專利名稱：無軸封磁懸浮泵的制作方法
技術領域：
本發明無軸封磁懸浮泵，屬無軸封泵技術領域，是機械、電氣、電子相結合的高新技術新型泵產品。
在石油、化工、輕工、電力、航海、航天，環衛工程等工業中，要求發展無軸封泵愈來愈迫近。因為，填料軸封、機械軸封、動力軸封實現泵無泄漏工作非常困難。泵的跑、冒、滴、漏是一個不易解決的難題。它直接影響泵工作的可靠性和壽命，造成環境污染，惡化工作條件，威脅安全生產，無軸封泵已成為重要的發展方向。
傳統的無軸封泵(又稱無泄漏泵)主要有屏蔽泵和磁力泵兩種。前者是將電機轉子和泵屏蔽在同一殼體內；后者是將磁轉子和泵屏蔽在同一殼體內，磁轉子由設置在常規電機端的磁缸驅動。但是，屏蔽泵的電機轉子浸泡并旋轉在泵輸送的液體中，液體粘性大，摩擦損失大，其機組效率較常規電動泵低10～15％；且除輸送潤滑性好的清潔液體外，軸承會很快磨損，嚴重影響泵工作壽命；再者，在輸送高溫液體時，電機需采取冷卻措施。而磁力泵，由于磁力傳動，泵輸送的液體需進行磁過濾；由于磁力傳動，其效率還要下降10～15％，磁轉子仍然浸泡并旋轉在泵輸送的液體中，液體粘性大，摩擦損失大，其機組效率較常規電動泵低20～30％；亦除輸送潤滑性好的清潔液體外，軸承會很快磨損，嚴重影響泵工作壽命；但在輸送450℃以下的高溫液體時，磁力傳動裝置可不冷卻。鑒于屏蔽泵和磁力泵的機組效率低、軸承易磨損、磁力泵在輸送含磁化固體顆粒的液體時需進行磁過濾、屏蔽泵在輸送高溫液體時電機需冷卻，因此在推廣應用中受到很大限制。
國際上，為解決屏蔽泵軸承易磨損問題，出現了應用磁懸浮軸承(又稱磁力軸承)的屏蔽泵。辟如，1989年9月“World Pumps”雜志報道了Paul E.Allaire等人的“屏蔽泵用磁力軸的設計、制造和試驗”論文。該論文敘述了一臺臥式屏蔽泵采用磁懸浮軸承取代石墨軸承。該泵在工作時其轉子分別被具有0.38mm徑向間隙的兩個徑向磁懸浮軸承和具有0.5mm軸向間隙的一個推力磁懸浮軸承懸浮支承，避免了軸頸與軸瓦直接的接觸摩擦磨損，以延長泵工作壽命。但是，使用兩個徑向磁懸浮軸承和一個推力磁懸浮軸承，其結構復雜；且由于徑向磁懸浮軸承的徑向間隙為0.38mm，而泵葉輪平板密封環的徑向間隙通常為0.1～0.15mm，則泵葉輪平板密封環的間隙必須大于0.38mm，從而加大了葉輪平板密封環的泄漏量，致使泵容積效率下降；再者，磁懸浮軸承和電機均由泵輸送的液體冷卻，故不適于超過常溫工作的泵。因此，推廣應用困難。
傳統的多級離心泵平衡盤，可以完全平衡泵的軸向力并使泵轉子接近處于軸向液懸浮狀態，因而該類型泵不使用推力軸承。但是，正如關醒凡編著的“現代泵技術手冊”(1995年9月宇航出版社出版)中指出平衡盤泄漏量大(額定流量的3～20％)，較大降低了泵的容積效率；平衡盤間隙小(一般在0.1～0.2mm范圍)，平衡盤易磨損；平衡盤尺寸大，圓盤摩擦損失大，較大降低了泵的機械效率。所以，平衡盤使泵效率嚴重下降、且磨損大，一般僅在多級離心泵中自動平衡大的軸向力時使用。
中國實用新型專刊“氣壓密封潛水泵”(專刊號87206747)，給潛水泵的電機充以壓縮空氣，一方面電機內部不與水接觸，保證電機的絕緣；另一方面電機轉子在粘性較小的空氣中旋轉，致使電機轉子的摩擦損失減小，從而提高電機效率。但由于僅給潛水泵電機克壓縮空氣，因此限制了使用范圍。
針對以上之不足，本發明提供了一種無軸封磁懸浮泵，軸套平衡活門自動平衡轉子軸向力并使轉子軸向液懸浮，徑向磁懸浮軸承自動平衡轉子徑向力并使轉子徑向磁懸浮，屏蔽電機定子和磁懸浮軸承定子采用氟利昂R113蒸發自循環浸泡冷卻，屏蔽電機轉子空腔中自動補克與泵輸送的液體相容的氣體。本類型泵結構比較簡單，效率高，無泄漏，能輸送高溫、含固體顆粒包括含磁化固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1，是本發明無軸封磁懸浮泵示意圖。
圖2，是圖1基礎上改變為自冷屏蔽磁懸浮泵示意圖。
圖3，是圖1基礎上改變為磁力磁懸浮泵示意圖。
圖4，是圖1基礎上改變為自冷磁力磁懸浮泵示意圖。
圖5，是圖1基礎上改變為屏蔽多級磁懸浮泵示意圖。
圖6，是圖1基礎上改變為自冷屏蔽多級磁懸浮泵示意圖。
圖7，是圖1～圖6中的徑向磁懸浮軸承自動控制系統示意圖。
圖8，是圖1、圖3、圖5中的自動補氣裝置示意圖。
圖1，無軸封磁懸浮泵示意圖所描述的是立式單級高溫屏蔽磁懸浮泵。它由屏蔽電機、單級泵、徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與泵屏蔽在同一殼體內。屏蔽電機為異步電動機。電機定子20屏蔽，電機轉子14與泵葉輪30等串裝在軸16上組成磁懸浮泵轉子(稱轉子)。被輸送的液體從泵體2上的進口吸人，經泵葉輪30獲得能量后從泵體2上的出口排出。
為適應泵在450℃以下的高溫工作，在后泵蓋27上設置冷卻腔。冷卻水從進水接管咀5進入冷卻腔，從出水接管咀28排出，將葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體冷卻至80℃以下。
