CN217462582U - 一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，属于机械泵技术领域，用于解决传统离心泵运行过程中由径向力和轴向力造成的噪音与振动的技术问题。本离心泵包括泵体和环形压水室，泵体内设置有浮动转子组件、径向导叶、轴向导叶、电机定子、电机定子屏蔽套、节流环、后口环和前口环，浮动转子组件包括离心叶轮、电机转子、滚动轴承和主轴；通过周向对称分布的径向导叶和轴向导叶消除了由于压水室结构周向不对称引起的径向力，并通过第二间隙、第一液流槽、第一液流孔、第二液流孔、第三液流孔、第二液流槽、第三间隙组成自循环水动力轴向力平衡系统消除轴向力，从而有效减弱离心泵运行过程中的振动与噪音，提高稳定性。

Description

一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵

技术领域

本实用新型属于机械泵技术领域，涉及一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵。

背景技术

传统离心泵由于前后盖板压差、转子自重（立式安装）等原因存在轴向力，不平衡的轴向力不仅会加重止推轴承的工作负荷，同时也会使泵转子在吸入口窜动，造成振动并使叶轮口环摩擦损坏泵体。更严重的，转子位移可能导致转子元件与定子元件之间产生摩擦、碰撞乃至损坏机器。

通常，采用在叶轮后盖板上开设平衡孔或平衡管的方式对轴向力进行平衡，而减少轴向力的程度取决于平衡孔的数量与孔径大小。然而，即使在这种情况下，仍存在10%-15%的残余不平衡轴向力；且开设平衡孔不仅会造成较大的容积损失，而且经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主流相冲击破坏正常流态，造成泵的抗汽蚀性能下降。一些在泵体上开孔，通过管线与吸入口相连的结构虽然可以解决上述问题，但结构复杂。通过平衡孔方式残余的轴向力仍需要加装止推轴承来承受，此时，不仅会增加轴承磨损，缩减轴承寿命，造成机械摩擦损我这边，还由于多设置的一个口环造成泵轴向尺寸的增大。此外，离心泵的轴向力还可通过在叶轮后盖板上增加背叶片、利用带动冷却液循环流动的副叶轮产生轴向力与主叶轮产生的轴向力平衡的方法进行平衡，然而，该种方法不但结构复杂，而且会对流场产生较大干扰，破坏正常流态。

此外，具有蜗形结构压水室的离心泵，在变工况运行中会产生作用于转子上的径向力，使轴受到交变应力，产生定向的挠度，造成叶轮和密封环、轴套、泵盖以及泵体接触处产生偏磨现象。对于中小型单级泵一般采用双涡室结构来平衡径向力；但其铸造复杂，清砂困难。通常，根据径向力产生的原因，尽量要求离心泵在设计工况运行以减小径向力，延长泵的使用寿命。而实际应用中，难以精确做到离心泵长期在设计工况稳定运行，因此，离心泵由蜗形结构压水室造成的径向力会造成离心泵的振动与噪音，影响泵的运行稳定性。

因此，针对离心泵在变工况运行过程中产生轴向力与径向力进行流动控制与结构设计，设计一种结构简单，且能够消除轴向力与径向力的具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，该装置要解决的技术问题是：如何降低离心泵在运行过程中由径向力和轴向力造成的噪音与振动。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，包括泵体和环形压水室，泵体内设置有浮动转子组件、径向导叶、轴向导叶、电机定子、电机定子屏蔽套、节流环、后口环和前口环，浮动转子组件包括离心叶轮、电机转子、滚动轴承和主轴，电机定子包裹在电机定子屏蔽套内，电机转子安装在电机定子屏蔽套内部的电机转子腔内，电机转子安装在主轴上，主轴通过滚动轴承与泵体转动连接，主轴的上端插入离心叶轮中并与其固定连接，离心叶轮的出水口与径向导叶的入水口连通，径向导叶的出水口与轴向导叶的进水口连通。

