CN115217796A - 一种具有耐温防爆功能的电动水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有耐温防爆功能的电动水泵，水泵包括电机部、泵头、主轴、回水组件，电机部与泵头连接，主轴两端分别设置电机部转子和泵头内的叶轮；泵头包括依次连接的进口段、叶轮段、出口段；电机部内为定子腔，定子腔从进口段或叶轮段内引来一股介质，回水组件一端连接定子腔、回水组件另一端连接出口段，回水组件具有抽吸作用，回水组件吸取定子腔内水体返回出口段，定子腔内水压低于进口段进入的介质温度对应的饱和蒸气压。水泵还包括上水组件，上水组件连接进口段和定子腔。上水组件包括上水管和上水减压阀，上水管连接进口段和定子腔，上水减压阀设置在上水管上。

Description

一种具有耐温防爆功能的电动水泵

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，具体为一种具有耐温防爆功能的电动水泵。

背景技术

在化工场合常常会有一些爆炸性环境需要进行排水作业，在这类危险场合作业的水泵需要进行防爆设计，一般而言，水泵的爆炸危险点来自于电机处的运行高温，局部温升至环境气体的爆炸点引发危险，所以，如果是防爆场合使用的电机，一般是直接选用防爆电机替换该泵型的常规电机。

依靠电机本身的防爆性能来抑制爆炸危险，一般都会大大增加电机成本，这样的防爆方式也与水泵没有联系，如果水泵输送的是高温废水，那么，在水泵泵头位置处，也可能由于局部摩擦导致局部高温点，这也是一个爆炸危险，防爆电机对于其配套使用的水泵的轴端密封性也有很大要求，对于排水泵而言让其配置化工流程泵级别的密封设计，又是大大增加整机成本的，因此，现有技术中还没有一款能够有效应用在爆炸环境下用作输送较高温废水的成本受控的水泵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有耐温防爆功能的电动水泵，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有耐温防爆功能的电动水泵，水泵包括电机部、泵头、主轴、回水组件，电机部与泵头连接，主轴两端分别设置电机部转子和泵头内的叶轮；泵头包括依次连接的进口段、叶轮段、出口段；电机部内为定子腔，定子腔从进口段或叶轮段内引来一股介质，回水组件一端连接定子腔、回水组件另一端连接出口段，回水组件具有抽吸作用，回水组件吸取定子腔内水体返回出口段，定子腔内水压低于进口段进入的介质温度对应的饱和蒸气压。

定子腔内有水体进入并被回水组件抽取重新注入出口段，形成水流循环，降低电机部内的温度，将温度降低到周围环境的爆炸极限下，防止危险发生，从进口段或者叶轮段内引往电机部内的水体，在进入过程中压力降低到饱和蒸气压以下，部分水体发生气化，吸收气化潜热，让保持液态的水体温度降低，降温的水体进入电机部内吸收热量，然后去往回水组件被重新导回出口段。

进一步的，水泵还包括上水组件，上水组件连接进口段和定子腔。

进入定子腔的水体从进口段引入，此处压力为本装置中压力最低位置，引入定子腔过程中，可以更容易降低到饱和蒸气压以下，然后进行气化吸收部分热量来对定子腔内进行冷却。

进一步的，上水组件包括上水管和上水减压阀，上水管连接进口段和定子腔，上水减压阀设置在上水管上。

回水组件抽吸定子腔内介质，上水减压阀构建的阻力可以让进口段和定子腔内形成压差，在进口段压力P0保持在其温度所对应饱和蒸气压的情况下，经历过上水减压阀的水体可以在减压后进入定子腔内压力变为P2，P2压力低于其温度对应的饱和蒸气压，从而水体在定子腔内持续气化，直至气化的水吸收的热量让剩余保持液态的水温度降低到P2压力作为饱和蒸气压而对应的温度。

进一步的，回水组件包括第一射流器、副管、第二射流器、副减压阀、负压管，第一射流器主路安装在出口段上，副管一端连接在出口段上且位于第一射流器和叶轮段之间，副管另一端连接在第一射流器的喉部，第二射流器主路安装在副管上，副减压阀设置在副管上且位于第二射流器与出口段之间，负压管一端连接第二射流器的喉部，负压管另一端连接定子腔。

