专利名称：双圆弧齿轮叶片泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双圆弧齿轮叶片泵的构造，可用于液体及气体的输送。
在石油工业中，用于油田注污水，是采用DF型多级离心泵，液体要经7至12次逐级递增压力，才能达到高压和大流量，因而泵的效率只能达50％～64％，即近半数的电能因效率低被浪费掉。泵的配套电机为500至800千瓦，可见长期运转有多少能量被损失，从中可见提高泵的效率又是多么重要。
另外，油田天然气压缩机，多采用对称平衡四列活塞式。活塞往复运动有前后死点，活塞的惯性力限制了压缩机的高速度。压缩机还存在可靠性差、寿命短，据介绍有的压缩机无故障运行仅达200～500小时，处于二备一开的状态。以旋转运动取代往复运动，是现代机器的设计方向，人们希望能制造连续运转，亦能达到很高气压的天然气压缩机。
本发明任务是要提供一种双圆齿轮叶片容积泵的结构，它是应用成熟的分阶式双圆弧齿轮啮合原理，改变其动力传递的用途用于制泵，实现渐进性创新；同时又吸收叶片泵的优点，提高动态下的密封，达到高压；它可用于液体也可用于气体的输送，结构简单可靠，效率高，用以取代多级离心泵及活塞式气体压缩机。
本发明任务是用以下方式完成的。双圆弧齿轮是属于创造新啮合制，改变其齿廓为圆弧，提高接触强度。与单圆弧齿轮相比，有同一轮齿存在两条啮合线，可实现多点接触和多对啮合，重合度大得多的优点。低速重载方面，双圆弧齿轮应用很广泛。我国石油工业中，应用双圆弧齿轮减速器，达到API标准，并出口美国。有关资料表明，它比同尺寸、同材料的渐开线齿轮的承载能力提高3～6倍。我国高速双圆弧齿轮的传递功率已达3000千瓦，输入转速达9215转/分。高速双圆弧齿轮由于不磨齿，工艺简单，成本低。我国制订的双圆弧齿轮基本齿廓国家标准为GB12759-91，其基本齿廓如附图2所示。
由上面可知双圆弧齿轮，在我国应用已十分广泛，但是目前还没有应用这一成熟的，新的啮合制，改变其用途用于制泵。因为用于制高压容积泵，还可发挥双圆弧齿轮的下列优点(1)制泵要求齿间隙容积大，达大的流量，相应减少齿数，双圆弧齿轮没有渐开线齿轮因齿数小(不移距Zmin＝18)就会发生根切的问题；(2)具齿面紧密贴合，一轮齿有二条啮合线，重合度大及高的接触强度的优点，这是制高压容积泵的重要条件，可以获得高的动态中的密封；齿抗折断强度好，是制高压容积泵必具的条件；(4)传递平稳连续，性好，泵工作平稳。
当双圆弧齿轮齿数减少时，齿顶将有较宽的余地，可以设置叶片。该叶片活动配合在齿中，如附图3所示。齿轮高速旋转下，受离心力的作用，叶片可在泵壳体内起括板作用，提高了泵的动态密封。这是吸收了叶片泵的结构原理，构成了“齿轮叶片”泵，它对于制作高压气体压缩泵尤为重要。
本泵齿轮的材料是选用复合材料，以碳纤维增强的树脂复合材料，用模压成型。因本齿轮的齿形是用直齿，便于脱模。这种复合材料有耐腐蚀、高强度、抗疲劳、低比重、耐低温等许多优点，用于制泵还可以达低噪声，设计中还可将齿轮中心距的公差，略大于壳体中心距的公差，安装时略发生压缩变形，使齿间啮合更为紧密贴合，以提高动态中的密封性能。
将上述的双圆弧齿轮副，安装在 字形密闭壳体的内腔旋转，即可以用于输送流体。流体可从两齿轮中心线的垂线一侧的进口被吸进，从另一侧被输出。当齿轮副在壳体内输送流体时，还有一个端面二侧的密封问题，本结构不是采用加工中控制厚度公差的简单方法，而是创新一种活动的端面板。在板左右端面的后面，分别充入低压的流体，使端面板以恒定压力紧紧贴在齿的端面，提高了端面间的密封力，以获取高的效率和输出压力。端面板的压力不能过大，否则起制动作用。要求不高的小泵，显然不必采用这种复杂结构，可以用弹簧来替代低压的流体。
大液压泵负载起动，电流很大，将给电网造成很大的影响。因此本泵的进出口管道之间设有一短路的管道及阀门。电机启动时，开阀门使液体短路回流，达到减压起动，完成启动后再关上阀门。
在泵的出口处设有压力传感器及流量等仪表，实现机电一体化和用微机控制。
本泵的容积效率可达≥0.85，比多级离心泵高出20％以上，结构远比多级离心泵及活塞式气体压缩机简单、可靠，推广应用的国民经济意义是不言而喻的。
以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。
实施例之一，如附
图1所示。二只同齿数同模数的双圆弧齿轮副2，按GB 12759-91的齿廓要求加工而成，安装在 形剖分式壳体1的内腔啮合传动。齿轮由主动轴3，及被动轴10支承。轴又通过轴承组8，安装在壳体1中。因齿轮是高速旋转，承受很大载荷，因而对齿轮和轴承都做可靠的定位设计。主动轴1在动力带动下，按图示顺时针方向旋转，左侧法兰处流体将产生真空度而被吸入齿隙，与之啮合旋转的被动齿轮齿隙中同样吸入流体，两者在右侧法兰前汇合，往外输出。齿轮泵是容积泵，只要齿隙、端面各处不渗漏，压力就可提高。为此，选择齿廓形状是首要的，双圆弧齿轮有“齿面紧密贴合，高的接触强度”的优点，可获得高压。齿数少，模数大，齿隙大，高速旋转可获得大的流量。
