CN108980065A - 一种闸门泵 - Google Patents

Abstract

本发明本属于水利工程技术领域，为了解决现有闸门泵不稳定的问题，本发明提供了一种闸门泵。闸门泵包括筒体、转子、电机和旋转副，所述的电机设置在所述的转子内部；所述的转子与所述的筒体形成导流空间；所述的旋转副与所述的转子连接用于所述的转子的旋转。本发明提供的闸门泵的电机位于叶轮轮毂的内部，二者的长度融为一体，大大缩短了闸门泵的长度，提高了闸门泵的稳定性。

Description

一种闸门泵

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种闸门泵。

背景技术

传统的闸门泵通常使用贯流泵或者潜水轴流泵，这种泵穿过闸门孔连接闸门，由于传统的贯流泵采用潜水轴流泵式的结构，当闸门启动或者闭合瞬间，泵端冲击非常大，往往造成铸件断裂或者密封面瞬时渗水的现象。而且泵震动严重，同时产生吸入口回流现象，大大降低了泵的运行效率，由于震动，也使泵故障的几率大大增加。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种闸门泵，本发明实施例提供的闸门泵的电机位于叶轮轮毂的内部，二者的长度融为一体，大大缩短了闸门泵的长度，提高了闸门泵的稳定性。

本发明实施例的目的是通过如下方案实现的：

本发明实施例提供了一种闸门泵，包括筒体、转子、电机和旋转副，

所述的电机设置在所述的转子内部；

所述的转子外壁与所述的筒体内壁之间形成导流空间；

所述的旋转副与所述的转子连接用于所述的转子的旋转。

进一步的，所述的转子包括叶轮叶片、转子腔和转子芯；所述的电机包括电机轴和定子绕组；

所述的叶轮叶片位于所述的导流空间中；

所述的闸门泵包括吸入段和排出段，所述的转子腔包括位于吸入段的第一壳体、位于所述的排出段的第二壳体、位于所述的第一壳体和所述的第二壳体之间的中部壳体，所述的中部壳体与所述的第一壳体连接形成有第一容纳腔；所述的中部壳体与所述的第二壳体连接形成有第二容纳腔；所述的旋转副位于所述的中部壳体的两端；

所述的电机轴的轴伸端贯穿所述的第一容纳腔，所述的轴伸端与所述的第一容纳腔之间机械密封；

所述的电机轴的轴颈端贯穿所述的第二容纳腔，所述的轴颈端与所述的第二容纳腔之间机械密封；

所述的转子芯位于所述的转子腔内部；

所述的定子绕组位于所述的转子腔内部，与所述的转子芯内壁接触。

进一步的，所述的筒体上设置有用于提升所述闸门泵的提升装置。

进一步的，所述的电机轴为固定轴。

进一步的，所述的叶轮叶片设为三片式轴流空间扭曲叶片的结构。

进一步的，所述的转子腔与转子芯通过转子芯外径面配合。

借由上述方案，本发明闸门泵至少具备以下有益效果：

本发明实施例提供的闸门泵的电机位于叶轮轮毂的内部，二者的长度融为一体，大大缩短了闸门泵的长度，提高了闸门泵的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中闸门泵结构示意图；

图2是该发明实施例中一体化泵闸的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的详细介绍，应当理解，附图和实施例是为了本领域技术人员更容易理解本发明的技术方案，而不能作为本发明保护范围的限定。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

传统的闸门泵通常使用贯流泵或者潜水轴流泵，申请人研究发现：这种泵穿过闸门孔连接闸门，由于传统的贯流泵采用潜水轴流泵式的结构，这种结构为了使灌流泵的出水管与进水管口径不能相差太大，因为相差太大导致流体经叶片加速后到达导叶进口，而导叶进口到导叶出口是一个突变的扩散管，高速流体经过突变空间时使流场流态混乱，时容易产生湍流，从而降低水泵的效率，为了降低这种现象造成的影响，导致电机设计得非常长(又瘦又长)。这样一来使泵安装在闸门中间时中心位置难以平衡到闸门的垂直运动中心；因为泵主要的重量在电机上，当将电机端中心固定到闸门运动中心时又会导致泵端悬臂量太长，当闸门启动或者闭合瞬间，泵端冲击非常大，往往造成铸件断裂或者密封面瞬时渗水的现象。

