CN102705246B - 一种叶轮悬浮的超小型泵 - Google Patents

Abstract

一种叶轮悬浮的超小型泵，涉及一种无机械轴、无渗漏、流体与泵的外界无接触的叶片式超小型泵。本发明的技术特点是超小型泵的电机定子镶嵌于泵壳之内，永磁体镶嵌于叶轮前盖板之内，它们相对布置，共同组成泵机组的电机结构。泵壳轴向内表面和叶轮前盖板轴向外表面之间存在轴向间隙，在泵正常运转时可形成约束叶轮轴向运动的液体动压支撑。叶轮前盖板径向外表面和泵壳径向内表面之间存在径向间隙，在泵正常运转时可形成约束叶轮径向运动的液体动压支撑。这样，可使得叶轮在正常运转时悬浮于泵腔内。本发明可以在泵壳内腔中有效地形成良好的流动条件，不仅能提高泵的水力效率、改善流动设计的可控性，而且可以进一步减小超小型泵的结构尺寸。

Description

一种叶轮悬浮的超小型泵

技术领域

本发明涉及一种叶片式小型泵，特别涉及一种适合于无外接机械轴、流体无渗漏、流体与泵的外界无接触的叶片式超小型泵，适用于体外血液循环装置、人工心脏、航空航天、精细化工和生物制药等领域的流体输送装置。

背景技术

目前使用的叶片式超小型泵按照叶轮的支承结构主要有：外接机械轴的形式，以及磁悬浮的形式。对有外接机械轴的叶片式超小型泵，由于采用机械密封或其它轴封装置，泵内的流体与泵的外部不能完全隔离，不能有效防止流体的渗漏或泵内流体与外界的接触；对使用磁悬浮的叶片式超小型泵，虽然可解决流体渗漏、泵内流体与外界接触的问题，但控制复杂，且容易在泵叶轮的后盖板侧形成滞流区。为此，ZL200710062857.6与ZL200910084273.8采用了双吸式的结构，可消除流道中的滞流区，并自动保证轴向力平衡。但由于采用了双吸式的结构，致使超小型泵轴向尺寸较大；泵有两个进口，在诸如体外血液循环装置等场合使用时不够便利；双吸转子与泵壳之间的间隙流道较长，将导致较大的摩擦损伤。当作为血液泵或人工心脏使用时，容易造成溶血等。因此，双吸式结构的超小型泵在许多领域的应用受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的是提出一种叶轮悬浮的超小型泵，该结构除了能有效满足叶片式超小型泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触的要求外，还需要改善转子与泵壳之间的间隙流道中的流动，提高泵的效率，简化泵组的结构、减轻泵组的质量。此外，还须改进结构方案，提高泵的启动性能，从整体上改善泵的运行稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种叶轮悬浮的超小型泵，包括泵壳、叶轮、压水室、泵吸入口以及泵出口，所述的叶轮设置在压水室内，泵壳、叶轮和压水室构成泵的流动通道；所述的叶轮包含叶轮前盖板和叶片；其特征在于：所述的超小型泵还包括镶嵌于叶轮前盖板内的永磁体和镶嵌于泵壳内的电机定子，永磁体与电机定子沿轴向相对布置，共同形成电机结构；泵壳轴向内表面和叶轮前盖板轴向外表面之间存在轴向间隙；叶轮前盖板径向外表面和泵壳径向内表面之间存在径向间隙。

本发明的技术特征还在于：所述的泵壳内设有中心圆柱和泵壳肋板，中心圆柱经由泵壳肋板与泵壳连接成一体；在叶轮的中心部位设有叶轮支撑圆柱和叶轮肋板，叶轮支撑圆柱经由叶轮肋板与叶轮前盖板连接成一体；中心圆柱和叶轮支撑圆柱沿轴向相对布置；所述的叶轮支撑圆柱位于叶轮靠近泵壳的一端；所述的中心圆柱位于靠近叶轮的一端。