回水组件通过双级使用的射流器结构，让负压管可以产生更大的真空度，副管内过流压力记为P3，出口段上过流压力记为P1，进口段压力P0，定子腔内压力P2，几处压力的相对大小关系是P1>P3/P0>P2，其中P3/P0相对大小不需要限定，不对整机降温使用产生影响，出口段压力P1先行通过第一射流器在副管上构建低压P3，低压P3再行通过第二射流器在负压管上构建更低的压力P2，从而在定子腔内确保能够获得低于进口段水体温度对应的饱和蒸气压。

进一步的，电机部竖直设置，定子腔上与上水管连接的部位位置低于定子腔与负压管连接的位置。定子腔竖直后，进入定子腔内的介质为气液混合物，需要让气体尽快排出，以便后续介质进入，负压管从定子腔内的抽吸位置放置到上方，以便先行抽取气体部分。

进一步的，负压管与第二射流器连接的一端带有弯头，弯头从第二射流器侧壁穿入后折弯，负压管出口位置轴线位于第二射流器轴线上，负压管出口位于第二射流器喉部，负压管出口位置内壁上设置螺旋导槽。

螺旋导槽让从负压管出流的介质旋转起来，这部分介质为气液混合物，且需要处于低压才能位置气泡形态，当负压管内介质出流到第二射流器喉部后，随着前进，只要压力略微升高，则气泡破裂，而旋转起来的介质可以让气泡被约束在第二射流器轴线上，即使气泡破裂产生冲击，对第二射流器的壁面伤害有限。

进一步的，主轴内部设置中空腔，中空腔为盲孔，中空腔朝外的一端端部设置堵头，主轴上远离堵头的一端设置中心孔，中心孔旋入叶轮螺母，叶轮螺母将水泵叶轮固定主轴上，中空腔内注入小于中空腔容积量的液体，中空腔内压力低于液体在室温下的饱和蒸气压。

主轴内注入了液体，中空腔内压力较低，时刻是部分气化部分液化状态，水泵整机竖直布置，主轴也竖直，叶轮螺母在下，定子腔内，在上部分与较低温度水体充分接触，温度低于低位置的定子腔处温度，主轴接受转子上这一温度不均匀情况，在下的部分液体挥发并向上传导，上方的气态物则接受较低的外部温度而冷却凝结，尽管金属的热传导系数要大于非金属的热传导系数，但是，在液体气化液化的单次周期内，搬运的热量是汽化热，传热效率要比金属传导本身大的，因此，可以让主轴上零件的温度分布更加趋向均匀。

中空腔内壁粗糙度大于12.5。中空腔壁面粗糙度越大，则越容易让液体挥发后的物质与主轴内壁进行换热，让中心腔对于主轴长度方向上传热系数的提升帮助更大。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过双级射流器构建负压结构，让定子腔内成为低压区域，经历过上水减压阀减压后的进入流体进入定子腔后部分发生气化，显著吸收热量，对电机部分进行冷却，防止温度过高在外表面形成危险点，

气泡簇在第二射流器处混入高压流体时，以旋转姿态前进，离心作用下，气泡被约束在轴线上，远离结构壁面，防止造成汽蚀，

主轴竖直布置且内部有感受两端温差而分别处于气态液态的物质，以物质的相变来储存转移热量，提升主轴沿长度方向的整体热传导系数，提升主轴上的部件温度分布均匀性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的管路连接流程示意图；

图3是本发明的主轴结构示意图；

图4是本发明第二射流器处的结构示意图；

图中：1-电机部、11-定子腔、2-泵头、21-进口段、22-叶轮段、23-出口段、3-主轴、31-中空腔、32-中心孔、33-堵头、34-液体、4-上水组件、41-上水管、42-上水减压阀、5-回水组件、51-第一射流器、52-副管、53-第二射流器、54-副减压阀、55-负压管、551-螺旋导槽、6-叶轮螺母。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-图4，本发明提供技术方案：