轉子軸向液懸浮是這樣實現的。由計算確定，泵葉輪30的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套6、回流管3回流到泵進口。平衡軸套6上開有2～4個槽，平衡軸套6與浮動環密封的浮動環29組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪30后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。本結構的優點是1，與前述的采用推力磁懸浮軸承使轉子軸向磁懸浮相比，利用了泵自身液體的能量，采用簡單的軸套平衡活門實現了轉子軸向液懸浮；2，浮動環密封(見關醒凡編著的“現代泵技術手冊”，1995年9月宇航出版社出版)的浮動環相對軸(或軸套)自動調心，一方面使浮動環與軸(或軸套)不互相接觸、磨損，工作壽命長，另一方面可保持非常小的半徑方向間隙，一般在0.025～0.05mm范圍，這樣經泵葉輪30的后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體少，泵容積效率得到改善，避免了前述因徑向磁懸浮軸承需0.38mm徑向間隙而要加大葉輪平板密環間隙，從而加大了葉輪平板密封環的泄漏量，致使泵容積效率下降的缺點；3，軸套平衡活門自動平衡轉子軸向力是靠轉子自動軸向移動調整平衡軸套伸出的開槽長度(即活門開度大小)來實現的，而平衡軸套開槽伸出的長度可由平衡軸套的開槽數和開槽寬度確定，避免了前述的多級離心泵平衡盤間隙小(一般在0.1～0.2mm范圍)，平衡盤易磨損的缺點4，平衡軸套直徑小，圓盤摩擦損失小，避免了前述的多級離心泵平衡盤尺寸大，圓盤摩擦損失大，較大降低了泵的機械效率的缺點。為保證泵在啟動和停車過程中轉子的軸向限位，在轉子上設有軸向限位擋環7。以下涉及到轉子軸向液懸浮相同的內容不再詳細敘述。
轉子徑向磁懸浮是這樣實現的。在磁懸浮泵轉子上設置兩個徑向磁懸浮軸承。徑向磁懸浮軸承由軸承體23、磁懸浮軸承定子11、磁懸浮軸承磁轉子24和軸承定子接線柱9等組成。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，兩個間隙探針12測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經自動控制系統(圖中未示出)處理后改變軸承定子中的電流大小及分布，從而改變軸承磁轉子的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮(見徐灝主編的“機械設計手冊”第4卷，機械工業出版社1991年9月出版)。
屏蔽電機定子和徑向磁懸浮軸承定子蒸發自循環浸泡冷卻是這樣實現的。屏蔽電機為異步電動機，它由電機外殼13、電機定子20、電機轉子14和電機定子接線柱18等組成。氟利昂R113是標準蒸發溫度47.6℃(在1atm下，當溫度低于47.6℃時為液體，當溫度超過47.6℃時變為汽體)的致冷劑，且不導電，因此可采用氟利昂R113對屏蔽電機定子和徑向磁懸浮軸承定子進行蒸發自循環浸泡冷卻(又稱浸潤常溫自循環冷卻，見魏水田等編著的“電機內熱交換”，機械工業出版社1998年8月出版)。致冷劑也可采用其他性能相近的替代物。電機定子屏蔽，加注器21進行氟利昂R113加注(加注前抽真空)，液位計19用以觀察氟利昂液面高度，螺塞17用于排放氟利昂時進空氣，氟利昂R113液體吸收電機定子和電機轉子產生的熱量，部分變為汽體并浮于電機定子上部(其變為汽體的蒸發溫度與運行壓力有關，辟如，當蒸發溫度80℃時，其相應運行壓力為2.7atm)，汽體通過設置在電機外殼13上的冷卻管在室溫條件下放熱變為液體，形成屏蔽電機定子封閉蒸發自循環浸泡冷卻，可保持屏蔽電機溫度在80℃以下。屏蔽電機定子上部的氟利昂R113蒸汽由進汽管15(為保證良好的絕熱，在管外包敷石棉等絕熱層)少量進入上徑向磁懸浮軸承定子中，吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量并進一步膨脹，經軸承冷卻管22在室溫條件下放熱變為液體，回流到下徑向磁懸浮軸承定子11中，回流到下徑向磁懸浮軸承定子的氟利昂R113液體再吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的冷卻至80℃以下的液體經氣體傳導的熱量，部分變為汽體，再經汽液回流管10回流到屏蔽電機定子下部，這樣上、下兩個徑向磁懸浮軸承定子也形成封閉蒸發自循環浸泡冷卻，可保持兩個徑向磁懸浮軸承溫度在80℃以下。以下涉及到屏蔽電機定子和徑向磁懸浮軸承定子蒸發自循環浸泡冷卻相同的內容不再詳細敘述。
