CN113908747B - 一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机，包括叶轮、导流罩、微型叶轮、机械密封座和电机，机械密封座装配在电机上，轮毂轴装配在电机的转子轴端部，轮毂体的端面和机械密封座的端面间隙配合形成迷宫密封，轮毂体和机械密封座之间形成冲洗腔；导流罩与机械密封座连接，且位于冲洗腔中；微型叶轮设置在轮毂轴上，且位于导流罩内；导流罩包括罩体和拦截体，拦截体设置在罩体远离机械密封座的一端开口处。本发明的高效永磁潜水搅拌机，能够有效地对进入到轮毂腔体内的砂粒和纤维进行收集，净化腔体内的液体，不直接对机械密封进行冲洗，促进机械密封周围含有颗粒及纤维的液体循环，保护机械密封的长期安全运行。

Description

一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机。

背景技术

潜水搅拌机广泛应用于生活污水、工业废水处理工艺或用于水体面源治理，潜水搅拌机的电机为三相异步电机，是以连续工作制（S1）为基准的连续定额，能耗很大。潜水搅拌机如果采用高效三相永磁同步电机，会对用户运行成本的降低起着很大的作用。高效永磁潜水搅拌机的电机由于在三相感应电机的转子铁芯内放置永磁体励磁，因此，在提高效率和功率因数方面具有很大的空间和优势。

安装在转子轴端部的叶轮在电机的驱动下旋转，机械密封装配在机械密封座上，通过弹簧的弹性作用使一组光洁度为镜面的平面密封在液体的润滑下，紧密的作相对旋转运动，阻止液体进入电机腔。其密封性能的好坏直接决定潜水搅拌机能否正常使用，以下情况对机械密封的可靠性具有很大的影响：

1.生活污水和工业废水成分复杂，含有大量的砂粒和细小纤维物，潜水搅拌机在运行过程中，固体颗粒会沉积在机械密封所在的腔体内，纤维会缠绕在机械密封上。一方面破坏机械密封的密封面，使液体进入电机腔，另一方面使密封面散热困难，影响其使用寿命。

2.由于叶轮与机械密封座之间总是存在一定的间隙，污水中的颗粒和细小的纤维不可避免的要有一部分进入到机械密封所在的腔体内，影响机械密封的安全使用。

3.现有技术的防砂措施一般采用流体对机械密封直接进行冲洗，这样含有颗粒及缠绕物的流体直接冲洗密封面及橡胶护套，很容易损坏密封面和橡胶护套，以及纤维缠绕在机械密封上，造成机械密封进水失效，影响机械密封的安全运行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机，能够有效地对进入到轮毂腔体内的砂粒和纤维进行收集，净化腔体内的液体，不直接对机械密封进行冲洗，促进机械密封周围含有颗粒及纤维的液体循环，以及实现颗粒及纤维的收集，保护机械密封的长期安全运行。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机，包括叶轮、导流罩、微型叶轮、机械密封座和电机，所述叶轮包括轮毂轴和轮毂体，轮毂轴设置在轮毂体内；所述机械密封座装配在电机上，轮毂轴装配在电机的转子轴端部，轮毂体的端面和机械密封座的端面间隙配合形成迷宫密封，轮毂体和机械密封座之间形成冲洗腔；所述导流罩与机械密封座连接，且位于冲洗腔中；所述微型叶轮设置在轮毂轴上，且位于导流罩内，微型叶轮用于带动导流罩内的流体向远离机械密封座的方向流动；所述导流罩包括罩体和拦截体，拦截体设置在罩体远离机械密封座的一端开口处。

作为本发明实施例的进一步改进，所述导流罩的罩体包括同轴设置的外罩体和内罩体，外罩体套设在内罩体外，外罩体和内罩体之间形成集砂槽，集砂槽靠近机械密封座的一端设有底板；拦截体与外罩体连接。

