一种智能化自动降温潜水泵的制作方法

本发明涉及潜水泵技术领域，具体为一种智能化自动降温潜水泵。

背景技术：

潜水泵大量应用在水处理、区域短程水体汇总输送场合。

潜水泵需要电机供能，电机运行时会散发较多的热量，虽然通常意义下认为，潜水泵置于水中，散发的热量可以被水带走而不需要考虑电机散热问题，但是，某些特定场景下，电机的发热仍然会对电机产生影响，例如泵送的介质就是较高温度的介质，传统的潜水泵入流口设置在泵头底部且是吸上流动，电机表面只是与周围水体静止接触，很容易形成近壁高温层，在电机发热严重时，不能够带走更多的热量，影响使用性能。电机的发热不能够有效处理的话，虽然有时不会引起短时故障，但是，长期运行会影响电机寿命，进而导致整泵使用寿命下降的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能化自动降温潜水泵，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种智能化自动降温潜水泵。

一种智能化自动降温潜水泵，包括电机组件、泵头组件、进水壳，电机组件底部安装泵头组件，电机组件外侧安装进水壳，进水壳将水由电机尾部引流并通往泵头组件；电机组件包括电机壳、主轴，主轴向下伸出电机壳并连接至泵头组件，电机壳外侧安装进水壳，泵头组件包括叶轮和泵壳，叶轮位于泵壳内部且由主轴竖直悬臂安装，泵壳上端端口为入流口，叶轮入流口朝上，泵壳上端面与进水壳连接。

水流自进水壳入流，入流流量全部从电机电机壳壁面流过，有利于带走电机表面的热量，叶轮入流口朝上还有一个好处就是轴向力平衡，在叶轮运行时，由于叶轮与水作用力产生的轴向力是朝向叶轮吸入口的，所以，本申请叶轮吸入口朝上，可以让水体流动产生的轴向力与转子部件整体的重力进行平衡，减少转子部件轴承位置处的负载。泵壳出流口对接出水管，底部安装底座进行支撑，底座或者电机组件的顶面作为对外的连接位置，例如潜水泵常用的便于调整安装深度的耦合式安装。主轴上可以设置若干个轴套来调配轴向尺寸和便于加工转子部件的安装尺寸，在后续论述时，轴套可与主轴具有同等意义。

进一步的，进水壳分为第一进水壳和第二进水壳，第一进水壳和第二进水壳均为回转体结构，第二进水壳中央下端面与泵壳相连接，第二进水壳上端面与第一进水壳连接，第一进水壳与电机壳连接支撑起电机组件；第一进水壳由上往下依次包括入流段、隘口段、扩张段和整流段，入流段上端敞开作为整个潜水泵的进水口，整流段下端与第二进水壳连接。

第一进水壳的形状分段改变了入流水体的流动状态，水体由入流段流入，在隘口段流速显著增大，根据流体力学相关原理可知，在此处的水体压力减小，减小至该温度下的饱和蒸气压时，就会析出气泡，这也是泵叶轮发生汽蚀的原因，但是，在本申请中，就是利用这一现象，隘口段生成的气泡簇往后续流动，在扩张段流速逐渐减小，压力升高然后气泡溃灭，气泡溃灭显著扰动周围水体，使得沿电机壳表面流过的水流的对流换热系数大大提高，从而进一步增大水流对于电机壳的降温效果，应当注意的是，潜水泵置入到很深的井底时，周围水压很大，液体流经隘口时可能也无法降压至该温度下的饱和蒸气压，所以，本申请的潜水泵如果要发挥气泡增强散热效果的功能，需要通过一定的手段将潜水泵安装在水表面下方不深的位置处，具体地，可以是潜水泵耦合安装并随着井内水位而调整安装深度。

作为优化，在第一进水壳中，使用圆滑过渡的波浪形状代替扩张段。波浪形的管段可以让水体在电机壳外不断地降压生成气泡和升压破灭气泡，气泡的不断生成与溃灭扰动水体增强对流换热系数。

