CN106837816B - 一种外转子潜水贯流泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外转子潜水贯流泵，包括导叶体、叶轮外壳、外转子、充水式潜水电机定子与吸水室，所述外转子为一体式结构，包括充水式潜水电机转子、轮毂体、叶轮；所述叶轮焊接固定在充水式潜水电机转子上，所述充水式潜水电机转子与轮毂体刚性联接为一体；所述充水式潜水电机定子内置于外转子内腔。本发明整体结构具有轴向距离短、结构紧凑、重量轻、安全可靠等特点的同时，创新性地将充水式潜水电机定子内置于电机转子内腔，同时减免了叶轮内置式潜水电泵一体式转子在水中旋转从而产生较大摩擦损耗，大大提高了水泵效率。

Description

一种外转子潜水贯流泵
技术领域
本发明属于潜水电泵技术领域，具体涉及一种外转子潜水贯流泵。
背景技术
潜水贯流泵有两种结构型式，一种是传统的干式潜水电机配用的潜水贯流泵，一种是叶轮内置式潜水贯流泵。
传统的干式潜水电机配用的潜水贯流泵中干式潜水电机与泵体是相对独立的，最显著特点是潜水电泵的结构为干式潜水电机与潜水泵同轴连接，干式潜水电机置于潜水电泵的出水流道内，泵的叶轮在机组的进水边。泵的叶轮抽送水流，经过电机的外壁流到出水流道中。配用干式潜水电机为全密封结构，内腔为干燥空气。这种结构型式的潜水电泵存在如下不足之处：首先，潜水电机长期浸没在水中，电机的密封很难保证，特别是在浸没深度较深的水中时，电机的电气绝缘不能得到可靠保证，干式潜水电机存在安全隐患；其次，泵的叶轮为悬臂梁结构，即只在叶轮的一侧有一个轴承支点。这种结构要求加工精度高，同时抗振动性能差。叶轮易形成各边间隙不均匀，造成转动的叶轮与固定的叶轮外壳相擦事故。另外，干式潜水电机置于出水流道内，会影响泵送水流的出水流态，直接影响潜水电泵的效率。原潜水电泵结构复杂，轴向长度较长，不易维修、拆检。
叶轮内置式潜水贯流泵最显著特点是将潜水电泵的叶轮组件固定于充水式潜水电机转子内腔，与充水式潜水电机转子焊接成为一体式转子，一体式转子位于充水式潜水电机定子内部，充水式潜水电机定子固定设置于定子外壳内，定子外壳的轴向两端分别连接吸水室和出水室，这样即形成一台结构简单、紧凑的叶轮内置式潜水贯流泵。
该结构型式的叶轮内置式潜水电泵存在不足之处：因其一体式转子(叶轮组件与充水式潜水电机转子)均在水中旋转，叶轮组件在水中旋转产生的摩擦损耗与普通水泵正常的损耗相当，而充水式潜水电机转子在水中旋转产生的摩擦损耗则是增加的损耗。这项摩擦损失有两部分组成：一是充水式潜水电机转子圆柱面的摩擦损失，它与转子半径的4次方及转子的长度成正比；二是转子端面的摩擦损失，它与转子半径的5次方成正比。而圆柱面的摩擦损失约是端面摩擦损失的2倍，转子的圆柱面的摩擦损失功率可以按圆盘摩擦损失的公式来。
圆柱表面的水力摩擦损失功率可按下式计算：
式中Py----圆柱表面水力摩擦损失功率，kW；
Kf----摩擦因子系数；
Km----摩擦阻力系数，与摩擦介质的密度、黏度和压力有关；
----旋转角速度，rad/s；
R----转子半径，m；
L----转子轴向长度，m。
转子端面水力摩擦功率损失由下式计算：
式中Pc----端面水力摩擦损失功率，kW；
Kf----摩擦因子系数；
Cf----摩擦系数，与摩擦介质的密度、黏度和端面的相关尺寸有关。
从以上公式可以看出，此部分摩擦损耗比较大，大大降低了水泵效率，从节能降耗的角度来讲，该类型水泵不符合国家节能政策的要求。
发明内容
