一种新型磁流变式水泵制造技术

本发明专利技术涉及一种新型磁流变式水泵，属于水泵构件技术领域。该发明专利技术旨在由水泵叶片状空心腔、磁流变液、线圈构成一种新型磁流变式水泵。为保证该种新型叶片功能的实现，还配备水流传感器、单片机、摄像头、电刷，水泵叶片状空心腔内装满磁流变液；线圈提供磁流变液工作所需的磁场；水流传感器实时监测水流强度；摄像头监测进入水泵内的水是否混有垃圾；电刷负责电源向线圈供电的问题；单片机根据水流大小控制磁流变液的工作强度来控制叶片的刚度，如果摄像头检测到水中混有垃圾，单片机控制叶片“变软”，使垃圾不易挂在叶片上或者让其自行脱落。该种新型水泵叶片能够避免强水流的冲击，亦能清除垃圾，优于传统的合金叶片。

【技术实现步骤摘要】
一种新型磁流变式水泵
本专利技术涉及一种新型磁流变式水泵，属于叶片式水泵构件

技术介绍
水泵广泛应用于城市供水、污水系统、土木、建筑系统、农业水利系统、电站系统等各个领域，其中叶片式水泵是最常用的水泵类型之一，尤其是在农业灌溉方面。叶轮及叶轮上的叶片是叶片式泵的核心部件，也是最易发生故障的地方。相关资料显示，叶片断裂和叶片上缠附垃圾是主要故障类型。水泵常常使用于野外水域或者是水流不稳定的区域，由于水流强度的不可控，叶片在工作时会长时间受到不同方向的水力作用，叶片会积累一定的金属疲劳，尤其是水流强度由小突然变大时，刚度较大的合金叶片遭到强大水流的冲击，叶片往往会因此产生裂纹甚至断裂。另外，在水泵启动过程中叶片从静止到高速转动过程中由于没有一个很好的适应过程，叶片也会因为水的阻力而受到损伤。水泵在使用是时都有阻隔垃圾进入水泵的装置，但由于垃圾缠绕在叶片上使水泵无法正常运行甚至造成水泵严重损伤的情况时有发生，究其原因，有的是因为阻隔装置失效，有的是因为阻隔装置遗漏的细小垃圾在叶片上积累。因此，非常有必要设计一种既能够防冲击又能自动清除垃圾的水泵叶片显得非常有必要。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是由水泵叶片状空心腔、磁流变液、线圈构成一种新型磁流变式水泵。为保证该种新型叶片功能的实现，还配备水流传感器、单片机、摄像头、电刷，水泵叶片状空心腔内装满磁流变液，线圈提供磁流变液工作所需的磁场；水流传感器实时监测水流强度；摄像头监测进入水泵内的水是否混有垃圾；电刷负责电源向线圈供电的问题；单片机根据水流大小控制磁流变液的工作强度来控制叶片的刚度，如果摄像头检测到水中混有垃圾，单片机控制叶片“变软”，使垃圾不易挂在叶片上或者让其自行脱落。本专利技术采用的技术方案是：一种新型磁流变式水泵，包括：磁流变液包、叶片状空心腔、单片机、水流传感器、摄像头；磁流变液包、水流传感器、摄像头与单片机连接；磁流变液包填充在叶片状空心腔内；单片机、水流传感器、摄像头直接与水泵电源连接；磁流变液包内的线圈通过电刷与水泵电源连接；单片机根据水流传感器监测的水流大小控制磁流变液包内的磁流变液工作强度，当检测到有强水流时，单片机立即控制磁流变液的强度相应减弱，叶片适当变软，以此防止叶片受到强水流的冲击而受损；当摄像头检测到水中有垃圾时，单片机控制叶片变软，在高速转动的情况下，使垃圾不宜缠绕在叶片上或让垃圾从叶片上自动脱落。进一步的，磁流变液包填装在叶片状空心腔内，与叶片状空心腔内壁紧密贴合；磁流变液包由磁流变液和线圈组成，磁流变液在线圈形成的磁场中发生磁流变现象，通过磁流变现象实现该种水泵叶片的功能。