CN1807886A - 可变排量式径向活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可变排量式径向活塞泵。径向泵具有壳体，壳体具有可枢转地安装在其中的缸环。缸环具有圆形开孔，在该圆形开孔中形成有凸轮面。缸体在缸环的开孔中转动，并具有多个径向延伸的缸，每个缸都具有孔口，当缸体转动时，所述孔口选择性地与流体入口和流体出口相通。多个活塞可滑动地接纳在多个缸内并与凸轮面接合。致动器可操作地联接用于使缸环运动，该运动会改变缸环和缸体之间的空间关系，从而改变活塞在缸内移动的量。活塞在缸内的移动量直接涉及到由泵输送的流体流量大小，从而移动缸环可以控制流体流量。与活塞在静止的环上的滑动相比，轴承环的转动产生较小的扭转拖曳力(附加马力损失)，从而可以增加运行速度并减小特性损失。

Description

可变排量式径向活塞泵
技术领域
本发明涉及回转泵，更具体地涉及例如在航空器燃油和液压系统中用于对包括发动机的航空器系统进行泵送、调节和控制的具有可变排量的高速活塞泵。
背景技术
通常使用固定排量泵作为航空器轮机发动机的燃油泵。这种泵必须能够在从启动到完全节流操作的宽范围运行速度中向发动机提供足够的燃油压力和流量。因而，泵通常一直产生相对高的输出流量。燃油系统调节泵的输出流量，以按发动机实际需要的速度供应燃油。泵的多余流量绕过发动机并再循环到泵入口。
但是，尤其在发动机要求较低流量的燃油流速时，旁通回路中的循环会加热燃油，使燃油变得太热。因此，通常在旁通回路中设置热交换器，以在燃油返回泵入口前冷却燃油。这增加了燃油系统的复杂性、重量和费用。
尺寸和重量也是航空器中所使用的构件的重要特性。从而，希望改进现有的活塞泵技术，以在提供高可靠性的泵的同时减小尺寸、减小重量并增加速度的运行极限。
发明内容
径向活塞泵具有带空腔的壳体，流体入口通道和流体出口通路通向该空腔。缸环(cylinder ring)位于空腔内并具有开孔，在该开孔内形成有凸轮面。在优选实施例中，缸环可枢转地支承在空腔内并具有圆形开孔，该圆形开孔中具有轴承环，该轴承环例如形成内部柱状凸轮面。
缸体安装成可在缸环的开孔内转动，并具有多个径向延伸的缸。每个径向延伸的缸都具有孔口，当缸体转动时，所述孔口选择性地与流体入口通道和流体出口通道相通。多个可自由滑动的活塞接纳在多个缸内，并与缸环的凸轮面接合。致动器可操作地联接用于使缸环运动，该运动会改变缸环和缸体之间的空间关系，从而改变活塞在缸内移动的距离。
泵所产生的流体流量的大小直接与缸体转动时活塞在缸内的冲程(运动量)相关。因而，改变缸环相对于缸体的位置可控制流体流量的大小。
附图说明
图1是穿过本发明径向活塞泵的轴向截面视图；以及
图2是沿图1中的线2-2的截面视图。
具体实施方式
文中结合用于航空器燃气轮机发动机的燃油泵对本发明进行了说明，但是应该能理解，本发明的新颖性概念能广泛运用到各种用于其它流体和设备的泵中。
首先参见图1，泵10具有由第一部分11和第二部分13形成的壳体12，第一部分11和第二部分13通过螺栓或其它合适的紧固件固定在一起且两部分之间设有密封件。两壳体部分之间形成有内部空腔18。驱动轴25通过壳体12一侧的开孔伸入壳体12中并与泵轴26接合，泵轴26延伸穿过内部空腔18并通过轴承或轴衬27可转动地安装在壳体中。驱动轴25将动力从发动机变速箱传送给安装在壳体内的第一泵部28和第二泵部29之间的泵轴26。应注意：内部空腔18的壁在邻近泵轴26的中心区域比在更远离该轴的环形的远离中心的区域更突出地靠近在一起，并且这些壁在中央的空腔区域邻接第一泵部28和第二泵部29。
壳体12中的入口14通过具有两条穿过第二壳体部分13的支路的入口通道15连接到通向内部空腔18的两个入口通道开口20和21。第一壳体部分11中的第二入口通道19从内部空腔18的远离中心的区域延伸到空腔中心区域中的另一入口通道开口22。当泵10运行时，引入入口14中的流体的一部分从开口20通过内部空腔18的远离中心的区域流入第二入口通道19，并继续流至入口通道开口22。出口通道17从分别位于各壳体部分11和13中的分开的开口23和24延伸穿过壳体12至出口16。应注意：出口通道17的一部分在内部空腔18的后方延伸通过壳体12，并且该部分在图1的截面视图中不可见。入口通道开口和出口通道开口21-24在内部空腔18较靠近轴25和26的轴线的中心区域穿透壁，以降低入口压力要求，这改进了缸体的填充并减小了潜在的气蚀。入口通道开口20位于远离中心的空腔区域中。
