CN1157542C - 无轴封磁悬浮泵 - Google Patents

Abstract

无轴封磁悬浮泵，属无轴封泵技术领域。本发明，轴套平衡活门自动平衡转子轴向力并使转子轴向液悬浮，径向磁悬浮轴承自动平衡转子径向力并使转子径向磁悬浮，屏蔽电机定子和径向磁悬浮轴承定子采用氟利昂R113蒸发自循环浸泡冷却，电机转子空腔中自动补充与泵输送的液体相容的气体。本类型泵结构比较简单，效率高，无泄漏，能输送高温、含固体颗粒包括含磁化固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。

Description

无轴封磁悬浮泵

技术领域：

本发明无轴封磁悬浮泵，属无轴封泵技术领域，是机械、电气、电子相结合的高新技术新型泵产品。

背景技术：

在石油、化工、轻工、电力、航海、航天，环卫工程等工业中，要求发展无轴封泵愈来愈迫近。因为，填料轴封、机械轴封、动力轴封实现泵无泄漏工作非常困难。泵的跑、冒、滴、漏是一个不易解决的难题。它直接影响泵工作的可靠性和寿命，造成环境污染，恶化工作条件，威胁安全生产，无轴封泵已成为重要的发展方向。

传统的无轴封泵(又称无泄漏泵)主要有屏蔽泵和磁力泵两种。前者是将电机转子和泵屏蔽在同一壳体内；后者是将磁转子和泵屏蔽在同一壳体内，磁转子由设置在常规电机端的磁缸驱动。但是，屏蔽泵的电机转子浸泡并旋转在泵输送的液体中，液体粘性大，摩擦损失大，其机组效率较常规电动泵低10～15％；且除输送润滑性好的清洁液体外，轴承会很快磨损，严重影响泵工作寿命；再者，在输送高温液体时，电机需采取冷却措施。而磁力泵，由于磁力传动，泵输送的液体需进行磁过滤；由于磁力传动，其效率还要下降10～15％，磁转子仍然浸泡并旋转在泵输送的液体中，液体粘性大，摩擦损失大，其机组效率较常规电动泵低20～30％；亦除输送润滑性好的清洁液体外，轴承会很快磨损，严重影响泵工作寿命；但在输送450℃以下的高温液体时，磁力传动装置可不冷却。鉴于屏蔽泵和磁力泵的机组效率低、轴承易磨损、磁力泵在输送含磁化固体颗粒的液体时需进行磁过滤、屏蔽泵在输送高温液体时电机需冷却，因此在推广应用中受到很大限制。

国际上，为解决屏蔽泵轴承易磨损问题，出现了应用磁悬浮轴承(又称磁力轴承)的屏蔽泵。辟如，1989年9月“World Pumps”杂志报道了Paul E.Allaire等人的“屏蔽泵用磁力轴的设计、制造和试验”论文。该论文叙述了一台卧式屏蔽泵采用磁悬浮轴承取代石墨轴承。该泵在工作时其转子分别被具有0.38mm径向间隙的两个径向磁悬浮轴承和具有0.5mm轴向间隙的一个推力磁悬浮轴承悬浮支承，避免了轴颈与轴瓦直接的接触摩擦磨损，以延长泵工作寿命。但是，使用两个径向磁悬浮轴承和一个推力磁悬浮轴承，其结构复杂；且由于径向磁悬浮轴承的径向间隙为0.38mm，而泵叶轮平板密封环的径向间隙通常为0.1～0.15mm，则泵叶轮平板密封环的间隙必须大于0.38mm，从而加大了叶轮平板密封环的泄漏量，致使泵容积效率下降；再者，磁悬浮轴承和电机均由泵输送的液体冷却，故不适于超过常温工作的泵。因此，推广应用困难。

传统的多级离心泵平衡盘，可以完全平衡泵的轴向力并使泵转子接近处于轴向液悬浮状态，因而该类型泵不使用推力轴承。但是，正如关醒凡编著的“现代泵技术手册”(1995年9月宇航出版社出版)中指出：平衡盘泄漏量大(额定流量的3～20％)，较大降低了泵的容积效率；平衡盘间隙小(一般在0.1～0.2mm范围)，平衡盘易磨损；平衡盘尺寸大，圆盘摩擦损失大，较大降低了泵的机械效率。所以，平衡盘使泵效率严重下降、且磨损大，一般仅在多级离心泵中自动平衡大的轴向力时使用。

