一种磁力驱动自吸旋涡泵的制作方法

1.本实用新型涉及一种自吸旋涡泵，具体涉及一种磁力驱动自吸旋涡泵。


背景技术：

2.旋涡泵主要由叶轮、泵体、泵盖以及它们所组成的环形流道构成，旋涡泵叶轮不同于离心泵叶轮，它是一种外轮上带有径向叶片的圆盘。液体由吸入管进入流道，在叶片和泵体流道中反复做旋涡运动，经过旋转的叶轮获得能量，被输送到排出管，完成泵的工作过程。旋涡泵的比转数通常在6-50之间。它是一种小流量、高扬程的泵，适宜输送黏度不大于5
°
e、无固体颗粒、无杂质的液体或气液混合物。其流量范围在0.18-45m3/h，单级扬程可达250m左右。旋涡泵通常在石油、化工部门，特别是化学纤维、医药、化肥和小型锅炉给水等方面应用较多。
3.现有的自吸漩涡泵的轴封都是采用动密封机械密封或填料密封，这种方式会产生跑、冒、滴、漏等现象，因而现有的自吸旋涡泵无法或难以适用于易燃易爆、有害有毒及稀有贵重液体输送，有待改进。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种磁力驱动自吸旋涡泵，通过采用磁力驱动实现了将自吸旋涡泵的轴封由动密封转化为静密封，有效解决跑、冒、滴、漏等现象，使得磁力驱动自吸旋涡泵能够适用于易燃易爆、有害有毒及稀有贵重液体输送，拓宽适用范围。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
6.一种磁力驱动自吸旋涡泵，包括壳体，所述的壳体前端固定连接有泵盖，共同形成环形流道，所述的壳体后端固定连接有电机；
7.所述的壳体内部包括通过卡盘固定于壳体内的泵轴、键配合于泵轴前端且位于环形流道内的叶轮、固定于泵轴后端的内转子、键配合于电机上的外转子以及设置于内转子与外转子之间且固定于壳体上的隔离套；
8.所述的壳体上设有与环形流道相通的进液口和出液段，所述的出液段包括与环形流道相通的气液分离室、连通气液分离室与环形流道的回流口以及设置于气液分离室上的出液口；所述的叶轮下端设有由壳体与泵盖共同形成的储液区；
9.所述的电机驱动外转子转动，外转子产生的磁场力推拉内转子使内转子转动，进而带动泵轴和叶轮同步转动(磁力驱动)；由进液口吸入的空气与存于储液区的液体混合，气液混合物在叶轮的转动下输送至气液分离室，空气由出液口离开，液体经回流口返回环形流道，直至空气完全排尽后(自吸)，所述的磁力驱动自吸旋涡泵开始正常工作。
10.外转子和内转子采用磁性材料制备而成，这样外转子在电机驱动发生旋转后能够产生磁场进而带动内转子发生转动，能够实现静密封；同时，隔离套由非磁性材料制备而成，防止其在磁场作用下发生改变或移动。
11.优选地，所述的叶轮两侧各沿周向均匀设置有40-56片叶片。
12.进一步优选地，所述的叶轮两侧各沿周向均匀设置有48片叶片。
13.在叶轮旋转做功下(磁力驱动自吸旋涡泵工作时)，叶轮两边沿圆周方向对称分布的叶片会把能量传递给进入流道内的液体，通过三维流动的动量交换而进行能量传递过程，在整个泵的流道内重复传递能量数次至数十次，纵向漩涡在流道内每经过一次叶轮就得到一次能量，经过多次的叠加，纵向漩涡在泵出口处会将储存的能量转换为压能与动能，将液体泵入下一位置。
14.优选地，所述的壳体包括固定连接的泵体和支架；所述的泵盖固定连接于泵体前端，共同形成环形流道(供液体通过并在其中积蓄能量)和储液区(留存部分液体在储液区中，能够实现自吸)；所述的支架后端与电机固定连接；所述的进液口和出液段均设置于泵体上；所述的支架将隔离套抵于泵体后端，实现隔离套的固定。
15.优选地，所述的泵盖与泵体之间以及泵体与隔离套之间设有密封垫。密封垫的设置进一步提高密封性，放置内部液体或介质的泄露。
16.优选地，所述的泵轴外侧套设有一对轴承，所述的轴承通过定位销固定于卡盘上。轴承能够支撑泵轴，并在泵轴转动过程中降低摩擦系数，同时还可以保证泵轴的回转精度。
