微流量零泄漏电机泵研究_潘科.pdf

液压气动与密封年第期 微流量零泄漏电机泵研究潘 科，孟嘉嘉，张红涛，王 轩，o oo o o o ，g，（河南航天工业有限责任公司，河南 郑州；河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：电机泵在工作介质流量微小的情况下，内泄漏将增加，从而引起泵容积效率下降和出口压力上不去的问题。该文主要论述微流量电机泵的结构方式、高可靠性、高效率装置技术。关键词：微流量；零泄漏；高效率；研究中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：潘科（），女，河南商丘人，高级工程师，硕士，主要从事机械设计和工艺研发工作。前言通过国内外泵的技术发展来看，高转速、高效率电机泵成为技术趋势，但对约束电机泵效率提升的关键技术难点仍未攻克，需要在前期产品的技术基础上，进一步进行工程化研究，保证在微流量运行工况的基本性能要求下，实现高效运转的技术提升。电机泵结构1.1 泵体结构选择常用泵的结构形式有叶片式、柱塞式（图）、齿轮式（图）。柱塞泵具有变量控制简单、方便高压化和先进的控制技术，广泛应用于注塑机械、材料机械、加工机械、工程机械及船舶、航空等领域。但柱塞泵的流量调节靠液压控制，在使用过程中逐渐暴露出系统结构复杂、控制系统重量大、燃油清洁度要求高、工作可靠性低，效率偏低等缺点和不足。齿轮泵具有结构简单、体小量轻、高可靠性、长寿命、自吸性好等优点，不足之处是出口压力低。通过不同结构对比，结合介质流量微小的情况，选择结构简单、体积小的齿轮泵。1.2 微型电机泵整体结构齿轮泵在介质微流量的情况下，内泄漏增加，流量容易受外界干扰，稳定性差，导致容积效率降低，为了提高微流量电机泵的效率，需要对结构进行优化。图 柱塞泵结构示意图图 齿轮泵结构示意图传统泵的轴封、电机无法满足入口高承压，磁力泵是利用现代动磁力学原理，使永磁体实现无接触传动，取消了动密封结构，具有全密封性能可靠、寿命长、耐高压、无污染的优点，同时解决了传统泵轴、电机联结 o的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”问题。磁力泵由泵体、联轴器、电机三大部分组成（图），采用静密封的结构将工作介质密封在泵体和隔离套内部，介质不会外泄，可提高泵的容积效率，解决了现有技术中泵长时间使用会导致密封不稳定的问题。齿轮上下两侧的密封形状依据主动和从动齿轮大小、微型磁力泵进出口位置设计，整体结构紧凑外形尺寸小。图 磁力泵整体结构壳体的上部设有上盖板，泵体设置在壳体与上盖板之间，壳体内连接有传动轴，传动轴的上部延伸出壳体并通过齿轮组件与泵体连接，传动轴的下部连接有磁联轴器，且磁联轴器通过螺套密封设置在壳体内，图 是磁力泵装配结构示意。磁力联轴器包括内外磁转子、隔离套。隔离套将内、外磁转子分开，通过螺套固定在壳体的内部，隔离套与螺套之间设有外磁转子，隔离套内的上部设有与外磁转子配合的内磁转子，内磁转子与传动轴固定连接驱动负载，外磁转子与电机连接成一体，电机带动外磁转子旋转。采用磁耦合原理，实现不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，将动密封转化为静密封，实现零泄漏。磁力泵设计计算磁力泵性能参数见表，具有入口压力高、流量小的特点。表 磁力泵性能参数性能指标性能指标工作压力 瞬时高压 流量 工作电流 介质温度 环境温度 上盖板 泵体 主动齿轮 从动齿轮 转接壳体 垫片 隔离套 螺套 内磁转子 传动轴 耐磨块、圆柱销、轴承、密封圈 电机图 磁力泵装配结构图2.1 壁厚计算泵体选用密度低、力学性能佳、加工性能优良的铝合金材料，零件表面再经过阳极化表面处理后，具有一定的抗腐蚀性。隔离套选择机械性能、耐腐蚀性能优良的钛合金材料。泵体、隔离套最小壁厚计算：式中，最高压力，最大内径，材料许用拉应力，经计算，泵体最小壁厚 ，实际取 ；隔离套最小壁厚 ，实际取 ，均大于计算值。2.2 齿轮参数选取齿轮泵排量计算：液压气动与密封年第期式中，估算电机额定转速，根据齿轮泵排量计算齿轮参数如表 所示。表 齿轮参数表序号参数值模数 齿数 齿宽 分度圆压力角 （）中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 端面重合度 复算齿轮泵流量：式中容积效率 取 。经计算，流量值是 ，与设计值较一致。2.3 电机设计电机本体采用多极多槽的分数槽设计。即绕组形式采用节距为 的分数槽绕组，绕组的下线工艺性好，端部尺寸小，并且有利于减小电机的齿槽转矩波动。转子为 极形式，转子磁路结构采用径向磁化式结构，永磁体为瓦片形，位于转子铁芯的外表面上，永磁体提供径向的磁通。这种结构制造工艺简单、尺寸较小，能够提供较好的矩形波气隙磁密。2.4 磁路设计稀土磁钢在转子上的安装方式多种多样，表贴式结构可以提供最大的气隙磁通密度，并且使其极弧宽度尽量大，从而获得按方波分布的气隙磁场。磁钢材料选用钕铁硼永磁合金，可以提供较强的气隙磁场，同时由于具有很强的内禀矫顽力，可有效抵御定子绕组电枢反应造成的去磁效应，提高运行的稳定性。同时，永磁合金具有较高的居里温度（），其最高工作温度可达 ，可以保证电机在高温工况下的工作稳定性和可靠性。定子铁芯采用 厚的冷轧电工钢片 叠压而成，该材料磁滞回线窄，矫顽力低，饱和磁感应值高，导磁率高，电阻率较高，磁滞损耗和涡流损耗低，并具有良好的工艺性能。转子铁芯由不锈钢 棒料制成，该材料具有较高的饱和磁密（）和较好的可加工性，通过调质处理可以达到较高的硬度和强度，并且不需额外的磁性热处理工艺，简化了生产和装配工艺流程，降低了产品制造成本。磁力泵试验磁力泵装配后，进行磨合以及性能试验（图），在设计转速下不加负载的流量是 ，加负载的流量是 ，容积效率为 ，工作电流.，在设计压力下磁力泵无泄漏和可视变形，试验结果表明，设计的磁力泵产品符合设计要求。图 试验过程图 结论在工作介质微小流量的情况下容易导致泵的容积效率降低，采用磁力泵全密封结构可保证高容积效率，同时能够承受入口的高压。参考文献 赵克中 磁力驱动技术与设备 北京：化学工业出版社，黄建军，孔繁余，吕毅，等 无密封泵运行监控设计 水泵技术，（）：曹卫东，施卫东，孔繁余 磁力泵联轴器设计 水泵技术：，（）：王玉良，王新昱 永磁联轴器传递转矩的一种新算法机械传动，（）：引用本文：潘科，孟嘉嘉，张红涛，等 微流量零泄漏电机泵研究 液压气动与密封，（）：，oo，o oo o o o ，（）：