自動補氣裝置對蔽電機轉子空腔中自動補氣，一方面是使屏蔽電機轉子包括磁懸浮軸承磁轉子浸泡并旋轉在粘性較小的氣體中，以減小摩擦損失，提高屏蔽電機效率；另一方面是對泵葉輪后浮動環密封的浮動環泄漏出的液體進行氣封，使泵輸送的液體不與磁懸浮軸承磁轉子和屏蔽電機轉子接觸，這樣泵可以輸送含磁化固體顆粒的液體。需要說明的是氣體對液體的溶解度一般很小，所以需要補充的氣體量一般很少，但是所補充的必須是與泵輸送的液體相容的氣體，解決了前述“氣壓密封潛水泵”僅給潛水泵的電機充壓縮空氣之不足。在泵工作時，當液位超過上液位傳感器25時，其信號經控制器(圖中未示出)處理，通過補氣接管咀8補氣；當液位低于下液位傳感器26時，其信號經控制器處理，停止補氣。以下涉及到自動補氣相同的內容不再詳細敘述。
本類型泵結構比較簡單，效率高(與常規電動泵機組效率相近)，無泄漏，能輸送高溫、含固體顆粒包括含磁化固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
圖2，自冷屏蔽磁懸浮泵示意圖所描述的是立式單級自冷屏蔽磁懸浮泵。它由屏蔽電機、單級泵、徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與泵屏蔽在同一殼體內，屏蔽電機和磁懸浮軸承利用泵輸送的溫度小于80℃的液體進行冷卻。屏蔽電機為異步電動機，由屏蔽電機定子14、電機轉子10、電機外殼9、電機定子接線柱13等組成。電機轉子10與泵葉輪19等串裝在軸11上組成磁懸浮泵轉子(稱轉子)。被輸送的液體從泵體2上的進口吸人，經泵葉輪19獲得能量后從泵體2上的出口排出。
轉子軸向液懸浮。由計算確定，泵葉輪19的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套17、軸向限位擋環6、軸承磁轉子15、電機轉子10、回流管3回流到泵進口。平衡軸套17上開有2～4個槽，平衡軸套17與浮動環密封的浮動環18組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪19后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。設置在后泵蓋16上的軸向限位擋環6用以保證泵在啟動和停車過程中轉子軸向限位。
轉子徑向磁懸浮。在磁懸浮泵轉子上設置兩個徑向磁懸浮軸承。徑向磁懸浮軸承由軸承體12、磁懸浮軸承定子7、磁懸浮軸承磁轉子15和軸承定子接線柱5等組成。磁懸浮軸承定子屏蔽，兩個間隙探針8測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經自動控制系統(圖中未示出)處理后改變定子中的電流大小及分布，從而改變磁轉子的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮，這樣泵可以輸送含固體顆粒的液體。
葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出經平衡軸套17、軸向限位擋環6、軸承磁轉子15、電機轉子10、回流管3回流到泵進口的液體同時對屏蔽電機和磁懸浮泵軸承進行自行冷卻。為了克服較大的流動阻力，由計算確定，再稍加大葉輪后浮動環密封的浮動環4的直徑。由于使用泵輸送的液體對屏蔽電機和磁懸浮軸承進行自行冷卻，因此本類型泵不能輸送高溫、含磁化固體顆粒的液體。
本類型泵結構簡單，效率較低(比常規電動泵機組效率低10～15％)，無泄漏，能輸送常溫、含固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
根據需要，本類型泵可以改變為臥式結構。
如果泵輸送溫度大于80℃的液體，可在后泵蓋16上加水冷卻腔，將葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體冷卻至80℃以下，以冷卻屏蔽電機和磁懸浮軸承。
圖3，磁力磁懸浮泵示意圖所描述的是立式單級高溫磁力傳動磁懸浮泵。它由常規異步電動機、磁力傳動裝置、單級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，磁力傳動裝置的磁轉子與泵屏蔽在同一殼體內。常規異步電動機18軸端設置磁缸16。磁力傳動裝置由磁轉子15、磁缸16、隔離罩17和連接套19等組成。磁轉子15與泵葉輪31等串裝在軸13上組成磁懸浮泵轉子(稱轉子)。被輸送的液體從泵體2上的進口吸人，經泵葉輪31獲得能量后從泵體2上的出口排出。
為適應泵在450℃以下的高溫工作，在后泵蓋28上設置冷卻腔。冷卻水從進水接管咀5進入冷卻腔，從出水接管咀29排出，將葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體冷卻至80℃以下。
轉子軸向液懸浮。由計算確定，泵葉輪31的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套6、回流管3回流到泵進口。平衡軸套6上開有2～4個槽，平衡軸套6與浮動環密封的浮動環30組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪31后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。為保證泵在啟動和停車過程中轉子的軸向限位，在轉子上設有軸向限位擋環7。