作为本发明实施例的进一步改进，所述拦截体为环形筒状，拦截体与外罩体连接的一端直径大于拦截体自由端的直径，且拦截体的壁面为向外凸的弧面。

作为本发明实施例的进一步改进，所述拦截体的自由端的直径小于内罩体远离机械密封座的一端直径。

作为本发明实施例的进一步改进，所述内罩体为圆台形，内罩体靠近机械密封座的一端直径小于内罩体远离机械密封座的一端直径。

作为本发明实施例的进一步改进，所述内罩体的纵截面中，形成内罩体壁面的母线与内罩体轴线之间的夹角为α，所述α为1°～5°。

作为本发明实施例的进一步改进，所述外罩体为圆台形，外罩体靠近机械密封座的一端直径大于外罩体远离机械密封座的一端直径。

作为本发明实施例的进一步改进，所述外罩体和内罩体的壁面上均设有滤孔。

作为本发明实施例的进一步改进，所述机械密封座与导流罩连接的一端设有用于对导流罩与轮毂体之间水流进行缓冲的回流面，所述回流面为若干曲面连续构成的光滑曲面。

作为本发明实施例的进一步改进，所述微型叶轮包括本体和叶片,所述本体远离机械密封座的一端外径小于本体靠近机械密封座的一端外径，且本体的外壁设有向内凹的弧形曲面；所述叶片为螺旋形，且布设在弧形曲面上。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明实施例提供的含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机，带有砂粒和纤维物的流体从迷宫密封进入冲洗腔后，分布于导流罩内和导流罩外，在微型叶轮作用下，导流罩内的流体从靠近机械密封座的一端向远离机械密封座的一端流动，在导流罩的开口处设有拦截体，拦截体对流体中的砂粒和纤维进行拦截，流出导流罩的流体与导流罩外的流体一起向机械密封座流动，到达机械密封座后通过机械密封座与导流罩之间的空隙再次进入导流罩内。冲洗腔中的流体在导流罩内外形成循环流动，改变流体中颗粒和纤维的运动位置，增加被拦截体拦截的概率，有效净化冲洗腔内的流体。流体不直接对机械密封进行冲洗，避免砂粒对机械密封的冲刷，避免纤维缠绕在机械密封上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅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它的附图。

图1是本发明实施例的含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机的结构示意图；

图2是本发明实施例中叶轮、导流罩、微型叶轮和机械密封座的连接结构放大示意图；

图3是本发明实施例中微型叶轮的主视图；

图4是本发明实施例中微型叶轮的俯视图；

图5是本发明实施例中导流罩的一种结构示意图；

图6是本发明实施例中导流罩的另一种结构示意图；

图7是本发明实施例中机械密封座的结构示意图；

图8是本发明导流罩的结构示意图；

图中有：叶轮1、轮毂轴11、轮毂体12、导流罩2、拦截体21、外罩体22、集砂槽23、内罩体24、底板25、连接件26、微型叶轮3、本体31、弧形曲面32、叶片33、定位孔34、配合孔35、机械密封座4、回流面41、电机5、迷宫密封6、紧固件7。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

需要说明的是，为方便描述，以下术语“前端”为图1和图2中的左端，表示的是叶轮相对于电机的安装方位，“后端”为图1和图2中的右端，表示的是电机相对于叶轮的安装方位。

本发明实施例提供一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机，如图1所示，包括叶轮1、导流罩2、微型叶轮3、机械密封座4和电机5。机械密封座4同轴装配在电机5上，呈静止状态。叶轮1装配在电机5的转子轴端部并与机械密封座4间隙配合。叶轮1包括轮毂轴11和轮毂体12，轮毂体12为半球形，轮毂轴11设置在轮毂体12的内腔中。如图2所示，轮毂轴11装配在电机5的转子轴端部，轮毂体12的端面和机械密封座4的端面间隙配合形成迷宫密封6，轮毂体12和机械密封座4之间形成冲洗腔。

导流罩2具有两端开口，导流罩2设置在冲洗腔中，导流罩2的后端与机械密封座4连接。微型叶轮3设置在轮毂轴11上，微型叶轮3位于导流罩2内。电机5运行，带动微型叶轮3和叶轮1同步旋转，微型叶轮3带动导流罩2内的流体向背离机械密封座4的方向（从后端向前端）流动。导流罩2包括罩体和拦截体21，拦截体21设置在罩体远离机械密封座4的一端（前端）开口处。

上述实施例的高效永磁潜水搅拌机，电机5运行使叶轮1高速旋转形成搅拌效果，迷宫密封6能够有效阻止流体中的大颗粒和大纤维进入到冲洗腔内，但直径很小的颗粒或很细小纤维有可能有一些随流体进入到冲洗腔内。带有砂粒和纤维物的流体进入冲洗腔后，分布于导流罩2内外。微型叶轮3和叶轮1同步转动，在微型叶轮3作用下，导流罩2内的流体从后端向前端（靠近机械密封座的一端向远离机械密封座的一端）流动，并带动机械密封周围的液体向前端流动。流体经过导流罩2的前端开口处时，流体中的一部分砂粒和纤维被拦截体21拦截。流体流出导流罩2后与导流罩2外的流体汇集一起向机械密封座（后端）流动，到达机械密封座4后通过机械密封座4与导流罩2之间的空隙再次进入导流罩2内。冲洗腔中的流体在导流罩内外形成循环流动，不断改变流体中颗粒和纤维的运动位置，增加被拦截体21拦截的概率，有效净化冲洗腔内的流体。流体不直接对机械密封进行冲洗，避免砂粒对机械密封的冲刷，避免纤维缠绕在机械密封上。

