CN113027775A - 带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵 - Google Patents

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田桂
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程诚
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Abstract

一种带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，为可拆卸的磁力驱动泵，包括前泵壳、诱导轮、叶轮、电机组件及隔离套；前泵壳为不锈钢材质的直角型离心泵泵壳，内部含有蜗壳结构，包括含VCR接头的进液口和排液口以及连接法兰；电机组件，包括电机前盖、电机定子、电机外壳、内磁转子、轴承部件、温度传感器和换热铜管。本发明具有结构紧凑、体型小巧、电机发热量小、工作区间可涵盖20K～120K和转速可调的特点，通过无氧铜垫圈密封的刀口法兰结构连接前泵壳和隔离套，在实现可拆卸的同时保证了低温下离心泵的全密封、无泄漏，采用四氟密封填充技术解决了低温下泵内间隙收缩导致的叶轮卡紧等问题，适用于小流量低温流体泵送场合。

Description

带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵
技术领域
本发明涉及离心泵，特别是一种带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵。
背景技术
随着航天技术的发展，低温推进剂在轨长期贮存以及高效利用愈发重要。低温离心泵作为循环冷却系统的核心部件，负责给低温推进剂提供循环动力、促进循环稳定运行。因此小型高效低温离心泵直接关系到热力学排气系统、低温冷却器等的功能实现和性能保障。
目前市场上的低温泵商业化产品主要是中、大型的柱塞泵、离心泵等，用于空分流体的充装、城市液化天然气的应急气化站和接受门站、高压氮/氧机场地面保障系统、油井激化的氮/二氧化碳加注设备、煤矿氮气灭火器、化工厂高压氮气试验设备、高压氮气保护系统、高压液化气体装瓶加注系统、氢-氧-氮的管线加压输送和气化设备、低温槽车、低温储槽的装料-卸料泵-循环、工业窑炉的燃烧供氧，以及航天液氧-液氢-液氦-液氮的试验及加注设备等等，特点为体型大、流量大、扬程高、功率大、漏热大，不能满足低温推进剂热力学排气系统的要求。而从热力学排气系统在轨应用的特点出发，所需的低温泵应具有以下特征：结构紧凑、工作流量小、额定功率低、电机发热量小、工作温区涵盖20K-120K、有一定的抗汽蚀能力、出口为单相液体且运行时稳定高效。
经过对现有技术的检索发现
授权公告号CN209398580U的专利公开了一种用于低温系统的立式液氮离心泵，包括设在真空冷箱内的液氮离心泵组件和设在真空冷箱外的电机，该电机的转轴与该液氮离心泵组件中的加长传动轴固定连接。虽然该加长传动轴的长度大于行业通用尺寸，有利于减少低温导热、降低冷量损失，但导致该液氮离心泵总体尺寸过大，不能满足低温推进剂冷却循环系统的需求。
授权公告号CN212130802U的专利公开了一种筒形低温离心泵，包括设置在离心泵外侧起到保护作用的筒形离心泵壳体和设置在离心泵壳体内侧的定转子电机，电机壳体与该离心泵壳体之间设有便于液体进行流动的出液流道，无需设置轴封，提高了泵的密闭性和可靠性。虽然筒形结构简单，但是叶轮流道流出的流体会冲击直线形壳体的流道并损失大量能量，降低了泵的效率，同时电机壳体直接接触低温流体，当电机功率大时漏热大，不利于低温液体的输送。
授权公告号CN204610305U的专利公开了一种潜液式低温离心泵，泵壳包括自下而上顺次连接的吸入段、中段、下端盖、电机壳和上端盖。其上下端盖通过多根出液管连通，使泵内低温液体流速更低、损失更小，该叶轮和轴套间隙配合有三角形迷宫槽减小介质内部泄露、提高泵效率。但该泵设计为潜液泵，须放置于密闭容器潜入液体内使用，在低温冷却循环管路中无法正常工作。
