CN1061836A - 一体化的离心泵和电机 - Google Patents

Abstract

一种一体化的离心泵和电机装有一个叶轮轮盘， 该叶轮轮盘包含有永久磁铁并且作为一无刷式直流 电机的转子。该转子由无接触径向轴承支撑并且使 转子的任何轴向流体推力得以平衡，结果是在工作 时，旋转部件与静止部件之间没有接触。在普通情况 下，需要一根穿入泵壳体的轴，并且需要密封，但是， 本发明由于叶轮轮盘也是电机的转子，所以不需要 轴。结果使泵的结构紧凑，并可在变速情况下电控。

Description

本发明总的来说涉及电驱动的流体泵，更准确地说涉及电驱动的无轴封的离心泵。

离心式流体泵在液力和气动领域是众所周知的。通常，这类泵包括一个电机，由该电机驱动的轴及安装在该轴上的流体叶轮。总地来说，通过流体入口或吸入口将流体输送到叶轮的中心或轮毂上。叶轮上的若干叶片通常自轮毂以螺旋形轨迹向外伸出且支撑在叶轮轮盘之间，该轮盘连同叶片一起形成泵送通道。转子封装在一壳体内，壳体开有将工作流体从入口引导到轮毂或诱导轮上的通道，而诱导轮又将工作流体引导到叶片和轮盘之间的泵送通道中。叶轮的离心作用驱使工作流体向外进入叶轮轮盘圆周上的扩散器中，经过扩散器流体进入一个蜗形室并从该蜗形室输送到泵的排出口。

支撑叶轮的电机轴需要轴承，有时该轴承可由工作流体润滑，但是，在大多数情况下，由于工作流体与润滑液不能溶为一体而需要分开，所以上述轴承需要单独的润滑。就一切情况而论，需要密封来阻止插入泵壳体内的叶轮轴周围的工作流体的泄漏。在使用了一段时间以后，轴承可能在允许旋转轴有径向位移的地方产生磨损，这样，引起了磨损的加快和轴封的磨损，并导致了工作流体从泵壳体向外泄漏。

现有的离心泵存在着上述缺陷。这样，很明显，需要提供一种改进的方案去直接克服上述一个或更多的缺点，以获得更多的优点。因此，根据本发明将提供一种更理想的改进的方案，它的所有特征将在下文中详细地描述。

本发明的一个特征通过提供一种叶轮轮盘来实现，该叶轮轮盘在离心式流体泵中用作无刷式直流电机的转子。它包括：一个轮毂部分：至少一个装有永久磁铁的盘形轮盘;若干个从所述轮毂向外伸出并且固定在所述轮盘的一个表面上的叶片，该若干叶片形成了若干流体泵送通道;以及将流体输送到上述泵送通道的装置。

包含有叶轮轮盘的泵显示出一种新的结构，在该结构中，轮毂部分包括用于通过定子线圈和叶轮轮盘中的通路使流体从一个或更多的入口流到泵送通道的诱导轮装置。叶轮可由所设置的环来实现轴向液力的平衡，该环用于关闭定子线圈和叶轮之间的部分间隙，结果是在该间隙中产生一个压力。

下面将结合附图对本发明进行详细地描述，从而使上述特征和其它特征更为清楚。

附图1是本发明离心泵的一个实施例的正剖视图;

附图2是本发明离心泵的另一个实施例的正剖视图;

附图3是沿图1所示泵中的线3-3所剖的部分零件视图。

图1是本发明泵的一个实施例的横断面图。由图1可看出，该图在横向对称于由图中中心线所表示的垂直中心平面。壳体10有一个入口11和一个出口12，它们通过诱导轮装置18、叶轮轮盘15、无叶片旋转扩散器24和蜗形室13而连接起来。泵送的流体进入入口11之后分开;经过诱导轮装置18的两边;并通过泵送通道55（见附图3）而经过两个叶轮轮盘15之间;再经过无叶片旋转扩散器24;然后进入蜗形室13再到达出口12，上述泵送通道55是相邻的叶轮叶片21和叶轮轮盘15之间的空间而形成的，叶轮叶片21设置在叶轮轮盘15之间。在扩散器24和蜗形室13之间，一少部分高压流体反馈到轴向推力平衡通道45中。这些狭窄的通道为转子轮盘15在定子14之间的旋转提供了所需的间隙。并通过反馈流体的输入而提供了液力平衡以抵消转子15的任何轴向推力，从而使转子15保持在定子14之间的中心位置上。轴向止推平衡环16设置在平衡通道45中的定子屏蔽壳17的表面上或设置在壳体10的突出部位。由于叶轮轮盘15和定子屏蔽壳17或壳体10之间的轴向间隙很窄，因此，这些平衡环就使得平衡通道45中的流体压力增加，从而增加了轴向推力的平衡性能。

