CN113323894A - 一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵 - Google Patents

Abstract

一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，包括相连接的电机壳体、叶轮壳和轴承座，电机壳体与叶轮壳之间形成电机腔，所述电机腔内设有灌封定子、防腐转子和电机轴，所述电机轴的两端通过安装在电机壳体和轴承座上的轴承进行支撑，所述电机轴与叶轮壳之间间隙配合，用于保持电机腔和增压腔之间的压力平衡；增压腔内设有安装在电机轴上的叶轮，叶轮壳的底部设有将电机腔和增压腔相连通的连通孔，所述轴承座内设有环形流道，轴承座上设有与环形流道相连通的进气口和排气口。电机轴的轴向平衡力好，运行更加稳定可靠，灌封定子防腐防爆，防腐转子耐腐蚀能力强，避免了含氢混合气体对灌封定子和防腐转子的外表及内部造成氢脆氢蚀，保证了氢气循环泵的正常工作。

Description

一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵

技术领域：

本发明涉及一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵。

背景技术：

燃料电池是通过可燃物质(氢气)与空气中的氧气之间的电化学反应产生电能，其中，燃料电池反应后，排出的气体中含有大量的氢气，这些氢气若直接排放到大气中，一方面是能源的浪费，另一方面是对环境造成污染，三是氢气易燃易爆会产生危险，因此，需要对这些氢气进行回收再利用。目前，一般都是通过氢气循环泵将这些含氢混合气体循环回燃料电池进行回收再利用。

目前的氢气循环泵，主要包括相连接的电机壳体、轴承座和流道盖板，电机壳体与轴承座之间形成电机腔，轴承座和流道盖板之间设有叶轮，形成增压腔，电机的驱动轴带动叶轮高速旋转完成对气体的增压。其中的轴承座，主要作用一是对轴承进行支撑，二是对电机腔和增压腔进行隔离。第一，轴承座设在电机壳体和流道盖板之间，其上的轴承只能对电机驱动轴的中部进行支撑，叶轮安装在驱动轴一端，这样会导致驱动轴的轴向平衡力差，运行时稳定性差。第二，由于增压腔内含氢混合气体压力很高，电机腔和增压腔内的压力不平衡，因此，高压的含氢混合气体会从增压腔经轴承座内的轴承处向电机腔泄漏，对轴承进行冲击，时间长了之后会将轴承的润滑脂吹散，轴承磨损易坏，造成停机维修，影响正常工作。目前虽然也有在轴承两端增加密封圈对轴承进行保护，但是电机的驱动轴每分钟高达几万转，密封圈很容易磨损失效，高压的含氢混合气体穿过密封圈还是会对轴承造成冲击，并进入电机腔内，不仅破坏轴承，而且现在的电机定子和转子防腐防爆效果差，含氢混合气体不仅对定子和转子的外表造成氢脆氢蚀，时间久了还会渗透至定子和转子内部对铁芯和磁铁造成腐蚀，影响定子和转子的正常工作，缩短电机的使用寿命。第三，含氢混合气体一般湿度较大，在电机腔内凝结成水无法排出，容易发生联电爆炸危险，导致安全事故的发生。

因此，氢气循环泵的上述问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。

发明内容：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，解决了以往的电机定子和转子防腐防爆效果差的问题，解决了以往的电机腔和增压腔内的压力不平衡的问题，解决了以往的轴承座内的轴承被高压含氢混合气体冲击、磨损易坏、造成停机维修的问题，解决了以往的电机腔内的水无法排出、容易发生联电爆炸危险的问题，解决了以往的电机驱动轴轴向平衡力差、运行稳定性差的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，包括相连接的电机壳体、叶轮壳和轴承座，电机壳体与叶轮壳之间形成电机腔，所述电机腔内设有灌封定子、防腐转子和电机轴，所述电机轴的两端通过安装在电机壳体和轴承座上的轴承进行支撑，所述电机轴与叶轮壳之间间隙配合，电机轴与叶轮壳之间的间隙用于保持电机腔和增压腔之间的压力平衡；叶轮壳和轴承座之间形成增压腔，所述增压腔内设有安装在电机轴上的叶轮，叶轮壳的底部设有将电机腔和增压腔相连通的连通孔，所述连通孔用于将电机腔内的水排至增压腔；所述轴承座内设有环形流道，轴承座上设有与环形流道相连通的进气口和排气口。