轉子徑向磁懸浮。在磁懸浮泵轉子上設置上、下兩個徑向磁懸浮軸承，中間套23保證兩個軸承間必要的距離。徑向磁懸浮軸承由軸承體20、磁懸浮軸承定子11、磁懸浮軸承磁轉子25和軸承定子接線柱9等組成。兩個間隙探針12測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經自動控制系統(圖中未示出)處理后改變定子中的電流大小及分布，從而改變磁轉子的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，采用氟利昂R113蒸發自循環浸泡冷卻，加注器24進行氟利昂R113加注(加注前抽真空)，螺塞14用于在排放氟利昂時進空氣，液位計21用以觀察氟利昂液位，下徑向磁懸軸承定子中的氟利昂R113液體吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的冷卻至80℃以下的液體經氣體傳導的熱量，部分變為汽體，汽體經進汽管10(為保證良好的絕熱，在管外包敷石棉等絕熱層)進入上徑向磁懸浮軸承定子中，氟利昂R113汽體再吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及磁力傳動裝置的熱量并進一步膨脹，經軸承冷卻管22在室溫條件下放熱變成液體，再回到下徑向磁懸浮軸承定子中，形成封閉蒸發自循環浸泡冷卻，可保持上、下兩個徑向磁懸浮軸承溫度在80℃以下。
自動補氣裝置對磁力傳動裝置磁轉子空腔中自動補充與泵輸送的液體相容的氣體，一方面是使磁轉子包括磁懸浮軸承磁轉子浸泡并旋轉在粘性較小的氣體中，以減小摩擦損失，提高磁力傳動裝置的效率；另一方面是對泵葉輪后浮動環密封的浮動環泄漏出的液體進行氣封，使泵輸送的液體不與磁懸浮軸承磁轉子和磁力傳動裝置磁轉子接觸，這樣可以輸送含磁化固體顆粒的液體。。在泵工作時，當液位超過上液位傳感器26時，其信號經控制器(圖中未示出)處理，通過補氣接管咀8補氣；當液位低于下液位傳感器27時，其信號經控制器處理，停止補氣。
本類型泵結構比較簡單，效率較低(比常規電動泵機組效率低10～15％)，無泄漏，能輸送高溫、含固體顆粒包括含磁化固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
圖4，自冷磁力磁懸浮泵示意圖所描述的是立式單級自冷磁力傳動磁懸浮泵。它由常規異步電動機、磁力傳動裝置、單級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，磁轉子與泵屏蔽在同一殼體內，屏蔽電機和磁懸浮軸承利用泵輸送的溫度小于80℃的液體進行冷卻。常規異步電動機13軸端設置磁缸11。磁力傳動裝置由磁轉子10、磁缸11、隔離罩12和連接套14等組成。磁轉子10與泵葉輪21等串裝在軸9上組成磁懸浮泵轉子(稱轉子)。被輸送的液體從泵體2上的進口吸人，經泵葉輪21獲得能量后從泵體2上的出口排出。
轉子軸向液懸浮。由計算確定，泵葉輪21的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套19、軸向限位擋環6、軸承磁轉子17、中間套16、回流管3回流到泵進口。平衡軸套19上開有2～4個槽，平衡軸套19與浮動環密封的浮動環20組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪21后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。設置在后泵蓋18上的軸向限位擋環6用以保證泵在啟動和停車過程中轉子軸向限位。
轉子徑向磁懸浮。在磁懸浮泵轉子上設置兩個徑向磁懸浮軸承。徑向磁懸浮軸承由軸承體15、磁懸浮軸承定子7、磁懸浮軸承磁轉子17和軸承定子接線柱5等組成。磁懸浮軸承定子屏蔽，兩個間隙探針8測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經自動控制系統(圖中未示出)處理后改變定子中的電流大小及分布，從而改變磁轉子的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮，這樣泵可以輸送含固體顆粒的液體。
葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出經平衡軸套19、軸向限位擋環6、軸承磁轉子17、中間套16、回流管3回流到泵進口的液體同時對屏蔽電機和磁懸浮軸承起自行冷卻作用。為了克服較大的流動阻力，由計算確定，再稍加大葉輪后浮動環密封的浮動環4直徑。由于使用泵輸送的液體對屏蔽電機和磁懸浮軸承進行自行冷卻，因此本類型泵不能輸送高溫、含磁化固體顆粒的液體。
