CN118110678B - 一种液压系统驱动水泵及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压系统驱动水泵及其驱动方法，属于液压系统的技术领域。液压系统驱动水泵包括：高压水泵，设置在高压水泵的进水口处的轴承仓，所述高压水泵的传动轴穿过所述轴承仓；轴承仓内安装有滚动轴承组，安装所述轴承仓内；通过轴承仓连接在高压水泵的液压马达；高压水泵由所述液压马达通过轴承仓驱动，带动高压水泵的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体产生高压水柱；在此过程中，所述轴承仓利用所述滚动轴承组平衡高压水泵的轴向力。本发明中的轴承仓内增设滚动轴承组取代了现有技术的止推盘结构，利用滚动轴承组平衡水泵的轴向力，效率更高。

Description

一种液压系统驱动水泵及其驱动方法

技术领域

本发明属于液压系统的技术领域，特别是涉及一种液压系统驱动水泵及其驱动方法。

背景技术

海底管缆铺设施工技术领域中，用来产生高压水柱的水泵多数放置在船上，埋缆机在水下，之间通过高压胶管进行输送水。埋设较深的时候，高压胶管长度则对应增长，导致高压胶管的损大、效率低。

为解决这一技术问题，也有通过潜水电机驱动的电泵系统，将其放置在水下。但是当埋设较深的时候，动力电缆和控制电缆长度则相对较长，对应的控制难度和成本提高。同时，潜水电机驱动的电泵系统由水下电机驱动，水下电机浸水，绝缘降低，绕组超温的风险。

另外，潜水电机驱动的电泵系统由止推盘平衡水泵运行时的轴向力，所述潜水电机止推盘一般采用脆性材料，当潜水电泵被异物污染时，止推盘有破碎的可能。潜水电机止推盘也属于一种滑动摩擦结构，效率低于滚动摩擦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压系统驱动水泵及其驱动方法，以解决背景技术中提出的问题。

本发明采用以下技术方案：一种液压系统驱动水泵，所述液压系统驱动水泵包括：

高压水泵，具有进水口和出水口；

轴承仓，设置在所述高压水泵的进水口处；所述高压水泵的传动轴穿过所述轴承仓；

滚动轴承组，安装所述轴承仓内；所述滚动轴承组同时套设于所述传动轴；

液压马达，通过所述轴承仓连接于所述高压水泵；高压水泵由所述液压马达通过轴承仓驱动，带动高压水泵的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体产生高压水柱；在此过程中，所述轴承仓利用所述滚动轴承组平衡高压水泵的轴向力。

在进一步的实施例中，所述轴承仓的指定位置处开设有压力补偿口；所述液压系统驱动水泵还包括：压力补偿器，连通于所述压力补偿口。

在进一步的实施例中，所述滚动轴承组至少包括：依次套装在所述传动轴上的第一深沟球轴承、推力调心滚子轴承和第二深沟球轴承。

在进一步的实施例中，所述轴承仓的预定位置处开设有泄压口，所述泄压口处安装有泄压阀；

对应的，所述轴承仓内安装有压力传感器。

在进一步的实施例中，所述轴承仓内设置有温度传感器。

在进一步的实施例中，所述压力补偿器包括：架体；

补偿器腔体，具有固定端和活动端；补偿器腔体的固定端处设置有管道，所述管道同时连通于压力补偿口，所述活动端处安装有补偿器连接板；所述补偿器腔体为具体密封性的可收缩腔体；

弹性件，设于活动端与安装架之间；

补偿量传感器，具有数据输出端和数据采集端；所述数据输出端密封安装在补偿器腔体的固定端，数据采集端穿过补偿器腔体的补偿器连接板并延伸至弹性件内。

在进一步的实施例中，所述轴承仓与传动轴之间设置有唇形密封圈。

在进一步的实施例中，所述弹性件包括：

定位筒，固定连接于所述安装架的底部；

弹簧，设于所述定位筒内；所述弹簧的一端与定位筒的底部固定连接，另一端暴露于所述定位筒并连接于所述补偿器连接板；所述补偿量传感器的数据采集端位于所述弹簧内；

导向杆，固定穿过所述定位筒的底部；所述导向杆为敞口镂空结构，所述补偿量传感器的数据采集端位于所述导向杆内。

一种液压系统驱动水泵的驱动方法，使用如上所述的液压系统驱动水泵，包括以下步骤：

高压水泵由所述液压马达通过轴承仓驱动，带动高压水泵的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体，使液体受到离心力的作用，从而被甩向叶轮的外缘；液体的速度和压力增加，产生高压水柱；在此过程中，轴承仓利用所述滚动轴承组平衡高压水泵的轴向力，同时执行以下步骤：

