一种非接触式可调转子泵

1.本发明涉及通用机械技术领域，具体涉及一种非接触式可调转子泵。


背景技术：

2.泵是输送液体或使流体增压的机械，按照工作原理可以分为容积式泵、叶轮式泵和喷射式泵。容积式泵是依靠工作部件的运动造成工作容积周期性增大和缩小而吸排液体，并靠工作部件的挤压而直接使液体的压力增加；根据运动部件结构的不同，容积式泵又可以分为活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵、叶片泵和水环泵。叶轮式泵是靠叶轮带动液体高速回转而把机械能传递给所输送的液体；根据泵的叶轮和流道结构特点的不同，叶轮式泵又可分为离心泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵。喷射式泵是靠工作流体产生的高速射流引射流体，然后再通过动量交换而使被引射流体的能量增加。
3.真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲，真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。根据工作原理的不同，真空泵基本上可以分为气体捕集泵和气体传输泵两种。
4.气体捕集泵是通过气体分子被吸附或凝结在泵的内表面上，从而减小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵。气体捕集泵具有以下几种型式：吸附泵，它主要依靠具有大表面的吸附剂(如多孔物质)的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵；吸气剂泵，它是一种利用吸气剂以化学结合方式捕获气体的真空泵；吸气剂离子泵，它是使被电离的气体通过电磁场或电场的作用吸附在有吸气材料的表面上，以达到抽气的目的；低温泵，利用低温表面捕集气体的真空泵。
5.气体传输泵是一种能使气体不断的吸入和排出，借以达到抽气目的的真空泵，这种泵基本上包括变容真空泵和动量传输泵两种类型。变容真空泵利用泵腔容积的周期性变化来完成吸气和排气过程，气体在排出前被压缩，这种泵分为往复式真空泵及旋片式真空泵两种；往复式真空泵利用泵腔内活塞做往复式运动将气体吸入、压缩并排出，旋片式真空泵利用泵腔内活塞做旋转运动，将气体吸入、压缩并排出。动量传输泵依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口，具体可分为下述几种类型：分子真空泵，它是利用高速旋转的转子把能量传输给气体分子，使之压缩、排气的一种真空泵；喷射真空泵，它是利用文丘里(venturi)效应的压力降生产的高速射流把气体输送到出口的一种动量传输泵，适于在粘滞留和过渡流状态下工作；扩散泵，是以低压高速蒸汽流(油或汞等蒸汽)作为工作介质的喷射真空泵，气体分子扩散到蒸汽射流中，被送到出口；扩散喷射泵，它是一种有扩散泵特性的单级或多级喷嘴与具有喷射真空泵特性的单级或多级喷嘴串联组成的一种动量传输泵，油增压泵即属于这种形式；离子传输泵，它是将被电离的气体在电磁场或电场的作用下，输送到出口的一种动量传输泵。
6.综上所述，现有泵容易因转子与定子之间接触或内部流体流速大而存在摩擦损耗大、噪音大和振动大的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种非接触式可调转子泵，该转子泵既可以用作输送泵，也可以用作真空泵，工作过程中定子与转子之间具有间隙，可解决现有泵存在的摩擦损耗大、噪声大、振动大等缺陷，同时通过转子转动方向的变换即可实现“正压泵”和“负压泵”的实时切换。