一种具有耐温防爆功能的电动水泵，水泵包括电机部1、泵头2、主轴3、回水组件5，电机部1与泵头2连接，主轴3两端分别设置电机部1转子和泵头2内的叶轮；

泵头2包括依次连接的进口段21、叶轮段22、出口段23；

电机部1内为定子腔11，定子腔11从进口段21或叶轮段22内引来一股介质，回水组件5一端连接定子腔11、回水组件5另一端连接出口段23，回水组件5具有抽吸作用，回水组件5吸取定子腔11内水体返回出口段23，定子腔11内水压低于进口段21进入的介质温度对应的饱和蒸气压。

如图1、2所示，定子腔11内有水体进入并被回水组件5抽取重新注入出口段23，形成水流循环，降低电机部1内的温度，将温度降低到周围环境的爆炸极限下，防止危险发生，从进口段21或者叶轮段22内引往电机部1内的水体，在进入过程中压力降低到饱和蒸气压以下，部分水体发生气化，吸收气化潜热，让保持液态的水体温度降低，降温的水体进入电机部内吸收热量，然后去往回水组件5被重新导回出口段23。

水泵还包括上水组件4，上水组件4连接进口段21和定子腔11。

进入定子腔11的水体从进口段21引入，此处压力为本装置中压力最低位置，引入定子腔11过程中，可以更容易降低到饱和蒸气压以下，然后进行气化吸收部分热量来对定子腔11内进行冷却。

上水组件4包括上水管41和上水减压阀42，上水管41连接进口段21和定子腔11，上水减压阀42设置在上水管41上。

如图2所示，回水组件5抽吸定子腔11内介质，上水减压阀42构建的阻力可以让进口段21和定子腔11内形成压差，在进口段压力P0保持在其温度所对应饱和蒸气压的情况下，经历过上水减压阀42的水体可以在减压后进入定子腔11内压力变为P2，P2压力低于其温度对应的饱和蒸气压，从而水体在定子腔11内持续气化，直至气化的水吸收的热量让剩余保持液态的水温度降低到P2压力作为饱和蒸气压而对应的温度。

回水组件5包括第一射流器51、副管52、第二射流器53、副减压阀54、负压管55，第一射流器51主路安装在出口段23上，副管52一端连接在出口段23上且位于第一射流器51和叶轮段22之间，副管52另一端连接在第一射流器51的喉部，第二射流器53主路安装在副管52上，副减压阀54设置在副管52上且位于第二射流器53与出口段23之间，负压管55一端连接第二射流器53的喉部，负压管55另一端连接定子腔11。

如图2所示，回水组件5通过双级使用的射流器结构，让负压管55可以产生更大的真空度，副管52内过流压力记为P3，出口段23上过流压力记为P1，进口段压力P0，定子腔11内压力P2，几处压力的相对大小关系是P1>P3/P0>P2，其中P0/P3相对大小不需要限定，不对整机降温使用产生影响，出口段压力P1先行通过第一射流器51在副管52上构建低压P3，低压P3再行通过第二射流器53在负压管55上构建更低的压力P2，从而在定子腔11内确保能够获得低于进口段21水体温度对应的饱和蒸气压。

电机部1竖直设置，定子腔11上与上水管41连接的部位位置低于定子腔11与负压管55连接的位置。

定子腔11竖直后，进入定子腔11内的介质为气液混合物，需要让气体尽快排出，以便后续介质进入，负压管55从定子腔11内的抽吸位置放置到上方，以便先行抽取气体部分。

负压管55与第二射流器53连接的一端带有弯头，弯头从第二射流器53侧壁穿入后折弯，负压管55出口位置轴线位于第二射流器53轴线上，负压管55出口位于第二射流器53喉部，负压管55出口位置内壁上设置螺旋导槽551。

如图4所示，螺旋导槽551让从负压管55出流的介质旋转起来，这部分介质为气液混合物，且需要处于低压才能位置气泡形态，当负压管55内介质出流到第二射流器53喉部后，随着前进，只要压力略微升高，则气泡破裂，而旋转起来的介质可以让气泡被约束在第二射流器53轴线上，即使气泡破裂产生冲击，对第二射流器53的壁面伤害有限。

