CN106949069A - 一种刻槽轴承动压悬浮机械泵 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械泵领域，并公开了一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，包括蜗壳、上端盖、叶轮、无刷电机、防水套筒和水润滑螺旋槽推力轴承，所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道；所述无刷电机包括电机外壳、硅钢片、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒和转子转轴；所述磁钢转子的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环和带有螺旋螺的动环。本机械泵工作时，液体通过上端盖的中间进水孔，进入到电机防水套筒内，液体在电机内部形成内循环流道，不仅可以形成动压承载力，还可以带走电机产生的热量从而起到为电机散热的作用。
Description
技术领域
本发明属于机械泵领域，更具体地，涉及一种悬浮机械泵。
背景技术
从20世纪80年代开始,以微加工技术为基础的微机电系统(MEMS)逐步从实验室探索阶段进入工业应用时期。微流体系统是微机电系统中的一个主要研究方向,它具有尺寸微小、自动化、集成化以及能批量生产等特点,并且由于尺寸小,能减小流动系统中的无效体积，提高控制精度，降低能耗和试剂用量，而且机械响应速度快。因此，近年来它在流体精确控制、化学分析(如微总分析系统)、芯片冷却和微型卫星等领域中具有巨大的市场应用前景。微泵作为微流体系统中的动力源，是其核心执行器件,其工作性能与运行可靠性的优劣直接影响整个系统的工作状态。
依据微泵的工作原理，以其内部是否含有移动部件为标准，含有移动部件的为机械式微泵，反之就是非机械式微泵。离心式微泵就是根据离心力原理，利用高速旋转的叶轮叶片带动液体转动，将液体甩出，从而达到输送液体的目的。机械式离心泵作为旋转式水力机械，其运行稳定性和寿命很大程度上由轴系决定。目前，微型机械泵基本采用接触式轴承。接触式轴承大致分为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈与轴配合并一起旋转；外圈与轴承座配合，起支撑作用；滚动体将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，轴承寿命主要由滚动体的材质和形状决定。滑动轴承一般由旋转轴颈和轴套两部分组成，轴颈外圆面与轴套内圆面构成了相对摩擦的摩擦副，因此轴承寿命与摩擦副材质相关。
接触式轴承作为轴系的支撑旋转零件，在保证轴系回转精度的前提下承受着轴系的旋转摩擦、轴径向冲击等诸多负荷。除此之外，应用于微型泵中的轴承还需要浸泡于泵送工质中工作，特殊的工作环境导致轴承还需承受粘度阻力、电化学腐蚀、工质颗粒物磨损等复杂因素。为了提升微型泵的功率质量比，使得微型尺寸下的水力部件输出更多泵功，则需要进一步提高叶轮转速，导致轴承所受负载将成倍增加，机械接触式轴承由于存在以上各项原因，严重制约了微型泵的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，利用液体动压达到轴系悬浮效果的微型悬浮机械泵，可以彻底摆脱摩擦损耗，延长机械泵运转寿命。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳、上端盖、叶轮、无刷电机、防水套筒和水润滑螺旋槽推力轴承，其中，
所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；
所述无刷电机包括电机外壳、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒和转子转轴，所述电机外壳与所述蜗壳固定连接并且所述电机外壳承接所述上端盖，所述电机外壳的内侧壁上安装硅钢片，所述硅钢片远离所述电机外壳的一侧安装所述线圈，所述线圈的内壁套装用于防护线圈的所述防水套筒，所述上端盖上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入防水套筒内，所述磁钢转子位于所述电机外壳内并且所述磁钢转子固定穿装在所述转子转轴上，所述转子套筒套接在所述磁钢转子的外侧，所述转子转轴的上端穿过所述上端盖后与所述叶轮固定连接，并且所述叶轮位于所述泵腔内，所述磁钢转子的内侧壁与转子转轴的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道通过上端盖上设置的中间出水孔与所述泵腔连通，所述转子套筒的外侧壁与所述防水套筒的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；所述防水套筒的内侧壁上周向设置有多条人字槽，以使防水套筒内壁与转子套筒外壁间形成液膜，液体从人字槽端部流向人字槽中间尖部产生压力，所有人字槽的中间尖部共同配合对所述转子套筒的外侧壁形成周向的压力，从而提供稳定的径向承载力和抗震能力；