17.优选地，所述的轴承包括套设于泵轴外侧的轴承内圈和套设于轴承内圈外侧的轴承外圈，所述的轴承外圈通过定位销固定于卡盘上。轴承外圈和轴承内圈均由sic制得，其良好的耐磨，耐腐蚀，使其能够应用于轴承和旋转密封的应用中，此外，额外的硬度和电导率能够进一步提高密封效果和轴承性能。
18.优选地，所述的泵轴外侧还套设有前座盘、轴承推力环、轴套和后座盘，所述的轴套抵设于轴承之间；所述的轴承推力环设有一对，分别抵设于轴承外侧；所述的前座盘和后座盘分别抵设于轴承推力环的外侧。
19.优选地，所述的泵轴上，轴承内圈内侧还套设有若干个o型圈。o型圈能够进一步提高密封能力，同时利用o型圈弹性涨紧轴承内圈，以免sic轴承内圈与轴之间有间隙，使轴承损坏。
20.优选地，所述的壳体内还设有液体流道，所述的液体流道包括固定卡盘于壳体上的导流销、卡盘内流道、泵轴内流道以及隔离套内流道。液体由设置于高压区(磁力驱动自吸旋涡泵的出口处)的导流销流入壳体，随后经过卡盘内流道到达泵轴内流道(期间流经卡盘与轴承的相交处，以润滑轴承)，对泵轴内部进行冷却，随后由泵轴内流道流入隔离套内流道，对隔离套以及泵轴外部进行冷却，最后再经设置于低压区的卡盘内流道和导流销流出壳体。通过导流销的设置能够使液体能够完全根据设计规划的流道进行流动，有效减少泄露的可能。
21.优选地，所述的隔离套由碳纤维增强聚醚醚酮材料制得。碳纤维增强型peek(聚醚醚酮)，耐热性能好，连续使用可允许的温度达250℃，能制造成耐腐蚀、耐冲击、耐磨、耐压的薄壁容器。旋涡泵的特点就是小流量高扬程，驱动电机功率小，泵效率低，如果磁力旋涡泵终点隔离套采用金属制造，那么金属隔离套在产生的旋转磁场中会发生涡流热，由于旋涡泵是小流量输送，因此在隔离套内部介质循环量很小，循环介质不能把隔离套产生涡流热全部带走，泵内部温度逐渐升高，使得泵内部各零件由于热膨胀变形，进而导致泵不能正常工作，若增加隔离套内循环介质流量大，那么泵内部的水力损失大，泵的流量、扬程无法
达到设计参数；如果采用非金属碳纤维增强peek制成的隔离套，其在旋转磁场中不会产生涡流热，能够有效提高泵效率。此外，碳纤维增强peek隔离套只需经过模压成型，大幅节省机械加工时间并节约原材料。
22.本实用新型的工作原理为：
23.启动时，电机驱动外转子发生转动，外转子的转动形成磁场，磁场力穿过隔离套直接作用于内转子上，进而使得内转子在磁场力的作用下也发生转动，内转子的转动又会带动固定连接的泵轴和叶轮发生同步转动，实现无直接接触的动力传递。
24.同时，叶轮的转动会将管道内的空气吸入环形流道内并与存于储液区内的液体混合形成气液混合物，气液混合物跟随叶轮转动至气液分离室处时，由于体积的突然变化，空气会由气液分离室的出液口离开磁力驱动自吸旋涡泵，而液体则会由连通至环形流道的回流口流回环形流道内，重新与空气进行混合，在经过一段时间的排气后，进液口连接的管路内空气被完全排出，完成自吸，然后开始正常工作(抽送液体)。
25.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
26.1、通过外转子、内转子和隔离套的配合，实现了通过磁力驱动旋转，能够避免机械传递过程中使用的动密封而产生的泄露可能，并且将内转子的转动通过泵轴传送给叶轮，使叶轮发生同步转动，实现旋涡泵的泵送功能。将现有技术中的动密封替换为静密封，同时通过隔离套与密封垫的密封配合，能够使进入泵的液体不发生泄露，克服了跑、冒、滴、漏的问题，进而可以适用于易燃易爆、有害有毒及稀有贵重液体输送。
