位在装置的安装轴线以下时，进口管中存在空气，燃油无法进入油泵口5。压力传感器14通过测压导流孔监测到离心叶轮6、导叶7区域内的压力信号并通过X3接口传递给控制器，此时该压力信号小于设置好的门限值30kPa，因此控制器通过X2接口、X4电插座15将大小、方向和频率可控的三相电流输入B电机10以驱动其以规定的转速工作。B电机10通过电机轴带动排气泵组件12旋转工作，排气泵组件将泵壳、泵芯以及进口管中的空气抽出，顶开排气活门4排出装置内部，将燃油通过进口管吸入油泵口5。此时A电机8通过电机轴带动离心叶轮6旋转工作为进入的燃油增压，燃油经过导叶7和蜗壳2进一步增压后，顶开出口活门3进入外部管路，为外部系统提供规定流量和压力的燃油。此时压力传感器监测到的压力信号大于设置好的门限值30kPa，因此控制器不驱动B电机10停止工作，排气泵组件12也停止工作。

Claims (8)

1.一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，包括：泵壳、泵芯、控制器；泵壳通过法兰安装在油箱壁上，泵芯安装在泵壳的腔体中，通过螺钉固定在泵壳安装法兰上；泵壳包括：入口活门(1)、蜗壳(2)、出口活门(3)、排气活门(4)；泵芯包括：油泵口(5)、离心叶轮(6)、导叶(7)、A电机(8)、电机壳体(9)、B电机(10)、排气壳体(11)、排气泵组件(12)、后端盖(13)、压力传感器(14)、X4电插座(15)；泵芯组成：电机壳体(9)分为左右两个圆柱形腔体，A电机(8)和B电机(10)分别安装在电机壳体(9)的两侧腔体内，定子热压在电机壳体(9)内，转子分别通过一对轴承进行支撑；导叶(7)通过螺钉安装在电机壳体(9)的增压部件一侧端面上，离心叶轮(6)安装在A电机(8)的轴上并通过自锁螺母紧固；油泵口(5)通过螺钉安装在导叶(7)的端面上；排气壳体(11)通过螺钉安装在电机壳体(9)的排气部件一侧端面上，排气泵组件(12)安装在电机的轴上并通过自锁螺母锁紧，通过螺钉固定在排气壳体(11)上,后端盖(13)通过螺钉安装在电机壳体(9)端面上，将排气泵组件(12)包覆在电机壳体(9)的腔体内；X4电插座(15)通过螺钉安装在电机壳体(9)尾部的电插座凸台上，A电机(8)和B电机(10)的三相线均焊接在X4电插座(15)上，通过X4电插座(15)与控制器的X2接口相连；压力传感器(14)通过螺纹安装在电机壳体(9)尾部的传感器凸台上，压力传感器(14)的信号输出线与控制器X3接口相连；所述传感器凸台内部设有测压导流孔，导流孔经过电机壳体(9)侧壁与导叶(7)上的导叶导流孔相连，将产品工作过程中离心叶轮(6)、导叶(7)区域的压力燃油引流至压力传感器（14）处；控制器内部包含控制组件、电源组件、功率组件；控制器有X1、X2、X3三个电接口，其中X1为动力输入接口，接270V供电电源；X2为三相输出接口，与泵芯的电插座X4相连，用于驱动A电机(8)和B电机(10)工作；X3为通讯接口，与上位机相连，同时也与泵芯的压力传感器(14)相连。

2.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，用于安装压力传感器(14)的凸台内部设有测压导流孔，导流孔经过电机壳体侧壁与导叶上的导叶导流孔相连；控制逻辑设置为：当压力信号＞30kPa时，B电机(10)和排气泵组件(12)不工作；当压力信号＜30kPa时，起动B电机(10)驱动排气泵工作。

3.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，A电机(8)和B电机(10)为永磁同步电机，控制器采用无位置PWM算法，控制组件具备电机控制、通讯、数据采集功能，分别对A电机(8)和B电机(10)的控制参数进行计算，将计算生成的PWM传递到功率板组件，利用两组独立的功率组件将270V直流电逆变成大小、方向和频率可控的两组三相交流电，分别实现A电机(8)和B电机(10)的转速控制；A电机(8)和B电机(10)可根据产品的离心叶轮(6)、排气泵组件(12)的设计情况设计为不同的功率和转速。

4.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，排气泵组件(12)原理为双作用水环泵，其每旋转一周，吸、排气两次。

5.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，泵壳通过法兰安装在油箱壁上，泵芯安装在泵壳的腔体中，通过导叶(7)侧壁的密封圈与蜗壳(2)流道配合，泵芯安装后，通过螺钉固定在蜗壳(2)安装法兰上。

6.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，入口活门(1)是一种旋板活门，当泵芯安装时通过旋转泵芯打开，当泵芯拆除时通过泵芯旋转关闭；出口活门(3)是一种双翻板式活门，打开压力为5～10kPa，排气活门(4)是一种单翻板式活门，打开压力为5～10kPa，当泵工作时出口活门(3)和排气活门(4)打开，当泵停止工作时出口活门(3)和排气活门(4)关闭。

7.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，A电机(8)和B电机(10)的轴中均开有散热导流孔，电机壳体(9)侧壁、导叶(7)与电机壳体(8)连接的侧壁也在圆周方向也开有若干散热导流孔。

8.根据权利要求1所述的一种具有智能排气功能的离心泵，其特征在于，通过离心叶轮(6)与A电机(8)之间增减调整垫片保证油泵口(5)与离心叶轮(6)之间的间隙控制在0.2～0.5mm。

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