CN101858353B - 一种用于离心泵的可控涡动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于离心泵的可控涡动装置，包括设置在底座(19)上的涡动箱体(10)，还包括主轴(1)和均为偏心筒体的偏心内套(3)和偏心外套(11)，主轴(1)、偏心内套(3)和偏心外套(11)从内至外地依次套装在涡动箱体(10)内；在偏心外套(11)上设有用于驱动偏心内套(3)转动的驱动齿轮(2)；在偏心外套(11)的外表面设有同步带轮(25)，在偏心内套(3)的左端面设置限位槽(21)，驱动齿轮(2)的齿轮轴位于限位槽(21)内；偏心内套(3)和偏心外套(11)依靠定位装置被相互固定。本发明的可控涡动装置可以精确设定转轴的偏心量大小，在主轴转速一定的情况下可任意设定所需涡动比。

Description

一种用于离心泵的可控涡动装置

技术领域

本发明涉及一种用于离心泵的可控涡动装置，适用于离心泵等旋转机械内转动部件的可控涡动调节。

背景技术

在各类旋转机械中广泛存在着各类转动部件，如水泵中的叶轮、水轮机中的转轮及航空发动机中的涡轮等，这些转动部件与它们的支撑机构一起被称为转子。由于转子本身在工作状态下通常做高速旋转，如在航空发动机中通常会达到10000R/MIN以上，这使得转子本身的激励如不平衡质量或外激励等极易引起转子本身的振动，在振动过程中各转动部件中心的轨迹通常为椭圆或圆形，称之为转子的涡动。涡动的存在会严重影响到旋转机械的性能，并进而提高了对装置本身强度的要求，因此是不利的。与此同时，存在涡动时旋转机械内介质流动状态会随之改变，这对转子本身的振动特性产生了显著影响，因此，涡动成为影响***性能的重要影响因素。

为尽量避免涡动对机械本身的不利影响，同时获得存在涡动时转子特性的改变情况，就需要针对旋转机械内转子的不同涡动情况开展研究，但由于转子的涡动比及涡动幅度等参数是由激励及转子本身固有特性所决定，如不同转子或不同转速下转子的涡动幅度都不相同，这使得针对特定涡动情况对振动特性影响的研究很难开展。因此，为准确获得不同涡动情况对旋转机械本身性能的影响，或为获得定值涡动量的大小，设计一种可精确控制的涡动发生装置就很有必要。此类装置的关键在于实现转动部件及主轴的定量偏心，国外已有通过螺栓的旋入旋出来实现这一功能的装置，但上述方式很难实现偏心的精确调节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于离心泵的可控涡动装置，该装置可以精确设定转轴的偏心量大小，在主轴转速一定的情况下可任意设定所需涡动比。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于离心泵的可控涡动装置，包括设置在底座上的涡动箱体，还包括主轴和均为偏心筒体的偏心内套和偏心外套，主轴、偏心内套和偏心外套从内至外地依次套装在涡动箱体内；在偏心外套上设有用于驱动偏心内套转动的驱动齿轮；在偏心外套的外表面设有同步带轮，在偏心内套的左端面设置限位槽，驱动齿轮的齿轮轴位于限位槽内；偏心内套和偏心外套依靠定位装置被相互固定。

作为本发明的用于离心泵的可控涡动装置的改进：定位装置包括锁紧螺栓，在偏心外套内设有与锁紧螺栓相对应吻合的螺纹孔，锁紧螺栓穿过位于偏心内套左端面的通孔后旋入该螺纹孔内，在锁紧螺栓与偏心内套左端面之间设置摩擦垫片。

作为本发明的用于离心泵的可控涡动装置的进一步改进：在涡动箱体的内腔中设有用于支撑偏心外套的轴承I；在偏心内套及偏心外套之间设置滑动轴承；在偏心内套的内腔中设有用于支撑主轴的轴承II。

