CN110332125A - 一种紧凑型轴流管道泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴流泵技术领域，提供一种紧凑型轴流管道泵，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电机定子，电机定子同时与每级泵叶轮上的电机转子相对应；本发明通过由一个电机定子与多级泵叶轮上的电机转子之间相互的电磁作用，驱动多级泵叶轮作旋转运动，不仅达到了对流体泵送时的大流量和大扬程的要求，而且相对于传统的同一根转轴驱动多级泵叶轮转动的多级轴流泵而言，大大缩减了其轴向尺寸，在结构上更加紧凑，适用范围更加广泛。

Description

一种紧凑型轴流管道泵

技术领域

本发明涉及轴流泵技术领域，尤其涉及一种紧凑型轴流管道泵。

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，常用的做法是对原有的单级的轴流泵进行改进，在同一根转轴上依次串联多个泵叶轮，以得到多级轴流泵，通过每一级泵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，这种多级轴流泵在流动方向上将拥有较长的尺寸需求，在一些限定的空间内，其适用性将受到大大的制约。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种紧凑型轴流管道泵，用以解决现有的多级轴流泵存在轴向尺寸较大，导致在一些限定的空间内，适用范围受到较大限制的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紧凑型轴流管道泵，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电机定子，所述电机定子同时与每级所述泵叶轮上的电机转子相对应。

优选的，本发明中所述轮毂上还转动装有位于每级所述泵叶轮下游的反转叶轮；每级所述泵叶轮与其相应的所述反转叶轮之间通过反转传动机构相连接。

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，本发明中所述反转叶轮包括所述转动套和所述叶轮片，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；各个所述叶轮片的轮缘连接环形轮边的内侧壁。

优选的，本发明中所述反转传动机构包括主动齿环、齿轮和从动齿环；所述主动齿环同轴安装在所述泵叶轮的转动套的端部，所述从动齿环同轴安装在所述反转叶轮的转动套的端部；所述主动齿环与所述从动齿环呈相对布置，分别与所述齿轮相啮合，所述齿轮沿径向转动安装在所述轮毂上。

优选的，本发明中，多个所述齿轮沿圆周均匀排布在所述轮毂的外侧壁上；所述齿轮安装在沿径向布置的转轴上，所述转轴插装于固定轴承中，所述固定轴承安装在所述轮毂中。

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；各级所述泵叶轮及其相应的反转叶轮位于两个所述导叶体之间。

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；所述电机转子与所述环形轮边均伸入至所述环形开口中，在所述电机转子与所述电机定子之间、及所述环形轮边与所述电机定子之间均预留有气隙。

优选的，本发明中所述轮毂上开设有多个环形凹槽，每个所述环形凹槽分别与每级所述泵叶轮及其相应的所述反转叶轮相对应；所述泵叶轮与所述反转叶轮的转动套均转动安装在所述环形凹槽中。

优选的，本发明中所述泵叶轮的转动套与所述环形凹槽的槽底之间、及所述反转叶轮的转动套与所述环形凹槽的槽底之间均设有支撑轴承；所述环形凹槽的上游槽壁与所述泵叶轮的转动套的端部之间设有推力轴承；所述环形凹槽的上游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。

(三)技术效果

本发明提供的紧凑型轴流管道泵，通过设置沿着固定的轮毂旋转的多级泵叶轮，每级泵叶轮均由同一个电机定子提供感应磁场，通过电机定子与每级泵叶轮上的电机转子之间的磁场力作用，驱动各级泵叶轮作旋转运动，以此将泵壳体的水流直接沿轴向泵送出去，在此过程中，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。

相对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，本发明通过设计电磁驱动的轴流管道泵，不仅实现了将泵壳体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之间排布的间距，由此，在结构上更加紧凑，在流动方向上拥有的尺寸较小，适用范围更加广泛。

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紧凑型轴流管道泵的剖面结构示意图；

图2为图1中K1处的局部放大结构示意图；

图3为图1中K2处的局部放大结构示意图；

图4为图3中的A-A剖面结构示意图。

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-反转叶轮，8-环形轮边，9-主动齿环，10-齿轮，11-从动齿环，12-转轴，13-固定轴承，14-环形开口，15-气隙，16-环形凹槽，17-支撑轴承，18-推力轴承，19-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，本实施例提供了一种紧凑型轴流管道泵，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的侧壁上设有电机定子6，电机定子6同时与每级泵叶轮2上的电机转子5相对应。

由图1所示的结构可知，本实施例所述的轴流管道泵在工作时，每级泵叶轮2均由同一个电机定子6提供感应磁场，通过电机定子6与每级泵叶轮2上的电机转子5之间的磁场力作用，驱动各级泵叶轮2作旋转运动，以此将泵壳体1的水流直接沿轴向泵送出去，在此过程中，多级泵叶轮2的同时工作，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。

