一种轴向永磁悬浮磁力传动泵的制作方法

[0001]
本实用新型属于磁力泵技术领域，尤其是涉及一种轴向永磁悬浮磁力传动泵。


背景技术：

[0002]
磁力泵是依靠永磁体非接触传动技术解决传统动密封泵容易泄露的流体输送机械。目前，磁力泵已广泛应用于石油石化行业和特种液体输送领域，有效解决了易燃易爆和有毒液体输送的泄露对安全环保的影响。这些行业对所用设备的可靠性要求也很高，要求长时间可靠运行，api685标准要求连续运转不小于3年的可靠运行。但由于磁力泵采用密封隔离套将传统的动密封泵的轴断开，内部轴浸没与输送介质中，内部转子需采用介质润滑的轴承进行支撑，维持旋转中心和轴向位置。但大部分介质的粘度很低，润滑性很差，需要采用各种力平衡手段减小甚至消除在介质润滑轴承上的受力，以保障可靠性。特别是轴向力，由于离心泵的叶轮两盘面面积不一样，叶轮在做功时导致叶轮前后盖板面承受的压力引起的轴向力很大，因此磁力泵在设计时设计采用轴向力平衡结构解决轴向力问题，如公开号为cn2486753y的中国专利文献公开了一种磁力传动泵，采用平衡孔及加大后密封环，并在中间加入轴向节流环，起到平衡盘的作用，在承受轴向力时轴向节流环间隙发生改变，引起经过该间隙的压差发生改变，从而引起调压区的压力变化，自动地平衡水力轴向力，避免止推轴承受力。公开号为cn201148979y的中国专利文献公开了轴向力自平衡型磁力传动多级离心泵，采用叶轮背靠背对置的方式，使两个方向的叶轮上的轴向力相互抵消实现平衡。这些采用水力进行平衡的方案适用于叶轮入口直径相比叶轮外径比较小的单级闭式离心泵和多级叶轮的泵，但对于叶轮入口与叶轮外径比值较大的单级高比转速混流泵和轴流泵，特别是叶轮后盖板外径比叶轮入口口径小的混流泵，以及入口不一样大的两级叶轮离心泵，由于叶轮前盖板面积过小甚至没有，无法产生向传动端的水力推力，其本身无论怎么设计结构，都无法平衡本身的水力轴向力，则无法采取上述水力平衡的方案消除止推轴承的受力，而依靠介质润滑的止推轴承，由于介质粘度很低，显然无法承受如此大的轴向力，无法长期可靠运行，导致目前公开市场上还没有该类型的磁力泵。
[0003]
公开号为cn2437877y的中国专利文献公开了一种稀土永磁磁悬浮式大功率磁力泵，采用在转子上设置环形磁体，在轴向对应的基体下部设置同极磁体，依靠同极相斥支撑转子，减少径向轴承的受力。该磁力轴承用于减少径向轴承的受力，不是替代，因永磁磁力轴承的刚度较低，无法完全维持转子旋转所需的高精度径向定位。该专利所述的轴向止推轴承还是常规的止推滑动轴承。另外，公开号为cn107100878a的中国专利文献公开了一种带磁悬浮轴承的磁力泵，包含泵体、叶轮、永磁止推环、永磁转子、电磁轴承、轴承定位套、控制器、泵盖、轴承座、联接架、泵轴、外磁转子、隔离套、内磁转子和电机；轴承座套置在泵轴与联接架之间，两端分别设有第一电磁轴承和第二电磁轴承；泵轴上依次套装有第一永磁止推环、第一永磁转子、第二永磁转子、第二永磁止推环；两个永磁转子处于悬浮状态，并与两个电磁轴承永不接触；两个永磁止推环处于悬浮状态，并与两个电磁轴承永不接触。该发明提供的带磁悬浮轴承的磁力泵，解决了传统磁力泵的结构缺陷，使泵在运转过程中的两
对摩擦副具有无接触、无摩擦磨损、无需润滑，高转速等特点，从而提高了磁力泵的使用寿命。但是，其主要采用电磁力悬浮技术解决止推环磨损，其结构相对复杂，而且轴承需要在位于易燃易爆介质内接入电路，本身就不符合防爆要求，难以在易燃易爆介质中应用，实用性不强；同时，该专利还需要在介质压力腔内布置位置反馈传感器，控制难度大，实现难度大；电磁悬浮轴承需要用电，一旦意外失电，转子受力直接摩擦将导致轴承损坏，因此可靠性和实用性不佳，成本费用高。
