一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵的制作方法

本实用新型涉及氢气循环泵技术领域，具体为一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵。

背景技术：

随着国家节能、环保压力日益增大。氢能作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源，已得到世界各国的普遍关注，特别是在燃料电池汽车领域应用更加广泛。车用燃料电池发动机系统是一种将氢气和空气通入燃料电池质子膜进行发电然后带动电机从而驱动汽车的系统。燃料电池发动机系统唯一产物是水可以真正做到零排放。燃料电池以氢气为燃料，基础能量密度是汽油的3倍，加上电动机的做功效率是内燃机的2倍，燃料电池发动机实际能量密度是汽油的6倍，优势明显。

车用氢燃料电池氢气氢气循环泵是燃料电池氢气系统核心部件之一，为整个系统氢气循环提供动力。氢气循环可以提高电堆入口氢气的温度和相对湿度；尾排间歇排放可以确保发动机系统的氢气利用率保持在一个较高水平。

目前氢气应用主要存在两方面难点：一方面，氢气分子量小，要使其压缩到要求压力非常困难，另一方面氢气分子量小极易发生泄漏，一但泄漏将造成灾难性后果。

目前现有的燃料电池氢气增压系统主要以涡旋式和螺杆式为代表的容积式循环泵为主。容积式循环泵依靠改变容积实现压缩气体增压。整体结构比较复杂且气体工作不连续。这就导致整体尺寸、重量较大，运行效率较低，稳定工作区较窄。且由于压缩气体不连续导致工作噪音振动大、寿命低。

离心式循环泵在这方面优势非常明显，离心式循环泵使通过叶轮旋转对气体工质做功从而增加工质动能。通过提高转速可以减小离心式循环泵体积、重量。但是传统离心式循环泵的动密封是靠动环和静环接触的方式进行密封。这种密封方式在高速旋转下动静环磨损严重无法对氢气进行可靠的密封。

鉴于以上两种问题，一种既能解决氢气增压困难问题、又具有比较好的密封作用的一种氢气循环泵迫在眉睫。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵，包括循环泵和屏蔽电机，所述循环泵与屏蔽电机之间通过法兰连接，且法兰与循环泵及法兰与屏蔽电机之间均设置有密封件，所述屏蔽电机包括电机壳体、屏蔽套筒、电机轴、前气浮轴承、后气浮轴承、轴承压盖、电机定子、转速传感器和电连接器，所述屏蔽套筒一端设置有与所述屏蔽套筒匹配连接的后盖，所述屏蔽套筒另一端设置有轴承压盖，所述电机轴一端穿插轴承压盖设置在所述屏蔽套筒内部，且所述电机轴一端与所述屏蔽套筒后盖之间设置有转速传感器，所述电机轴为阶梯结构，且电机轴的顶端与末端均设置有回流孔，并且电机轴的中心设置有中心通孔，所述中心通孔与回流孔相通，所述电机轴上还设置有前气浮轴承、后气浮轴承和电机转子磁钢，且所述前气浮轴承与所述后气浮轴承之间设置有所述电机转子磁钢，并且前气浮轴承、后气浮轴承和电机转子磁钢均设置在屏蔽套筒内部，所述屏蔽套筒设置在电机定子内部，且电机定子与电机轴设置有间隙，并且间隙与回流孔相通，所述电机定子设置电机壳体内部，所述电机壳体上依次设置有供气管A、供气管B和电连接器，所述供气管A一端与前气浮轴承相通，所述供气管B一端与后气浮轴承相通，所述电连接器通过电连接器安装座设置在电机壳体上。

优选的，所述循环泵包括泵壳体、叶轮和轴端螺母，所述泵壳体开口端与电机壳体之间通过法兰连接，且泵壳体内部设置有叶轮和轴端螺母，所述叶轮设置在所述电机轴的顶端一侧，且叶轮通过轴端螺母与电机轴固定连接。