相对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，本实施例中通过设计电磁驱动的轴流管道泵，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之间排布的间距。

尤其应当指出的是，由于在轴线方向上，电机定子6需要在铁心段之外另外布置绕组空间，其轴向尺寸需求远大于电机转子5，因此，本实施例中轴流管道泵的泵壳体1的轴向尺寸主要受到电机定子6的轴向尺寸影响，本实施例中通过将多级电机转子5所对应的电机定子6设计为一体式结构，单一的电机定子6所需的轴向尺寸大大减小，因而，最大限度地缩短了轴流管道泵的轴向尺寸，这也使得轴流管道泵在结构上更加紧凑，适用范围更加广泛，能够满足某些特定场合的需求。

进一步的，本实施例在轮毂4上还转动装有位于每级泵叶轮2下游的反转叶轮7；每级泵叶轮2与其相应的反转叶轮7之间通过反转传动机构相连接。

在图1所示的轴流管道泵中，可设置第一级正向旋转的泵叶轮2带动与其对应反转的反转叶轮7，然后，由第二级正向旋转的泵叶轮2带动与其对应反转的反转叶轮7，按此排布规律，可逐次进行多级设置。

在实际工作中，由每一级的泵叶轮2提供正向的圆周速度，其相应级的反转叶轮7兼备导叶体与泵叶轮的作用，一方面可以回收当前级泵叶轮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，从而不需要导叶体即可实现输运流体的多级增压效果。因而，通过如此设计，可进一步缩减相邻两级泵叶轮2之间排布的间距，使得本实施例所示的轴流管道泵在结构上更加紧凑。

进一步的，本实施例中泵叶轮2包括转动套201和叶轮片202，转动套201转动安装在轮毂4上，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；电机转子5安装在各个叶轮片202的轮缘上。

进一步的，本实施例中反转叶轮7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；转动套201转动安装在轮毂4上；各个叶轮片202的轮缘连接环形轮边8的内侧壁。

由此可见，反转叶轮7与泵叶轮2的结构相似，通过在反转叶轮7的轮缘上设置环形轮边8，以确保反转叶轮7与泵叶轮2在结构上的一致性，并防止在其轮缘处对水流的流动造成影响。

进一步的，本实施例中反转传动机构包括主动齿环9、齿轮10和从动齿环11；主动齿环9同轴安装在泵叶轮2的转动套201的端部，从动齿环11同轴安装在反转叶轮7的转动套201的端部；主动齿环9与从动齿环11呈相对布置，分别与齿轮10相啮合，齿轮10沿径向转动安装在轮毂4上。

由图3、图4所示的结构可知，每一级的泵叶轮2在正向转动时，将会带动主动齿环9同步作正向旋转，主动齿环9会通过齿轮10的传动，带动从动齿环11同步作反向旋转，由此，从动齿环11带动反转叶轮7作反向旋转，从而每一级的泵叶轮2与其相应级的反转叶轮7实现了对转。

在此应当指出的是，图3与图4所示的反转传动机构安装在轮毂侧，还可以将反转传动机构安装在靠近泵叶轮的轮缘侧，而轮缘一侧布置的反转传动机构的半径较大，受力较小，但是布置空间主要受到电机转子5的径向尺寸限制，且对主流流动影响相对较大；在轮毂一侧布置的反转传动机构半径较小，受力较大，其布置空间主要受转动套201的尺寸影响，较大的转动套201尺寸可以提供较大的布置空间，反之亦然，且对主流流动影响相对较小。

进一步的，为了确保反转传动机构在传动过程中运行的稳定性，本实施例设置有多个齿轮10(至少两个)，多个齿轮10沿圆周均匀排布在轮毂4的外侧壁上；齿轮10安装在沿径向布置的转轴12上，转轴12插装于固定轴承13中，固定轴承13安装在轮毂4中。

进一步的，本实施例在泵壳体1的进水口端和出水口端对应设有一个导叶体3；各级泵叶轮2及其相应的反转叶轮7位于两个导叶体3之间。

具体的，由上可知，由于每一级的泵叶轮2设有与其对转的反转叶轮7，则在相邻两级的泵叶轮2之间无需设置导叶体3即可实现对输运流体的多级增压效果，从而只需在泵壳体1的进水口端和出水口端对应设一个导叶体3，其中，泵壳体1的进水口端设置的导叶体3用于为泵叶轮2提供预旋，而泵壳体1的出水口端设置的导叶体3用于回收最后一级泵叶轮2的环量。

进一步的，本实施例中电机定子6置于泵壳体1的侧壁内，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14；电机转子5与环形轮边8均伸入至环形开口14中，在电机转子5与电机定子6之间、及环形轮边8与电机定子6之间均预留有气隙15，参见图2。