8.本发明采用以下具体技术方案：
9.一种非接触式可调转子泵，该转子泵包括壳体、定子以及转子；
10.所述定子和所述转子同轴安装于所述壳体内；
11.所述定子的顶面和底面均与所述壳体固定连接，并在所述壳体与所述定子之间形成外腔体；
12.所述转子能够绕其中心轴线转动地安装于所述定子内，所述转子与所述定子之间具有径向间隙，并在所述转子与所述定子之间形成环形内腔体；
13.所述壳体的顶部设置有用于安装所述转子的顶部法兰和与所述环形内腔体连通的第一通孔，底部设置有用于安装所述转子的底部法兰和与所述环形内腔体连通的第二通孔，中部设置有与所述外腔体连通的第三通孔；
14.所述定子设置有沿其内周面的周向分布的至少两个凸棱和与所述凸棱一一对应的阶梯孔；所述凸棱两侧的第一表面和第二表面之间形成90
°
～150
°
的夹角，使所述凸棱在所述定子的内周面构成阶梯状结构；所述第一表面与所述转子之间的径向距离大于所述第二表面与所述转子之间的径向距离；所述第二表面的曲率大于所述转子的径向曲率，在所述第二表面开设有沿所述定子轴向延伸的缝隙；所述缝隙形成所述阶梯孔在所述定子的内周面的开口；所述阶梯孔连通所述环形内腔体和所述外腔体；
15.所述第三通孔、所述外腔体、所述阶梯孔、所述环形内腔体以及所述第一通孔依次连通形成第一流动通道，所述第三通孔、所述外腔体、所述阶梯孔、所述环形内腔体以及所述第二通孔依次连通形成第二流动通道。
16.更进一步地，所述转子为顶部直径大、底部直径小的圆台形结构；
17.所述定子的内周面具有与所述转子的外周面相同的斜度。
18.更进一步地，所述转子包括转轴和间隙调节杆；
19.所述转轴固定安装于所述转子的中心，顶端通过轴承安装于所述顶部法兰，底端与所述间隙调节杆的顶端转动配合；
20.所述间隙调节杆的底端能够沿轴向调节地安装于所述底部法兰，通过所述间隙调节杆在轴向的位移调节所述转子的轴向位置，用于实现所述定子与所述转子之间的间隙调节。
21.更进一步地，所述转轴在朝向所述间隙调节杆的底端面设置有安装孔；
22.所述间隙调节杆的顶端通过轴承安装于所述安装孔内。
23.更进一步地，所述凸棱的数量为3～6个；
24.至少两个所述凸棱沿所述定子的周向均匀分布。
25.更进一步地，所述定子的外周面设置有用于连通各个所述阶梯孔的环形凹槽。
26.更进一步地，还包括用于驱动所述转子转动的电机；
27.所述电机安装于所述壳体的顶部，并且所述电机的输出轴与所述转子之间固定连
接。
28.更进一步地，所述壳体包括沿所述转子的轴向依次设置的顶盖、圆形筒体以及底盖；
29.所述圆形筒体的顶端与所述顶盖之间密封配合、且底端与所述底盖之间密封配合；
30.所述定子的顶面与所述顶盖的底面固定连接，底面与所述底盖的顶面固定连接；
31.所述外腔体由所述顶盖、所述圆形筒体、所述底盖以及所述定子围绕形成；
32.所述第一通孔贯穿所述顶盖设置，并且所述顶盖设置有用于安装所述顶部法兰的第一中心通孔；
33.所述第二通孔贯穿所述底盖设置，并且所述底盖设置有用于安装所述底部法兰的第二中心通孔；
34.所述第三通孔贯穿所述圆形筒体的壁厚设置。
35.更进一步地，所述顶盖的外周侧设置有上限位凸缘，并在朝向所述圆形筒体的一侧设置有上插接部；
36.所述底盖的外周侧设置有下限位凸缘，并在朝向所述圆形筒体的一侧设置有下插接部；
37.所述圆形筒体夹设于所述上限位凸缘与所述下限位凸缘之间，并且所述上插接部和所述下插接部均与所述圆形筒体插接配合。
38.更进一步地，所述上插接部和所述下插接部的外周侧均设置有密封凹槽；
39.所述密封凹槽内均安装有密封圈。