优选的，所述叶轮一侧设置有密封环，且密封环与所述泵壳体的密封件之间形成间隙。

优选的，所述密封件为O形结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，使用安全便捷，采用全屏蔽结构、无泄漏、维护简单、使用成本低等优点，并且通过气浮轴承技术可以实现高转速、适用于体积流量小、同时氢气压缩的压比高。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵，包括循环泵1和屏蔽电机2，所述循环泵1与屏蔽电机2之间通过法兰连接，且法兰与循环泵1及法兰与屏蔽电机2之间均设置有密封件；密封件为O形结构；利用O形圈能够进行可靠密封；所述屏蔽电机2包括电机壳体3、屏蔽套筒4、电机轴5、前气浮轴承6、后气浮轴承7、轴承压盖8、电机定子9、转速传感器10和电连接器11，所述屏蔽套筒4一端设置有与所述屏蔽套筒4匹配连接的后盖，所述屏蔽套筒4另一端设置有轴承压盖8，所述电机轴5一端穿插轴承压盖8设置在所述屏蔽套筒4内部，且所述电机轴5 一端与所述屏蔽套筒4后盖之间设置有转速传感器10，所述电机轴5为阶梯结构，且电机轴5的顶端与末端均设置有回流孔12，并且电机轴5的中心设置有中心通孔13，所述中心通孔13与回流孔12相通，所述电机轴5上还设置有前气浮轴承6、后气浮轴承7和电机转子磁钢14，且所述前气浮轴承6 与所述后气浮轴承7之间设置有所述电机转子磁钢14，并且前气浮轴承6、后气浮轴承7和电机转子磁钢14均设置在屏蔽套筒4内部，所述屏蔽套筒4 设置在电机定子9内部，且电机定子9与电机轴5设置有间隙，并且间隙与回流孔12相通，所述电机定子9设置电机壳体3内部；屏蔽电机通过电机屏蔽套筒将电机定子组件与氢气介质完全隔离，从而使电机内腔没有泄漏的通道，真正做到无泄漏；所述电机壳体3上依次设置有供气管A15、供气管B16 和电连接器11，所述供气管A15一端与前气浮轴承6相通，所述供气管B16 一端与后气浮轴承7相通，所述电连接器11通过电连接器安装座17设置在电机壳体3上；氢气经过叶轮后经过电机定子组件和电机轴之间的间隙进入电机轴内孔回到叶轮入口形成循环；同时外供高压气体经过外供管A、外供管 B分别为静压前空气轴承和后空气轴承提供空气并经过电机轴回流孔及中心通孔留到叶轮入口。

本实用新型中，循环泵1包括泵壳体18、叶轮19和轴端螺母20，所述泵壳体18开口端与电机壳体3之间通过法兰连接，且泵壳体18内部设置有叶轮19和轴端螺母20，所述叶轮19设置在所述电机轴5的顶端一侧，且叶轮19通过轴端螺母20与电机轴5固定连接；叶轮19一侧设置有密封环，且密封环与所述泵壳体18之间形成有间隙；通过间隙能够达到节流效果。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实现了如下技术效果：全屏蔽高速离心循环泵包括循环泵与屏蔽电机，循环泵与屏蔽电机通过法兰连接，并通过O形圈形成可靠密封；氢气循环泵屏蔽电机壳体外接氢气供气管A和供气管B，供气管A与前轴承相通，供气管B与后轴承相通，为静压空气轴承供气，从而支撑转子使其高速旋转。氢气经过循环泵叶轮、电机腔体、电机轴中心孔回到叶轮形成一个循环；外供氢气经过供气管A、前轴承、电机轴回流孔回到叶轮形成循环；外供氢气经过供气管B、后轴承、电机轴回流孔、电机轴中心孔回到叶轮形成循环；全屏蔽电机的电机轴加工成阶梯结构，中间和后端台阶安装前后气浮轴承，前后轴承之间装电机转子磁钢，前端轴台安装循环泵叶轮；电机前后轴承台处分别开回流孔、电机轴中心开中心通孔以便氢气循环流动。电机转子组件安装完成后，将转子组件插入到装有定子组件和一体式金属屏蔽套筒的电机腔内部；电机定子组件与转子组件通过一体式金属屏蔽套筒实现完全隔离，达到全屏蔽的目的；前轴承安装在轴承压盖上并通过轴承压盖顶住前轴承达到转子轴向限位；后轴承直接安装屏蔽套筒加工出来的前后轴承室处；后轴承与屏蔽套筒后盖之间安装转速传感器。氢气循环泵包括泵壳、叶轮及轴端螺母，泵壳与电机通过法兰连接，电机轴前端深入到泵壳内部，并依此装入气浮轴承、调整垫、叶轮然后通过轴端螺母压紧叶轮。

首先，考虑采用高速离心式循环泵方案解决氢气增压困难问题，通过非接触式气浮轴承技术解决传统离心泵无法高速旋转的问题。此种高速旋转是离心循环泵具有体积小、重量轻、流动连续及高可靠性等优势。

其次，考虑高速循转氢气可靠性密封问题，通过采用全屏蔽式结构取消传统动密封结构，彻底解决因高速循转造成动密封磨损从而造成氢气泄漏问题。全屏蔽结构采用金属屏蔽套可以做到氢气与外部完全隔离，理论上做到零泄漏。

最后，采用内循环方式通过叶轮背后一股高压氢气经过电机转子与定子组件间隙，然后经过电机轴中心孔回流至叶轮入口。通过氢气循环完成电机散热从而提高电机运行可靠性。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。