CN107100855B - 一种固液两相流泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种固液两相流泵。为了解决在常规固液两相流泵中，主轴通过联轴器在电机的驱动下带动叶轮进行高速旋转时，存在传动效率低以及主轴与泵体之间发生泄漏的问题，本发明公开了一种固液两相流泵。该固液两相流泵，包括前护套、后护套、主轴、叶轮以及线圈组件；其中，所述叶轮的后盖板上设有磁性背叶片，所述线圈组件包括驱动线圈，并且驱动线圈中通有直流电。此时，通有直流电的驱动线圈在磁性背叶片产生的磁场中产生安培力，并根据反作用力的原理驱动磁性背叶片带动叶轮转动。这样省去了常规固液两相流泵中通过电机驱动叶轮时所需要的传动轴，避免了动力传递过程的能量损失以及沿传动轴泄露的问题。

Description

一种固液两相流泵

技术领域

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种固液两相流泵。

背景技术

固液两相流泵属于离心泵中的一种，依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。目前，常规的固液两相流泵是由电机通过联轴器驱动主轴，主轴穿过泵壳与叶轮连接，并带动叶轮旋转产生离心力。同时，为了保证固液两相流泵的密封性，避免泵壳内部流体介质沿主轴发生外泄，通常在泵壳与主轴的连接位置设有密封圈、减漏环以及填料函等密封组件。

在固液两相流泵的工作过程中，主轴是通过联轴器在电机的驱动下带动叶轮进行高速旋转。这样，电机输出的扭矩在经过联轴器和主轴的二级传递后会有所损失，主轴的传动效率有所降低。此外，主轴需要具有一定的长度来实现联轴器和叶轮之间的连接，然而较长尺寸的主轴在高速高扭矩的旋转过程中，极易受到剪应力的作用而发生结构上的金属疲劳，进而影响主轴的使用寿命和固液两相流泵的工作稳定性。另外，由于主轴的高速旋转，对密封组件，尤其是对填料函内部的填料存在着高速转动磨损，导致填料的使用寿命降低，需要经常进行填料的更换，如果密封组件的更换不及时，则会出现泵壳内部介质沿主轴方向的外泄，导致固液两相流泵的工作效率下降。

发明内容

为了解决在常规固液两相流泵中，主轴通过联轴器在电机的驱动下带动叶轮进行高速旋转时，存在传动效率低以及主轴与泵体之间发生泄露的问题，本发明提出了一种固液两相流泵。该固液两相流泵，包括前护套、后护套、主轴、叶轮以及线圈组件；所述前护套与所述后护套连接并形成腔体；所述后护套设有主轴孔和线圈槽，其中所述主轴孔为盲孔结构并且孔口指向所述腔体，所述线圈槽位于所述后护套中背离所述腔体的一侧；所述主轴的一端位于所述主轴孔内部，另一端伸出与所述叶轮连接；所述线圈组件包括驱动线圈和线圈盖板，所述驱动线圈中通有直流电，所述线圈盖板与所述后护套连接，并且与所述线圈槽组成密闭空间，用于安装所述驱动线圈；所述叶轮位于所述腔体内部，并且所述叶轮的后盖板上设有磁性背叶片。

优选的，所述后护套上设有多个加强筋，并且所述加强筋沿所述后护套的圆周方向均布，将所述后护套中的线圈槽分割为多个相同的扇形结构。

优选的，所述线圈组件包括与所述线圈槽数量相同的驱动线圈，并且所述驱动线圈中靠近所述磁性背叶片一侧的导线中通有沿所述叶轮直径方向的直流电。

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。

进一步优选的，所述叶轮中的磁性背叶片数量与所述叶轮中的叶片数量相同，并且所述磁性背叶片沿所述叶轮的圆周方向均布在所述叶轮的后盖板上。

优选的，所述磁性背叶片采用永久性磁铁，并且镶嵌在所述叶轮的后盖板上。

优选的，所述后护套采用非金属材质加工，用于防止磁屏蔽。

优选的，所述主轴通过圆柱滚子轴承与所述主轴孔转动连接。

进一步优选的，所述磁性背叶片的两个磁极沿所述叶轮的轴线方向设置。

本发明的固液两相流泵与常规固液两相泵相比较，具有以下有益效果：

1、本发明的固液两相流泵通过设置线圈组件以及磁性背叶片，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，驱动线圈对磁性背叶片产生驱动力，进而带动叶轮旋转。这样，不仅省去了驱动常规固液两相泵运转工作时所需要的传动轴和电机等传动部件，减少了固液两相流泵工作时对空间体积的占用，而且省去了用于连接电机和固液两相流泵的联轴器，避免了动力传递过程的能量损失。此外，由于主轴不再传递动力，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，可以直接置于腔体内部，这样又可以避免沿主轴发生外泄的问题，省去了常规固液两相流泵中用于主轴密封的复杂组件。