40.有益效果：
41.1、本发明的非接触式可调转子泵与现有泵的工作原理不同，本发明的非接触式可调转子泵利用摩擦学原理中的摩擦空化和摩擦迸流现象，在定子的内周侧设置有凸棱，凸棱两侧的第一表面和第二表面之间形成90
°
～150
°
的夹角，使凸棱形成阶梯状结构，第一表面与转子之间的径向距离大于第二表面与转子之间的径向距离，并在第二表面开设有阶梯孔的缝隙；当转子相对定子从凸棱的第二表面侧朝向第一表面侧转动时，在缝隙处会产生迸流现象，导致缝隙处压力骤增，从而使转子泵的环形内腔体内的流体挤压进入外腔体；当转子相对定子从凸棱的第一表面侧朝向第二表面侧转动时，在缝隙处会产生空化现象，缝隙处压力骤降形成真空，从而使转子泵的外腔体内的流体吸入环形内腔体中。基于上述摩擦空化及摩擦迸流效应，实现流体的正反向输送；因此，转子泵通过转子相对定子的转动实现流体运输、增压、抽真空、产生微纳米气泡，使得上述转子泵既可以用作输送泵，也可以用作真空泵。
42.2、本发明的非接触式可调转子泵在定子和转子之间设置有径向间隙，使得工作过程中定子和转子之间无需接触，从而降低了转子泵在工作过程中的摩擦损耗、噪声和振动，能够解决现有泵存在的摩擦损耗大、噪声大、振动大等缺陷。
43.3、由于转子为圆台形结构，定子的内周面具有与转子的外周面相同的斜度，因此，通过调节转子的轴向位置可以实现定子与转子之间的最小径向间隙的调节，从而实现流量调节。
44.4、由于转子包括转动配合的转轴和间隙调节杆，并且间隙调节杆能够沿轴向调节
地安装于底部法兰，因此，通过间隙调节杆的轴向调节能够控制转子的轴向位置，从而能够在转子泵的外侧实现转子与定子之间的最小径向间隙的调节。
45.5、由于凸棱两侧的第一表面和第二表面之间形成90
°
～150
°
的夹角，使得凸棱在定子的内周面构成阶梯状结构，使得通过简单地变换转子的转动方向即可实现转子泵的正反方向工作切换，使得转子泵具有使用、控制方便的特点，适合于需要频繁切换流体流动方向的场合。
附图说明
46.图1为本发明的非接触式可调转子泵的立体结构示意图；
47.图2为图1中非接触式可调转子泵的爆炸结构示意图；
48.图3为图1中非接触式可调转子泵的剖视图；
49.图4为图1中非接触式可调转子泵的半剖结构示意图；
50.图5为图2中非接触式可调转子泵的转子的立体结构示意图；
51.图6为图2中非接触式可调转子泵的定子的立体结构示意图；
52.图7为本发明的非接触式可调转子泵的另一种定子的立体结构示意图；
53.图8为本发明的非接触式可调转子泵的另一种定子的立体结构示意图。
54.其中，1
‑
顶盖，2
‑
圆形筒体，3
‑
底盖，4
‑
定子，5
‑
转子，6
‑
外腔体，7
‑
环形内腔体，8
‑
顶部法兰，9
‑
第一通孔，10
‑
底部法兰，11
‑
第二通孔，12
‑
第三通孔，13
‑
凸棱，14
‑
第二表面，15
‑
第一表面，16
‑
阶梯孔，17
‑
转轴，18
‑
间隙调节杆，19
‑
轴承，20
‑
环形凹槽，21
‑
上限位凸缘，22
‑
上插接部，23
‑
下限位凸缘，24
‑
下插接部，25
‑
密封凹槽，26
‑
缝隙
具体实施方式
55.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
56.图1示意了本发明的转子泵的整体结构示意图，图2为图1中转子泵的爆炸结构示意图，图3为图1中转子泵的剖视图，图4为图1中转子泵俯视图的半剖结构示意图，图5示意了图2中转子泵的转子5的结构示意图，图6
‑
8示意了转子泵中定子4的立体结构示意图。
