CN109322840A - 一种离心式冷媒泵 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种离心式冷媒泵，包括壳体、位于所述壳体中的轴承、支承在所述轴承上的主轴、以及安装在所述主轴上的电机和安装在所述主轴端部的叶轮；所述电机包括与所述主轴配合的电机转子和与所述壳体配合的电机定子；所述壳体上设置有限位机构，所述限位机构抵靠在所述电机定子上，且所述限位机构位于进入所述壳体的冷媒的来流方向的上游侧、所述电机定子位于所述来流方向的下游侧。所述限位机构能够将叶轮前后压差产生的轴向力平衡掉，避免了离心式冷媒泵由于轴向力不平衡而导致的故障和损失。

Description

一种离心式冷媒泵
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种离心式冷媒泵。
背景技术
在制冷领域，冷媒泵的作用是对液体状态的制冷剂进行加压。冷媒泵的应用场合有以下几种。
例如，冷媒泵可用于制冷行业中需要较远距离输送冷媒的场合，这样可以节省生产线上冷媒搬运、储气罐更换等环节，节约人力。
再例如，冷媒泵可用于传统的制冷剂泵供液制冷系统。举例而言，在船用制冷系统中，由于船体晃动以及船舱楼层空间的限制，船用制冷系统的供液一般采用制冷剂泵供液。首先将液体制冷剂输送到用冷区域后，再节流蒸发制冷。
再例如，冷媒泵也可用于新型的自然冷凝液泵供液直接蒸发式供冷系统。自然冷凝液泵供液直接蒸发式供冷系统的特点是使用低温冷源(包括低温地下水、深层库水、江、河、湖、海水、城市次生污水及低温空气等)对吸收空调区域室内余热后的气相或气液两相冷媒进行冷凝液化，液化后的冷媒储存在贮液器中，然后通过液泵将其输送至空调区域的各室内机中吸收室内余热气化实现对区域的供冷。
发明人发现，传统的冷媒泵，往往存在一些缺点和不足。比如容积式冷媒泵的额定流量较小，叶片式冷媒泵虽然能够满足流量要求，但是泵运转时轴承磨损严重。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种离心式冷媒泵，以克服上述现有技术的缺陷。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种离心式冷媒泵，包括壳体、位于所述壳体中的轴承、支承在所述轴承上的主轴、以及安装在所述主轴上的电机和安装在所述主轴端部的叶轮；所述电机包括与所述主轴配合的电机转子和与所述壳体配合的电机定子；所述壳体上设置有限位机构，所述限位机构抵靠在安装于所述主轴上的零部件上，且所述限位机构位于进入所述壳体的冷媒的来流方向的上游侧、所述电机定子位于所述来流方向的下游侧。
在本发明的一些实施例中，所述限位机构包括设置于所述壳体中的驱动杆，所述驱动杆的一端伸出所述壳体外部、另一端连接有滑块机构，所述滑块机构伸入所述壳体内部并抵靠在所述电机定子上；所述滑块机构包括通过楔形面相互配合的下滑块和上滑块，所述下滑块连接至所述驱动杆，所述上滑块抵靠在所述电机定子上。
在本发明的一些实施例中，所述限位机构包括设置于所述壳体中的驱动杆，所述驱动杆的一端伸出所述壳体外部、另一端连接有偏心轮，所述偏心轮伸入所述壳体内部并抵靠在所述电机定子上。
在本发明的一些实施例中，所述轴承包括支承所述主轴一端的前轴承和支承所述主轴另一端的后轴承；所述轴承的前轴承包括间隙配合的前轴套和前轴承座，所述前轴套固定在所述主轴上、所述前轴承座固定在所述壳体上，且所述前轴承座上设有通孔；所述轴承的后轴承包括间隙配合的后轴套和后轴承座，所述后轴套固定在所述主轴上，所述后轴承座固定在所述壳体上，且所述后轴承座上设有通孔。