所述灌封定子包括定子铁芯和定子线圈，在定子铁芯的两端面和定子线圈外包覆有保护层，所述保护层填充满定子线圈与电机壳体之间的空间，定子铁芯的外表面设有防腐绝缘涂层，定子铁芯的外侧圆周表面与电机壳体相接触进行散热。

所述定子铁芯包括若干片定子冲片，每片定子冲片外表面在绕线之前进行电镀或喷涂有防腐绝缘涂层；所述保护层包括灌封胶或塑料层，所述灌封胶包括导热灌封胶；所述定子线圈通过线圈骨架安装在定子铁芯上。

所述防腐转子包括安装在电机轴上的转子铁芯，转子铁芯外侧固定设有磁铁，转子铁芯和磁铁的两端面分别固定设有转子法兰，两转子法兰和磁铁的外侧固定设有保护套，所述转子法兰与电机轴之间密封固连，所述转子法兰与保护套之间密封固连。

所述保护套、转子法兰和电机轴均采用不锈钢制成，所述保护套固定安装在两转子法兰和磁铁的外侧，所述转子法兰与电机轴之间通过焊接密封固连，所述转子法兰与保护套之间通过焊接密封固连。

所述叶轮壳的一侧设有与叶轮形状相配合的槽腔，叶轮壳的两侧边沿分别安装密封圈，所述叶轮壳的两侧表面进行氧化处理或者防腐处理。

所述叶轮为塑料材质，叶轮中心固定安装有金属嵌件，金属嵌件通过螺母固定安装在电机轴上；所述叶轮为圆盘形，在叶轮上沿圆周均匀设有若干个叶片。

所述叶轮采用PEEK塑料，叶轮与金属嵌件浇注一体成型相连，金属嵌件与叶轮之间设有凸台定位结构，金属嵌件的一端设有端面法兰，金属嵌件采用不锈钢制成。

所述轴承包括外圈和内圈，在外圈和内圈之间通过保持架安装有若干个滚珠，在滚珠的两侧分别设有位于外圈和内圈之间的环形密封件，所述环形密封件的外侧边缘卡装在外圈内侧表面的环形卡槽内，所述环形密封件的内侧边缘与内圈的外侧表面配合进行密封，所述滚珠的滚道内填充有润滑脂。

所述环形密封件包括环形不锈钢件，环形不锈钢件的外侧包覆有耐高温橡胶，耐高温橡胶的外侧边缘卡装在外圈内侧表面的环形卡槽内，耐高温橡胶的内侧边缘与内圈的外侧表面接触配合进行密封，所述耐高温橡胶采用氟橡胶，所述滚珠采用陶瓷球。

本发明采用上述方案，具有以下优点：

(1)通过转子法兰对转子铁芯和磁铁的两端面进行保护，通过保护套对转子法兰和磁铁的外侧进行保护，并对所有连接缝隙处进行密封处理，避免了含氢混合气体对转子的外表造成氢脆氢蚀，避免了含氢混合气体渗透至转子内部对磁铁造成腐蚀，保证了转子的正常旋转。

(2)通过导热灌封胶将定子线圈进行包覆，起到防腐防爆作用，将定子铁芯的定子冲片在绕线之前进行电镀或喷涂防腐绝缘涂层，不仅避免了含氢混合气体对定子的外表造成氢脆氢蚀，而且避免了含氢混合气体渗透至定子内部对定子铁芯和定子线圈造成腐蚀，另外，定子铁芯的外侧圆周表面与电机壳体相接触不影响散热，导热灌封胶也可帮助散热，保证了定子的正常工作。

(3)通过采用塑料材质的叶轮，耐腐蚀，即使长期与含氢混合气体接触也不会被氢造成腐蚀，延长了叶轮的使用寿命，而且塑料材质的叶轮质量轻，避免了电机功率损耗；塑料材质的叶轮通过金属嵌件安装在电机轴上，保证了连接强度，金属嵌件与电机轴材料一致，都为不锈钢，受热后形变量一致，保证了叶轮的正常旋转。

(4)将轴承座从中间移动至端部，电机轴的两端通过安装在电机壳体和轴承座上的轴承进行支撑，叶轮安装在两轴承之间的电机轴上，这样电机轴的轴向平衡力好，运行更加稳定可靠。