两个泵部28和29相同，但是以相对彼此绕泵轴转动180度示出。根据应用要求可以选择其它角度。因此，第一泵部28的入口通道15和出口通道17的开口21和23相对于第二泵部29的入口通道19和出口通道17的开口22和24绕泵轴线转动180度取向。即，在图1的取向中，第一泵部28的入口开口21位于泵轴26下方，而泵部29的入口开口22位于泵轴上方。类似地，各自的出口开口23和24也位于泵轴26的相对侧。入口和出口通道开口21-24邻接缸体44的毂(hub)。
图2详细示出第一泵部28，该第一泵部包括安装在壳体12内的枢转销31上的缸环30，枢转销31穿过缸环一角中的开孔。也可根据可用的封装空间使用其它的定位枢转销31的方式。弹簧32与壳体12接合并可枢转地将缸环30偏压到空腔18内的一个极限转动位置，在附图中示出了该位置。正如将要描述的一样，第一泵部在该极限转动位置产生最大流体流量。致动活塞33位于壳体12中的控制孔34内，并与跟弹簧32的接合点相对的缸环30的角接合。通过控制孔口35引入孔34中的加压流体向外推动致动活塞33，从而施加使缸环30绕枢转销31顺时针转动的与弹簧32的力相对的力。根据应用要求也可以使用致动活塞33和弹簧32的其它定位。
缸环30具有圆形开孔36，驱动轴25和泵轴26延伸穿过该圆形开孔36。环形轴衬38位于圆形开孔36内，轴承环40可滑动地接纳在环形轴衬内。如下面将描述那样，轴承环40的内周面具有形成凸轮面42的环形凹槽，多个第一活塞48靠着该凸轮面42移动。虽然缸环30的优选实施例具有圆形开孔36，但是该开孔从而轴承环40的内周面可以具有其它几何形状。也应注意：在轴承环40和活塞48之间可以安置轴承瓦。
第一泵部28由缸体44的一部分形成并紧固到泵轴26，以与泵轴26一起转动。缸体44具有第一组绕泵轴26的轴线等间距设置且从该轴线径向向外延伸的八个缸46。各个缸的内端具有位于缸体44中的腰形缸孔口45。在各个缸46的不同转动位置上，其孔口45与图1中所示的入口通道15的开口21或出口通道17的开口23相通。各活塞48可滑动地接纳在各个缸46中。每个活塞48具有朝向缸体44中央的开口端和具有弯曲外表面的关闭端，该关闭端配合在轴承环40上的凸轮面42的凹槽内。当缸体44通过驱动轴25和泵轴26的驱动而转动时，活塞48通过离心力被向外驱动，以与轴承环40接合。由于活塞48的接合而产生的拖曳力会使轴承环40在缸环30的中央开口内转动。
在泵的最大流量构型中，弹簧32使缸环30枢转到图2所示的极限逆时针位置。应注意，当缸环30枢转时，泵轴26和缸体44相对于泵壳体12保持固定不变的定位。因此，在最大流量构型中，缸体44的开孔36在轴承环40的凸轮面42内非同轴地(即，偏心地)定位。这使得在底部中央死点50处缸体44和轴承环40之间的间隙比在直径相对的顶部中央死点52处缸体44和轴承环40之间的间隙大。因此，活塞48受力在靠近底部中央死点50处比在靠近顶部中央死点52处更远地离开缸46。第一泵部28的入口通道开口21是弯曲的开口，其位于泵轴26一侧的壳体壁中的底部中央死点50和顶部中央死点52之间的中央。类似地，第一泵部28的出口通道开口23是弯曲的开口，其位于泵轴26另一侧的底部中央死点50和顶部中央死点52之间的中央。
当缸体44转动使得给定缸46靠近底部中央死点50时，该缸内的活塞48向外移动，从而使缸内腔的容积扩大。转动方向使得当缸内腔扩大时，给定缸的孔口45与入口通道开口21相通，从而流体被吸入缸内腔。在底部中央死点50处，缸孔口45邻近壳体的实心壁并不再与入口通道开口21相通。当缸体44远离底部中央死点50转动时，给定缸46的孔口45暴露于出口通道开口23。缸体44的继续转动会使活塞48移入缸体44和轴承环40之间的间隙减小的区域，从而将活塞推入给定的缸中。该动作强制流体从缸进入出口通道17，从而由于对流体流量的限制而产生压力。