优选的，导流罩2与叶轮1同轴设置，以保证冲洗腔中的流体均匀对称流动，避免造成叶轮1的不平衡现象。优选的，微型叶轮3与导流罩2同轴设置，微型叶轮3位于导流罩2的中部轴向位置，微型叶轮3旋转时带动导流罩2内的液体向前端流动。

优选的，如图3和图4所示，微型叶轮3包括本体31和叶片33,本体31远离机械密封座4的一端（前端）外径小于本体31靠近机械密封座4的一端（后端）外径，且本体31的外壁设有向内凹的弧形曲面32。弧形曲面32朝向前端，工作时弧形曲面为微型叶轮3的工作面。叶片33为螺旋形，且布设在弧形曲面32上。微型叶轮3工作时，带动导流罩2内的流体向前端移动，流体再从导流罩2的前端向四周外溢进入到导流罩2与轮毂体12之间的空间。

作为优选例，如图5和图6所示，导流罩2的罩体包括同轴设置的外罩体22和内罩体24，外罩体22套设在内罩体24外，外罩体22和内罩体24之间形成集砂槽23。集砂槽23靠近机械密封座4的一端（后端）设有底板25，底板为环形薄板，分别与外罩体22和内罩体24连接，底板25覆盖内罩体24后端和外罩体22后端之间的间隙。底板25通过连接件26与机械密封座4连接，从而实现将导流罩2固定在机械密封座4上。拦截体21与外罩体22的前端连接。

上述实施例中，外罩体22与内罩体24套设形成环形的集砂槽23，导流罩2内的流体从后端流到前端时，拦截体21对流体外圈中的砂粒和纤维进行拦截，被拦截的砂粒和纤维进入集砂槽23中，集砂槽能够有效地对拦截到的砂粒和纤维进行收集，避免被拦截的砂粒和纤维再次流出而影响净化效果。

作为优选例，如图5和图6所示，拦截体21为环形筒状，拦截体21与外罩体22连接的一端（右端）直径大于拦截体21自由端（左端）的直径，且拦截体21的壁面为向外凸的弧面。拦截体21的右端与外罩体22的前端光滑过渡，拦截体21的壁面为弧形，弧形的中心位于导流罩2内。当导流罩2内的流体从后端流到前端时，拦截体21能够阻挡位于流体外侧的砂粒和纤维的流动，砂粒和纤维在拦截体21的弧形壁面的作用下从内罩体24与外罩体22前端的间隙中进入集砂槽23。

作为优选例，拦截体21的自由端（前端）的直径小于内罩体24远离机械密封座4的一端（前端）直径。拦截体21前端的直径小于内罩体24前端的直径，即拦截体21的开口小于内罩体24的开口，使得从内罩体24开口流出来的流体的外圈能够冲击在拦截体21的内壁上，提高砂粒和纤维的拦截效果。

优选的，拦截体21采用不锈钢制成，拦截体21的厚度为1mm～2mm。

作为优选例，如图5所示，内罩体24为圆台形，内罩体24靠近机械密封座4的一端（后端）直径小于内罩体24远离机械密封座4的一端（前端）直径。内罩体24的直径从前端向后端逐渐减小，有利于被拦截体21拦截的砂粒和纤维进入集砂槽23并滑入到集砂槽23右端，同时也有效防止集砂槽23中的砂粒和纤维再从集砂槽23的左端滑出进入流体。

进一步，内罩体24的纵截面中，形成内罩体24壁面的母线与轴线之间的夹角为α，所述α为1°～5°。设置上述范围的倾斜角度，有利于被拦截体21拦截的砂粒和纤维进入集砂槽23并滑入到集砂槽23右端，同时也有效防止集砂槽23中的砂粒和纤维再从集砂槽23的左端滑出进入流体。

