双缸叶轮泵 【技术领域】
本发明一般涉及用于提供连续动力以使液体流动的叶轮泵，尤其涉及一种具有一个双缸转动体的双缸叶轮泵，当双缸转动体处于上死点或下死点时，这种双缸叶轮泵能够使双缸转动体与泵壳体的中间喉道之间的连接处完全密封，从而相对泵壳体能有效地吸入高压流体和排出高压流体，这种叶轮泵还具有一种经改进的传动齿轮机构，这种传动齿轮机构适合于降低泵送运作时所产生的噪声及震动。
背景技术
本领域普通技术人员都知道，在现有技术中，用于提供连续动力以使液体流动的叶轮泵已有几种类型。在典型的叶轮泵中，叶片、齿轮、螺杆、或凸轮型叶轮或转动体可转动地安装在泵壳体内，从而能有力地使液体流动，例如能使高压的油或水流动。但是，这些已知的叶轮泵存在一些问题，因为转动体的移动距离太长，使得在每个泵送循环期间不能节省动力。此外，在泵送过程期间，已知叶轮泵的转动体还与液体的剧烈涡流或紊流相接触，且接触面积过大，因此消耗的动力过大。转动体与液体的剧烈涡流或紊流之间的这种接触还会因磨擦而生热，并因磨损而损坏转动体，从而使泵不能在高速下工作，并减少了泵的使用寿命。
上面所提的叶轮泵还会存在另一个问题，那就是转动体和泵壳体的转动体室的结构都很复杂，因此限制了其设计地灵活性及其用途。
在朝鲜专利公开NO.91-4769和日本专利申请NO.63-126511中，都各自公开了一种旋转压缩机。在上述公开的每种压缩机中，一个圆柱转子或转动体偏心地安装在压缩机壳体的转子室内，并在转子室中偏心地回转。因此在使液体流动之前对液体进行压缩。然而，在运作过程中，由于上述转子的移动距离太长，因而不能有效地获得压缩机的预期的工作效率。此外，上述的旋转压缩机都需要许多弹簧加载的薄叶片和单向阀，其中的单向阀是用于在转子的吸入冲程中阻止液体从排出口回流。因此，这些旋转压缩机结构都很复杂，且存在许多精密的易损坏的部位。这就使得这些压缩机不能在高速和高压状态下工作，而且还减少了压缩机的预期寿命。
在朝鲜专利公开NO.90-3682和日本实用新型申请NO.61-178289中，各自公开了一种具有许多弹簧加载的薄叶片的叶片泵。但是，由于使用这些薄叶片，使得这些泵存在与上述的旋转压缩机相同的问题。
在朝鲜专利公开NO.89-628和日本专利申请NO.59-222753中，各自公开了一种涡旋式液压机。这些液压机都有着复杂的涡旋结构，这个涡旋结构包括许多专门设计的渐开线和弧形曲线。但是，这种复杂的涡旋结构使得这种液压机的制造非常困难，并增加了制造成本。上述液压机在运作过程中，高压液体通过可变容的液体室从液压机上吸入和排出，该可变容的液体室是由可移动的卷轴和静止的卷轴构成的，并且面积都很小。因此不足的是，在可动卷轴相对于静止卷轴旋转一周时，液压机所吸入的和排出的液体量都会受到限制。
为了有效地克服上述存在的问题，本发明的发明人在朝鲜专利申请NO.94-10299中提出了一种具有双缸转动体的双缸叶轮泵。上述叶轮泵具有一个简单的且有效的结构，因而制造容易，且泵送效率得到了提高，并能有效地适用于各种应用中。图1和2表示上述叶轮泵的结构。如图中所示，这个双缸转子由两个圆柱形叶轮构成，即通过一连接板将第一圆柱叶轮103和第二圆柱叶轮104连为一个整体结构。这两个圆柱形的叶轮103和104的大小和结构都相同，它们用轴承偏心地安装在两根轴112和113上，并可以绕轴112和113以相反的方向转动，并在转动的同时能保持相同的偏心距。两根轴112和113都偏心地与两个偏心的传动齿轮116和117相连，这两个传动齿轮116和117具有相同的大小和偏心距，并且相互啮合。