27.2、通过残留于储液区的液体以及连通气液分离室和环形流道的回流口使得旋涡泵能够完成自吸的功能；并且在靠近环形流道出口的高压区和低压区之间设置了一条液体流道，依次经过卡盘、泵轴、隔离套等部件，能够完成多个部件的冷却，且该冷却在电机驱动转动后会在压差的作用下自动发生，无需额外的外接部件或装置，可以减少设备的投入。
28.3、隔离套采用碳纤维增强peek材料制成，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、耐冲击性、耐磨性和耐压性，且在磁场中不会产生涡流热，使得泵的内部不会由于磁场对隔离套发生作用而产生大量热量，使得本实用新型的泵能够采用其自身的小流量循环(前述的液体流道)实现冷却。同时碳纤维增强peek材料通过模压成型即可制得，方便简单，能大幅提升生产效率，并且降低材料成本。
附图说明
29.图1为本实用新型的磁力驱动自吸旋涡泵的侧剖视结构示意图；
30.图2为本实用新型的磁力驱动自吸旋涡泵的正剖视(图1中a-a截面)结构示意图；
31.图中：1-泵盖；2-叶轮；3-泵体；4-导流销；5-前座盘；6-轴承推力环；7-轴承外圈；8-轴套；9-轴承内圈；10-后座盘；11-内转子；12-隔离套；13-外转子；14-支架；15-密封垫；16-o型圈；17-泵轴；18-圆螺母；19-电机；20-卡盘；21-进液口；22-气液分离室；23-回流口；24-出液口；25-储液区。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
33.实施例1
34.一种磁力驱动自吸旋涡泵，如图1和图2所示，包括壳体，壳体前端固定连接有泵盖1，共同形成环形流道，壳体后端固定连接有电机19；壳体内部包括通过卡盘20固定于壳体内的泵轴17、键配合于泵轴17前端且位于环形流道内的叶轮2、固定于泵轴17后端的内转子11、键配合于电机19上的外转子13以及设置于内转子11与外转子13之间且固定于壳体上的隔离套12；壳体上设有与环形流道相通的进液口21和出液段，出液段包括与环形流道相通的气液分离室22、连通气液分离室22与环形流道的回流口23以及设置于气液分离室22上的出液口24；叶轮2下端设有由壳体与泵盖1共同形成的储液区25；电机19驱动外转子13转动，外转子13产生的磁场力推拉内转子11使内转子11转动，进而带动泵轴17和叶轮2同步转动(磁力驱动)；由进液口21吸入的空气与存于储液区25的液体混合，气液混合物在叶轮2的转动下输送至气液分离室22，空气由出液口24离开，液体经回流口23返回环形流道，直至空气完全排尽后(自吸)，磁力驱动自吸旋涡泵开始正常工作。
35.更具体地，本实施例中：
36.由前至后(图1中为由左至右)依次为泵盖1、泵体3、支架14和电机19；泵盖1通过螺栓固定在泵体3的前端，两者之间形成能够设置叶轮2并可容液体流动的环形流道，以及能够自动储存液体的储液区25；在泵体3的后端通过螺栓与支架14前端固定连接；支架14后端则与电机19固定连接。设置在环形流道内的叶轮2，在其两侧沿周向均匀的各设置了48片叶片(与普通的旋涡泵的叶轮2相同，叶片仅设置于叶轮2的外缘部分)，其下部伸入至储液区25内，因而在叶轮2转动时能够将储存于其中的液体带起。叶轮2通过键配合固定在泵轴17上，能够实现与泵轴17的一同旋转。如图2所示，泵体3的上部的进液口21和气液分离室22分别连接至环形流道，为使进入的液体能够完整走完环形流道以获得大动能，因此在进液口21和气液分离室22之间设置了挡板，同时又要求挡板不会对叶轮2的旋转造成影响，因此在挡板与叶轮2之间仅留下一个小间隙，这样在叶轮2逆时针旋转(图示的结构)时，液体由进液口21流至环形流道后会顺着叶轮2的旋转方向前进，而不会直接由出液口24离开泵。在气液分离室22中也设置了一块挡板，使得在磁力驱动自吸旋涡泵在启动时，吸入的空气与储存于储液区25的液体所混合得到的气液混合物，会先顺着挡板向上并在接近出液口24时由于体积的突然增大，使空气继续前进由出液口24离开，而液体则会越过挡板发生回流，流至挡板右侧的液体会通过连通环形流道和气液分离室22的回流口23返回至环形流道中，再次与气体发生混合，直至与进液口21相连的管路内的气体排出干净(自吸)，之后进入正常工作阶段。在进液口21与出液口24的端部设置法兰盘，方便与其他管道的连接。在泵体3的下部设置了一对支撑脚，其能与电机19和支架14的固定点共同完成磁力驱动旋涡泵的支撑。
