阅读说明：本技术 一种内燃式摆动刮板泵 (Internal combustion type swinging scraper pump ) 是由 张铁柱 张洪信 赵清海 杨道哉 姜勇 于 2020-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明属于内燃机及热能转化技术领域,涉及一种内燃式摆动刮板泵,利用摆动刮板代替传统叶片泵的往复移动叶片,通过压力自密封实现高压输出；同时利用内燃机的飞轮作为转子,将主要泵送流质结构集成到飞轮内以减小系统的体积,形成一种无配流阀、压力高、结构紧凑、高速高效的内燃泵,其结构简单紧凑,工作稳定,技术继承性好,具有自密封性,输出压力高可达到70MPa以上,比目前的内燃机驱动柱塞泵系统成本大幅度降低,具有较好的推广应用价值。(The invention belongs to the technical field of internal combustion engines and heat energy conversion, and relates to an internal combustion type swing scraper pump, which utilizes a swing scraper to replace a reciprocating blade of a traditional blade pump and realizes high-pressure output through pressure self-sealing; meanwhile, the flywheel of the internal combustion engine is used as a rotor, a main pumping fluid structure is integrated into the flywheel to reduce the volume of the system, and the internal combustion pump which is free of a distributing valve, high in pressure, compact in structure, high in speed and efficient is formed.)

一种内燃式摆动刮板泵

技术领域：

本发明属于内燃机及热能转化技术领域，涉及一种将燃料燃烧热能转化为流体压力能的动力装置，特别是一种内燃式摆动刮板泵。

背景技术：

热能转化为流体压力能的装置应用场合众多，目前应用最广泛、技术最成熟的是内燃机驱动流体泵系统，但具有体积大、内燃机与泵难以最优匹配等弊端；液压自由活塞发动机和液压约束活塞发动机克服了内燃机驱动流体泵系统的缺点，但具有工作不可靠、振动冲击大等缺陷，至今没有产业化推广应用。