中国发明专刊“气压密封潜水泵”(专刊号：87206747)，给潜水泵的电机充以压缩空气，一方面电机内部不与水接触，保证电机的绝缘；另一方面电机转子在粘性较小的空气中旋转，致使电机转子的摩擦损失减小，从而提高电机效率。但由于仅给潜水泵电机充压缩空气，因此限制了使用范围。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种能自动平衡转子轴向力并使转子轴向液悬浮，自动平衡转子径向力并使转子径向磁悬浮，自循环浸泡冷却、结构简单，效率高，无泄漏，能输送高温，含固体颗粒的酸碱液体，工作寿命长，自动化程度高的无轴封磁悬浮泵。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明无轴封磁悬浮泵包括屏蔽电机、单级泵或多级泵及径向磁悬浮轴承，或包括常规异步电动机、磁力传动装置、单级泵及径向磁悬浮轴承，电机转子或磁转子与泵屏蔽在同一壳体内，其特征是有含串装在轴16上的电机转子14或磁转子33、泵叶轮30的磁悬浮泵转子，与浮动环密封的浮动环29和位于泵叶轮后方的装在轴16上的含2～4个槽的平衡轴套6组成的轴套平衡活门，两端分别与轴套平衡活门和泵进口连通的回流管3，用氟里昂或被输送的液体冷却电机和径向磁悬浮轴承的冷却结构，泵叶轮(30)的后浮动环密封的浮动环4直径大于前浮动环密封的浮动环1的直径，基本平衡转子轴向力。叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、回流管3回流到泵进口，平衡轴套6上开有2～4个槽并与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门，转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵叶轮30后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。

上述的冷却结构包括与电机壳体连通的氟里昂加注器21、螺塞17两端分别与电机定子腔和上径向磁悬浮轴承定子腔连通的进气管15，两端分别与上、下径向磁悬浮轴承连通的轴承冷却管22，屏蔽电机的电机定子和径向磁悬浮轴承定子采用氟利昂R113进行蒸发自循环浸泡冷却。电机定子屏蔽，加注器21进行氟利昂R113加注，螺塞17用于排放氟利昂时进空气，氟利昂R113液体或其他性能相近的替代物吸收电机定子和电机转子产生的热量，部分变为汽体并浮于电机定子上部，汽体通过设置在电机外壳13上的冷却管在室温条件下放热变为液体，形成屏蔽电机定子封闭蒸发自循环浸泡冷却。径向磁悬浮轴承定子屏蔽，屏蔽电机定子上部的氟利昂R113蒸汽由进汽管15少量进入上径向磁悬浮轴承定子中，吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量并进一步膨胀，经轴承冷却管22在室温条件下放热变为液体，回流到下径向磁悬浮轴承定子11中。

上述的冷却结构中有两端分别与下径向磁悬浮轴承定子腔和电机定子腔连通的汽液回流管10，回流到下径向磁悬浮轴承定子的氟利昂R113液体再吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量以及叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的冷却至80℃以下的液体经气体传导的热量，部分变为汽体，再经汽液回流管10回流到屏蔽电机定子下部，上、下两个径向磁悬浮轴承定子也形成封闭蒸发自循环浸泡冷却。

上述的磁悬浮泵有两端分别与泵体进口和后泵盖或电机盖或隔离罩连通的回流管3。

上述的磁悬浮泵有对电机转子空腔自动补充与泵输送的液体相容的气体的自动补气装置，包括与气源相通的受控制器控制的电磁阀44，通过管道与电磁阀44连通的装在后泵盖27或出口段39的补气接管嘴8，上、下液位传感器25、26。

上述的磁悬浮泵有径向磁悬浮轴承自动控制系统，包括装在径向磁悬浮轴承体23上的间隙探针12，与间隙探针连接的信号处理器、控制器。

上述的后泵盖27或泵进口段37上有冷却腔，冷却腔上或泵进口段37上装有进水接管嘴5、出水接管嘴28，使冷却水从进水接管嘴进入冷却腔，从出水接管嘴排出，将叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体冷却至80°以下。

上述的轴16上装有上、中、下径向磁悬浮轴承和搅拌器43。

本发明无轴封磁悬浮泵，轴套平衡活门自动平衡转子轴向力并使转子轴向液悬浮，径向磁悬浮轴承自动平衡转子径向力并使转子径向磁悬浮，屏蔽电机定子和磁悬浮轴承定子采用氟利昂R113蒸发自循环浸泡冷却，屏蔽电机转子空腔中自动补充与泵输送的液体相容的气体。本类型泵结构比较简单，效率高，无泄漏，能输送高温、含固体颗粒包括含磁化固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。

