CN104879315A - 一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，属于水泵技术领域。主要包括泵轴、热管、套筒联轴器、散热风扇，其特征在于泵轴为分段泵轴，分为两段，由套筒联轴器连接。两段泵轴内均开有同轴盲孔，热管的蒸发端插在近叶轮端泵轴的同轴盲孔内，热管的冷凝端插在另一泵轴的同轴盲孔内，泵轴在热管冷凝端处装有用于导热散热的散热风扇。传统的热水循环泵泵轴没有使用冷却装置，本发明在不影响泵体结构的情况下，对泵轴进行降温冷却，带走泵轴及泵轴周围零件的热量，增加了泵运行的可靠性，同时具有传热效率高，易加工制造的特点。

Description

一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，尤其是涉及一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴。

背景技术

在冶金、电站、化工、余热余能等领域中会需要使用水泵用于系统中管路或封闭回路中的热水循环。

普通的热水循环泵没有对泵轴实施冷却，这导致泵轴将热流体的热量由叶轮处向后传导至机械密封和轴承上，增加了机械密封和轴承的工作温度，易发生端面磨损，使得循环泵不能保持稳定运行；此外，在高温下，泵轴材料的机械性能会下降，减少了泵轴的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了对热水循环泵泵轴进行降温，从而降低泵轴传导到机械密封及轴承的温度，避免由于高温导致的泵运行事故。

为达到上述目的，本发明的采用以下技术方案：一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述泵轴为分段泵轴，所述分段泵轴分为两段，由套筒联轴器连接；所述泵轴内设有同轴盲孔，所述同轴盲孔中插有热管，热管的蒸发端插在泵轴近叶轮端的同轴盲孔内，热管的冷凝端插在泵轴另一端的同轴盲孔内。

热管具有极高的传热效率，是由管壳、吸液芯即管芯和传递热能的工作液体即工质等组成一个高真空封闭系统，凭借封闭系统内的工作介质反复发生相变而进行热量传递的一种高效传热元件，其工作原理是：当冷凝端的温度低于蒸发段的温度时，蒸发端的冷凝液由于压力较低，吸热后很容易汽化成蒸汽，并在微小压差的作用下流向热管的冷凝段；在冷凝端释放出热量后又冷凝为液体，在吸液芯的毛细力作用下重新回到蒸发段；如此反复循环，达到传热的目的；由于该过程是相变传热，热管内部热阻很小，所以能以较小的温差获得较大的传热率 。

将泵轴抽象成一个等截面圆柱体，视为一维稳态导热问题，泵轴与叶轮配合端视为热源，稳定输入热量；视热量仅沿轴向向后传播，热流量为                                               ，截面面积为，泵轴长度为，其导热系数为λ，泵轴热源端截面温度为，泵轴末端端面温度为，泵轴与机械密封配合处截面温度为，此截面与热源截面相距距离为。

由傅里叶定律可知：，；热管的功率为，热管总传热系数为；选用热管的功率，加上热管后，泵轴与机械密封配合处截面温度降为，，由于,所以，泵轴达到降温效果。

进一步的，所述热管与同轴盲孔为间隙配合,泵轴内的同轴盲孔内壁与热管之间填充有传热铜粉，泵轴的热量可以通过传热铜粉传递到热管的表面；传热铜粉使热管与同轴盲孔内壁之间形成了一种柔性连接，一方面削弱了在泵运行中，同轴盲孔内壁面的震动对热管的影响，另一方面大大降低了同轴盲孔的制造精度，便于其加工制造。

进一步的,所述泵轴内的同轴盲孔在其开口处与所述热管之间安放有密封环，密封环可以避免传热铜粉的外泄。

进一步的，所述泵轴在热管冷凝端处固定有散热风扇，散热风扇对泵轴在热管冷凝端处的热量进行传导，并与空气形成强制对流，达到散热目的。

进一步的，所述同轴盲孔与所述热管间隙为1mm。

进一步的，所述冷却风扇采用轻质铝片制成，铝传热效果更好，更轻。

    进一步的，所述热管采用钛合金制成，所述热管的工作温度很高，满足了热水循环泵输送不同温度介质的要求。

因此，本发明具有结构简单、易加工制造、传热效率高等突出特点，有效降低了泵轴传导到机械密封及轴承的温度，避免由于泵轴高温导致的泵运行事故，保证了热水循环泵长期稳定地运行；另外，可以选择适当工质的热管，以满足不同的工作温度。