潜水泵还有诱导轮组件，第二进水壳带有环形分流结构，第二进水壳上端径向外侧设置排砂通道，第二进水壳上端中心区域为入流通道，排砂通道下端通往潜水泵周围水体，入流通道导向泵壳上端入流口，诱导轮组件设置在主轴上，高度位置上，诱导轮组件位于第一进水壳内，诱导轮组件将进水水流旋流增压通往第二进水壳。诱导轮组件即如名称意义，是泵中常用的改善泵叶轮吸入条件部件，诱导轮虽然具有很好的汽蚀性能，但是，这是以牺牲做功效果换来的，所以，泵的核心做功部件仍然是泵壳内的叶轮，本申请中，诱导轮组件不仅是增压改善整机汽蚀性能的部件，还有一个作用是旋转进水壳内的水体，旋转起来的水体以离心作用分离水中的砂尘颗粒杂物，让这些颗粒物积聚往排砂通道内，并在排砂通道的末端排出装置外。

进一步的，入流段入口处设置倾斜的进水滤网。进水滤网过滤掉大型杂物和砂石。

进一步的，排砂通道末端设置单向膜瓣。单向膜瓣结构只允许第二进水壳往外排出物质，阻止排砂通道成为进水流道，单向膜瓣由上往下的排出应当具备一定的开启力，这部分开启力在最优化的情况下应当是这样的：排砂通道积攒较少的沙粒时不开始，当积聚地较多，排砂通道范围内物质平均密度显著大于水时，由自身重力顶开单向膜瓣完成排砂。

进一步的，诱导轮组件包括安装板和诱导轮叶片，安装板通过轴承安装在主轴上，安装板径向外侧设置诱导轮叶片，安装板与主轴之间通过摩擦式传动或摩擦结构实现转速差异。诱导轮叶片不需要以主轴转速运行，不然诱导轮组件会消耗掉大量的主轴功率，在前文已经论述过，诱导轮效果不高，在满足叶轮汽蚀性能时，不需要增大诱导轮的运行速度，本申请在安装板和主轴之间没有直接设置键传动等刚性传动，而是通过摩擦式的形式传递扭矩，主轴转速较高时，由于诱导轮叶片旋转时周围水体对其有旋转阻力，所以，摩擦传动传递的力矩如果小于这一旋转阻力，则诱导轮叶片无法全速旋转，而只能以低于主轴转速的速度旋转，达成差速运行。

从诱导轮组件改善叶轮汽蚀方面讲，不需要诱导轮具有较大的转速，满足使用即可，但是，从过水流量上看，有时是需要提高诱导轮的转速的，即，将更多的功率使用到诱导轮上而减少叶轮上获得的功率，这种情况主要是在环境水温较高，电机发热较严重的场合下调配的，在此种场景下，电机的降温效果还需要进一步提高，所以，从提高进水壳过水流量而不提高叶轮过水流量上考虑，泵头组件只处理常规的流量，诱导轮提高运行速度，让更多的水流进入入流段，多出来部分的水流由排砂通道排出，这部分水流只需要克服较短的沿程阻力，只需要诱导轮提供较小的功率即可实现流动，多出来的这部分流量也用于冷却电机壳，主要思路是，电机所提供的功率略微增大一部分无效功率(因为这部分功率没有用于将水泵送从出水管排往后续)，略微增大的无效功率用于鼓动潜水泵周围水体冷却电机壳。

