[发明专利]齿扇齿条式往复泵

说明书

技术领域

本发明涉及石油、化工、矿山等行业用的一种齿扇齿条式往复泵。

背景技术

往复泵作为最早出现的泵类机械，根据其与输送介质接触的工作机构的不同，可分为活塞泵和柱塞泵，它适于输送各种高粘度、腐烛性等高压流体介质，其效率高，工作性能良好。因此，到目前为止仍广泛应用于工业界的各个领域，尤其是在石油钻井工程中占有相当高的地位。近年来，由于石油钻井和采油工艺发展的需要，石油矿场往复泵在性能和品种方面都有进一步提高。同时，为了适应矿场用泵的恶劣工作条件，在结构、材料、制造工艺、甚至作用原理方面，也都发生了新的变化。

往复泵的品种繁多且形式多样，根据动力端结构的不同，归纳起来，国内外往复泵的结构大致可分为四类：曲柄活塞杆机构往复泵、凸轮机构往复泵、液压往复泵以及直线电机往复泵。

曲柄活塞杆机构往复泵，其原理是通过曲柄活塞杆将电机的旋转运动转化为活塞的往复运动，传动效率低，流量和压力波动较大。凸轮机构往复泵是依靠凸轮特殊的轮廓线，将凸轮的旋转运动转化为活塞的往复运动，结构紧凑，流量和压力恒定，但凸轮轮廓线加工困难，大负荷下凸轮轮廓磨损严重，泵的使用寿命低。液压往复泵是源于石油矿场对往复泵排出压力要求不断提高而产生的一种新型的泵。该泵采用液压缸驱动，液压控制，通过液压缸将压力能转化为活塞的机械能，易于实现长冲程、低冲次，恒压力和恒排量，但包括大型液压站在内的整机结构复杂、对控制系统要求高，成本高，在恶劣环境下的可靠性低。直线电机往复泵是通过直线电机直接驱动活塞作直线往复运动，流量和压力恒定、易实现长冲程、低冲次。但由于直线电动机自身结构特点，要实现往复泵所需要的大推力时效率极低，应用推广受到了较大限制。

随着工业技术的发展，对往复泵的要求也越来越高。高效节能、流量和压力脉动小、易损件寿命长、换向控制简单、可靠性高、体积小、重量轻是如今往复泵设计的追求目标。

CN89216186.8公开的一种齿轮、齿条传动的活塞泵，其动力端主要由半圆齿轮、齿条组件，滑道等组成，齿条组件呈“凵”型框结构，“凵”型框底端连接活塞。机构工作时，通过半圆齿轮与“凵”型框上的齿条啮合来带动活塞实现往复运动。该结构中齿扇为半圆齿轮，工作换向时，容易与两侧齿条同时啮合发生干涉现象；齿条组件为“凵”型框结构，结构强度低，承载能力低，不适合大功率往复泵；且该活塞泵动力源为畜力或人力，对于泵压和排量要求较高的工业往复泵，该泵换向时液力端的高压会对齿扇产生巨大的冲击，造成半圆齿轮的轮齿损坏。

发明内容

本发明旨在提出一种新的往复泵，即通过齿扇齿条机构将电机的旋转运动转化为活塞的往复运动，并能够实现电机连续运转情况下活塞顺利换向，避免换向时齿扇所受到的巨大冲击，从而实现往复泵流量和压力波动小、易损件寿命长、换向控制简单、可靠性高、体积小、重量轻的追求目标。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

本发明齿扇齿条式往复泵，主要由机架、输入轴、齿扇、齿条组件及导轨、活塞、活塞杆、双作用液缸等构成。所述输入轴通过带传动与电机相连，输入轴通过轴承固定安装在机架上，机架腔内的输入轴上安装有齿扇，齿扇与齿条组件啮合，齿条组件置于上下导轨之间，齿条组件一端与活塞杆固定连接，导轨通过螺栓固定在机架上。

所述齿扇为不完全齿齿轮，其无齿部分圆弧半径小于或等于齿轮齿根圆半径。齿扇旋转过程中，与上齿条啮合时，推动齿条组件向一个方向移动，与下齿条啮合时，推动齿条组件向相反方向移动。齿扇连续旋转过程中，与齿条组件中的上、下齿条交替啮合，从而将输入轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。工作时，为防止齿扇与上、下两齿条同时啮合，出现干涉情况，齿扇有轮齿的部分可控制在160°～165°圆周角，齿扇第一个齿与无齿部分圆弧之间由光滑圆弧过渡，在齿扇与一侧齿条脱离啮合并与另外一侧齿条重新进入啮合时，可由光滑圆弧过渡以减小啮合时的冲击，即齿扇与齿条的啮合是一个渐进的过程，而非瞬时啮入的刚性冲击过程。

所述齿条组件由上齿条、下齿条和齿条连接件构成，上、下齿条两侧末端留有一定距离的光滑间隙。整个齿条组件为一个矩形框结构，可大大增加齿条组件的承载能力和使用寿命；齿条组件一端与活塞杆固定连接；齿条组件置于上下导轨之间并与其配合，导轨对齿条组件起导向和支撑作用。