[0004]
传统的永磁止推轴承是采用轴向充磁的同极相对的平面对平面磁路，由装在转子上的动磁盘和装在基体上的静磁盘组成，磁场方向为轴向，依靠同极相斥的原理承受轴向力。由于转子需要双向止推，以维持转子在轴向一个稳定位置上，因此需要两对背靠背或面对面的动磁盘和静磁盘。两个动磁盘所受到的磁力方向相反，当对磁盘间距相等时轴向总磁力为0，即转子处于原始位置。一旦转子受到轴向力，转子向一侧方向移动，则其中移动方向一侧的一对磁极间距变小，动磁盘受到的磁力变大，另一侧一对磁极间距变大，动磁盘受到的磁力变小，总磁力与受力方向相反，直至到一个稳定的位置。但由于两个动磁盘受到的磁力方向相反，一侧动磁盘受到的磁止推力的一部分被另一侧的动磁盘的磁止推力抵消了，因此磁作用效率较低，磁体利用率较低。而且磁力与磁盘面积成正比，承受一定的磁力需要相应的圆盘直径，而圆盘位于输送液体中，圆盘与液体的摩擦损失与直径的4～5次方成正比，导致旋转摩擦损失较大，效率较低。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种轴向永磁悬浮磁力传动泵，通过磁力耦合，承受叶轮水力及转子自重等产生的轴向力，无需传统的机械承载式止推轴承或复杂昂贵又不可靠不安全的电磁悬浮轴承，扩大了磁力泵的适用性，提高磁力泵运行的持久稳定性与可靠性。
[0006]
一种轴向永磁悬浮磁力传动泵，包括泵体、泵盖和隔离套组成的承压壳体，泵轴设置在承压壳体内，泵盖内设有支撑泵轴的滑动轴承，泵轴的两端分别连接叶轮和内磁转子，与内磁转子相对应的外磁转子连接传动轴的一端，传动轴的另一端和配套的电机传动连接，内磁转子和外磁转子之间设有隔离套，其特征在于，所述承压壳体的压力腔内设有轴向永磁悬浮轴承；
[0007]
所述的轴向永磁悬浮轴承包括与泵盖固定的静磁部件以及固定在泵轴上的动磁部件，所述的静磁部件和动磁部件均为圆筒形，所述的静磁部件包括多个沿轴向排列安装的环形静磁圈以及包覆在环形静磁圈表面的静磁包封套；所述的动磁部件包括多个沿轴向排列安装的环形动磁圈以及包覆在环形动磁圈表面的动磁包封套；
[0008]
每个环形静磁圈和环形动磁圈的轴向宽度相等；环形静磁圈和环形动磁圈均为径向充磁，相邻环形静磁圈和相邻环形动磁圈的极性均相反；环形静磁圈和环形动磁圈的数量相同，在未受外力作用的自由状态时正对的环形静磁圈和环形动磁圈极性相反。
[0009]
本实用新型，当泵不工作时，动磁部件内的环形动磁圈相对于静磁部件内的环形静磁圈，受磁极异性相吸作用而耦合，环形动磁圈与环形静磁圈正对，转子没有轴向位移；运转时，泵轴受轴向力作用，作轴向移动，动磁部件随泵轴一起旋转并受水力作用而轴向移动。此时动磁部件内的环形动磁圈相对于静磁部件内的环形静磁圈将产生轴向位移，导致
动静磁极偏移，每个环形动磁圈的磁极受到原正对环形静磁圈的异性磁极的吸引力，同时又受到在移动方向上该磁极邻近的同性磁极的排斥力，每个磁圈受到的磁力是只有单个磁圈时受力的2倍，所受磁力迅速增大，使得环形动磁圈受到与轴向位移方向相反的很大磁力，磁力随着偏移量增大而增大，最终在磁力和轴向力的平衡位置上停止轴向移动，从而实现止推轴承的功能。
[0010]
所述的静磁部件还包括轴承座，所述轴承座与泵盖固定，静磁包封套与轴承座通过焊接密封；