本发明的另一技术特征在于：所述的叶轮支撑圆柱顶端为半圆形或者圆锥形。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及技术效果：①分别镶嵌于泵壳、叶轮前盖板的定子和永磁体组成驱动叶轮旋转的电机结构，有利于形成简洁而紧凑的泵组整体构造。相比于其他形式的超小型泵，本发明利用泵进口处的空间设置电机定子，有利于缩小泵结构的轴向尺寸，更加具有小巧、紧凑的优势。②在结构设计上，本发明在泵壳的内表面和叶轮前盖板的外表面之间设有轴向间隙，在叶轮前盖板的外表面和泵壳的内表面之间存在径向间隙。当泵正常运行时，上述间隙分别形成支撑叶轮的轴向液体动压轴承和径向液体动压轴承，起到限制叶轮在压水室内位置的作用。而且，由于这两个间隙流道比较短，一方面可以保证自泵进口至出口的全部流道内没有流动滞流区，另一方面也使得泵内流动更加通畅、可控性更好。当超小型泵作为血液泵使用时，可获得更好的生理相容性。叶轮前盖板与泵壳之间形成的液体动压轴承既可单独使用，也可以与电机定子及控制器和电机转子上的永磁体组成的磁性轴承联合使用，实现叶轮的悬浮支承。这种具有液体动压悬浮的轴承比一般的磁悬浮轴承的自调节性能更好，从而可使泵的运转更加安全、可靠。③在泵启动阶段，由于叶轮在磁场作用下贴近泵壳，使叶轮支撑圆柱与泵壳的中心圆柱接触，形成一对摩擦副以支撑叶轮。由于叶轮支撑圆柱与中心圆柱的接触面积很小，可以大大减少泵启动时的力矩，从而降低泵的启动转速；当泵正常运转时，叶轮前盖板的端面和侧面与泵壳内壁之间会形成液体膜（类似滚动轴承的“油膜”），使得叶轮支撑圆柱在动压作用下脱离泵壳的中心圆柱，避免泵零件的磨损，延长泵的使用寿命。④由于叶轮支撑圆柱顶端为半圆形或者圆锥形，使得叶轮在启动阶段与泵壳的接触面积进一步减小。

总体上，本发明设计的叶轮悬浮的超小型泵除了能有效满足叶片式超小型泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触，以及转子与泵壳之间的间隙流道中的流动顺畅等要求外，主要是简化了超小型泵的结构，既较大幅度地减小了超小型泵的外形尺寸，也有利于提高超小型泵的效率，并从整体上改善流动的通畅性和泵的运行稳定性。

附图说明

图1为本发明提供的一种叶轮悬浮的超小型泵的剖视图。

图2为图1的K局部视图。

图3为叶轮的主剖视图。

图4为图3的A向视图。

图中：1－泵壳；2－电机定子；3－出口管；4－压水室；5－叶片；6－永磁体；7－叶轮支撑圆柱；8－叶轮前盖板；9－叶轮肋板；10－叶轮；11－中心圆柱；12－吸入口；13－泵壳肋板；14－泵出口；15－泵壳轴向内表面；16－叶轮前盖板轴向外表面；17－叶轮前盖板径向外表面；18-泵壳径向内表面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构作进一步的说明。

图1为本发明提供的一种叶轮悬浮的超小型泵的剖视图。该超小型泵包括泵壳1、电机定子2、压水室4、永磁体6、叶轮10、吸入口12以及泵出口14。叶轮10设置在压水室4内，压水室4和出口管3通常为一体式结构；泵壳、叶轮和压水室构成泵的流动通道。叶轮10包含叶轮前盖板8和叶片5；永磁体6镶嵌于叶轮前盖板8内，电机定子2镶嵌于泵壳1内，永磁体与电机定子沿轴向相对布置，共同形成电机结构；泵壳轴向内表面15和叶轮前盖板轴向外表面16之间存在轴向间隙；叶轮前盖板径向外表面17和泵壳径向内表面18之间存在径向间隙。

在泵壳1内设有中心圆柱11和泵壳肋板13，中心圆柱经由泵壳肋板与泵壳连接成一体；在叶轮的中心部位设有叶轮支撑圆柱7和叶轮肋板9，叶轮支撑圆柱7经由叶轮肋板9与叶轮前盖板8连接成一体；中心圆11和叶轮支撑圆柱7沿轴向相对布置；所述的叶轮支撑圆柱7位于叶轮靠近泵壳1的一端；所述的中心圆柱11位于靠近叶轮10的一端。