附图说明

图1为使用本发明的一种热水循环泵泵轴的剖视图。

图2为泵轴的主视图。

图3为泵轴的传热模型图。

图4为热水循环泵的结构示意图。

图1中标号名称：1.泵轴，2.传热铜粉，3.热管，4.同轴盲孔，5.套筒联轴器，6.密封环，7.紧固套箍，8.散热风扇，9.蒸发端，10.冷凝端。

图4中标号名称：11.叶轮，12.联轴器。

具体实施方式

本发明的具体实施方式是，如图1、2、3、4所示，一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，泵轴1为分段泵轴，分为两段，由套筒联轴器5连接。泵轴1内设有同轴盲孔4，将热管3插入同轴盲孔4中，使热管3的蒸发端9与同轴盲孔4近叶轮11的一段内壁形成间隙配合，使热管3的冷凝端10与同轴盲孔4另一段内壁形成间隙配合，将传热铜粉2填充在同轴盲孔4内壁与热管3之间的间隙中，并且同轴盲孔4在其开口处与热管3之间安放密封环6，泵轴1在热管3冷凝端10处装有用于导热散热的散热风扇8，冷却风扇8由紧固套箍7固定在泵轴1上。

如图1所示，具有极高传热效率的热管3可以非常有效地将泵轴1的热量向外传递，从而保证了机械密封正常运行，热管3可以采用钛合金制的热管，这种热管的工作温度很高，满足了热水循环泵输送不同温度介质的要求。

如图1所示，为了避免因泵轴1上的同轴盲孔的加工误差而造成热管3与同轴盲孔内壁之间的局部接触贴合，我们可以使同轴盲孔4内径尺寸稍大于热管3外径尺寸约1mm，从而形成微量的间隙，然后在间隙中填充细微的传热铜粉2，并且同轴盲孔4在其开口处与热管3之间安放密封环6。这样就可以消除同轴盲孔4和热管3之间的间隙，确保两者能紧密贴合，形成柔性连接，一方面削弱了在泵运行中，同轴盲孔4内壁面的震动对热管3的影响，另一方面可降低同轴盲孔4的加工精度，同时提高了同轴盲孔与热管之间的传热效率。

如图1所示，泵轴1在热管3冷凝端10处装上用于导热散热的散热风扇8，从而将热管的冷凝端的热量导出，与外界空气形成强制对流冷却，另外散热风扇8由轻质铝片制成，利于导热，散热风扇8用紧固套箍7固定在泵轴1上。

如图3所示，泵轴的热流量为，热管的选用由热管功率确定。将泵轴抽象成一个等截面圆柱体，视为一维稳态导热问题，泵轴与叶轮配合端视为热源，稳定输入热量，视热量仅沿轴向向后传播，热流量为，截面面积为0.00145m²，泵轴长度δ为0.488m，其导热系数λ为26.8，泵轴热源端截面温度=300度，泵轴末端端面温度为50度，泵轴与机械密封配合处截面温度为，此截面与热源截面相距距离为0.114m；由傅里叶定律可知：，，代入数据得=20W，=293.2度；选用热管的功率为66W，热管总传热系数为583.6；选用热管的功率，加上热管后，泵轴与机械密封配合处截面温度降为，，代入数据得=151.5度，可见，加上热管后泵轴温度显著降低了。

如图4所示，泵轴1组装好后没有影响热水循环泵泵体原有的结构，泵轴1与泵体其他零件的装配步骤与行业内的习惯装配步骤相一致，在完成泵轴与泵体的装配后，再安装散热风扇8，最后安装联轴器12。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述泵轴为分段泵轴，所述分段泵轴分为两段，由套筒联轴器连接；所述泵轴内设有同轴盲孔，所述同轴盲孔中插有热管，热管的蒸发端插在泵轴近叶轮端的同轴盲孔内，热管的冷凝端插在泵轴另一端的同轴盲孔内。

2.如权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述热管与同轴盲孔为间隙配合,泵轴内的同轴盲孔内壁与热管之间填充有传热铜粉，泵轴的热量可以通过传热铜粉传递到热管的表面；传热铜粉使热管与同轴盲孔内壁之间形成了一种柔性连接，一方面削弱了在泵运行中，同轴盲孔内壁面的震动对热管的影响，另一方面大大降低了同轴盲孔的制造精度，便于其加工制造。

3.如权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述泵轴内的同轴盲孔在其开口处与所述热管之间安放有密封环，密封环可以避免传热铜粉的外泄。

4.如权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述泵轴在热管冷凝端处固定有散热风扇，散热风扇对泵轴在热管冷凝端处的热量进行传导，并与空气形成强制对流，达到散热目的。

5.如权利要求2所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述同轴盲孔与所述热管间隙为1mm。

6.如权利要求4所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述冷却风扇采用轻质铝片制成，铝传热效果更好，更轻。

7.  如权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵轴，其特征在于：所述热管采用钛合金制成，所述热管的工作温度很高，满足了热水循环泵输送不同温度介质的要求。