一种可调节端面间隙的智能齿轮泵

本发明涉及一种齿轮泵，具体涉及一种可调节端面间隙的智能齿轮泵，属于齿轮泵技术领域。

背景技术：

齿轮泵的适用行业广泛，而且输送介质的范围大，在众多化工与工业领域扮演着重要的角色。且具有结构牢固，安装方便，拆卸容易等等诸多优点。

在齿轮泵工作中，轴承与齿轮端面间的泄漏占整个泄漏量的75%以上，泄漏会造成齿轮泵容积效率的下降，降低整个齿轮泵的服役性能。端面泄漏的主要原因是由于端面间隙的存在，端面间隙过小，则会加剧齿轮与轴承磨损；而端面间隙过大，则会使端面泄漏加剧。因此，有必要对端面间隙进行监测和调控。

目前对端面间隙的调整是被动的，无法知道间隙的大小和间隙内油膜的厚度，因此无法根据油膜厚度来精准预测泄漏与磨损量，也无法对服役过程中的齿轮泵性能进行评价。

技术实现要素：

本发明的目的是：克服现有技术中调整端面间隙时无法知道间隙的大小和间隙内油膜的厚度，因此无法根据油膜厚度来精准预测泄漏与磨损量的问题，提供一种可调节端面间隙的智能齿轮泵，能够实时在线测量端面间隙油膜的厚度，以及通过改变压电陶瓷垫片的厚度调节齿轮与滑动承轴的轴向间距实现端面间隙的补偿目的，从而实现端面间隙和油膜厚度的精准调控。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种可调节端面间隙的智能齿轮泵，包括泵体装置和智能控制系统，所述泵体装置由泵体、前端盖、后端盖、主动轴、从动轴、主动轮、从动轮和滑动轴承组成，所述智能控制系统由超声波探头和压电陶瓷垫片通过控制线路连接数据处理控制设备组成；所述泵体的上下两端分别与所述前端盖和所述后端盖连接，所述主动轴的上端贯穿连接在所述前端盖上、下端与所述从动轴平行设置在所述泵体的泵体型腔内，所述主动轮和所述从动轮啮合连接并分别配合连接在位于所述泵体型腔中部的所述主动轴和所述从动轴上，位于所述泵体型腔内的所述主动轴和所述从动轴上还配合连接有所述滑动轴承；所述超声波探头连接在所述滑动轴承的内部，所述滑动轴承与所述前端盖及所述后端盖之间通过所述压电陶瓷垫片连接，所述超声波探头通过控制线路连接外部的所述数据处理控制设备检测传输端面间距，并通过所述数据处理控制设备连接所述压电陶瓷垫片控制调整间距大小。

所述数据处理控制设备包括超声波发射/接收器、计算机以及电压控制器，所述超声波探头通过控制线路与所述超声波发射/接收器连接，所述压电陶瓷垫片通过控制线路与所述电压控制器连接，所述计算机作为计算传输中介分别连接所述超声波发射/接收器和所述电压控制器。

所述滑动轴承的端部轴向设置有内螺纹孔，所述超声波探头的下端设置有与所述内螺纹孔配合连接的外螺纹，所述超声波探头在每个所述滑动轴承的内部至少设置有一个并通过螺纹配合连接。

所述滑动轴承的端部径向设置有线槽，所述线槽与所述内螺纹孔垂直连通，与所述超声波探头和所述压电陶瓷垫片连接的控制线路均通过所述线槽与外部的所述数据处理控制设备连接。

所述滑动轴承设置有四个，位于所述主动轮和所述从动轮上下两端的所述主动轴和所述从动轴上均配合连接有一个所述滑动轴承，四个所述滑动轴承分别包括位于所述主动轮上下两端并与所述主动轴配合连接的第一滑动轴承和第二滑动轴承，以及位于所述从动轮上下两端并与所述从动轴配合连接的第三滑动轴承和第四滑动轴承。