传统闸门泵使用耦合连接的结构：当贯流泵或潜水轴流泵耦合在闸门的一侧时，导致闸门的重心与运动轨迹偏心严重，闸门在起闭时，重的一侧使得闸门与门槽发生强烈摩擦。使得闸门的密封件寿命大大降低；同时，由于泵是没有完全约束的耦合结构，泵在运行时，由于受到水的反作用力，再加上泵进口的正吸头压力，当正吸头压力大于1.5米时，往往会使反冲力大于泵的重力在纵向的分力，使泵悬浮起来，导致泵震动严重，同时产生吸入口回流现象，大大降低了泵的运行效率，由于震动，也使泵故障的几率大大提升。

申请人经大量研究发现：传统轴流泵存在以下缺点：

(1)电机结构狭长导致整泵结构狭长，卧式在闸门时各部件都是悬臂状态，没有支撑，在受到冲击载荷时，容易发生铸件连接处漏水或者铸件断裂。

(2)导流叶片的进口到导流叶片的出口是一个锥形突变的扩散管，流体经叶片加速后到达导叶进口，高速流体经过突变空间时使流场流态混乱，时容易产生湍流，从而降低水泵的效率。

(3)当贯流泵或潜水轴流泵耦合在闸门的一侧时，导致闸门的重心与运动轨迹偏心严重，闸门在起闭时，重的一侧使得闸门与门槽发生强烈摩擦。使得闸门的密封件寿命大大降低。

(4)由于泵是没有完全约束的耦合结构，泵在运行时，由于受到水的反作用力，再加上泵进口的正吸头压力，当正吸头压力大于1.5米时，往往会使反冲力大于泵的重力在纵向的分力，使泵悬浮起来，导致泵震动严重，同时产生吸入口回流现象，大大降低了泵的运行效率，由于震动，也使泵故障的几率大大提升。

(5)传统泵的结构比较复杂，整泵的零部件非常多，制造加工量非常大，制造耗能也很高；同时泵需要密封的连接处也非常多，成本高的同时泄漏的风险也很高。

为完善一体化泵闸，申请人针对上述研究得到的现有一体化泵闸的缺点及原因对闸门泵主要进行了如下的改进：

a.将电机设置在转子内部；

b.将叶轮设计成超大轴径三片式轴流空间扭曲叶片的结构；

c.将叶轮叶片设计成与转子腔一体式的结构；

d.将转子设计成转子腔与转子铁芯通过转子铁芯外径面配合的结构；

e.将电机电机设计成转子铁芯包含着定子绕组的结构；

f.将电机轴设计成中间大两头小，一头带L型透线孔的结构；

g.将转子设计成由两端轴承的轴承外圈作为旋转副的结构；

h.将电机的绕组线设计成通过电机轴L型孔与外电缆连接的结构；

i.将电机轴设计成为不旋转的固定轴的结构；

j.将泵设计为吸入函段与泵体分离的结构；

k.将泵设计为垂直吊装的结构。

本发明实施例提供了一种闸门泵，包括筒体、转子、电机和旋转副，

所述的电机设置在所述的转子内部；

所述的转子外壁与所述的筒体内壁之间形成导流空间；

所述的旋转副与所述的转子连接用于所述的转子的旋转。

本发明实施例提供的闸门泵的电机位于叶轮轮毂的内部，二者的长度融为一体，大大缩短了闸门泵的长度，提高了闸门泵的稳定性。

上述方案已经可以实现本发明的目的，下面在此基础上给出优选方案；

在本发明的一些实施例中，所述的转子包括叶轮叶片、转子腔和转子芯；所述的电机包括电机轴和定子绕组；

所述的叶轮叶片位于所述的导流空间中；

所述的闸门泵包括吸入段和排出段，所述的转子腔包括位于吸入段的第一壳体、位于所述的排出段的第二壳体、位于所述的第一壳体和所述的第二壳体之间的中部壳体，所述的中部壳体与所述的第一壳体连接形成有第一容纳腔；所述的中部壳体与所述的第二壳体连接形成有第二容纳腔；所述的旋转副位于所述的中部壳体的两端；