具体的，在实际工作中，上述气隙15构成了对电机定子6进行自然水冷的冷却通道。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气隙15的下游入口进入，流经电机定子6与电机转子5之间，或电机定子6与环形轮边8之间，并对电机定子6进行自然冷却，最后从气隙15的上游出口流出。

进一步的，本实施例在轮毂4上开设有多个环形凹槽16，每个环形凹槽16分别与每级泵叶轮2及其相应的反转叶轮7相对应；泵叶轮2与反转叶轮7的转动套201均转动安装在环形凹槽16中，从而有效防止了每级泵叶轮2及其相应的反转叶轮7在对转的过程中发生轴向窜动。

进一步的，参见图3，本实施例在泵叶轮2的转动套201与环形凹槽16的槽底之间、及反转叶轮7的转动套201与环形凹槽16的槽底之间均设有支撑轴承17，用以防止每级泵叶轮2及其相应的反转叶轮7在对转的过程中，其相应的转动套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与反转叶轮7的正常运转。

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，通过在环形凹槽16的上游槽壁与泵叶轮2的转动套201的端部之间设置推力轴承18，可有效防止每级泵叶轮2及其相应的反转叶轮7在上、下游的流体压差的作用下，朝向上游窜动。

另外，通过环形凹槽16的上游槽壁上设置环形限位边19，并将环形限位边19设在所述环形凹槽16的槽口处，则可对推力轴承18进行止挡限位，进一步确保了泵叶轮2旋转的稳定性。

在此还应指出的是，通过在泵叶轮2、反转叶轮7的转动套201与环形凹槽16的槽底之间分别设有支撑轴承17，并在环形凹槽16的上游槽壁与泵叶轮2的转动套201的端部之间设置推力轴承18，则在泵叶轮2的转动套201与环形凹槽16的槽底之间、及反转叶轮7的转动套201与环形凹槽16的槽底分别形成了冷却通道，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该冷却通道的下游入口进入，并从其上游出口流出，水流在该冷却通道中流动的过程中，实现了对支撑轴承17、推力轴承18的自然水冷却，其中，支撑轴承17可采用深沟球轴承或水润滑轴承，推力轴承18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。

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 (10)

1.一种紧凑型轴流管道泵，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电机定子，所述电机定子同时与每级所述泵叶轮上的电机转子相对应。

2.根据权利要求1所述的紧凑型轴流管道泵，其特征在于，

所述轮毂上还转动装有位于每级所述泵叶轮下游的反转叶轮；

每级所述泵叶轮与其相应的所述反转叶轮之间通过反转传动机构相连接。

3.根据权利要求2所述的紧凑型轴流管道泵，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。

4.根据权利要求3所述的紧凑型轴流管道泵，其特征在于，

所述反转叶轮包括所述转动套和所述叶轮片，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；各个所述叶轮片的轮缘连接环形轮边的内侧壁。

5.根据权利要求4所述的紧凑型轴流管道泵，其特征在于，

所述反转传动机构包括主动齿环、齿轮和从动齿环；

所述主动齿环同轴安装在所述泵叶轮的转动套的端部，所述从动齿环同轴安装在所述反转叶轮的转动套的端部；

所述主动齿环与所述从动齿环呈相对布置，分别与所述齿轮相啮合，所述齿轮沿径向转动安装在所述轮毂上。

6.根据权利要求5所述的紧凑型轴流管道泵，其特征在于，

多个所述齿轮沿圆周均匀排布在所述轮毂的外侧壁上；所述齿轮安装在沿径向布置的转轴上，所述转轴插装于固定轴承中，所述固定轴承安装在所述轮毂中。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述的紧凑型轴流管道泵，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；各级所述泵叶轮及其相应的反转叶轮位于两个所述导叶体之间。

8.根据权利要求4所述的紧凑型轴流管道泵，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；

所述电机转子与所述环形轮边均伸入至所述环形开口中，在所述电机转子与所述电机定子之间、及所述环形轮边与所述电机定子之间均预留有气隙。

9.根据权利要求8所述的紧凑型轴流管道泵，其特征在于，

所述轮毂上开设有多个环形凹槽，每个所述环形凹槽分别与每级所述泵叶轮及其相应的所述反转叶轮相对应；

所述泵叶轮与所述反转叶轮的转动套均转动安装在所述环形凹槽中。

10.根据权利要求9所述的紧凑型轴流管道泵，其特征在于，

所述转动套与所述环形凹槽的槽底之间设有支撑轴承；

所述环形凹槽的上游槽壁与所述泵叶轮的转动套的端部之间设有推力轴承；

所述环形凹槽的上游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。