为了解决传统潜水贯流泵安全可靠性及叶轮内置式潜水贯流泵一体式转子在水中旋转产生较大摩擦损耗的问题，本发明通过创新设计，将充水式潜水电机定子设置于电机转子内腔，而将充水式潜水电机的转子设计为固定叶片的轮毂部分，使得水泵转轮与普通贯流泵转轮结构一致，避免叶轮内置式潜水贯流泵一体式转子在水中旋转从而产生较大摩擦损耗的缺陷，创新性提供一种结构简单、可靠的充水式潜水电机外转子潜水贯流泵。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种外转子潜水贯流泵，包括导叶体、叶轮外壳、外转子、充水式潜水电机定子与吸水室，所述外转子为一体式结构，包括充水式潜水电机转子、轮毂体、叶轮；所述叶轮焊接固定在充水式潜水电机转子上，所述充水式潜水电机转子与轮毂体刚性联接为一体；所述充水式潜水电机定子内置于外转子内腔。
所述充水式潜水电机定子与外转子之间形成气隙，该间隙为1毫米-3毫米微小的环形空间，两者不相接触。
所述充水式潜水电机定子固定套设在支架的外部直径上，所述支架与吸水室刚性相互联接；所述吸水室由导流筋、联接法兰、径向轴承室和接线腔组成；所述吸水室的出水侧设置有大小两圈法兰，其外部直径大法兰与叶轮外壳用螺栓连接，直径小法兰与支架固定连接。
所述支架采用涨胎的设计，即支架由矩形铁板卷制而成，其矩形的长边等于充水式潜水电机定子的内部最小圆的周长，但比所卷制而成的圈的周长小10-20毫米。
所述吸水室的内部外侧法兰上同轴装配有进水导流帽，所述吸水室内部加工出来的轴承室内设置有径向轴承，所述径向轴承的两侧分别设置有径向轴承盖、第二机械密封座。
所述充水式潜水电机定子绕组出线通过吸水室上联接法兰的扇形孔引出至吸水室上接线腔，最后引出至泵壳外；上述电机定子的绕组线圈为耐水绕组线圈，材料为高强度辐照交联聚乙烯。
所述吸水室、外转子、导叶体的径向中间部位贯穿设置有转轴；所述叶轮外壳通过止口刚性定位于吸水室上；所述叶轮外壳的最小内部直径与外转子最大外部直径之间形成一定环形间隙，其值约为叶轮外圆的1/1000mm；
所述外转子采用外转子锁紧螺母紧固到转轴上，并通过键传动扭矩。
所述导叶体由导叶片、轮毂、推力轴承室组成，所述导叶体通过止口刚性定位于叶轮外壳的另一侧法兰上。
所述导叶体径向中部设置有推力轴承，推力轴承一端采用推力轴承盖密封，另一端采用机械密封进行密封，机械密封安装于第一机械密封座上。
本发明的有益效果：
1、本发明将潜水贯流泵叶轮焊接固定在充水式潜水电机转子上，将充水式潜水电机的定子内置于转子内腔，形成一体式外转子，减小了转子外径，避免了原叶轮内置式潜水贯流泵一体式转子在水中旋转从而产生较大摩擦损耗的缺陷，提高了水泵效率。
2、整体结构具有轴向距离短(与普通潜水电泵相比轴向长度减少约1/3以上)、结构更加紧凑、重量轻、安全可靠等特点。
3、配用潜水电机的定转子外径大大减小，节省了金属消耗量，节约了原材料成本。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明外转子的结构示意图；
图3为图1中吸水室A-A向剖视图；
图4为图1中B-B向剖视图；
图中序号：导叶体1、推力轴承2、第一机械密封座3、叶轮外壳4、外转子5、充水式潜水电机定子6、吸水室7、径向轴承8、径向轴承盖9、进水导流帽10、第二机械密封座11、外转子锁紧螺母12、键13、出水导流帽14、推力轴承盖15、转轴16、充水式潜水电机转子501、轮毂体502、叶轮503、导流筋701、联接法兰702、径向轴承室703、接线腔704、扇形孔705。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种外转子潜水贯流泵，其包括导叶体1、推力轴承2、第一机械密封座3、叶轮外壳4、外转子5、充水式潜水电机定子6、吸水室7、径向轴承8、径向轴承盖9、进水导流帽10、第二机械密封座11、外转子锁紧螺母12、键13、出水导流帽14、推力轴承盖15和转轴16；