外罩体22可以为直筒状，优选的，如图6所示，外罩体22为圆台形，外罩体22靠近机械密封座4的一端（后端）直径大于外罩体22远离机械密封座4的一端（前端）直径。在微型叶轮3的作用下，从导流罩左端流出的流体具有一定压力，流体从导流罩左端流出后，沿外罩体22与轮毂体12之间的空隙从前端向后端移动，使得轮毂体内的流体的压力大于轮毂体外侧的压力，保证轮毂体外的流体不易通过迷宫密封6进入冲洗腔内，改善机械密封的工作环境。外罩体22的直径从前端向后端逐渐增大，流体从前端向后端流动时会撞击到外罩体22的外壁，从而使该部分流体向外流动，与其它从前端向后端流动的流体混合，增强紊流效果。

进一步，外罩体22的纵截面中，形成外罩体22壁面的母线与轴线之间的夹角为β，β为1°～5°。

作为优选例，外罩体22和内罩体24的壁面上均设有滤孔。优选的，外罩体22和内罩体24为不锈钢滤网，滤网的目数大于100目。

本实施例中，外罩体22和内罩体24的壁面均设有滤孔，有利于集砂槽23内外流体的连通，使导流罩2内、集砂槽23中以及导流罩2外三部分流体流通，有利于集砂槽23中的砂粒和纤维的收集，以及集砂槽23中流体的流出。一方面，集砂槽23中的流体通过内罩体24上的滤孔进入到导流罩2内，与导流罩2内的流体混合，提高导流罩2内的紊流效果，增加机械密封的散热效果。另一方面，集砂槽23中的流体通过外罩体22上的滤孔进入到导流罩2外，与导流罩2外的流体混合，改善导流罩2外的紊流效果。通过设置滤孔能够加强各部分的混合效果，不断改变砂粒和纤维的运行轨迹，增加砂粒和纤维位于导流罩2内流体的外圈机会，提高砂粒和纤维被拦截体21拦截而进入集砂槽23的概率，以提高冲洗腔内的流体净化效果。目数大于100的滤网，使得集砂槽23能够截留粒径比较小的颗粒和纤维，减少轮毂腔体内颗粒和纤维的数量，从而减小颗粒和纤维对机械密封的冲刷和缠绕机会，以提高机械密封的使用寿命。采用不锈钢材质，不会产生孔眼的腐蚀现象，以防止降低滤网的过滤效果。

作为优选例，如图7所示，机械密封座4与导流罩2连接的一端设有回流面41，回流面41为若干曲面连续构成的光滑曲面。回流面能够有效缓冲导流罩2与轮毂体12之间的水流，有效改善水流的流动方向，使其缓慢流入到导流罩2内，避免水流在导流罩2与机械密封座4之间急剧变化，减缓水流对机械密封的冲击，延长机械密封的使用寿命。

上述实施例的高效永磁潜水搅拌机的工作过程为：

启动高效永磁潜水搅拌机，电机5运行带动叶轮1高速旋转形成搅拌效果，叶轮1与机械密封座4之间的迷宫密封6能够阻止流体中的较大砂粒和纤维进入冲洗腔内，而直径很小的砂粒或细小纤维可能随着流体通过迷宫密封6进入到冲洗腔内。

微型叶轮3随叶轮1旋转，使得导流罩2内的流体从后端向前端流动。一方面，导流罩2内向前端流动的流体带动机械密封周围的液体向前端流动，将机械密封副产生的热量及时带走；另一方面，导流罩2内向前端流动的流体不会直接冲刷机械密封，还能将机械密封周围的砂粒及纤维带走，从而保证机械密封的可靠使用。由于内罩体24的直径由后端向前端逐渐增大，导流罩2内空间的截面积不断增大，流体的截面不断增加，有效增强紊流效果。同时集砂槽23中的流体经过内罩体24壁面上的滤孔流入到导流罩2内，与导流罩2内的流体混合，两个方面的共同作用改善导流罩2内的流体紊流效果，改变砂粒和纤维的运行位置，提高砂粒和纤维被拦截的概率。

当含有砂粒和纤维的流体流动到导流罩2的前端开口时，处于流体外圈的砂粒或纤维被拦截体21的壁面阻挡，砂粒和纤维则顺着拦截体21的弧形壁面流入到集砂槽23中，沿着含有一定锥度的内罩体24壁面流向底板25并聚集在集砂槽后端端部。由于内罩体24的外径由前端向后端逐渐减小，使得集砂槽23从槽口到槽底具有一定锥度，以及拦截体21产生的向后端的水流，集砂槽23中的砂粒或纤维不易反流到集砂槽23的槽口而流出集砂槽23。