所述磁钢转子的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环和带有螺旋螺的动环，其中，位于所述磁钢转子上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的顶端面上并且其静环设置在所述上端盖的底部，位于所述磁钢转子下方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的底端面上并且其静环设置在所述防水套筒的内底面上。
优选地，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。
优选地，所述静环和动环均由硬质合金制成。
优选地，所述蜗壳与电机外壳之间设置有密封圈。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本机械泵工作时，液体通过上端盖的中间进水孔，进入到电机防水套筒内部，一部分进入上静环与上动环间的楔形空隙中，一部分进入到防水套筒内壁和转子套筒外壁形成的空隙，之后，流到下动环和下静环间的空隙，再进入转子转轴与叶轮中的间隙流道中，最后，液体全部从上端盖中心的出水孔回到蜗壳内，液体在电机内部形成内循环流道，不仅可以形成动压承载力，还可以带走电机产生的热量从而起到为电机散热的作用；
2)转子套筒外壁和周向刻有人字槽的防水套筒内壁之间形成径向液体动压滑动轴承，能提供径向承载力，限制磁钢转子的径向位移而影响机械泵的正常工作；
3)由于水润滑螺旋槽推力轴承的动环的外端面刻有螺旋槽结构，液体在上动环和上静环间由螺旋槽形成的楔形结构中产生动压，提供向下的轴向承载力。同理，下动环可以与下静环一起产生向上的轴向承载力；两对动环和静环的组合限制了磁钢转子在轴向上的位移。径向人字槽滑动轴承和上下动静环形成的螺旋槽止推轴承为磁钢转子提供了三维立体方向的承载力，从而实现磁钢转子的全自由度无接触悬浮。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的剖视示意图；
图3是本发明中上端盖的结构示意图；
图4是本发明中防水套筒的结构示意图；
图5是本发明中防水套筒内壁人字槽的轴向展开示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图5，一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，包括蜗壳1、上端盖4、叶轮2、无刷电机、防水套筒9和水润滑螺旋槽推力轴承，其中，
所述蜗壳1上设置有进水通道101和出水通道102，所述蜗壳1的内部空间作为泵腔，所述进水通道101和出水通道102分别与所述泵腔连通；
所述无刷电机包括电机外壳15、硅钢片12、线圈11、磁钢转子7、防水套筒9、转子套筒8和转子转轴10，所述电机外壳15与所述蜗壳1固定连接并且所述电机外壳15承接所述上端盖4，所述电机外壳15的内侧壁上安装硅钢片12，所述硅钢片远离所述电机外壳的一侧安装所述线圈11，所述线圈11的内壁套装用于防护线圈11的所述防水套筒9，所述上端盖4上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入防水套筒9内，所述磁钢转子7位于所述电机外壳15内并且所述磁钢转子7固定穿装在所述转子转轴10上，所述转子套筒8套接在所述磁钢转子7的外侧，所述转子转轴10的上端穿过所述上端盖4后与所述叶轮2固定连接，并且所述叶轮2位于所述泵腔内，所述磁钢转子7的内侧壁与转子转轴10的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道103，所述第一水流通道103通过上端盖4上设置的中间出水孔105与所述泵腔连通，所述转子套筒8的外侧壁与所述防水套筒9的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道104，所述第二水流通道104与所述中间进水孔106连通；所述防水套筒9的内侧壁上周向设置有多条人字槽，以使防水套筒9内壁与转子套筒外壁间形成液膜，液体从人字槽端部流向人字槽中间尖部产生压力，所有人字槽的中间尖部共同配合对所述转子套筒8的外侧壁形成周向的压力，从而提供稳定的径向承载力和抗震能力；
所述磁钢转子7的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环和带有螺旋螺的动环，其中，位于所述磁钢转子7上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环(以下称为上动环6)设置在所述磁钢转子7的顶端面上并且其静环(以下称为上静环5)设置在所述上端盖4的底部，位于所述磁钢转子7下方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环(以下称为下动环13)设置在所述磁钢转子7的底端面上并且其静环(以下称为下静环14)设置在所述防水套筒9的内底面上。