所述后口环和前口环分别位于在离心叶轮上、下两端，节流环安装在离心叶轮的下方，离心叶轮与前口环之间设有第一间隙，离心叶轮与后口环之间设有第二间隙，节流环与离心叶轮之间设有第三间隙，节流环靠近滚动轴承的一侧开设有第一液流槽，泵体中部靠近滚动轴承的一侧开设有第一液流孔，第一液流孔的上端与第一液流槽连通，第一液流孔的下端与电机转子腔连通，泵体尾部靠近滚动轴承的一侧开设有第二液流孔和第二液流槽，第二液流孔的上端与电机转子腔连通，第二液流孔的下端与第二液流槽连通，主轴的中心开设有第三液流孔，第三液流孔的下端与第二液流槽连通，第三液流孔的上端与离心叶轮的进口连通。

所述第一间隙使离心叶轮出口处泄漏至前腔的液流流回离心叶轮的进口。

所述第二间隙、第一液流槽、第一液流孔、第二液流孔、第三液流孔、第二液流槽、第三间隙组成自循环水动力轴向力平衡系统，使从离心叶轮出口泄漏至后腔的液流在通过该系统回流至叶轮进口的同时，通过调节离心叶轮与节流环之间第三间隙的尺寸控制电机转子两侧的压差，实现整个浮动转子组件的轴向浮动，达到轴向动态平衡。

所述径向导叶呈周向对称分布，径向导叶径向入流，轴向出流，径向导叶的进口安放角与离心叶轮的出口安放角大小相等。

所述轴向导叶呈周向对称分布，轴向导叶轴向入流，轴向出流，轴向导叶的进口安放角与径向导叶的出口安放角大小相等。

所述轴向导叶的叶片数大于径向导叶的叶片数。

通过周向结构对称分布的径向导叶和轴向导叶配合，消除了由于压水室结构周向不对称引起的径向力，消除了由径向力造成的振动与噪音。

所述滚动轴承与泵体之间为间隙配合，可实现浮动转子组件在轴向的自由移动。

所述电机转子浸泡与液流中，通过由第二间隙、第一液流槽、第一液流孔、第二液流孔、第三液流孔、第二液流槽、第三间隙组成自循环水动力轴向力平衡系统对电机转子及滚动轴承进行水冷却。

所述离心叶轮与节流环、滚动轴承与泵体之间的接触面采用硬质合金或碳化硅材料制成。

所述第一间隙、第二间隙和第三间隙的间隙大小均为0.2mm-0.5mm，各间隙流量占总流量的2%-6%。

所述第一液流槽、第一液流孔、第二液流孔和第二液流槽的数量设置为多个，且周向均匀布置，其尺寸大小满足周向槽组、孔组流量大于第三间隙的流量。

所述第三液流孔的流量大于第三间隙的流量。

与现有技术相比，本具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵具有以下优点：

1、本离心泵工作时，液体通过上端盖的进水口进入离心叶轮，离心叶轮高速旋转使液体获得动能与压力能；液体通过径向导叶改变液流方向，并将部分动能转换为压力能；进一步通过轴向导叶将动能转换为压力能的液流从环形压水室流出；周向对称分布的径向导叶和轴向导叶消除了由于压水室结构周向不对称引起的径向力，消除了由径向力造成的振动与噪音。

2、本发明中，离心叶轮、电机转子、轴承、主轴组成浮动转子组件，从离心叶轮出口流出的液流除了流入径向导叶之外，一小部分液流通过前口环的第一间隙回流至离心叶轮进口，还有一小部分液流通过后口环的第二间隙、第三间隙、第一液流槽、第一液流孔、第二液流孔、第二液流槽、第三液流孔流回离心叶轮进口，形成自循环水动力轴向力平衡系统；并通过调节离心叶轮与节流环之间的第三间隙的尺寸大小控制叶轮前后压差实现转子动态浮动，消除由轴向力造成的泵振动与噪音。