当随着两个圆柱叶轮103和104绕轴112和113偏心地转动，而使双缸转动体在泵壳体内移动时，每个圆柱叶轮103,104的中心和相连的轴112,113的中心之间的间距几乎完全保持不变。这两个圆柱叶轮103和104都偏心地安放在泵壳体的两个圆柱形室105和106内，因而能分别与圆柱形室105和106滑动内接。这两个室105和106的大小和结构都相同，并对称地设置在壳体内，在两室105和106之间有一中间喉道，这两个室通过壳体中间喉道上形成的开口相互连通。吸入口107设置在泵壳体喉道的一个侧壁上，而排出口108设置在喉道的另一侧壁上，并与吸入口107相对。这两个圆柱叶轮103和104通过一连接板相互连成一个整体结构。这块连接板还用作分隔板，这是由于这块连接板把两个口107和108相互分隔开了。
在上述的双缸叶轮泵中，两个圆柱叶轮103和104、两个室105和106各个都具有真正的圆柱形结构。此外，除了通过连接板连成一个整体结构的两个圆柱形的叶轮103和104外，上述的叶轮泵就再也没有任何易损的活动部件了。因此，上述泵的结构简单，易于制造，而且能有效地使用很长的时间而不会损坏。两个圆柱形的叶轮103和104具有真正的圆柱形结构，当从泵室105和106交替地吸入和排出高压液体时，这两个圆柱叶轮平滑地在室105和106的内表面上滑动，因此，几乎不会发生任何震动。上述叶轮泵减小了转动体的移动距离，并使转动体与高压液体之间的接触面积显著减小，并且不会形成剧烈的涡流，也不会形成液体的紊流，因而节省了动力，并在一定程度上使得泵能在高速和高压状态下运作。
但是，上述的双缸叶轮泵也存在一些问题，因为当双缸转动体位于它的上死点或下死点时，在双缸叶轮103和104中的其中一个叶轮与一相对应的室105和106的侧壁之间形成一缝隙，如在图2所示的泵壳体的喉道周围的“S”处。在泵操作过程中，这条缝隙使高压液体通过，因而造成泵的压力损失。上述这种泵还有另一个由偏心传动齿轮116和117造成的问题。即如上所述，两根轴112和113都偏心地连接到齿轮116和117上，因此轴112和113会降低泵的工作效率。此外，当双缸转动体位于上死点或下死点时，两根轴112和113之间的间距变得更大，因而造成泵的运作上的问题。因此上述叶轮泵被设计成无论双缸转子位于泵壳体内的什么位置，在两根轴112和113之间都保持一个接触的间距。也就是说，两根轴112和113分别偏心地与偏心齿轮116和117相连。但是，由于这些偏心齿轮具有不同的角速度，因此在垂直偏心方向的配合部分，这些偏心齿轮间的相互啮合带有过大的相互干涉。在这种情况下，由于两个齿轮相互干涉过大，使得运行不平稳。为了克服两个偏心齿轮之间的这种相互干涉，上述泵的两根轴116和117之间设置一大的齿间隙。然而，这种大的齿间隙又会造成工作噪声及齿轮116和117的震动。
发明简述
于是，考虑到现有技术中存在的问题，本发明便孕育而生。本发明的一个发明目的是提供一种叶轮泵，这种叶轮泵具有一个双缸转动体，当转动体位于它的上死点或下死点时，这个转动体几乎能完全消除转动体与泵壳体的中间喉道之间的任何间隙，因而相对于泵壳体能有效地吸入和排出高压液体，并且这种泵的偏心传动齿轮机构，在没有任何过大的偏心齿轮间隙的情况下能平稳地操作，因而，在泵送操作过程中，能有效地降低工作噪声和震动。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种双缸叶轮泵，这种双缸叶轮泵包括：
