CN105041706B - 一种热水循环泵泵轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热水循环泵泵轴，包括泵轴本体，所述泵轴本体两端分别为蒸发端和冷凝端，泵轴本体的内部设有同轴且两端封闭的孔状内腔，孔状内腔的内壁形成有夹层结构，在夹层结构内填充能够在蒸发端与冷凝端之间流动，以传递热能的流动介质。因此，在泵轴受热时，流动介质会在蒸发端吸热蒸发，在冷凝端散热冷凝，再由烧结层的毛细结构吸回蒸发端，以此将热量沿轴向从泵轴一端传导至另一端。泵轴在孔状内腔冷凝端处装有散热风扇。传统的热水循环泵泵轴没有使用冷却结构，本发明在不影响泵体结构的情况下，对泵轴设计冷却结构，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，工作稳定，使用寿命长等特点。

Description

一种热水循环泵泵轴

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，尤其是涉及一种定向热传导的热水循环泵泵轴。

背景技术

目前在冶金、电站、化工、余热余能等领域中，大部分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。现在市场上普通的热水循环泵没有对泵轴实施冷却，这导致了泵轴将热流体的热量直接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，泵轴材料的机械性也会下降，从而导致泵轴的使用寿命减少。

现有技术对热水循环泵的改进主要是在热水循环泵泵盖上，通过改变传统外接供水管路的冷却结构等方面，从而达到节约水资源的目地，但是输送热水的温度通常低于230℃，超过这一温度，热水循环泵将无法长期稳定运行，例如CN104712549A一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，主要包括泵盖、翅片热管、冷却风扇，其特征在于泵盖上开有水平盲孔，翅片热管的蒸发端插在盲孔内，泵轴上装有用于加快翅片散热的冷却风扇。热管是由管壳、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。

该发明虽然达到了节约水资源的目的，但结构相对比较复杂，并未从内部热水循环泵泵轴进行降温，带走泵轴及泵轴周围零件的热量，从而降低泵轴传导到机械密封及轴承的温度，增加了泵运行的可靠性，以达到提高定向传热效率和安全性，避免由于高温导致的泵运行事故的目的，不具有使热水循环泵长期稳定运行的特点。

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，在不影响泵体结构的情况下，对泵轴进行设计，增加冷却结构，以带走泵轴及泵轴周围零件的热量，从而降低泵轴传导到机械密封及轴承的温度，达到定向传热，既增加了泵运行的可靠性，又使传热效率高，避免现有由于高温导致的泵运行事故。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种热水循环泵泵轴，其特征在于，包括泵轴本体，所述泵轴本体两端分别为蒸发端和冷凝端，所述泵轴本体的内部设有与所述泵轴本体同轴且两端封闭的孔状内腔，所述孔状内腔的内壁形成有夹层结构，在所述夹层结构内填充有能够在所述蒸发端与所述冷凝端之间流动，以传递热能的流动介质，

采用本步的有益效果是通过设有与所述泵轴本体同轴且两端封闭的孔状内腔，在冷凝端的温度低于蒸发端的温度时，蒸发端的冷凝液由于压力较低，吸热后容易汽化成蒸汽，在微小压差的作用下流向孔状内腔的冷凝端；在冷凝端释放出热量后又冷凝为液体，在毛细管芯的毛细力作用下重新回到蒸发端；如此反复循环，达到定向传热的目的；流动介质可根据工作需要的温度自由选择适当的液体。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述孔状内腔的内壁上形成有烧结层，所述烧结层与所述孔状内腔的内壁之间形成所述夹层结构，

采用本步的有益效果是夹层结构内部热阻很小，定向传热效率高，所以能以较小的温差获得较大的传热率。

进一步，所述泵轴本体的冷凝端设置有散热装置，

采用本步的有益效果是增加散热冷却结构，以带走泵轴及泵轴周围零件的热量，从而降低泵轴传导到机械密封及轴承的温度。

进一步，所述散热装置为散热风扇，

该散热装置可采用除散热风扇以外的其他装置，如热交换器，散热片等，但我们优选的选择散热风扇，因为在孔状内腔冷凝段处装有用于导热散热的散热风扇，有利于对泵轴在孔状内腔冷凝端处的热量进行传导，能够与空气形成强制对流，以达到较好的散热目的。

进一步，所述散热风扇通过套设于泵轴本体的冷凝端外周的紧固套箍固定。

采用本步的有益效果是紧固套箍既能够起到密封作用，防止流动介质外漏，同时紧固散热风扇，使结构更加稳定。

进一步，所述散热风扇采用轻质铝片制成，

采用本步的有益效果是铝的传热效果好，且较为轻便。

本发明工作原理：

当冷凝端的温度低于蒸发端的温度时，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孔状内腔的冷凝端；在冷凝端释放出热量后又冷凝为液体，在毛细管芯的毛细力作用下重新回到蒸发端；如此反复循环，达到传热的目的。由于该过程是相变传热，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φ，截面面积为A，泵轴长度为δ，其导热系数为λ，泵轴热源端截面温度为t₁，泵轴末端端面温度为t₂，泵轴与机械密封配合处截面温度为t₃，此截面与热源截面相距距离为l。

由傅里叶定律可知：本发明一种定向热传导的热水循环泵泵轴的总传热系数为α；加上本发明后，泵轴与机械密封配合处截面温度降为t'₃，由于α>λ,所以t'₃<t₃，泵轴达到降温效果。