由此可见，目前已公开的低温离心泵无法满足低温推进剂循环系统使用等需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷，从低温推进剂在轨长期贮存以及高效利用循环冷却系统等需求出发，提供一种带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵。该离心泵可拆卸的磁力驱动泵，具有结构紧凑、体型小巧、电机发热量小、工作区间可涵盖20K～120K和转速可调的特点，通过无氧铜垫圈密封的刀口法兰结构连接前泵壳和隔离套，在实现可拆卸的同时保证了低温下离心泵的全密封、无泄漏，采用四氟密封填充技术解决了低温下泵内间隙收缩导致的叶轮卡紧等问题，适用于小流量低温流体泵送场合。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，所述的低温离心泵为可拆卸的磁力驱动泵，包括前泵壳、诱导轮、叶轮、电机组件及隔离套，其特点在于：
所述的电机组件，包括电机前盖、电机定子、电机外壳、内磁转子、轴承部件、温度传感器和换热铜管，所述的电机定子置于所述的电机外壳内并采用耐低温的低温胶固定，所述的隔离套置于所述的电机定子内并用耐低温的低温胶固定，所述的电机定子内含缠绕线圈；所述的内磁转子置于所述的泵转轴的四周，所述的泵转轴的两端由两端的轴承部件支撑一同放入所述的隔离套内，所述的泵转轴的一端伸出所述的隔离套的开口端，所述的电机前盖的中心孔套设在所述的泵转轴上，使所述的电机前盖置于所述的隔离套的开口端，所述的电机前盖与所述的隔离套通过螺丝预紧固定，所述的温度传感器固定在所述的电机定子上，所述的换热铜管是位于所述的电机外壳外的螺旋换热铜盘管结构；
所述的前泵壳是直角型离心泵泵壳，内部含有蜗壳结构，包括进液口和排液口以及刀口法兰。
所述的诱导轮及叶轮置于所述的前泵壳内，所述的诱导轮位于所述的叶轮的入口处并一体构成，在所述的前泵壳内沿低温液体流经的方向依次是所述的进液口、诱导轮、叶轮和排液口，所述的叶轮的后端与所述的泵转轴伸出的前端用螺栓预紧固定，在所述的叶轮的后方与所述的电机前盖之间的非流道区域用四氟填充块填充，在所述的前泵壳和所述的叶轮的入口管处有四氟密封套对间隙进行密封；
所述的前泵壳与所述的隔离套采用刀口法兰连接在一起，所述的前泵壳与所述的隔离套之间采用无氧铜垫片进行密封。
所述的前泵壳采用不锈钢结构，所述的进液口和排液口均采用VCR接口，有利于保证低温下的零泄漏，也有利于拆装。。
所述的电机外壳采用不锈钢结构，其内部和所述的电机定子采用耐低温的低温胶进行固定封装。
所述的低温离心泵为磁力驱动泵，配合使用的调速器采用直流二十四伏电源供电，可调节泵运行时的功率及转速。
所述的换热铜管是位于电机外壳上的螺旋换热铜盘管结构，内部可输送外界低温流体对电机进行换热。
所述的诱导轮与叶轮是一体加工，有利于安装且运行时稳定、同心率高。
所述的连接法兰为刀口法兰，采用无氧铜垫片进行密封。
所述的前泵壳内部含有蜗壳结构，对流体流动起导向作用，提高泵内流体能量利用效率；
所述的前泵壳在叶轮进口的间隙处采用四氟密封套进行密封，解决了低温下泵内间隙收缩导致的叶轮卡紧等问题，蜗壳内非流道区域采用固定的四氟填充块进行填充，有利于减少水力损失。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的低温离心泵为可拆卸的磁力驱动泵，即利用永磁体的磁力传动实现扭矩的无接触传递。其中定子内缠绕线圈的旋转磁场带动隔离套内的内磁转子转动，内磁转子的前端直接与泵转轴相连，带动叶轮转动。外定子与内磁转子间的隔离套通过法兰与前泵壳密封连接，彻底解决了轴封泄露问题，实现了全密封、无泄漏。
2、本发明所述的前泵壳在叶轮进口的间隙处采用四氟密封套配合螺纹进行密封，解决了低温下泵内间隙收缩导致的叶轮卡紧等问题，蜗壳内非流道区域采用螺丝预紧固定的四氟填充块进行填充，减少了泵体内部的间隙与死体积，避免了不必要的泄露和漩涡现象产生，有利于减少水力损失，提高泵的性能。