37.在泵轴17外侧套设了一对轴承，轴承固定在靠近泵轴17前后两端位置，其可以固定支撑泵轴17，并且能够在泵轴17转动过程中降低摩擦系数，减少摩擦造成的转速损失(动能损失)，同时还能够确保泵轴17的回转精度，进而避免发生叶轮2乱动的情况。轴承通过定位销固定在卡盘20上，而卡盘20又通过导流销4固定在泵体3上，进而实现泵轴17的固定。轴承又可以分为轴承外圈7和轴承内圈9，轴承内圈9直接套在泵轴17外侧，轴承外圈7则套在轴承内圈9的外侧。轴承外圈7和轴承内圈9均是采用sic材料制备，该种材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，此外，其具有的高硬度和电导率能够进一步提高密封效果和轴承性能。除轴承以外，在泵轴17的外侧还套设了前座盘5、轴承推力环6、轴套8和后座盘10。其中轴承推力环6设置了一对，分别抵在轴承外圈7的外侧(此处的外侧指：靠近前端的轴承外圈7的前
端、靠近后端的轴承外圈7的后端)，并套设于轴承内圈9外侧，轴承推力环6的设置就是用于承受轴向力；轴套8设置在轴承之间，前座盘5和后座盘10分别抵在轴承推力环6的外侧(此处的外侧指：靠近前端的轴承推力环6的前端、靠近后端的轴承推力环6的后端)，相互配合可以将套在泵轴17上的各部件固定住。具体而言，泵轴17前端为通过键配合的叶轮2，后端为通过键配合和圆螺母18固定的内转子11，在叶轮2与内转子11之间的泵轴17外侧依次套设前座盘5、轴承推力环6、轴承、轴套8、轴承、轴承推力环6和后座盘10，相互抵接易实现固定。在轴承内圈9内侧的泵轴17上还套设了o型圈16，以进一步提供密封能力。
38.与内转子11相对应的，在其外侧(后端)不接触的设置了外转子13，该外转子13与电机19通过键配合实现固定，在外转子13与内转子11之间还有一个隔离套12，该隔离套12整体呈现“几”字形，其两端被支架14抵在泵体3后端实现固定，中间部分挡在外转子13与内转子11之间，以完成内转子11侧的密闭空间。为进一步提高密闭性，在隔离套12与泵体3之间以及泵盖1与泵体3之间都设置了密封垫15，以完全阻断液体的泄露。外转子13和内转子11采用磁性材料制备而成，这样外转子13在电机19驱动发生旋转后能够产生磁场进而带动内转子11发生转动(无接触动力传递)，能够实现静密封；同时，隔离套12由非磁性材料制备而成，防止其在磁场作用下发生改变或移动，具体而言是采用碳纤维增强聚醚醚酮(peek)材料制得。由于旋涡泵的特点就是小流量、高扬程，因此其通常驱动电机19的功率较小，且泵效率较低，如果隔离套12为金属制品，那么其在外转子13旋转下形成的磁场中会产生涡流热，产生的热无法通过小流量的循环实现降温，则泵体3内部的温度则会不断升高，进而使得各部件在热的作用下发生膨胀变形，导致泵无法进行正常工作；在不改变材料的前提下，为克服内部高温的情况，则需要增大内循环的流量，那么其的水力性能则会大幅损失，进而导致整体的流量和扬程无法满足设计要求，无法实际使用；而非金属材料的碳纤维增强peek制成的隔离套12在形成的旋转磁场中不会产生涡流热，进而无需针对隔离套12进行冷却，且其自身性能较优，耐热性能好，连续使用可允许的温度达250℃，且通过简单的模压成型即可以制造成耐腐蚀、耐冲击、耐磨、耐压的薄壁件，具有高的生产效率和低的生产成本，适合用于本实施例的磁力驱动自吸旋涡泵中。