3、本发明中，电子定子包裹于定子屏蔽套内，电子转子浸泡于液流中，由第二间隙、第三间隙、第一液流槽、第一液流孔、第二液流孔、第二液流槽、第三液流孔组成的自循环水动力轴向力平衡系统可直接对电机转子与滚动轴承进行水冷却，无需额外冷却装置，结构简单，易实现，能够提高使用寿命和运行稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是本实用新型中离心叶轮的立体结构示意图；

图3是本实用新型中径向导叶的俯视结构示意图；

图4是本实用新型中径向导叶的立体结构示意图；

图5是本实用新型中轴向导叶的俯视结构示意图；

图6是本实用新型中轴向导叶的立体结构示意图；

图中：1、离心叶轮；2、径向导叶；3、轴向导叶；4、电机转子；5、电机定子；6、环形压水室；7、滚动轴承；8、主轴；9、电机定子屏蔽套；10、泵体；11、节流环；12、后口环；13、前口环；14、第一间隙；15、第二间隙；16、第一液流槽；17、第一液流孔；18、第二液流孔；19、第三液流孔；20、第二液流槽；21、第三间隙。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

请参阅图1-6，本实施例提供了一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，包括泵体10和环形压水室6，泵体10内设置有浮动转子组件、径向导叶2、轴向导叶3、电机定子5、电机定子屏蔽套9、节流环11、后口环12和前口环13，浮动转子组件包括离心叶轮1、电机转子4、滚动轴承7和主轴8，电机定子5包裹在电机定子屏蔽套9内，电机转子4安装在电机定子屏蔽套9内部的电机转子腔内，电机转子4安装在主轴8上，主轴8通过滚动轴承7与泵体10转动连接，主轴8的上端插入离心叶轮1中并与其固定连接，离心叶轮1的出水口与径向导叶2的入水口连通，径向导叶2的出水口与轴向导叶3的进水口连通；后口环12和前口环13分别位于在离心叶轮1上、下两端，节流环11安装在离心叶轮1的下方，离心叶轮1与前口环13之间设有第一间隙14，离心叶轮1与后口环12之间设有第二间隙15，节流环11与离心叶轮1之间设有第三间隙21，节流环11靠近滚动轴承7的一侧开设有第一液流槽16，泵体10中部靠近滚动轴承7的一侧开设有第一液流孔17，第一液流孔17的上端与第一液流槽16连通，第一液流孔17的下端与电机转子腔连通，泵体10尾部靠近滚动轴承7的一侧开设有第二液流孔18和第二液流槽20，第二液流孔18的上端与电机转子腔连通，第二液流孔18的下端与第二液流槽20连通，主轴8的中心开设有第三液流孔19，第三液流孔19的下端与第二液流槽20连通，第三液流孔19的上端与离心叶轮1的进口连通。

所述径向导叶2呈周向对称分布，径向导叶2径向入流，轴向出流，径向导叶2的进口安放角与离心叶轮1的出口安放角大小相等。

所述轴向导叶3呈周向对称分布，轴向导叶3轴向入流，轴向出流，轴向导叶3的进口安放角与径向导叶2的出口安放角大小相等。优选地，本实施例中，径向导叶2的出口安放角为90°。

所述轴向导叶3的叶片数大于径向导叶2的叶片数，优选为两倍。

所述滚动轴承7与泵体10之间为间隙配合，两者之间间隙大小为0.02mm-0.03mm，可实现浮动转子组件在轴向的自由移动。

所述第一间隙14使离心叶轮1出口处泄漏至前腔的液流流回离心叶轮1的进口。

所述第二间隙15、第一液流槽16、第一液流孔17、第二液流孔18、第三液流孔19、第二液流槽20、第三间隙21组成自循环水动力轴向力平衡系统，使从离心叶轮1出口泄漏至后腔的液流在通过该系统回流至叶轮进口的同时，通过调节离心叶轮1与节流环11之间第三间隙21的尺寸控制电机转子4两侧的压差，实现整个浮动转子组件的轴向浮动，达到轴向动态平衡。