进一步的，诱导轮组件还包括公转齿轮、主轴齿轮、调位螺母、弹簧、摩擦环，安装板下表面向下伸出导柱，安装板下表面还设有止转孔，公转齿轮套设在导柱上，公转齿轮和安装板下表面之间设有弹簧和摩擦环，弹簧将摩擦环下表面抵紧在公转齿轮上表面，摩擦环上表面还向上伸出至少两根细杆插入止转孔内；主轴齿轮传动安装在主轴上，主轴齿轮一端通过弹簧抵紧主轴轴肩，一端通过调位螺母轴向限位；主轴齿轮和公转齿轮为锥齿轮并啮合连接，主轴齿轮锥尖朝上，公转齿轮锥尖朝下。本结构是一种具体的摩擦差速传动的结构形式，摩擦发生在公转齿轮和摩擦环的接触面上，安装板、诱导轮叶片和摩擦环具有共同的转速，主轴齿轮具有与主轴相同的转速，公转齿轮具有公转转速和自转转速，当摩擦环与公转齿轮上表面摩擦力较大时，公转齿轮公转转速贴近主轴转速而自转转速降低趋向零，公转齿轮公转转速即为安装板、诱导轮叶片的转速，差速程度调节方法是，调松调位螺母使得主轴齿轮下移一定位置，公转齿轮受到弹簧挤压也下移一定高度，摩擦环下表面在公转齿轮上表面的抵紧力没有那么大，从而自转更加顺畅，主轴上的转速较少地传递往诱导轮叶片。

进一步的，安装板朝上的一侧端面设有径向叶片。安装板是旋转部件，而电机壳下端面是静止的，所以，安装板与电机壳之间存有一定间隙，径向叶片旋转阻止水中的一些沙粒进入到该高度处主轴附近。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明利用汽蚀原理，主动地在潜水泵进水流道上营造气泡生成与溃灭区域，这部分区域与电机壳位置重合，水流的强烈扰动大大增强对流换热效果，有效控制潜水泵温度；诱导轮组件改善叶轮汽蚀性能的同时，还兼具旋流分离沙粒、引入附加冷却流量的作用，诱导轮叶片通过摩擦传动的方式实现与主轴的差速运行。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明电机组件、第一进水壳部分的结构示意图；

图3是本发明诱导轮组件及周围部件的结构示意图；

图4是图3中的局部视图a；

图5是本发明泵头组件、第二进水壳部分的结构示意图；

图6为本发明的流动示意图。

图中：1-电机组件、11-电机壳、12-主轴、13-轴套、2-泵头组件、21-叶轮、22-泵壳、31-第一进水壳、311-入流段、312-隘口段、313-扩张段、314-整流段、32-第二进水壳、321-排砂通道、322-入流通道、33-进水滤网、34-单向膜瓣、4-诱导轮组件、41-安装板、411-导柱、412-止转孔、419-径向叶片、42-诱导轮叶片、43-公转齿轮、44-主轴齿轮、45-调位螺母、46-弹簧、47-摩擦环、5-出水管、6-底座。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种智能化自动降温潜水泵，包括电机组件1、泵头组件2、进水壳，电机组件1底部安装泵头组件2，电机组件1外侧安装进水壳，进水壳将水由电机尾部引流并通往泵头组件；电机组件包括电机壳11、主轴12，主轴12向下伸出电机壳11并连接至泵头组件2，电机壳11外侧安装进水壳，泵头组件2包括叶轮21和泵壳22，叶轮21位于泵壳22内部且由主轴12竖直悬臂安装，泵壳22上端端口为入流口，叶轮21入流口朝上，泵壳22上端面与进水壳连接。水流自进水壳入流，入流流量全部从电机电机壳11壁面流过，有利于带走电机表面的热量，叶轮21入流口朝上还有一个好处就是轴向力平衡，在叶轮运行时，由于叶轮与水作用力产生的轴向力是朝向叶轮吸入口的，所以，本申请叶轮21吸入口朝上，可以让水体流动产生的轴向力与转子部件整体的重力进行平衡，减少转子部件轴承位置处的负载。泵壳22出流口对接出水管5，底部安装底座6进行支撑，底座6或者电机组件1的顶面作为对外的连接位置，例如潜水泵常用的便于调整安装深度的耦合式安装。主轴12上可以设置若干个轴套13来调配轴向尺寸和便于加工转子部件的安装尺寸，在后续论述时，轴套13可与主轴12具有同等意义。