2、本发明通过将磁性背叶片沿叶轮的圆周方向均匀的布置在叶轮的后盖板上，使磁性背叶片产生的磁场可以均匀的分布在叶轮的后盖板端面上，从而在保持背叶片具有轴向平衡力的情况下，又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磁性背叶片处，因此用于驱动叶轮转动的作用力半径不再是主轴半径，而是磁性背叶片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，本发明的固液两相流泵的耗电量将会变少，更加节能省电，从而获得更高的工作效率。

附图说明

图1为本发明固液两相流泵的结构示意图；

图2为拆除线圈盖板后，沿图1中F方向本发明固液两相流泵的结构示意图；

图3为沿图1中F方向的叶轮结构示意图；

图4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所示，本发明的固液两相流泵，包括前护套1、后护套2、主轴3、叶轮4以及线圈组件5。其中，前护套1与后护套2之间通过锁紧螺栓61固定连接，并形成用于容纳叶轮4的腔体7。

后护套2设有主轴孔21和线圈槽22。其中，主轴孔21为盲孔结构，位于后护套2的中心位置，并且孔口指向腔体7。线圈槽22位于后护套2中背离腔体7的一侧，并且沿圆周方向分布在主轴孔21的周围。

主轴3的一端位于主轴孔21的内部，并通过轴承62与主轴孔21固定连接；另一端伸出主轴孔21，并通过连接键63与叶轮4固定连接。其中，在本发明中，轴承62优选为圆锥滚子轴承。这样可以提高主轴3的轴向承载力，保证主轴3持续运转的稳定性和可靠性。

此外，在主轴3中靠近叶轮4的位置处设有密封件64，用于对主轴3和主轴孔21之间的间隙进行密封，其中可以选着毡圈密封。这样，可以防止位于腔体7内部的介质大量进入主轴孔21，对轴承62造成破坏，从而保证在轴承62对主轴3的稳定支撑作用下，主轴3和叶轮4可以自由灵活的转动。

叶轮4位于由前护套1和后护套2组成的腔体7内，并且在叶轮4的后盖板41上设有磁性背叶片42。优选的，在本发明中，将磁性背叶片42的两个磁极沿叶轮4的轴线方向设置。例如，将磁性背叶片42的S极与后盖板41连接，N极作为自由端指向后护套2。这样，可以使磁性背叶片42产生指向后护套2方向的较强磁场。

线圈组件5，包括驱动线圈51和线圈盖板52。驱动线圈51由导线绕制而成，并且导线中通有直流电。线圈盖板52与后护套2通过连接螺栓65进行可拆卸式的固定连接，并且在线圈盖板52和线圈槽22之间形成密闭的空间，用于安装和固定驱动线圈51。

优选的，结合图2所示，在后护套2上设有多个加强筋23，并且加强筋23以主轴孔21为中心沿圆周方向均布，将线圈槽22分割为多个相互独立的扇形线圈槽且成环形阵列布置。此时，在线圈组件5中包括与线圈槽22数量相等的驱动线圈51，并且驱动线圈51采用扇形结构。这样，通过设置加强筋23不仅可以提高后护套2的强度，而且将线圈槽22和驱动线圈51改进为多个独立的小型结构，便于对驱动线圈51进行拆装，而且借助加强筋23可以提高线圈槽22对驱动线圈51在圆周方向上进行固定约束的稳定性。

进一步优选的，每一个驱动线圈51由单独的一根导线绕制而成，并且驱动线圈51中靠近磁性背叶片41一侧的导线都是沿直径方向的走向布置。与此同时，在每一个线圈槽22中设有两个金属触点221，并且通过多根导线将相邻两个线圈槽22之间的金属触点221依次连接，但保留两个位于不同线圈槽22中相邻的金属触点221作为自由端。这样，将驱动线圈51嵌入线圈槽22后，将驱动线圈51的导线两端分别与线圈槽22中的两个金属触点221连接，同时将作为自由端的两个金属触点221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221和相邻线圈槽22之间的导线，将所有独立的驱动线圈51串联为一个环形整体，并且安装驱动线圈51时，使所有驱动线圈51中靠近磁性背叶片41一侧导线中的电流方向都是指向圆心或背离圆心。这样，不仅便于驱动线圈51与线圈槽22之间安装固定，而且通过对独立的驱动线圈51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51的替换工作量，提高工作效率，降低维护成本。

