CN103216453A - 一种动压悬浮式双流动泵 - Google Patents

Abstract

一种动压悬浮式双流动泵，涉及一种无外接机械轴、磁驱动的叶片式超小型泵。本发明包含两个彼此相对隔离的流动通道，每个流动通道分别由进口，叶轮，压水室和出口构成，且流动通道的几何参数不同或相同。泵的定子镶嵌于泵壳之内、永磁体镶嵌于转子之内，它们沿径向相对布置。泵壳的内表面和转子的外表面之间存在径向间隙，在泵正常运转时可形成约束转子径向运动的液体动压支撑。每个叶轮的前盖板与对应的泵盖之间存在轴向间隙，在泵正常运转时形成约束转子轴向运动的液体动压支撑。这样，可使得转子在正常运转时悬浮于泵腔内。本发明可满足不同流量与压力的双流动使用要求，有利于在泵壳内腔中有效地形成良好的流动条件，且能提高泵的运行可靠性。

Description

一种动压悬浮式双流动泵

技术领域

本发明涉及一种动压悬浮式双流动泵，特别涉及一种适合于无外接机械轴、流体与泵的外界无接触的叶片式超小型泵，适用于体外血液循环装置、人工心脏、航空航天、精细化工和生物制药等领域的流体输送或热控制装置。

背景技术

目前使用的叶片式超小型泵按照叶轮的支承结构主要有：外接机械轴的形式，以及磁悬浮的形式。对有外接机械轴的叶片式超小型泵，由于采用机械密封或其它轴封装置，泵内的流体与泵的外部不能完全隔离，不能有效防止流体的渗漏或泵内流体与外界的接触；对使用磁悬浮的叶片式超小型泵，虽然可解决流体渗漏、泵内流体与外界接触的问题，但控制复杂，且容易在泵叶轮的后盖板侧形成滞流区。为此，ZL200710062857.6与ZL200910084273.8采用了双吸式的结构，可消除流道中的滞流区，并自动保证轴向力平衡。但由于采用了双吸式的结构，致使超小型泵轴向尺寸偏大；泵有两个进口，在诸如体外血液循环装置等场合使用时不够便利；双吸转子与泵壳之间的间隙流道较长，当作为血液泵或人工心脏使用时，血细胞会受到较大的剪切应力，容易造成溶血等。因此，双吸式结构的超小型泵在许多领域的应用会受到一定的限制。而且，对于类似于全人工心脏等使用场合，通常需要采用两台泵来提供两种不同的流动，导致机械系统过于复杂，体积庞大。这样，就需要设计一种可同时输出两种不同流量与扬程的双流动泵来满足实际工程的需求。因此，非常有必要进一步发展超小型泵技术，实现双流动或多流动的流体供给，拓展超小型泵的工程应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种动压悬浮式双流动泵，该结构除了能有效满足叶片式超小型泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触的要求外，还需要满足双流动的要求。

本发明的技术方案如下：

一种动压悬浮式双流动泵，含有泵壳、定子、转子、永磁体、第一进口、第一叶轮、第一压水室、第一出口和第一泵盖和第一叶轮前盖板，其特征在于：所述的动压悬浮式双流动泵还包括第二进口、第二叶轮、第二压水室、第二出口、第二泵盖和第二叶轮前盖板，所述的第一叶轮和第二叶轮分别安装在转子的两端；第一进口和第二进口位于同一轴线上，且与转子轴线共线；所述的第一进口、第一叶轮、第一压水室和第一出口构成第一流动通道；第二进口、第二叶轮、第二压水室和第二出口构成第二流动通道；所述的永磁体镶嵌在转子的外周上，所述的定子固定在泵壳的内表面，永磁体与定子沿径向相对布置。

本发明的另一技术特征是：所述的转子的外表面与泵壳的内表面之间存在0.03～0.3mm的径向间隙；第一叶轮前盖板与第一泵盖之间，以及第二叶轮前盖板与第二泵盖之间存在0.015～0.2mm的轴向间隙。

