CN107013470A - 一种轴流泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种轴流泵。为了解决现有的常规轴流泵在工作过程中，存在流体泄露以及壳体内部流体阻力大、工作效率低的问题，本发明公开了一种轴流泵。该轴流泵包括叶轮、叶轮外壳以及驱动线圈；叶轮的圆周方向设有多个叶片，并且叶片的尖部设有磁体；驱动线圈沿圆周方向均布在叶轮外壳的外圆周上，驱动线圈中通有直流电，并且靠近叶轮外壳一侧的导线沿叶轮的轴线方向设置。此时，通有直流电的驱动线圈在叶片尖部的磁体产生的磁场中产生安培力，并根据反作用力的原理驱动叶片带动叶轮转动。这样省去了常规轴流泵中对于电机以及长尺寸传动轴的使用，降低了对泵体内部流体的阻力以及避免了沿传动轴泄露的问题。

Description

一种轴流泵

技术领域

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种轴流泵。

背景技术

轴流泵是一种依靠叶轮的旋转带动叶片对流体产生作用力，从而对流体进行沿轴线方向输送的泵。目前，现有的常规轴流泵主要有两种结构形式：一种是弯管式轴流泵，一种是一体式轴流泵。

弯管式轴流泵，是一款采用弯管式出水管道的轴流泵。该弯管式轴流泵中的传动轴尺寸较长并且与出水管道成一定夹角设置。传动轴的一端与叶轮连接，另一端沿轴向延伸并穿过出水管道通过联轴器与电机连接。由于该轴流泵的传动轴穿过出水管道，所以在传动轴与出水管道的连接位置设有动态密封件，用于防止出水管道内的流体沿传动轴发生外泄，但是密封件长时间受到传动轴的摩擦，极易出现磨损破坏，如果不能及时发现并更换则会造成流体的泄露。

一体式轴流泵，是将电机置于壳体内部，并通过电机的输出轴直接与叶轮进行固定连接。这样，虽然省去了传动轴的安装，避免了流体沿传动轴发生泄漏的风险，但是，由于在壳体内部电机的存在，导致壳体内部流体的流动阻力大大增加，效率降低。同时，由于受到轴流泵整体尺寸的限制，无法使用可以输出大功率的大尺寸电机，因此又限制了轴流泵对流体的输出做功。

发明内容

为了解决现有的常规轴流泵在工作过程中，存在流体泄露以及壳体内部流体阻力大、工作效率低的问题，本发明提出了一种全新的轴流泵。该轴流泵，包括泵体、导叶、主轴、主轴套筒、叶轮、叶轮外壳以及驱动线圈；其中，所述主轴套筒通过所述导叶固定在所述泵体内部，并且所述主轴套筒的中心轴线与所述泵体的中心轴线对齐；所述主轴的一端位于所述主轴套筒的内部，另一端与所述叶轮连接，并且与所述叶轮同步转动；所述叶轮的圆周方向设有多个叶片，并且所述叶片的尖部设有磁体；所述驱动线圈沿圆周方向均布在所述叶轮外壳的外圆周上，所述驱动线圈中通有直流电，并且靠近所述叶轮外壳一侧的导线沿所述叶轮的轴线方向设置。

优选的，沿所述叶轮外壳圆周方向均布有多个独立的线圈槽，用于安装所述驱动线圈。

进一步优选的，每一个所述驱动线圈由单独的一根导线绕成；每一个所述线圈槽中设有两个金属触点，通过多根导线将相邻两个所述线圈槽之间的金属触点依次连接，并保留两个位于不同线圈槽中相邻的金属触点作为自由端；所述驱动线圈嵌入所述线圈槽后，所述驱动线圈的导线两端分别与所述线圈槽中的两个金属触点连接，并且将作为自由端的两个金属触点与外界电源进行连接。