所述的电机轴的轴伸端贯穿所述的第一容纳腔，所述的轴伸端与所述的第一容纳腔之间机械密封；

所述的电机轴的轴颈端贯穿所述的第二容纳腔，所述的轴颈端与所述的第二容纳腔之间机械密封；

所述的转子芯位于所述的转子腔内部；

所述的定子绕组位于所述的转子腔内部，与所述的转子芯内壁接触。

在本发明的一些实施例中，所述的筒体上设置有用于提升所述闸门泵的提升装置。

在本发明的另一些实施例中，所述的电机轴为固定轴。

在本发明的一些实施例中，所述的叶轮叶片设为三片式轴流空间扭曲叶片的结构。

在本发明的另一些实施例中，所述的转子腔与转子芯通过转子芯外径面配合。

上述实施例中的闸门泵可以用于一体化泵闸中，一体化泵闸包括吸入管、闸门泵和出口拍门，所述的闸门泵为上述的任一种闸门泵；

所述的闸门泵包括吸入段和排出段，所述的吸入段与所述的吸入管联通，所述的排出段与所述的出口拍门联通。

在本发明的一些实施例中，所述的闸门泵上设置有闸门耦合箱，所述的提手位于所述的闸门耦合箱中。

在本发明的另一些实施例中，所述的闸门泵下部设置有用于固定所述的闸门泵的固定装置。

图1为本发明一实施例中闸门泵的结构示意图，图2为本发明一体化泵闸的结构示意图。如图1和2所示，闸门泵包括转子，转子为叶轮叶片102与转子腔与转子铁芯103组合而成，转子腔包括第一壳体111、第二壳体114和中部壳体101，然后靠两端的轴承107支撑，并以两端轴承面为旋转副，然后定子绕组104在转子的内部，将叶轮设计成超大轴径三片式轴流空间扭曲叶片的结构，闸门泵包括吸入段M和排出段N；这样一来，直接使得叶轮的占长度空间，与电机的占长度空间融为了一体，相当于将电机做到了叶轮的轮毂里面；这样一来就大大的缩短了整泵的长度，比传统的闸门泵长度直接缩短了一半；再由于电机与叶轮融为了一体，流体从叶轮叶片102出来后就没有了电机的阻挡，使导流空间可以按最合理的直通型导流叶设计，电机也不用考虑因阻挡流体而把电机设计的狭长，这样一来电机又可以缩短1/3；使得电机比传统的闸门泵的长度缩短量达到3/2，这样一来使泵与闸门的厚度相差无几，使得泵可以按照闸门的运动中心合理摆放泵的重心，由于泵大大缩短了，泵的悬臂量很少，在受冲击载荷时几乎与闸门受到的载荷一样，结构稳定性大大提高；

由于电机在叶轮的内部，叶轮在设计时就采用加大轴径的设计方法设计叶轮叶片，而导叶设计时不再需要考虑电机的遮挡，也只需按加大轴径法，按最合理的过流面积设计成直筒式的出水函段，这样一来，使泵具有最合理的流场，大大降低了流体的湍流现象与流场的不稳定因素，使泵的效率大大提升。

如图1和2所示，一体化泵闸包括吸入管2、闸门泵1和出口拍门3；由于泵体采取了分离式的设计方法，即是泵体与吸入口与出口拍门是分离式安装结构，这样使得泵的长度又少了吸入口2与出口拍门3的长度，这使得闸门的厚度可以设计得更薄，在垂直运动时具有更稳定的结构性。

由于泵是通过耦合箱4与定位锥5直接将泵固定在闸门上的，是完全约束，连接强度要远大于泵运行时受到的反冲击力，即使在几十米的水头压力下，该结构完全可以承受，所以这种结构完全杜绝了传统耦合结构因不完全约束而出现的运行震动，故障灯现象，大大提高到了泵的运行稳定性。

该泵的结构使泵可以在闸门内部实现垂直的吊装；打开耦合箱盖4，就可以把泵垂直吊起来进行检修，非常方便；而且由于泵与出口拍门3是分离式设计，当泵提起来检修时，闸门依然可以起到密封的作用，所以该结构直接就省去了传统泵站在泵维修时需要配备检修闸的情况。

该泵由于泵轴105是不旋转件，使得转子的重量大大减轻，也使得转子的驱动扭矩减少，节约运行能耗。将电机轴105设计成中间大两头小，一头带L型透线孔的结构；将电机的绕组线106设计成通过电机轴L型孔与外电缆连接的结构。

