RU2220326C2 - Glandless electric pump with dc thyratron motor - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; glandless pumps. SUBSTANCE: electric motor, except for electronic switch, is placed inside pump housing and is washed by handled liquid. Stator is made in form of disk with armature winding encapsulated with compound. Disk of stator is clamped through sealing gaskets between two parts of pump housing. Rotor consists of two disk-like parts arranged at both sides from stator disks and installed on combined ball bearing support. Combined support is formed by disks of rotor and stator on end face surfaces of which pointed to each other races are made for balls. Balls, together with stator disk, create reaction of support equalizing axial force of attraction of rotor disks provided by permanent magnets installed on said disks. To increase service life of support, bearing races can be provided with solid layer coating made, for instance, of aluminum dioxide, and balls are made of ceramics. Each rotor disk can be provided with registering bosses and cavities providing coupling of disks and transmission of torque. EFFECT: simplified process of pump manufacturing, simplified design, increased service life and reduced noise in operation. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в конструкциях герметичных насосов, не содержащих сальниковых уплотнений и применяемых для перекачки различных жидкостей (теплоносителя, жидкого горючего, кровяной плазмы и т.п.) в технологических процессах разных отраслей промышленности, например в циркуляционных системах отопления. The invention relates to electrical engineering and can be used in the construction of hermetic pumps that do not contain stuffing box seals and are used for pumping various liquids (coolant, liquid fuel, blood plasma, etc.) in technological processes of various industries, for example, in circulating heating systems.

Известен электронасос, содержащий герметичный корпус, в полость которого полностью помещен электромеханический преобразователь энергии вентильного электродвигателя постоянного тока, т. е. он смывается перекачиваемой жидкостью (патент России 2066793, бюл. 26 от 20.09.1996 г.). Корпус насоса имеет форму улитки, как в вентиляторах. Ротор насоса установлен на катушечной опоре скольжения. Эта опора имеет большие осевой и радиальный зазоры, а из-за недостаточной несущей способности в ней периодически возникает сухое трение. В результате понижается ресурс работы, возникают шумы и вибрации, а при резких изменениях температуры перекачиваемой жидкости происходит "заклинивание". A known electric pump containing a sealed housing, in the cavity of which is fully placed the electromechanical energy converter of a DC valve electric motor, that is, it is washed off by the pumped liquid (Russian patent 2066793, bull. 26 from 09/20/1996). The pump casing has the shape of a snail, as in fans. The pump rotor is mounted on a slide reel support. This support has large axial and radial clearances, and due to insufficient bearing capacity, dry friction periodically occurs in it. As a result, the service life is reduced, noises and vibrations occur, and with sharp changes in the temperature of the pumped liquid, “jamming” occurs.

Наиболее близким к данному изобретению является изобретение по патенту России 2129669, бюл. 12 от 27.04.99 г. Сущность его состоит в том, что корпус насоса выполнен в виде двух частей конусообразной формы, между которыми через герметизирующие прокладки зажат диск статора двигателя с залитой компаундом обмоткой якоря, в центральном отверстии диска статора установлена катушечная опора скольжения, несущая ротор, выполненный из двух жестко скрепленных частей по обе стороны от диска статора. На одном из дисков ротора закреплено рабочее колесо центробежного насоса. На периферии диска статора имеются прорези для протока перекачиваемой жидкости от входной полости корпуса с выходной. Closest to this invention is the invention according to the patent of Russia 2129669, bull. 12 dated April 27, 1999. Its essence lies in the fact that the pump casing is made in the form of two cone-shaped parts, between which the motor stator disk with the armature winding filled with the compound is clamped through the sealing gaskets, a coil support bearing is installed in the central hole of the stator disk a rotor made of two rigidly fastened parts on both sides of the stator disk. An impeller of a centrifugal pump is fixed on one of the rotor disks. On the periphery of the stator disk there are slots for the flow of the pumped fluid from the inlet cavity of the housing with the outlet.

Такое выполнение насоса упрощает его конструкцию и процесс изготовления. This embodiment of the pump simplifies its design and manufacturing process.

Другие отличительные признаки этого прототипа касаются схемы соединения обмотки якоря и схемы электронного коммутатора и уменьшают необходимую мощность источника питания. Other distinguishing features of this prototype relate to the connection diagram of the armature winding and the electronic switch circuit and reduce the required power of the power source.