位于同一型腔上端面的所述第一滑动轴承和所述第三滑动轴承以及位于同一型腔下端面的所述第二滑动轴承和所述第四滑动轴承之间的外圆接触面均设置为竖直平面，且外圆接触面为平面紧密贴合连接。

所述压电陶瓷垫片对应所述滑动轴承设置有四个，所述压电陶瓷垫片为圆环形，且位于同一端面上的两个所述压电陶瓷垫片分别对应于同一端面上的两个所述滑动轴承设置。

本发明的有益效果是：1）本发明采用超声波探头采集端面的间隙信息，并将超声波探头采用内置形式连接在滑动轴承的内部，可实现远程实时在线监测的目的，解决了无法对服役过程中的齿轮泵性能评价的问题，并可根据超声波探头测量计算出齿轮与滑动轴承间的油膜厚度，及时掌控间隙信息以及精准预测泄漏与磨损问题，以便于及时采取措施，提升齿轮泵工作性能。

2）本发明采用压电陶瓷垫片与超声波探头配合使用的结构形式，将压电陶瓷垫片连接在滑动轴承与端盖的接触面上，当间隙大小和油膜厚度发生异常变化时，可通过改变压电陶瓷垫片的厚度调整齿轮与滑动轴承的轴向间距，从而实现端面间隙和油膜厚度的精准调控，减小噪声，并降低磨损、提高齿轮泵寿命。

3）本发明的智能控制系统分为内置的超声波探头和压电陶瓷垫片以及外置的数据处理控制设备，超声波探头和压电陶瓷垫片可以长期使用且性能稳定，在达到内部实时在线监测调节间隙目的的同时，可避免对齿轮泵的频繁拆卸与组装，延长了齿轮泵的使用寿命、降低了使用维护成本。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为图1中滑动轴承、压电陶瓷垫片和超声波探头连接的结构示意图；

图3为图2中超声波探头设置两个的结构示意图。

图中，1-泵体，2-前端盖，3-后端盖，4-主动轴，5-从动轴，6-主动轮，7-从动轮，8-滑动轴承，801-第一滑动轴承，802-第二滑动轴承，803-第三滑动轴承，804-第四滑动轴承，9-超声波探头，10-压电陶瓷垫片，11-内螺纹孔，12-外螺纹，13-线槽，14-竖直平面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明。

实施例：如图1和图2所示，本发明所述的一种可调节端面间隙的智能齿轮泵，包括泵体装置和智能控制系统，泵体装置由泵体1、前端盖2、后端盖3、主动轴4、从动轴5、主动轮6、从动轮7和滑动轴承8组成，智能控制系统由超声波探头9和压电陶瓷垫片10通过控制线路连接数据处理控制设备组成；泵体1的上下两端分别与前端盖2和后端盖3连接，主动轴4的上端贯穿连接在前端盖2上、下端与从动轴5平行设置在泵体1的泵体型腔内，主动轮6和从动轮7啮合连接并分别配合连接在位于泵体型腔中部的主动轴4和从动轴5上，位于泵体型腔内的主动轴4和从动轴5上还配合连接有滑动轴承8；超声波探头9连接在滑动轴承8的内部，滑动轴承8与前端盖2及后端盖3之间通过压电陶瓷垫片10连接，超声波探头9通过控制线路连接外部的数据处理控制设备检测传输端面间距，并通过数据处理控制设备连接压电陶瓷垫片10控制调整间距大小。

数据处理控制设备包括超声波发射/接收器、计算机以及电压控制器，超声波探头9通过控制线路与超声波发射/接收器连接，压电陶瓷垫片10通过控制线路与电压控制器连接，计算机作为计算传输中介分别连接超声波发射/接收器和电压控制器。

滑动轴承8的端部轴向攻有内螺纹孔11，超声波探头9的下端攻有与内螺纹孔11配合连接的外螺纹12，超声波探头9在每个滑动轴承8的内部至少设置一个并通过螺纹配合连接，且超声波探头9设置两个时测出来的厚度平均，得出来的数据更加准确。