(5)电机轴与叶轮壳之间间隙配合，增压腔内的高压含氢混合气体会从电机轴与叶轮壳之间间隙进入电机腔内，保证了电机腔和增压腔之间的压力平衡，彻底消除了以往高压含氢混合气体对轴承进行冲击的情况；通过在叶轮壳的底部开设将电机腔和增压腔相连通的连通孔，连通孔用于将含氢混合气体在电机腔内凝结形成的水从连通孔排入增压腔内，通过高速旋转的叶轮将水从排气口排出。

(6)通过在轴承滚珠两侧的外圈和内圈之间分别安装环形密封件，既可以对轴承内的润滑脂起到阻挡保护的作用，避免了因润滑脂被高压含氢混合气体吹散造成轴承磨损易坏的问题，又可以对轴承内部起到保护作用，避免含氢混合气体渗透进入轴承内部对滚珠造成腐蚀，同时避免对润滑脂造成腐蚀导致润滑脂失效，延长了轴承的使用寿命，降低了故障率，保证了氢气循环泵的正常工作。

附图说明：

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明的转子结构示意图。

图3为本发明的叶轮结构示意图。

图4为本发明的叶轮剖视结构示意图。

图5为本发明的叶轮增压原理结构示意图。

图6为本发明的轴承结构示意图。

图中，1、电机壳体，2、叶轮壳，3、轴承座，4、灌封定子，5、防腐转子， 6、电机轴，7、轴承，8、叶轮，9、连通孔，10、环形流道，11、进气口，12、排气口，13、定子铁芯，14、定子线圈，15、保护层，16、线圈骨架，17、转子铁芯，18、磁铁，19、转子法兰，20、保护套，21、密封圈，22、金属嵌件， 23、叶片，24、凸台定位结构，25、端面法兰，26、外圈，27、内圈，28、保持架，29、滚珠，30、环形不锈钢件，31、耐高温橡胶，32、环形卡槽。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-6所示，一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，包括相连接的电机壳体1、叶轮壳2和轴承座3，电机壳体1与叶轮壳2之间形成电机腔，所述电机腔内设有灌封定子4、防腐转子5和电机轴6，所述电机轴6的两端通过安装在电机壳体1和轴承座3上的轴承7进行支撑，所述电机轴6与叶轮壳2之间间隙配合，电机轴与叶轮壳之间的间隙用于保持电机腔和增压腔之间的压力平衡；叶轮壳2 和轴承座3之间形成增压腔，所述增压腔内设有安装在电机轴6上的叶轮8，叶轮壳2的底部设有将电机腔和增压腔相连通的连通孔9，所述连通孔9用于将电机腔内的水排至增压腔；所述轴承座3内设有环形流道10，轴承座3上设有与环形流道10相连通的进气口11和排气口12。将轴承座3从中间移动至端部，电机轴6的两端通过安装在电机壳体1和轴承座3上的轴承7进行支撑，叶轮8 安装在两轴承7之间的电机轴6上，这样电机轴6的轴向平衡力好，不会出现偏载的情况，运行更加稳定可靠。工作时，电机轴6高速旋转，带动叶轮8高速旋转，气体从进气口11进入后，环形流道10与叶轮8配合对气体进行增压，最后高压气体从排气口12排出。在此过程中，增压腔内的高压含氢混合气体会从电机轴6与叶轮壳2之间间隙进入电机腔内，保证了电机腔和增压腔之间的压力平衡，彻底消除了以往高压含氢混合气体对轴承进行冲击的情况，同时含氢混合气体在电机腔内凝结形成的水还可从连通孔9排入增压腔内，通过高速旋转的叶轮8将水从排气口12排出。

所述灌封定子4包括定子铁芯13和定子线圈14，在定子铁芯13的两端面和定子线圈14外包覆有保护层15，保护层15起到防腐防爆作用，所述保护层 15填充满定子线圈14与电机壳体1之间的空间，这样设计可使保护层15具有一定厚度，增强了密封和抗腐蚀性能，定子铁芯13的外表面设有防腐绝缘涂层，定子铁芯13的外侧圆周表面与电机壳体1相接触进行散热。