Недостатком прототипа является то, что катушечная опора испытывает повышенную осевую нагрузку из-за реакции перекачиваемой жидкости: жидкость перемещается вдоль оси катушечной опоры в одном направлении, а сила осевой нагрузки (по 3-му закону Ньютона) направлена встречно. В результате в осевой опоре постоянно имеет место сухое трение, что приводит к ее быстрому износу, увеличению рабочего осевого зазора, появлению вибраций и шумов. The disadvantage of the prototype is that the coil support experiences an increased axial load due to the reaction of the pumped fluid: the fluid moves along the axis of the coil support in one direction, and the axial load force (according to Newton’s 3rd law) is counter-directed. As a result, dry friction constantly occurs in the axial support, which leads to its rapid wear, increase in the working axial clearance, and the appearance of vibrations and noise.

Кроме того, при работе двигателя им создается знакопеременная осевая сила, заставляющая ротор совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения. Это приводит к тому, что в осевой катушечной опоре рабочий зазор меняется от номинального значения до нуля. Осевая опора испытывает удары, что усиливает отмеченные выше недостатки. In addition, when the engine is running, it creates an alternating axial force, forcing the rotor to reciprocate along the axis of rotation. This leads to the fact that in the axial coil support, the working gap changes from the nominal value to zero. The axial support experiences impacts, which reinforces the drawbacks noted above.

За счет данного изобретения устраняются отмеченные недостатки, присущие известным техническим решениям, а именно: ограничиваются осевые перемещения ротора, снижается износ опоры, уменьшается уровень вибраций и шумов. Кроме того, упрощается конструкция и технологический процесс изготовления и сборки насоса. Due to this invention, the noted disadvantages inherent in known technical solutions are eliminated, namely: axial displacement of the rotor is limited, bearing wear is reduced, and the level of vibration and noise is reduced. In addition, simplifies the design and process of manufacturing and assembling the pump.

Технический результат достигается тем, что в бессальниковом электронасосе с вентильным двигателем постоянного тока, содержащем герметичный корпус, внутри которого размещены статор и ротор электродвигателя и рабочее колесо насоса, датчик положения ротора и установленный снаружи на корпусе электронасоса электронный коммутатор, при этом статор выполнен в виде диска с залитой компаундом обмоткой якоря, зажатого через герметизирующие прокладки между двумя частями корпуса насоса, а ротор выполнен из двух частей в виде дисков, расположенных по обе стороны от диска статора, на одном из дисков ротора закреплено рабочее колесо насоса, на обращенных друг к другу торцевых поверхностях дисков ротора и статора выполнены кольцевые канавки одинакового профиля и диаметра, в которые вложены шарики так, что образована совмещенная шарикоподшипниковая опора, воспринимающая и уравновешивающая осевую силу взаимного притяжения дисков ротора, обусловленную наличием в них постоянных магнитов, а также обеспечивающая возможность вращения дисков ротора вокруг своей оси. The technical result is achieved by the fact that in a glandless electric pump with a direct current DC motor containing a sealed housing, inside of which there is a stator and a rotor of an electric motor and an impeller of a pump, a rotor position sensor and an electronic switch mounted externally on the electric pump housing, while the stator is made in the form of a disk with compound winding of the armature clamped through the sealing gaskets between the two parts of the pump housing, and the rotor is made of two parts in the form of discs, located x on both sides of the stator disk, a pump impeller is fixed on one of the rotor disks, ring grooves of the same profile and diameter are made on the end surfaces of the rotor and stator disks facing each other, in which the balls are embedded so that a combined ball-bearing support is formed, perceiving and balancing the axial force of mutual attraction of the rotor disks, due to the presence of permanent magnets in them, and also providing the possibility of rotation of the rotor disks around its axis.

Диски ротора механически не связаны, но вращающий момент от одного к другому передается посредством магнитного поля магнитов, как в магнитной муфте вращения. Кроме того, магниты создают силу осевого притяжения дисков ротора друг к другу и обеспечивают осевой натяг в совмещенной шарикоподшипниковой опоре, элементом которой являются диски ротора и статора электродвигателя. The rotor disks are not mechanically connected, but the torque from one to the other is transmitted through the magnetic field of the magnets, as in a magnetic rotation coupling. In addition, magnets create the force of axial attraction of the rotor disks to each other and provide axial interference in the combined ball-bearing support, the element of which is the rotor disks and the motor stator.