优选的，所述磁体采用如硼磁铁，并且所述磁体的一个磁极与所述叶片的尖部连接，另一个磁极位于悬空状态，指向所述驱动线圈。

进一步优选的，所述叶轮外壳采用非金属材质加工，用于防止磁屏蔽。

优选的，所述主轴与所述主轴套筒之间通过推力轴承连接。

进一步优选的，沿流体的流动方向，在所述主轴套筒的尾部设有套筒后整流罩，在所述主轴套筒的前端与所述主轴之间设有密封件。

优选的，所述叶片与所述叶轮为可拆卸式固定连接。

优选的，所述叶轮的前端位置设有叶轮部件整流罩。

本发明的轴流泵与常规轴流泵相比较，具有以下有益效果：

1、本发明的轴流泵通过在叶片的尖部位置设置磁体以及在叶轮外壳的外圆周上设置驱动线圈，利用通电导线在磁场中产生安培力的原理以及反作用力的原理，驱动线圈对设有磁体的叶片产生驱动力，进而带动叶轮旋转。这样，不仅省去了一体式轴流泵中的电机部件，减少了电机位于轴流泵内部时，由于电机对轴流泵内部空间的占用而引起的流体阻力，而且省去了弯管式轴流泵中用于连接电机和叶轮的长尺寸传动轴，避免了流体沿传动轴发生泄漏的问题。此外，由于本发明中轴流泵的主轴不再传递动力，只是作为支撑作用，因此主轴不仅受力减小，可以延长其使用寿命，而且外形尺寸减小，可以完全置于泵体内部。这样不仅解决了流体沿主轴发生外泄的问题，而且大大减小了主轴在泵体内部占用的空间，减少了对流体的阻力，提高了水力效率。

2、本发明通过将磁体设置在叶片的尖部位置，使磁体产生的磁场可以均匀的覆盖在叶轮的整个外圆周上，从而在与驱动线圈的相互作用下，产生了驱动叶轮转动的稳定作用力，保证叶轮转动的稳定性。而且由于该作用力直接作用在叶片的尖部位置，因此用于驱动叶轮转动的作用力半径不再是主轴半径，而是位于叶片尖部的磁体距离主轴中心线的距离。这样在保持驱动力矩大小不变的情况下，叶轮转动所需的驱动力大大降低。因此，在相同扬程和流量的情况下，本发明轴流泵的耗电量将会减少，更加节能省电，从而获得更高的工作效率。

附图说明

图1为本发明轴流泵的结构示意图；

图2为图1中F-F方向的局部剖面示意图；

图3为电流、磁场以及安培力三者之间的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细介绍。

结合图1和图2所示，本发明的轴流泵，包括叶轮外壳1、泵体2、叶轮3、导叶4、主轴套筒5、主轴6以及驱动线圈7。其中，叶轮外壳1与泵体2沿流体在轴流泵内部的流动方向固定连接。并且，在叶轮外壳1的自由端设有进水喇叭8，作为流体进入轴流泵的进口。在泵体2的自由端设有基础环9，用于连接中间管10，进而通过中间管10与出水管道11连接。叶轮3位于叶轮外壳1的内部，导叶4位于泵体2内部。通过进水喇叭8流入叶轮外壳1内部的流体，在叶轮3的作用下，沿叶轮3的轴线方向流至泵体2内部，并且最终在导叶4的引流导向作用下，穿过中间管10进入出水管道11。在本发明中，根据轴流泵的安装工况和使用工况，出水管道11既可以选用直管道，也可以选用弯管道。

主轴套筒5位于泵体2的内部，通过导叶4与泵体2固定连接，并且主轴套筒5的中心轴线与泵体2的中心轴线对齐。主轴6的一端位于主轴套筒5的内部，另一端伸出与叶轮3连接，并且可以与叶轮3同步转动。在叶轮3的圆周方向上均匀设置有多个叶片12，并且在叶片12的尖部位置设有磁体13。同时，在叶轮外壳1的外圆周上设有驱动线圈7，其中驱动线圈7中通有直流电，并且驱动线圈7中靠近叶轮外壳1一侧的导线沿叶轮3的轴线方向设置。在本发明中，主轴6与主轴套筒5之间通过两组推力轴承14连接，叶轮3与主轴6之间通过连接键15固定连接。这样，在两组推力轴承14的支撑作用下以及连接键15的连接作用下，叶轮3和主轴6可以相对与主轴套筒5进行灵活的同步转动。

