本发明涉及工业、农业等液体输送领域，尤其涉及一种滑动轴承和采用变频器电机集成一体的变频电机驱动，立式安装的节段式智能多级离心泵。
背景技术：
节段式多级离心泵应用于工业、农业液体的输送和城市给排水、高层建筑增压供水、消防增压、远距离送水和锅炉给水等。节段式多级离心泵是将多个叶轮安装在一根轴上串联工作，轴上叶轮数即代表泵的级数。节段式多级泵结构一般分为吸入段、中段(中段数为叶轮个数减1)和排出段，各段用拉紧螺栓连成一个整体。节段式多级离心泵的吸入口朝同一方向排列，液体从前一级叶轮流出后经导叶进入下一级叶轮进口，使能量逐级增加，最后经排出段流出。
节段式多级离心泵多采用立式安装设计，节省空间，安装方便。离心泵的液体进出口不在同一轴线上，下部进液，上部出液，吸入段、中段和排出段通过拉紧螺栓连接。离心泵和电机通过弹性联轴节连接，密封一般采用机械密封。
现有技术中，节段式多级离心泵存在维修不方便的问题，维修或更换滑动轴承和机械密封很不方便，通常需要把泵体拆卸，给维修带来了很多困难。另一方面，节段式多级离心泵采的用滑动轴承一般为铜合金的圆环结构，在高速运行或者重载工况下，由于润滑不充分，滑动轴承很容易由于润滑不充分而损坏。对于滑动轴承目前的改进设计主要有两个方向：一是在铜合金中嵌入一些石墨，改善其耐磨和润滑性能；二是在滑动轴承内侧开数个直沟槽，通过增加液体循环量来改善其润滑性能。对于第一种方案，由于嵌入了石墨，对滑动轴承的润滑性能有一定改善，轴承的耐磨性能也提高了，但还是未能从根本上解决润滑不充分的问题。对于第二种方案，由于可以通过调节沟槽的横截面积来控制流体的循环量，可以完全解决润滑不充分的问题。但节段式多级离心泵在工作过程中，轴套经过滑动轴承上的直沟槽时，没有足够的润滑膜提供足够的承载能力，滑动轴承沟槽附近的润滑膜破裂，导致固体和固体的直接接触，从而产生碰撞，泵轴轴套和滑动轴承沟槽碰撞的频率为泵轴轴套的转动频率与滑动轴承内壁沟槽数量的乘积，因而，泵轴轴套和滑动轴承沟槽的持续碰撞将带来一些负面的问题：一是导致节段式多级离心泵的振动噪音增大，二是导致其吸入端支撑的滑动轴承寿命下降。
另一方面目前节段式多级离心泵使用过程中，大部分工作在工频转速（50hz）。而在实际应用（比如楼宇生活供水）中，水泵系统在大部分工作时间不需要工作在额定流量，额定扬程，而需要工作在部分负荷工况（即实际水泵系统需要的流量低于额定流量或者所需要的扬程低于额定扬程），这可以通过降低离心泵的转速来实现。对离心泵来说，电机功率消耗近似与转速的三次方成正比。多级离心泵定速工作在工频将造成能源的浪费，从而加重对环境的污染。现在的解决方法是采用普通多级离心泵加变频控制柜的方案。随着节能环保要求的不断提高，使用变频控制多级离心泵及泵组的情况越来越多。但由于变频器的引入，需要设计独立的变频控制柜用于布置变频器和一些辅助的电子元器件。因而使系统变得比较复杂，而且由于变频控制柜体积较大，使得整个变频水泵系统安装空间明显增加。另一方面，由于电机和变频器是独立设计的，电机和变频器作为一个系统在大部分工况下都没有工作在优化状态，在部分工况下效率偏低。
本发明的节段式智能多级离心泵采用变频器和电机集成式变频电机。一方面由于变频器与电机一体，可以减小变频控制柜体积，甚至去掉变频控制柜，节约产品制造成本，节省安装空间。另一方面电机和变频器作为一个系统优化设计，考虑额定点优化设计的同时兼顾变频电机部分负荷工况的效率，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率，从而降低变频多级离心泵系统的运行成本。