57.本发明实施例提供了一种非接触式可调转子泵，如图1和图2结构所示，该转子泵包括壳体、定子4以及转子5；壳体可以包括从上到下依次连接的顶盖1、圆形筒体2以及底盖3，圆形筒体2的顶端与顶盖1之间密封配合、且底端与底盖3之间密封配合；
58.定子4和转子5同轴安装于壳体内；定子4的顶面和底面均与壳体固定连接，并在壳体与定子4之间形成外腔体6；
59.转子5能够绕其中心轴线转动地安装于定子4内，转子5与定子4之间具有径向间隙，并在转子5与定子4之间形成环形内腔体7；转子5可以包括固定安装于中心的转轴17，转轴17可以通过外力进行驱动以带动转子5沿顺时针方向或逆时针方向转动；
60.壳体的顶部设置有用于安装转子5的顶部法兰8和与环形内腔体7连通的第一通孔9，底部设置有用于安装转子5的底部法兰10和与环形内腔体7连通的第二通孔11，中部设置有与外腔体6连通的第三通孔12；顶部法兰8和底部法兰10可以通过螺钉或螺栓固定安装于壳体；第一通孔9和第二通孔11可以用作进水孔或出水孔，相对应地，第三通孔12则用作出水孔或进水孔，并且还可以在壳体上设置与第一通孔9、第二通孔11、第三通孔12相对应的
连接管，通过连接管实现管路的连接；
61.如图4、图6、图7以及图8结构所示，定子4设置有沿其内周面的周向分布的至少两个凸棱13和与凸棱13一一对应的阶梯孔16，阶梯孔16贯穿凸棱13设置，凸棱13两侧的第一表面15和第二表面14之间形成90
°
～150
°
的夹角，使凸棱13在定子4的内周面构成阶梯状结构；第一表面15与转子5之间的径向距离大于第二表面14与转子5之间的径向距离；第二表面14的曲率大于转子5的径向曲率，在第二表面14开设有沿定子4的轴向延伸的缝隙26；缝隙26形成阶梯孔16在定子4的内周面的开口；阶梯孔16连通环形内腔体7和外腔体6；定子4内周面的凸棱13的数量可以为3～6个，如：3个、4个、5个、6个，也可以为其它数量；至少两个凸棱13沿定子4的周向均匀分布，即，设置有2个或多个凸棱13时，凸棱13均匀分布于定子4的内周面；图6中的定子4内周面设置有3个凸棱13，图7和图8中的定子4内周面设置有5个凸棱13；图6
‑
8只是对凸棱13的数量以及第一表面15和第二表面14的形状进行举例说明，并不构成限制；第一表面15和第二表面14之间夹角可以为：90
°
、95
°
、100
°
、110
°
、120
°
、130
°
、135
°
、140
°
、145
°
、150
°
；并且当第一表面和第二表面之间为90
°
时，第一表面和第二表面之间垂直设置；
62.第三通孔12、外腔体6、阶梯孔16、环形内腔体7以及第一通孔9依次连通形成第一流动通道，第三通孔12、外腔体6、阶梯孔16、环形内腔体7以及第二通孔11依次连通形成第二流动通道，在转子泵工作过程中，流体可以仅通过第一流动通道进行流动，也可以仅通过第二流动通道进行流动，还可以同时通过第一流动通道和第二流动通道进行流动，并且既可以从第三通孔12朝向第一通孔9和/或第二通孔11方向流动，也可以从第一通孔9和/或第二通孔11朝向第三通孔12方向流动。
63.与现有泵的工作原理完全不同，上述非接触式可调转子泵利用摩擦学原理中的摩擦空化和摩擦迸流实现液体/气体输送或使流体增压，以及实现真空等效果；本发明的转子泵通过转子5转动方向的改变，既可以作为“正压泵”使用，也可作为“负压泵”使用；作为“正压泵”使用时，主要用于需要泵作为动力，进行气体/液体转移、对密闭容器增压、充气打气、压水等；作为“负压泵”使用时，主要用在对真空(负压)有要求的场合，比如：抽气/液、气体分析、气体循环、气体采样、真空吸附、吸水等。