优选的，在本发明中，叶片12与叶轮3之间采用可拆卸式固定连接，例如采用螺栓进行固定连接。这样，不仅便于对叶片12进行单独加工，尤其是针对型线复杂的叶片12加工，从而保证叶片12的尺寸精度，而且还可以根据轴流泵的设计要求和使用要求，对叶片12的安装数量以及叶片12与叶轮3之间的安装角度进行灵活调整，从而满足轴流泵的更多使用工况，提高轴流泵的使用效率。

优选的，在叶轮外壳1的外圆周方向上均布有多个独立的线圈槽16，用于安装和固定驱动线圈7。在每一个线圈槽16中还设有两个金属触点17，并且通过多根导线将相邻两个线圈槽16之间的金属触点17依次连接，其中保留两个位于不同线圈槽16中相邻的金属触点17作为自由端。同时，位于每一个线圈槽16内部的驱动线圈7，都是由单独的一根导线绕制而成，并且驱动线圈7中靠近叶片12一侧的导线都是沿叶轮3的轴向布置。这样，将驱动线圈7嵌入线圈槽16后，将驱动线圈7的导线两端分别与线圈槽16中的两个金属触点17连接，同时将作为自由端的两个金属触点17通过两根单独的导线与外界的电源进行连接。

此时，通过金属触点17和相邻线圈槽16之间的导线，将所有独立的驱动线圈7串联为一个环形整体，并且安装驱动线圈7时，使所有驱动线圈7中靠近叶片12一侧导线中的电流方向都是沿叶轮3轴线的同一方向。这样，不仅便于驱动线圈7与线圈槽16之间安装固定，而且通过对独立的驱动线圈7进行单独检测，可以快速锁定损坏位置并进行快速替换，从而减少驱动线圈7的替换工作量，提高工作效率，降低维护成本。

另外，还可以将线圈槽16与叶轮外壳1之间采用分体式安装结构。首先将每一个单独的驱动线圈7固定在每一个单独的线圈槽16内，然后根据轴流泵的设计要求，通过螺栓连接的方式将不同数量的线圈槽16固定在叶轮外壳1的外圆周上。这样，不仅便于叶轮外壳1的加工制造，而且便于对线圈槽16和驱动线圈7进行快速地拆装替换。

优选的，位于叶片12尖部的磁体13采用如硼磁铁材质。由于如硼磁铁具有很好的可塑性，因此可以针对不同型线的叶片12，通过粉末冶金的方法压型烧结成不同外形结构的磁体13。并且在叶片12的尖部开设固定槽，对磁体13进行镶嵌固定，使磁体13固定在叶片12的整个尖部区域。此外，在安装固定磁体13时，将磁体13的一个磁极与叶片12的尖部固定连接，另一个磁极位于悬空状态，并且指向驱动线圈7。例如，将磁体13中的S极与叶片12固定连接，将磁体13中的N极指向驱动线圈7，这样可以使叶片12的尖部产生指向驱动线圈7方向的发散磁场。

进一步优选的，叶轮外壳1采用非金属材质加工，例如采用硅钢或氧化铁。这样，可以防止叶轮外壳1对位于叶片12尖部的磁体13产生磁屏蔽，从而保证磁体13所产生的磁场可以直接穿过叶轮外壳1作用在驱动线圈7处，并且保持较强的磁场强度。另外，为了避免在叶轮3的旋转过程中，轴流泵中的其他部件发生切割磁场，进而产生并存在感应电流，在轴流泵工作前，将靠近叶轮3的泵体2和进水喇叭8通过导线与地面连接，从而保证轴流泵在运行过程的安全。

