CN107100878A - 一种带磁悬浮轴承的磁力泵 - Google Patents

一种带磁悬浮轴承的磁力泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带磁悬浮轴承的磁力泵，包含泵体、叶轮、永磁止推环、永磁转子、电磁轴承、轴承定位套、控制器、泵盖、轴承座、联接架、泵轴、外磁转子、隔离套、内磁转子和电机；轴承座套置在泵轴与联接架之间，两端分别设有第一电磁轴承和第二电磁轴承；泵轴上依次套装有第一永磁止推环、第一永磁转子、第二永磁转子、第二永磁止推环；两个永磁转子处于悬浮状态，并与两个电磁轴承永不接触；两个永磁止推环处于悬浮状态，并与两个电磁轴承永不接触。本发明提供的带磁悬浮轴承的磁力泵，解决了传统磁力泵的结构缺陷，使泵在运转过程中的两对摩擦副具有无接触、无摩擦磨损、无需润滑，高转速等特点，从而极大提高了磁力泵的使用寿命。

Description

一种带磁悬浮轴承的磁力泵
技术领域
本发明涉及一种磁力泵，具体地，涉及一种带磁悬浮轴承的磁力泵。
背景技术
全密封、无泄漏、耐腐蚀磁力泵已成为石油、化工、制药等部门广泛使用的常规设备。传统的磁力泵用来承受轴向力的止推环和用来支撑叶轮和内磁转子重量的轴套以及与其接触的滑动轴承，无论采用哪种材料配对组合（如碳化硅、碳石墨、硬质合金等），都存在泵在高速运转下的摩擦磨损，如果失效或者借助被输送介质进行润滑冷却的循环系统出现故障，磁力泵将损坏，装置将停止运行，如不及时关机，整个设备将发生更大的事故。所以上述配对组合的摩擦副是决定磁力泵使用寿命的关键，是决定设备安全运行的保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有永磁磁悬浮轴承的磁力泵，解决上述问题，使支撑叶轮和内磁转子的滑动轴承、轴套以及承受轴向力的止推环具有无接触、无摩擦磨损、无需润滑的特点，实现磁力泵高速高效、永不磨损的效果。
为了达到上述目的，本发明提供了一种带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述磁力泵包含泵体、叶轮、永磁止推环、永磁转子、电磁轴承、轴承定位套、控制器、泵盖、轴承座、联接架、泵轴、外磁转子、隔离套、内磁转子和电机；所述的电磁轴承是圆筒形结构的滑动轴承，其包含第一电磁轴承和第二电磁轴承，两个电磁轴承处于悬浮状态；所述的永磁转子即轴套，包含环形的第一永磁转子和第二永磁转子；所述的永磁止推环包含第一永磁止推环和第二永磁止推环；所述的电机通过联接架和泵体相连，所述的联接架为筒形，在联接架内由电机向泵体方向依次设置外磁转子、隔离套、内磁转子和泵轴，泵轴的另一端设置叶轮；联接架内的结构相对于联接架的中心轴对称。所述的轴承座为环形，其套置在泵轴与联接架之间，轴承座两端分别设有第一电磁轴承和第二电磁轴承；所述的泵轴上由泵体向电机方向依次套装有第一永磁止推环、第一永磁转子、第二永磁转子、第二永磁止推环；第一电磁轴承套置在第一永磁转子之外，第二电磁轴承套置在第二永磁转子之外；两个永磁转子处于悬浮状态，并与两个电磁轴承之间设有间隔且永不接触；第一永磁止推环位于第一电磁轴承和第一永磁转子的一端和叶轮之间，第二永磁止推环位于第二电磁轴承和第二永磁转子的另一端与内磁转子之间，两个永磁止推环处于悬浮状态，并与两个电磁轴承之间设有间隔且永不接触。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其永磁止推环和电磁轴承之间留有轴向间隙1mm；永磁转子和电磁轴承之间留有径向间隙0.5-1mm。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其悬浮部件组成的悬浮系统通过控制器进行监测控制。