作为本发明的用于离心泵的可控涡动装置的进一步改进：轴承I为高速角接触轴承；轴承II为深沟球轴承。

作为本发明的用于离心泵的可控涡动装置的进一步改进：在偏心内套的表面设有与驱动齿轮相吻合的轮齿；在限位槽的外圈设有刻度I。

作为本发明的用于离心泵的可控涡动装置的进一步改进：位于偏心外套外表面的同步带轮的挡圈上设有刻度II。刻度I为0～180°，刻度II为0～360°。

本发明的用于离心泵的可控涡动装置因主轴偏心旋转，为了实现动力端与本发明的涡动装置间的动力传递，实际使用时，使主轴的左端通过联轴器与万向节的一端相连，万向节的另一端连接动力机，主轴的右端通过键或其他方式与需要实现涡动的转动部件(如叶轮)连接，这使得涡动装置具有很好的通用性。由于主轴在工作状态下偏心旋转导致动力传递不便，在主轴左端接万向节，是由于万向节允许两端具有一定偏移量，从而实现了主轴在调偏心后仍可以由动力机(主电机)带动旋转。

本发明为了实现主轴的偏心，设计了偏心内套及偏心外套，通过内外偏心套的相对转动即可实现装于偏心内套内的主轴产生偏心；为了调节主轴偏心量大小，设计了一对小模数的齿轮副，通过旋转小齿轮(驱动齿轮)到指定刻度可实现与大齿轮(即位于偏心内套表面的与驱动齿轮相吻合的轮齿)一体的偏心内套旋转一定角度，这使得装于偏心内套内的主轴轴心偏离原始位置一定距离，通过旋转小齿轮到不同刻度即可实现调节主轴不同偏心量的目的；为限定偏心调节范围并方便实现偏心量归零，在偏心内套左端面上开有180°的限位槽，在小齿轮旋转过程中限位槽用以限制偏心内套可以旋转的最大角度，限位槽两端位置分别对应最大偏心量及最小偏心量；为实现偏心设置后内外偏心轴套的锁紧，在偏心内套左端面上设有摩擦垫片，在偏心调节完成后通过旋紧锁紧螺栓使得摩擦片压紧从而达到是内外偏心套无相对运动的目的。

本发明由于偏心内套及安装在它里面的主轴轴承工作状态下是旋转的，不易于实现轴承润滑，因此主轴轴承(即轴承II)采用了双面带防尘盖的深沟球轴承，无需添加润滑油就能解决轴承润滑的问题；内外偏心套间之间设置的滑动轴承选用铜背滑动轴承，以减小调节偏心时的阻力，偏心内套右端设计了小圆螺母用以限制滑动轴承的轴向松动。

本发明为实现主轴偏心后的涡动，在偏心外套的左侧设计了同步带轮，此同步带轮通过同步带由涡动电机带动，与万向节连接的主电机与涡动电机同时工作可实现主轴涡动。同步带轮通过螺栓与偏心外套连接。

本发明用于离心泵等旋转机械中转动部件的可控涡动调节，设计了紧密贴合的两层偏心套(即偏心内套和偏心外套)，通过该内外两层偏心套的相对转动实现主轴的偏心，在偏心内套和偏心外套之间设计了一对齿轮副用以精确调节主轴的偏心量大小。在本发明中采用了双面端盖深沟球轴承以避免在偏心内套和偏心外套等运动部件上开进油及泄油口，从而保证偏心调节的可靠性。本发明中还设计了与偏心外套一体的同步带轮，在工作状态下通过同步带轮带动内外偏心套及已完成偏心的主轴旋转以实现涡动。

综上所述，本发明能精确设定转轴的偏心量大小，在主轴转速一定的情况下可任意设定所需涡动比，而且可以实现涡动调节装置的锁定及解锁。借助于本发明的装置可以方便实现转动部件的可控涡动，为研究涡动条件下等各类旋转机械的内外特性提供了条件。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的一种用于离心泵的可控涡动装置剖切状态下的主视结构示意图；

图2是图1的左视放大示意图；

图3是本发明实现涡动的原理示意图；

a为初始状态(零偏心)，b～d分别为偏心内套相对偏心外套旋转45°、90°、135°时的状态(偏心逐渐增加)，e为相对角度180°时的状态(偏心达最大值)；

图4是图1的一种实际使用状态示意图；

图5是图1的另一种实际使用状态示意图。

具体实施方式

实施例1、图1～图2结合给出了一种用于离心泵的可控涡动装置，包括底座19、涡动箱体10、主轴1、偏心内套3和偏心外套11等，偏心内套3和偏心外套11均为偏心筒体。