此外，沿流体在轴流泵内部的流动方向，在主轴套筒5的尾部位置设有套筒后整流罩18，在主轴套筒5的前端与主轴6之间设有密封件19，这样可以使主轴套筒5的内部形成一个相对密闭的空间。其中，密封件19可以选用毡圈密封，用于对主轴6和主轴套筒5之间的间隙进行密封，防止流体介质大量进入主轴套筒5内部对推力轴承14造成破坏以及对流体产生水力损失，从而保证在推力轴承14对主轴6的稳定支撑作用下，叶轮3和主轴6可以自由灵活的转动。

另外，与主轴套筒5的尾部位置的套筒后整流罩18相对应，在叶轮3的前端位置设有叶轮部件整流罩20。这样，可以借助叶轮部件整流罩20和套筒后整流罩18分别对进入叶轮3的流体以及进入出水管道11的流体进行整流导向，使流体保持稳定的流动状态，降低水力损失，提供水力效率。

结合图2和图3所示，本发明轴流泵的工作原理为：当对沿圆周方向按环形阵列分布在叶轮外壳1外圆周上的驱动线圈7通入恒定的直流电时，位于驱动线圈7工作面的导线电流沿叶轮3的轴线方向由叶轮3指向导叶4。其中，驱动线圈7工作面指的是驱动线圈7中靠近磁体13一侧的面。同时，磁体13中靠近叶轮外壳1的一端为N极，产生的发散磁场穿过叶轮外壳1并作用在驱动线圈7的工作面。此时，根据左手定则，驱动线圈7工作面上的导线受到安培力的作用，并且在安培力的作用下，使导线产生沿顺时针旋转的力矩，观察方向为图1中的H方向。但是，由于驱动线圈7固定在线圈槽16内，所以磁体13受到安培力的反作用力，并对磁体13产生沿逆时针旋转的力矩。这样，磁体13通过叶片12带动整个叶轮3和主轴6进行转动，对进入叶轮3的流体介质产生作用力，实现对流体介质的输出。

Claims (9)

1.一种轴流泵，其特征在于，包括泵体、导叶、主轴、主轴套筒、叶轮、叶轮外壳以及驱动线圈；其中，所述主轴套筒通过所述导叶固定在所述泵体内部，并且所述主轴套筒的中心轴线与所述泵体的中心轴线对齐；所述主轴的一端位于所述主轴套筒的内部，另一端与所述叶轮连接，并且与所述叶轮同步转动；所述叶轮的圆周方向设有多个叶片，并且所述叶片的尖部设有磁体；所述驱动线圈沿圆周方向均布在所述叶轮外壳的外圆周上，所述驱动线圈中通有直流电，并且靠近所述叶轮外壳一侧的导线沿所述叶轮的轴线方向设置。

2.根据权利要求1所述的轴流泵，其特征在于，沿所述叶轮外壳圆周方向均布有多个独立的线圈槽，用于安装所述驱动线圈。

3.根据权利要求2所述的轴流泵，其特征在于，每一个所述驱动线圈由单独的一根导线绕成；每一个所述线圈槽中设有两个金属触点，通过多根导线将相邻两个所述线圈槽之间的金属触点依次连接，并保留两个位于不同线圈槽中相邻的金属触点作为自由端；所述驱动线圈嵌入所述线圈槽后，所述驱动线圈的导线两端分别与所述线圈槽中的两个金属触点连接，并且将作为自由端的两个金属触点与外界电源进行连接。

4.根据权利要求1所述的轴流泵，其特征在于，所述磁体采用如硼磁铁，并且所述磁体的一个磁极与所述叶片的尖部连接，另一个磁极位于悬空状态，指向所述驱动线圈。

5.根据权利要求4所述的轴流泵，其特征在于，所述叶轮外壳采用非金属材质加工，用于防止磁屏蔽。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的轴流泵，其特征在于，所述主轴与所述主轴套筒之间通过推力轴承连接。

7.根据权利要求6所述的轴流泵，其特征在于，沿流体的流动方向，在所述主轴套筒的尾部设有套筒后整流罩，在所述主轴套筒的前端与所述主轴之间设有密封件。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的轴流泵，其特征在于，所述叶片与所述叶轮为可拆卸式固定连接。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的轴流泵，其特征在于，所述叶轮的前端位置设有叶轮部件整流罩。