3、本发明所述的电机的缠绕线圈考虑了材料在低温和常温下电阻值的差异，在低温环境时缠绕线圈电阻减小，在工作功率与泵性能相同的情况下，实验表明电机效率较常温状态下会提升约20％。
5、实验表明，本发明采用磁力驱动泵设计原理，具有结构紧凑、体型小巧、电机发热量小、全密封、无泄漏和转速可调的特点，工作区间可涵盖20K～120K，适用于小流量低温流体泵送场合。
附图说明
图1为本发明低温离心泵的剖视示意图；
图2为本发明低温离心泵的正面视图；
图3为本发明低温离心泵的电机定子内线圈缠绕的分布示意图。
图中：1为前泵壳，2为诱导轮，3为叶轮，4为电机前盖，5为电机定子，6为隔离套，7为刀口法兰，8为电机外壳，9为内磁转子，10为泵转轴，11为轴承部件，12为温度传感器(带引线)，13为换热铜管，14为进液口，15为出液口，16为缠绕线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例
请参阅图1、图2和图3，由图可见，本发明带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，所述的低温离心泵为可拆卸的磁力驱动泵包括前泵壳1、诱导轮2、叶轮3、电机组件及隔离套6，所述的电机组件，包括电机前盖4、电机定子5、电机外壳8、内磁转子9、轴承部件11，温度传感器12和换热铜管13，所述的电机定子5置于所述的电机外壳8内并采用耐低温的低温胶固定，所述的隔离套6置于所述的电机定子5内并用耐低温的低温胶固定，所述的电机定子5内含缠绕线圈16；所述的内磁转子9置于所述的泵转轴10的四周，所述的泵转轴10的两端由所述的轴承部件11支撑一同放入所述的隔离套6内，所述的泵转轴10的一端伸出所述的隔离套6的开口端，所述的电机前盖4的中心孔套设在所述的泵转轴10上，使所述的电机前盖4置于所述的隔离套6的开口端，所述的电机前盖4与所述的隔离套6通过螺丝预紧固定，所述的温度传感器12固定在所述的电机定子5上，所述的换热铜管13是位于所述的电机外壳8外的螺旋换热铜盘管结构；
所述的前泵壳1是直角型离心泵泵壳，内部含有蜗壳结构，包括进液口14和排液口15以及刀口法兰7。
所述的诱导轮2及叶轮3置于所述的前泵壳内，所述的诱导轮2位于所述的叶轮3的入口处并一体构成，在所述的前泵壳1内沿低温液体流经的方向依次是所述的进液口14、诱导轮2、叶轮3和排液口15，所述的叶轮3的后端与所述的泵转轴10伸出的前端用螺栓预紧固定，在所述的叶轮3的后方与所述的电机前盖4之间的非流道区域用四氟填充块填充，在所述的前泵壳1和所述的叶轮2的入口管处有四氟密封套对间隙进行密封；
所述的前泵壳1与所述的隔离套6采用刀口法兰7连接在一起，所述的前泵壳1与所述的隔离套6之间采用无氧铜垫片进行密封。
所述的前泵壳1采用不锈钢结构，所述的进液口14和排液口15均采用VCR接口。
所述的电机外壳8采用不锈钢结构，其内部和所述的电机定子5采用耐低温的低温胶进行固定封装。
所述的低温离心泵为磁力驱动泵，配合使用的调速器采用直流二十四伏电源供电，可调节泵运行时的功率及转速。
该实施例的包络尺寸约131.7*70*117.5mm。
本发明的组装过程如下：
将温度传感器12固定在电机定子5上后，将电机定子5与电机外壳8采用耐低温的低温胶固定，将该整体用耐低温的低温胶与所述的隔离套6固定。
所述的内磁转子9与泵转轴10相连，所述的泵转轴10的两端由所述的轴承部件11支撑置于隔离套6内，一端伸出隔离套6的开口端。将泵转轴10穿过所述的电机前盖4的中心孔使所述的电机前盖4置于所述的隔离套6开口端，使低温流体与由隔离套6、内磁转子9等零部件组成的转子室分隔，减少水力损失。
诱导轮2和叶轮3一体化加工，叶轮3的后端与伸出的泵转轴10的前端用螺栓预紧。电机前盖4上通过螺丝预紧固定四氟填充块，用于填充叶轮左方与电机前盖4之间的非流道区域，有助于避免低温液体泵在工作时发生漩涡等不利现象。
前泵壳1内部在叶轮2入口管处有四氟密封套对间隙进行密封，防止入口流体的泄露，减少流动中不必要的漩涡，提高低温离心泵的效率，同时四氟材质解决了低温下泵内间隙收缩导致的叶轮卡紧等问题。
前泵壳1与隔离套6采用刀口连接法兰7连接，其中采用了无氧铜垫片进行密封。