所述控制器采用数字信号处理器（DSP），对两个电磁轴承和两个永磁止推环的自由度进行控制。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其永磁止推环每个分别为环形结构，各包含由钕铁硼制成的永久磁铁环、不锈钢座和不锈钢套；由钕铁硼制成的永久磁铁环径向（S-N）充磁，并镶装在环形的不锈钢座上，其表面通过环形的不锈钢套与不锈钢座封装在一起；所述的不锈钢座的剖面为“凸”字形，其两肩处镶装永久磁铁环。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其电磁轴承每个分别包含轴承本体和不锈钢轴承套，所述的轴承本体由电磁铁缠绕感应线圈组成，外部通过不锈钢轴承套进行封装。电磁轴承的外圆侧壁表面上设有透过不锈钢轴承套的接口，将轴承本体的电磁铁上缠绕的感应线圈外部控制器相连接，线圈通电后产生径向磁场（径向S-N）；所述的电磁轴承的外圆侧壁表面还设有一处楔面，通过其安装在轴承座上，并在该楔面处设有防止转动的紧定螺钉，即电磁轴承通过紧定螺钉在楔面处将其固定在轴承座上；该楔面和接口的位置相对于电磁轴承的圆心对称；所述的电磁轴承的内圆侧壁内设有与外部控制器相连接的压力传感器。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其永磁转子每个分别包含由钕铁硼制成的环形永久磁铁、不锈钢转子座和不锈钢转子套；环形永久磁铁径向（N-S）充磁，并镶装在环形的不锈钢转子座的外圆侧壁内，其外圆侧壁表面通过不锈钢转子套与不锈钢转子座封装在一起。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其电磁轴承与永磁转子靠近的表面处充磁后磁极相同、磁力相斥；电磁轴承与永磁止推环靠近的表面处充磁后磁极相同、磁力相斥。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的磁力泵，其泵轴设置在筒形联接架内的圆心处并与筒壁平行，泵轴的一端插置在叶轮的中心处，另一端插置在内磁转子的中心处；所述的叶轮设置在泵体内侧；所述的外磁转子安装在电机的轴上，内磁转子设置在外磁转子远离电机的另一侧，隔离套设置在内磁转子与外磁转子之间。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的联接架，其与泵体连接的一端设有泵盖；所述的泵盖为环形，泵轴从其中间穿过；所述的泵盖位于泵体和叶轮的内侧。
上述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其中，所述的隔离套为桶形，套置在内磁转子和泵轴的靠近电机的一端之外；隔离套的桶形开口端位于泵盖处，隔离套开口处的桶壁边缘向周围延伸并与泵盖固定。
本发明提供的带磁悬浮轴承的磁力泵具有以下优点：
本发明由于采用了以上技术方案，根据同性相斥的原理，利用电磁轴承与永磁转子表面磁场斥力、电磁轴承和永磁止推环表面的磁场斥力，通过控制器使磁力泵转子稳定地悬浮在规定的位置上，从而实现了无接触、无摩擦磨损、无需润滑，极大地提高了磁力泵的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的结构示意图。
图2为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的永磁止推环的截面示意图。
图3为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的永磁止推环的剖面示意图。
图4为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的永磁转子的截面示意图。