本发明的又一技术特征是：在所述的第一进口内靠近第一叶轮处设有第一固定支柱和第一导流肋板，并在第一叶轮的中心部位设有第一叶轮支柱；第一固定支柱经由第一导流肋板与第一泵盖连接；第一固定支柱和第一叶轮支柱沿轴向相对布置；第二泵盖内设有第二固定支柱和第二导流肋板，并在第二叶轮的中心部位设有第二叶轮支柱；第二固定支柱经由第二肋板与第二泵盖连接；第二固定支柱和第二叶轮支柱沿轴向相对布置；所述的第一叶轮支柱和第二叶轮支柱的顶端为半圆形或者圆锥形。

本发明的技术特征还在于：在转子的外表面设有液膜槽。所述的第一叶轮的几何参数与第二叶轮几何参数不同或相同。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及技术效果：①由于第一流动通道与第二流动通道在结构上彼此相对独立，可以同时供给两种不同流量、不同压力的流体，即可用一台泵实现两台泵的功能，同时满足两组流动参数的要求；②分别镶嵌于泵壳、转子内的定子和永磁体组成驱动第一叶轮和第二叶轮旋转的电机结构，有利于形成简洁而紧凑的泵组整体构造。③在结构设计上，本发明的双流动泵在泵壳的内表面和转子的外表面之间设有径向间隙，可以起到密封流体的作用，使得两个流动通道中的流动相对隔离。而且由于第一压水室与第二压水室中存在一定的压力差，使得径向间隙中的流体从高压侧朝低压侧流动，一方面消除了流动滞止，也起到间隙中流体散热的作用。当该泵作为血液泵使用时，可获得较好的生理相容性。④泵壳的内表面和转子的外表面之间存在径向间隙；第一叶轮前盖板与第一泵盖之间、第二叶轮前盖板与第二泵盖之间存在轴向间隙。当泵正常运行时，上述间隙分别形成支撑转子的径向液体动压轴承和轴向液体动压轴承，起到限制转子在泵壳内位置的作用。这些液体动压轴承既可单独使用，也可以与电机定子和转子内的永磁体组成的磁性轴承联合使用，实现转子的悬浮支承。这种具有液体动压悬浮的轴承比一般的磁悬浮轴承的自调节性能更好，从而可使泵的运转更加安全、可靠。⑤转子的外表面设有液膜槽。当泵正常运转时，泵壳内壁与转子外侧之间会形成液体膜（类似滚动轴承的“油膜”），保证动压悬浮支撑的效果。⑥由于叶轮支柱的顶端为半圆形或者圆锥形，可以减小转子在启动阶段与泵壳和泵盖的接触面积，有利于泵机组的启动。

总体上，本发明设计的动压悬浮式双流动泵除了能有效满足叶片式超小型泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触，以及转子与泵壳之间的间隙流道中的流动顺畅等要求外，主要是满足了双流动的特殊使用要求，也有利于提高超小型泵的效率，并从整体上改善流动的通畅性和泵运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种动压悬浮式双流动泵的剖视图。

图2为图1的A局部放大图。

图3为图1的B局部放大图。

图4为转子外表面的平面展开图。

图5为图1的左视图。

图中：1－第一进口；2－第一泵盖；3－第一压水室；4－第一出口；5－泵壳；6－定子；7－永磁体；8－第二压水室；9－第二叶轮前盖板；10－第二泵盖；11－第二进口；12－第二固定支柱；13－第二叶轮支柱；14－第二叶轮；15－第二出口；16－转子空腔；17－转子；18－第一叶轮；19－第一叶轮支柱；20－第一固定支柱；21－第一叶轮前盖板；22－轴向间隙；23－径向间隙；24－液膜槽；25－第一导流肋板；26－第二导流肋板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构局具体实施方式作进一步的说明。

