[发明专利]非圆齿轮驱动的低脉动三缸往复泵

说明书

本发明提出一种非圆齿轮驱动的低脉动三缸往复泵，在不改变三缸往复泵结构的基础上，增设一个电动机和一对相互啮合的傅里叶非圆齿轮。傅里叶非圆齿轮包括一个主动傅里叶非圆齿轮和一个从动傅里叶非圆齿轮；主动傅里叶非圆齿轮套设在电动机的输出轴上；从动傅里叶非圆齿轮套设在三缸往复泵的曲轴上。电动机通过一对傅里叶非圆齿轮驱动曲轴旋转，曲轴带动曲柄、连杆动作；连杆推动活塞往复运动。本发明通过一对非圆齿轮统一调节三缸往复泵所有活塞的运动规律来变速驱动三缸往复泵，进而平抑泵的流体脉动，解决现有三缸往复泵流量脉动大的问题。

技术领域

本发明属于流体传动技术领域，涉及一种三缸往复泵，具体地说，涉及一种非圆齿轮驱动的低脉动三缸往复泵。

背景技术

往复泵作为重要的液压传动机械，具有工作压力高、自吸性能好、可靠性高等优点，被广泛应用于炼油运输、石油化工和舰船军工等领域。传统的往复泵由于其自身的结构特性，导致其具有周期性的流量脉动现象，从而产生振动和噪声。不仅降低了泵的使用性能，还导致严重的环境污染，因此设计一种流量平稳且性能高的往复泵具有十分重要意义。

公开号为CN212717025U的专利文献公开了一种七缸柱塞泵，该七缸柱塞泵的曲轴连接有7个曲拐、7个柱塞，7缸阀箱，每个活塞对应1缸阀箱并在阀箱内作往复运动，每个活塞由1个曲拐的旋转提供往复运动的动力。该七缸柱塞泵通过增加缸体个数，均化瞬时流体，相对双缸，三缸和五缸等往复泵具有更小的流体脉动，但是，其结构复杂，加工成本和运维成本大幅提高。

公开号为CN105546046A的专利文献公开了一种非圆齿轮组和双缸往复泵的组合结构，其通过一个主动非圆齿轮同时驱动两个从动非圆齿轮，两个从动非圆齿轮与双缸往复泵的曲柄分别固连，通过非圆齿轮的非线性传动，使得双缸往复泵合成均匀的瞬时流量，大幅降低双缸往复泵的流量脉动。但是，该组合结构中，往复泵的每个曲柄都要由一个从动非圆齿轮独立驱动，当缸数增加时，应用该方法会使得传动端结构十分复杂，加工成本和运维成本大幅提高。

侯勇俊等人发表的论文《凸轮和齿扇齿条复合驱动的新型往复泵仿真及分析》中，研究了通过凸轮机构与齿扇齿条机构的复合作用将电动机的旋转运动转化为活塞具有一定运动规律的往复运动。凸轮机构工作在加速、减速阶段，可实现换向以及往复泵换向过程中对速度变化的需求；齿扇齿条机构工作在匀速阶段，缩短了凸轮机构大负荷工作的时间。该论文提供的方法实现了往复泵流量和压力波动小、易损件寿命长、换向控制简单、可靠性高的目标，但是，由于受凸轮和齿扇齿条制造精度高、安装误差等影响，使活塞组件的运动相位存在一定的误差，从而导致仍然存在流量脉动现象。

董怀荣等在论文《三缸单作用恒流量往复泵中凸轮机构设计》中，提出了凸轮机构驱动三缸往复泵，用于石油开采中的三次注聚驱油工艺，理论和试验结果均表明该方法可以大幅消除往复泵的流体脉动，甚至在使用时可以取消原有设备中因流体脉动而增设的灌注泵、吸入缓冲器以及预压空气包等设备，但是，在高负荷下凸轮机构容易发生磨损和接触疲劳的问题，导致三缸往复泵工作不稳定，使用寿命短。

除此之外，用液压缸或直线电动机直接驱动柱塞，通过伺服系统精确控制柱塞运动，既可减轻设备重量，又能抑制流体脉动，但该技术过度依赖伺服传感系统及运动控制算法，设备成本高。

综上所述，针对目前采用多缸泵并联，凸轮或非圆齿轮变速驱动以及伺服控制的方法平抑往复泵流量脉动等方法，仍然存在：多缸并联导致的设备庞大，每个缸体采用凸轮或非圆齿轮变速驱动使得机械端构造复杂，伺服控制成本高，伺服传感系统的性能以及控制算法对脉动平抑效果影响大，不易获得稳定的均匀流量等问题，有必要研制一种结构简单、加工成本和维护成本低、流量脉动小的低脉动往复泵。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种非圆齿轮驱动的低脉动三缸往复泵。该低脉动三缸往复泵在不改变泵体结构的前提下，仅通过一对非圆齿轮即可大幅平抑三缸往复泵的瞬时流量脉动，最大程度地提升三缸往复泵瞬时流量的均匀性，抑制泵体及管路的振动和噪声，并且简化三缸往复泵脉动平抑系统的复杂性。