附图说明：

图1是本发明无轴封磁悬浮泵示意图。

图2是图1基础上改变为自冷屏蔽磁悬浮泵示意图。

图3是图1基础上改变为磁力磁悬浮泵示意图。

图4是图1基础上改变为自冷磁力磁悬浮泵示意图。

图5是图1基础上改变为屏蔽多级磁悬浮泵示意图。

图6是图1基础上改变为自冷屏蔽多级磁悬浮泵示意图。

图7是图1～图6中的径向磁悬浮轴承自动控制系统示意图。

图8是图1、图3、图5中的自动补气装置示意图。

具体实施方式：

图1无轴封磁悬浮泵示意图所描述的是立式单级高温屏蔽磁悬浮泵。它由屏蔽电机、单级泵、径向磁悬浮轴承等组成，电机转子与泵屏蔽在同一壳体内。屏蔽电机为异步电动机。电机定子20屏蔽，电机转子14与泵叶轮30等串装在轴16上组成磁悬浮泵转子(称转子)。被输送的液体从泵体2上的进口吸入，经泵叶轮30获得能量后从泵体2上的出口排出。

为适应泵在450℃以下的高温工作，在后泵盖27上设置冷却腔。冷却水从进水接管咀5进入冷却腔，从出水接管咀28排出，将叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体冷却至80℃以下。

转子轴向液悬浮是这样实现的。由计算确定，泵叶轮30的后浮动环密封的浮动环4直径比前浮动环密封的浮动环1直径大，基本平衡转子轴向力。叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、回流管3回流到泵进口。平衡轴套6上开有2～4个槽，平衡轴套6与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门。转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵叶轮30后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。本结构的优点是：1，与前述的采用推力磁悬浮轴承使转子轴向磁悬浮相比，利用了泵自身液体的能量，采用简单的轴套平衡活门实现了转子轴向液悬浮；2，浮动环密封(见关醒凡编著的“现代泵技术手册”，1995年9月宇航出版社出版)的浮动环相对轴(或轴套)自动调心，一方面使浮动环与轴(或轴套)不互相接触、磨损，工作寿命长，另一方面可保持非常小的半径方向间隙，一般在0.025～0.05mm范围，这样经泵叶轮30的后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体少，泵容积效率得到改善，避免了前述因径向磁悬浮轴承需0.38mm径向间隙而要加大叶轮平板密环间隙，从而加大了叶轮平板密封环的泄漏量，致使泵容积效率下降的缺点；3，轴套平衡活门自动平衡转子轴向力是靠转子自动轴向移动调整平衡轴套伸出的开槽长度(即活门开度大小)来实现的，而平衡轴套开槽伸出的长度可由平衡轴套的开槽数和开槽宽度确定，避免了前述的多级离心泵平衡盘间隙小(一般在0.1～0.2mm范围)，平衡盘易磨损的缺点：4，平衡轴套直径小，圆盘摩擦损失小，避免了前述的多级离心泵平衡盘尺寸大，圆盘摩擦损失大，较大降低了泵的机械效率的缺点。为保证泵在启动和停车过程中转子.的轴向限位，在转子上设有轴向限位挡环7。以下涉及到转子轴向液悬浮相同的内容不再详细叙述。

转子径向磁悬浮是这样实现的。在磁悬浮泵转子上设置两个径向磁悬浮轴承。径向磁悬浮轴承由轴承体23、磁悬浮轴承定子11、磁悬浮轴承磁转子24和轴承定子接线柱9等组成。径向磁悬浮轴承定子屏蔽，两个间隙探针12测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经自动控制系统(见图7)处理后改变轴承定子中的电流大小及分布，从而改变轴承磁转子的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮(见徐灏主编的“机械设计手册”第4卷，机械工业出版社1991年9月出版)。