本发明的有益效果是：

本发明具有结构简单、工作稳定、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，增加了泵运行的可靠性，以达到提高定向传热效率和安全性，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，使热水循环泵的使用寿命增加。另外，可以自由选择适当的液体作为流动介质，以满足不同的工作温度。

附图说明

图1为本发明具体实施例所述的一种热水循环泵泵轴的局部放大图；

图2为本发明具体实施例所述的一种热水循环泵泵轴的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、泵轴本体，

2、孔状内腔，

21、蒸发段，

22、冷凝段，

3、烧结层，

4、紧固套箍，

5、散热风扇。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明包括泵轴本体，泵轴本体两端分别为蒸发端和冷凝端，泵轴本体的内部设有与泵轴本体同轴且两端封闭的孔状内腔，孔状内腔的内壁形成有夹层结构，在夹层结构内填充有能够在蒸发端与冷凝端之间流动，以传递热能的流动介质，在冷凝端的温度低于蒸发端的温度时，蒸发端的冷凝液由于压力较低，吸热后容易汽化成蒸汽，在微小压差的作用下流向孔状内腔的冷凝端；在冷凝端释放出热量后又冷凝为液体，在毛细管芯的毛细力作用下重新回到蒸发端；如此反复循环，达到定向传热的目的；流动介质可根据工作需要要的温度自由选择适当的液体；本发明孔状内腔的内壁上形成有烧结层，烧结层与孔状内腔的内壁之间形成夹层结构，夹层结构内部热阻很小，定向传热效率高，所以能以较小的温差获得较大的传热率；本发明在泵轴本体的冷凝端设置有散热装置，以带走泵轴及泵轴周围零件的热量，从而降低泵轴传导到机械密封及轴承的温度；本发明散热装置为散热风扇，该散热装置可采用除散热风扇以外的其他装置，如热交换器，散热片等，但我们优选的选择散热风扇，因为在孔状内腔冷凝段处装有用于导热散热的散热风扇，有利于对泵轴在孔状内腔冷凝端处的热量进行传导，能够与空气形成强制对流，以达到较好的散热目的；本发明散热风扇通过套设于泵轴本体的冷凝端外周的紧固套箍固定，紧固套箍既能够起到密封作用，防止流动介质外漏，同时紧固散热风扇，使结构更加稳定；本发明散热风扇采用轻质铝片制成，铝的传热效果好，且较为轻便。

实施例：

参见图1和图2，一种热水循环泵泵轴，其特征在于，包括泵轴本体1，所述泵轴本体1两端分别为蒸发端21和冷凝端22，所述泵轴本体1的内部设有与所述泵轴本体1同轴且两端封闭的孔状内腔2，所述孔状内腔2的内壁形成有夹层结构，在所述夹层结构内填充有能够在所述蒸发端21与所述冷凝端22之间流动，以传递热能的流动介质，

所述孔状内腔2的内壁上形成有烧结层3，所述烧结层3与所述孔状内腔2的内壁之间形成所述夹层结构。

所述泵轴本体1的冷凝端22设置有散热装置。

所述散热装置为散热风扇5。

所述散热风扇5通过套设于泵轴本体1的冷凝端22外周的紧固套箍4固定。

所述散热风扇5采用轻质铝片制成。

具有极高传热效率的泵轴本体1将热量向外传递，从而保证了机械密封正常运行。泵轴本体1在孔状内腔2冷凝端22处装上用于导热散热的散热风扇5，从而将冷凝端22的热量导出，与外界空气形成强制对流冷却，另外散热风扇5由轻质铝片制成，利于导热。散热风扇5由紧固套箍4固定在泵轴本体1上。

泵轴本体1的热流量为φ，将泵轴本体1抽象成一个等截面圆柱体，视为一维稳态导热问题。泵轴本体1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φ，截面面积A为0.00145m²，泵轴本体1长度δ为0.488m，其导热系数λ为26.8W/(m₂.K)，泵轴热源端截面温度t₁＝300℃，泵轴本体1末端端面温度t₂为50℃，泵轴本体1与机械密封配合处截面温度为t₃，此截面与热源截面相距距离l为0.114m。由傅里叶定律可知：代入数据得φ＝20W，t₃＝293.2℃。本发明一种定向热传导的热水循环泵泵轴的总传热系数α为583.6W/(m₂.K)。使用本发明后，泵轴与机械密封配合处截面温度降为t'₃，代入数据得t'₃＝151.5℃。可见，本发明使泵轴温度显著降低了

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种热水循环泵泵轴，其特征在于，包括泵轴本体，所述泵轴本体两端分别为蒸发端和冷凝端，所述泵轴本体的内部设有与所述泵轴本体同轴且两端封闭的孔状内腔，所述孔状内腔的内壁形成有夹层结构，在所述夹层结构内填充有能够在所述蒸发端与所述冷凝端之间流动，以传递热能的流动介质，所述孔状内腔的内壁上形成有烧结层，所述烧结层与所述孔状内腔的内壁之间形成所述夹层结构，所述泵轴本体的冷凝端设置有散热装置，所述散热装置为散热风扇，所述散热风扇通过套设于泵轴本体的冷凝端外周的紧固套箍固定。

2.根据权利要求1所述的一种热水循环泵泵轴，其特征在于，所述散热风扇采用轻质铝片制成。