本发明的节段式智能多级泵的控制器设计了强大的通讯功能：一、其控制器采用无线蓝牙技术，实现在移动设备，比如手机上上通过应用程序操作控制节段式智能多级泵系统；二、其控制器通过gprs（通用分组无线服务技术）发送信号到集中控制中心，实现无线远程监控；三、其控制器通过工业总线协议（比如rs485，modbus）实现组网；四、其配置的触摸屏操作面板实现就地操作。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种滑动轴承和一种配备电机变频器集成为一体节段式智能多级离心泵，以降低离心泵的噪音，改善滑动轴承润滑，增加滑动轴承的工作寿命，从而增加节段式多级离心泵的可靠性和使用寿命；电机和变频器作为一个系统优化设计，考虑多级离心泵优化设计点的同时兼顾变频电机部分负荷工况，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率，提高变频水泵系统的整体效率，降低能耗，从而降低节段式智能多级泵系统的运行成本，提高了变频离心泵系统部分工况下的效率降低运行成本；另一方面由于变频器与电机一体，可以减少控制柜体积，甚至在单泵控制的情况下去掉变频控制柜，节约产品制造成本，同时节省安装空间。
本发明提供了一种节段式智能多级离心泵，包括：
由下至上依次轴向连接的底座、吸入段、中段、排出段、电机支架及变频电机；所述底座内设置有轴承座；所述电机支架用于连接变频电机和离心泵机械部件；所述变频电机用于把液体泵送到给定的高度；
泵轴，轴向容置在所述吸入段、中段和排出段中，所述泵轴套接有首级叶轮、次级叶轮、末级叶轮、轴套和叶轮间隔环；
所述变频电机通过联轴器等弹性连接器与所述泵轴连接，把动力通过所述泵轴传递到所述次级叶轮及首级叶轮，从而通过变频电机驱动所述弹性连接器带动所述泵轴转动；
轴套，套接在所述泵轴上靠近所述轴承座的一端，以用于防止所述泵轴磨损；
滑动轴承，装配在所述轴承座中并套接在所述轴套外侧，用于滑动支撑所述泵轴，所述滑动轴承内壁上开有多条螺旋沟槽；
滚动轴承，套接在所述泵轴上靠近弹性连接器的一端，以用于滚动支撑所述泵轴；
变频电机，包括：电机本体及轴向连接所述联接器的电机轴，还包括集成设置在所述电机本体内的变频控制器，所述变频电机通过所述电机轴及联接器驱动所述泵轴转动。
所述吸入段装配在所述底座上，所述吸入段中液体的流通通道为流道，所述流道的口部为吸入口；
所述中段装配在吸入段和排出段中间用于装配叶轮导叶；
所述排出段装配在所述中段和电机支架之间并与所述电机支架连接，且所述排出段与泵轴之间设置有机械密封；所述排出段中液体流通部分为流道，所述流道的口部为排出口；
所述首级叶轮通过键连接装配在所述泵轴上靠近滑动轴承的一端，所述泵轴带动所述首级叶轮转动，从而将从所述吸入段导入的液体加压并输送至所述叶轮导叶，由于所述首级叶轮存在汽蚀的风险，所述首级叶轮是为获得良好的汽蚀性能而牺牲水力效率而特殊设计的叶轮；
所述次级叶轮及末级叶轮均通过叶轮间隔环轴向定位装配在所述泵轴上。由于液体通过所述首级叶轮加压，所述次级叶轮没有汽蚀的风险，因此所述次级叶轮是为获得良好的水力效率而设计的叶轮；
所述叶轮间隔环轴向套设在所述泵轴上，并轴向位于所述首级叶轮与次级叶轮之间、所述次级叶轮与次级叶轮之间以及所述次级叶轮与末级叶轮之间，用于分隔叶轮并保证叶轮在所述泵轴上的轴向定位；