39.叶轮2在旋转做功时(即磁力驱动自吸旋涡泵工作时)，叶轮2上的叶片会把转动的能量传递给进入流道内的液体，通过三维流动的动量交换而进行能量传递过程，在整个泵的流道内会不断重复传递能量，液体的纵向漩涡在流道内每经过一次叶轮2就得到一次能量，经过多次的叠加，纵向漩涡会具有强大的内部能量，在泵出口处其会将储存的能量转换为压能与动能，将液体泵入下一位置。
40.在泵轴17旋转时会发热，因此在泵体3与支架14的内部还设计了一条液体流道。该条液体流道由环形流道的高压区(即靠近环形流道出口的位置)开始，经导流销4、卡盘20内流道、泵轴17内流道、隔离套12内流道后再有靠近低压区的卡盘20内流道和导流销4流入环形流道的低压区。具体的流道可以参见图1，液体会由环形流道的上端进入导流销4，经过卡盘20内部的流道先流至卡盘20与轴承的交界处，此时液体会对轴承进行润滑，以进一步降低动能的损耗，随后进入泵轴17内部并沿泵轴17内流道流动以实现对泵轴17内部的冷却，液体随后从泵轴17的后端流出泵轴17内流道，进入隔离套12内流道，为便于液体的分流以及隔离套12的强度保证，正对于泵轴17内流道出口处的隔离套12采用加厚、钝角顶的形式，进入隔离套12内流道的液体会由隔离套12与内转子11之间的间隙继续流动，对泵轴17的外
部和内转子11等部件进行降温冷却，最后会从卡盘20下部的卡盘20内流道流过对应于环形流道下端的导流销4返回至环形流道中，完成冷却循环。由于液体是通过导流销4进行倒流至内流道中，能够有效减少这部分液体的泄露可能，同时隔离套12的设置和密封垫15的设置，能够杜绝液体的泄露。此外，在叶轮2旋转后，会自动在环形流道内部形成高压和低压，因此无需借助外界力即可实现液体在液体流道内部的循环。
41.本实施例的磁力驱动自吸旋涡泵的工作方式为：在启动电机19后，外转子13在电机19的驱动下发生旋转，形成磁场，磁场力穿过隔离套12直接作用于内转子11上使内转子11发生转动，通过键配合的泵轴17，可以将旋转的动力传送至叶轮2，使叶轮2也发生同步转动。在叶轮2的转动下，与进液口21相连通的外部管道内的空气会被抽至泵体3内，与储存在储液区25内的液体(初次安装时，液体可通过进液口21加入至储液区25内，在使用过后会由于自身的结构，自动留存部分液体在储液区25内，无需每次都添加)相混合，形成气液混合物，随后气液混合物在叶轮2的作用下被送至气液分离室22，在体积突然增大的情况下，气液混合物得以分离，空气会继续向上由出液口24流出，而液体则会由回流口23返回至环形流道内与空气重新混合。经过一段时间后，空气会完全被排出，磁力驱动自吸旋涡泵会开始进行正常工作，此时的气液分离室22和回流口23中会充满液体。
42.本实用新型的工作原理为：
43.启动时，电机19驱动外转子13发生转动，外转子13的转动形成磁场，磁场力穿过隔离套12直接作用于内转子11上，进而使得内转子11在磁场力的作用下也发生转动，内转子11的转动又会带动固定连接的泵轴17和叶轮2发生同步转动，实现无直接接触的动力传递。
44.同时，叶轮2的转动会将管道内的空气吸入环形流道内并与存于储液区25内的液体混合形成气液混合物，气液混合物跟随叶轮2转动至气液分离室22处时，由于体积的突然变化，空气会由气液分离室22的出液口24离开磁力驱动自吸旋涡泵，而液体则会由连通至环形流道的回流口23流回环形流道内，重新与空气进行混合，在经过一段时间的排气后，进液口21连接的管路内空气被完全排出，完成自吸，然后开始正常工作(抽送液体)。
45.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。