CN204267306U - 一种高速多级离心式水泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高速离心式水泵，采用离心式叶轮的各类卧式或立式的单级或多级离心泵。高速离心式水泵的电机采用直流无刷永磁高速同步电机和泵配套的直流同步变频技术的泵控制器，使单级或多级离心泵按设定的程序在某一高的速度范围内变频工作。它与现有的离心泵相比，具有运行速度高，体积重量比同样扬程流量的离心泵至少要少一半以上，效率也比普通离心泵高很多。在体积、重量、效率、智能控制等方面得到了更进一步的优化，做到多功能机电一体化。

Description

一种高速多级离心式水泵

技术领域

本实用新型涉及一种离心式水泵，包括采用离心叶轮的各类单级或多级离心泵。

背景技术

城市建筑供水，大部份都采用多级离心泵供水。使用的电机大多是单相或三相异步电机。这种电机由于结构原理限制，转速固定，效率偏低，工艺落后急需改正提高。

泵的扬程和流量由叶轮外径和流道决定，提高转速，能使流量和扬程大幅提高，因此在机件许可的范围内要尽可能提高转速来实现泵性能的改善。把泵的转速提高一倍，同样的叶轮按理论计算扬程将提高四倍，流量提高一倍，普通三相异步电机加装变频器可以实现高速，但效率不高，控制不便，笨重。

发明内容

本实用新型所要解决的技术方案是针对现有技术现状而提供一种高速多级离心式水泵，使多级或单级的离心泵在体积、重量、效率、智能控制等方面得到进一步提升和优化。

本实用新型所采用的技术方案是：提供一种直流无刷高速永磁同步电机作动力的多级离心式水泵，该电机和直流变频技术的控制器配套使用，直流无刷永磁高速同步电机属于控制电机，它控制方便又高效，特别适用于压力流量等需要控制的离心泵上。

普通变频器只能控制异步电机，直流无刷高速同步电机的控制器和普通的变频器不一样，它是采用最新的直流变频控制技术。泵控制器由电源部分，输入采样反馈，微处理器，功率驱动输出等四单元。电源部分由桥式整流，电源滤波和保护电路等组成，输入采样反馈是输入控制信号到微处理器，电路检测工作状况也反馈给微处理器，采样反馈包含要使电机运转的程序，以及位置检测及运算，负载运行状况的比对计算，微处理器综合分析运算后，经功率驱动输出给泵电机。这和传统的离心泵及普通矢量变频器驱动异步电机的离心泵的工作原理完全不一样。

泵控制器一般和泵分开独立安装，也可以装在泵体上，如装在泵体上，散热器可以直接安装在泵外面，利用泵体内的水流来冷却，电子元件等控制器部件就随散热器装，形成一体式。

所述的永磁无刷同步电机定子绕组有分布式绕组和集中式绕组两种。分布式绕组的高速三相同步电机的定子结构与普通三相异步电机基本差不多，定子可按普通Y系列定子冲片选用，线包绝缘引线等处理都和普通三相异步电机一样。但电机的转子即不一样，这转子有磁钢，属磁体转子。老式三相或单相电机的转子是在齿栊条里压铸铝环的，铝环是闭合回路，在定子磁场里作切割磁力线而旋转运动，随着定子磁场旋转而旋转，始终慢于磁场的旋转。这压铸铝的转子往往损耗较大，一般占到总损耗的5—7％，而本产品使用的磁体转子只有少许的涡流损耗，基本上不损耗能量，而且永磁高速电机的线圈圈数比异步电机少，导线短，电阻值也小，因此总体损耗要比异步电机少很多。因此直流无刷高速同步电机的效率比普通单相的电机提高效率近20％，比三相的电机提高效率7—12％。

集中式绕组更是改变了传统的电机绕线方式，和分布式相比，这种结构更有优势，它的定子绕线更短，用铜线量更小，也就是说导线的电阻值更小，铜损功率＝I²﹡R,电阻R的值小了，损耗也就低了。

分式绕组和集中式绕组的线圈都接成Y形接法，电源经直流变频技术的泵控制器驱动，在定子线圈产生旋转的磁场，使转子的磁钢旋转，在旋转过程中又不断检测反电动势的大小和方向来确定转子位置，不断调整驱动线圈的脉冲电流的频率、电流方向及大小，使转子高速旋转，磁钢转子的旋转始终和线圈电枢的磁场一样旋转，转速一样，在外力少于旋转力时都保持一样的转速，因此叫同步电机。而且这种同步电机的速度是通过控制器设定的可控的。

永磁无刷高速电机的工作转速考虑工作方式是风冷，速度在5000-6000转/分比较合适，这样既能充分发挥高速的优势，又使轴承机械密封等运行状态稳定良好。一般50Hz的离心泵转速是2850转/分，而5000转/分是2850转/分的1.754倍，按流体力学原理，转速提高1.754倍后，扬程是2次方，是提高了3倍，流量是一次方，是提高了1.754倍，以前用3个叶轮的现在就用一个叶轮就够，而且流量还要大，高速同步电机的体积重量也比普通异步电机缩小了2/3，因此，用直流无刷同步电机的多级离心泵的体积和重量要比其他老式多级泵要缩小一半以上。

直流无刷永磁高速同步电机包括电机后端盖、电机前端盖、定子和转子，所述直流无刷永磁高速同步电机采用风扇散热冷却，所述电机后端盖外部设有外部风扇。所述外部风扇外部设有防雨风扇罩，和普通异步风冷的电机一样。