所述叶轮导叶径向装配在所述中段内，并径向位于所述首级叶轮与次级叶轮之间、所述次级叶轮与次级叶轮之间以及所述次级叶轮与末级叶轮之间，经过所述叶轮加压的液体通过所述叶轮导叶收集并降低流速，并进入下一级叶轮继续加压。
其中，所述滑动轴承内壁上开有多条螺旋沟槽，并且所述螺旋沟槽的横截面为三角形或圆弧形。
其中，装配在所述吸入端的叶轮为所述首级叶轮，所述次级叶轮位于所述首级叶轮与机械密封之间，所述首级叶轮与次级叶轮均为获得良好汽蚀性能而特殊设计的。
进一步的，所述首级叶轮和次级叶轮上均开有水力平衡孔用于轴向力的平衡，从而不需要类似平衡鼓装置平衡轴向力。
其中，所述叶轮通过所述叶轮间隔环分隔并进行轴向定位，且所述叶轮间隔环通过挡圈定位在所述泵轴上。
进一步的，所述底座分为可拆卸的支撑座与底盖，所述轴承座位于所述支撑座内，所述底盖具有凸台以支撑所述轴承座，因而可以通过从底部拆卸所述底盖而不需拆卸泵体就可以更换所述滑动轴承，便于维护。
进一步的，所述机械密封套设在所述泵轴上并位于所述排出段与泵轴之间，且所述机械密封局部伸出所述排出段以方便直接从所述排出段拆卸，因而不用拆卸泵体就可以维修或更换所述机械密封，便于维护。
进一步的，所述吸入段与排出段均360度周向转动安装，液体吸入口与排出口方向可调，可以适应不同方向安装的管路系统。
进一步的，所述排出段采用蜗壳形结构，一方面可以提高离心泵的效率，另一方面可以去掉末级所述叶轮导叶，降低产品的复杂度和产品成本。
本发明通过调节螺旋槽的横截面积可以调节通过滑动轴承的液体循环量，一方面可以提供足够的流体确保滑动轴承的良好润滑，另一方面，循环的流体可以及时的带走滑动轴承上由于摩擦产生的热量，提高滑动轴承的性能和寿命，保证节段式多级离心泵的安全可靠运行。
其中，所述变频电机为所述变频控制器和电机本体一体式集成结构，并通过现代变频技术，从而根据控制信号改变电机的转速以控制多级离心泵的流量和扬程。
进一步的，所述变频电机还具有无线蓝牙模块，通过无线蓝牙信号实现在移动设备（比如手机上）上通过应用程序操作和控制变频多级离心泵系统。
进一步的，所述变频电机还具有gprs模块，通过发送gprs信号到集中控制中心，实现无线远程监控。
进一步的，所述变频电机还具有基于工业总线协议的通信端口，以实现组网。
进一步的，所述变频电机配备有触摸屏装置以实现就地操作，操作方便，用户界面友好。
进一步的，所述变频控制器通过螺栓固定在所述电机本体上成为一体；外部电源通过设置在所述电机本体的电源接口与所述变频控制器连接；所述电机本体还具有输入输出端口用于输出控制信号控制系统中的外围设备；通过所述变频控制器调频的电源通过电源端子与所述电机本体连接以用于不同频率电源的输入。
通过上述技术方案，本发明提供的节段式智能多级泵，其变频电机由变频器和电机本体集成一体，并通过电机轴及联接器驱动泵轴转动，其具有如下优点：①电机本体和变频器作为一个集成的系统优化设计，考虑多级离心泵优化设计点的同时兼顾变频电机部分负荷工况，提高了多级离心泵系统部分工况下的效率，提高了变频水泵系统的整体效率，降低了能耗，从而降低了变频多级离心泵系统的运行成本，提高了变频离心泵系统部分工况下的效率并降低了运行成本；②由于变频器与电机本体的一体式集成设计，减少了设备的体积，节约了产品制造成本，同时节省了安装空间。此外，本发明的节段式智能多级泵的变频控制器设计了强大的通讯功能，包括：①采用无线蓝牙技术，实现了在移动设备，比如手机上通过应用程序操作控制变频多级离心泵系统；②通过gprs（通用分组无线服务技术）发送信号到集中控制中心，实现无线远程监控；③通过工业总线协议（比如rs485，modbus）实现组网；④通过配置友好用户界面的触摸屏操作面板实现就地操作，操作方便，用户界面友好。