压力传感器和温度传感器将采集到的实时压力数据和实时温度数据传输并通过显示器进行可视化展示，根据可视化展示的实时压力数据和实时温度数据监测轴承仓的内部情况：当实时压力数据和实时温度数据显示为异常时，则调整液压马达的流量、控制水泵的转速，使实时压力数据和实时温度数据在对应的正常范围内波动；

当轴承仓的内部压力超过压力最大阈值时，泄压阀启动进行泄压。

在进一步的实施例中，当压力补偿器有液压油注入时，补偿器腔体发生膨胀；补偿量传感器检测到变化位移得到正向位移补偿量；当所述正向位移补偿量大于给定的补偿余量时，则调整液压马达的流量、控制水泵的转速；所述补偿余量为预定的位移补偿量与正向位移补偿量的差值。

本发明的有益效果：本发明的液压系统驱动水泵使用液压马达代替现有技术中的潜水电机驱动高压水泵。尺寸小，功率密度大，输出稳定。本发明取消潜水电机电气回路，消除短路，绝缘下降，三相不平衡风险，稳定可靠。

传统液压系统密封元件均属于单向密封元件，即只能防止液压油向壳体外的泄露，如矿井液压马达，也是目前海底常用的液压马达。直接应用于海水高压环境中时，液压密封元件承受着内外双向压力的作用，直接将液压马达应用于深海环境，海水就很容易侵入系统，从而影响整个液压系统的正常工作。本发明通过压力补偿器及其弹性件作用，使得轴承仓压力与环境压力相近，消除水下压力环境的影响。

本发明中的轴承仓内增设滚动轴承组取代了现有技术的止推盘结构，利用滚动轴承组平衡水泵的轴向力，效率更高。传统潜水电机轴向力为70kN，如现有的米切尔式推力轴承组件。而本发明采用滚动轴承许用轴向力为80kN，能够驱动更大功率的水泵。

本发明中配置对应的压力补偿器，针对使用过程的高压、低压、高温的情况做出对应的控制决策，对液压系统驱动水泵起到了良好的保护效果。

附图说明

图1为实施例1的液压系统驱动水泵的结构图。

图2为实施例1的轴承仓的剖视图。

图3为图2的局部放大图。

图4为压力补偿器的结构图。

图1至图4中的各标注为：轴承仓1、第一深沟球轴承2、传动轴3、推力调心滚子轴承4、第二深沟球轴承5、唇形密封圈6、高压水泵7、液压马达8、压力补偿口9、传感器数据接口10、补偿量传感器11、补偿器腔体12、支撑柱13、补偿器连接板14、导向杆15、弹簧16、限位连接板17、安装板18、定位筒19。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

本实施例公开了一种液压系统驱动水泵，安装在船体上。需要说明的是，本实施例的液压系统驱动水泵从应用领域上分析可用于在海底电缆光缆（或电缆）铺设过程中，驱动水泵产生高压水柱冲开海底泥沙，形成光缆沟（或电缆沟）。此外，本实施例中的液压系统驱动水泵从水中深度分析可潜入海底深至3千米。而相比之下，现有的驱动水泵则无法在海深3千米处正常工作，原因如下：采用传统潜水电机需要铺设3千米动力电缆，由于变频器输出的电压波形不是正弦，潜水电机采用变频器控制电机转速，其波形中含有大量的谐波成分，其中高次谐波会使变频器输出电流增大，造成电机绕组发热，产生振动和噪声，加速绝缘老化，还可能损坏电机；同时各种频率的谐波会向空间发射不同程序的无线电干扰，还可能导致其它设备误动作。

因此，本实施例中的液压系统驱动水泵包括：高压水泵7，具有进水口和出水口。为了更好的控制其驱动，高压水泵7的进水口处设置有轴承仓1，从位置关系看，高压水泵7的传动轴3穿过所述轴承仓1，如图2所示。轴承仓1内安装有滚动轴承组，其中，滚动轴承组同时套设于所述传动轴3。使用时，轴承仓1利用所述滚动轴承组平衡高压水泵7的轴向力，从而达到克服水流阻力的效果。

进一步的，本实施例采用液压马达8驱动高压水泵7。换言之，液压马达8通过所述轴承仓1连接于所述高压水泵7，用液压马达8替代潜水电机驱动高压水泵7，尺寸小、功率密度大、输出稳定。取消潜水电机电气回路，消除短路，绝缘下降，三相不平衡风险，稳定可靠。

