CN114810582B - 一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及屏蔽泵技术领域，且公开了一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，包括齿轮泵和屏蔽电机，所述齿轮泵包括泵外套、前盖板、外齿轮、内齿轮、泵体和后盖板，所述屏蔽电机包括前轴承座、定子组件、转子组件、推力盘、轴承、后轴承座和接线盒组件。该屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，采取特定的轴向力和径向力平衡方式，减小了齿轮和泵体泵盖之间的摩擦力，减小了轴承负荷，提高了产品使用寿命。并进一步提高了效率，降低了电流，使产品更节能，其次，采用了屏蔽电机，电机和泵共用同一根轴，定子组件内径和转子组件外径分别设置有屏蔽套，使输送介质与电机电磁材料分离，保护了电机，提高了产品使用的安全可靠性。

Description

一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵

技术领域

本发明涉及屏蔽泵技术领域，具体为一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵。

背景技术

在新基建的大背景下，国内数据中心行业正在高速发展，数据中心是国家关键信息基础设施，是信息化发展重要基石，而数据中心的能源消耗过多，成为影响社会技术经济和环境绿色发展的关键问题。PUE是评价数据中心能源利用率的指标:PUE=Pt/Pit=数据中心全年总耗能/IT设备全年耗能。其中数据中心全年总耗能Pt包括IT设备耗能，制冷设备耗能和供电耗能等。国家新建数据中心要求PUE值控制在1.3以下。数据中心主机房需要冷却，空调系统由储液器，氟泵，压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器，管路阀门组成。其中氟泵的高效率和可靠运行，对于数据中心降低PUE值，低碳节能，提高系统稳定性安全性有着至关重要的作用。

数据中心制冷用氟泵通常流量小，扬程高，目前有下面两种型式，一是采用离心式单级或多级离心泵，还有一种是采用容积式外啮合齿轮泵，所配电机均为湿式电机，输送介质与电磁材料接触。这两种方式实际使用时，均有一些不足之处。

采用单级离心泵，由于流量小，扬程高，比转速低，叶轮外径就比较大，泵的体积较大，水力效率很低，能耗较大，产品不节能。采用多级离心泵，效率有所提高，但叶轮级数增多，轴向尺寸增大，导致机房冷却系统所占用空间位置增大。并且离心泵在小流量条件下，抗汽蚀性能都不佳，加上输送液氟利昂介质易汽化，所以泵工作时容易发生汽蚀，而无法正常工作。

采用容积式外啮合齿轮泵，其缺点是：从动齿轮作用在主动齿轮上的径向力较大，容易使转子轴产生扰度，增加轴承负荷，使轴承异常磨损，降低产品使用寿命。而且外齿轮泵由于其啮合原理，从径向吸入液体，吸入性能不佳，易产生汽蚀。还有外齿轮泵输出流量脉动较大，容易产生困油现象，噪声也较大。对系统正常安全运行有不利影响。

上述两种产品型式均是采用湿电机，输送介质直接与电机电磁材料接触，不利之处是：输送介质如果混入异物，以及轴承或齿轮磨损产生微量粉末，会进入电机腔接触到电磁材料，影响电机绝缘性能，不利于泵安全可靠运行。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵的技术方案，采取特定的轴向力和径向力平衡方式，减小了齿轮和泵体泵盖之间的摩擦力，减小了轴承负荷，同时采用了屏蔽电机，电机和泵共用同一根轴，定子组件内径和转子组件外径分别设置有屏蔽套，使输送介质与电机电磁材料分离，保护了电机，解决了背景技术提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，包括齿轮泵和屏蔽电机，所述齿轮泵包括泵外套、前盖板、外齿轮、内齿轮、泵体和后盖板，所述屏蔽电机包括前轴承座、定子组件、转子组件、推力盘、轴承、后轴承座和接线盒组件，所述定子组件内径和转子组件外径分别设有定子屏蔽套和转子屏蔽套，所述转子组件的转子轴与内齿轮连接，所述前盖板设有月牙槽孔吸入介质，所述后盖板上设有月牙槽孔压出介质，所述转子组件的两侧均设有过渡腔体，所述转子组件的转子轴内设有轴向的中心孔，中心孔通过径向的小孔与靠近后盖板一侧的过渡腔体连通，所述转子屏蔽套和定子屏蔽套之间的间隙与两侧的过渡腔体均连通，所述后轴承座内设有与输出口连通的后轴承座腔，所述后盖板流出的介质分成两道，一道通过转子组件转子轴的中心孔流向后轴承座腔，另一道通过转子屏蔽套和定子屏蔽套之间的间隙后，再通过过渡腔体流入后轴承座腔。