图5为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的永磁转子的剖面示意图。
图6为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的电磁轴承的截面示意图。
图7为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的电磁轴承的剖面示意图。
图8为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的总体磁极分布的截面示意图。
图9为本发明的带磁悬浮轴承的磁力泵的总体磁极分布的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
如图1所示，本发明提供的带磁悬浮轴承的磁力泵，包含泵体1、叶轮2、永磁止推环3、永磁转子4、电磁轴承5、泵盖6、轴承座7、控制器8、联接架9、外磁转子10、隔离套11、内磁转子12、泵轴13、轴承定位套14和电机15。
电机15通过联接架9和泵体1相连，联接架9为筒形，在联接架9内由电机15向泵体1方向依次设置外磁转子10、隔离套11、内磁转子12和泵轴13，泵轴13的另一端设置叶轮2。联接架9内的结构相对于联接架9的中心轴对称。
泵轴13设置在筒形联接架9内的圆心处并与筒壁平行，泵轴13的一端插置在叶轮2的中心处，另一端插置在内磁转子12的中心处；叶轮2设置在泵体1内侧；外磁转子10安装在电机15的轴上，内磁转子12设置在外磁转子10远离电机15的另一侧，隔离套11设置在内磁转子12与外磁转子10之间。联接架9与泵体1连接的一端设有泵盖6；泵盖6为环形，泵轴13从其中间穿过；泵盖6位于泵体1和叶轮2的内侧。隔离套11为桶形，套置在内磁转子12和泵轴13的靠近电机15的一端之外；隔离套11的桶形开口端位于泵盖6处，隔离套11开口处的桶壁边缘向周围延伸并与泵盖6固定。
电磁轴承5是圆筒形结构的滑动轴承，其包含第一电磁轴承51和第二电磁轴承52，两个电磁轴承5处于悬浮状态。
轴承座7为环形，其套置在泵轴13与联接架9之间，轴承座7两端分别设有第一电磁轴承51和第二电磁轴承52。两个电磁轴承5之间设有环形的轴承定位套14。
永磁转子4即轴套，包含环形的第一永磁转子41和第二永磁转子42。永磁止推环3包含第一永磁止推环31和第二永磁止推环32。泵轴13上由泵体1向电机15方向依次套装有第一永磁止推环31、第一永磁转子41、第二永磁转子42、第二永磁止推环32。
第一电磁轴承51套置在第一永磁转子41之外，第二电磁轴承52套置在第二永磁转子42之外；两个永磁转子4处于悬浮状态，并与两个电磁轴承5之间设有间隔且永不接触；第一永磁止推环31位于第一电磁轴承51和第一永磁转子41的一端和叶轮2之间，第二永磁止推环32位于第二电磁轴承52和第二永磁转子42的另一端与内磁转子12之间，两个永磁止推环3处于悬浮状态，并与两个电磁轴承5之间设有间隔且永不接触。永磁止推环3和电磁轴承5之间留有轴向间隙1mm；永磁转子4和电磁轴承5之间留有径向间隙0.5-1mm。
每个永磁止推环3分别为环形结构，各包含由钕铁硼制成的永久磁铁环3-1、不锈钢座3-2和不锈钢套3-3；由钕铁硼制成的永久磁铁环3-1径向（S-N）充磁，并镶装在环形的不锈钢座3-2上，其表面通过环形的不锈钢套3-3与不锈钢座3-2封装在一起；不锈钢座3-2的剖面为“凸”字形，其两肩处镶装永久磁铁环3-1。参见图2和图3所示。
每个永磁转子4分别包含由钕铁硼制成的环形永久磁铁4-1、不锈钢转子座4-2和不锈钢转子套4-3；环形永久磁铁4-1径向（N-S）充磁，并镶装在环形的不锈钢转子座4-2的外圆侧壁内，其外圆侧壁表面通过不锈钢转子套4-3与不锈钢转子座4-2封装在一起。参见图4和图5所示。