现有的叶片泵或转子泵专利众多，因为不需要配流阀，结构相对紧凑，在中等速度和压力下效率尚可接受，所以应用较广。但是传统的单作用或双作用叶片泵，由于叶片要在自己安装槽内往复移动，要求槽内叶片体要始终有足够的长度用于导向，其结构松散，而且随着压力升高，叶片与槽壁之间摩擦力加大，叶片的往复移动迟滞，增大了内部泄漏，降低了极限工作压力，例如现有的罗茨泵，ZL200420052193.7公开的无密封转子工业泵包括无密封滑片泵、无密封挠性叶轮泵、无密封旋转活塞泵、无密封罗茨泵等，该泵转子腔端面的从动轴、主动轴与泵体之间形成的缝隙处不设置任何密封器件，由该缝隙外泻的流质进入泻流腔，再回流到低压腔或进流质管道，泻流腔内侧与转子腔相临，外侧与轴承或齿轮腔相临；泻流腔外侧采用常规密封件；转子腔的从动轴、主动轴制成外伸梁或简支梁结构；回流口经泵体内直接与低压腔相通或经泵体外接管路与进流质管道相通。ZL97210597.2公开的双凸轮转子叶片泵在泵盖、泵体内的传动轴上依次装有压力侧板，两个彼此成90°并分别在定子内孔中随轴转动的凸轮转子、隔板、配油盘，两组叶片分别装在定子直槽内。ZL00245048.8公开的凸轮转子叶片泵具有泵壳和套置于泵壳内的凸轮转子，泵壳的两端分别具有左端盖和右端盖，凸轮转子的转轴由左、右端盖支承，在泵壳上设置有与泵壳内腔相通的流体进口和流体出口，在泵壳内壁上设置有叶片滑槽，在叶片滑槽内装有叶片，叶片的前端伸出叶片滑槽而与凸轮转子的表面相接触，在叶片滑槽内设置有对叶片施以指向叶片前端的弹性力的弹簧，在左、右端盖的内壁表面设置有橡胶层。ZL201610893753.4公开的恒流式粉尘采样器用刮板泵包括泵体，泵体腔内设泵体缸套，该泵体缸套的容腔构成为泵腔，在泵体的左端固定有左泵体盖、右端固定有右泵体盖且在泵体的上部设泵体进气接头，泵体的下部配设泵体出气接头，泵体进气接头及泵体出气接头与泵腔相通且彼此形成上下对应关系；电机，其固定在电机座上，电机座与左泵体盖固定，电机的电机轴伸展到泵腔内；转子，设在泵腔内且与电机轴固定，转子上且围绕转子的圆周方向以等距离间隔状态循着转子的长度方向设一组刮板滑槽，对应于组刮板滑槽的位置各滑动地插置有刮板。ZL201920947626.1公开的单叶片叶轮上下两端面为与转子泵泵体内腔圆弧面相贴合的端凸起圆弧面，端凸起圆弧面与双叶片叶轮的两侧分别形成过渡凸起圆弧面，端凸起圆弧面对面设置一段对凸起圆弧面，对凸起圆弧面与过渡凸起圆弧面之间形成与过渡凸起圆弧面相贴合匹配的凹进圆弧面，各相交的凸起圆弧面与凹进圆弧面之间光滑过渡。ZL201920946772.2公开的双叶片叶轮上下两端面为与转子泵泵体内腔圆弧面相贴合的端凸起圆弧面，端凸起圆弧面与双叶片叶轮的两侧分别形成过渡凸起圆弧面，双叶片叶轮左右两侧的中间设置一段中凸起圆弧面，中凸起圆弧面与过渡凸起圆弧面之间形成与过渡凸起圆弧面相贴合匹配的凹进圆弧面，各相交的凸起圆弧面与凹进圆弧面之间光滑过渡。上述叶片泵或转子泵虽然容积利用率高，但都没有可靠的自密封性，难以建立起较高的压力，结构较复杂，加工装配难度大。因此，需要设计一种新型结构的内燃泵，利用摆动刮板代替往复移动叶片，同时实现压力自密封；利用内燃机的飞轮作为转子，将主要泵送流质结构集成到飞轮内以减小系统的体积，形成一种无配流阀、压力高、结构紧凑、高速高效的内燃泵。

发明内容

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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种将燃料燃烧热能转化为流体压力能的内燃式摆动刮板泵，利用摆动刮板代替传统叶片泵的往复移动叶片，通过压力自密封实现高压输出；同时利用内燃机的飞轮作为转子，将主要泵送流质结构集成到飞轮内以减小系统的体积，形成一种无配流阀、压力高、结构紧凑、高速高效的内燃泵。

为了实现上述目的，本发明所述内燃式摆动刮板泵的主体结构包括内燃机主体、飞轮、飞轮壳、定子配流轴、进流质管道、出流质管道、压紧弹簧、摆动刮板、销轴、紧固螺栓、传动键、曲轴和密封圈；飞轮安装在飞轮壳内，飞轮上设有内腔，靠近内燃机主体一侧的腔壁外部中心部位设有凹孔并制有键槽，传动键安装在键槽内，曲轴安装在凹孔内，飞轮通过传动键与曲轴的后端连接，并与曲轴一同转动，飞轮远离内燃机主体的一侧腔壁上设有与飞轮同轴的圆孔，圆孔的内壁开槽嵌装密封圈，防止流质从飞轮与定子配流轴之间渗漏；定子配流轴装入飞轮内腔部分并与飞轮同轴，定子配流轴中间部位外周设有的法兰结构通过紧固螺栓固定连接在飞轮壳的一侧上，飞轮壳的另一侧固定在内燃机主体上；定子配流轴内通过隔板分为进流质管道和出流质管道两个空腔，进流质管道和出流质管道上分别设有与摆动刮板两侧的进流质泵腔和出流质泵腔相通的开口，摆动刮板的端部通过销轴铰接在进流质管道和出流质管道之间的隔板上，摆动刮板与出流质管道腔壁之间设有压紧弹簧，压紧弹簧将摆动刮板始终压靠在飞轮的内腔壁上。