本類型泵結構簡單，效率很低(比常規電動泵機組效率低20～30％)，無泄漏，能輸送常溫、含固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
根據需要，本類型泵可以改變為臥式結構。
如果泵輸送溫度大于80℃的液體，可在后泵蓋18上加水冷卻腔，將葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體冷卻至80℃以下，以冷卻屏蔽電機和磁懸浮軸承。
圖5，屏蔽多級磁懸浮泵示意圖所描述的是立式多級高溫屏蔽磁懸浮泵。它由屏蔽電機、多級泵和上、中、下3個徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與多級泵屏蔽在同一殼體內。屏蔽電機為異步電動機。泵進口段5、中間段34、出口段8用拉杠35連接。電機定子24屏蔽，電機轉子18與多級泵葉輪37等串裝在軸19上組成磁懸浮泵轉子(稱轉子)。浮動環7為級間浮動環密封的浮動環，用以適應徑向磁懸浮軸承較大徑向間隙的需要，減少級間泄漏量，提高泵容積效率。被輸送的液體從泵進口段5上的進口吸人，經多個泵葉輪獲得能量后從泵出口段8上的出口排出。
為適應泵在450℃以下的高溫工作，在泵出口段8上設置冷卻腔。冷卻水從進水接管咀9進入冷卻腔，從出水接管咀31排出，并將泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環33泄漏出的液體冷卻至80℃以下。在泵進口段5上設置冷卻腔，冷卻水從進水接管咀4進入冷卻腔，從出水接管咀36排出，對下徑向磁懸浮軸承起隔熱作用。
轉子軸向液懸浮。由計算確定，泵末級葉輪的后浮動環密封的浮動環33直徑比泵首級葉輪前浮動環密封的浮動環6直徑大，基本平衡轉子軸向力。泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環33泄漏出的液體，經平衡軸套32、回流管2、底座1、攪拌器3、下徑向磁懸浮軸承回流到泵進口。攪拌器3可使固體顆粒不沉積于底座1中。平衡軸套32上開有2～4個槽，平衡軸套32與浮動環密封的浮動環10組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵末級葉輪后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。為保證泵在啟動和停車過程中轉子的軸向限位，在轉子上設有軸向限位擋環11。
轉子徑向磁懸浮。在磁懸浮泵轉子上設置上、中、下3個徑向磁懸浮軸承可以解決屏蔽多級磁懸浮泵的軸較長所產生的軸剛度不足的問題。徑向磁懸浮軸承由軸承體27、磁懸浮軸承定子15、磁懸浮軸承磁轉子28和軸承定子接線柱13等組成。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，兩個間隙探針16測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經自動控制系統(圖中未示出)處理后改變定子中的電流大小及分布，從而改變磁轉子的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮。回流管2回流的已冷卻至溫度80℃以下的液體對下徑向磁懸浮軸承進行冷卻。由于下徑向磁懸浮軸承浸泡并旋轉在泵輸送的液體中，所以本類型不能輸送含磁化固體顆粒的液體。
屏蔽電機定子和上、中兩個徑向磁懸浮軸承定子蒸發自循環浸泡冷卻。屏蔽電機為異步電動機，由電機外殼17、電機定子24、電機轉子18和電機定子接線柱22等組成。電機定子屏蔽，采用氟利昂R113對屏蔽電機定子進行蒸發自循環浸泡冷卻，加注器25進行氟利昂R113加注(加注前抽真空)，螺塞21用于排放氟利昂時進空氣，液位計23用以觀察氟利昂液面高度，氟利昂R113液體吸收電機定子和電機轉子產生的熱量，部分變為汽體并浮于電機定子上部，汽體通過設置在電機外殼17上的冷卻管在室溫條件下放熱變為液體，形成屏蔽電機定子封閉蒸發自循環浸泡冷卻，可保持屏蔽電機溫度在80℃以下。屏蔽電機定子上部的氟利昂R113蒸汽由進汽管20(為保證良好的絕熱，在管外包敷石棉等絕熱層)少量進入上徑向磁懸浮軸承定子中，經軸承冷卻管26在室溫條件下放熱變為液體，回流到中徑向磁懸浮軸承定子15中，回流到中徑向磁懸浮軸承定子的氟利昂R113液體再吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及葉輪后浮動環密封的浮動環33泄漏出的冷卻至80℃以下的液體經氣體傳導的熱量，部分變為汽體，再經汽液回流管14回流到屏蔽電機定子下部，這樣上、中兩個徑向磁懸浮軸承定子也形成封閉蒸發自循環浸泡冷卻。
自動補氣裝置對蔽蔽電機轉子空腔中自動補充與泵輸送的液體相容的氣體，是使屏蔽電機轉子包括上、中徑向磁懸浮軸承磁轉子浸泡并旋轉在粘性較小的氣體中，以減小摩擦損失，提高屏蔽電機效率。在泵工作時，當液位超過上液位傳感器29時，其信號經控制器(圖中未示出)處理，通過補氣接管咀12補氣；當液位低于下液位傳感器30時，其信號經控制器處理，停止補氣。