进一步的，磁流变液填充在叶片状空心腔内并与空心腔内壁直接接触，采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，其强度可达到合金、铸铁等叶片主要材料的强度，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当水流传感器检测到有强水流时，单片机根据水流的大小控制电池供给线圈的电流强度相应减小，从而使叶片内的磁流变液工作强度降低，叶片“变软”，以此避免强水流对高刚度叶片的冲击，实现防水流冲击的效果；在水泵启动时，单片机控制线圈内的电流强度由弱逐渐到强，最后趋于正常，使叶片在水泵启动时对水流有一个缓冲适应的过程。进一步的，线圈缠绕并嵌在叶片状空心腔的内壁，其作用是提供磁流变液工作所需的磁场；叶轮上的每一个叶片状空心腔内均缠绕有相同的线圈，各个线圈的正负两极分别并联到两根嵌于叶轮内部的主线上，两根主线上均由触头和电刷连接；电刷为现有装置，采用金属石墨电刷，该种电刷具有耐磨、导电性能好的优点，固定于水泵主轴与叶轮连接处但距离叶轮不少于1cm的地方；正、负两片电刷均呈半圆弧形，分别固定在主轴的正上方和正下方，不与主轴接触，其与主轴的间距保证从叶轮内部延伸出的两个触头能与电刷接触但又不影响主轴转动；正、负两片电刷分别与电源的正负极连接，实现电源向线圈供电。进一步的，摄像头为现有装置，采用微型防水摄像头，该种摄像头能够识别进入水泵进水管水中的垃圾等可能影响水泵正常运行的异物；摄像头安装在水泵进水管内，对通过进水管内的水进行实时监测，并将监测结果反馈给单片机；如果检测并识别出垃圾，单片机立即减小通向线圈内的电流强度，磁流变液的工作强度降低，叶片整体刚度降低后“变软”，使垃圾到达叶轮处不易缠附在叶片上或者使缠绕在叶片上的垃圾能够在高速旋转的环境下自动脱落；从摄像头检测到垃圾开始，单片机根据预先设定好的“垃圾清理”时间使“软”叶片状态持续一定时间，例如10s，保证能够完全清除垃圾，具体的清理时间依据实际情况而定。进一步的，叶片状空心腔采用柔性但具有高强度的材料制成，例如高强度柔性石墨材料、碳纤维材料；叶片状空心腔外形和传统的水泵叶片一样，其下端固定在叶轮上。进一步的，水流传感器为现有装置，通过对水流量的感应而输出脉冲信号、电流或电压信号，从而反映水流的大小，具有流量监测准确、水流显示和流量积累计算的作用；水流传感器安装于水泵进水口处，实时监测进水口出的水流强度并将水流强度数据实时反馈给单片机，为磁流变液工作强度的控制提供依据。进一步的磁流变液在工作过程中具有吸能效应，即其工作强度由弱变强或者由强变弱的过程中能够吸收一部分水泵电机工作产生的震动，因此，该种磁流变叶片能够对水泵整体起到减震降噪的效果。进一步的，叶片状空心腔与水泵叶轮之间还有一根叶片骨架，其作用是支撑、保持叶片形状和控制叶片变形的程度，使叶片在防冲击和清除垃圾时能够保持基本的工作性能。在该种水泵叶片的系统电路图中，芯片U1为AT89C51单片机，U2为MAX232电平转换芯片。时钟电路中晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统公用一个晶振，以使各部分保持同步；两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值，作用是滤除干扰。为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位；同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。磁流变液包由磁流变液装置构成。包括两个与单片机相连的绕线基板（通电后被磁化），和分布于极板间的易被磁化的铁屑。通电后铁屑被磁化，且随着极板被改变磁性，铁屑运动成磁流。串口通信电路常用于计算机获取远程信号。MAX232是电平转换接口，COMPIM即标准的电脑RS232接口。单片机发出的信号经MAX232转换电平之后通过RS232接口传输给电脑。