每个电磁轴承5分别包含轴承本体5-1和不锈钢轴承套5-3，轴承本体5-1由电磁铁缠绕感应线圈组成，外部通过不锈钢轴承套5-3进行封装。电磁轴承5的外圆侧壁表面上设有透过不锈钢轴承套的接口5-4，将轴承本体5-1的电磁铁上缠绕的感应线圈外部控制器8相连接，线圈通电后产生径向磁场（径向S-N）；电磁轴承5的外圆侧壁表面还设有一处楔面5-5，通过其安装在轴承座7上，并在该楔面5-5处设有防止转动的紧定螺钉，即电磁轴承5通过紧定螺钉在楔面5-5处将其固定在轴承座7上；该楔面5-5和接口5-4的位置相对于电磁轴承5的圆心对称；电磁轴承5的内圆侧壁内设有与外部控制器8相连接的压力传感器5-2。参见图6和图7所示。
电磁轴承5与永磁转子4靠近的表面处充磁后磁极相同、磁力相斥；电磁轴承5与永磁止推环3靠近的表面处充磁后磁极相同、磁力相斥。参见图8和图9所示。
悬浮部件组成的悬浮系统通过控制器8进行监测控制。控制器8采用数字信号处理器（DSP），对两个电磁轴承5和两个永磁止推环3的自由度进行控制。
下面结合实施例对本发明提供的带磁悬浮轴承的磁力泵做更进一步描述。
实施例1
一种带磁悬浮轴承的磁力泵，包含泵体1、叶轮2、永磁止推环3、永磁转子4即轴套、电磁轴承5即滑动轴承、泵盖6、轴承座7、控制器8、联接架9、外磁转子10、隔离套11、内磁转子12、泵轴13、轴承定位套14和电机15。
电机15通过联接架9和泵体1相连；隔离套11设于外磁转子10和内磁转子12之间，外磁转子10装在电机15的轴上。轴承座7其内圆两端分别装有第一电磁轴承51和第二电磁轴承52，该两个电磁轴承5之间设有定位套14，并通过定位套14轴向定位；泵轴13上依次装有第一永磁止推环31、第一永磁转子41和第二永磁转子42、第二永磁止推环32；电磁轴承5和永磁止推环3之间留有轴向间隙1mm；电磁轴承5和永磁转子4之间留有径向间隙0.5-1mm。
永磁止推环3由强磁永磁材料钕铁硼制成的径向（S-N）充磁的永久磁铁环3-1镶装在不锈钢座3-2上，其表面通过环形不锈钢套3-3和不锈钢座3-2进行封装。第一永磁止推环31和第二永磁止推环32结构相同。
永磁转子4由强磁永磁材料钕铁硼制成的径向（N-S）充磁的环形永久磁铁4-1镶装在环形的不锈钢转子座4-2的外圆侧壁内，其圆周外侧面通过不锈钢转子套4-3和不锈钢转子座4-2进行封装，第一永磁转子41和第二永磁转子42结构相同。
电磁轴承5，是由利用电磁铁缠绕线圈通电后产生磁场力（径向S-N）的环形轴承本体5-1组成，其内圆侧壁内装有压力传感器5-2，通过不锈钢轴承套5-3进行整体封装。其外圆侧壁表面留有接口5-4，和控制器8相连，并开有楔面5-5，通过紧定螺钉固定在轴承座7上。
本发明提供的带磁悬浮轴承的磁力泵，根据同性相斥的原理，利用电磁轴承与永磁转子表面磁场斥力、电磁轴承和永磁止推环表面的磁场斥力，通过控制器使磁力泵转子稳定地悬浮在规定的位置上，使支撑叶轮和内磁转子的滑动轴承、轴套以及承受轴向力的止推环具有无接触、无摩擦磨损、无需润滑的特点，实现磁力泵高速高效、永不磨损的效果。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述磁力泵包含泵体、叶轮、永磁止推环、永磁转子、电磁轴承、轴承定位套、控制器、泵盖、轴承座、联接架、泵轴、外磁转子、隔离套、内磁转子和电机；
所述的电磁轴承是圆筒形结构的滑动轴承，其包含第一电磁轴承和第二电磁轴承；所述的永磁转子包含环形的第一永磁转子和第二永磁转子；所述的永磁止推环包含第一永磁止推环和第二永磁止推环；
所述的电机通过联接架和泵体相连，所述的联接架为筒形，在联接架内由电机向泵体方向依次设置外磁转子、隔离套、内磁转子和泵轴，泵轴的另一端设置叶轮；
