CN107461339A - 一种智能多级离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能多级离心泵，包括：泵体，外壳体，外壳体和导叶支撑体之间为流道；联接器与泵轴相联接；叶轮插接在泵轴上转动将流体从入口吸入并加压；导叶，容置于导叶支撑体中，将通过叶轮加压的液体收集以降低流速并通过出口排出；变频电机包括：电机本体及轴向连接联接器的电机轴，还包括集成设置在所述电机本体内的变频控制器，变频电机通过电机轴及联接器驱动泵轴转动。该发明的变频电机由变频器和电机本体集成一体，减少了设备的体积，节约了产品制造成本，节省了安装空间，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率并降低了水泵系统的能耗。

Description

一种智能多级离心泵

技术领域

本发明涉及工业液体输送和城市给排水领域，尤其涉及一种采用变频器电机集成一体的变频电机驱动的智能多级离心泵。

背景技术

多级离心泵应用于工业液体的输送和城市给排水、高层建筑增压供水，园林喷灌、消防增压、远距离送水、采暖、浴室等冷暖水循环增压及设备配套以及空调机组循环、冷却水输送等。

目前多级离心泵使用过程中，大部分工作在工频转速（50Hz）。而在实际应用（比如楼宇生活供水）中，水泵系统在大部分工作时间不需要工作在额定流量，额定扬程，而需要工作在部分负荷工况（即实际水泵系统需要的流量低于额定流量或者所需要的扬程低于额定扬程），这可以通过降低离心泵的转速来实现。对离心泵来说，电机功率消耗近似与转速的三次方成正比。多级离心泵定速工作在工频将造成能源的浪费，从而加重对环境的污染。现在的解决方法是采用普通多级离心泵加变频控制柜的方案。随着节能环保要求的不断提高，使用变频控制多级离心泵及泵组的情况越来越多。但由于变频器的引入，需要设计独立的变频控制柜用于布置变频器和一些辅助的电子元器件。因而使系统变得比较复杂，而且由于变频控制柜体积较大，使得整个变频水泵系统安装空间明显增加。另一方面，由于电机和变频器是独立设计的，电机和变频器作为一个系统在大部分工况下都没有工作在优化状态，在部分工况下效率偏低。

本发明的多级离心泵采用变频器和电机集成式变频电机。一方面由于变频器与电机一体，可以减小变频控制柜体积，甚至去掉变频控制柜，节约产品制造成本，节省安装空间。另一方面电机和变频器作为一个系统优化设计，考虑额定点优化设计的同时兼顾变频电机部分负荷工况的效率，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率，从而降低变频多级离心泵系统的运行成本。

本发明的变频多级离心泵的控制器设计了强大的通讯功能：一、其控制器采用无线蓝牙技术，实现在移动设备，比如手机上上通过应用程序操作控制变频多级离心泵系统；二、其控制器通过GPRS（通用分组无线服务技术）发送信号到集中控制中心，实现无线远程监控；三、其控制器通过工业总线协议（比如RS485，Modbus）实现组网；四、其配置的触摸屏操作面板实现就地操作。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种配备电机变频器集成为一体的变频电机的多级离心泵，电机和变频器作为一个系统优化设计，考虑多级离心泵优化设计点的同时兼顾变频电机部分负荷工况，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率，提高变频水泵系统的整体效率，降低能耗，从而降低变频多级离心泵系统的运行成本，提高了变频离心泵系统部分工况下的效率降低运行成本；另一方面由于变频器与电机一体，可以减少控制柜体积，甚至在单泵控制的情况下去掉变频控制柜，节约产品制造成本，同时节省安装空间。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变频多级离心泵，包括：