本類型泵結構比較復雜，效率高(與常規電動多級泵機組效率相近)，揚程高，無泄漏，能輸送高溫、含固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
圖6，自冷屏蔽多級磁懸浮泵示意圖所描述的是立式自冷多級屏蔽磁懸浮泵。它由屏蔽電機、多級泵和上、中、下3個徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與泵屏蔽在同一殼體內，屏蔽電機和磁懸浮軸承利用泵輸送的溫度小于80℃的液體進行冷卻。屏蔽電機為異步電動機，由電機定子18、電機轉子14、電機外殼13、電機定子接線柱17等組成。泵進口段4、中間段22、出口段7用拉杠23連接。電機轉子14與多級泵葉輪24等串裝在軸15上組成磁懸浮泵轉子(稱轉子)。浮動環6為級間浮動環密封的浮動環，用以適應徑向磁懸浮軸承較大徑向間隙的需要，減少級間泄漏量，提高泵容積效率。被輸送的液體從進口段4上的進口吸入，經多個泵葉輪獲得能量后從出口段7上的出口排出。
轉子軸向液懸浮。由計算確定，泵末級葉輪的后浮動環密封的浮動環21直徑比泵首級葉輪的前浮動環密封的浮動環5直徑大，基本平衡轉子軸向力。泵末級葉輪的后浮動環密封的浮動環21泄漏出的液體，經平衡軸套20、軸向限位擋環10、出口段7、軸承磁轉子19、電機轉子14、回流管2、底座1、攪拌器3、下徑向磁懸浮軸承回流到泵進口。攪拌器3可使固體顆粒不沉積于底座1中。平衡軸套20上開有2～4個槽，平衡軸套20與浮動環密封的浮動環8組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵末級葉輪后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。設置在出口段7上的軸向限位擋環10用以保證泵在啟動和停車過程中轉子軸向限位。
轉子徑向磁懸浮。在磁懸浮泵轉子上設置上、中、下3個徑向磁懸浮軸承可以解決屏蔽多級磁懸浮泵的軸較長所產生的軸剛度不足的問題。徑向磁懸浮軸承由軸承體16、磁懸浮軸承定子11、磁懸浮軸承磁轉子19和軸承定子接線柱9等組成。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，兩個間隙探針12測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經自動控制系統(圖中未示出)處理后改變定子中的電流大小及分布，從而改變磁轉子的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮，這樣泵可以輸送含固體顆粒的液體。
泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環21泄漏出經平衡軸套20、軸向限位擋環10、出口段7、軸承磁轉子19、電機轉子14、回流管2、底座1、攪拌器3、下徑向磁懸浮軸承回流到泵進口的液體同時對屏蔽電機和上、中、下3個徑向磁懸浮軸承起到自行冷卻作用。為了克服較大的流動阻力，由計算確定，再稍加大泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環21的直徑。由于使用泵輸送的液體對屏蔽電機和磁懸浮軸承進行自行冷卻，因此本類型泵不能輸送高溫、含磁化固體顆粒的液體。
本類型泵結構比較復雜，效率較低(比常規電動多級泵機組效率低10～15％)，揚程高，無泄漏，能輸送常溫、含固體顆粒的酸堿液體，軸承無接觸摩擦磨損，工作壽命長，自動化程度高。
根據需要，本類型泵可以改變為臥式結構。
如果泵輸送溫度大于80℃的液體，可在進口段4和出口段7上加水冷卻腔，前者對下徑向磁懸浮軸承起隔熱作用；后者將泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環21泄漏出的液體冷卻至80℃以下，以冷卻屏蔽電機和上、中、下3個徑向磁懸浮軸承。
圖7，徑向磁懸浮軸承自動控制系統示意圖所描述的是徑向有源磁懸浮軸承(見徐灝主編的“機械設計手冊”第4卷，機械工業出版社1991年9月出版)。它由軸承體4、軸承定子2、軸承磁轉子3、間隙探針1、軸承定子接線柱5、信號處理器和控制器等組成。
兩個間隙探針1分別測定軸承徑向間隙值，兩個徑向間隙值信號經兩個信號處理器處理，由控制器控制軸承定子2的線圈中的電流大小及分布，從而改變軸承磁轉子3的徑向受力大小及方向，以自動平衡轉子的徑向力，并使轉子徑向磁懸浮。
圖8，自動補氣裝置示意圖所描述的是在屏蔽電機轉子空腔或磁力泵磁轉子空腔、徑向磁懸浮軸承磁轉子空腔中自動補充與泵輸送的液體相容的氣體。它由電磁閥1、補氣接管咀2、上液位傳感器3、下液位傳感器4和控制器等組成。