屏蔽电机定子和径向磁悬浮轴承定子蒸发自循环浸泡冷却是这样实现的。屏蔽电机为异步电动机，它由电机外壳13、电机定子20、电机转子14和电机定子接线柱18等组成。氟利昂R113是标准蒸发温度47.66(在1atm下，当温度低于47.6℃时为液体，当温度超过47.6℃时变为汽体)的致冷剂，且不导电，因此可采用氟利昂R113对屏蔽电机定子和径向磁悬浮轴承定子进行蒸发自循环浸泡冷却(又称浸润常温自循环冷却，见魏永田等编著的“电机内热交换”，机械工业出版社1998年8月出版)。致冷剂也可采用其他性能相近的替代物。电机定子屏蔽，加注器21进行氟利昂R113加注(加注前抽真空)，液位计19用以观察氟利昂液面高度，螺塞17用于排放氟利昂时进空气，氟利昂R113液体吸收电机定子和电机转子产生的热量，部分变为汽体并浮于电机定子上部(其变为汽体的蒸发温度与运行压力有关，辟如，当蒸发温度80℃时，其相应运行压力为2.7atm)，汽体通过设置在电机外壳13上的冷却管在室温条件下放热变为液体，形成屏蔽电机定子封闭蒸发自循环浸泡冷却，可保持屏蔽电机温度在80℃以下。屏蔽电机定子上部的氟利昂R113蒸汽由进汽管15(为保证良好的绝热，在管外包敷石棉等绝热层)少量进入上径向磁悬浮轴承定子中，吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量并进一步膨胀，经轴承冷却管22在室温条件下放热变为液体，回流到下径向磁悬浮轴承定子11中，回流到下径向磁悬浮轴承定子的氟利昂R113液体再吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量以及叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的冷却至80℃以下的液体经气体传导的热量，部分变为汽体，再经汽液回流管10回流到屏蔽电机定子下部，这样上、下两个径向磁悬浮轴承定子也形成封闭蒸发自循环浸泡冷却，可保持两个径向磁悬浮轴承温度在806以下。以下涉及到屏蔽电机定子和径向磁悬浮轴承定子蒸发自循环浸泡冷却相同的内容不再详细叙述。

自动补气装置对蔽电机转子空腔中自动补气，一方面是使屏蔽电机转子包括磁悬浮轴承磁转子浸泡并旋转在粘性较小的气体中，以减小摩擦损失，提高屏蔽电机效率；另一方面是对泵叶轮后浮动环密封的浮动环泄漏出的液体进行气封，使泵输送的液体不与磁悬浮轴承磁转子和屏蔽电机转子接触，这样泵可以输送含磁化固体颗粒的液体。需要说明的是气体对液体的溶解度一般很小，所以需要补充的气体量一般很少，但是所补充的必须是与泵输送的液体相容的气体，解决了前述“气压密封潜水泵”仅给潜水泵的电机充压缩空气之不足。在泵工作时，当液位超过上液位传感器25时，其信号经控制器(见图8)处理，通过补气接管咀8补气；当液位低于下液位传感器26时，其信号经控制器处理，停止补气。以下涉及到自动补气相同的内容不再详细叙述。

本类型泵结构比较简单，效率高(与常规电动泵机组效率相近)，无泄漏，能输送高温、含固体颗粒包括含磁化固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。

图2，自冷屏蔽磁悬浮泵示意图所描述的是立式单级自冷屏蔽磁悬浮泵。它由屏蔽电机、单级泵、径向磁悬浮轴承等组成，电机转子与泵屏蔽在同一壳体内，屏蔽电机和磁悬浮轴承利用泵输送的温度小于80℃的液体进行冷却。屏蔽电机为异步电动机，由屏蔽电机定子20、电机转子14、电机外壳13、电机定子接线柱18等组成。电机转子14与泵叶轮30等串装在轴16上组成磁悬浮泵转子(称转子)。被输送的液体从泵体2上的进口吸入，经泵叶轮30获得能量后从泵体2上的出口排出。

转子轴向液悬浮。由计算确定，泵叶轮30的后浮动环密封的浮动环4直径比前浮动环密封的浮动环1直径大，基本平衡转子轴向力。叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、轴向限位挡环7、轴承磁转子24、电机转子14、回流管3回流到泵进口。平衡轴套6上开有2～4个槽，平衡轴套6与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门。转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵叶轮30后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。设置在后泵盖27上的轴向限位挡环7用以保证泵在启动和停车过程中转子轴向限位。

转子径向磁悬浮。在磁悬浮泵转子上设置两个径向磁悬浮轴承。径向磁悬浮轴承由轴承体23、磁悬浮轴承定子11、磁悬浮轴承磁转子24和轴承定子接线柱9等组成。磁悬浮轴承定子屏蔽，两个间隙探针12测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经自动控制系统(见图7)处理后改变定子中的电流大小及分布，从而改变磁转子的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮，这样泵可以输送含固体颗粒的液体。

叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出经平衡轴套6、轴向限位挡环7、轴承磁转子24、电机转子14、回流管3回流到泵进口的液体同时对屏蔽电机和磁悬浮泵轴承进行自行冷却。为了克服较大的流动阻力，由计算确定，再稍加大叶轮后浮动环密封的浮动环4的直径。由于使用泵输送的液体对屏蔽电机和磁悬浮轴承进行自行冷却，因此本类型泵不能输送高温、含磁化固体颗粒的液体。

本类型泵结构简单，效率较低(比常规电动泵机组效率低10~15％)，无泄漏，能输送常温、含固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。根据需要，本类型泵可以改变为卧式结构。