在本发明的一些实施例中，所述前轴套的与所述前轴承座配合的外周面为圆柱面、与所述前轴承座配合的端面为圆环面，所述前轴承座的与所述前轴套配合的内周面为径向承载圆柱面、与所述前轴套配合的端面为止推承载圆环面。在所述圆柱面和所述径向承载圆柱面之间安装有径向箔片、且在所述圆环面和所述止推承载圆环面之间安装有止推箔片；或者，在所述圆柱面和所述圆环面上加工有型线槽道，和/或在所述径向承载圆柱面和所述止推承载圆环面上加工有型线槽道。
在本发明的一些实施例中，所述后轴套的与所述后轴承座配合的外周面为圆柱面、与所述后轴承座配合的端面为圆环面，所述后轴承座的与所述后轴套配合的内周面为径向承载圆柱面、与所述后轴套配合的端面为止推承载圆环面。在所述圆柱面和所述径向承载圆柱面之间安装有径向箔片、且在所述圆环面和所述止推承载圆环面之间安装有止推箔片；或者，在所述圆柱面和所述圆环面上加工有型线槽道，和/或在所述径向承载圆柱面和所述止推承载圆环面上加工有型线槽道。
在本发明的一些实施例中，所述壳体包括筒体，所述筒体的一端连接有上壳体、另一端连接有底座，所述壳体的入口设置在所述上壳体的轴对称中心位置处，所述壳体的出口设置在所述上壳体的圆周上。
在本发明的一些实施例中，在所述主轴上靠近所述叶轮安装有诱导轮，所述诱导轮位于进入所述壳体的冷媒的来流方向的上游侧、所述叶轮位于下游侧。
在本发明的一些实施例中，所述离心泵还包括设置于所述壳体的入口处的进口导叶。
本申请各实施例中，叶轮前后压差产生一个轴向力，该轴向力的方向为来流方向的反方向。该轴向力的存在会加剧轴承2的磨损。为离心式冷媒泵增设限位机构后，该限位机构抵靠在电机定子上，并且限位机构位于进入壳体的冷媒的来流方向的上游侧、所述电机定子上，位于所述来流方向的下游侧。这样，限位机构将通过安装于主轴上的零部件对主轴施加另一个轴向力，该另一个轴向力的方向与所述来流方向相同(因为限位机构17位于来流方向的上游侧)，从而使叶轮前后压差产生的轴向力得到平衡，避免了轴向力不平衡导致的故障和损失。
附图说明
图1(a)为本发明实施例提供的一种离心式冷媒泵的一种结构示意图。
图1(b)为本发明实施例提供的一种离心式冷媒泵的另一种结构示意图。
图2(a)为所述离心式冷媒泵中限位机构的一种结构示意图。
图2(b)为所述离心式冷媒泵中限位机构的另一种结构示意图。
图3(a)为所述离心式冷媒泵中前轴套的结构示意图。
图3(b)为所述离心式冷媒泵中前轴承座的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种离心式冷媒泵。如图1(a)所示，所述离心式冷媒泵包括壳体1、位于壳体1中的轴承2、支承在轴承2上的主轴14、以及安装在主轴14上的电机3和安装在主轴14端部的叶轮32。电机3包括固定在主轴14上的电机转子15和设置于电机转子15径向外侧并与壳体1配合的电机定子16。壳体1上设置有限位机构17，限位机构17抵靠在电机定子16上。并且，限位机构17位于进入壳体1的冷媒的来流方向的上游侧、电机定子16位于所述来流方向的下游侧。
所述来流方向是冷媒进入壳体1的方向。在图1(a)所示的状态下，如箭头所示，来流方向指的是从左至右的方向。
壳体1上设有供冷媒流入的入口101和供冷媒流出的出口(未图示)。在图1(a)所示的状态下，在壳体1最左侧的中心位置设有入口101，在壳体1最左侧附近的圆周方向上加工有出口。
轴承2包括靠近冷媒的入口101的前轴承和远离冷媒的入口101的后轴承，通过该前轴承和后轴承来承担主轴14和叶轮32的径向载荷和轴向载荷。前轴承和后轴承支承主轴14。主轴14的靠近冷媒的入口101的端部安装有叶轮32。