主轴3内部设置中空腔31，中空腔31为盲孔，中空腔31朝外的一端端部设置堵头33，主轴3上远离堵头33的一端设置中心孔32，中心孔32旋入叶轮螺母6，叶轮螺母6将水泵叶轮固定主轴3上，

中空腔31内注入小于中空腔31容积量的液体34，中空腔31内压力低于液体34在室温下的饱和蒸气压。

如图3所示，主轴3内注入了液体34，中空腔31内压力较低，时刻是部分气化部分液化状态，水泵整机竖直布置，主轴3也竖直，叶轮螺母6在下，定子腔11内，在上部分与较低温度水体充分接触，温度低于低位置的定子腔11处温度，主轴3接受转子上这一温度不均匀情况，在下的部分液体挥发并向上传导，上方的气态物则接受较低的外部温度而冷却凝结，尽管金属的热传导系数要大于非金属的热传导系数，但是，在液体34气化液化的单次周期内，搬运的热量是汽化热，传热效率要比金属传导本身大的，因此，可以让主轴3上零件的温度分布更加趋向均匀。

中空腔31内壁粗糙度大于12.5。

中空腔31壁面粗糙度越大，则越容易让液体34挥发后的物质与主轴3内壁进行换热，让中心腔31对于主轴3长度方向上传热系数的提升帮助更大。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述水泵包括电机部（1）、泵头（2）、主轴（3）、回水组件（5），所述电机部（1）与泵头（2）连接，所述主轴（3）两端分别设置电机部（1）转子和泵头（2）内的叶轮；

所述泵头（2）包括依次连接的进口段（21）、叶轮段（22）、出口段（23）；

所述电机部（1）内为定子腔（11），所述定子腔（11）从进口段（21）或叶轮段（22）内引来一股介质，所述回水组件（5）一端连接定子腔（11）、回水组件（5）另一端连接出口段（23），所述回水组件（5）具有抽吸作用，回水组件（5）吸取定子腔（11）内水体返回出口段（23），所述定子腔（11）内水压低于进口段（21）进入的介质温度对应的饱和蒸气压。

2.根据权利要求1所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述水泵还包括上水组件（4），所述上水组件（4）连接进口段（21）和定子腔（11）。

3.根据权利要求2所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述上水组件（4）包括上水管（41）和上水减压阀（42），所述上水管（41）连接进口段（21）和定子腔（11），所述上水减压阀（42）设置在上水管（41）上。

4.根据权利要求3所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述回水组件（5）包括第一射流器（51）、副管（52）、第二射流器（53）、副减压阀（54）、负压管（55），所述第一射流器（51）主路安装在出口段（23）上，所述副管（52）一端连接在出口段（23）上且位于第一射流器（51）和叶轮段（22）之间，副管（52）另一端连接在第一射流器（51）的喉部，所述第二射流器（53）主路安装在副管（52）上，所述副减压阀（54）设置在副管（52）上且位于第二射流器（53）与出口段（23）之间，所述负压管（55）一端连接第二射流器（53）的喉部，负压管（55）另一端连接定子腔（11）。

5.根据权利要求4所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述电机部（1）竖直设置，所述定子腔（11）上与上水管（41）连接的部位位置低于定子腔（11）与负压管（55）连接的位置。

6.根据权利要求5所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述负压管（55）与第二射流器（53）连接的一端带有弯头，弯头从第二射流器53侧壁穿入后折弯，负压管（55）出口位置轴线位于第二射流器（53）轴线上，负压管（55）出口位于第二射流器（53）喉部，负压管（55）出口位置内壁上设置螺旋导槽（551）。

7.根据权利要求1所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述主轴（3）内部设置中空腔（31），所述中空腔（31）为盲孔，中空腔（31）朝外的一端端部设置堵头（33），所述主轴（3）上远离堵头（33）的一端设置中心孔（32），所述中心孔（32）旋入叶轮螺母（6），叶轮螺母（6）将水泵叶轮固定主轴（3）上，

所述中空腔（31）内注入小于中空腔（31）容积量的液体（34），中空腔（31）内压力低于液体（34）在室温下的饱和蒸气压。

8.根据权利要求7所述的一种具有耐温防爆功能的电动水泵，其特征在于：所述中空腔（31）内壁粗糙度大于12.5。

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