为防止上述齿轮端面渗漏，本设计在齿轮的两端面，均设有端面板6，是滑动配合在壳体1的 形内腔。端面板6的外侧有环形凹槽K，供充压缩空气或压力液体，7是进口接头。端面板6在轻微压力下，紧贴齿轮副的端面，并出现缝隙N。当采用液体为端面板的动力源时，将进入轴承室是不利的，为此又增设固定环4及密封圈5。
在附图1中，尚未绘出为防止圆周方向的渗漏，而在齿顶中设置叶片的结构，今以附图3补充说明。图3所示叶片11，是活动配合在齿顶P的中间，在旋转所产生离心力的作用下，叶片11可在 形壳体内腔起类似叶片泵的刮板作用，提高了齿顶与壳体间动态下的密封性能。在制作气体压缩泵时，齿数小至9-12个，模数大，齿顶处有足够的宽度，用于增设叶片。叶片数量取3-4只，对称均匀分布。叶片是易损件，定期交换。制作大型液压泵时，当齿数选12-16个时，仍然可设置叶片，但齿数再增加模数又小无法设置叶片。
顺便提及是渐开线的齿廓，在齿数为9-12时，要正移距修正，防止运动中的根切。正移距后，齿顶明显变尖，无法设置叶片。对比之下可知双圆弧齿轮的齿廓无根切，具利于制泵的突出优点。此时的齿廓，实质上起取代类似罗茨鼓风机，花生状叶轮的功能。罗茨鼓风机只能适合0.8大气压(表压)下工作，制造及安装精度高，噪音很大，这显然是啮合原理上的缺陷，没有双圆弧齿轮新啮合制先进和合理。
附图4所示，.是制气压泵时齿数在9-12个时，传动平稳连续性差，在传动轴上增设一对渐开线齿轮副15，用以改善传动的平稳性。这时圆弧齿轮副13与渐开线齿轮副15的节圆直径相同的。这是二种不同齿形，不同齿数，不同模数的齿轮副，在二平行轴上同时工作的条件。渐开线齿轮的齿数宜用多，是双圆弧齿轮齿数的正倍数，重合系数大，工作平稳，达到改善整只泵的工作平稳性的目的。
综上述，改变双圆弧齿轮所创造新的啮合制的用途，可以实现渐进性的创新，制作本双圆弧齿轮叶片泵，以取代多级离心泵及往复活塞式压气机，达到效率高、结构简单可靠，使用寿命长，对油田以及一切高压大流量的液体与气体输送的应用环境均适用，具深远的国民经济意义。
附图的图面说明如下图1是同齿数同模数的双圆弧齿轮副剖视图；图2是GB12759-91基本齿廓图；图3是活动配合设置叶片的结构图，图4是传动轴上增设一对渐开线齿轮副，改善转动平衡性结构图。
权利要求
1.本发明涉及一种双圆弧齿轮叶片泵的结构，其特征是将一对同齿数，同模数分阶式双圆弧齿轮副2，安装在 形壳体1的内腔啮合传动，通过进出口用于输送流体；齿轮由传动轴3、10支承；传动轴又通过轴承组8支承，安装在剖分式壳体1内；壳体外设渐开线齿轮副15，圆弧齿廓的顶部有叶片11，旋转中起动密封；有端面板6，后侧充压力流体。
2.根据权利要求1所述的双圆弧齿轮叶片泵，其齿轮副2的特征是按国家标准GB12759-91的基本齿廓，即“分阶式双圆弧齿轮基本齿廊”制作；为增大输送的流量，增大齿高，提高阻尼特性，利于本泵高速传动；可用机械加工齿轮，也可用纤维增强的树脂复合材料模压成型，使本泵低噪音，耐腐蚀。
3.根据权利要求1所述的双圆弧齿轮叶片泵，其中叶片11的特征是叶片11设置在双圆齿轮齿廓的顶部，构成活动配合，叶片后部宽，限位。
4.根据权利要求1所述的双圆齿轮叶片泵，其渐开线齿轮副15的特征是安装在壳体外与圆弧齿轮副2，有相同的节圆直径，齿数是它的正倍数，改善泵传递平稳连续性；有油箱16及盖17。
5.根据权利要求1所述的双圆弧齿轮叶片泵，其端面板6的特征是板的外端有凹槽用于进压力流体，活动配合在 形壳体内；有固定环4及密封圈5，防止液体通过板面进入轴承室；当不用压力液体，可用14所示弹簧取代。
6.根据权利要求1所述的双圆弧齿轮叶片泵，其壳体1的特征是剖分式结构，设肩胛及定位销定位，便于搪孔后达精配合，靠近法兰M处有传感器接口，实现机电一体化。
全文摘要
本发明涉及一种双圆弧齿轮叶片泵的结构，将分阶式双圆弧齿轮副装在剖分式壳体的内腔里高速旋转，用于液体或气体输送；借圆弧啮合无根切减少齿数，增大模数和齿隙，达大流量；借圆弧齿紧密贴合，一对轮齿上有二条啮合线的优点，提高动态中的密封性能；齿轮用纤维增强树脂复合材料，使泵耐腐蚀、高强度、低噪音；齿轮的二端面有端面板，板后有流体压力，增提高端面密封性；齿顶设有叶片，以提高齿轮与壳体间的动态密封性。结构比多级离心泵简单，高效率；比往复活塞式气压机，有以旋转取代往复的优点，符合现代机器设计的方向。
文档编号F04C2/00GK1523232SQ0310622
公开日2004年8月25日 申请日期2003年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者赵明, 赵 明 申请人:赵明, 赵 明