外壳体；

泵体，支撑所述外壳体，所述泵体的一端为入口；所述泵体的另一端为出口；入口出口

泵轴，泵轴套接有轴套和间隔环；

滑动轴承，套接在所述轴套外侧，用于滑动支撑所述泵轴；

联接器，与所述泵轴相联接，外部变频电机通过所述联接器带动所述泵轴转动；

叶轮，插接在所述泵轴上，所述泵轴带动所述叶轮转动，从而将从所述入口吸入的流体加压；

导叶，通过所述叶轮加压的液体经所述导叶收集并降低流速，通过所述出口排出；

导叶支撑体，支撑和固定所述导叶；

所述变频电机包括：电机本体及轴向连接所述联接器的电机轴，还包括集成设置在所述电机本体内的变频控制器，所述变频电机通过所述电机轴及联接器驱动所述泵轴转动。

其中，所述变频电机为所述变频控制器和电机本体一体式集成结构，并通过现代变频技术，从而根据控制信号改变电机的转速以控制多级离心泵的流量和扬程。

进一步的，所述变频电机还具有无线蓝牙模块，通过无线蓝牙信号实现在移动设备（比如手机上）上通过应用程序操作和控制变频多级离心泵系统。

进一步的，所述变频电机还具有GPRS模块，通过发送GPRS信号到集中控制中心，实现无线远程监控。

进一步的，所述变频电机还具有基于工业总线协议的通信端口，以实现组网。

进一步的，所述变频电机配备有触摸屏装置以实现就地操作，操作方便，用户界面友好。

进一步的，所述变频控制器通过螺栓固定在所述电机本体上成为一体；外部电源通过设置在所述电机本体的电源接口与所述变频控制器连接；所述电机本体还具有输入输出端口用于输出控制信号控制系统中的外围设备；通过所述变频控制器调频的电源通过电源端子与所述电机本体连接以用于不同频率电源的输入。

其中，所述叶轮通过所述轴套和间隔环轴向定位。

其中，所述叶轮中的第一个叶轮为首级叶轮，所述首级叶轮通过套接在所述泵轴端部的轴头螺母轴向定位；所述首级叶轮后面具有多个次级叶轮，最后一个叶轮为末级叶轮。

其中，所述导叶包括：

第一导叶，所述第一导叶的一端插接在所述滑动轴承上，所述第一导叶对应所述首级叶轮时为首级导叶；

第二导叶，所述第二导叶对应所述次级叶轮时为次级导叶，对应所述末级叶轮时为末级导叶。

通过上述技术方案，本发明提供的变频多级离心泵，其变频电机由变频器和电机本体集成一体，并通过电机轴及联接器驱动泵轴转动，其具有如下优点：①电机本体和变频器作为一个集成的系统优化设计，考虑多级离心泵优化设计点的同时兼顾变频电机部分负荷工况，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率，提高了变频水泵系统的整体效率，降低了能耗，从而降低了变频多级离心泵系统的运行成本，提高了变频离心泵系统部分工况下的效率并降低了运行成本；②由于变频器与电机本体的一体式集成设计，减少了设备的体积，节约了产品制造成本，同时节省了安装空间。此外，本发明的变频多级离心泵的变频控制器设计了强大的通讯功能，包括：①采用无线蓝牙技术，实现了在移动设备，比如手机上通过应用程序操作控制变频多级离心泵系统；②通过GPRS（通用分组无线服务技术）发送信号到集中控制中心，实现无线远程监控；③通过工业总线协议（比如RS485，Modbus）实现组网；④通过配置友好用户界面的触摸屏操作面板实现就地操作，操作方便，用户界面友好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的变频多级离心泵的结构示意图；

图2及3为本发明的变频电机的结构示意图。

图中数字表示：

1.外壳体 2.导叶支撑体 3.泵轴

4.滑动轴承 5.机械密封 6.联接器

71/72/73.叶轮 81/82/83.导叶 9.变频电机

10.出口 11.轴头螺母 12.轴套

13.泵体 14.拉紧螺杆 15.电机支架

20.入口 21.流道 30.间隔环

91.电机本体 92.变频控制器 93.电机轴

94.电源接口 95.输入输出端口 96.通信端口

97.电源端子 98.螺栓

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明变频多级离心泵的示意图，如图1所示，本发明的变频多级离心泵具体包括：外壳体1、导叶支撑体2、泵轴3、滑动轴承4、机械密封5、联接器6、叶轮71/72/73、导叶81/82/83，变频电机9，轴头螺母11，轴套12，泵体13，拉紧螺杆14和电机支架15。

