CN216895022U - 一种用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，包括混流叶轮组件、传动组件、定子屏蔽套筒及转子组件，转子组件套接传动组件，并设置在定子屏蔽套筒内，传动组件伸出定子屏蔽套筒的上端部位固定安装有混流叶轮组件，混流叶轮组件包括上下布置的盖板、轮盘，轮盘的上下两端分别设置有主叶片及副叶片，本实用新型采用正反双叶片形式混流叶轮设计，可以提高大功率冷却液泵的运行效率，并采用双金属屏蔽套筒+灌封隔离技术，解决电机定转子隔离和转子磁钢腐蚀性问题。

Description

一种用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构

技术领域

本实用新型涉及一种车用燃料电池系统冷却液泵，尤其涉及一种用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构。

背景技术

冷却液泵是燃料电池发动机热管理系统核心关键单机产品，其作用是驱动冷却液循环流动，从而将燃料电池电堆化学反应发电过程产生的热量带走，保证电堆工作正常。

目前燃料电池系统使用的冷却液泵主流方案是屏蔽式离心泵方案。屏蔽式泵结构紧凑、可靠性高、耐温性能好，其结构特点式需要引用一部分工作介质进入水泵电机腔体内部循环，然后再和主流汇集进入系统内部。这就会带来两方面问题需要解决，一方面是传统方案采用的涡轮叶片没有副叶片，无法阻止叶轮出口高压工质中的颗粒状杂质进入电机腔体内部，且冷却介质通过大流量冷却液泵时，泵的运行效率低，另一方面，屏蔽泵电机转子需要浸泡再工质内部，而转子磁钢必须做到严格密封，否则磁钢接触水后就会腐蚀生锈后也会进入工质内部造成污染，因此，提升燃料电池系统中屏蔽式冷却液泵的运行功率及洁净度问题是重点需要解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，解决了背景技术中的问题，其技术方案如下所述：

一种用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，包括混流叶轮组件、传动组件、定子屏蔽套筒及转子组件，转子组件套接传动组件，并设置在定子屏蔽套筒内，传动组件伸出定子屏蔽套筒的上端部位固定安装有混流叶轮组件，混流叶轮组件包括上下布置的盖板、轮盘，轮盘的上下两端分别设置有主叶片及副叶片。

进一步的，轮盘中部向上形成凸起，并形成坡面，主叶片在坡面均匀分布，副叶片均匀分布在轮盘底端。

进一步的，主叶片与轮盘上表面的夹角为10-30°。

进一步的，传动组件包括前轴承、阶梯轴、后轴承及压紧垫；阶梯轴上下两端均加工成阶梯状，分别安装有前轴承及后轴承，后轴承下端设置有压紧垫，压紧垫通过螺丝固定连接阶梯轴轴端，阶梯轴上端伸出定子屏蔽套筒的部位安装有混流叶轮组件。

进一步的，盖板通过轴端螺母固定在阶梯轴上，轮盘与前轴承之间设置有调整垫及压盖，调整垫穿过压盖，将前轴承内圈压紧，压盖通过螺丝连接定子屏蔽套筒，将前轴承外圈压紧。

进一步的，前轴承成对设置，前轴承及后轴承均采用全陶瓷轴承。

进一步的，所述转子组件包括永磁体、导磁环、前端盖、后端盖及不锈钢金属屏蔽套，导磁环固定在阶梯轴中部，其上端及下端分别固定安装有前端盖及后端盖，导磁环外部安装永磁体，永磁体外部安装用于包裹前端盖及后端盖的不锈钢金属屏蔽套。

进一步的，前端盖与不锈钢金属屏蔽套相贴合表面，及后端盖与不锈钢金属屏蔽套相贴合表面均设置有沟槽，沟槽内部安装有O形圈。

进一步的，阶梯轴与前端盖相贴合的表面，及阶梯轴与后端盖相贴合的表面均设置有密封槽，密封槽位置安装有密封圈。

进一步的，主叶片及副叶片均采用后弯式对称设计。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本发明采用正反双叶片形式混流叶轮设计，可以提高大功率冷却液泵的运行效率，进一步，轮盘采用倾斜度设计有利于提高大流量下的流动效率，并通过增加副叶片设计，副叶片可以避免大颗粒多余物进入电机内部循环起到保护的作用。