泵工作時，當液位超過上液位傳感器3時，其信號經控制器處理后控制電磁閥1，通過補氣接管咀2補氣；當液位低于下液位傳感器4時，其信號經控制器處理后控制電磁閥1，停止補氣。補氣的氣源是氣瓶或氣體壓縮機。
權利要求
1，一種無軸封磁懸浮泵，由屏蔽異步電動電機、單級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與泵屏蔽在同一殼體內，其特征在于泵葉輪30的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套6、回流管3回流到泵進口。平衡軸套6上開有2～4個槽并與浮動環密封的浮動環29組成軸套平衡活門，轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪30后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮；屏蔽異步電動機的電機定子和徑向磁懸浮軸承定子采用氟利昂R113進行蒸發自循環浸泡冷卻。電機定子屏蔽，加注器21進行氟利昂R113加注，液位計19用以觀察氟利昂液面高度，螺塞17用于排放氟利昂時進空氣，氟利昂R113液體吸收電機定子和電機轉子產生的熱量，部分變為汽體并浮于電機定子上部，汽體通過設置在電機外殼13上的冷卻管在室溫條件下放熱變為液體，形成屏蔽電機定子封閉蒸發自循環浸泡冷卻。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，屏蔽電機定子上部的氟利昂R113蒸汽由進汽管15(管外包敷絕熱層)少量進入上徑向磁懸浮軸承定子中，吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量并進一步膨脹，經軸承冷卻管22在室溫條件下放熱變為液體，回流到下徑向磁懸浮軸承定子11中，回流到下徑向磁懸浮軸承定子的氟利昂R113液體再吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的冷卻至80℃以下的液體經氣體傳導的熱量，部分變為汽體，再經汽液回流管10回流到屏蔽電機定子下部，上、下兩個徑向磁懸浮軸承定子也形成封閉蒸發自循環浸泡冷卻；自動補氣裝置對電機轉子空腔自動補充與泵輸送的液體相容的氣體。
2，一種自冷屏蔽磁懸浮泵，由屏蔽異步電機、單級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與泵屏蔽在同一殼體內，屏蔽電機和徑向磁懸浮軸承利用泵輸送的液體自行冷卻，其特征在于泵葉輪19的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套17、軸向限位擋環6、軸承磁轉子15、電機轉子10、回流管3回流到泵進口。平衡軸套17上開有2～4個槽并與浮動環密封的浮動環18組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪19后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。
3，一種磁力磁懸浮泵，由常規異步電動機、磁力傳動裝置、單級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，磁轉子與泵屏蔽在同一殼體內，其特征在于泵葉輪31的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套6、回流管3回流到泵進口。平衡軸套6上開有2～4個槽并與浮動環密封的浮動環30組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪31后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮；徑向磁懸浮軸承定子采用氟利昂R113進行蒸發自循環浸泡冷卻。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，加注器24進行氟利昂R113加注，螺塞14用于在排放氟利昂時進空氣，液位計21用以觀察氟利昂液位，下徑向磁懸軸承定子中的氟利昂R113液體吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的冷卻至80℃以下的液體經氣體傳導的熱量，部分變為汽體，汽體經進汽管10(管外包敷絕熱層)進入上徑向磁懸浮軸承定子中，氟利昂R113汽體再吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及磁力傳動裝置產生的熱量并進一步膨脹，經軸承冷卻管22在室溫條件下放熱變成液體，再回到下徑向磁懸浮軸承定子中，形成上、下徑向磁懸浮軸承定子封閉蒸發自循環浸泡冷卻；自動補氣裝置對磁轉子空腔自動補充與泵輸送的液體相容的氣體。