该潜水贯流泵结构从进水端开始，依次有吸水室7，吸水室7由导流筋701、联接法兰702、径向轴承室703和接线腔704等组成，参见图1、图3-4；进水导流帽10装配在吸水室7的外侧，径向轴承8设置在吸水室7内部加工出来的轴承室，即径向轴承室703内，径向轴承8的两侧分别设置有径向轴承盖9与第二机械密封座11，以保证轴承室的密封。
吸水室7的出水侧设置有大小两圈法兰，该出水侧与两个零部件相连接，其中，外部直径大法兰与叶轮外壳4用螺栓连接，直径小法兰与支架601固定连接，充水式潜水电机定子6固定套设在支架601的外部直径上，支架601采用涨胎的设计，即支架601由矩形铁板卷制而成，其矩形的长边等于充水式潜水电机定子6的内部最小圆的周长，但比所卷制而成的圈的圆周长小10-20毫米。先用专用工装将支架601的直径调整到充水式潜水电机定子6的最小内部直径，并装入充水式潜水电机定子6的内部，因为此直径比其所卷制而成的圈的直径小10-20毫米，支架601将产生一定的涨紧力，从而将充水式潜水电机定子6牢靠固定。
支架601通过紧固件和吸水室7的联接法兰702刚性相互联接，充水式潜水电机定子6绕组出线通过设置在联接法兰702上的扇形孔705引出至吸水室7的接线腔704，最后引出至泵壳外。
在充水式潜水电机定子6的直径外部设置有外转子5，充水式潜水电机定子6与外转子5之间形成气隙，即间隙为1毫米-3毫米微小的环形空间，两者不相接触。参见图2，外转子5为一体式结构，包括充水式潜水电机转子501、轮毂体502、叶轮503；外转子5是将贯流泵叶轮503焊接于充水式潜水电机转子501的外圆，再将充水式潜水电机转子501与轮毂体502通过键与焊接工艺刚性联接为一体的，外转子5整体采用外转子锁紧螺母12紧固到转轴16上，通过键13传动扭矩。
转轴16贯穿设置在吸水室7、外转子5、导叶体1的径向中间部位，为叶轮提供平顺的进水条件以及安装固定径向轴承。叶轮外壳4通过止口刚性定位于吸水室7上，两者安装好以后，叶轮外壳4的最小内部直径与外转子5最大外部直径之间形成一定环形间隙，其值约为叶轮外圆的1/1000mm。
导叶体1由导叶片101、轮毂102、推力轴承室103组成，其作用是将叶轮旋转产生的水流平滑、高效地导入多片导叶片101组成的曲面空间内，将部分速度能转化为压能，提高水泵效率，同时导叶体1径向内腔设置推力轴承室103，用于安装固定推力轴承2，导叶体1是通过止口刚性定位于叶轮外壳4的另一侧法兰上。推力轴承2一端采用推力轴承盖15密封，另一端采用机械密封进行密封，机械密封安装于第一机械密封座3上，第一机械密封座3通过止口刚性安装于推力轴承室103上。出水导流帽14装配在导叶体1的外侧。
本发明工作时，先将置于电机外转子5内腔的充水式潜水电机定子6通电，产生磁场，由设置在两端的轴承带动设置在其外部的外转子5转动，因外转子5为一体式结构，即充水式潜水电机转子501是与轮毂体502刚性联接为一体(通过键槽)，同时，将叶轮503焊接固定在充水式潜水电机转子501上，形成一体式外转子5，将充水式潜水电机定子6内置于转子内腔，这样通过减小了充水式潜水电机定转子外径，避免了原有叶轮内置式潜水电泵一体式转子外径过大，在水中旋转，从而产生较大摩擦损耗的缺陷，大大提高了水泵效率。