优选的，所述转子组件延伸至前盖板的端部，且端部设带孔的紧定螺钉，所述紧定螺钉的内孔大小可调，用于调节高压液体引入量，用以平衡后另一端高压液体产生的向轴向力。

优选的，所述外齿轮上设有与泵体连通的径向小孔。

优选的，所述前盖板上部设置与后盖板上的月牙槽孔相对称的月牙槽，所述后盖板下部设置与前盖板上的月牙槽孔相对称的月牙槽。

优选的，所述外齿轮的两侧均固定连接有中间板，所述中间板对应外齿轮和内齿轮之间配合间隙的位置设有网孔，所述后盖板和前盖板均紧贴中间板，且后盖板和前盖板背离中间板的一侧设有弹性补偿件，所述泵体受偏心力的位置和对向位置所对应的端部分别设有抵消囊和平衡囊，所述抵消囊和平衡囊抵消部分后盖板和前盖板的压力，使其与中间板之间的作用力适中，所述抵消囊的内侧固定连接有侧板，所述侧板贴紧中间板的侧壁。

优选的，所述泵体对应于外齿轮上径向小孔的位置设有环囊，所述环囊周向范围与加压区重合，所述环囊的压力传向抵消囊。

优选的，所述抵消囊为气囊，所述环囊为液囊，所述抵消囊的底部设有与环囊连通的挤压囊，所述平衡囊与抵消囊连通。

优选的，所述抵消囊的径向弹性刚度小于轴向弹性刚度。

本发明具备以下有益效果：

1、该屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，采取特定的轴向力和径向力平衡方式，减小了齿轮和泵体泵盖之间的摩擦力，减小了轴承负荷，提高了产品使用寿命。并进一步提高了效率，降低了电流，使产品更节能。

2、该屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，采用了屏蔽电机，电机和泵共用同一根轴，定子组件内径和转子组件外径分别设置有屏蔽套，使输送介质与电机电磁材料分离，保护了电机，提高了产品使用的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一中外齿轮的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例二中齿轮泵的结构示意图；

图4为本发明实施例二中侧板的结构示意图；

图5为本发明实施例二中泵体的剖视图。

图中：1、泵外套；2、前盖板；3、外齿轮；4、内齿轮；5、平键；6、中间板；7、泵体；8、后盖板；9、前轴承座；10、定子组件；11、定子屏蔽套；12、转子组件；13、转子屏蔽套；14、推力盘；15、轴承；16、紧定螺钉；17、后轴承座腔；18、后轴承座；19、接线盒组件；20、抵消囊；21、侧板；22、环囊；23、平衡囊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，包括齿轮泵和屏蔽电机，齿轮泵包括泵外套1、前盖板2、外齿轮3、内齿轮4、泵体7和后盖板8，屏蔽电机包括前轴承座9、定子组件10、转子组件12、推力盘14、轴承15、后轴承座18和接线盒组件19；外齿轮3和内齿轮4采用粉末冶金材质，硬度HRB60-80，具有自润滑性和耐磨性，前盖板2和后盖板8采用QT500淬火处理，硬度达HRC40-50，耐磨性好，轴承15采用锡青铜材质，耐磨性和自润滑性好。

转子组件12由前后轴承15支撑，前后轴承15分别紧固在前轴承座9内和后轴承座18内，前轴承座9用内六角园柱头螺钉与电机前法兰预连接，后轴承座18焊接在电机后法兰上。前后推力盘14以过盈配合热装在转子组件12上。工作时，转子在电磁力驱动下高速旋转。轴承内径与转子外径摩擦，限制转子径向跳动，轴承端面与推力盘摩擦14，限制转子轴向窜动量。

定子组件10内径和转子组件12外径分别设有定子屏蔽套11和转子屏蔽套13，用氩弧焊分别与电机前后法兰和转子前后盖板焊接。使输送介质与电磁材料隔开，起到保护电机作用。电机型式为三相异步感应电机，还可采用永磁同步电机或单相电机，以满足顾客不同使用条件要求。

齿轮泵泵部分为三片式结构，三片式结构包括前盖板2、泵体7，后盖板8，三片式结构内包含内齿轮4和外齿3，三片式结构零部件配合处均为平面，无止口配合，采用三片式结构的好处是：可以很方便的对泵体和内外齿轮进行磨削，改变泵体和齿轮宽度，从而改变泵的流量，扩大同一副齿轮泵模具的流量使用范围。

在泵外套1与电机前法兰用螺栓紧固连接，用矩形聚四氟乙烯密封垫进行密封，将齿轮泵完全密封在泵外套1内，做到完全无泄漏。

在前盖板2上部设置与后盖板8出口相对称的月牙槽，在后盖板8下部设置与前盖板2进口相对称的月牙槽，用以平衡因进出口压力不同在齿轮上产生的轴向力，减小齿轮与前后盖板的磨损，减小工作电流，提高机械效率。