一个泵壳体，其具有两个圆柱形泵室及吸入口和排出口，泵室对称地设置在泵壳体内，在两个泵室之间有一中间喉道，两个泵室通过喉道上的开口相互连通，吸入口和排出口设置在喉道相对的两侧壁上；
一个双缸转动体，其可移动地安置于泵壳体内，并由两个圆柱叶轮构成，两个圆柱叶轮通过一连接板连接成一个整体结构，两个圆柱叶轮偏心地安置于壳体的两个泵室内，连接板穿过壳体的喉道，因而能分别与泵室可滑动地内接；以及
一个齿轮机构，适于把转动力传送给双缸转动体，从而使转动体的两个叶轮在泵室内按相反的方向移动，齿轮机构包括：驱动圆齿轮和从动圆齿轮，这些驱动齿轮和从动齿轮相互分隔开设置，并固定地和同轴地分别安装在偏心轴上，每根偏心轴在其一端有一个偏心部分，并在这个偏心部分处，可转动地连接到两个圆柱叶轮中的每个叶轮上；两个惰轮设置在驱动齿轮与从动齿轮之间，因此使驱动齿轮和从动齿轮以相反的方向转动，每个惰轮包括一个圆形的同心齿轮和一个椭圆形偏心齿轮，它们共同连接在一根轴上，并整体构成一种双齿轮，两个同心齿轮分别与驱动齿轮和从动齿轮相啮合，两个偏心齿轮相互啮合，因而能把驱动齿轮的转动力传送给从动齿轮，并使驱动齿轮和从动齿轮以相反的方向转动，每个椭圆形的偏心齿轮都具有一条位于偏心方向上的长轴、和一条位于垂直于偏心方向上的短轴。
双缸转动体配置了一个弹性密封装置，当转动体位于它的上死点或下死点时，这个弹性密封装置可消除转动体与泵壳体喉道间的连接处的间隙。
每个吸入口和排出口的宽度，小于各圆柱叶轮的外表面和相关室的内表面之间的最大间隙。
附图简短说明
根据下面的描述，并结合附图，可以更清楚地理解本发明的上述目的、其它目的以及本发明的技术特征及其它优点。
图1表示典型的双缸叶轮泵结构的剖面图；
图2是上述双缸叶轮泵转动体的一个剖面图，表示在泵壳体中当转动体位于其下死点时的情况；
图3表示本发明的双缸叶轮泵结构的零件分解图；
图4是本发明叶轮泵的剖面图；
图5是本发明叶轮泵中的传动齿轮机构的视图；
图6A至图6C分别表示本发明中所用的偏心齿轮的运作原理；
图7是本发明的主要实施例中双缸转动体的剖面图，其中四个弹簧偏压的密封叶片设置在转动体内，用于消除转动体与泵壳体喉道连接处的间隙；
图8A和图8B是本发明另一个实施例中双缸转动体的平面图和剖面图，其中在转动体上覆盖了一层弹性层，并设置了四个密封隆起物，用于消除转动体与泵壳体喉道连接处的间隙；
图9A至9F表示本发明的叶轮泵的运作效果。
实施发明的最佳方式
图3和图4表示根据本发明的带有一个双缸转动体的双缸叶轮泵的结构。
如图中所示，本发明的双缸转动体可移动地置于泵壳体10内，并由两个圆柱叶轮构成，即第一圆柱叶轮3和第二圆柱叶轮4，这两个圆柱叶轮具有真正的圆柱形结构，并通过一连接板5连接成一个整体。这两个圆柱叶轮3和4偏心地安放在泵壳体10的两个圆柱形泵室8和9内，因而分别可滑动地与泵室8和9内接。两个泵室8和9对称地设置在泵壳体10内，且在泵室8和9之间有一中间喉道，两个泵室通过泵壳体10的中间喉道上的一个开口5′相互连通。一个吸入口6设置在泵壳体10的喉道的一个侧壁上，而一个排出口7设置在喉道的另一侧壁上，与吸入口6相对。每个开口6和7的宽度小于每个圆柱叶轮3,4的外表面和相对应的泵室8,9的内表面之间的最大间隙。
当把双缸转动体装入泵壳体10内时，两个圆柱叶轮3和4就被装入两个泵室8和9中了，连接板5穿过开口5′，从而能有效地把两个开口6和7相互分隔开。