所述的轴承座为环形，其套置在泵轴与联接架之间，轴承座两端分别设有第一电磁轴承和第二电磁轴承，两个电磁轴承处于悬浮状态；所述的泵轴上由泵体向电机方向依次套装有第一永磁止推环、第一永磁转子、第二永磁转子、第二永磁止推环；第一电磁轴承套置在第一永磁转子之外，第二电磁轴承套置在第二永磁转子之外；两个永磁转子处于悬浮状态，并与两个电磁轴承之间设有间隔且永不接触；第一永磁止推环位于第一电磁轴承和第一永磁转子的一端和叶轮之间，第二永磁止推环位于第二电磁轴承和第二永磁转子的另一端与内磁转子之间，两个永磁止推环处于悬浮状态，并与两个电磁轴承之间设有间隔且永不接触。
2.根据权利要求1所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其永磁止推环和电磁轴承之间留有轴向间隙1mm；永磁转子和电磁轴承之间留有径向间隙0.5-1mm。
3.根据权利要求2所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其悬浮部件组成的悬浮系统通过控制器进行监测控制。
4.根据权利要求3所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其永磁止推环每个分别为环形结构，各包含由钕铁硼制成的永久磁铁环、不锈钢座和不锈钢套；由钕铁硼制成的永久磁铁环径向充磁，并镶装在环形的不锈钢座上，其表面通过不锈钢套与不锈钢座封装在一起；所述的不锈钢座的剖面为“凸”字形，其两肩处镶装永久磁铁环。
5.根据权利要求4所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其电磁轴承每个分别包含轴承本体和不锈钢轴承套，所述的轴承本体由电磁铁缠绕线圈组成，外部通过不锈钢轴承套进行封装；电磁轴承外圆侧壁表面上设有透过不锈钢轴承套的接口，将轴承本体的电磁铁上缠绕的线圈与外部控制器相连接，线圈通电后产生径向磁场；所述的电磁轴承的外圆侧壁表面还设有一处楔面，通过其安装在轴承座上，并在该楔面处设有防止转动的紧定螺钉；所述的电磁轴承的内圆侧壁内设有与外部控制器相连接的压力传感器；两个电磁轴承之间设有环形的轴承定位套。
6.根据权利要求5所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其永磁转子每个分别包含由钕铁硼制成的环形永久磁铁、不锈钢转子座和不锈钢转子套；环形永久磁铁径向充磁，并镶装在环形的不锈钢转子座的外圆侧壁内，其外圆侧壁表面通过不锈钢转子套与不锈钢转子座封装在一起。
7.根据权利要求6所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其电磁轴承与永磁转子靠近的表面处充磁后磁极相同、磁力相斥；电磁轴承与永磁止推环靠近的表面处充磁后磁极相同、磁力相斥。
8.根据权利要求1所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的磁力泵，其泵轴设置在筒形联接架内的圆心处并与筒壁平行，泵轴的一端插置在叶轮的中心处，另一端插置在内磁转子的中心处；所述的叶轮设置在泵体内侧；所述的外磁转子安装在电机的轴上，内磁转子设置在外磁转子远离电机的另一侧，隔离套设置在内磁转子与外磁转子之间。
9.根据权利要求8所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的联接架，其与泵体连接的一端设有泵盖；所述的泵盖为环形，泵轴从其中间穿过；所述的泵盖位于泵体和叶轮的内侧。
10.根据权利要求9所述的带磁悬浮轴承的磁力泵，其特征在于，所述的隔离套为桶形，套置在内磁转子和泵轴的靠近电机的一端之外；隔离套的桶形开口端位于泵盖处，隔离套开口处的桶壁边缘向周围延伸并与泵盖固定。
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