滑动轴承8的端部径向开设有线槽13，线槽13与内螺纹孔11垂直连通，与超声波探头9和压电陶瓷垫片10连接的控制线路均通过线槽13与外部的数据处理控制设备连接。

滑动轴承8设置有四个，位于主动轮6和从动轮7上下两端的主动轴4和从动轴5上均配合连接有一个滑动轴承8，四个滑动轴承8分别包括位于主动轮6上下两端并与主动轴4配合连接的第一滑动轴承801和第二滑动轴承802，以及位于从动轮7上下两端并与从动轴5配合连接的第三滑动轴承803和第四滑动轴承804。

位于同一型腔上端面的第一滑动轴承801和第三滑动轴承803以及位于同一型腔下端面的第二滑动轴承802和第四滑动轴承804之间的外圆接触面均设置为竖直平面14，且外圆接触面为平面紧密贴合连接。

压电陶瓷垫片10对应滑动轴承8设置有四个，压电陶瓷垫片10为圆环形，且位于同一端面上的两个压电陶瓷垫片10分别对应于同一端面上的两个滑动轴承8设置。

工作原理：使用时，超声波探头9旋入滑动轴承8上的内螺纹孔11中，放置方式详见附图2，压电陶瓷垫片10分别夹在与滑动轴承8和前端盖2与后端盖3之间，齿轮泵整体内部结构见附图1。

当主动轮6转动时，带动从动轮7进行转动，从而达到泵压效果。此时从动轮7、主动轮6都会与滑动轴承8之间发生磨损，从而可能导致从动轮7、主动轮6与滑动轴承8之间的间隙增大，造成严重的泄漏。

此时置于滑动轴承8之中的超声波探头3通过监测从动轮7、主动轮6与滑动轴承8之间的油膜厚度的变化，将厚度信息返回到信号采集和控制系统中。

根据超声波计算油膜厚度采用谐振模型，通过对厚度层的超声波谐振情况进行测量，能够推算出该层的厚度和特性。谐振点就是超声波反射系数频谱图中的极小值点。

油膜厚度计算公式为：h=(c*m)/(2*fm)，其中，h为油膜厚度，c为声音在介质中传播的速度，m为声波的谐振阶数，fm为m次谐振时的频率；通常测量时，m取1，此时计算简单，对应的频率f1是油膜的最小谐振频率。由于声波衰减随着频率的增加而急剧增大，频率过高时声波衰减很强，因此用于测量的换能器频率一般不超过100mhz。

超声波发射/接收器接收信号并通过电压控制器控制电压驱动压电陶瓷垫片10，使压电陶瓷垫片10产生逆压电效应，使得压电陶瓷产生变形轴向位移，使得轴向厚度发生改变；当压电陶瓷垫片10产生轴向位移后，推动滑动轴承8从而调节滑动轴承8与从动轮7、主动轮6之间的间隙和油膜厚度。这样就实现了自动调节油膜厚度的油膜厚度监测与端面磨损间隙补偿的功能。

本发明采用超声波探头采集反馈端面的间隙信息，并将超声波探头采用内置形式连接在滑动轴承内部，通过超声波探头测量齿轮与滑动轴承间的油膜厚度，实现了在线监测端面间隙大小和油膜厚度的目的，解决现有技术中调整端面间隙时无法知道间隙的大小和间隙内油膜的厚度，因此无法根据油膜厚度来精准预测泄漏与磨损量的问题，可及时掌控间隙和磨损问题，使齿轮泵工作性能得到提升。

本发明中采用压电陶瓷垫片与超声波探头配合使用的结构形式，将压电陶瓷垫片连接在滑动轴承与端盖的接触面上，当间隙大小和油膜厚度发生异常变化时，可通过改变压电陶瓷垫片的厚度调整齿轮与滑动轴承的轴向间距，从而实现端面间隙和油膜厚度的精准调控，减小噪声，并降低磨损、提高齿轮泵寿命。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。