所述定子铁芯13包括若干片定子冲片，每片定子冲片外表面在绕线之前进行电镀或喷涂有防腐绝缘涂层；所述保护层15包括灌封胶或塑料层，所述灌封胶包括导热灌封胶，导热灌封胶用于电子元器件的粘接、密封、灌封和涂覆保护，灌封胶在未固化前属于液体状，具有流动性，胶液黏度根据产品的材质、性能、生产工艺的不同而有所区别，灌封胶完全固化后才能实现它的使用价值，固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、导热、保密、防腐蚀、耐温、防震的作用。导热灌封胶还可以把定子线圈的热量传给电机壳体1进行帮助散热，灌封时，先将定子铁芯13压装到电机壳体1里面，然后整体灌封。所述定子线圈 14通过线圈骨架16安装在定子铁芯13上，所述线圈骨架16包括PBT塑料骨架或酚醛树脂骨架，PBT塑料又名聚对苯二甲酸四次甲基酯，具有强度高、耐疲劳、耐热老化、耐溶剂、对水稳定性好的特性。所述定子线圈14通过耐电晕漆包圆铜线绕制而成，耐电晕复合材料是在传统的绝缘聚合物中加入一定量耐电晕性能优异的无机纳米材料,如Al2O3、TiO₂、云母或层状硅酸盐等制备而成，采用耐电晕材料作为变频电机的漆包线绝缘可延长变频电机使用寿命。

所述防腐转子5包括安装在电机轴6上的转子铁芯17，转子铁芯17外侧固定设有磁铁18，转子铁芯17和磁铁18的两端面分别固定设有转子法兰19，两转子法兰19和磁铁18的外侧固定设有保护套20，所述转子法兰19与电机轴6 之间密封固连，所述转子法兰19与保护套20之间密封固连。

所述保护套20、转子法兰19和电机轴6均采用不锈钢制成，可防止氢气腐蚀、水腐蚀、防氢脆。所述保护套20固定安装在两转子法兰19和磁铁18的外侧，所述转子法兰19与电机轴6之间通过焊接密封固连，所述转子法兰19与保护套20之间通过焊接密封固连，可有效避免含氢混合气体渗透至转子内部，增强防腐效果。

所述叶轮壳2的一侧设有与叶轮8形状相配合的槽腔，叶轮壳2的两侧边沿分别安装密封圈21，用于对叶轮壳2与电机壳体1之间、叶轮壳2与轴承座 3之间分别进行密封，防止内部的气体向外泄漏。所述叶轮壳2的两侧表面进行氧化处理或者防腐处理。

所述叶轮8为塑料材质，叶轮8中心固定安装有金属嵌件22，金属嵌件22 通过螺母固定安装在电机轴6上；所述叶轮8为圆盘形，在叶轮8上沿圆周均匀设有若干个叶片23。叶轮8高速旋转时，相邻叶片23之间凹槽内的气体，被离心甩向流道，形成一次增压；前方凹槽内气体也被甩出形成低压，流道中气体又会再次进入前方凹槽，再次增压；多次的凹槽--流道--凹槽--流道的旋涡运动，最终排出高压气体。

所述叶轮8采用PEEK塑料，PEEK又称聚醚醚酮，具有耐正高温260度、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、不耐强硝酸、浓硫酸、抗辐射、超强的机械性能。叶轮8与金属嵌件22浇注一体成型相连，连接牢固，金属嵌件22与叶轮8之间设有凸台定位结构24，可防止金属嵌件22与叶轮8相互滑脱，增加连接强度，金属嵌件22的一端设有端面法兰 25，端面法兰25直接与轴承座3接触，耐磨损，可将金属嵌件22与叶轮8在电机轴6上安装的更加牢固。金属嵌件22采用不锈钢制成，电机轴6也为不锈钢材质，两者材料一致，受热后形变量一致。

所述轴承7包括外圈26和内圈27，在外圈26和内圈27之间通过保持架 28安装有若干个滚珠29，在滚珠29的两侧分别设有位于外圈和内圈之间的环形密封件，所述环形密封件的外侧边缘卡装在外圈内侧表面的环形卡槽32内，所述环形密封件的内侧边缘与内圈的外侧表面配合进行密封，所述滚珠29的滚道内填充有润滑脂。