[0011]
所述的动磁部件还包括转子座，所述的转子座与泵轴固定，动磁包封套与转子座通过焊接密封。
[0012]
作为优选，所述静磁部件和动磁部件的运转间隙为0.3～3mm。通过设置该运转间隙，既保证动静部件不碰擦而可靠运行，又提高运转间隙处的磁场强度，减少磁性材料的使用。
[0013]
作为优选，所述环形静磁圈和环形动磁圈的数量均至少为两个，每个环形静磁圈和环形动磁圈的轴向宽度为运转间隙的5～15倍。具体数量根据所受轴向力的大小而定，相比总轴向宽度相同的单个磁圈磁力更大，每个磁圈可以产生2倍的最大磁力，较小的轴向位移即可产生较大的止推磁力，磁体利用率更高。
[0014]
作为优选，所述环形静磁圈与环形动磁圈的径向厚度相等，根据受力大小为运转间隙的2～10倍，既保证较小的体积，又有较高的磁性材料利用率。
[0015]
作为优选，每个环形静磁圈和环形动磁圈分别由同一径向充磁方向的多个扇形永磁体组装而成，每个永磁体的径向厚度相同，方便充磁和制作。
[0016]
进一步地，所述永磁体采用铷铁硼、钐钴等稀土永磁体。
[0017]
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0018]
1、本实用新型在常规离心式磁力泵中采用轴向永磁磁悬浮轴承，代替易磨损和启动冲击损坏的常规机械止推轴承，通过磁力非接触耦合，完全承受叶轮水力及转子自重等产生的轴向力，提高常规离心式磁力泵运行可靠性。
[0019]
2、通过应用轴向永磁磁悬浮轴承，可以将混流泵和轴流泵以及非对称两级离心泵等无法采用水力平衡轴向力方式的传统动密封泵改为无泄漏的磁力传动泵，同时由于是非接触止推而保证长久的运行可靠性。
[0020]
3、采用本实用新型的圆筒形多磁圈交替磁极磁路，既能使泵转子在停机状态不受水力轴向力时维持稳定的轴向对中位置，又具有产生的承载磁力比传统磁路大的优点，能在受到水力轴向力时，产生较少的位移即可使转子稳定在适宜的位置上，避免转子轴向位移过大影响水力，保证叶轮的正常做功。
[0021]
4、采用本实用新型的圆筒状磁路，可根据承受轴向力的大小，增加磁圈数量，沿轴向扩展，无需通过加大直径的方式，尽可能减少了运行时与输送液体的圆盘摩擦损失，降低了磁力泵的运行损失。
[0022]
5、采用本实用新型的圆筒状磁路的轴向永磁悬浮磁力轴承，没有径向直径的限制，可选在磁力泵内部空间的适宜位置安装，充分利用现有磁力泵内部的回转空间共形安装，可使外形结构尺寸基本不变，且不产生或少产生额外的与液体介质摩擦的圆盘摩擦损失。
附图说明
[0023]
图1为本实用新型实施例中悬臂式轴向永磁悬浮磁力传动泵结构示意图；
[0024]
图2为本实用新型中轴向永磁悬浮轴承的一种结构示意图；
[0025]
图3为本实用新型中轴向永磁悬浮轴承的另一种结构示意图；
[0026]
图4为本实用新型中圆筒状磁路布置图；
[0027]
图5为轴向永磁悬浮磁力轴承中的磁圈组合结构示意图；
[0028]
图6为本实用新型实施例2中两端支撑式轴向永磁悬浮磁力传动泵结构示意图。
具体实施方式
[0029]
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
[0030]
实施例1
[0031]
