CN110296086A - 一种多级轴流管道泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴流泵技术领域，提供一种多级轴流管道泵，包括同轴布置的泵壳体、泵叶轮和导叶体，泵壳体的内侧设有沿其中轴线布置的轮毂，轮毂与泵壳体之间通过导叶体相连接；轮毂上沿其轴向转动安装有多级泵叶轮；泵叶轮的轮缘上设有电机转子，泵壳体的侧壁上设有与电机转子相对应的电机定子；本发明结构紧凑，确保了输运的液体沿相同方向进出，实现了对每一级泵叶轮转速的独立调节，使得轴流管道泵高效率工作的区间得到大大地扩宽，达到了轴流管道泵对流体泵送时的大流量和大扬程的要求。

Description

一种多级轴流管道泵

技术领域

本发明涉及轴流泵技术领域，尤其涉及一种多级轴流管道泵。

背景技术

轴流泵是靠旋转叶轮的叶片对液体产生的作用力以输运液体的泵。轴流泵在结构上，包括同轴布置的泵壳体、泵叶轮和导叶体，其中，泵叶轮和导叶体沿着泵壳体内的水流方向布置，泵叶轮和导叶体连接在同一根转轴上，由转轴带动泵叶轮的转动，并以此达到对水流的泵送目的，该转轴的布置也导致泵壳体的出水口侧必须设为弯管结构，导致轴流泵进出口流动不在同一个方向上，除非进一步布置带来相当损失的进水管段与出水管段结构，以保证输运方向，这同时也进一步增加了轴流泵的尺寸。

轴流泵相对于离心泵、混流泵这两种形式的叶轮泵而言，轴流泵具有大流量、小扬程的特性，在一些大流量要求的场合拥有重要的应用前景，例如南水北调工程等。当液体大流量输运环境需要对扬程提出了更高的时，常用的做法是应用多级轴流泵，通过每一级叶轮提供一定的扬程，串联起来得到了更高的扬程。

然而，为了得到较高的扬程，传统多级轴流泵在流动方向上拥有较长的尺寸需求，其应用在空间有限的应用背景下可能受到制约；此外，传统多级轴流泵所有叶轮共用同一根转轴，则所有叶轮只能以同一旋转速度，并进行同方向的旋转，因而，只能通过调节该单一转速，以达到调整传统轴流泵运行工况的目的，这导致传统的多级轴流泵的转速可调节范围较小，高效率工作区间较窄。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种多级轴流管道泵，用以解决传统的多级轴流泵存在转速调节方式单一，并且高效率工作区间较窄的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多级轴流管道泵，包括同轴布置的泵壳体、泵叶轮和导叶体，所述泵壳体的内侧设有沿其中轴线布置的轮毂，所述轮毂与所述泵壳体之间通过所述导叶体相连接；所述轮毂上沿其轴向安装有多级所述泵叶轮；

所述泵叶轮的轮缘上设有电机转子，所述泵壳体的侧壁上设有与所述电机转子相对应的电机定子。

优选的，本发明中所述泵壳体的进水口端和出水口端对应设有一个所述导叶体；

各级所述泵叶轮位于两个所述导叶体之间，相邻两级所述泵叶轮的转向相反。

优选的，本发明中各级所述泵叶轮的转向相同，相邻两级所述泵叶轮之间对应设有一个所述导叶体。

优选的，本发明中所述电机定子置于所述泵壳体的侧壁内，所述泵壳体的内侧壁上设有对应所述电机定子布置的环形开口；

所述电机转子伸入至所述环形开口中，所述电机转子与所述环形开口的两个侧壁及所述电机定子之间构成第一冷却通道。

优选的，本发明中所述泵叶轮包括转动套和叶轮片，所述叶轮片沿所述转动套的外侧壁呈圆周均布；

所述转动套转动安装在所述轮毂上；所述电机转子安装在各个所述叶轮片的轮缘上。

优选的，本发明中所述轮毂上开设有环形凹槽，所述转动套转动安装在所述环形凹槽中。

优选的，本发明中所述环形凹槽的槽底与所述转动套的内侧壁之间设有支撑轴承；

所述环形凹槽朝向所述泵壳体进水侧的槽壁与所述转动套的端部之间设有推力轴承；

所述转动套与所述环形凹槽的两个槽壁及槽底之间构成第二冷却通道。

优选的，本发明中所述环形凹槽朝向所述泵壳体进水侧的槽壁上还设有环形限位边，所述环形限位边设在所述环形凹槽的槽口处，并对所述推力轴承进行止挡限位。

(三)技术效果

本发明提供的多级轴流管道泵，通过设置沿着固定的轮毂旋转的多级泵叶轮，并且每级泵叶轮均在相应级的电机定子与电机转子之间的磁场力作用下作旋转运动，从而可实现对每一级泵叶轮的转速的独立调节，其相对于传统的多级轴流泵的单一转速调节方式而言，可调节参数得到大大增加，并当某一级的泵叶轮出现流动恶化时，可以通过调节其上游或下游泵叶轮的旋转速度，以控制全局流场，从而使得轴流管道泵高效率工作的区间得到大大地扩宽；与此同时，多级泵叶轮的同时工作，也达到了轴流管道泵对流体泵送时的大流量和大扬程的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所示的第一种多级轴流管道泵的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例所示的第二种多级轴流管道泵的剖面结构示意图；