优选的，结合图3所示，在叶轮4的后盖板41上沿圆周方向均匀设置有与叶轮4中叶片数量相等的磁性背叶片42。例如，在本发明中的后盖板41上设有六个磁性背叶片42，并且相互间隔60度设置。这样，可以使磁性背叶片42在后盖板41的端面产生分布均匀的磁场，从而保证由此产生稳定的安培力。此外，磁性背叶片42采用长条形结构的永磁铁，例如钕铁硼磁铁，并且通过镶嵌的加工方式与后盖板41固定连接。

优选的，在本发明中，后护套2采用非金属材质加工而成，例如硅钢或氧化铁。这样，可以防止后护套2对磁性背叶片42产生磁屏蔽，从而保证磁性背叶片42所产生的磁场可以直接穿过后护套2作用在驱动线圈51处，并且保持较强的磁场强度。此外，为了避免在叶轮4的旋转过程中，固液两相流泵中的其他部件发生切割磁场，产生并存在感应电流，在固液两相流泵工作前，将前护套1和后护套2通过导线与地面连接，从而保证固液两相流泵在运行过程的安全。

此外，在线圈盖板52上还设有隔离板521。隔离板521为圆柱形结构，位于线圈盖板52的中心位置，用于辅助线圈槽22对驱动线圈51进行径向的安装固定。另外，本发明的固液两相流泵还包括位于腔体7内部的泵体衬里81、前泵盖衬里82以及后泵盖衬里83。其中，泵体衬里81作为蜗壳，位于前护套1与后护套2之间的连接位置，用于保护前护套1和后护套2，防止腔体7内部的介质对前护套1和后护套2造成破坏。前泵盖衬里82和后泵盖衬里83作为密封件，分别位于前护套1的内侧和后护套2的内侧，用于防止腔内7的介质发生泄露。

结合图2和图4所示，本发明固液两相流泵的工作原理为：当对按环形阵列分布在后护套2上的驱动线圈51通入恒定的直流电时，位于驱动线圈51工作面的导线电流方向指向圆心。其中，驱动线圈51工作面指的是驱动线圈51中靠近磁性背叶片42一侧的平面。同时，磁性背叶片42中靠近后护套2的一端为N极，产生的发散磁场穿过后护套2并作用在驱动线圈51工作面。此时，根据左手定则，驱动线圈51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，使导线产生沿逆时针旋转的力矩，观察方向为图1中的F方向。但是，由于驱动线圈51位于线圈槽22内，并且受到加强筋221在圆周方向的固定约束。所以，磁性背叶片42受到安培力的反作用力，并对磁性背叶片42产生沿顺时针旋转的力矩。这样，磁性背叶片42通过后盖板41带动整个叶轮3和主轴4进行转动，对进入叶轮3的介质产生离心力，最终实现对介质的输出。

Claims (8)

1.一种固液两相流泵，其特征在于，包括前护套、后护套、主轴、叶轮以及线圈组件；所述前护套与所述后护套连接并形成腔体；所述后护套设有主轴孔和线圈槽，其中所述主轴孔为盲孔结构并且孔口指向所述腔体，所述线圈槽位于所述后护套中背离所述腔体的一侧；所述主轴的一端位于所述主轴孔内部，另一端伸出与所述叶轮连接；所述线圈组件包括驱动线圈和线圈盖板，所述驱动线圈中通有直流电，所述线圈盖板与所述后护套连接，并且与所述线圈槽组成密闭空间，用于安装所述驱动线圈；所述叶轮位于所述腔体内部，并且所述叶轮的后盖板上设有磁性背叶片；所述驱动线圈中靠近所述磁性背叶片一侧的导线都是沿直径方向的走向布置；所述后护套设有多个线圈槽，所述线圈组件中包括多个驱动线圈；每一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。

2.根据权利要求1所述的固液两相流泵，其特征在于，所述后护套上设有多个加强筋，并且所述加强筋沿所述后护套的圆周方向均布，将所述后护套中的线圈槽分割为多个相同的扇形结构。

3.根据权利要求2所述的固液两相流泵，其特征在于，所述线圈组件包括与所述线圈槽数量相同的驱动线圈，并且所述驱动线圈中靠近所述磁性背叶片一侧的导线中通有沿所述叶轮直径方向的直流电。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的固液两相流泵，其特征在于，所述叶轮中的磁性背叶片数量与所述叶轮中的叶片数量相同，并且所述磁性背叶片沿所述叶轮的圆周方向均布在所述叶轮的后盖板上。

5.根据权利要求4所述的固液两相流泵，其特征在于，所述磁性背叶片采用永久性磁铁，并且镶嵌在所述叶轮的后盖板上。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的固液两相流泵，其特征在于，所述后护套采用非金属材质加工，用于防止磁屏蔽。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的固液两相流泵，其特征在于，所述主轴通过圆柱滚子轴承与所述主轴孔转动连接。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的固液两相流泵，其特征在于，所述磁性背叶片的两个磁极沿所述叶轮的轴线方向设置。