2、本采用双金属屏蔽套筒+灌封隔离技术，解决电机定转子隔离和转子磁钢腐蚀性问题，从而避免转子磁钢发生腐蚀污染燃料电池系统。

3、本发明轴系采用全陶瓷刚性轴承技术，该技术有效的解决非接触石墨轴承在启动低转速和停机过程的磨损从而产生多余物污染系统的问题，可以做到全工况稳定运行，无多余物质产生。

附图说明

图1为所述用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构示意图；

图2为所述混流叶轮组件结构剖视图；

图3为所述混流叶轮组件结构示意图；

图4为所述转子组件结构示意图；

图5为定子屏蔽套筒结构示意图；

图中，1、轴端螺母；2、混流叶轮组件；3、调整垫；4、压盖；5、定子屏蔽套筒；6、前轴承；7、转子组件；8、后轴承；9、压紧垫；10、阶梯轴；11、前端盖；12、密封圈；13、O形圈；14、不锈钢金属屏蔽套；15、永磁体；16、导磁环；17、后端盖；18、盖板；19、轮盘；20、主叶片；21、副叶片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，包括混流叶轮组件2、传动组件、定子屏蔽套筒5(见图5)及转子组件7；转子组件7套接传动组件，并设置在定子屏蔽套筒5内，传动组件伸出定子屏蔽套筒5的上端部位固定安装有混流叶轮2组件，所述定子屏蔽套筒5材质为不锈钢。

如图2-3所示，所述混流叶轮组件2包括盖板18、轮盘19、主叶片20及副叶片21，所述盖板18底部固定连接轮盘19，轮盘19中部向上形成凸起，并形成坡面，所述主叶片20在坡面均匀分布，其与轮盘上表面的夹角为12.57°，所述副叶片均匀设置在轮盘19的底端，本发明采用正反双叶片形式混流叶轮设计，可以提高大功率冷却液泵的运行效率，主叶片20负责做功，副叶片21起到平衡轴向力作用，同时，副叶片21利用离心作用将颗粒状杂质分离泵出使其不进入后边电机内部，可以避免大颗粒多余物进入电机内部循环起到保护的作用，进一步，所述主叶片20与所述副叶片21的安装方向一致，且均采用后弯式对称设计，此种结构可以保证叶轮在大流量下效率最高。

图4所示，传动组件包括前轴承6、阶梯轴10、后轴承8及压紧垫9；所述阶梯轴10为中空结构，阶梯轴10上下两端加工成阶梯，分别用于安装前轴承6及后轴承8，阶梯轴10安装在定子屏蔽套筒5内部，且前端伸出部位安装有盖板18，所述盖板18通过轴端螺母1固定在阶梯轴10上，轮盘19与前轴承6之间设置有调整垫3及压盖4，调整垫3穿过压盖4，将前轴承6内圈压紧，压盖4通过螺丝连接定子屏蔽套筒5，将前轴承6外圈压紧；后轴承8下端设置有用于压紧后轴承8的压紧垫9，压紧垫9通过螺丝固定连接阶梯轴10轴端。

所述前轴承6成对设置，所述前轴承6及所述后轴承8均采用全陶瓷轴承，采用此种设计，有效的解决非接触石墨轴承在启动低转速和停机过程的磨损从而产生多余物污染系统的问题，可以做到全工况稳定运行，无多余物质产生，进一步，由于大功率冷却液泵功率大载荷大，前轴承采用成对布置可以提高轴承承载能力和提高转子组件7刚度从而提高整机运行寿命和稳定性。

阶梯轴10中部，位于所述前轴承6与后轴承8之间安装转子组件7；所述转子组件包括导磁环16、永磁体15、前端盖11、后端盖17及所述不锈钢金属屏蔽套14，导磁环16固定在阶梯轴10中部，其上端及下端分别固定安装有前端盖11及后端盖17，导磁环16外部固定安装永磁体15，永磁体15外部安装用于包裹前端盖11及后端盖17的不锈钢金属屏蔽套14，通过不锈钢金属屏蔽套14将所述永磁体15(即转子磁钢)密封，从而避免转子磁钢发生腐蚀污染燃料电池系统。

进一步的，所述不锈钢金属屏蔽套14和定子屏蔽套筒5之间形成通过冷却介质的间隙，采用此种设计的好处是，通过定子屏蔽套筒5解决电机内部定子组件和转子组件7隔离的问题，及通过不锈钢金属屏蔽套14，避免永磁体15(即转子磁钢)发生腐蚀污染燃料电子系统的问题。