如果泵输送温度大于80℃的液体，可在后泵盖27上加水冷却腔，将叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体冷却至80℃以下，以冷却屏蔽电机和磁悬浮轴承。

图3，磁力磁悬浮泵示意图所描述的是立式单级高温磁力传动磁悬浮泵。它由常规异步电动机、磁力传动装置、单级泵和径向磁悬浮轴承等组成，磁力传动装置的磁转子与泵屏蔽在同一壳体内。常规异步电动机31轴端设置磁缸32。磁力传动装置由磁转子33、磁缸32、隔离罩34和连接套35等组成。磁转子33与泵叶轮30等串装在轴16上组成磁悬浮泵转子(称转子)。被输送的液体从泵体2上的进口吸入，经泵叶轮30获得能量后从泵体2上的出口排出。

为适应泵在450℃以下的高温工作，在后泵盖27上设置冷却腔。冷却水从进水接管咀5进入冷却腔，从出水接管咀28排出，将叶轮后浮动环密封的浮动坏4泄漏出的液体冷却至80℃以下。

转子轴向液悬浮。由计算确定，泵叶轮30的后浮动环密封的浮动环4直径比前浮动环密封的浮动环1直径大，基本平衡转子轴向力。叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、回流管3回流到泵进口。平衡轴套6上开有2～4个槽，平衡轴套6与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门。转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵叶轮30后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。为保证泵在启动和停车过程中转子的轴向限位，在转子上设有轴向限位挡环7。

转子径向磁悬浮。在磁悬浮泵转子上设置上、下两个径向磁悬浮轴承，中间套36保证两个轴承间必要的距离。径向磁悬浮轴承由轴承体23、磁悬浮轴承定子11、磁悬浮轴承磁转子24和轴承定子接线柱9等组成。两个间隙探针12测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经自动控制系统(见图7)处理后改变定子中的电流大小及分布，从而改变磁转子的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮。径向磁悬浮轴承定子屏蔽，采用氟利昂R113蒸发自循环浸泡冷却，加注器21进行氟利昂R113加注(加注前抽真空)，螺塞17用于在排放氟利昂时进空气，液位计19用以观察氟利昂液位，下径向磁悬轴承定子中的氟利昂R113液体吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量以及叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的冷却至80℃以下的液体经气体传导的热量，部分变为汽体，汽体经进汽管15(为保证良好的绝热，在管外包敷石棉等绝热层)进入上径向磁悬浮轴承定子中，氟利昂R113汽体再吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量以及磁力传动装置的热量并进一步膨胀，经轴承冷却管22在室温条件下放热变成液体，再回到下径向磁悬浮轴承定子中，形成封闭蒸发自循环浸泡冷却，可保持上、下两个径向磁悬浮轴承温度在80℃以下。

自动补气装置对磁力传动装置磁转子空腔中自动补充与泵输送的液体相容的气体，一方面是使磁转子包括磁悬浮轴承磁转子浸泡并旋转在粘性较小的气体中，以减小摩擦损失，提高磁力传动装置的效率；另一方面是对泵叶轮后浮动环密封的浮动环泄漏出的液体进行气封，使泵输送的液体不与磁悬浮轴承磁转子和磁力传动装置磁转子接触，这样可以输送含磁化固体颗粒的液体。在泵工作时，当液位超过上液位传感器25时，其信号经控制器(图中未示出)处理，通过补气接管咀8补气；当液位低于下液位传感器26时，其信号经控制器处理，停止补气。

本类型泵结构比较简单，效率较低(比常规电动泵机组效率低15～20％)，无泄漏，能输送高温、含固体颗粒包括含磁化固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。

图4，自冷磁力磁悬浮泵示意图所描述的是立式单级自冷磁力传动磁悬浮泵。它由常规异步电动机、磁力传动装置、单级泵和径向磁悬浮轴承等组成，磁转子与泵屏蔽在同一壳体内，屏蔽电机和磁悬浮轴承利用泵输送的温度小于80℃的液体进行冷却。常规异步电动机31轴端设置磁缸32。磁力传动装置由磁转子33、磁缸32、隔离罩34和连接套35等组成。磁转子33与泵叶轮30等串装在轴16上组成磁悬浮泵转子(称转子)。被输送的液体从泵体2上的进口吸入，经泵叶轮30获得能量后从泵体2上的出口排出。

转子轴向液悬浮。由计算确定，泵叶轮30的后浮动环密封的浮动环4直径比前浮动环密封的浮动环1直径大，基本平衡转子轴向力。叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、轴向限位挡环7、轴承磁转子24、中间套36、回流管3回流到泵进口。平衡轴套6上开有2～4个槽，平衡轴套6与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门。转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵叶轮30后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。设置在后泵盖27上的轴向限位挡环7用以保证泵在启动和停车过程中转子轴向限位。