本发明的轴承座可以从底座的底部拆卸，所以不用拆卸泵体就可以更换滑动轴承，便于维护。
本发明的机械密封可以直接从排出段上方拆卸，所以不用拆卸泵体就可以维修或更换机械密封，便于维护。
本发明的吸入段和排出段可以在周向任意旋转，所以可以适应多种不同方向管路系统的安装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明节段式智能多级离心泵的示意图；
图2为本发明滑动轴承的示意图；
图3为本发明滑动轴承的剖视图；
图4为本发明滑动轴承的局部示意图。
图5及6为本发明的变频电机的结构示意图。
图中数字表示：
1.底座2.轴承座3.轴套
4.滑动轴承5.吸入段6.挡圈
7.泵轴8.叶轮间隔环9.首级叶轮
10.叶轮导叶11.中段12.次级叶轮
13.排出段14.螺母15.螺栓
16.机械密封17.滚动轴承18.联轴器
19.电机支架20.变频电机21.吸入口
22.排出口
201.电机本体202.变频控制器203.电机轴
204.电源接口205.输入输出端口206.通信端口
207.电源端子208.螺栓
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本发明节段式智能多级离心泵的示意图，如图所示，本发明的节段式智能多级离心泵具体包括：底座1、轴承座2、轴套3、滑动轴承4、吸入段5、挡圈6、泵轴7、叶轮间隔环8、首级叶轮9、叶轮导叶10、中段11、次级叶轮12、排出段13、机械密封16、滚动轴承17、联轴器18、电机支架19和变频电机20，其中排出段13通过螺栓15螺母14与电机支架19连接，且排出段13与泵轴7之间通过机械密封16进行密封。
节段式智能多级离心泵通过底座1由紧固螺栓安装在基础上。泵轴7轴向容置在吸入段5、中段11和排出段13内，泵轴7套接有轴套3和叶轮间隔环8；滑动轴承4容置在轴承座2中，并套接在轴套3外侧；吸入段5的泵轴7通过轴套3采用滑动轴承4支撑，变频电机20一端的泵轴7采用滚动轴承17支撑；叶轮间隔环8通过挡圈6定位在泵轴7上，首级叶轮9和次级叶轮12通过叶轮间隔环8轴向定位并通过键连接装配在泵轴7上。
轴套3需要装配在泵轴7上，因此其加工精度要求较高；由于叶轮间隔环8的主要功能是叶轮之间的轴向定位，因此其加工精度相对低一些。
具体的，节段式智能多级离心泵吸入段5的第一级叶轮为首级叶轮9，往电机方向依次具有多个次级叶轮12，最后一个叶轮为末级叶轮，其中，为了提高节段式智能多级离心泵的气蚀性能，首级叶轮9是特殊设计的，而次级叶轮和末级叶轮的设计是相同的。
首级叶轮9后的叶轮导叶10为首级叶轮导叶，同理次级叶轮12后的叶轮导叶10为次级叶轮导叶，末级叶轮后的叶轮导叶10为末级叶轮导叶，且为了降低产品的复杂度，叶轮导叶一般采用相同的设计。
叶轮导叶10是节段式智能多级离心泵的能量传递装置，它的作用是把首级叶轮9、次级叶轮12甩出来的液体收集起来，使液体的流速降低，把部分动能转变为压力能后再均匀地引入下一级叶轮，叶轮导叶10使液体在连续的流线型流道内流动，不易形成死角和突然扩散，液体速度变化比较均匀，水力性能良好。
图2-4分别为本发明滑动轴承4的立体结构示意图、剖视图和局部示意图。如图所示，滑动轴承4的内壁40上开有多条螺旋沟槽41，螺旋沟槽41可以为多个，并且横截面可以是三角形或圆弧形等。