本发明的双缸叶轮泵还具有一个传动齿轮机构，这个传动齿轮机构把电动机的转动力传送给双缸转动体，因而使转动体在泵壳体10内运动。在该齿轮机构中，一个真正圆形的驱动齿轮13固定在电动机操作的驱动轴11的一端，而真正圆形的从动齿轮16则固定在从动轴12的一端。这两根轴11和12相互平行设置，使得两个齿轮13和16相互啮合。将偏心轴1,2偏心地固定到每根轴11和12的另一端，并可转动地安装在相应的双缸转动体的圆柱叶轮3,4内。
两个齿轮13和16通过两个惰轮协同作用。两个惰轮中的每一个都由圆形的同心齿轮14,17和椭圆形的偏心齿轮15,18构成，它们共同与一根轴相连，因而整体地形成一种双齿轮。两个偏心齿轮15和18在相同的方向上具有相同的偏心距，并且在一偏心方向上各有一长轴，在垂直于偏心方向的另一个方向上各有一短轴。这两个偏心齿轮15和18相互啮合。
也就是说，驱动齿轮13与第一惰轮的圆形同心齿轮14相互啮合，而从动齿轮16与第二惰轮的圆形同心齿轮17相互啮合。图5中最清楚显示了上述驱动轮、从动轮及惰轮之间的啮合关系。
在上述齿轮机构的的运作过程中，通过两个惰轮把电动机操作的驱动齿轮13的转动力传送给从动齿轮16。因此，驱动齿轮13和从动齿轮16以相反的方向转动。
在这种情况下，由于两个椭圆形偏心齿轮15和18相互啮合，因此无论两个偏心齿轮15和18的角速度怎样不同，都能使两个偏心轴1和2之间的间距保持不变，因此可有效地把驱动齿轮13的转动力传送给从动齿轮16。
因此，两个椭圆形偏心齿轮15和18没有过大的齿间隙，这不同于图1和图2所示的典型的双缸叶轮泵中的传动齿轮机构。于是在泵送操作过程中，本发明中的传动齿轮机构能有效地减小工作噪声及震动。
由于驱动齿轮13与从动齿轮16通过两个惰轮而协同作用，使得有可能采用尺寸小的齿轮作为驱动齿轮13和从动齿轮16，因此能够节省动力，提高泵的工作效率。
下面将参照附图6A至6C来详细描述本发明中所采用的椭圆形偏心齿轮的工作原理。
图6A至6C中，G1和G2表示两个相互啮合的椭圆形的偏心齿轮，S1和S2表示两根偏心轴，C表示两根偏心轴之间的距离，C1表示上述偏心轴的两个偏心部分的中心之间的距离，e表示每个偏心齿轮的偏心距，P(P=2e)表示每根偏心轴的偏心距，a表示与每个上述椭圆形齿轮相对应的椭圆的短轴半径，b表示椭圆长轴半径，R1和R2表示随着角变量而改变的偏心椭圆的半径变量，Q1和Q2表示随着齿轮转动而改变的偏心椭圆的角变量，E表示偏心率。在这种情况中，偏心率E用下面的方程来表示。
r=a2/b
E=√(b2-a2)/b=2e/C=P/C
其中r为一个参数。
当R1+R2=C及R1dQ1=R2dQ2时，上述两个齿轮G1和G2可转动地相互啮合。此外，当R1=r/(1-E cosQ1)及R2=r/(1-E cosQ2)时，第二齿轮G2能被第一齿轮G1转动。因此，很显然，两个齿轮G1和G2具有相同的大小和结构，并且b=C/2。由于
E=√(b2-a2)/b=2e/C，所以半径“a”=√b2(b2E2)=√b2(1-E2)
图6B表示计算半径“a”的另一种方法。根据这种方法，很显然，半径R1,R2根据可变角Q1而改变，而无论角Q1怎样，两个半径R1,R2的总和是不变的。即R1+R2=C=2b。当角Q1改变时，确定出两个半径R1,R2在椭圆的短轴上的顶点，R1和R2彼此相等。在这种情况下，2R1=2b，因此R1=b。于是，a=√R12-e2=√R22-e2=√(C/2)2-e2=√b2-e2。