转子径向磁悬浮。在磁悬浮泵转子上设置两个径向磁悬浮轴承。径向磁悬浮轴承由轴承体23、磁悬浮轴承定子11、磁悬浮轴承磁转子24和轴承定子接线柱9等组成。磁悬浮轴承定子屏蔽，两个间隙探针12测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经自动控制系统(图中未示出)处理后改变定子中的电流大小及分布，从而改变磁转子的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮，这样泵可以输送含固体颗粒的液体。

叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出经平衡轴套6、轴向限位挡环7、轴承磁转子24、中间套36、回流管3回流到泵进口的液体同时对屏蔽电机和磁悬浮轴承起自行冷却作用。为了克服较大的流动阻力，由计算确定，再稍加大叶轮后浮动环密封的浮动环4直径。由于使用泵输送的液体对屏蔽电机和磁悬浮轴承进行自行冷却，因此本类型泵不能输送高温、含磁化固体颗粒的液体。

本类型泵结构简单，效率很低(比常规电动泵机组效率低20～30％)，无泄漏，能输送常温、含固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。根据需要，本类型泵可以改变为卧式结构。

如果泵输送温度大于80℃的液体，可在后泵盖27上加水冷却腔，将叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体冷却至80℃以下，以冷却屏蔽电机和磁悬浮轴承。

图5，屏蔽多级磁悬浮泵示意图所描述的是立式多级高温屏蔽磁悬浮泵。它由屏蔽电机、多级泵和上、中、下3个径向磁悬浮轴承等组成，电机转子与多级泵屏蔽在同一壳体内。屏蔽电机为异步电动机。泵进口段37、中间段38、出口段39用拉杠40连接。电机定子20屏蔽，电机转子14与多级泵叶轮30等串装在轴16上组成磁悬浮泵转子(称转子)。浮动环41为级间浮动环密封的浮动环，用以适应径向磁悬浮轴承较大径向间隙的需要，减少级间泄漏量，提高泵容积效率。被输送的液体从泵进口段37上的进口吸入，经多个泵叶轮获得能量后从泵出口段39上的出口排出。

为适应泵在450℃以下的高温工作，在泵出口段39上设置冷却腔。冷却水从进水接管咀5进入冷却腔，从出水接管咀28排出，并将泵末级叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体冷却至80℃以下。在泵进口段37上设置冷却腔，冷却水从进水接管咀5进入冷却腔，从出水接管咀28排出，对下径向磁悬浮轴承起隔热作用。

转子轴向液悬浮。由计算确定，泵末级叶轮的后浮动环密封的浮动环4直径比泵首级叶轮前浮动环密封的浮动环1直径大，基本平衡转子轴向力。泵末级叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、回流管3、底座42、搅拌器43、下径向磁悬浮轴承回流到泵进口。搅拌器43可使固体颗粒不沉积于底座42中。平衡轴套6上开有2～4个槽，平衡轴套6与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门。转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵末级叶轮后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。为保证泵在启动和停车过程中转子的轴向限位，在转子上设有轴向限位挡环7。

转子径向磁悬浮。在磁悬浮泵转子上设置上、中、下3个径向磁悬浮轴承可以解决屏蔽多级磁悬浮泵的轴较长所产生的轴刚度不足的问题。径向磁悬浮轴承由轴承体23、磁悬浮轴承定子11、磁悬浮轴承磁转子24和轴承定子接线柱9等组成。径向磁悬浮轴承定子屏蔽，两个间隙探针12测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经自动控制系统(图中未示出)处理后改变定子中的电流大小及分布，从而改变磁转子的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮。回流管3回流的已冷却至温度80℃以下的液体对下径向磁悬浮轴承进行冷却。由于下径向磁悬浮轴承浸泡并旋转在泵输送的液体中，所以本类型不能输送含磁化固体颗粒的液体。