如图2所示，泵壳轴向内表面15和叶轮前盖板轴向外表面16之间存在轴向间隙，在泵正常运转时可形成约束叶轮10轴向运动的液体动压轴承。叶轮前盖板径向外表面17和泵壳径向内表面18之间存在径向间隙，在泵正常运转时可形成约束叶轮10径向运动的液体动压轴承。叶轮支撑圆柱7靠近泵壳1的一端最好为半圆形或者圆锥形，且相对于叶轮前盖板的轴向外表面16的位置略微凸出，与中心圆柱11靠近叶轮的一端相对布置。

泵在结构上没有机械轴，可由叶轮10与泵壳1对应的内壁形成的液体动压轴承，或联合由电机定子2与永磁体6组成的磁轴承将叶轮10悬浮地支撑在泵壳1与压水室4形成的内腔中。由于液体动压轴承可根据叶轮在泵壳与压水室中的瞬时位置自动调整与泵壳内壁的距离，使得泵的运行更加安全、可靠。这样，从结构上保证了泵内流体与外部的隔离，实现无渗漏、无污染的高效、安全输送。

超小型泵的工作过程如下：流体从吸入口12进入超小型泵内，经由泵壳1的流动通道进入叶轮10。流体在叶轮内受到叶片的作用而加压后，从叶轮出口逐渐汇集到压水室4中，并经由出口管3在泵出口14排出。泵壳肋板13由至少2片、且相对于中心圆柱11的中心线呈轴对称布置的薄板组成，这样使得从泵壳进入叶轮的液体流动更加均匀。叶片5的枚数至少为3，且最好与泵壳肋板的片数互质。

由图1可知，叶轮10在轴向与径向的尺寸均小于泵壳与压水室形成流道的对应尺寸。当泵启动时，叶轮在永磁体6、电机定子形成的磁场作用下被吸附在靠近泵壳的一侧，叶轮支撑圆柱7的一端与中心圆柱11接触，形成一对摩擦副。当叶轮转速逐渐增大后，泵壳轴向内表面15和叶轮前盖板轴向外表面16之间的轴向间隙内将充满有压流体，起到“油膜”的作用，这样形成了轴向的液体动压轴承。在该轴向的液体动压轴承作用下，叶轮前盖板轴向外表面16将被推离泵壳，使得叶轮支撑圆柱7与中心圆柱11脱离接触。同时，叶轮前盖板径向外表面17和泵壳径向内表面18之间的径向间隙内也将形成类似的“油膜”，这样使得叶轮的径向位置自动调整而达到动态平衡。在运转中，使得叶轮10在泵壳1与压水室的内腔中处于悬浮状态。

Claims (2)

1.一种叶轮悬浮的超小型泵，包括泵壳(1)、叶轮(10)、压水室(4)、泵吸入口(12)以及泵出口(14)，所述的叶轮(10)设置在压水室(4)内，泵壳(1)、叶轮和压水室构成泵的流动通道；所述的叶轮(10)包含叶轮前盖板(8)和叶片(5)；其特征在于：所述的超小型泵还包括镶嵌于叶轮前盖板(8)内的永磁体(6)和镶嵌于泵壳(1)内的电机定子(2)，永磁体与电机定子沿轴向相对布置，共同形成电机结构；泵壳轴向内表面(15)和叶轮前盖板轴向外表面(16)之间存在轴向间隙；叶轮前盖板径向外表面(17)和泵壳径向内表面(18)之间存在径向间隙；所述的泵壳(1)内设有中心圆柱(11)和泵壳肋板(13)，中心圆柱(11)经由泵壳肋板(13)与泵壳(1)连接成一体；在叶轮的中心部位设有叶轮支撑圆柱(7)和叶轮肋板(9)，叶轮支撑圆柱(7)经由叶轮肋板(9)与叶轮前盖板(8)连接成一体；中心圆柱(11)和叶轮支撑圆柱(7)沿轴向相对布置；所述的叶轮支撑圆柱(7)位于叶轮靠近泵壳(1)的一端；所述的中心圆柱(11)位于靠近叶轮(10)的一端。

2.按照权利要求1所述的叶轮悬浮的超小型泵，其特征在于：所述的叶轮支撑圆柱(7)顶端为半圆形或者圆锥形。