涡动箱体10以焊接的形式被固定在底座19，主轴1、偏心内套3和偏心外套11从内至外地依次套装在涡动箱体10内。

在涡动箱体10的内腔中设有用于支撑偏心外套11的轴承I8；该轴承I8为高速角接触轴承。在偏心内套3及偏心外套11之间设置滑动轴承13，滑动轴承13的作用是减小偏心内套3及偏心外套11相对转动时的摩擦力；该滑动轴承13以钢板为基体而表层轧制改性聚甲醛(POM)并有储油坑，因此具有良好的耐磨性。在偏心内套3的内腔中设有用于支撑主轴1的轴承II17，该轴承II17为双面带防尘盖的深沟球轴承。

在主轴1外表面设置的内套筒18起到对轴承II17进行定位的作用，在偏心外套11外表面设置的外套筒9起到对轴承I8进行定位的作用，在涡动箱体10内表面设置的小套筒12也起到对轴承I8进行定位的作用。小圆螺母14与偏心内套3以螺纹相连的形式进行连接，对滑动轴承13起到轴向定位的作用，该滑动轴承13的轴承座与偏心外套11相固定。套装在偏心内套3外表面的轴承盖15通过螺纹与偏心内套3相连；轴承盖15设置在小圆螺母14的外侧可对其起到防松作用。在轴承盖15与主轴1之间设置唇形密封16，轴承盖15与唇形密封16配合起到对轴承II17密封的作用。在涡动箱体10的左右两端分别设置带有迷宫密封的轴承盖7以实现对轴承I8的密封。即，偏心内套3和偏心外套11相互之间的轴向定位是靠小圆螺母14及轴承盖15完成的。

在偏心外套11左端的内部开有齿轮腔以安装驱动齿轮2；该驱动齿轮2通过压盖5及圆柱销4与偏心外套11左端固定相连，从而实现驱动齿轮2的轴向定位。在偏心内套3的外表面设有与驱动齿轮2相吻合的轮齿；因此能实现通过驱动齿轮2转动偏心内套3。在偏心外套11的左端外表面设有同步带轮25，该同步带轮25用于实际使用时利用同步带由涡动电机相连，该同步带轮25的挡圈6上设有刻度II，刻度II为0～360°。

在偏心内套3左端面设有通孔22，在偏心外套11内设有与锁紧螺栓20相对应吻合的螺纹孔24；锁紧螺栓20穿过位于偏心内套3左端面的通孔22后旋入螺纹孔24内，在锁紧螺栓20与偏心内套3左端面之间设置摩擦垫片23。通过旋紧锁紧螺栓20压紧摩擦垫片23，可在偏心内套3及偏心外套11间产生摩擦力以限制两者间的相对运动；该锁紧螺栓20起到的作用是偏心内套3和偏心外套11之间的周向固定，即偏心外套11旋转时会带动偏心内套3一起旋转。当锁紧螺栓20拧紧时，偏心内套3和偏心外套11被紧紧的连接在一起；当需要调节偏心量时，松开锁紧螺栓20，通过驱动齿轮2使偏心内套3相对于偏心外套11产生转动，上述调节工作完成时，再次拧紧锁紧螺栓20，使偏心内套3和偏心外套11重新被紧紧连接。

在偏心内套3的左端面设置弧度为180°的限位槽21，在限位槽21的外圈设有刻度I，该刻度I为0～180°。驱动齿轮2的齿轮轴穿过偏心内套3左端面上的限位槽21，即驱动齿轮2的齿轮轴被套装在限位槽21内，从而方便进行偏心调节。因此，限位槽21能限制偏心内套3相对偏心外套11的转动角度。同步带轮25的挡圈6的作用是限制同步带的轴向运动，同时可通过读取挡圈6的刻度值得到偏心外套11相对底座19的转动角度，与偏心内套3的限位槽21上的刻度I配合可得到主轴1相对底座19的位置。即，位于限位槽21外圈的刻度I和位于同步带轮25的挡圈6的刻度II的结合使用，能确定主轴1相对底座19的位置及偏心角度。

本发明的工作原理为如图3示，在初始位置即图3-a所示时刻，主轴1相对于偏心内套3具有一定的偏心，偏心内套3相对于偏心外套11具有相反方向但同样大小的偏心量，主轴1相对偏心外套11无偏心。此后，先松开锁紧螺栓20，通过驱动齿轮2使偏心内套3发生旋转，此时偏心外套11不动；即主轴1的中心轴相对于初始位置产生偏心；通过控制偏心内套3相对偏心外套11的旋转角度即可控制主轴1相对偏心外套11的偏心量。在偏心量调节完成后，拧紧锁紧螺栓20，使偏心内套3和偏心外套11被紧紧连接；通过涡动电机带动偏心外套11转动即可实现主轴1绕初始中心轴的公转，配合主轴1的自转即可实现主轴的涡动。