处于流体内圈的砂粒和纤维随流体从拦截体21的前端开口向四周溢出，进入到外罩体22与轮毂体12之间的空间。此时，由于轮毂体前端的阻挡，流体改变方向，由前端向后端流动。部分流体由前端向后端流动过程中，冲击在半球形的轮毂体12的内壁上，又经内壁反射后与其它部分流体汇合，集砂槽23内的流体通过外罩体22壁面上的滤孔也进入到导流罩2外，共同改善导流罩2外的紊流效果。从而改变砂粒和纤维的运行位置，提高砂粒和纤维被拦截的概率。

在微型叶轮3的作用下，从导流罩左端流出的流体具有一定压力，流体从导流罩左端流出后，沿外罩体22与轮毂体12之间的空隙从前端向后端移动，使得轮毂体内的流体的压力大于轮毂体外侧的压力，进一步阻止冲洗腔外的含有砂粒和纤维的流体进入到冲洗腔内，有效改善机械密封的工作环境。

导流罩2外的流体流动到机械密封座4时，流体在回流面41的导向作用下，改变流动方向，并经回流面41缓冲后通过导流罩2与机械密封座4之间的轴向间隙进入到导流罩2内。依此循环，冲洗腔中的水流在导流罩2内外进行循环流动。

流体在导流罩2内从后端向前端流动，到达导流罩2前端开口流出时改变流动方向，在导流罩2外从前端向后端流动，到达机械密封座4后又改变流动方向。流体的循环流动，通过改变流动方向和紊流效果，不断改变流体中颗粒和纤维的运动位置，从而增加被拦截体21拦截的概率，颗粒和纤维被拦截体21拦截进入到集砂槽23中。

根据污水中砂粒和纤维含量定期清理集砂槽23，保证高效永磁潜水搅拌机的长期可靠运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种含有防砂和防缠绕功能的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，包括叶轮（1）、导流罩（2）、微型叶轮（3）、机械密封座（4）和电机（5），所述叶轮（1）包括轮毂轴（11）和轮毂体（12），轮毂轴（11）设置在轮毂体（12）内；所述机械密封座（4）装配在电机（5）上，轮毂轴（11）装配在电机（5）的转子轴端部，轮毂体（12）的端面和机械密封座（4）的端面间隙配合形成迷宫密封（6），轮毂体（12）和机械密封座（4）之间形成冲洗腔；所述导流罩（2）与机械密封座（4）连接，且位于冲洗腔中；所述微型叶轮（3）设置在轮毂轴（11）上，且位于导流罩（2）内，微型叶轮（3）用于带动导流罩（2）内的流体向远离机械密封座（4）的方向流动；所述导流罩（2）包括罩体和拦截体（21），拦截体（21）设置在罩体远离机械密封座（4）的一端开口处；

所述导流罩（2）的罩体包括同轴设置的外罩体（22）和内罩体（24），外罩体（22）套设在内罩体（24）外，外罩体（22）和内罩体（24）之间形成集砂槽（23），集砂槽（23）靠近机械密封座（4）的一端设有底板（25）；拦截体（21）设置在外罩体（22）远离机械密封座（4）的一端。

2.根据权利要求1所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述拦截体（21）为环形筒状，拦截体（21）与外罩体（22）连接的一端直径大于拦截体（21）自由端的直径，且拦截体（21）的壁面为向外凸的弧面。

3.根据权利要求2所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述拦截体（21）的自由端的直径小于内罩体（24）远离机械密封座（4）的一端直径。

4.根据权利要求1所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述内罩体（24）为圆台形，内罩体（24）靠近机械密封座（4）的一端直径小于内罩体（24）远离机械密封座（4）的一端直径。

5.根据权利要求4所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述内罩体（24）的纵截面中，形成内罩体壁面的母线与内罩体轴线之间的夹角为α，所述α为1°～5°。

6.根据权利要求4所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述外罩体（22）为圆台形，外罩体（22）靠近机械密封座（4）的一端直径大于外罩体（22）远离机械密封座（4）的一端直径。

7.根据权利要求1所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述外罩体（22）和内罩体（24）的壁面上均设有滤孔。

8.根据权利要求1所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述机械密封座（4）与导流罩（2）连接的一端设有用于对导流罩（2）与轮毂体（12）之间水流进行缓冲的回流面（41），所述回流面（41）为若干曲面连续构成的光滑曲面。

9.根据权利要求1所述的高效永磁潜水搅拌机，其特征在于，所述微型叶轮（3）包括本体（31）和叶片（33）,所述本体（31）远离机械密封座（4）的一端外径小于本体（31）靠近机械密封座（4）的一端外径，且本体（31）的外壁设有向内凹的弧形曲面（32）；所述叶片（33）为螺旋形，且布设在弧形曲面（32）上。

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