电机3接通电源后在电机转子15和电机定子16之间形成磁场，磁场作用于电机转子15，使电机转子15带动主轴14旋转，主轴14进而带动位于冷媒入口101处的叶轮32转动，从而叶轮32将冷媒卷入入口101，叶轮32对冷媒做功，增加冷媒的压力，增压后的冷媒通过位于壳体1最左侧附近的圆周方向上的出口流出壳体1。
在上述过程中，由于通过叶轮32对进入壳体1的冷媒进行增压，因此叶轮32的前后存在压差。在图1(a)和图1(b)中，叶轮32左侧为其前方，具有增压前的压力，压力较小；叶轮32右侧为其后方，具有增压后的压力，压力较大。该压差会对主轴14产生轴向力，该轴向力的方向为来流方向的反方向。该轴向力的存在会加剧轴承2的磨损。如果这个轴向力不能平衡掉，将会给离心式冷媒泵的运行带来众多的质量和安全事故。
本申请各实施例中，为离心式冷媒泵增设限位机构17，该限位机构17抵靠在电机定子16上，并且限位机构17位于进入壳体1的冷媒的来流方向的上游侧、电机定子16位于所述来流方向的下游侧。这样，限位机构17将通过电机定子16对主轴14施加另一个轴向力，该另一个轴向力的方向与所述来流方向相同(这是因为限位机构17位于来流方向的上游侧)，从而使叶轮32前后压差产生的轴向力得到平衡，避免了轴向力不平衡导致的故障和损失。
在本申请的各实施例中，限位机构17有多种不同的实现方式。例如，如图2(a)所示，可以借助于滑块实现所述限位机构；而如图2(b)所示，可以借助于偏心轮实现所述限位机构。下面具体描述。
参考图2(a)，限位机构17包括设置于壳体1中的驱动杆，在一些实施例中，该驱动杆可以为螺钉19，或者为铆钉、销钉等，能够与滑块机构连接并带动滑块机构运动即可。螺钉19的一端伸出壳体1外部、另一端连接有滑块机构18，滑块机构18伸入壳体1内部并抵靠电机定子16。电机定子16不能产生周向旋转，且只有一个轴向移动的自由度。
滑块机构18包括通过楔形面相互配合的下滑块21和上滑块20，下滑块21连接至螺钉19，上滑块20抵靠在电机定子16上。转动螺钉19，螺钉19使下滑块21向壳体1内部移动，下滑块21和上滑块20通过楔形面配合，则上滑块20在下滑块21的挤压下沿着主轴14的轴向移动，方向与来流方向相同。上滑块20移动时电机定子16产生位移，位移的方向与来流方向相同。位移的产生导致磁拉力的产生，最终使叶轮32前后的压差产生的轴向力得到平衡。
参考图2(b)，限位机构17包括设置于壳体1中的驱动杆，在一些实施例中，该驱动杆可以为螺钉19，或者为铆钉、销钉等，能够与偏心轮连接并带动偏心轮运动即可。螺钉19的一端伸出壳体1外部、另一端连接有偏心轮10，偏心轮10伸入壳体1内部并抵靠在电机3的电机定子16上。电机定子16不能产生周向旋转，且只有一个轴向移动的自由度。
转动螺钉19，螺钉19使偏心轮10的小径部分离开电机定子16、并使偏心轮的大径部分抵靠电机定子16。偏心轮10大径部分的挤压使电机定子16产生位移，位移的方向与来流方向相同。位移的产生导致磁拉力的产生，最终使叶轮32前后的压差产生的轴向力得到平衡。
继续参考图1(a)和图1(b)，轴承2包括支承主轴14一端(靠近入口101的一端)的前轴承和支承主轴14另一端(远离入口101)的后轴承。所述前轴承包括间隙配合的前轴套22和前轴承座23，前轴套22固定在主轴14上、前轴承座23固定在壳体1上，且前轴承座22上设有通孔31。类似地，所述后轴承包括间隙配合的后轴套28和后轴承座29，后轴套28固定在主轴14上，后轴承座29固定在壳体1上，且后轴承座29上设有通孔31。例如前轴套22通过安装在主轴14上的叶轮32和主轴14上的键固定在主轴14上，而后轴套28则通过螺钉30主轴14上的键固定在主轴14上。