进一步，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。
进一步，所述静环和动环均由硬质合金制成。
进一步，所述蜗壳1与电机外壳15之间设置有密封圈3。
进一步，电机外壳15具有壳体和连接在所述壳体底部的下端盖16。
所述电机外壳15与所述蜗壳1通过螺栓固定连接，压紧密封圈3以防止蜗壳内液体泄漏。所述上静环5为中心开孔且与上端盖4粘连，下静环14无开孔且与防水套筒9内侧底部粘连，所述上端盖4与防水套筒9配合并设置中间进水孔，使液体可以从蜗壳1内流入电机防水套筒9内，并且上端盖4中心有中间出水孔，连通使液体可以从电机防水套筒9内流回到蜗壳1内部。所述叶轮2与转子转轴10紧密配合，转子转轴10与磁钢转子7粘连。
本机械泵工作时，液体被高速旋转的叶轮2叶片带动旋转，在蜗壳1内压力升高，液体从上端盖4中间进水孔进入防水套筒9内，然后分成两部分：一部分液体直接进入上静环5和上动环6的间隙中，通过在螺旋槽形成的楔形间隙中产生动压承载力，对磁钢转子7产生向下的推力，之后液体从上端盖4出水孔流出；另一部分液体先进入防水套筒9内壁与转子套筒8外壁之间的间隙，在防水套筒9内壁周向人字槽与转子套筒8形成的楔形间隙内形成径向动压承载力，限制磁钢转子7在径向的位移，然后进入下动环13和下静环14间的楔形间隙中，产生动压承载力，对磁钢转子7形成向上的推力。最后进入转子转轴10的第一水流通道103，并与前一部分液体汇合由上端盖4的中间出水孔105流出电机再流入蜗壳。这样一来，液体在电机中形成内循环流道，带走电机产生的热量，起到对电机散热的作用。此外，由于在径向通过人字槽限制了磁钢转子7的位移，在轴向分别提供了向下和向上的止推力，这样就能实现磁钢转子7的三维空间全自由度无接触悬浮，可以避免接触式轴承的磨损，提高微型机械泵的寿命。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳、上端盖、叶轮、无刷电机、防水套筒和水润滑螺旋槽推力轴承，其中，
所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；
所述无刷电机包括电机外壳、硅钢片、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒和转子转轴，所述电机外壳与所述蜗壳固定连接并且所述电机外壳承接所述上端盖，所述电机外壳的内侧壁上安装硅钢片，所述硅钢片远离所述电机外壳的一侧安装所述线圈，所述线圈的内壁套装用于防护线圈的所述防水套筒，所述上端盖上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入防水套筒内，所述磁钢转子位于所述电机外壳内并且所述磁钢转子固定穿装在所述转子转轴上，所述转子套筒套接在所述磁钢转子的外侧，所述转子转轴的上端穿过所述上端盖后与所述叶轮固定连接，并且所述叶轮位于所述泵腔内，所述磁钢转子的内侧壁与转子转轴的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道通过上端盖上设置的中间出水孔与所述泵腔连通，所述转子套筒的外侧壁与所述防水套筒的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；所述防水套筒的内侧壁上周向设置有多条人字槽，以使防水套筒内壁与转子套筒外壁间形成液膜，液体从人字槽端部流向人字槽中间尖部产生压力，所有人字槽的中间尖部共同配合对所述转子套筒的外侧壁形成周向的压力，从而提供稳定的径向承载力和抗震能力；
所述磁钢转子的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环和带有螺旋螺的动环，其中，位于所述磁钢转子上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的顶端面上并且其静环设置在所述上端盖的底部，位于所述磁钢转子下方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的底端面上并且其静环设置在所述防水套筒的内底面上。
2.根据权利要求1所述的一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，其特征在于，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。
3.根据权利要求1所述的一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，其特征在于，所述静环和动环均由硬质合金制成。
4.根据权利要求1所述的一种刻槽轴承动压悬浮机械泵，其特征在于，所述蜗壳与电机外壳之间设置有密封圈。
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