导叶支撑体2位于外壳体1内；外壳体1通过拉紧螺杆14由泵体13和电机支架15固定；泵体13口部的一端为入口20，另一端为出口10；外壳体1和导叶支撑体2之间构成的环形空间为流道21；泵轴3容置在导叶支撑体2内，泵轴3套接有轴套12和间隔环30；滑动轴承4套接在轴套12外侧，用于滑动支撑泵轴3；多级泵高压腔中的流体通过装配在电机支架15上的机械密封5与变频电机9隔离；轴套12套接在泵轴3上，轴套12的外侧与滑动轴承4构成润滑膜支撑泵轴3转动，因而加工精度较高；间隔环30的主要功能是叶轮之间的轴向定位，因而其加工要求相对较低。

外部的变频电机9由电机支架15支撑，通过电机轴93由联接器6带动泵轴3转动；叶轮71/72/73插接在泵轴3上，泵轴3带动叶轮71/72/73转动，从而将从入口20进入的流体加压；导叶81/82/83容置在导叶支撑体2内，通过叶轮71/72/73加压后的液体经过导叶81/82/83收集并降低流速，并通过出口10排出。

具体的，在吸入端的泵轴3通过轴套12采用滑动轴承4支撑；参考图2及3，变频电机9包括一体集成的电机本体91、变频控制器92以及电机轴93，工作时，通过电机轴93带动联接器6并进一步驱动泵轴3转动，从而泵送液体到指定的扬程。

多级离心泵吸入端的第一级叶轮为首级叶轮71，后面具有多个次级叶轮72，最后一个叶轮为末级叶轮73；为了提高多级离心泵的气蚀性能，首级叶轮71采用汽蚀性能优良的特殊水力设计，而次级叶轮72和末级叶轮73的设计相同，其设计只考虑水力效率最优。首级叶轮71后的导叶为首级导叶81，同理，次级叶轮72后的导叶为次级导叶82，末级叶轮73后的导叶为末级导叶83。

首级叶轮71通过轴头螺母11轴向定位，首级叶轮71和第一级次级叶轮72之间通过轴套12轴向定位，其余各个叶轮之间通过间隔环30轴向定位，且叶轮71/72/73内圈上有多个凸起径向固定在泵轴3的多个沟槽上，起到传递力矩的功能。

根据不同的叶轮直径和不同的级数，可以设置多个滑动轴承4，通过调整滑动轴承4的数量进行优化，确保多级离心泵安全稳定运行。

导叶81/82/83的作用是把叶轮71/72/73甩出来的液体收集起来，使液体的流速降低，把部分速度能转变为压力能后，再均匀地引入下一级或者经过扩散管排出送入给水管网管道系统，导叶81/82/83使液体在连续的流道内流动，不易形成死角和突然扩散，流体速度变化比较均匀，水力性能良好。

有些的导叶的导叶支撑体2的一端与滑动轴承4采用过盈配合固定，另一端通过串级的方式定位，例如首级导叶81的导叶支撑体，而滑动轴承4与首级导叶81的导叶支撑体采用过盈配合装配在一起；而有些导叶的一端没有轴承，只有一端通过串级的方式定位，例如次级导叶82和末级导叶83的导叶支撑体；导叶81/82/83通过焊接方式固定在导叶支撑体2内。