64.上述转子泵具有以下特点：
65.1、由于在定子4和转子5之间设置有径向间隙，转子5和定子4始终保持非接触状态，工作过程中定子4和转子5之间无需接触，能够降低转子泵在工作过程中的摩擦损耗、噪声和振动，能够解决现有泵存在的摩擦损耗大、噪声大、振动大等缺陷，因此，转子泵的能耗低、摩擦损失少，同时可靠性高、使用寿命长；并且能够在极低的能耗下产生较好的增压或真空效果；
66.2、在定子4的内周侧设置有至少两个凸棱13，凸棱13由两侧的第一表面15和第二表面14夹设形成，第二表面14可以为平台，第一表面15可以为断台，第一表面15的径向深度大于第二表面14的径向深度，并在凸棱13处形成具有缝隙26的阶梯孔16；当转子5相对定子4从凸棱13的第二表面14一侧朝向第一表面15一侧转动时，在缝隙26处会产生迸流现象，使缝隙26处的压力骤增，从而使转子泵的环形内腔体7内的流体挤压进入外腔体6；当转子5相对定子4从凸棱13的第一表面15一侧朝向第二表面14一侧转动时，在缝隙26处会产生空化现象，缝隙26处压力骤降形成真空，从而使转子泵的外腔体6内的流体吸入环形内腔体7。基
于上述摩擦空化及摩擦迸流效应，实现流体的正反向输送。因此，转子泵通过转子5相对定子4的转动实现流体运输、增压、抽真空、产生微纳米气泡；
67.3、由于凸棱13两侧的第一表面15和第二表面14之间形成90
°
～150
°
的夹角，使得凸棱13在定子4的内周面构成阶梯状结构，通过简单地变换转子5的转动方向即可实现转子泵的正方向工作切换，使得转子泵具有使用、控制方便的特点，适合于需要频繁切换流体流动方向的场合。
68.一种具体的实施方式中，如图2和图3结构所示，转子5为顶部直径大、底部直径小的圆台形结构；定子4的内周面具有与转子5的外周面相同的斜度；转子5包括转轴17和间隙调节杆18；转轴17固定安装于转子5的中心，顶端通过轴承19安装于顶部法兰8，底端与间隙调节杆18的顶端转动配合；间隙调节杆18的底端能够沿轴向调节地安装于底部法兰10，通过间隙调节杆18在轴向的位移调节转子5的轴向位置，用于实现定子4与转子5之间的间隙调节。间隙调节杆18可以与底部法兰10之间螺纹连接，通过螺纹配合既可以实现间隙调节杆18与底部法兰10之间的装配，又可以通过螺纹配合实现间隙调节杆18在轴向上的位置调整。
69.由于转子5为圆台形结构，定子4的内周面具有与转子5的外周面相同的斜度，通过调节转子5的轴向位置可以实现定子4与转子5之间的最小径向间隙的调节，从而实现流量调节；同时，由于转子5包括转动配合的转轴17和间隙调节杆18，并且间隙调节杆18能够沿轴向调节地安装于底部法兰10，通过间隙调节杆18的轴向调节能够控制转子5的轴向位置，从而能够在转子泵的外侧实现转子5与定子4之间的最小径向间隙的调节。因此，采用本发明的转子泵，既可以通过转子5的转速来调节转子泵的流量和扬程，还可以通过转子5与定子4之间的相对位置关系调节转子泵的流量和扬程，使得转子泵的调节方式多样化。
70.为了实现间隙调节杆18与转轴17的转动连接，如图3结构所示，转轴17在朝向间隙调节杆18的底端面设置有安装孔(图中未示出)；间隙调节杆18的顶端通过轴承(图中未示出)安装于安装孔内。通过安装于间隙调节杆18与转轴17之间的轴承，能够实现转轴17与间隙调节杆18之间的转动连接，同时还能通过间隙调节杆18实现转子5在轴向高度上的位置调节。
71.如图6
‑
8结构所示，定子4的外周面设置有用于连通各个阶梯孔16的环形凹槽20，通过环形凹槽20将定子4的各个阶梯孔16进行连通，使得流体的流动更加顺畅。