Дополнительно канавки на дисках ротора и статора (беговые дорожки) могут быть снабжены твердослойным покрытием, а шарики выполняются из керамики. Например, диски ротора и статора выполнены из алюминиевого сплава, а поверхности канавок после окисления имеют твердый слой из двуокиси алюминия. Такое исполнение позволяет существенно увеличить ресурс опоры. Additionally, the grooves on the rotor and stator disks (treadmills) can be provided with a hard-layer coating, and the balls are made of ceramic. For example, the rotor and stator disks are made of aluminum alloy, and the surface of the grooves after oxidation have a solid layer of aluminum dioxide. This design allows you to significantly increase the resource support.

На каждом из дисков ротора могут быть выполнены взаимно совмещающиеся выступы и полости, обеспечивающие зацепление дисков при вращении и передачу вращающего момента от одного диска ротора к другому в дополнение к силам магнитного притяжения. Mutually overlapping protrusions and cavities can be made on each of the rotor disks, providing for the engagement of the disks during rotation and the transmission of torque from one rotor disk to another in addition to magnetic forces of attraction.

Также с целью увеличения силы осевого прижатия дисков ротора друг к другу, в дисках ротора и статора выполнены центральные отверстия, через которые пропущен стягивающий болт. Also, in order to increase the axial pressing force of the rotor disks against each other, central holes are made in the rotor and stator disks through which a tightening bolt is passed.

Для обеспечения изменения силы осевого натяга при динамических осевых нагрузках опоры стягивающий болт заменяют шпилькой, на одном либо двух концах которой закреплены пружинные стопорные шайбы. To ensure a change in the axial interference force under dynamic axial loads of the support, the tightening bolt is replaced with a stud, on one or two ends of which spring lock washers are fixed.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема электронасоса в соответствии с изобретением, на фиг.2 и 3 - варианты выполнения беговых дорожек на дисках ротора и статора, на фиг.4 - вариант конструкции со стягивающим болтом, на фиг. 5 - вариант конструкции с пружинными шайбами на стяжке, на фиг.6 - вариант конструкции с зацеплением дисков 5 и 6 ротора, обеспечивающим передачу вращающего момента. In FIG. 1 shows a structural diagram of an electric pump in accordance with the invention, in FIGS. 2 and 3 are embodiments of treadmills on the rotor and stator disks, in FIG. 4 is an embodiment with a tightening bolt, in FIG. 5 is a design variant with spring washers on a coupler; FIG. 6 is a design variant with engagement of rotor disks 5 and 6, providing torque transmission.

Электродвигатель 1 содержит ротор, состоящий из двух дисков 5 и 6, и статор 7. The electric motor 1 contains a rotor consisting of two disks 5 and 6, and a stator 7.

Диски 5 и 6 ротора механически не имеют жесткой связи между собой, а диск статора 7 размещен в зазоре между дисками 5 и 6 ротора и зажат частями 3 и 4 корпуса через герметизирующие прокладки 8 и 9. The rotor disks 5 and 6 are mechanically not rigidly connected to each other, and the stator disk 7 is located in the gap between the rotor disks 5 and 6 and is clamped by parts 3 and 4 of the housing through the sealing gaskets 8 and 9.

В диски 5 и 6 ротора встроены постоянные магниты 10...13 и 14...17, чередующейся полярности и магнитопроводные кольца 18 и 19. Permanent magnets 10 ... 13 and 14 ... 17 of alternating polarity and magnetic rings 18 and 19 are built into the disks 5 and 6 of the rotor.

В диск статора 7 встроены катушки 20...23 обмотки якоря электродвигателя 1 и магниточувствительная микросхема 24, выполняющая функции датчика положения ротора. Coils 20 ... 23 of the motor armature winding 1 and a magnetically sensitive microcircuit 24, acting as a rotor position sensor, are built into the disk of the stator 7.

На периферии диска статора 7 выполнены прорези 25, 26 в виде сегментов, через которые проходит поток перекачиваемой электронасосом жидкости. On the periphery of the disk of the stator 7, slots 25, 26 are made in the form of segments through which the flow of the fluid pumped by the electric pump passes.

На обращенных друг к другу торцевых поверхностях диска статора 7 и дисков ротора 5 и 6 выполнены кольцевые канавки 27, 28 и 29, 30 одинакового профиля и диаметра, образующие беговые дорожки для вложенных в них шариков 31...41 и 42...52. On the end surfaces of the stator disk 7 and the rotor disks 5 and 6 facing each other, annular grooves 27, 28 and 29, 30 of the same profile and diameter are made, forming treadmills for the balls 31 ... 41 and 42 ... 52 embedded in them .