图3为图1中K1处的局部放大结构示意图；

图4为图1中K2处的局部放大结构示意图。

图中：1-泵壳体，2-泵叶轮，201-转动套，202-叶轮片，3-导叶体，4-轮毂，5-电机转子，6-电机定子，7-环形开口，8-第一冷却通道，9-环形凹槽，10-支撑轴承，11-推力轴承，12-第二冷却通道，13-环形限位边。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1-2，本实施例提供了一种多级轴流管道泵，包括同轴布置的泵壳体1、泵叶轮2和导叶体3，泵壳体1的内侧设有沿其中轴线布置的轮毂4，轮毂4与泵壳体1之间通过导叶体3相连接；轮毂4上沿轴向转动安装有多级泵叶轮2；泵叶轮2的轮缘上设有电机转子5，泵壳体1的侧壁上设有与电机转子5相对应的电机定子6，其中，电机转子5与电机定子6均呈圆筒状结构。

由图1-2所示的结构可知，在泵壳体1内设有沿其中轴线布置的固定不动的轮毂4，通过在轮毂4上转动装有沿着流体主流方向(箭头所示)布置的多级泵叶轮2，并且每级泵叶轮2均在相应级的电机定子6与电机转子5之间的磁场力作用下作旋转运动，从而可实现对每一级的泵叶轮2的转速的独立调节，并且每一级独立旋转的泵叶轮2均能够相应地达到对水流泵送的效果，从而本实施例所示的轴流管道泵相对于传统的多级轴流泵的单一转速调节方式而言，可调节参数得到大大增加，并在某一级的泵叶轮2出现流动恶化时，可以通过调节其上游或下游泵叶轮2的旋转速度，以控制全局流场，进而使得轴流管道泵高效率工作的区间得到大大地扩宽。另外，本实施例所示的轴流管道泵通过其多级泵叶轮的同时工作，也达到了对流体泵送时的大流量和大扬程的要求。

进一步的，参见图1，本实施例中泵壳体1的进水口端和出水口端对应设有一个导叶体3；各级的泵叶轮2位于两个导叶体3之间，相邻两级泵叶轮2的转向相反。

具体的，在本实施例所示的轴流管道泵中，相邻两级泵叶轮2设计为对转的工作状态，在实际工作中，可以沿着泵壳体1内的主流方向，直接按照第一级正转-第二级反转-第三级正转，并按照此等顺序布置所有的泵叶轮2，在相邻两级泵叶轮2之间不需要添加导叶体，只需要在最后一级的泵叶轮2下游布置导叶体3，回收最后的环量即可，其中，在泵壳体1的进水口端设置导叶体3，这有利于在泵壳体1的进水口端为泵叶轮2提供预旋。

由于相邻两级泵叶轮2的旋转方向相反，则上一级正转的泵叶轮2可以提供正向的圆周速度，而下一级反转的泵叶轮2兼备导叶体3与泵叶轮2的作用，一方面可以回收前一级泵叶轮2提供的环量，增加输运流体压力，另一方面还可以进一步提供反向的圆周速度，进一步增加流体的总压，依次下去，从而不需要导叶体3即可实现输运流体的多级增压效果。

因而，相比于传统的通过同一根转轴驱动多级泵叶轮转动的多级轴流泵而言，本实施例所示的通过电磁驱动的多级轴流管道，不仅实现了将泵壳体1设计成便于液体直进直出的直通结构，还极大地缩减了相邻两级泵叶轮2之间排布的间距。由此，本实施例所示的轴流管道泵在结构上更加紧凑，在流动方向上拥有的尺寸较小，适用范围更广。

进一步的，参见图2，本实施例中各级泵叶轮2的转向相同，相邻两级泵叶轮2之间对应设有一个导叶体3。

具体的，在本实施例所示的轴流管道泵中，为了实现多级增压，在结构设计上，采用了第一级泵叶轮-第一级导叶体-第二级泵叶轮-第二级导叶体，按此顺序依次布置各级的泵叶轮2与导叶体3。

由此，每一级的泵叶轮2为流体提供圆周方向的速度(即环量)，从而增加了流体动能，然后通过该级下游的泵导叶回收本级泵叶轮2的环量，并为下一级泵叶轮2提供转动所需的液流角，并对轮毂4提供支撑。因而，在多级泵叶轮2与导叶体3的依次作用下，逐级增加了流体的压力，大大提高了从泵壳体1的出水口端泵送流体的总体压力。

进一步的，参见图3，本实施例中电机定子6置于泵壳体1的侧壁内，在泵壳体1的内侧壁上设有对应电机定子6布置的环形开口7；每级泵叶轮2的电机转子5伸入至与其相应级的电机定子6所对应的环形开口7中，电机转子5与环形开口7的两个侧壁及电机定子6之间构成第一冷却通道8。