72.为了向转子泵的转子5提供动力，上述转子泵还可以包括用于驱动转子5转动的电机(图中未示出)；电机安装于壳体的顶部，并且电机的输出轴与转子5之间固定连接，电机的输出轴可以通过联轴器与转轴17之间固定连接，也可以将电机的输出轴与转轴17通过销轴、铆钉、螺钉等紧固件直接固定连接在一起。
73.在上述各种实施例的基础上，如图3结构所示，壳体包括沿转子5的轴向依次设置的顶盖1、圆形筒体2以及底盖3；圆形筒体2的顶端与顶盖1之间密封配合、且底端与底盖3之间密封配合；定子4的顶面与顶盖1的底面固定连接，底面与底盖3的顶面固定连接；外腔体6由顶盖1、圆形筒体2、底盖3以及定子4围绕形成；第一通孔9贯穿顶盖1设置，并且顶盖1设置有用于安装顶部法兰8的第一中心通孔(图中未示出)；第二通孔11贯穿底盖3设置，并且底盖3设置有用于安装底部法兰10的第二中心通孔(图中未示出)；第三通孔12贯穿圆形筒体2的壁厚设置。第一通孔9、第二通孔11以及第三通孔12的数量可以为一个或多个。
74.同时为了实现壳体的装配和密封，如图3结构所示，顶盖1的外周侧设置有上限位凸缘21，并在朝向圆形筒体2的一侧设置有上插接部22；底盖3的外周侧设置有下限位凸缘23，并在朝向圆形筒体2的一侧设置有下插接部24；圆形筒体2夹设于上限位凸缘21与下限位凸缘23之间，并且上插接部22和下插接部24均与圆形筒体2插接配合。上插接部22和下插接部24的外周侧均设置有密封凹槽25；密封凹槽25内均安装有密封圈，通过密封圈将圆形筒体2与顶盖1和底盖3之间的间隙进行密封。
75.圆形筒体2与顶盖1和底盖3之间的装配通过定子4与顶盖1和底盖3之间的固定连接实现，定子4与顶盖1和底盖3之间可以通过螺钉或螺栓进行固定连接，从而将圆形筒体2夹设于顶盖1和底盖3之间。
76.上述转子泵的工作原理为：
77.当转子泵用作正压泵时，转轴17与转子5固定连接，转轴17端部通过联轴器连接外置电机，电机通过转轴17带动转子5转动；将转子泵放入液体中或通过进水孔向泵中注入液体，启动电机，如图4所示，若转子5顺时针转动，则环形内腔体7处为收缩形状，发生摩擦迸流现象导致环形内腔体7内压力骤增，高压挤压液体通过具有缝隙26的阶梯孔16流入外腔体6，外腔体6内的高压液体通过第三通孔12流出，实现液体运输或增压；
78.当转子泵用作负压泵时，转轴17与转子5固定连接，转轴17端部通过联轴器连接外置电机，电机通过转轴17带动转子5转动；将转子泵放入液体中或通过进水孔向泵中注入液体，启动电机，如图4所示，若转子5逆时针转动，则环形内腔体7处为扩张形状，发生摩擦空化现象导致内环形内腔体7内压力骤降形成低压区域或真空，低压区域或真空迫使液体从外腔体6通过具有缝隙26的阶梯孔16流入，外腔体6内的压力降低导致液体从第三通孔12流入，实现抽液体或制造真空。
79.上述转子泵的流量、扬程以及气泡密集度可通过以下方式进行调节：
80.1、调节电机转速，从而控制转子5的转速；电机转速增加时，则流量、扬程以及气泡密集度增加，反之，则减少；
81.2、通过间隙调节杆18调整转子5与定子4在轴向的相对位置，即，调整转子5与定子4之间的最小间隙；当转子5与定子4之间的径向间隙减小时，则流量、扬程以及气泡密集度增加，反之，则减少；
82.3、改变定子4内腔工作区(第一表面15或第二表面14)的数量，即，产生摩擦空化或摩擦迸流区域的个数；当工作区数量增多时，即，凸棱13、第一表面15以及第二表面14的数量增多，则流量、扬程以及气泡密集度增加，反之，则减少。
83.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。