Диски 5 и 6 ротора притягиваются друг к другу силой взаимодействия постоянных магнитов 10...13 и 14...17. Эта сила осевого взаимодействия уравновешена силой реакции опоры, образованной шариками и торцевыми поверхностями дисков ротора 5 и 6 и статора 7, между которыми имеются торцевые зазоры 53 и 54. The rotor disks 5 and 6 are attracted to each other by the interaction force of the permanent magnets 10 ... 13 and 14 ... 17. This axial interaction force is balanced by the reaction force of the support formed by the balls and end surfaces of the disks of the rotor 5 and 6 and the stator 7, between which there are end gaps 53 and 54.

Профиль беговых дорожек 27, 28 и 29, 30 может обеспечивать либо двухточечный контакт с ними шариков (точки 54, 55 и 56, 57 - см. фиг.2), либо четырехточечный контакт (точки 58, 59, 60, 61 и 62, 63, 64, 65 - см. фиг.3). The profile of the treadmills 27, 28 and 29, 30 can provide either point-to-point contact with them balls (points 54, 55 and 56, 57 - see figure 2), or four-point contact (points 58, 59, 60, 61 and 62, 63, 64, 65 - see figure 3).

Дополнительно в конструкции электродвигателя 1 может быть установлен стягивающий диски 5 и 6 ротора в осевом направлении болт 66 (см. фиг.4). Для этого в дисках 5 и 6 ротора и диске статора 7 выполнены центральные отверстия 67, 68 и 69. Additionally, in the design of the motor 1 can be installed tightening the disks 5 and 6 of the rotor in the axial direction of the bolt 66 (see figure 4). For this, the Central holes 67, 68 and 69 are made in the disks 5 and 6 of the rotor and the disk of the stator 7.

Стягивающий болт может на одном конце (либо на обоих концах) иметь закрепляющую пружинную шайбу 70 (см. фиг.5). The tightening bolt may at one end (or at both ends) have a retaining spring washer 70 (see figure 5).

Диски 5 и 6 могут иметь выступы 71 и полости 72, обеспечивающие их взаимное зацепление при вращении и передачу вращающего момента (см. фиг.6). Disks 5 and 6 may have protrusions 71 and cavities 72, ensuring their mutual engagement during rotation and transmission of torque (see Fig.6).

На статоре 7 снаружи корпуса насоса закреплен электронный блок 73 (см. фиг.1). An electronic unit 73 is fixed on the stator 7 outside the pump casing (see Fig. 1).

Электронасос работает следующим образом. При включении электродвигателя 1 диски 5 и 6 ротора начинают вращаться на совмещенной с ними шарикоподшипниковой опоре. Рабочее колесо, жестко связанное с одним из дисков ротора (например, с диском 5 за счет посадки с натягом), перекачивает жидкость в направлении от входа насоса к выходу. При этом вращающий момент на диск ротора 5, на котором закреплено рабочее колесо 2, передается со второго диска ротора 6 через магнитное поле, как это происходит в магнитной муфте. Осевая сила магнитного притяжения двух дисков 5 и 6 ротора удерживает всю конструкцию в равновесном состоянии. При увеличении нагрузки диск 5 ротора с рабочим колесом 2 насоса может отставать по углу от второго диска ротора 6. Увеличение нагрузки допустимо до тех пор, пока не произойдет проскальзывание магнитной муфты, образованной дисками 5 и 6 ротора. В случае, если согласно данному изобретению диски 5 и 6 ротора входят в зацепление при взаимном угловом рассогласовании, вращающий момент от диска к диску передается и механически, а не только через магнитное поле. The electric pump operates as follows. When the motor 1 is turned on, the disks 5 and 6 of the rotor begin to rotate on a ball-bearing support combined with them. The impeller, rigidly connected with one of the rotor disks (for example, with disk 5 due to interference fit), pumps fluid in the direction from the pump inlet to the outlet. In this case, the torque to the rotor disk 5, on which the impeller 2 is fixed, is transmitted from the second disk of the rotor 6 through a magnetic field, as it happens in a magnetic coupling. The axial force of magnetic attraction of the two disks 5 and 6 of the rotor keeps the entire structure in equilibrium. When the load increases, the rotor disk 5 with the impeller 2 of the pump may lag behind the second disk of the rotor 6. The increase in load is permissible until the magnetic coupling formed by the disks 5 and 6 of the rotor slips. If, according to the present invention, the rotor disks 5 and 6 engage in mutual angular mismatch, the torque from the disk to the disk is transmitted mechanically, and not just through a magnetic field.