摄像头用于检测水泵内图像信息；水流传感器检测水的流速。单片机将摄像头检测的图像信息发送至PC端，一旦有垃圾PC端发送指令从而单片机控制叶片变软；当水流速过大时单片机同样控制叶片变软。一种新型磁流变式水泵，其控制方法如以下步骤：步骤1.工作人员在按下水泵启动键时，单片机控制线圈内的电流强度由弱逐渐变强，最后趋于稳定，使水泵叶片从静止到高速运转有一个适应的过程。步骤2.在水泵正常运转后，位于水泵进水管处的水流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型磁流变式水泵，包括：磁流变液包（1）、叶片状空心腔（2）、单片机（3）、水流传感器（4）、摄像头（5）；磁流变液包（1）、水流传感器（4）、摄像头（5）与单片机（3）连接；磁流变液包（1）填充在叶片状空心腔（2）内；单片机（3）、水流传感器（4）、摄像头（5）直接与水泵电源连接；磁流变液包（1）内的线圈通过电刷与水泵电源连接；单片机（3）根据水流传感器（4）监测的水流大小控制磁流变液包（1）内的磁流变液工作强度，当检测到有强水流时，单片机（3）立即控制磁流变液的强度相应减弱，叶片适当变软，以此防止叶片受到强水流的冲击而受损。

【技术特征摘要】
1.一种新型磁流变式水泵，包括：磁流变液包（1）、叶片状空心腔（2）、单片机（3）、水流传感器（4）、摄像头（5）；磁流变液包（1）、水流传感器（4）、摄像头（5）与单片机（3）连接；磁流变液包（1）填充在叶片状空心腔（2）内；单片机（3）、水流传感器（4）、摄像头（5）直接与水泵电源连接；磁流变液包（1）内的线圈通过电刷与水泵电源连接；单片机（3）根据水流传感器（4）监测的水流大小控制磁流变液包（1）内的磁流变液工作强度，当检测到有强水流时，单片机（3）立即控制磁流变液的强度相应减弱，叶片适当变软，以此防止叶片受到强水流的冲击而受损。2.根据权利要求1所述的一种新型磁流变式水泵，其特征在于：还包括摄像头（5），摄像头（5）与单片机（3）连接，摄像头（5）直接与水泵电源连接实现供电，当摄像头（5）检测到水中有垃圾时，单片机（3）控制叶片变软，在高速转动的情况下，使垃圾不宜缠绕在叶片上或让垃圾从叶片上自动脱落。3.根据权利要求2所述的一种新型磁流变式水泵，其特征在于：磁流变液在工作过程中具有吸能效应，即其工作强度由弱变强或者由强变弱的过程中能够吸收一部分水泵电机工作产生的震动，因此，该种磁流变叶片能够对水泵整体起到减震降噪的效果。4.根据权利要求2或3所述的一种新型磁流变式水泵，其特征在于：磁流变液填充在叶片状空心腔内并与空心腔内壁直接接触，采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，其强度可达到合金、铸铁等叶片主要材料的强度，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当水流传感器（4）检测到有强水流时，单片机根据水流的大小控制电池供给线圈的电流强度相应减小，从而使叶片内的磁流变液工作强度降低，叶片“变软”，以此避免强水流对高刚度叶片的冲击，实现防水流冲击的效果；在水泵启动时，单片机（3）控制线圈内的电流强度由弱逐渐到强，最后趋于正常，使叶片在水泵启动时对水流有一个缓冲适应的过程。5.根据权利要求1所述的一种新型磁流变式水泵，其特征在于：磁流变液包（1）填装在叶片状空心腔（2）内，与叶片状空心腔（2）内壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：昆明创培知识产权服务有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53