所述环形密封件包括环形不锈钢件30，环形不锈钢件30的外侧包覆有耐高温橡胶31，耐高温橡胶31的外侧边缘卡装在外圈内侧表面的环形卡槽32内，耐高温橡胶31的内侧边缘与内圈的外侧表面接触配合进行密封，采用环形不锈钢件外侧包覆耐高温橡胶，耐高温橡胶外侧卡装在环形卡槽内，内侧与内圈的外侧表面接触配合，既可对轴承内的润滑脂起到阻挡保护避免润滑脂吹散，又可避免含氢混合气体渗透进入轴承内部对滚珠造成腐蚀，耐高温橡胶为柔性材料又不会影响内圈的正常旋转。所述耐高温橡胶31包括氟橡胶或氢化丁晴橡胶，氟橡胶具有优异的耐热性、抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和耐大气老化性。氢化丁晴橡胶具良好的耐热性能，耐化学腐蚀性能。所述滚珠29采用陶瓷球，陶瓷球耐腐蚀，陶瓷球热膨胀系数小，在高温环境下不会因为温度的原因导致轴承球膨胀，这样大大提高了整个轴承的使用温度，普通轴承的温度在160度左右，陶瓷球的可以达到220度以上。陶瓷球具有无油自润滑属性，陶瓷球摩擦系数小，所以陶瓷球轴承具有很高的转速，据统计采用陶瓷球的轴承是一般轴承的转速1.5倍以上的转速。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：包括相连接的电机壳体、叶轮壳和轴承座，电机壳体与叶轮壳之间形成电机腔，所述电机腔内设有灌封定子、防腐转子和电机轴，所述电机轴的两端通过安装在电机壳体和轴承座上的轴承进行支撑，所述电机轴与叶轮壳之间间隙配合，电机轴与叶轮壳之间的间隙用于保持电机腔和增压腔之间的压力平衡；叶轮壳和轴承座之间形成增压腔，所述增压腔内设有安装在电机轴上的叶轮，叶轮壳的底部设有将电机腔和增压腔相连通的连通孔，所述连通孔用于将电机腔内的水排至增压腔；所述轴承座内设有环形流道，轴承座上设有与环形流道相连通的进气口和排气口。

2.根据权利要求1所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述灌封定子包括定子铁芯和定子线圈，在定子铁芯的两端面和定子线圈外包覆有保护层，所述保护层填充满定子线圈与电机壳体之间的空间，定子铁芯的外表面设有防腐绝缘涂层，定子铁芯的外侧圆周表面与电机壳体相接触进行散热。

3.根据权利要求2所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述定子铁芯包括若干片定子冲片，每片定子冲片外表面在绕线之前进行电镀或喷涂有防腐绝缘涂层；所述保护层包括灌封胶或塑料层，所述灌封胶包括导热灌封胶；所述定子线圈通过线圈骨架安装在定子铁芯上。

4.根据权利要求1所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述防腐转子包括安装在电机轴上的转子铁芯，转子铁芯外侧固定设有磁铁，转子铁芯和磁铁的两端面分别固定设有转子法兰，两转子法兰和磁铁的外侧固定设有保护套，所述转子法兰与电机轴之间密封固连，所述转子法兰与保护套之间密封固连。

5.根据权利要求4所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述保护套、转子法兰和电机轴均采用不锈钢制成，所述保护套固定安装在两转子法兰和磁铁的外侧，所述转子法兰与电机轴之间通过焊接密封固连，所述转子法兰与保护套之间通过焊接密封固连。

6.根据权利要求1所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述叶轮壳的一侧设有与叶轮形状相配合的槽腔，叶轮壳的两侧边沿分别安装密封圈，所述叶轮壳的两侧表面进行氧化处理或者防腐处理。

7.根据权利要求1所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述叶轮为塑料材质，叶轮中心固定安装有金属嵌件，金属嵌件通过螺母固定安装在电机轴上；所述叶轮为圆盘形，在叶轮上沿圆周均匀设有若干个叶片。

8.根据权利要求7所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述叶轮采用PEEK塑料，叶轮与金属嵌件浇注一体成型相连，金属嵌件与叶轮之间设有凸台定位结构，金属嵌件的一端设有端面法兰，金属嵌件采用不锈钢制成。

9.根据权利要求1所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述轴承包括外圈和内圈，在外圈和内圈之间通过保持架安装有若干个滚珠，在滚珠的两侧分别设有位于外圈和内圈之间的环形密封件，所述环形密封件的外侧边缘卡装在外圈内侧表面的环形卡槽内，所述环形密封件的内侧边缘与内圈的外侧表面配合进行密封，所述滚珠的滚道内填充有润滑脂。

10.根据权利要求9所述的一种防腐防爆旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述环形密封件包括环形不锈钢件，环形不锈钢件的外侧包覆有耐高温橡胶，耐高温橡胶的外侧边缘卡装在外圈内侧表面的环形卡槽内，耐高温橡胶的内侧边缘与内圈的外侧表面接触配合进行密封，所述耐高温橡胶采用氟橡胶，所述滚珠采用陶瓷球。

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