在前盖板2、泵体7、后盖板8与前轴承座9四个零部件上各加工两个定位销钉孔，上下各一个，保证形状位置精度和尺寸精度，用两根圆柱销贯穿精确定位，然后用4个均布的内六角园柱头长螺钉将前盖板2、泵体7，后盖板8与前轴承座9穿在一起，紧固在电机前法兰上。这种结构精度高，结构紧凑，使用可靠。泵内齿轮用平键5装配在转子轴上，外齿轮3装在泵体7和内齿轮4之间，泵体7内孔为偏心结构。转子轴带动内齿轮4转动，内齿轮4为主动轮，外齿轮3为从动轮，两者做同向转动。

在齿轮泵外部设泵外套，泵外套与电机前法兰用螺栓紧固连接，用矩形聚四氟乙烯密封垫进行密封，将齿轮泵完全密封在泵套内，做到了完全无泄漏。

输送介质由泵外套1入口进来，从前盖板2下部月牙槽孔吸入，经过外齿轮4和内齿轮3啮合增压，从后盖板8上部月牙槽孔流出，再由前轴承座上均布的4个腰形过液孔流入电机前腔。电机前腔液体一部分经过定转子屏蔽套间隙流入电机后腔，再由后轴承座18均匀布置的4个过液孔流入后轴承腔体。还有一部分液体由转子组件12前端开设的4个径向小孔流入转子中心孔，再从转子后轴头流出，在后轴承座18腔体与前一部分液体汇合，增大了泵工作流量，最后由后轴承座出口流出。

转子组件12前端中心孔打通，在前轴头设带孔内六角紧定螺钉16，使电机腔高压液体引一部分到前轴头，用紧定螺钉16内孔大小调节高压液体引入量，用以平衡后轴头处高压液体产生的向前轴向力，减小推力盘14所受摩擦力，进一步提高机械效率。

请参阅图2，其中，在外齿轮3上设有径向小孔，与泵体7的圆柱面相通，用以改善外齿轮3与泵体7的润滑条件，减少摩擦，并起到部分平衡径向力的作用。

实施例二

与实施例一不同之处在于，请参阅图3，外齿轮3的两侧均固定连接有中间板6，中间板6对应外齿轮3和内齿轮4之间配合间隙的位置设有网孔，中间板6通过内六角螺钉与外齿轮3的端面固定连接，后盖板8和前盖板2均紧贴中间板6，且后盖板8和前盖板2背离中间板6的一侧设有弹性补偿件，弹性补偿件弹性过量，即固定前盖板2、泵体7，后盖板8与前轴承座9的长螺钉两端设有弹性垫圈，并过紧固定，泵体7受偏心力的位置和对向位置所对应的端部分别设有抵消囊20和平衡囊23，抵消囊20和平衡囊23抵消部分后盖板8和前盖板2的压力，使其与中间板6之间的作用力适中，随着中间板6的磨损，端部间的作用力减少，更多的压力作用在抵消囊20和平衡囊23上，平衡囊23和侧板21回缩释，减少端部间的间隙，抵消囊20的内侧固定连接有侧板21，侧板21贴紧中间板6的侧壁，侧板21设有滑块，泵体7设有径向的滑槽，抵消囊20的弹力作用到侧板21并作用在后盖板8上，最终作用在外齿轮3上，抵消液压施加在外齿轮3的径向力，减少外齿轮3与泵体7之间作用力，同时，随着侧板21和中间板6之间发生磨损，抵消囊20径向膨胀，对端盖的抵消作用力减少，利于保持端盖间压力在合适范围内，另一方面，中间板6随着外齿轮3旋转，外齿轮3的转速小于内齿轮4的转速，减少了中间板6与端盖之间的磨损，其次，外齿轮3和内齿轮4之间的相对位移较小，磨损相对较小，故中间板6与内齿轮4之间的磨损更小。

请参阅图4，其中，泵体7对应于外齿轮3上径向小孔的位置设有环囊22，环囊22周向范围与加压区重合，环囊22的压力传向抵消囊20，工作的液压越大，环囊22内的压力越大，对抵消囊20补充的压力越大，抵消径向力的能力越强，环囊22嵌入泵体7内壁的槽中，内部填充液压油。

其中，抵消囊20为气囊，环囊22为液囊，抵消囊20的底部设有与环囊22连通的挤压囊，压力作用在环囊22上，使挤压囊膨胀，补充抵消囊20内的压力，平衡囊23与抵消囊20连通，保证端盖的两侧受力平衡。