当给定缸48经过顶部中央死点52时，其孔口45与入口通道开口21和出口通道开口23相隔离。然后缸体44的进一步转动会使活塞48移出给定缸46，这会扩大缸内腔，并且缸孔口45与入口通道开口21相通，从而重复泵送循环。
通过将不同大小的压力供入控制孔34中，泵致动活塞33被操作而将缸环30枢转到空腔18内的不同位置。缸环30的枢转将改变轴承环40与缸体44的空间关系，从而改变这些构件之间的环形间隙。特别地，枢转缸环30将改变底部中央死点50处和顶部中央死点52处的间隙的距离。这改变了活塞绕泵轴26的轴线转动时在各个缸内的移动量，从而改变了由活塞输送的流体的量。
如前所述，图2示出处于最大流量构型的缸环30，其中，在底部中央死点50处缸体44和轴承环40之间具有最大间隙，在顶部中央死点52处缸体44和轴承环40之间具有最小间隙。当控制孔34中的压力增加时，致动活塞33进一步向外移动，从而向轴承环40与缸体44同轴(即，同心)的位置在顺时针转动的缸环30上施加力。缸环30的这种运动减小了底部中央死点50处轴承环40和缸体44之间的间隙，并增加了顶部中央死点52处轴承环40和缸体44之间的间隙。当底部中央死点50处和顶部中央死点52处的间隙尺寸之差减小时，泵输送的流量也减小。在与图2所示的极限枢转位置相对的极限枢转位置，在底部中央死点50处和顶部中央死点52处缸体44和轴承环40之间的间隙基本相等，从而泵10产生最小流量。该设计也可构造成颠倒入口和排出口，以改变流体输送方向。因此，改变施加到控制孔34中的流体压力能控制泵所输送的流体流量。
缸体44具有与第一组缸46平行设置的第二组八个缸60，该第二组缸60形成图1中可看到的第二泵部29。多个第二活塞62可滑动地位于第二组缸60内，其中，这些活塞靠在通过枢转销64可枢转地附装到壳体12的第二缸环64的凸轮面上移动。第二缸环64相对于第一缸环30以180°取向。因此，第二缸环64的底部中央死点和顶部中央死点相对于第一缸环30的相应点转动180°。这使流体流动和活塞工作而施加在缸体44以及轴25和26上的力得到平衡。第二泵部29的构件与刚刚描述的第一泵部28的构件以相同的方式工作。但是，与第一壳体部分11中的入口通道开口22和出口通道开口24相通的第二组缸60的孔口与第一部分(泵部)中的相应的孔口相互间隔180°。将压力施加到控制孔口35会使两缸环30和64协调运动。这通过位于两缸体上的接触臂来实现，从而使缸环彼此相对运动(该特征未示出)。
上述描述主要针对于本发明的优选实施例。尽管在本发明的范围内给出了多种替换，但是可以预见到，本领域技术人员从本发明公开的实施例中能认识到其它的替换。因此，本发明的范围应由下文的权利要求书来确定，而不限于上文公开的内容。

Claims (20)

1.一种径向泵(10)，包括：
具有流体入口通道(15)和流体出口通道(17)的壳体(12)；
具有开孔的缸环(30)，所述开孔限定了凸轮面；
缸体(44)，该缸体安装成可在缸环(30)的开孔内转动并且该缸体具有多个径向延伸的缸(46)，其中，每个缸都具有孔口(45)，当缸体转动时，孔口(45)选择性地与流体入口通道(15)和流体出口通道(17)相通；
多个活塞(48)，每个活塞可滑动地接纳在多个缸(46)中的不相同的一个中，并与凸轮面(42)接合；以及
致动器(33)，该致动器被可操作地联接用于改变凸轮面(42)和缸体(44)之间的空间关系，从而在缸体转动时改变多个活塞(48)在多个缸(46)中移动的量。
2.根据权利要求1所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括联接到缸体(44)的驱动轴(25)。
3.根据权利要求1所述的径向泵(10)，其特征在于，缸环(30)可枢转地安装到壳体(12)，并且致动器(33)可使缸环相对于壳体枢转。
4.根据权利要求1所述的径向泵(10)，其特征在于，致动器(33)包括致动活塞。
5.根据权利要求4所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括将缸环(30)偏压成与致动活塞接合的弹簧(32)。
6.一种径向泵(10)，包括：
具有空腔的壳体(12)，流体入口通道(15)和流体出口通道(17)通向空腔；
位于空腔内并具有开孔的缸环(30)，在该开孔中形成凸轮面(42)；