本发明所述出流质泵腔为摆动刮板与出流质管道的外壁、飞轮的内腔壁所围成的空间，进流质泵腔为摆动刮板与进流质管道的外壁、飞轮的内腔壁所围成的空间。

本发明所述内燃机主体与传统的活塞式内燃机的主体结构相同，但内燃机的飞轮壳、飞轮等的结构有局部变化，便于固定和装配流质泵送结构件。

本发明所述飞轮的内腔外周壁面形状为内凸轮结构，为光顺的椭圆、半椭圆等多种型线或型线的组合，泵腔的形状和尺寸由型线上各点与飞轮旋转轴线之间的距离决定，内燃式摆动刮板泵的排量由飞轮与定子配流轴内装段的外径决定。

本发明所述定子配流轴的外周为圆柱形，外周与飞轮内腔半径最小处为小间隙配合，保证较好的密封效果，减小内部泄漏；端部壁面的形状与飞轮靠近内燃机主体的一侧腔壁的形状相适应，其间微小间隙配合，防止相互转动时产生摩擦，同时起到密封作用。

本发明所述压紧弹簧为螺旋弹簧、扭簧等各种形式中的一种。

本发明所述摆动刮板的一端外周呈局部圆柱状，与进流质管道和出流质管道之间的隔板为小间隙配合，在绕销轴摆动时，尽量减小摆动刮板与隔板之间的泄漏；另一端为尖顶，倾斜方向与飞轮的转动方向相反，与飞轮内腔壁之间完好贴合，以保证密封效果；摆动刮板的长度大于飞轮内腔壁型线的最大半径和最小半径之差，且飞轮转动时，其间始终能够相对滑动，不能自锁。

本发明所述飞轮内腔壁型线的半径指型线上的点到旋转中心的距离。

本发明所述内燃式摆动刮板泵工作时，将燃料燃烧热能转化输出为流体压力能，具体过程为：内燃机主体先将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，实现曲轴转动，再通过传动键带动飞轮同步转动，摆动刮板在压紧弹簧的作用下，尖顶与飞轮的内腔壁贴合并产生刮擦，压紧弹簧与出流质泵腔处于同侧，随着飞轮的转动，高压流质腔变小，出流质泵腔内的高压流质从出流质管道输出，同时将摆动刮板进一步压向飞轮的内腔壁，压力越高，摆动刮板与飞轮内腔壁之间密封效果越好；由于飞轮内腔壁的半径变化，在飞轮转动时，摆动刮板绕销轴摆动，摆动刮板的另一侧与飞轮的内腔壁形成进流质泵腔，随着飞轮的转动容积变大，进流质管道内的低压流质进入进流质泵腔，飞轮持续转动，实现流体压力能的输出，完成燃料燃烧热能向流体压力能的转化。

本发明与现有技术相比，将燃料燃烧热能高效地转化为流体压力能，结构简单紧凑，工作稳定，技术继承性好，具有自密封性，输出压力高可达到70MPa以上，比目前的内燃机驱动柱塞泵系统成本大幅度降低，具有较好的推广应用价值。