当第一齿轮G1转动Q1′角时，第二齿轮G2的转动角Q2′如下计算：
R1′= r/(1-E cosQ1′)
R2′=r/(1-E cosQ2′)
Q2′=cos-1{1/E[r/R2′)-1]}
当两齿轮G1和G2都分别完全转动角Q1′和Q2′时，上述偏心轴S1和S2的两偏心部分的中心之间的距离(C1)由下列方程表示：
C1=√(C-X1+X2)2+(Y1+Y2)2
=√(C-P cosQ1+P cosQ2)2+√(P sinQ1+P sinQ2)2
因此，很显然，在每个齿轮G1和G2转动360度角时，无论两根偏心轴S1和S2的位置怎样，距离C1等于C，并且保持不变。
因此，当双缸转动体的两个圆柱叶轮分别与这些偏心轴的偏心部分相连时，转动体都能平稳地运行，而不会发生任何问题。
如果在惰轮中，这些椭圆偏心齿轮15和18的地方采用两个真正圆形的偏心齿轮，那么就会形成轮齿之间的相互干涉。这种相互干涉可以通过在两个偏心齿轮的连接点处设置齿间隙来加以解决。但是，当每个圆形偏心齿轮都具有很大的偏心距时，就必须为这两个圆形偏心齿轮配置一条大的齿间隙，但是，这种大的齿间隙又会妨碍这些偏心齿轮的实际应用。
在本发明的叶轮泵中，双缸转动体上配置了一弹性密封装置，当转动体处于它的上死点或下死点时，这个弹性密封装置用于消除转动体与泵壳体10的喉道间连接处的间隙。该密封装置设置在每个双缸转动体的叶轮3和4外侧，且位于连接板5周围的位置上。
图7表示根据本发明的主要实施例中的密封装置的结构。在这个实施例中，密封装置包括一弹簧偏压的密封片32。
也就是说，在由金属制造的双缸转动体内，在连接板5附近，每个圆柱转子3和4的外壁上轴向地设置一片槽31。在片槽31的每个侧壁上设置一台阶34。一条纵向密封片32可移动地安装在这条槽31内，并由相对的台阶34固定，从而将密封片装在这条槽内。这条纵向密封片的断面与槽31的断面相对应。密封片32的底端用一弹簧装置来偏压，因此通常情况下能被偏压到槽31外。上述密封片32最好用弹性材料制造，如用橡胶制造。
在泵运作过程中，当双缸转动体在泵壳体10内处于其上死点或下死点时，在泵壳体10的喉道附近，两个圆柱叶轮3和4中的一个叶轮的密封片32就与相应的泵室8,9的内表面紧密接触。因此，无论双缸转动体的每个圆柱叶轮3,4的外径与每个泵室8,9的内径之差怎样，密封片32都几乎能完全消除转动体与泵壳体10的喉道间连接处的间隙。
在泵运作过程中，当双缸转动体处于其上死点或下死点时，本发明的双缸叶轮泵都能有效地防止任何压力损失。
图8A和8B表示本发明另一个实施例中密封装置的结构。在这个实施例中，密封装置包括一层弹性覆盖层41，该覆盖层41覆盖在双缸转动体上。为了形成这个弹性覆盖层41，金属转动体外部覆盖一弹性层，例如具有均匀厚度的天然橡胶层或合成橡胶层。
也就是说，在转动体的两个圆柱叶轮3和4及连接板5的全部外表面上，覆盖一层厚度均匀的弹性覆盖层41。但是，每个圆柱叶轮3和4的内表面上不覆盖这种弹性层41。在连接板5附近，覆盖层41的外壁上设置一密封隆起42。
在泵的运作过程中，当覆盖有一覆盖层41的双缸转动体，在泵壳体内处于它的上死点或下死点时，两个圆柱叶轮3和4中的一个叶轮的两条密封隆起42，就在泵壳体10的喉道附近与相应的泵室8,9弹性接触。因此，密封隆起42能消除转动体与泵壳体10的喉道之间接触处的任何间隙，有效地防止了泵运作过程中的压力损失。
下面将描述双缸叶轮泵的运作效果。