图1为本发明提供的一种动压悬浮式双流动泵的剖视图。该泵包括第一进口1、第一泵盖2、第一压水室3、第一出口4、泵壳5、定子6、永磁体7、第一叶轮18、第一叶轮前盖板21、第二压水室8、第二进口11、第二叶轮14、第二出口15、转子17、第二泵盖10和第二叶轮前盖板9，其中第一叶轮和第二叶轮分别安装在转子两端；第一进口和第二进口位于同一轴线上，且与转子轴线共线；第一出口1和第二进口11安装在泵壳5上。

第一进口1、第一叶轮18、第一压水室3和第一出口4构成第一流动通道。第二进口11、第二叶轮14、第二压水室8和第二出口15构成第二流动通道。动压悬浮式双流动泵的两个流动通道被泵壳的中间内表面26与转子的外表面27之间形成的径向间隙23隔离，使得这两个流动通道中的流动彼此相对独立，满足两个流动通道分别输送不同流动参数流体的要求。

永磁体7镶嵌在转子17的外周上，定子6及其控制器镶嵌于泵壳5内，它们沿径向相对布置，共同形成驱动转子的电机结构。

泵壳的内表面和转子的外表面之间存在径向间隙23，且在转子的外表面设有液膜槽24，在泵正常运转时可形成约束转子17径向运动的液体动压支撑。径向间隙23根据转子的尺寸与质量调整，一般为0.03～0.3mm。

第一泵盖2与第一叶轮前盖板21之间，以及第二泵盖10与第二叶轮前盖板9之间存在轴向间隙22，在泵正常运转时可形成约束转子17轴向运动的液体动压支撑。轴向间隙亦应根据转子的尺寸与质量调整，一般为0.015～0.2mm。

第一泵盖2内设有第一固定支柱20和第一导流肋板25，并在第一叶轮18的中心部位设有第一叶轮支柱19；第一固定支柱经由第一导流肋板与第一泵盖连接，第一固定支柱20和第一叶轮支柱19沿轴向相对布置。如图1，第二固定支柱12和第二叶轮支柱13亦沿轴向相对布置。当泵受到突然的轴向扰动时，转子在轴向的位置由两个叶轮支柱约束，避免转子与泵内壁的大面积摩擦。

所述的第一叶轮支柱19靠近第一固定支柱20的顶端为半圆形或者圆锥形，所述的第二叶轮支柱13靠近第二固定支柱12的顶端为半圆形或者圆锥形。叶轮支柱相对于叶轮前盖板的轴向外表面的位置应略微凸出。

第一导流肋板25由至少2片、且相对于第一泵盖2的中心线呈轴对称布置的薄板组成，这样使得进入叶轮的液体流动更加均匀。第一叶轮18的枚数至少为2，且与第一导流肋板的片数互质。

第二导流肋板25由至少2片、且相对于第二泵盖10的中心线呈轴对称布置的薄板组成，这样使得进入叶轮的液体流动更加均匀。第一叶轮14的枚数至少为2，且与第二导流肋板的片数互质。在转子17的中心位置为转子空腔16，这样可以大幅度地减小转子的质量。

本发明从结构上保证了泵内流体与外部的隔离，实现无渗漏、无污染的高效、安全、可靠的输送。

泵的工作过程如下：

流体分别从第一进口1和第二进口11进入泵内。对于第一流动通道的流动，流体经由第一泵盖2进入第一叶轮18。流体在叶轮内受到叶片的作用而加压后，从叶轮出口逐渐汇集到第一压水室3中，并经由第一出口4排出泵外；对于第二流动通道的流动，来自第二进口11的流体经由第二泵盖10进入第二叶轮14。流体被加压后，从叶轮出口逐渐汇集到第二压水室8中，并经由第二出口15排出泵外。由于泵壳5的内表面与转子17的外表面之间的径向间隙23的间隙值很小（依据转子的尺寸与质量，取值为0.03～0.3mm），所以该间隙对两个通道中的流动起到相对隔离的作用，使得泵达到双参数流体输送的目的。