进一步，所述前端盖11和不锈钢金属屏蔽套14相贴合的表面，及所述后端盖17与不锈钢金属屏蔽套14相贴合的表面均设置有沟槽，所述沟槽内部安装有O形圈13。

进一步，所述阶梯轴10和所述后端盖17的相贴合的表面，及所述阶梯轴10和所述后端盖17的相贴合的表面均设置有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈12，需要说明的是，所述前端盖11与所述阶梯轴10采用紧配安装，所述后端盖17内孔与所述阶梯轴10采用过渡配合安装，后端盖17在实际安装过程中，通过对后端盖17下方施加一个力，将后端盖17安装在阶梯轴10上，在力的传递作用下，通过所述导磁环16，将前端盖11固定在所述阶梯轴10台肩位置，所述后端盖17的孔内侧还预留方形留胶槽，用于灌胶，具体的采用灌封工艺将永磁体15完全灌盖，采用此种设计的好处是，防止永磁体15(即转子磁钢)接触冷却介质时发生腐蚀，提高传热和抗力学能力。

工作时，所述轴系涡轮组件结构可直接安装在冷却液泵的内部，并通过定子屏蔽套筒5固定在冷却液泵上，冷却介质经过主叶片20及副叶片21带动阶梯轴10转动做功，其中一部分冷却介质经轮盘19外部进入定子屏蔽套筒5内部，并依次经过压盖4、前轴承6进入到所述定子屏蔽套筒5和不锈钢金属屏蔽套14之间的间隙，并经过后轴承8，通过阶梯轴10的通孔回流到混流叶轮组件2，排出冷却液泵外。

综上所述，本实用新型，通过采用所述混流叶轮组件2，提高了大功率水泵运行效率，同时避免系统大颗粒多余物质进入轴系涡轮组件内部，进一步通过所述不锈钢金属屏蔽套14、定子屏蔽套筒5(即双金属屏蔽套筒)及灌封工艺彻底解决屏蔽室冷却液泵运行过程发生轴系腐蚀，同时刚性支撑的全陶瓷轴承结构，避免石墨滑动轴承低速运行和启动过程中产生磨损后影响系统清洁度的问题。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

Claims (10)

1.一种用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：包括混流叶轮组件、传动组件、定子屏蔽套筒及转子组件，转子组件套接传动组件，并设置在定子屏蔽套筒内，传动组件伸出定子屏蔽套筒的上端部位固定安装有混流叶轮组件，混流叶轮组件包括上下布置的盖板、轮盘，轮盘的上下两端分别设置有主叶片及副叶片。

2.根据权利要求1所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：轮盘中部向上形成凸起，并形成坡面，主叶片在坡面均匀分布，副叶片均匀分布在轮盘底端。

3.根据权利要求2所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：主叶片与轮盘上表面的夹角为10-30°。

4.根据权利要求1所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：传动组件包括前轴承、阶梯轴、后轴承及压紧垫；阶梯轴上下两端均加工成阶梯状，分别安装有前轴承及后轴承，后轴承下端设置有压紧垫，压紧垫通过螺丝固定连接阶梯轴轴端，阶梯轴上端伸出定子屏蔽套筒的部位安装有混流叶轮组件。

5.根据权利要求4所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：盖板通过轴端螺母固定在阶梯轴上，轮盘与前轴承之间设置有调整垫及压盖，调整垫穿过压盖，将前轴承内圈压紧，压盖通过螺丝连接定子屏蔽套筒，将前轴承外圈压紧。

6.根据权利要求4所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：前轴承成对设置，前轴承及后轴承均采用全陶瓷轴承。

7.根据权利要求4所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：所述转子组件包括永磁体、导磁环、前端盖、后端盖及不锈钢金属屏蔽套，导磁环固定在阶梯轴中部，其上端及下端分别安装前端盖及后端盖，导磁环外部安装永磁体，永磁体外部安装用于包裹前端盖及后端盖的不锈钢金属屏蔽套。

8.根据权利要求7所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：前端盖与不锈钢金属屏蔽套相贴合表面，及后端盖与不锈钢金属屏蔽套相贴合表面均设置有沟槽，沟槽内部安装有O形圈。

9.根据权利要求7所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：阶梯轴与前端盖相贴合的表面，及阶梯轴与后端盖相贴合的表面均设置有密封槽，密封槽位置安装有密封圈。

10.根据权利要求1所述的用于大功率冷却液泵的轴系涡轮组件结构，其特征在于：主叶片及副叶片均采用后弯式对称设计。

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