图9A表示本发明的叶轮泵处于起始位置，图中，双缸转动体处于它的起始上死点。当处于上述状态的泵起动时，驱动轴11和从动轴12以相反的方向转动，因此，使转动体的第一个圆柱叶轮3在第一个泵室8内逆时针转动，如图9A中的箭头所示，并同时在泵室8的内表面上滑动。在这种情况下，在图中泵室8的右部产生一个背压，从而通过吸入口6把液体吸入第一个泵室8。在上述状态下，转动体的第二个圆柱叶轮4在第二泵室9内顺时针转动，同时在泵室9的内表面上滑动。
此时，转动体的两个圆柱叶轮3和4以相反方向在泵室8和9内进一步运动，当达到图9B所示的位置时，第二叶轮4就开始把液体吸入泵室9。当转动体完全到达如图9C所示的下死点时，第一叶轮3就完成它的吸入冲程，而第二叶轮4则执行它的吸入冲程。
在这种情况下，无论第一个泵室8的内径与第一叶轮3的外径之间的差值怎样，第一叶轮3的两个密封片32都能完全消除第一叶轮3与泵壳体10的喉道间连接处的间隙。因此，本发明的叶轮泵能有效地防止第一泵室8的压力损失。
当转动体从它的下死点继续运动，并到达图9D所示的位置时，第一叶轮3就开始从第一个泵室8中排放高压液体，而第二叶轮4则继续它的吸入冲程。
当转动体到达图9E所示的位置时，第一叶轮3继续从泵室8中排放高压液体，并开始它的吸入冲程，而第二叶轮4几乎彻底完成了它的吸入冲程。此后，转动体进一步运动，并到达如图9F所示的上死点。在图9F所示的位置，第二叶轮4几乎彻底完成了它的吸入冲程，而第一叶轮3继续从泵室8中排放高压液体，并在到达图9A所示的位置之前就执行它的吸入冲程。在图9A所示的位置，第二叶轮4把液体吸入泵室9，并执行它的排放冲程，而第一叶轮3从泵室8中排放高压液体，并执行它的吸入冲程。如上所述，第一叶轮3和第二叶轮4中的每个叶轮在相同的时刻执行吸入和排放冲程，根据泵壳体10内的转动体的位置的变化，每个叶轮吸入的液体量与排出的液体量之间的比率交替地大于1或小于1。
也就是说，当第一叶轮3吸入的液体量与叶轮3排出的液体量的比大于1时，第二叶轮4的吸入液体量与叶轮4的排出液体量的比则小于1。随着双缸转动体通过它的上死点或下死点，液体量的这个比率交替地相反过来。因此，在泵的运作过程中，转动体能平稳地吸入或排放高压液体，并且没有改变液体的吸入量或排放量，也没有产生震动现象。此外，当转动体处于它的上死点或下死点时，转动体的密封装置几乎能彻底消除转动体与泵壳体喉道的连接处的任何间隙。因此，这个密封装置能有效地防止泵室的压力损失，并使得转动体能更有效地吸入和排放液体。
如上所述，本发明提供了一种改进的双缸叶轮泵。在上述的叶轮泵中，为双缸叶轮泵配置了一个弹性密封装置，当转动体处于它的上死点或下死点时，这个弹性密封装置用于消除转动体与泵壳体喉道之间连接处的任何间隙。在上述叶轮泵中的传动齿轮机构中，用电动机驱动的驱动轴与从动轴不是直接接合，而是通过两个惰轮间接地与从动轴接合。在每个惰轮中，一个圆形的同心齿轮和一个椭圆形的偏心齿轮共同安装在一根轴上，从而形成一种双齿轮。两个椭圆形偏心齿轮相互啮合，而两个圆形的同心齿轮则分别与驱动齿轮及从动齿轮相啮合。由于采用了这些惰轮，使得传动齿轮机构中没有任何过大的齿间隙，因此，有效地减小了泵运作过程中的工作噪声及震动。两个惰轮也允许小尺寸的齿轮用作驱动和从动齿轮，因此节省了动力，并改善了叶轮泵的运作效率。
为了清楚地说明本发明，虽然在此公开了本发明的几个最佳实施例，但是，本领域的普通技术人员都知道，在没有脱离所附的权利要求书中所公开的本发明的范围及实质下，对本发明可以进行各种变型、增加和删减。