所述电机转子4浸泡与液流中，通过由第二间隙15、第一液流槽16、第一液流孔17、第二液流孔18、第三液流孔19、第二液流槽20、第三间隙21组成自循环水动力轴向力平衡系统对电机转子4及滚动轴承7进行水冷却。

所述离心叶轮1与节流环11、滚动轴承7与泵体10之间的接触面采用硬质合金或碳化硅材料制成，优选为硬质合金材料。

优选地，本实施例中，

所述第一间隙14的间隙大小为0.2mm-0.5mm，其流量占总流量的2%-6%；

所述第二间隙15的间隙大小为0.2mm-0.5mm，其流量占总流量的2%-6%；

所述第三间隙21的间隙大小为0.2mm-0.5mm，其流量占总流量的2%-6%。

所述第一液流槽16的数量设置为多个，其数量优选为六个，且周向均匀布置，周向第一液流槽组的总流量大于第三间隙21的流量。

所述第一液流孔17的数量与第一液流槽16的数量相同，其开设位置与第一液流槽16的位置相对应，第一液流孔组的总流量大于第三间隙21的流量，优选地，第一液流孔17的直径范围为6mm-10mm。

所述第二液流孔18的数量设置为多个，且周向均匀布置，第二液流孔组的总流量大于第三间隙21的流量，优选地，其数量优选为六个，第二液流孔18的直径范围为6mm-10mm。

所述第二液流槽20的数量与第二液流孔18的数量相同，其开设位置与第二液流孔18的位置相对应，第二液流槽组的总流量大于第三间隙21的流量。

所述第三液流孔19的流量大于第三间隙21的流量，优选地，第三液流孔19的直径范围为8mm-12mm。

本实用新型的工作原理：

本离心泵工作时，液体通过上端盖的进水口进入离心叶轮1，离心叶轮1高速旋转使液体获得动能与压力能；液体通过径向导叶2改变液流方向，并将部分动能转换为压力能，进一步通过轴向导叶3将动能转换为压力能的液流从环形压水室6流出。周向结构对称分布的径向导叶2和轴向导叶3消除了由于压水室结构周向不对称引起的径向力，消除了由径向力造成的振动与噪音。

当泵不工作时，离心叶轮1与节流环11接触，第三间隙21为闭合状态；当泵启动时，离心叶轮1出口的液流泄漏至叶轮前、后腔，由于叶轮前口环13和后口环12的直径不同使叶轮产生向上的轴向力，导致离心叶轮1及电机转子4向上移动，使得节流环和叶轮之间的第三间隙21增大；此时，叶轮后腔的液流通过第一液流槽16和第一液流孔17流至电机转子腔，进而使得叶轮后腔体内液体压力降低产生向下的轴向力，而此轴向力又会使离心叶轮1及电机转子4向下移动；当叶轮向下和向上的轴向力达到平衡时叶轮和转子将不在移动。通过第三间隙21流入电机转子腔的液体对电机转子及轴承进行冷却后，又通过第二液流孔18和第三液流孔19流回叶轮进口。可以通过调节离心叶轮1与节流环11之间的第三间隙21的尺寸控制转子两侧压差，实现整个转子的轴向浮动，达到轴向动态平衡；该结构简单，易于实现，而且通过不同的间隙尺寸可以实现不同工况下轴向力的控制。