在离心式冷媒泵的工作过程中，前轴套22的圆柱面24与前轴承座23的径向承载圆柱面26之间形成径向摩擦副，前轴套22的圆环面25与前轴承座23的止推承载圆环面27之间形成止推摩擦副。当主轴14旋转时，带动固定在其上的前轴套22和后轴套28旋转，这样进入壳体1内的冷媒会流过前轴套22和前轴承座23之间的间隙、以及后轴套28和后轴承座29之间的间隙，前轴套22(后轴套28)和前轴承座23(后轴承座29)的相对运动会产生动压效应，即由于冷媒的粘性作用，在前轴套22(后轴套28)和前轴承座23(后轴承座29)之间产生液膜，液膜具有高压从而具有良好的承载能力，可以使前轴承和后轴承达到自润滑的效果。
在该离心式冷媒泵的结构中，轴承2设置在壳体1内部，并利用进入壳体1内的冷媒进行润滑，没有润滑油的参与。与传统润滑油润滑相比，不仅能防止冷媒与润滑油的互溶导致润滑状态的恶化，还能防止润滑油的流失以及降低冷媒在热交换设备中的换热效果。
并且，由于前轴承座23和后轴承座29上加工有若干通孔31，因此在离心式冷媒泵的运行过程中，一部分冷媒可以通过通孔31流入到电机腔和壳体1的后部(即后轴承座附近的)空腔，随后再由通孔31流出汇入冷媒主流。这样，既保证了后轴套28和后轴承座29的润滑，与可带走电机运行所产生的热量，保证电机在正常的温度范围内工作。并且，所述电机3是在冷媒经叶轮32增压压缩后才进行的冷却，为高压冷却，这样可以有效地控制冷媒的过热度。
如图3(a)所示，前轴套22的与前轴承座23配合的外周面为圆柱面24、与前轴承座23配合的端面为圆环面25。如图3(b)所示，前轴承座23的与前轴套22配合的内周面为径向承载圆柱面26、与前轴套22配合的端面为止推承载圆环面27。当在前轴套22的圆柱面24和前轴承座23的径向承载圆柱面26之间安装径向箔片、且在前轴套22的圆环面25和前轴承座23的止推承载圆环面27之间安装止推箔片时，前轴承形成为柔性箔片结构。当在前轴套22的圆柱面24和圆环面25上加工型线槽道，和/或在前轴承座23的径向承载圆柱面26和止推承载圆环面27上加工型线槽道时，前轴承形成为刚性结构。无论是柔性的箔片结构还是刚性的型线槽道结构，前轴套23和前轴承座23之间的冷媒都会沿着箔片或型线槽道向中央挤压，从而使前轴套22和前轴承座23之间产生的液膜具有高压。图3(a)和图3(b)显示，仅在后轴承座23的径向承载圆柱面26和止推承载圆环面27上加工有型线槽道。虽然未图示，后轴承的结构与前轴承相同，此处不再赘述。
壳体1包括筒体11，筒体11的一端连接有上壳体12、另一端连接有底座13。上壳体12与筒体11螺纹连接且两者之间加装O型圈33以防止冷媒泄露，底座13与筒体11也使用螺纹连接且两者之间加装O型圈以防止冷媒泄露。壳体1的入口101设置在上壳体12的轴对称中心位置处，壳体1的出口(未图示)设置在上壳体12的圆周上。筒体11内部的中间位置放置主轴14。底座13上布置有接线端子35和检查孔36，电机3通过接线端子35与外界电源相连。电机定子16由筒体11的后部(靠近底座13的部分)装入筒体11。
在主轴14上靠近叶轮32安装有诱导轮37，诱导轮37位于进入壳体1的冷媒的来流方向的上游侧、叶轮32位于下游侧。前置诱导轮37可以有效地减少本发明实施例公开的离心式冷媒泵中常见的空化现象。在本发明的一些实施例中，叶轮32也通过固定诱导轮37的螺钉固定在主轴14的端部。离心式冷媒泵启动后，冷媒首先经过诱导轮37，之后进入叶轮32的叶轮流道。在叶轮流道内，叶轮32对冷媒做功，使其增压。