本发明整体结构具有轴向距离短、结构紧凑、重量轻、安全可靠等特点的同时，创新性地将充水式潜水电机定子内置于电机转子内腔，同时减免了叶轮内置式潜水电泵一体式转子在水中旋转从而产生较大摩擦损耗，大大提高了水泵效率。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种外转子潜水贯流泵，包括导叶体(1)、叶轮外壳(4)、外转子(5)、充水式潜水电机定子(6)与吸水室(7)，其特征在于，所述外转子(5)为一体式结构，包括充水式潜水电机转子(501)、轮毂体(502)、叶轮(503)；所述叶轮(503)焊接固定在充水式潜水电机转子(501)上，所述充水式潜水电机转子(501)与轮毂体(502)刚性联接为一体；所述充水式潜水电机定子(6)内置于外转子(5)内腔；
所述充水式潜水电机定子(6)固定套设在支架(601)的外部直径上，所述支架(601)与吸水室(7)刚性相互联接；所述吸水室(7)由导流筋(701)、联接法兰(702)、径向轴承室(703)和接线腔(704)组成；所述吸水室(7)的出水侧设置有大小两圈法兰，其外部直径大法兰与叶轮外壳(4)用螺栓连接，直径小法兰与支架(601)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述充水式潜水电机定子(6)与外转子(5)之间形成气隙，该气隙为1毫米-3毫米微小的环形空间，两者不相接触。
3.根据权利要求1所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述支架(601)采用涨胎的设计，即支架(601)由矩形铁板卷制而成，其矩形的长边等于充水式潜水电机定子(6)的内部最小圆的周长，但比所卷制而成的圈的周长小10-20毫米。
4.根据权利要求1所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述吸水室(7)的内部外侧法兰上同轴装配有进水导流帽(10)，所述吸水室(7)内部加工出来的轴承室内设置有径向轴承(8)，所述径向轴承(8)的两侧分别设置有径向轴承盖(9)、第二机械密封座(11)。
5.根据权利要求1所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述充水式潜水电机定子(6)绕组出线通过吸水室(7)上联接法兰(702)的扇形孔(705)引出至吸水室(7)上接线腔(704)，最后引出至泵壳外；上述电机定子的绕组线圈为耐水绕组线圈，材料为高强度辐照交联聚乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述吸水室(7)、外转子(5)、导叶体(1)的径向中间部位贯穿设置有转轴(16)；所述叶轮外壳(4)通过止口刚性定位于吸水室(7)上；所述叶轮外壳(4)的最小内部直径与外转子(5)最大外部直径之间形成一定环形间隙，其值为叶轮外圆的1/1000。
7.根据权利要求6所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述外转子(5)采用外转子锁紧螺母(12)紧固到转轴(16)上，并通过键(13)传动扭矩。
8.根据权利要求1所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述导叶体(1)由导叶片(101)、轮毂(102)、推力轴承室(103)组成，所述导叶体(1)通过止口刚性定位于叶轮外壳(4)的另一侧法兰上。
9.根据权利要求8所述的一种外转子潜水贯流泵，其特征在于，所述导叶体(1)径向中部设置有推力轴承(2)，推力轴承(2)一端采用推力轴承盖(15)密封，另一端采用机械密封进行密封，机械密封安装于第一机械密封座(3)上。
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