进水壳分为第一进水壳31和第二进水壳32，第一进水壳31和第二进水壳32均为回转体结构，第二进水壳32中央下端面与泵壳22相连接，第二进水壳32上端面与第一进水壳31连接，第一进水壳31与电机壳11连接支撑起电机组件1；

第一进水壳31由上往下依次包括入流段311、隘口段312、扩张段313和整流段314，入流段311上端敞开作为整个潜水泵的进水口，整流段314下端与第二进水壳32连接。第一进水壳31的形状分段改变了入流水体的流动状态，水体由入流段311流入，在隘口段312流速显著增大，根据流体力学相关原理可知，在此处的水体压力减小，减小至该温度下的饱和蒸气压时，就会析出气泡，这也是泵叶轮发生汽蚀的原因，但是，在本申请中，就是利用这一现象，隘口段312生成的气泡簇往后续流动，在扩张段313流速逐渐减小，压力升高然后气泡溃灭，气泡溃灭显著扰动周围水体，使得沿电机壳11表面流过的水流的对流换热系数大大提高，从而进一步增大水流对于电机壳11的降温效果，应当注意的是，潜水泵置入到很深的井底时，周围水压很大，液体流经隘口312时可能也无法降压至该温度下的饱和蒸气压，所以，本申请的潜水泵如果要发挥气泡增强散热效果的功能，需要通过一定的手段将潜水泵安装在水表面下方不深的位置处，具体地，可以是潜水泵耦合安装并随着井内水位而调整安装深度。

在第一进水壳31中，使用圆滑过渡的波浪形状代替扩张段313。波浪形的管段可以让水体在电机壳11外不断地降压生成气泡和升压破灭气泡，气泡的不断生成与溃灭扰动水体增强对流换热系数。

潜水泵还有诱导轮组件4，第二进水壳32带有环形分流结构，第二进水壳32上端径向外侧设置排砂通道321，第二进水壳32上端中心区域为入流通道322，排砂通道321下端通往潜水泵周围水体，入流通道322导向泵壳22上端入流口，诱导轮组件4设置在主轴12上，高度位置上，诱导轮组件4位于第一进水壳31内，诱导轮组件4将进水水流旋流增压通往第二进水壳32。诱导轮组件4即如名称意义，是泵中常用的改善泵叶轮吸入条件部件，诱导轮虽然具有很好的汽蚀性能，但是，这是以牺牲做功效果换来的，所以，泵的核心做功部件仍然是泵壳22内的叶轮21，本申请中，诱导轮组件4不仅是增压改善整机汽蚀性能的部件，还有一个作用是旋转进水壳内的水体，旋转起来的水体以离心作用分离水中的砂尘颗粒杂物，让这些颗粒物积聚往排砂通道321内，并在排砂通道321的末端排出装置外。

入流段311入口处设置倾斜的进水滤网33。进水滤网33过滤掉大型杂物和砂石。

排砂通道321末端设置单向膜瓣34。单向膜瓣34结构只允许第二进水壳32往外排出物质，阻止排砂通道321成为进水流道，单向膜瓣34由上往下的排出应当具备一定的开启力，这部分开启力在最优化的情况下应当是这样的：排砂通道321积攒较少的沙粒时不开始，当积聚地较多，排砂通道321范围内物质平均密度显著大于水时，由自身重力顶开单向膜瓣34完成排砂。