采用上述结构，高压水泵7由所述液压马达8通过轴承仓1驱动，带动高压水泵7的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体产生高压水柱；在此过程中，所述轴承仓1利用所述滚动轴承组平衡高压水泵7的轴向力。

结合图2和图3，滚动轴承组至少包括：第一深沟球轴承2、推力调心滚子轴承4和第二深沟球轴承5依次套装在所述传动轴3上。本实施例中，可按照图示中从下至上的顺序依次套接。同时为了保证所需的密封性，轴承仓1与传动轴3之间设置有唇形密封圈6。本实施例中的唇形密封圈6为FB型唇形密封圈6。结合上述结构，本实施例中的滚动轴承组的摩擦力为滚动摩擦。相比于现有的滑动摩擦，本实施例的滚动轴承组不仅仅平衡了水泵的轴向力，同时大大提高了工作效率。

考虑到液压系统驱动水泵的水中工作环境尤其是在海底深处时，环境相对恶劣，轴承仓1内部油压易受外界影响导致其内部的温度、压力发生改变，进而导控制精度降低。为了解决这一技术问题，本实施例通过实施获取轴承仓1内部的压力数据和温度数据，基于压力数据和温度数据结合压力补偿器降低液压系统压力，保护液压系统。

因此，轴承仓1的指定位置处开设有压力补偿口9；所述液压系统驱动水泵还包括：压力补偿器。对应的，轴承仓1的预定位置处开设有泄压口，所述泄压口处安装有泄压阀；轴承仓1内安装有压力传感器，用于实时监测轴承仓1内的压力情况，以便于做出正确压力调整决策。轴承仓1内设置有温度传感器，用于实时获取轴承仓1内的温度情况。

在较为复杂的环境下，为了提高补偿量的精度如图4所示，本实施例的压力补偿器包括：架体，安装在船体上。需要说明的是，架体为多种形式的镂空结构。如包括：两相对设置的安装板18和限位连接板17，以及同时垂直连接于安装板18和限位连接板17的若干个支撑柱13，优先的选用三根支撑柱13。

架体的内部设置有补偿器腔体12，补偿器腔体12具有固定端和活动端。结合上述举例，固定端固定在安装板18上，活动端处安装有补偿器连接板14。需要说明的是，补偿器腔体12为具体密封性的可收缩腔体，换言之，补偿器腔体12与安装板18、补偿器连接板14之间为密封连接，可通过增设密封圈等方式实现。

补偿器的活动端与安装架的补偿器连接板14之间设置有弹性件。还包括：局部设置在补偿器腔体12内的补偿量传感器11。进一步的，补偿量传感器11具有数据输出端和数据采集端，其中数据输出端密封安装在补偿器腔体12的固定端，数据采集端穿过补偿器腔体12的补偿器连接板14并延伸至弹性件内，补偿量传感器11与补偿器连接板14通过密封圈实现密封滑动连接。

使用时，补偿器腔体12内容纳有预定体积的油，置于海底时为里油外水的状态。为了满足这一特定环境下所需的耐候性，本实施例中的补偿器腔体12采用丁晴橡胶制备而成。

弹性件包括：与安装架的限位连接板17固定连接的定位筒19，定位筒19内固定有弹簧16。进一步的，弹簧16的一端与定位筒19的底部固定连接，另一端暴露于所述定位筒19并连接于所述补偿器连接板14，补偿量传感器11的数据采集端位于所述弹簧16内。位于深海处时，受水压作用结合具有收缩性的补偿器腔体12，补偿器连接板14的所在位置发生相对移动，并通过补偿量传感器11进行位移量变获取。同时，考虑到环境的恶劣程度，本实施例中的弹簧16采用不锈钢材质制备而成。

为了提高补偿量传感器11的数据精度，保证弹性件相对补偿量传感器11做直线运动，本实施例中的弹性件还包括：固定穿过所述定位筒19的底部的导向杆15，导向杆15为敞口镂空结构。补偿量传感器11的数据采集端位于所述导向杆15内，即导向杆15限定了弹性件的运动方向，保证了弹性件相对补偿量传感器11做直线运动，进而提高了补偿量传感器11的数据精度。

实施例2

本实施例公开了一种液压系统驱动水泵的驱动方法，用于实现实施例1所述的液压系统驱动水泵，包括以下步骤：

高压水泵由所述液压马达通过轴承仓驱动，带动高压水泵的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体，使液体受到离心力的作用，从而被甩向叶轮的外缘；液体的速度和压力增加，产生高压水柱；在此过程中，轴承仓利用所述滚动轴承组平衡高压水泵的轴向力，同时执行以下步骤：