通过周向对称分布的径向导叶和轴向导叶消除了由于压水室结构周向不对称引起的径向力，并通过第二间隙15、第一液流槽16、第一液流孔17、第二液流孔18、第三液流孔19、第二液流槽20、第三间隙21组成自循环水动力轴向力平衡系统消除轴向力，从而有效减弱离心泵运行过程中的振动与噪音，提高稳定性。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，包括泵体（10）和环形压水室（6），其特征在于，所述泵体（10）内设置有浮动转子组件、径向导叶（2）、轴向导叶（3）、电机定子（5）、电机定子屏蔽套（9）、节流环（11）、后口环（12）和前口环（13），浮动转子组件包括离心叶轮（1）、电机转子（4）、滚动轴承（7）和主轴（8），电机定子（5）包裹在电机定子屏蔽套（9）内，电机转子（4）安装在电机定子屏蔽套（9）内部的电机转子腔内，电机转子（4）安装在主轴（8）上，主轴（8）通过滚动轴承（7）与泵体（10）转动连接，主轴（8）的上端插入离心叶轮（1）中并与其固定连接，离心叶轮（1）的出水口与径向导叶（2）的入水口连通，径向导叶（2）的出水口与轴向导叶（3）的进水口连通；后口环（12）和前口环（13）分别位于在离心叶轮（1）上、下两端，节流环（11）安装在离心叶轮（1）的下方，离心叶轮（1）与前口环（13）之间设有第一间隙（14），离心叶轮（1）与后口环（12）之间设有第二间隙（15），节流环（11）与离心叶轮（1）之间设有第三间隙（21），节流环（11）靠近滚动轴承（7）的一侧开设有第一液流槽（16），泵体（10）中部靠近滚动轴承（7）的一侧开设有第一液流孔（17），第一液流孔（17）的上端与第一液流槽（16）连通，第一液流孔（17）的下端与电机转子腔连通，泵体（10）尾部靠近滚动轴承（7）的一侧开设有第二液流孔（18）和第二液流槽（20），第二液流孔（18）的上端与电机转子腔连通，第二液流孔（18）的下端与第二液流槽（20）连通，主轴（8）的中心开设有第三液流孔（19），第三液流孔（19）的下端与第二液流槽（20）连通，第三液流孔（19）的上端与离心叶轮（1）的进口连通。

2.根据权利要求1所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述径向导叶（2）呈周向对称分布，径向导叶（2）径向入流，轴向出流，径向导叶（2）的进口安放角与离心叶轮（1）的出口安放角大小相等；所述轴向导叶（3）呈周向对称分布，轴向导叶（3）轴向入流，轴向出流，轴向导叶（3）的进口安放角与径向导叶（2）的出口安放角大小相等，径向导叶（2）的出口安放角为90°。

3.根据权利要求2所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述轴向导叶（3）的叶片数是径向导叶（2）的叶片数的两倍。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述滚动轴承（7）与泵体（10）之间为间隙配合，两者之间间隙大小为0.02mm-0.03mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述离心叶轮（1）与节流环（11）、滚动轴承（7）与泵体（10）之间的接触面采用硬质合金或碳化硅材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述第一间隙（14）的间隙大小为0.2mm-0.5mm，其流量占总流量的2%-6%；所述第二间隙（15）的间隙大小为0.2mm-0.5mm，其流量占总流量的2%-6%；所述第三间隙（21）的间隙大小为0.2mm-0.5mm，其流量占总流量的2%-6%。

7.根据权利要求1或6所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述第一液流槽（16）的数量设置为多个，且周向均匀布置，周向第一液流槽组的总流量大于第三间隙（21）的流量；所述第一液流孔（17）的数量与第一液流槽（16）的数量相同，其开设位置与第一液流槽（16）的位置相对应，第一液流孔组的总流量大于第三间隙（21）的流量。

8.根据权利要求7所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述第二液流孔（18）的数量设置为多个，且周向均匀布置，第二液流孔组的总流量大于第三间隙（21）的流量；所述第二液流槽（20）的数量与第二液流孔（18）的数量相同，其开设位置与第二液流孔（18）的位置相对应，第二液流槽组的总流量大于第三间隙（21）的流量。

9.根据权利要求8所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述第一液流槽（16）的数量为六个，第一液流孔（17）的直径范围为6mm-10mm；第二液流孔（18）的数量为六个，第二液流孔（18）的直径范围为6mm-10mm。

10.根据权利要求9所述的一种具有浮动转子的机电一体化导叶式离心泵，其特征在于，所述第三液流孔（19）的流量大于第三间隙（21）的流量，第三液流孔（19）的直径范围为8mm-12mm。

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