由于在某些情况下，定子14不能封住或包住，因此就需要提供一种替换方案来放置轴向止推平衡环16。在这种情况下，有必要在壳体10的凸出部位放置轴向止推平衡环16。壳体10的每一半边有一环形凹槽33，定子14固定在该槽中。此外，所构成的回流通道20保证了在非设计流速下使诱导轮动作平稳。

包括诱导轮装置18、轮盘15、叶轮叶片21和旋转扩散器24的转子装置支撑在轴颈上，该轴颈设置在轮盘15的管状轴向延伸部分的外侧，轮盘15的管状轴向延伸部分位于径向磁铁轴承35和辅助轴承40内。工作时，转子由径向磁铁轴承35支撑，轴承35和转子之间有一个足够大的间隙为转子提供了无接触轴承支撑。倘若磁铁轴承35不能支撑转子，那么，辅助轴承40仅为随之而来的转子紧急停止作备用，轴承40和转子之间有一个比磁铁轴承35和转子之间小的间隙。

每一个叶轮轮盘15包含有一个沿圆周排列的无刷式直流电机的转子所需要的永久磁铁，当该永久磁铁用来和装有线圈的定子14一起发生联系时，该磁铁为作为电机而运转提供了电流连通。由于叶轮轮盘15装有永久磁铁，并且轮盘15支撑在径向磁铁轴承35和辅助轴承40上，所以就不需要穿入壳体10的任何传动轴，这样也就不需要为了密封由于轴磨损而最终导致泄漏的旋转轴封。

图2所示为本发明泵的另一个实施例，在此例中，壳体10由几个部分组成，并且有两个入口11。此外在所有其它方面，泵在功能上是相同的。由于这一原因，各元件的编号和图1所用的编号相同。

图3所示为图1中沿线3-3的壳体和转子的局部正剖视图。叶片21固定在轮盘15上。诱导轮装置18将流体输送到叶片上，叶片通过叶轮轮盘15和叶片21所形成的泵送通道55将流体径向朝外泵出。扩散器24由两个轮盘15之间的径向表面的空间所形成，叶片21占据着该径向表面。从扩散器24出来的被增压的流体穿过蜗形室13而被带走。

对于一个给定的泵的应用的特殊设计参数，可通过压力和体积的要求、空间的限定、工作流体的特性和所希望的出口和入口的方位来确定。这些是为确定下述参数所要考虑的问题，它们是：叶轮轮盘15的直径、轮盘之间的间距和叶轮叶片21的宽度、所需扩散器24的尺寸、诱导轮装置18的尺寸、泵壳体10的尺寸和形状、以及为保证在非设计流速下诱导轮动作平衡所配置的回流通道20的尺寸。定子14和叶轮轮盘15要按照所需要的泵功率相匹配。定子14是否需要密封在屏蔽壳17内，这取决于工作流体是否适合于定子。

本发明所给出的一体化离心泵和电机的优点是：结构紧凑，在变速情况下具有电控的能力，有一不需要密封的无轴转子、在工作时，提供了无接触径向轴承支撑，转子上的流体轴向推力得以平衡。当泵送可压缩的流体或不可压缩的流体，都可获得上述这些优点。

Claims (3)

1、一种在离心流体泵中用作无刷式直流电机转子的叶轮，包括：

一个轮毂部分；

至少一个装有永久磁铁的盘形轮盘；

由若干个从所述轮毂部分向外伸出并固定在所述轮盘的一个表面上的叶片所形成的若干泵送通道；在所述的轮毂和所述轮盘之间至少有一个通路；

在所述的通路中有一个或多个诱导轮，所述的诱导轮包括和所述叶轮叶片分开的若干泵送元件。

2、一种离心泵，包括：

一个壳体，包括有和入口及出口相通的内腔;

一个盘形叶轮，包括有安装在该叶轮中的永久磁铁，所述的叶轮支撑在所述的内腔中，并相对一轴线旋转，从而泵送工作流体;

一个用来驱动所述叶轮使其旋转的电机定子线圈。所述定子线圈排列在所述叶轮的一边，这样在所述叶轮与定子线圈之间构成一个间隙，用以接收少量泵送的流体;

一个安装在所述间隙中的环，用于限制泵送到该间隙中的工作流体的流量，从而为所述叶轮提供轴向的液力平衡。

3、根据权利要求2所述的离心泵，其特征在于该泵还包括有第二个电机定子线圈和第二个环;所述的叶轮安装在第一和第二定子线圈之间，并且所述第二个环安装在所述的第二电机定子线圈和所述叶轮之间的第二间隙内，所述的第二个环用于限制泵送到该第二个间隙内工作流体的流量。

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