本发明带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵工作实现方式及效果如下：
所述的电机安装在低温泵后端部位，电机绕组与三根输出信号线相连，信号线外接调速器，调速器由二十四伏直流电源供电。低温泵的进液口和出液口通过VCR接头与该低温泵使用场合的管路相连。
低温泵启动后，电机定子内的缠绕线圈16产生旋转的磁场，驱动隔离套6内的内磁转子9旋转，内磁转子9带动所述的泵转轴10及其前端固定的叶轮3等旋转部件一同旋转。
本发明采用离心泵原理，通过电机驱动叶轮3旋转，使低温液体流入进液口14，在惯性离心力的作用下，低温液体自叶轮的中心向外周作径向运动。低温液体在流经叶轮时流速增大，静压能增高，能量增大，从叶轮流出的低温液体进入泵体内的蜗壳部分，随着流道的变化逐渐减速，部分动能转化为静压能，最后从具有渐扩的出液口15流出。
实验表明，本发明带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，采用磁力驱动泵原理，具有结构紧凑、体型小巧、电机发热量小、全密封、无泄漏和转速可调的特点，工作区间可涵盖20K～120K，适用于小流量低温流体泵送场合。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，所述的低温离心泵为可拆卸的磁力驱动泵，包括前泵壳(1)、诱导轮(2)、叶轮(3)、电机组件及隔离套(6)，其特征在于，所述的电机组件，包括电机前盖(4)、电机定子(5)、电机外壳(8)、内磁转子(9)、轴承部件(11)，温度传感器(12)和换热铜管(13)；
所述的电机定子(5)置于所述的电机外壳(8)内并采用耐低温的低温胶固定，所述的隔离套(6)置于所述的电机定子(5)内并用耐低温的低温胶固定，所述的电机定子(5)内含缠绕线圈(16)；所述的内磁转子(9)置于所述的泵转轴(10)的四周，所述的泵转轴(10)的两端由所述的轴承部件(11)支撑一同放入所述的隔离套(6)内，所述的泵转轴(10)的前端伸出所述的隔离套(6)的开口端，所述的电机前盖(4)的中心孔套设在所述的泵转轴(10)上，使所述的电机前盖(4)置于所述的隔离套(6)的开口端，所述的电机前盖(4)与所述的隔离套(6)通过螺丝预紧固定，所述的温度传感器(12)固定在所述的电机定子(5)上，所述的换热铜管(13)是位于所述的电机外壳(8)外的螺旋换热铜盘管结构；
所述的前泵壳(1)是直角型离心泵泵壳，内部含有蜗壳结构，包括进液口(14)和排液口(15)以及刀口法兰(7)。
所述的诱导轮(2)及叶轮(3)置于所述的前泵壳(1)内，所述的诱导轮(2)位于所述的叶轮(3)的入口处并一体构成，在所述的前泵壳(1)内沿低温液体流经的方向依次是所述的进液口(14)、诱导轮(2)、叶轮(3)和排液口(15)，所述的叶轮(3)的后端与所述的泵转轴(10)伸出的前端用螺栓预紧固定，在所述的叶轮(3)的后方与所述的电机前盖(4)之间的非流道区域用四氟填充块填充，在所述的前泵壳(1)和所述的叶轮(2)的入口管处有四氟密封套对间隙进行密封；
所述的前泵壳(1)与所述的隔离套(6)采用刀口法兰(7)连接在一起，所述的前泵壳(1)与所述的隔离套(6)之间采用无氧铜垫片进行密封。
2.根据权利要求1所述的带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，其特征在于，所述的前泵壳(1)采用不锈钢结构，所述的进液口(14)和排液口(15)均采用VCR接口。
3.根据权利要求1所述的小流量低扬程高效微小型低温离心泵，其特征在于，所述的电机外壳(8)采用不锈钢结构，其内部和所述的电机定子(5)采用耐低温的低温胶进行固定封装。
4.根据权利要求1至3任一项所述的带诱导轮的高效小流量闭式微型低温离心泵，其特征在于，所述的低温离心泵为磁力驱动泵，配合使用的调速器采用直流二十四伏电源供电，可调节泵运行时的功率及转速。
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