压力传感器和温度传感器将采集到的实时压力数据和实时温度数据传输并通过显示器进行可视化展示，根据可视化展示的实时压力数据和实时温度数据监测轴承仓的内部情况：当实时压力数据和实时温度数据显示为异常时，则调整液压马达的流量、控制水泵的转速，使实时压力数据和实时温度数据在对应的正常范围内波动；

当轴承仓的内部压力超过压力最大阈值时，泄压阀启动进行泄压。

当压力补偿器有液压油注入时，补偿器腔体发生膨胀；补偿量传感器检测到变化位移得到正向位移补偿量；当所述正向位移补偿量大于给定的补偿余量时，则调整液压马达的流量、控制水泵的转速；所述补偿余量为预定的位移补偿量与正向位移补偿量的差值。

对应的，安装板的指定位置处设置有传感器数据接口10，传感器数据接口10与补偿量传感器的数据输出端为电连接。本实施例中的补偿量传感器为位移传感器。

Claims (5)

1.一种液压系统驱动水泵，其特征在于，所述液压系统驱动水泵包括：

高压水泵，具有进水口和出水口；

轴承仓，设置在所述高压水泵的进水口处；所述高压水泵的传动轴穿过所述轴承仓；

滚动轴承组，安装所述轴承仓内；所述滚动轴承组同时套设于所述传动轴；

液压马达，通过所述轴承仓连接于所述高压水泵；高压水泵由所述液压马达通过轴承仓驱动，带动高压水泵的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体产生高压水柱；在此过程中，所述轴承仓利用所述滚动轴承组平衡高压水泵的轴向力；

所述滚动轴承组至少包括：依次套装在所述传动轴上的第一深沟球轴承、推力调心滚子轴承和第二深沟球轴承；

所述轴承仓的指定位置处开设有压力补偿口；所述液压系统驱动水泵还包括：压力补偿器，连通于所述压力补偿口；所述压力补偿器包括：架体；

补偿器腔体，具有固定端和活动端；补偿器腔体的固定端处设置有管道，所述管道同时连通于压力补偿口，所述活动端处安装有补偿器连接板；所述补偿器腔体为具体密封性的可收缩腔体；

弹性件，设于活动端与安装架之间；

补偿量传感器，具有数据输出端和数据采集端；所述数据输出端密封安装在补偿器腔体的固定端，数据采集端穿过补偿器腔体的补偿器连接板并延伸至弹性件内；所述弹性件包括：

定位筒，固定连接于所述安装架的底部；

弹簧，设于所述定位筒内；所述弹簧的一端与定位筒的底部固定连接，另一端暴露于所述定位筒并连接于所述补偿器连接板；所述补偿量传感器的数据采集端位于所述弹簧内；

导向杆，固定穿过所述定位筒的底部；所述导向杆为敞口镂空结构，所述补偿量传感器的数据采集端位于所述导向杆内。

2.根据权利要求1所述的一种液压系统驱动水泵，其特征在于，所述轴承仓的预定位置处开设有泄压口，所述泄压口处安装有泄压阀；

对应的，所述轴承仓内安装有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种液压系统驱动水泵，其特征在于，所述轴承仓内设置有温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种液压系统驱动水泵，其特征在于，

所述轴承仓与传动轴之间设置有唇形密封圈。

5.一种液压系统驱动水泵的驱动方法，使用如权利要求1至4中任意一项所述的液压系统驱动水泵，其特征在于，包括以下步骤：

高压水泵由所述液压马达通过轴承仓驱动，带动高压水泵的叶轮旋转，利用离心力将水吸入泵体，使液体受到离心力的作用，从而被甩向叶轮的外缘；液体的速度和压力增加，产生高压水柱；在此过程中，轴承仓利用所述滚动轴承组平衡高压水泵的轴向力，同时执行以下步骤：

压力传感器和温度传感器将采集到的实时压力数据和实时温度数据传输并通过显示器进行可视化展示，根据可视化展示的实时压力数据和实时温度数据监测轴承仓的内部情况：当实时压力数据和实时温度数据显示为异常时，则调整液压马达的流量、控制水泵的转速，使实时压力数据和实时温度数据在对应的正常范围内波动；

当轴承仓的内部压力超过压力最大阈值时，泄压阀启动进行泄压；

当压力补偿器有液压油注入时，补偿器腔体发生膨胀；补偿量传感器检测到变化位移得到正向位移补偿量；当所述正向位移补偿量大于给定的补偿余量时，则调整液压马达的流量、控制水泵的转速；所述补偿余量为预定的位移补偿量与正向位移补偿量的差值。