直流无刷永磁高速同步电机设置上下两组电机轴承，泵体设置上下两组泵支承，分别为泵上部支承和泵下部支承。电机轴承为高精度的深沟球轴承或角接触高速轴承。

这样无刷永磁高速同步电机配合变频器使用，在泵控制器的微处理器上编入泵所要求的各种工况的程序，泵就能按设定的控制程序进行工作。与现有采用变频而成高速的交流异步电机和直流高速电机的单级或多级离心泵相比，本实用新型提供的单级或多级的离心式水泵由于采用高速同步电机，具有了高效、体积小，重量轻、可智能化程序控制等优点，性能上有了大幅的提升。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型的实施例的***原理框图；

图3是本实用新型泵的结构示意图；

图4是本实用新型中直流无刷永磁高速同步电机的分布式绕组结构示意图；

图5是本实用新型中直流无刷永磁高速同步电机的集中式绕组结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本实用新型作进一步描述，参见图1—5：本实施例以多级的离心泵为例，如图1所示，多级离心泵的变频器包括有电源整流4、微处理器1以及功率驱动模块2等，其中电源整流4是将市电经整流滤波成直流，为变频器提供电源。微处理器1用于接收外界的输入信号(如面板按钮输入信号、流量信号、压力信号等)，并对各输入信号进行分析、比较和处理，以输出各种控制信号。功率驱动模块2受控于微处理器，用于驱动直流无刷永磁高速同步电机3工作。

如图2所示，泵体14与电机同轴，泵体14在电机下部；直流无刷永磁高速同步电机包括电机后端盖、电机前端盖、定子5和转子6，直流无刷永磁高速同步电机采用风扇散热，电机后端盖外部设有外部风扇7，外部风扇7的外部设有防雨风扇罩，直流无刷永磁高速同步电机设置上下两组电机轴承9，泵体14设置上下两组泵支承，分别为泵上部支承10和泵下部支承15，泵上部支承10和泵下部支承15之间为叶轮11、导叶12和中段13。电机轴承9为高精度的角接触高速轴承或深沟球轴承，泵支承为塑料导轴承。电机与泵同轴，泵轴为四支点轴。

如图3所示，直流无刷永磁高速同步电机分布式的定子5结构与普通三相异步电机基本一样，电机的转子6表面贴磁钢或转子内嵌磁钢7，中间位键槽8，用于与转轴套接。磁钢采用钕铁硼磁钢或永磁铁氧体。为了磁钢的制作和使用方便，磁极数常取4、6、8极，线包按正弦波分布，单链、交叉或叠式根据槽数或极数来决定，定子用的材料上用冷扎矽钢片，线圈按高速设计。本电机和泵控制器的输出端连接，在控制器输入三相交流电后，控制器输出的脉冲电流波驱动电机旋转，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也跟着定子磁场旋转，不同于异步电机那样的笼型绕组或铝环作切割磁力线而异步，不会像异步电机转子那样慢一点，转子是“同步”旋转。如在图1所示在变频器的微处理器上编入泵所要求的各种控制程序，泵就实现智能化工作。

电机3的工作状态等由微处理器1控制功率驱动模块2，驱动模块2推动电机3，同时将电机的相位、电压、电流、温度等信号反馈至微处理器进行处理，再控制功率模块工作。在变频器面板上有多组显示窗，用来显示压力、流量、转速以及当时工作状态下的电源电压和工作电流等。另外面板上还有工作指示灯和故障代码，方便维修。

电机的驱动软件形式无论是开环、闭环、自适应、模糊控制等等技术只是驱动形式的不同，都是离不开本产品的结构，都是本产品权利范围。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速多级离心式水泵，其特征在于：多级离心式水泵的电机采用直流无刷永磁高速同步电机，且该直流无刷永磁高速同步电机配套有变频控制器，使离心泵在变频控制器设定的程序下高速度范围内工作；其中所述变频控制器的泵控制器包括电源部分、输入采样反馈、微处理器和功率驱动输出四单元，电源部分包括桥式整流、电源滤波和保护电路。

2.根据权利要求1所述的一种高速多级离心式水泵，其特征在于：所述的直流无刷永磁高速同步电机有分布式绕组和集中式绕组两种形式，电机的转子是磁钢结构，磁钢有嵌在转子内的内置磁钢，和磁钢贴在转子表面的外置磁钢两种方式。

3.根据权利要求2所述的一种高速多级离心式水泵，其特征在于：所述的磁钢采用钕铁硼磁钢或其他永磁体。

4.根据权利要求1所述的一种高速多级离心式水泵，其特征在于：所述的多级离心式水泵的范围包含采用离心式叶轮的各种立式或卧式，单级或多级的离心泵。

5.根据权利要求1所述的一种高速多级离心式水泵，其特征在于：泵配套的控制器有频率、压力、流量、水位、时间等一种或多种控制模式。

6.根据权利要求1所述的一种高速多级离心式水泵，其特征在于：变频控制器安装在泵的外壳上、风罩里面、接线盒里面或单独外置。

7.根据权利要求1所述的一种高速多级离心式水泵，其特征在于：所述直流无刷永磁高速同步电机包括电机后端盖、电机前端盖、定子和转子，所述直流无刷永磁高速同步电机采用风扇散热，所述电机后端盖外部设有外部风扇，所述外部风扇外部设有防雨风扇罩。