在本发明的一些实施例中，所述离心泵还包括设置于壳体的入口处的进口导叶38。采用可转动的进口导叶38，可以使冷媒的流量调节范围变宽。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种离心式冷媒泵，其特征在于，包括壳体、位于所述壳体中的轴承、支承在所述轴承上的主轴、以及安装在所述主轴上的电机和安装在所述主轴端部的叶轮；
所述电机包括与所述主轴配合的电机转子和与所述壳体配合的电机定子；
所述壳体上设置有限位机构，所述限位机构抵靠在所述电机定子上，且所述限位机构位于进入所述壳体的冷媒的来流方向的上游侧、所述电机定子位于所述来流方向的下游侧。
2.根据权利要求1所述的离心式冷媒泵，其特征在于，所述限位机构包括设置于所述壳体中的驱动杆，所述驱动杆的一端伸出所述壳体外部、另一端连接有滑块机构，所述滑块机构伸入所述壳体内部并抵靠在所述电机定子上；
所述滑块机构包括通过楔形面相互配合的下滑块和上滑块，所述下滑块连接至所述驱动杆，所述上滑块抵靠在所述电机定子上。
3.根据权利要求1所述的离心式冷媒泵，其特征在于，所述限位机构包括设置于所述壳体中的驱动杆，所述驱动杆的一端伸出所述壳体外部、另一端连接有偏心轮，所述偏心轮伸入所述壳体内部并抵靠在所述电机定子上。
4.根据权利要求1所述的离心式冷媒泵，其特征在于，所述轴承包括支承所述主轴一端的前轴承和支承所述主轴另一端的后轴承；
所述轴承的前轴承包括间隙配合的前轴套和前轴承座，所述前轴套固定在所述主轴上、所述前轴承座固定在所述壳体上，且所述前轴承座上设有通孔；
所述轴承的后轴承包括间隙配合的后轴套和后轴承座，所述后轴套固定在所述主轴上，所述后轴承座固定在所述壳体上，且所述后轴承座上设有通孔。
5.根据权利要求4所述的离心式冷媒泵，其特征在于，
所述前轴套的与所述前轴承座配合的外周面为圆柱面、与所述前轴承座配合的端面为圆环面，所述前轴承座的与所述前轴套配合的内周面为径向承载圆柱面、与所述前轴套配合的端面为止推承载圆环面；以及，
在所述圆柱面和所述径向承载圆柱面之间安装有径向箔片、且在所述圆环面和所述止推承载圆环面之间安装有止推箔片；或者，在所述圆柱面和所述圆环面上加工有型线槽道，和/或在所述径向承载圆柱面和所述止推承载圆环面上加工有型线槽道。
6.根据权利要求4所述的离心式冷媒泵，其特征在于，
所述后轴套的与所述后轴承座配合的外周面为圆柱面、与所述后轴承座配合的端面为圆环面，所述后轴承座的与所述后轴套配合的内周面为径向承载圆柱面、与所述后轴套配合的端面为止推承载圆环面；以及，
在所述圆柱面和所述径向承载圆柱面之间安装有径向箔片、且在所述圆环面和所述止推承载圆环面之间安装有止推箔片；或者，在所述圆柱面和所述圆环面上加工有型线槽道，和/或在所述径向承载圆柱面和所述止推承载圆环面上加工有型线槽道。
7.根据权利要求1所述的离心式冷媒泵，其特征在于，所述壳体包括筒体，所述筒体的一端连接有上壳体、另一端连接有底座，所述壳体的入口设置在所述上壳体的轴对称中心位置处，所述壳体的出口设置在所述上壳体的圆周上。
8.根据权利要求7所述的离心式冷媒泵，其特征在于，在所述主轴上靠近所述叶轮安装有诱导轮，所述诱导轮位于进入所述壳体的冷媒的来流方向的上游侧、所述叶轮位于下游侧。
9.根据权利要求8所述的离心式冷媒泵，其特征在于，所述离心泵还包括设置于所述壳体的入口处的进口导叶。
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