诱导轮组件4包括安装板41和诱导轮叶片42，安装板41通过轴承安装在主轴12上，安装板41径向外侧设置诱导轮叶片42，安装板41与主轴12之间通过摩擦式传动或摩擦结构实现转速差异。诱导轮叶片42不需要以主轴12转速运行，不然诱导轮组件4会消耗掉大量的主轴12功率，在前文已经论述过，诱导轮效果不高，在满足叶轮汽蚀性能时，不需要增大诱导轮的运行速度，本申请在安装板41和主轴12之间没有直接设置键传动等刚性传动，而是通过摩擦式的形式传递扭矩，主轴12转速较高时，由于诱导轮叶片42旋转时周围水体对其有旋转阻力，所以，摩擦传动传递的力矩如果小于这一旋转阻力，则诱导轮叶片42无法全速旋转，而只能以低于主轴12转速的速度旋转，达成差速运行。

从诱导轮组件改善叶轮22汽蚀方面讲，不需要诱导轮具有较大的转速，满足使用即可，但是，从过水流量上看，有时是需要提高诱导轮的转速的，即，将更多的功率使用到诱导轮上而减少叶轮22上获得的功率，这种情况主要是在环境水温较高，电机发热较严重的场合下调配的，在此种场景下，电机的降温效果还需要进一步提高，所以，从提高进水壳过水流量而不提高叶轮22过水流量上考虑，泵头组件2只处理常规的流量，诱导轮提高运行速度，让更多的水流进入入流段311，多出来部分的水流由排砂通道321排出，这部分水流只需要克服较短的沿程阻力，只需要诱导轮提供较小的功率即可实现流动，多出来的这部分流量也用于冷却电机壳11，主要思路是，电机所提供的功率略微增大一部分无效功率(因为这部分功率没有用于将水泵送从出水管5排往后续)，略微增大的无效功率用于鼓动潜水泵周围水体冷却电机壳11。诱导轮组件4与主轴12的差速运行比例构成电机壳11降温流量分配，电机内部的发热通过一定手段进行检测然后控制摩擦传递的力矩可以实现自动化的调节效果，本领域技术人员可以在本申请基础上进行二次开发达成各种随使用环境变化的智能化调配方式。

诱导轮组件4还包括公转齿轮43、主轴齿轮44、调位螺母45、弹簧46、摩擦环47，

安装板41下表面向下伸出导柱411，安装板41下表面还设有止转孔412，公转齿轮43套设在导柱411上，公转齿轮43和安装板41下表面之间设有弹簧46和摩擦环47，弹簧46将摩擦环47下表面抵紧在公转齿轮43上表面，摩擦环47上表面还向上伸出至少两根细杆插入止转孔412内；

主轴齿轮44传动安装在主轴12上，主轴齿轮44一端通过弹簧46抵紧主轴12轴肩，一端通过调位螺母45轴向限位；

主轴齿轮44和公转齿轮43为锥齿轮并啮合连接，主轴齿轮44锥尖朝上，公转齿轮43锥尖朝下。

本结构是一种具体的摩擦差速传动的结构形式，摩擦发生在公转齿轮43和摩擦环47的接触面上，安装板41、诱导轮叶片42和摩擦环47具有共同的转速，主轴齿轮44具有与主轴12相同的转速，公转齿轮43具有公转转速和自转转速，当摩擦环47与公转齿轮43上表面摩擦力较大时，公转齿轮43公转转速贴近主轴12转速而自转转速降低趋向零，公转齿轮43公转转速即为安装板41、诱导轮叶片42的转速，差速程度调节方法是，调松调位螺母45使得主轴齿轮44下移一定位置，公转齿轮43受到弹簧46挤压也下移一定高度，摩擦环47下表面在公转齿轮43上表面的抵紧力没有那么大，从而自转更加顺畅，主轴12上的转速较少地传递往诱导轮叶片42。

安装板41朝上的一侧端面设有径向叶片419。安装板41是旋转部件，而电机壳11下端面是静止的，所以，安装板41与电机壳11之间存有一定间隙，径向叶片419旋转阻止水中的一些沙粒进入到该高度处主轴12附近。

本发明的主要运行过程是：水流自入流段311吸入进水壳，紧贴电机壳11外壁下降，然后在底部第二进水壳32中央进入下方的叶轮22进行泵送，由出水管5排出装置。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。