Устанавливаемая через центральные отверстия в дисках статора 7 и ротора 5 и 6 стяжка 66 обеспечивает необходимый осевой натяг шариковой опоры. Натяг может автоматически изменяться в соответствии с изменением динамической осевой нагрузки, если стяжка 66 снабжена пружинной шайбой 70. The screed 66 installed through the central holes in the disks of the stator 7 and rotor 5 and 6 provides the necessary axial interference of the ball bearing. The interference can automatically change in accordance with the dynamic axial load, if the screed 66 is equipped with a spring washer 70.

Таким образом, благодаря предложенному выполнению электронасоса ограничиваются осевые перемещения ротора, снижается износ опоры ротора, уменьшается уровень вибраций и шумов, упрощается конструкция и технологический процесс изготовления и сборки насоса. Thus, thanks to the proposed embodiment of the electric pump, the axial displacement of the rotor is limited, the wear of the rotor support is reduced, the level of vibration and noise is reduced, the design and the manufacturing process of the pump manufacturing and assembly are simplified.

Claims (5)

1. Бессальниковый электронасос с вентильным двигателем постоянного тока, содержащий герметичный корпус, внутри которого размещены статор и ротор электродвигателя и рабочее колесо насоса, датчик положения ротора и установленный снаружи на корпусе насоса электронный коммутатор, при этом ротор выполнен в виде двух несущих постоянные магниты дисков, между которыми размещен диск статора, а рабочее колесо закреплено на одном из дисков ротора, отличающийся тем, что на обращенных друг к другу торцевых поверхностях дисков ротора и статора выполнены кольцевые канавки одинакового профиля и диаметра, в канавки вложены шарики, диски ротора с установленными в них постоянными магнитами образуют магнитную муфту вращения и не имеют жесткой механической связи, а осевая сила магнитного притяжения двух роторов уравновешивается силой реакции шариковой опоры.1. A sealless pump with a DC valve motor, comprising a sealed enclosure inside which a stator and a rotor of an electric motor and an impeller of a pump are located, a rotor position sensor and an electronic switch mounted externally on the pump casing, the rotor being made in the form of two disks carrying permanent magnets, between which the stator disk is located, and the impeller is mounted on one of the rotor disks, characterized in that on the end surfaces of the rotor and stator disks facing each other annular grooves of the same profile and diameter are inserted, balls are embedded in the grooves, rotor disks with permanent magnets installed in them form a magnetic coupling of rotation and do not have a rigid mechanical connection, and the axial force of magnetic attraction of the two rotors is balanced by the reaction force of the ball bearing. 2. Электронасос по п.1, отличающийся тем, что канавки на дисках ротора и статора имеют твердослойное покрытие, например, из двуокиси алюминия, а шарики выполнены из керамики.2. The electric pump according to claim 1, characterized in that the grooves on the rotor and stator disks are hard-coated, for example, from aluminum dioxide, and the balls are made of ceramic. 3. Электронасос по п.1 или 2, отличающийся тем, что на каждом из дисков ротора выполнены взаимно совмещающиеся выступы и полости, обеспечивающие взаимное зацепление дисков и передачу вращающего момента.3. The electric pump according to claim 1 or 2, characterized in that on each of the rotor disks there are mutually compatible protrusions and cavities providing mutual engagement of the disks and transmission of torque. 4. Электродвигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в дисках ротора и статора выполнены центральные отверстия, через которые вставлен болт, стягивающий диски ротора и обеспечивающий дополнительный осевой натяг опоры.4. The electric motor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor and stator disks are provided with central holes through which a bolt is inserted that tightens the rotor disks and provides an additional axial interference fit. 5. Электронасос по п.4, отличающийся тем, что на одном либо на обоих торцах стягивающего болта установлены пружинные шайбы, обеспечивающие изменение осевого натяга при динамических осевых нагрузках опоры.5. The electric pump according to claim 4, characterized in that spring washers are installed on one or both ends of the tightening bolt, which provide a change in axial interference with dynamic axial loads of the support.

Images