4，一種自冷磁力磁懸浮泵，由常規異步電動機、磁力傳動裝置、單級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，磁轉子與泵屏蔽在同一殼體內，屏蔽電機和徑向磁懸浮軸承利用泵輸送的液體自行冷卻，其特征在于泵葉輪21的后浮動環密封的浮動環4直徑比前浮動環密封的浮動環1直徑大，基本平衡轉子軸向力。葉輪后浮動環密封的浮動環4泄漏出的液體，經平衡軸套19、軸向限位擋環6、軸承磁轉子17、回流管3回流到泵進口。平衡軸套19上開有2～4個槽并與浮動環密封的浮動環20組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵葉輪21后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮。
5，一種屏蔽多級磁懸浮泵，由屏蔽異步電動機、多級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與多級泵屏蔽在同一殼體內，其特征在于泵末級葉輪的后浮動環密封的浮動環33直徑比泵首級前浮動環密封的浮動環6直徑大，基本平衡轉子軸向力。泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環33泄漏出的液體，經平衡軸套32、回流管2、底座1、攪拌器3、下徑向磁懸浮軸承回流到泵進口。平衡軸套32上開有2～4個槽并與浮動環密封的浮動環10組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵末級葉輪后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮；轉子上設置上、中、下3個徑向磁懸浮軸承；采用氟利昂R113對屏蔽電機定子和上、中徑向磁懸浮泵軸承定子進行蒸發自循環浸泡冷卻。電機定子屏蔽，加注器25進行氟利昂R113加注，螺塞21用于排放氟利昂時進空氣，液位計23用以觀察氟利昂液面高度，氟利昂R113液體吸收電機定子和電機轉子產生的熱量，部分變為汽體并浮于電機定子上部，汽體通過設置在電機外殼17上的冷卻管在室溫條件下放熱變為液體，形成屏蔽電機定子封閉蒸發自循環浸泡冷卻。徑向磁懸浮軸承定子屏蔽，蔽電機定子上部的氟利昂R113蒸汽由進汽管20(管外包敷絕熱層)少量進入上徑向磁懸浮軸承定子中，經軸承冷卻管26在室溫條件下放熱變為液體，回流到中徑向磁懸浮軸承定子15中，回流到中徑向磁懸浮軸承定子的氟利昂R113液體再吸收軸承定子和軸承磁轉子產生的熱量以及泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環33泄漏出的冷卻至80℃以下的液體經氣體傳導的熱量，部分變為汽體，再經汽液回流管14回流到屏蔽電機定子下部，上、中兩個徑向磁懸浮軸承定子也形成封閉蒸發自循環浸泡冷卻；泵末級葉輪后浮動環密封的浮動環33泄漏出的回流到泵進口的冷卻至80℃以下液體對下徑向磁懸浮軸承進行冷卻；級間設置浮動環密封的浮動環7；自動補氣裝置對電機轉子空腔自動補充與泵輸送的液體相容的氣體。
6，一種自冷屏蔽多級磁懸浮泵，由屏蔽電機、多級泵和徑向磁懸浮軸承等組成，電機轉子與泵屏蔽在同一殼體內，屏蔽電機和徑向磁懸浮軸承利用泵輸送的液體自行冷卻，其特征在于泵末級葉輪的后浮動環密封的浮動環21直徑比泵首級葉輪的前浮動環密封的浮動環5直徑大，基本平衡轉子軸向力。泵末級葉輪的后浮動環密封的浮動環21泄漏出的液體，經平衡軸套20、軸向限位擋環10、軸承磁轉子19、電機轉子14、回流管2、底座1、攪拌器3、下徑向磁懸浮軸承回流到泵進口。平衡軸套20上開有2～4個槽并與浮動環密封的浮動環8組成軸套平衡活門。轉子軸向移動即調整活門開度大小，從而改變泵末級葉輪后面的壓力，自動平衡包括工況變化在內的軸向力，并使轉子軸向液懸浮；轉子上設置上、中、下3個徑向磁懸浮軸承；級間設置浮動環密封的浮動環6。
7，根據權利要求1、3、5所述的自動補氣裝置，由電磁閥、上液位傳感器、下液位傳感器和控制器等組成，其特征在于在屏蔽電機轉子空腔或磁力泵磁轉子空腔、徑向磁懸浮軸承磁轉子空腔中自動補充與泵輸送的液體相容的氣體，當液位超過上液位傳感器3時，其信號經控制器處理后控制電磁閥1，通過補氣接管咀2補氣；當液位低于下液位傳感器4時，其信號經控制器處理后控制電磁閥1，停止補氣。
全文摘要
無軸封磁懸浮泵,屬無軸封泵技術領域。本發明,軸套平衡活門自動平衡轉子軸向力并使轉子軸向液懸浮,徑向磁懸浮軸承自動平衡轉子徑向力并使轉子徑向磁懸浮,屏蔽電機定子和徑向磁懸浮軸承定子采用氟利昂R113蒸發自循環浸泡冷卻,電機轉子空腔中自動補充與泵輸送的液體相容的氣體。本類型泵結構比較簡單,效率高,無泄漏,能輸送高溫、含固體顆粒包括含磁化固體顆粒的酸堿液體,軸承無接觸摩擦磨損,工作壽命長,自動化程度高。
文檔編號F04D13/08GK1274049SQ9911486
公開日2000年11月22日 申請日期1999年5月14日 優先權日1999年5月14日
發明者李世堃 申請人:李世堃