屏蔽电机定子和上、中两个径向磁悬浮轴承定子蒸发自循环浸泡冷却。屏蔽电机为异步电动机，由电机外壳13、电机定子20、电机转子14和电机定子接线柱18等组成。电机定子屏蔽，采用氟利昂R113对屏蔽电机定子进行蒸发自循环浸泡冷却，加注器21进行氟利昂R113加注(加注前抽真空)，螺塞17用于排放氟利昂时进空气，液位计19用以观察氟利昂液面高度，氟利昂R113液体吸收电机定子和电机转子产生的热量，部分变为汽体并浮于电机定子上部，汽体通过设置在电机外壳13上的冷却管在室温条件下放热变为液体，形成屏蔽电机定子封闭蒸发自循环浸泡冷却，可保持屏蔽电机温度在80℃以下。屏蔽电机定子上部的氟利昂R113蒸汽由进汽管15(为保证良好的绝热，在管外包敷石棉等绝热层)少量进入上径向磁悬浮轴承定子中，经轴承冷却管22在室温条件下放热变为液体，回流到中径向磁悬浮轴承定子11中，回流到中径向磁悬浮轴承定子的氟利昂R113液体再吸收轴承定子和轴承磁转子产生的热量以及叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出的冷却至80℃以下的液体经气体传导的热量，部分变为汽体，再经汽液回流管10回流到屏蔽电机定子下部，这样上、中两个径向磁悬浮轴承定子也形成封闭蒸发自循环浸泡冷却。

自动补气装置对蔽蔽电机转子空腔中自动补充与泵输送的液体相容的气体，是使屏蔽电机转子包括上、中径向磁悬浮轴承磁转子浸泡并旋转在粘性较小的气体中，以减小摩擦损失，提高屏蔽电机效率。在泵工作时，当液位超过上液位传感器25时，其信号经控制器(见图8)处理，通过补气接管咀8补气；当液位低于下液位传感器26时，其信号经控制器处理，停止补气。

本类型泵结构比较复杂，效率高(与常规电动多级泵机组效率相近)，扬程高，无泄漏，能输送高温、含固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。

图6，自冷屏蔽多级磁悬浮泵示意图所描述的是立式自冷多级屏蔽磁悬浮泵。它由屏蔽电机、多级泵和上、中、下3个径向磁悬浮轴承等组成，电机转子与泵屏蔽在同一壳体内，屏蔽电机和磁悬浮轴承利用泵输送的温度小于80℃的液体进行冷却。屏蔽电机为异步电动机，由电机定子20、电机转子14、电机外壳13、电机定子接线柱18等组成。泵进口段37、中间段38、出口段39用拉杠40连接。电机转子14与多级泵叶轮30等串装在轴16上组成磁悬浮泵转子(称转子)。浮动环41为级间浮动环密封的浮动环，用以适应径向磁悬浮轴承较大径向间隙的需要，减少级间泄漏量，提高泵容积效率。被输送的液体从进口段37上的进口吸入，经多个泵叶轮获得能量后从出口段39上的出口排出。

转子轴向液悬浮。由计算确定，泵末级叶轮的后浮动环密封的浮动环4直径比泵首级叶轮的前浮动环密封的浮动环1直径大，基本平衡转子轴向力。泵末级叶轮的后浮动环密封的浮动环4泄漏出的液体，经平衡轴套6、轴向限位挡环7、出口段39、轴承磁转子24、电机转子14、回流管3、底座42、搅拌器43、下径向磁悬浮轴承回流到泵进口。搅拌器43可使固体颗粒不沉积于底座42中。平衡轴套6上开有2～4个槽，平衡轴套6与浮动环密封的浮动环29组成轴套平衡活门。转子轴向移动即调整活门开度大小，从而改变泵末级叶轮后面的压力，自动平衡包括工况变化在内的轴向力，并使转子轴向液悬浮。设置在出口段39上的轴向限位挡环7用以保证泵在启动和停车过程中转子轴向限位。

转子径向磁悬浮。在磁悬浮泵转子上设置上、中、下3个径向磁悬浮轴承可以解决屏蔽多级磁悬浮泵的轴较长所产生的轴刚度不足的问题。径向磁悬浮轴承由轴承体23、磁悬浮轴承定子11、磁悬浮轴承磁转子24和轴承定子接线柱9等组成。径向磁悬浮轴承定子屏蔽，两个间隙探针12测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经自动控制系统(见图7)处理后改变定子中的电流大小及分布，从而改变磁转子的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮，这样泵可以输送含固体颗粒的液体。

泵末级叶轮后浮动环密封的浮动环4泄漏出经平衡轴套6、轴向限位挡环7、出口段39、轴承磁转子24、电机转子14、回流管3、底座42、搅拌器43、下径向磁悬浮轴承回流到泵进口的液体同时对屏蔽电机和上、中、下3个径向磁悬浮轴承起到自行冷却作用。为了克服较大的流动阻力，由计算确定，再稍加大泵末级叶轮后浮动环密封的浮动环4的直径。由于使用泵输送的液体对屏蔽电机和磁悬浮轴承进行自行冷却，因此本类型泵不能输送高温、含磁化固体颗粒的液体。