具体的，由于轴流管道泵在泵壳体1内对流体进行逐级泵送时，处于下游的流体压力大于处于上游的流体压力，则在该压差的作用下，主流流体中的一部分水流会从第一冷却通道8的下游入口进入，流经电机定子6与电机转子5之间，并对电机定子6进行自然冷却，最后从第一冷却通道8的上游出口流出。由此，每级的泵叶轮2在工作过程中，与其相应级的电机定子6均可通过相应的第一冷却通道8中自然流动的水流进行冷却。

进一步的，本实施例中泵叶轮2包括转动套201和叶轮片202，叶轮片202沿转动套201的外侧壁呈圆周均布，以确保泵叶轮2在轮毂4上旋转的稳定性，不会发生重心偏移的问题；转动套201转动安装在轮毂4上；电机转子5安装在各个叶轮片202的轮缘上。

进一步的，为了防止泵叶轮2在轮毂4上旋转的过程中发生轴向窜动，本实施例在轮毂4上开设有环形凹槽9，转动套201转动安装在环形凹槽9中。

进一步的，参见图4，本实施例在环形凹槽9的槽底与转动套201的内侧壁之间设有支撑轴承10，以防止泵叶轮2在转动的过程中，其转动套201与轮毂4之间发生较大的摩擦损耗，并由此确保了泵叶轮2的正常运行。

与此同时，由于在泵壳体1内，处于下游的流体压力大于处于上游的流体压力，则通过在环形凹槽9朝向泵壳体1进水侧的槽壁与转动套201的端部之间设置推力轴承11，可有效防止泵叶轮2在上、下游的流体压差的作用下，朝向上游窜动。

另外，通过在转动套201与环形凹槽9的两个槽壁及槽底之间设置第二冷却通道12，则可同样利用泵壳体1内上、下游的流体压差，使得主流流体中的一部分水流从第二冷却通道12的下游入口进入，并从其上游出口流出，水流在第二冷却通道12中流动的过程中，实现了对支撑轴承10、推力轴承11的自然水冷却，其中，在此应当指出的是，支撑轴承10可采用深沟球轴承或水润滑轴承，推力轴承11可采用单向推力圆锥滚子轴承或单向推力圆柱滚子轴承或水润滑轴承。

进一步的，本实施例中环形凹槽9朝向泵壳体1进水侧的槽壁上还设有环形限位边13，环形限位边13设在环形凹槽9的槽口处，并对推力轴承11进行止挡限位，由此进一步确保了泵叶轮2旋转的稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多级轴流管道泵，包括同轴布置的泵壳体、泵叶轮和导叶体，其特征在于，所述泵壳体的内侧设有沿其中轴线布置的轮毂，所述轮毂与所述泵壳体之间通过所述导叶体相连接；

所述轮毂上沿其轴向转动安装有多级所述泵叶轮；

所述泵叶轮的轮缘上设有电机转子，所述泵壳体的侧壁上设有与所述电机转子相对应的电机定子。

2.根据权利要求1所述的多级轴流管道泵，其特征在于，

所述泵壳体的进水口端和出水口端对应设有一个所述导叶体；

各级所述泵叶轮位于两个所述导叶体之间，相邻两级所述泵叶轮的转向相反。

3.根据权利要求1所述的多级轴流管道泵，其特征在于，

各级所述泵叶轮的转向相同，相邻两级所述泵叶轮之间对应设有一个所述导叶体。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的多级轴流管道泵，其特征在于，所述电机定子置于所述泵壳体的侧壁内，所述泵壳体的内侧壁上设有对应所述电机定子布置的环形开口；

所述电机转子伸入至所述环形开口中，所述电机转子与所述环形开口的两个侧壁及所述电机定子之间构成第一冷却通道。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的多级轴流管道泵，其特征在于，所述泵叶轮包括转动套和叶轮片，所述叶轮片沿所述转动套的外侧壁呈圆周均布；

所述转动套转动安装在所述轮毂上；所述电机转子安装在各个所述叶轮片的轮缘上。

6.根据权利要求5所述的多级轴流管道泵，其特征在于，所述轮毂上开设有环形凹槽，所述转动套转动安装在所述环形凹槽中。

7.根据权利要求6所述的多级轴流管道泵，其特征在于，

所述环形凹槽的槽底与所述转动套的内侧壁之间设有支撑轴承；

所述环形凹槽朝向所述泵壳体进水侧的槽壁与所述转动套的端部之间设有推力轴承；

所述转动套与所述环形凹槽的两个槽壁及槽底之间构成第二冷却通道。

8.根据权利要求7所述的多级轴流管道泵，其特征在于，所述环形凹槽朝向所述泵壳体进水侧的槽壁上还设有环形限位边，所述环形限位边设在所述环形凹槽的槽口处，并对所述推力轴承进行止挡限位。