本发明的用于旋转机械的可控涡动装置实际工作时，可有如下2种工作方式：

工作方式一、

如图4所示，主轴1的左端通过联轴器与万向节27的右端连接，万向节的27左端连主电机26作为动力机；偏心外套11外表面的同步带轮25通过同步带与带轮28连接，该带轮28由涡动电机29驱动。主轴1的右端与需要实现涡动的转动部件(如叶轮)连接。为保证涡动比调节范围，主电机26及涡动电机29均采用变频电机。

在初次使用时，偏心内套3、偏心外套11及主轴1相对位置如图5-a所示，即主轴1相对涡动箱体10的偏心量及偏心角度均为零，此时可根据所需偏心量大小通过驱动齿轮2调节偏心内套3和偏心外套11的相对角度。

偏心量通过偏心内套3上的刻度(即位于限位槽21的外圈的刻度I)控制，偏心量大小

θ为刻度I上的刻度。偏心角度为挡圈6上的刻度II及偏心内套3上的刻度(即位于限位槽21的外圈的刻度I)相加所得。

然后启动主电机26，经由万向节27将动力传递至主轴1后由其带动负载(如叶轮)运转，此时负载端在偏心位置自转。待运转平稳后启动涡动电机29，经由带轮28将动力传递至偏心外套11，此时负载同时具有与主电机26相同的自转转速及预定公转半径(即预置偏心量)的公转转动，从而实现了可控涡动。

工作方式二、

如图5所示，为扩展涡动比调整范围，可在万向节27的左端接轴承座30，轴承座30与皮带轮组件31相连，皮带轮组件31与主电机26相连；从而实现主电机26间接带动主轴1转动。由于主轴1的转速可由皮带轮组件31的传动比进行调节，这样就增加主轴1的转速范围，从而增加了涡动比可调范围。其余内容同工作方式一。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于离心泵的可控涡动装置，包括设置在底座(19)上的涡动箱体(10)，其特征是：还包括主轴(1)和均为偏心筒体的偏心内套(3)和偏心外套(11)，所述主轴(1)、偏心内套(3)和偏心外套(11)从内至外地依次套装在涡动箱体(10)内；在偏心外套(11)上设有用于驱动偏心内套(3)转动的驱动齿轮(2)；在偏心内套(3)的表面设有与驱动齿轮(2)相吻合的轮齿；在偏心外套(11)的外表面设有同步带轮(25)，在所述偏心内套(3)的左端面设置限位槽(21)，所述驱动齿轮(2)的齿轮轴位于限位槽(21)内；偏心内套(3)和偏心外套(11)依靠定位装置被相互固定；

所述定位装置包括锁紧螺栓(20)，在偏心外套(11)内设有与所述锁紧螺栓(20)相对应吻合的螺纹孔(24)，所述锁紧螺栓(20)穿过位于偏心内套(3)左端面的通孔(22)后旋入所述螺纹孔(24)内，在锁紧螺栓(20)与偏心内套(3)左端面之间设置摩擦垫片(23)。

2.根据权利要求1所述的用于离心泵的可控涡动装置，其特征是：在涡动箱体(10)的内腔中设有用于支撑偏心外套(11)的轴承I(8)；在偏心内套(3)及偏心外套(11)之间设置滑动轴承(13)；在偏心内套(3)的内腔中设有用于支撑主轴(1)的轴承II(17)。

3.根据权利要求2所述的用于离心泵的可控涡动装置，其特征是：所述轴承I(8)为高速角接触轴承；轴承II(17)为深沟球轴承。

4.根据权利要求3所述的用于离心泵的可控涡动装置，其特征是：在所述限位槽(21)的外圈设有刻度I。

5.根据权利要求4所述的用于离心泵的可控涡动装置，其特征是：位于偏心外套(11)外表面的同步带轮(25)的挡圈(6)上设有刻度II。

6.根据权利要求5所述的用于离心泵的可控涡动装置，其特征是：所述刻度I为0～180°，所述刻度II为0～360°。

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