所述的中部壳体101与所述的第一壳体111连接形成有第一容纳腔112；所述的中部壳体101与所述的第二壳体114连接形成有第二容纳腔113；

可以理解的是，第一壳体111和第二壳体114与中部壳体的连接方式不做具体限定，可选的，为了保证第一壳体111和中部壳体101的稳定连接，在本发明的一些实施例中，第一壳体111与中部壳体一体成型；可选的，第二壳体114中可以设置有绕组线和接线盒等部件，为了方便第二壳体114与中部壳体101的拆卸，在本发明的一些实施例中，中部壳体101与第二壳体114之间采用可拆卸连接，如螺栓连接等。

可以理解的是：在本发明实施例的第一壳体111、中部壳体101和第二壳体114的外壁上分别固定有叶轮叶片102。

所述的电机轴的轴伸端贯穿所述的第一容纳腔112，所述的轴伸端与所述的第一容纳腔112之间机械密封；所述的电机轴的轴伸端贯穿所述的第一容纳腔112；

所述的电机轴105的轴颈端贯穿所述的第二容纳腔113，所述的轴颈端与所述的第二容纳腔113之间机械密封；该泵的密封处109相比传统的密封处大大减少，传统泵的密封处有8处，该泵的密封处只有4处，密封泄漏风险减少一半以上。

该泵的结构紧凑简单，零部件也非常少，节约了生产制造能耗。

相比传统固定在闸门的闸门泵：电机比传统的闸门泵的长度缩短量达到3/2，这样一来使泵与闸门的厚度相差无几，使得泵可以按照闸门的运动中心合理摆放泵的重心，由于泵大大缩短了，泵的悬臂量很少，在受冲击载荷时几乎与闸门受到的载荷一样，结构稳定性大大提高；

相比耦合在闸门上的闸门：泵由于泵是通过螺栓直接将泵固定在闸门上的，是完全约束，连接强度要远大于泵运行时受到的反冲击力，即使在几十米的水头压力下，该结构完全可以承受，所以这种结构完全杜绝了传统耦合结构因不完全约束而出现的运行震动，故障等现象，大大提高到了泵的运行稳定性。

该泵的垂直吊装结构使其在检修维修的便利性上远远强于传统的闸门泵。

该闸门泵包括吸入段和排出段，吸入段和排出段两端分别有密封圈110。

本发明实施例的一体化泵闸的工作原理是：三相电通过穿轴电缆输送到定子线圈，定子线圈产生感应交变磁场，磁场在外转子中的回路中的磁通量反生变化，使得外转子受到安培力而转动起来，因为外转子与叶轮叶片是一体式的结构，转子转动同时也是叶片转动，这样就使叶片转动起来，实现泵的排水输送。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种闸门泵，其特征在于，包括筒体、转子、电机和旋转副，

所述的电机设置在所述的转子内部；

所述的转子外壁与所述的筒体内壁之间形成导流空间；

所述的旋转副与所述的转子连接用于所述的转子的旋转。

2.根据权利要求1所述的闸门泵，其特征在于，所述的转子包括叶轮叶片、转子腔和转子芯；所述的电机包括电机轴和定子绕组；

所述的叶轮叶片位于所述的导流空间中；

所述的闸门泵包括吸入段和排出段，所述的转子腔包括位于吸入段的第一壳体、位于所述的排出段的第二壳体、位于所述的第一壳体和所述的第二壳体之间的中部壳体，所述的中部壳体与所述的第一壳体连接形成有第一容纳腔；所述的中部壳体与所述的第二壳体连接形成有第二容纳腔；所述的旋转副位于所述的中部壳体的两端；

所述的电机轴的轴伸端贯穿所述的第一容纳腔，所述的轴伸端与所述的第一容纳腔之间机械密封；

所述的电机轴的轴颈端贯穿所述的第二容纳腔，所述的轴颈端与所述的第二容纳腔之间机械密封；

所述的转子芯位于所述的转子腔内部；

所述的定子绕组位于所述的转子腔内部，与所述的转子芯内壁接触。

3.根据权利要求1所述的闸门泵，其特征在于，所述的筒体上设置有用于提升所述闸门泵的提升装置。

4.根据权利要求2所述的闸门泵，其特征在于，所述的电机轴为固定轴。

5.根据权利要求2所述的闸门泵，其特征在于，所述的叶轮叶片设为三片式轴流空间扭曲叶片的结构。

6.根据权利要求2所述的闸门泵，其特征在于，所述的转子腔与转子芯通过转子芯外径面配合。