本类型泵结构比较复杂，效率较低(比常规电动多级泵机组效率低10～15％)，扬程高，无泄漏，能输送常温、含固体颗粒的酸碱液体，轴承无接触摩擦磨损，工作寿命长，自动化程度高。

根据需要，本类型泵可以改变为卧式结构。

如果泵输送温度大于80℃的液体，可在进口段4和出口段7上加水冷却腔，前者对下径向磁悬浮轴承起隔热作用；后者将泵末级叶轮后浮动环密封的浮动环21泄漏出的液体冷却至80℃以下，以冷却屏蔽电机和上、中、下3个径向磁悬浮轴承。

图7，径同磁悬浮轴承自动控制系统示意图所描述的是径向有源磁悬浮轴承(见徐灏主编的“机械设计手册”第4卷，机械工业出版社1991年9月出版)。它由轴承体23、轴承定子11、轴承磁转子24、间隙探针12、轴承定子接线柱9、外购的信号处理器和控制器等组成。

两个间隙探针12分别测定轴承径向间隙值，两个径向间隙值信号经两个信号处理器处理，由控制器控制轴承定子11的线圈中的电流大小及分布，从而改变轴承磁转子24的径向受力大小及方向，以自动平衡转子的径向力，并使转子径向磁悬浮。

图8，自动补气装置示意图所描述的是在屏蔽电机转子空腔或磁力泵磁转子空腔、径向磁悬浮轴承磁转子空腔中自动补充与泵输送的液体相容的气体。它由电磁阀44、补气接管咀8、上液位传感器25、下液位传感器26和外购的控制器等组成。

泵工作时，当液位超过上液位传感器25时，其信号经控制器处理后控制电磁阀44，通过补气接管咀8补气；当液位低于下液位传感器26时，其信号经控制器处理后控制电磁阀44，停止补气。补气的气源是气瓶或气体压缩机。

Claims (10)

1、一种无轴封磁悬浮泵，包括屏蔽电机、单级泵或多级泵及径向磁悬浮轴承，或包括常规异步电动机、磁力传动装置、单级泵及径向磁悬浮轴承，电机转子或磁转子与泵屏蔽在同一壳体内，其特征在于有含串装在轴(16)上的电机转子(14)或磁转子(33)、泵叶轮(30)的磁悬浮泵转子，与浮动环密封的浮动环(29)和位于泵叶轮后方的装在轴(16)上的含2～4个槽的平衡轴套(6)组成的轴套平衡活门，两端分别与轴套平衡活门和泵进口连通的回流管(3)，用氟里昂或被输送的液体冷却电机和径向磁悬浮轴承的冷却结构，泵叶轮(30)的后浮动环密封的浮动环(4)直径大于前浮动环密封的浮动环(1)的直径。

2、如权利要求1所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于冷却结构包括与电机壳体连通的氟里昂加注器(21)、螺塞(17)、两端分别与电机定子腔和上径向磁悬浮轴承定子腔连通的进气管(15)，两端分别与上、下径向磁悬浮轴承连通的轴承冷却管(22)。

3、如权利要求2所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于冷却结构中有两端分别与下径向磁悬浮轴承定子腔和电机定子腔连通的汽液回流管(10)。

4、如权利要求1所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于有两端分别与泵体进口和后泵盖或电机盖或隔离罩连通的回流管(3)。

5、如权利要求1或2或3所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于有对电机转子空腔自动补充与泵输送的液体相容的气体的自动补气装置，包括与气源相通的受控制器控制的电磁阀(44)，通过管道与电磁阀(44)连通的装在后泵盖(27)或出口段(39)上的补气接管嘴(8)，上、下液位传感器(25、26)。

6、如权利要求1或2或3或4所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于有径向磁悬浮轴承自动控制系统，包括装在径向磁悬浮轴承体(23)上的间隙探针(12)，与间隙探针连接的信号处理器、控制器。

7、如权利要求5所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于有径向磁悬浮轴承自动控制系统，包括装在径向磁悬浮轴承体(23)上的间隙探针(12)，与间隙探针连接的信号处理器、控制器。

8、如权利要求1或2或3或4所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于后泵盖(27)或泵进口段(37)上有冷却腔，冷却腔上或泵进口段(37)上装有进水接管嘴(5)、出水接管嘴(28)。

9、如权利要求1或2或3或4所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于轴(16)上装有上、中、下径向磁悬浮轴承和搅拌器(43)。

10、如权利要求5所述的一种无轴封磁悬浮泵，其特征在于轴(16)上装有上、中、下径向磁悬浮轴承和搅拌器(43)。

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