缸体(44)，该缸体安装成可在缸环(30)的开孔内转动并且该缸体具有多个径向延伸的缸(46)，其中，每个缸都具有孔口，当缸体转动时，孔口选择性地与流体入口通道(15)和流体出口通道(17)相通；
多个活塞(48)，每个活塞可滑动地接纳在多个缸(46)中的不相同的一个中，并与缸环(30)的凸轮面(42)接合；以及
致动器(33)，该致动器被可操作地联接用于移动缸环(30)，从而改变缸环和缸体(44)之间的空间关系，进而改变缸体转动时多个活塞(48)在多个缸(46)中移动的量。
7.根据权利要求6所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括联接到缸体(44)并延伸出壳体的驱动轴(25)。
8.根据权利要求6所述的径向泵(10)，其特征在于，缸环(30)可枢转地安装在空腔内，并且致动器(33)可使缸环相对于壳体枢转。
9.根据权利要求6所述的径向泵(10)，其特征在于，致动器包括致动活塞(33)。
10.根据权利要求9所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括将缸环(30)偏压成与致动活塞(33)接合的弹簧(32)。
11.根据权利要求6所述的径向泵(10)，其特征在于，致动器包括位于壳体(12)中的控制孔和可滑动地接纳在控制孔内并与缸环(30)接合的致动活塞(33)。
12.根据权利要求6所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括位于缸环(30)的开孔内并形成凸轮面(42)的轴承环(40)。
13.根据权利要求12所述的径向泵(10)，其特征在于，轴承环(40)由于多个活塞(48)的运动产生的拖曳力而在缸环(30)的开孔内运动。
14.一种径向泵(10)，包括：
具有空腔(18)的壳体(12)，流体入口通道(15)和流体出口通道(17)通向空腔；
位于空腔内并具有第一开孔的第一缸环(30)，在该第一开孔中形成第一凸轮面(42)；
位于空腔内并具有第二开孔的第二缸环(64)，在该第二开孔中形成第二凸轮面；
缸体(44)，该缸体安装成可在第一和第二开孔内转动并且该缸体具有多个第一径向延伸的缸(46)和多个第二径向延伸的缸(60)，其中，每个缸都具有孔口，当缸体转动时，孔口选择性地与流体入口通道(15)和流体出口通道(17)相通；
多个第一活塞(48)，每个第一活塞可滑动地接纳在多个第一缸(46)中的不相同的一个中，并与第一缸环(30)的第一凸轮面(42)接合；
多个第二活塞(62)，每个第二活塞可滑动地接纳在多个第二缸(60)中的不相同的一个中，并与第二缸环(64)的第二凸轮面接合；以及
致动器机构(33)，该致动器机构被可操作地联接用于移动第一缸环(30)和第二缸环(64)，从而改变各缸环和缸体之间的空间关系，进而改变缸体转动时各活塞移动的量。
15.根据权利要求14所述的径向泵(10)，其特征在于，致动器机构(33)彼此独立地移动第一缸环(30)和第二缸环(64)。
16.根据权利要求14所述的径向泵(10)，其特征在于，第一缸环(30)和第二缸环(64)可枢转地安装在空腔(18)内，并且致动器机构(33)使第一缸环和第二缸环相对于壳体枢转。
17.根据权利要求14所述的径向泵(10)，其特征在于，致动器机构包括与第一缸环(30)接合的第一致动活塞(33)和与第二缸环(64)接合的第二致动活塞。
18.根据权利要求17所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括将第一缸环(30)偏压成与第一致动活塞接合并将第二缸环(64)偏压成与第二致动活塞接合的弹簧装置(32)。
19.根据权利要求14所述的径向泵(10)，其特征在于，还包括位于第一开孔内并形成第一凸轮面(42)的第一轴承环(40)，以及位于第二开孔内并形成第二凸轮面的第二轴承环。
20.根据权利要求14所述的径向泵(10)，其特征在于，缸体(44)的转动会使第一轴承环(40)在第一缸环(30)内运动，并使第二轴承环在第二缸环(64)内运动。
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