其中，抵消囊20的径向弹性刚度小于轴向弹性刚度，即径向更容易膨胀，液压更多的作用在径向，平衡囊23的弹性刚度与抵消囊20的轴向弹性刚度相同。

本发明的工作原理及工作流程：

输送介质由泵外套1入口进来，从前盖板2下部月牙槽孔吸入，经过外齿轮4和内齿轮3啮合增压，从后盖板8上部月牙槽孔流出，再由前轴承座上均布的4个腰形过液孔流入电机前腔。电机前腔液体一部分经过定转子屏蔽套间隙流入电机后腔，再由后轴承座18均匀布置的4个过液孔流入后轴承腔体。还有一部分液体由转子组件12前端开设的4个径向小孔流入转子中心孔，再从转子后轴头流出，在后轴承座15腔体与前一部分液体汇合，增大了泵工作流量，最后由后轴承座出口流出。

内齿轮4转动带动外齿轮3转动，同时内齿轮4和外齿轮3之间的液压和负压使外齿轮3的受力偏向一侧，同时侧板21在抵消囊20的作用下，通过中间板6对外齿轮3产生推力，平衡外齿轮3和泵体7之间偏向的作用力，且随着液压压力越高，平衡能力越强。在中间板6和外齿轮3保持相同的转速，而外齿轮3和内齿轮4只相差一个齿，二者相对位移较少，且内齿轮4和中间板6偏心移动，磨损均匀，减少了中间板6内侧的磨损速度，而在外侧，由于外齿轮3的转速较慢，减少了磨损速度，与此同时，对端盖施加过量的压力，在抵消囊20和平衡囊23的抵消作用下，保持端盖与中间板6间的压力始终，随着磨损，侧板21径向移动，抵消囊20压力减少收缩，端盖轴向移动填补磨损产生的空隙，提高端盖和中间板6的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，包括齿轮泵和屏蔽电机，所述齿轮泵包括泵外套（1）、前盖板（2）、外齿轮（3）、内齿轮（4）、泵体（7）和后盖板（8），所述屏蔽电机包括前轴承座（9）、定子组件（10）、转子组件（12）、推力盘（14）、轴承（15）、后轴承座（18）和接线盒组件（19），其特征在于：所述定子组件（10）内径和转子组件（12）外径分别设有定子屏蔽套（11）和转子屏蔽套（13），所述转子组件（12）的转子轴与内齿轮（4）连接，所述前盖板（2）设有月牙槽孔吸入介质，所述后盖板（8）上设有月牙槽孔压出介质，所述转子组件（12）的两侧均设有过渡腔体，所述转子组件（12）的转子轴内设有轴向的中心孔，中心孔通过径向的小孔与靠近后盖板（8）一侧的过渡腔体连通，所述转子屏蔽套（13）和定子屏蔽套（11）之间的间隙与两侧的过渡腔体均连通，所述后轴承座（18）内设有与输出口连通的后轴承座腔（17），所述后盖板（8）流出的介质分成两道，一道通过转子组件（12）转子轴的中心孔流向后轴承座腔（17），另一道通过转子屏蔽套（13）和定子屏蔽套（11）之间的间隙后，再通过过渡腔体流入后轴承座腔（17）；所述外齿轮（3）上设有与泵体（7）连通的径向小孔，所述外齿轮（3）的两侧均固定连接有中间板（6），所述中间板（6）对应外齿轮（3）和内齿轮（4）之间配合间隙的位置设有网孔，所述后盖板（8）和前盖板（2）均紧贴中间板（6），且后盖板（8）和前盖板（2）背离中间板（6）的一侧设有弹性补偿件，所述泵体（7）受偏心力的位置和对向位置所对应的端部分别设有抵消囊（20）和平衡囊（23），所述抵消囊（20）和平衡囊（23）抵消部分后盖板（8）和前盖板（2）的压力，使其与中间板（6）之间的作用力适中，所述抵消囊（20）的内侧固定连接有侧板（21），所述侧板（21）贴紧中间板（6）的侧壁，所述泵体（7）对应于外齿轮（3）上径向小孔的位置设有环囊（22），所述环囊（22）周向范围与加压区重合，所述环囊（22）的压力传向抵消囊（20），所述抵消囊（20）为气囊，所述环囊（22）为液囊，所述抵消囊（20）的底部设有与环囊（22）连通的挤压囊，所述平衡囊（23）与抵消囊（20）连通。

2.根据权利要求1所述的一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，其特征在于：所述转子组件（12）延伸至前盖板（2）的端部，且端部设带孔的紧定螺钉（16），所述紧定螺钉（16）的内孔大小可调，用于调节高压液体引入量，用以平衡后另一端高压液体产生的向轴向力。

3.根据权利要求1所述的一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，其特征在于：所述前盖板（2）上部设置与后盖板（8）上的月牙槽孔相对称的月牙槽，所述后盖板（8）下部设置与前盖板（2）上的月牙槽孔相对称的月牙槽。

4.根据权利要求1所述的一种屏蔽式内啮合摆线齿轮泵，其特征在于：所述抵消囊（20）的径向弹性刚度小于轴向弹性刚度。