参考图2及3，变频控制器92通过螺栓98固定在电机本体91上成为一体；根据实际应用中对变化流量和扬程的需求，变频电机9通过变频控制器92的输入输出端口95接收到反馈信号调节电机本体91的转速，从而实现流量和扬程的调节，其中，流量近似和转速成正比，扬程近似和转速的平方成正比；为了实现友好的用户体验，在变频控制器92上设置了触摸屏面板；为了实现联网和通讯，变频控制器92设计了无线蓝牙技术，实现在移动设备上通过应用程序，比如手机上操作控制变频多级离心泵系统；变频控制器92还配置了GPRS（通用分组无线服务技术）模块，发送信号到集中控制中心，实现无线远程监控；变频控制器92还设计了工业总线协议（比如RS485，Modbus）通过通信端口96实现通信组网；外部电源通过电源接口94与变频控制器92连接，输入输出端口95也可输出控制信号控制系统中的外围设备；通过变频控制器92调频的电源通过电机的电源端子97与电机本体91连接以用于不同频率电源的输入。

根据输送介质的要求，本发明的多级离心泵可选用相应的材料，如不锈钢、钛合金等。

本发明的多级离心泵的泵轴3通过联轴器6由变频电机9直接驱动，泵轴3带动首级叶轮71及中间多个次级叶轮72把液体泵送到指定的扬程，多级离心泵把液体从入口20吸入后经过首级叶轮71吸入多级离心泵，液体经过首级叶轮71加压以后，经过首级导叶81进入次级叶轮72继续加压，然后通过次级导叶82进入下一级叶轮加压，直至通过末级叶轮73加压过程结束后通过末级导叶83排出，最后变频多级离心泵把高压的液体经过外壳体1和导叶支撑体2之间构成的的流道21从出口10送入管道系统。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种变频智能多级离心泵，其特征在于，包括：

外壳体；

泵体，支撑所述外壳体，所述泵体的一端为入口；所述泵体的另一端为出口；

泵轴，所述泵轴套接有轴套和间隔环；

滑动轴承，套接在所述轴套外侧，用于滑动支撑所述泵轴；

联接器，与所述泵轴相联接，外部变频电机通过所述联接器带动所述泵轴转动；

叶轮，插接在所述泵轴上，所述泵轴带动所述叶轮转动，从而将从所述入口吸入的流体加压；

导叶，通过所述叶轮加压的液体经所述导叶收集并降低流速，并通过所述出口排出；

导叶支撑体，支撑和固定所述导叶；

所述变频电机包括：电机本体及轴向连接所述联接器的电机轴，还包括集成设置在所述电机本体内的变频控制器，所述变频电机通过所述电机轴及联接器驱动所述泵轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述变频电机为所述变频控制器和电机本体一体式集成结构，并通过现代变频技术，从而根据控制信号改变电机的转速以控制多级离心泵的流量和扬程。

3.根据权利要求2所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述变频电机还具有无线蓝牙模块，通过无线蓝牙信号实现在移动设备（比如手机上）上通过应用程序操作和控制变频多级离心泵系统。

4.根据权利要求2所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述变频电机还具有GPRS模块，通过发送GPRS信号到集中控制中心，实现无线远程监控。

5.根据权利要求2所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述变频电机还具有基于工业总线协议的通信端口，以实现组网。

6.根据权利要求2所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述变频电机配备有触摸屏装置以实现就地操作，操作方便，用户界面友好。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述变频控制器通过螺栓固定在所述电机本体上成为一体；外部电源通过设置在所述电机本体的电源接口与所述变频控制器连接；所述电机本体还具有输入输出端口用于输出控制信号控制系统中的外围设备；通过所述变频控制器调频的电源通过电源端子与所述电机本体连接以用于不同频率电源的输入。

8.根据权利要求7所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述叶轮通过所述轴套和间隔环轴向定位。

9.根据权利要求8所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述叶轮中的第一个叶轮为首级叶轮，所述首级叶轮通过套接在所述泵轴端部的轴头螺母轴向定位；所述首级叶轮后面具有多个次级叶轮，最后一个叶轮为末级叶轮。

10.根据权利要求9所述的一种变频多级离心泵，其特征在于，所述导叶包括：

第一导叶，所述第一导叶的一端插接在所述滑动轴承上，所述第一导叶对应所述首级叶轮时为首级导叶；

第二导叶，所述第二导叶对应所述次级叶轮时为次级导叶，对应所述末级叶轮时为末级导叶。