对于第一流动通道或第二流动通道，根据使用要求的流量与扬程，它们各自的叶轮及压水室的几何参数须分别计算确定。以图1所示的设计为例，第一叶轮18的叶轮外径大于第二叶轮14的外径。相应地，第一压水室3的断面尺寸亦大于第二压水室8的对应尺寸。

当泵正常运转时，径向间隙23内将充满有压流体，起到“油膜”的作用，这样形成了径向的液体动压轴承。由于第一叶轮18的叶轮外径大于第二叶轮14的外径，径向间隙23中的液体将从第一压水室朝第二压水室缓慢运动，起到散热的作用。

由图1、图2可知，第一叶轮前盖板21与第一泵盖2之间，以及第二叶轮前盖板9与第二泵盖10之间存在径向间隙23。根据转子17的瞬时位置，轴向间隙会自动调整，直至达到动态平衡状态。一旦泵受到突然的轴向扰动时，转子在轴向的位置由第一叶轮支柱19或第二叶轮支柱13约束，避免转子与泵内壁的大面积摩擦。

为了更好地强化径向间隙23的液体动压支撑效果，在转子的外表面设有液膜槽24。在泵正常运转中，转子17的运动分别受到径向与轴承的液体动压支撑，在泵壳5与泵盖围成的内腔中处于悬浮状态。

Claims (6)

1.一种动压悬浮式双流动泵，含有泵壳（5）、定子（6）、转子（17）、永磁体（7）、第一进口（1）、第一叶轮（18）、第一压水室（3）、第一出口（4）和第一泵盖（2）和第一叶轮前盖板（21），其特征在于：所述的动压悬浮式双流动泵还包括第二进口（11）、第二叶轮（14）、第二压水室（8）、第二出口（15）、第二泵盖（10）和第二叶轮前盖板（9），所述的第一叶轮（18）和第二叶轮（14）分别安装在转子（17）的两端；第一进口（1）和第二进口（11）位于同一轴线上，且与转子轴线共线；所述的第一进口（1）、第一叶轮（18）、第一压水室（3）和第一出口（4）构成第一流动通道；第二进口（11）、第二叶轮（14）、第二压水室（8）和第二出口（15）构成第二流动通道；所述的永磁体（7）镶嵌在转子（17）的外周上，所述的定子（6）固定在泵壳（5）的内表面，永磁体与定子沿径向相对布置。

2.按照权利要求1所述的一种动压悬浮式双流动泵，其特征在于：所述的第一叶轮（18）的几何参数与第二叶轮（14）几何参数不同或相同。

3.按照权利要求1所述的一种动压悬浮式双流动泵，其特征在于：所述的转子的外表面与泵壳的内表面之间存在0.03～0.3mm的径向间隙（23）；第一叶轮前盖板（21）与第一泵盖（2）之间，以及第二叶轮前盖板（9）与第二泵盖（10）之间存在0.015～0.2mm的轴向间隙（22）。

4.按照权利要求1所述的一种动压悬浮式双流动泵，其特征在于：在所述的第一进口内靠近第一叶轮处设有第一固定支柱（20）和第一导流肋板（25），并在第一叶轮的中心部位设有第一叶轮支柱（19）；第一固定支柱（20）经由第一导流肋板（25）与第一泵盖（2）连接；第一固定支柱（20）和第一叶轮支柱（19）沿轴向相对布置；第二泵盖（10）内设有第二固定支柱（12）和第二导流肋板（26），并在第二叶轮的中心部位设有第二叶轮支柱（13）；第二固定支柱（12）经由第二肋板与第二泵盖（10）连接；第二固定支柱（12）和第二叶轮支柱（13）沿轴向相对布置。

5.按照权利要求4所述的一种动压悬浮式双流动泵，其特征在于：所述的第一叶轮支柱（19）靠近第一固定支柱（20）的顶端为半圆形或者圆锥形；所述的第二叶轮支柱（13）靠近第二固定支柱（12）的顶端为半圆形或者圆锥形。

6.按照权利要求1～5任一权利要求所述的一种动压悬浮式双流动泵，其特征在于：在转子（17）的外表面设有液膜槽（24）。

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