附图说明：

图1为本发明所述内燃式摆动刮板泵的剖视结构原理示意图。

图2为本发明所述内燃式摆动刮板泵剖开后的右视图。

图3为本发明所述内燃式摆动刮板泵剖开后的俯视图。

具体实施方式

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下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例所述内燃式摆动刮板泵的主体结构包括内燃机主体1、飞轮2、飞轮壳3、定子配流轴4、进流质管道5、出流质管道6、压紧弹簧7、摆动刮板8、销轴9、紧固螺栓10、传动键11、曲轴12和密封圈13；飞轮2安装在飞轮壳3内，飞轮2上设有内腔，靠近内燃机主体1一侧的腔壁外部中心部位设有凹孔并制有键槽，传动键11安装在键槽内，曲轴12安装在凹孔内，飞轮2通过传动键11与曲轴12的后端连接，并与曲轴12一同转动，飞轮2远离内燃机主体1的一侧腔壁上设有与飞轮2同轴的圆孔，圆孔的内壁开槽嵌装密封圈13，防止流质从飞轮2与定子配流轴4之间渗漏；定子配流轴4装入飞轮2内腔部分并与飞轮2同轴，定子配流轴4中间部位外周设有的法兰结构通过紧固螺栓10固定连接在飞轮壳3的一侧上，飞轮壳3的另一侧固定在内燃机主体1上；定子配流轴4内通过隔板分为进流质管道5和出流质管道6两个空腔，进流质管道5和出流质管道6上分别设有与摆动刮板8两侧的进流质泵腔和出流质泵腔相通的开口，摆动刮板8的端部通过销轴9铰接在进流质管道5和出流质管道6之间的隔板上，摆动刮板8与出流质管道6腔壁之间设有压紧弹簧7，压紧弹簧7将摆动刮板8始终压靠在飞轮2的内腔壁上。

本实施例所述出流质泵腔为摆动刮板8与出流质管道6的外壁、飞轮2的内腔壁所围成的空间，进流质泵腔为摆动刮板8与进流质管道5的外壁、飞轮2的内腔壁所围成的空间。

本实施例所述内燃机主体1与传统的活塞式内燃机的主体结构相同，但内燃机的飞轮壳3、飞轮2等的结构有局部变化，便于固定和装配流质泵送结构件。

本实施例所述飞轮2的内腔外周壁面形状为内凸轮结构，为光顺的椭圆、半椭圆等多种型线或型线的组合，泵腔的形状和尺寸由型线上各点与飞轮2旋转轴线之间的距离决定，内燃式摆动刮板泵的排量由飞轮2与定子配流轴4内装段的外径决定。

本实施例所述定子配流轴4的外周为圆柱形，外周与飞轮2内腔半径最小处为小间隙配合，保证较好的密封效果，减小内部泄漏；端部壁面的形状与飞轮2靠近内燃机主体1的一侧腔壁的形状相适应，其间微小间隙配合，防止相互转动时产生摩擦，同时起到密封作用。

本实施例所述压紧弹簧7为螺旋弹簧、扭簧等各种形式中的一种。

本实施例所述摆动刮板8的一端外周呈局部圆柱状，与进流质管道5和出流质管道6之间的隔板为小间隙配合，在绕销轴9摆动时，尽量减小摆动刮板8与隔板之间的泄漏；另一端为尖顶，倾斜方向与飞轮2的转动方向相反，与飞轮2内腔壁之间完好贴合，以保证密封效果；摆动刮板8的长度大于飞轮2内腔壁型线的最大半径和最小半径之差，且飞轮2转动时，其间始终能够相对滑动，不能自锁。

本实施例所述飞轮2内腔壁型线的半径指型线上的点到旋转中心的距离。

本实施例所述内燃式摆动刮板泵工作时，将燃料燃烧热能转化输出为流体压力能，具体过程为：内燃机主体1先将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，实现曲轴12转动，再通过传动键11带动飞轮2同步转动(在附图1中为逆时针转动)，摆动刮板8在压紧弹簧7的作用下，尖顶与飞轮2的内腔壁贴合并产生刮擦，压紧弹簧7与出流质泵腔处于同侧，随着飞轮2的转动，高压流质腔变小，出流质泵腔内的高压流质从出流质管道6输出，同时将摆动刮板8进一步压向飞轮2的内腔壁，压力越高，摆动刮板8与飞轮2内腔壁之间密封效果越好；由于飞轮1内腔壁的半径变化，在飞轮2转动时，摆动刮板8绕销轴9摆动，摆动刮板8的另一侧与飞轮2的内腔壁形成进流质泵腔，随着飞轮2的转动容积变大，进流质管道5内的低压流质进入进流质泵腔，飞轮2持续转动，实现流体压力能的输出，完成了燃料燃烧热能向流体压力能的转化。