如图1所示，本实施例为悬臂式轴向永磁悬浮磁力传动泵，包括叶轮与泵体组成的水动力部件，叶轮2安装于泵轴11上，位于泵体1内部，开口处由泵盖3与泵体1联接封闭；在泵盖3内安装有介质润滑的滑动轴承10，用于维持转子的旋转中心；泵轴11一端装有内磁转子6，外磁转子5连接传动轴的一端，传动轴的另一端和配套的电机7传动连接。电机7作为动力输入部件驱动旋转，带动位于隔离套4压力腔内的内磁转子6一起旋转，带动同轴的叶轮2做功。
[0032]
在泵盖3和泵轴11间设置特有的轴向磁悬浮轴承，其中的静磁部件9安装于泵盖3上固定，动磁部件8安装于转子上固定，两者在径向有0.3～3mm的运转间隙，实现非接触承载。
[0033]
如图2所示，静磁部件9包括轴承座91、多个环形静磁圈92、静磁包封套93等。多个环形静磁圈92的表面被静磁包封套93包覆，静磁包封套93的端部与轴承座91通过焊接密封，轴承座91与泵盖3固定。
[0034]
动磁部件8包括转子座81、多个环形动磁圈82、动磁包封套83等。多个环形动磁圈82的表面被动磁包封套83包覆，动磁包封套83的端部与转子座81通过焊接密封，转子座81与泵轴11固定。
[0035]
静磁部件9和动磁部件8为相互配套的圆筒形，图2中，静磁部件9在内侧，动磁部件8在外侧，作为另一种结构形式，静磁部件9可以在外侧，动磁部件8可以在内侧，如图3所示。
[0036]
如图4所示，每个环形静磁圈92和环形动磁圈82的轴向宽度相等；环形静磁圈92和环形动磁圈82均为径向充磁，相邻环形静磁圈92和相邻环形动磁圈82的极性均相反，即沿轴向为n/s极交替布置；环形静磁圈92和环形动磁圈82的数量相同，在未受外力作用的自由状态时正对的环形静磁圈92和环形动磁圈82极性相反。
[0037]
如图5所示，每一个磁圈可由同牌号磁性能的同一径向充磁方向的多个扇形的永磁体12组装而成，每个永磁体12的径向厚度相同，其材料为铷铁硼或钐钴等稀土永磁体。
[0038]
当泵不工作时，动磁部件8内的环形动磁圈82相对于静磁部件9内的环形静磁圈92，受磁极异性相吸作用而耦合，环形动磁圈82与环形静磁圈92正对，转子没有轴向位移；运转时，泵轴11受轴向力作用，作轴向移动，动磁部件8随泵轴11一起旋转并作轴向移动。此时动磁部件8内的环形动磁圈82相对于静磁部件9内的环形静磁圈92将产生轴向位移，导致
磁极偏移，每个环形动磁圈82的磁极受到原正对环形静磁圈92的异性磁极的吸引力，同时又受到在移动方向上该磁极邻近的同性磁极的排斥力，每个磁圈受到的磁力是只有单个磁圈时受力的2倍，所受磁力迅速增大，使得环形动磁圈82受到与轴向位移方向相反的很大磁力，磁力随着偏移量增大而增大，最终在磁力和轴向力的平衡位置上停止轴向移动，从而实现止推轴承的功能。
[0039]
实施例2
[0040]
如图6所示，本实施例为两端支撑式轴向永磁悬浮磁力传动泵，首级叶轮2a和次级叶轮2b安装于泵轴11上，位于泵体1内部。在泵盖3内安装有介质润滑的传动端径向滑动轴承10a和吸入端径向滑动轴承10b，用于维持转子的旋转中心。
[0041]
首级叶轮2a相比次级叶轮2b入口口径较大，轴向力无法自平衡。依靠下述设置的永磁轴向悬浮轴承承受轴向力。
[0042]
在两端支撑式轴向永磁悬浮磁力传动泵中，在泵盖3和泵轴11间设置了特有的轴向磁悬浮轴承，其中的静磁部件9安装于泵盖3上固定，动磁部件8安装于转子上固定，两者在径向有0.3～3mm的运转间隙，实现非接触承载。通过磁力耦合，承受叶轮水力及转子自重等产生的轴向力。
[0043]
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。