因此，当泵轴7旋转轴套3经过螺旋沟槽41的滑动轴承4时，在任意时刻，轴套3和滑动轴承4之间有足够润滑膜面积以提供足够的承载能力，滑动轴承4的承载面是准连续的，轴套3和滑动轴承4之间的润滑膜不会破裂，从而不会出现固体和固体直接接触的情况，因而不会产生额外的振动和噪音，而液体可以通过螺旋沟槽41循环，保证良好的润滑；同时，流体可以通过螺旋沟槽41把泵轴7轴套3和滑动轴承4之间摩擦产生的热量迅速排出，提高了滑动轴承4的使用寿命，从而提高了节段式智能多级离心泵的可靠性。
根据不同的载荷工况，可以通过调整滑动轴承4的螺旋沟槽41截面形状和大小进行优化，保证足够的液体循环量，确保节段式智能多级离心泵安全稳定运行。
根据输送介质的要求，本发明的节段式智能多级离心泵可选用相应的材料，如不锈钢、铜合金。
本发明的节段式智能多级离心泵的泵轴7通过联轴器18由支撑在电机支架19上的变频电机20直接驱动，电机轴203和泵轴7由联轴器18联接，电机轴203通过联轴器18把力矩传递到泵轴7带动首级叶轮9及中间多个次级叶轮12，把液体泵送到指定的高度。叶轮导叶10装配在中段11内，首级叶轮9和次级叶轮12装配在泵轴7上，泵轴7带动叶轮转动，从而将从吸入口21引入的液体加压，液体通过首级叶轮9加压后，经过叶轮导叶10收集并降低流速进入次级叶轮12继续加压，加压的液体经过叶轮导叶10收集并降低流速进入最后一级叶轮加压，加压后的液体通过蜗壳形排出段13从排出口22排出送入管道系统；由于蜗壳形排出段13的横截面积沿出口方向逐渐增大，光滑过渡，液体流速逐渐减小，压力能增加，其流线型设计保证水力损失较小，从而保证高效的水力设计。
参考图5及6，变频控制器202通过螺栓208固定在电机本体201上成为一体；根据实际应用中对变化流量和扬程的需求，变频电机20通过变频控制器202的输入输出端口205接收到反馈信号调节电机本体201的转速，从而实现流量和扬程的调节，其中，流量近似和转速成正比，扬程近似和转速的平方成正比；为了实现友好的用户体验，在变频控制器202上设置了触摸屏面板；为了实现联网和通讯，变频控制器202设计了无线蓝牙技术，实现在移动设备上通过应用程序，比如手机上操作控制节段式智能多级泵系统；变频控制器202还配置了gprs（通用分组无线服务技术）模块，发送信号到集中控制中心，实现无线远程监控；变频控制器202还设计了工业总线协议（比如rs485，modbus）通过通信端口206实现通信组网；外部电源通过电源接口204与变频控制器202连接，输入输出端口205也可输出控制信号控制系统中的外围设备；通过变频控制器202调频的电源通过电机的电源端子207与电机本体201连接以用于不同频率电源的输入。
根据不同的扬程要求，次级叶轮12的数量可以从0到多个。如果所需扬程的数值不是叶轮设计扬程的整数倍，可以通过叶轮切割减少叶轮的直径来实现，扬程近似和叶轮直径的平方成正比（具体的精确对应关系一般通过实验确定）。
本发明的滑动轴承4和节段式智能多级离心泵由于螺旋沟槽的作用，一方面能够保证足够的液体循环量，从而确保滑动轴承4的良好润滑；另一方面循环流体能及时的带走泵轴7高速运转情况下滑动轴承4和泵轴7轴套3之间摩擦产生的热量，从而提高滑动轴承4的寿命，保证节段式智能多级离心泵的安全可靠运行。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。