[發明專利]一種葉輪懸浮的超小型泵

有效

• 申請號: 201210140436.1
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102705246A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 羅先武;季斌;陳星;吳清玉;陳朦朦;劉樹紅;張明奎;許洪元
• 申請（專利權）人: 清華大學;水利部農村電氣化研究所
• 主分類號: F04D13/06
• 分類號: F04D13/06;F04D29/22;F04D29/42;F04D29/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種葉片式小型泵，特別涉及一種適合于無外接機械軸、流體無滲漏、流體與泵的外界無接觸的葉片式超小型泵，適用于體外血液循環裝置、人工心臟、航空航天、精細化工和生物制藥等領域的流體輸送裝置。

背景技術

目前使用的葉片式超小型泵按照葉輪的支承結構主要有：外接機械軸的形式，以及磁懸浮的形式。對有外接機械軸的葉片式超小型泵，由于采用機械密封或其它軸封裝置，泵內的流體與泵的外部不能完全隔離，不能有效防止流體的滲漏或泵內流體與外界的接觸；對使用磁懸浮的葉片式超小型泵，雖然可解決流體滲漏、泵內流體與外界接觸的問題，但控制復雜，且容易在泵葉輪的后蓋板側形成滯流區。為此，ZL200710062857.6與ZL200910084273.8采用了雙吸式的結構，可消除流道中的滯流區，并自動保證軸向力平衡。但由于采用了雙吸式的結構，致使超小型泵軸向尺寸較大；泵有兩個進口，在諸如體外血液循環裝置等場合使用時不夠便利；雙吸轉子與泵殼之間的間隙流道較長，將導致較大的摩擦損傷。當作為血液泵或人工心臟使用時，容易造成溶血等。因此，雙吸式結構的超小型泵在許多領域的應用受到一定的限制。

發明內容

本發明的目的是提出一種葉輪懸浮的超小型泵，該結構除了能有效滿足葉片式超小型泵無滲漏、無滯流區、泵內流體與外界無接觸的要求外，還需要改善轉子與泵殼之間的間隙流道中的流動，提高泵的效率，簡化泵組的結構、減輕泵組的質量。此外，還須改進結構方案，提高泵的啟動性能，從整體上改善泵的運行穩定性。

本發明的技術方案如下：

一種葉輪懸浮的超小型泵，包括泵殼、葉輪、壓水室、泵吸入口以及泵出口，所述的葉輪設置在壓水室內，泵殼、葉輪和壓水室構成泵的流動通道；所述的葉輪包含葉輪前蓋板和葉片；其特征在于：所述的超小型泵還包括鑲嵌于葉輪前蓋板內的永磁體和鑲嵌于泵殼內的電機定子，永磁體與電機定子沿軸向相對布置，共同形成電機結構；泵殼軸向內表面和葉輪前蓋板軸向外表面之間存在軸向間隙；葉輪前蓋板徑向外表面和泵殼徑向內表面之間存在徑向間隙。

本發明的技術特征還在于：所述的泵殼內設有中心圓柱和泵殼肋板，中心圓柱經由泵殼肋板與泵殼連接成一體；在葉輪的中心部位設有葉輪支撐圓柱和葉輪肋板，葉輪支撐圓柱經由葉輪肋板與葉輪前蓋板連接成一體；中心圓柱和葉輪支撐圓柱沿軸向相對布置；所述的葉輪支撐圓柱位于葉輪靠近泵殼的一端；所述的中心圓柱位于靠近葉輪的一端。

本發明的另一技術特征在于：所述的葉輪支撐圓柱頂端為半圓形或者圓錐形。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及技術效果：①分別鑲嵌于泵殼、葉輪前蓋板的定子和永磁體組成驅動葉輪旋轉的電機結構，有利于形成簡潔而緊湊的泵組整體構造。相比于其他形式的超小型泵，本發明利用泵進口處的空間設置電機定子，有利于縮小泵結構的軸向尺寸，更加具有小巧、緊湊的優勢。②在結構設計上，本發明在泵殼的內表面和葉輪前蓋板的外表面之間設有軸向間隙，在葉輪前蓋板的外表面和泵殼的內表面之間存在徑向間隙。當泵正常運行時，上述間隙分別形成支撐葉輪的軸向液體動壓軸承和徑向液體動壓軸承，起到限制葉輪在壓水室內位置的作用。而且，由于這兩個間隙流道比較短，一方面可以保證自泵進口至出口的全部流道內沒有流動滯流區，另一方面也使得泵內流動更加通暢、可控性更好。當超小型泵作為血液泵使用時，可獲得更好的生理相容性。葉輪前蓋板與泵殼之間形成的液體動壓軸承既可單獨使用，也可以與電機定子及控制器和電機轉子上的永磁體組成的磁性軸承聯合使用，實現葉輪的懸浮支承。這種具有液體動壓懸浮的軸承比一般的磁懸浮軸承的自調節性能更好，從而可使泵的運轉更加安全、可靠。③在泵啟動階段，由于葉輪在磁場作用下貼近泵殼，使葉輪支撐圓柱與泵殼的中心圓柱接觸，形成一對摩擦副以支撐葉輪。由于葉輪支撐圓柱與中心圓柱的接觸面積很小，可以大大減少泵啟動時的力矩，從而降低泵的啟動轉速；當泵正常運轉時，葉輪前蓋板的端面和側面與泵殼內壁之間會形成液體膜（類似滾動軸承的“油膜”），使得葉輪支撐圓柱在動壓作用下脫離泵殼的中心圓柱，避免泵零件的磨損，延長泵的使用壽命。④由于葉輪支撐圓柱頂端為半圓形或者圓錐形，使得葉輪在啟動階段與泵殼的接觸面積進一步減小。

總體上，本發明設計的葉輪懸浮的超小型泵除了能有效滿足葉片式超小型泵無滲漏、無滯流區、泵內流體與外界無接觸，以及轉子與泵殼之間的間隙流道中的流動順暢等要求外，主要是簡化了超小型泵的結構，既較大幅度地減小了超小型泵的外形尺寸，也有利于提高超小型泵的效率，并從整體上改善流動的通暢性和泵的運行穩定性。

附圖說明