具有开关磁阻电机驱动的离心泵制造技术

一种离心泵，特别是空速管型的离心泵（２６），这种泵被专门设计并与一个转换磁阻电机（１４）连接，以在泵组件（１２）中提供改进的泵送特征和经济的运行优点。尽管一些离心泵有很大的质量和惯性特性，它能够在几秒钟内（即３－６秒）迅速降低泵速（如从１００％到１０％），以及在几秒钟内（即５－１０秒）迅速增加泵速（如从０％到８０％）。本发明专利技术的泵组件还提供了较小的占地，因此比现有的传统空速管泵更适于广泛的应用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及离心泵，特别涉及空速管类型的离心泵，这种离心泵的结构比传统离心泵具有操作和经济上的优点。
技术介绍
离心泵应用于处理流体或液体/固体混合物的各种工业中。离心泵的运行速度随着泵的类型与制造的不同而有很大变化，而且任何一个泵的运行速度取决于泵的特定用途。每种用途决定了特殊的泵送要求，因此决定了泵必须适应给定应用的特性(泵速、泵的尺寸、运行成本)。例如，在一些应用中，可能需要或希望在几秒钟内快速降低泵的泵速能力，例如从100％降到10％。相反，可能希望快速增加离心泵的泵速能力，例如在几秒钟内从零增加到80％或更大。例如在其它应用中，在一个工作地点用于放置泵的空间可能非常有限，因此需要一个具有更小占地面积的泵。在多数应用中，泵的使用者希望对特殊的项目使用成本上最有效的泵系统。这些和其它应用要求已经通过使用与标准感应电机连接的传统离心泵得到解决。但是，空速管类型的离心泵在经济上和运行上还不适于某些应用，因为尽管空速管泵具有非常适于各种工业泵送应用的泵送特性和效率，但空速管泵的尺寸、重量和惯性特性使它们不能满足需要。例如，由于泵的结构，传统的高速离心泵的转速能够迅速增加或降低。即高速离心泵的旋转组件包括一个小的驱动轴和小的叶轮。因此，高速离心泵的旋转零件的旋转质量和惯性比较小，因此零件的转速可以迅速增加或降低。但是，空速管类型的离心泵与传统离心泵的区别在于它们有一个由驱动轴驱动的转子，转子绕一个静止的空速管转动。空速管定位并运转，以高速接受流体并且从泵输送流体。空速管泵与传统离心泵的不同还在于旋转组件，包括一个转子、转子盖和驱动轴的旋转组件的重量明显大于一个相同泵送能力的传统离心泵的旋转零件。例如，一个传统高速离心泵的旋转组件的重量可能是二十五磅，而一个尺寸相近的空速管泵的旋转组件为四百磅。因此，一个空速管泵的惯性明显大于一个高速离心泵。可以通过加入阀门系统，使带有空速管泵的系统在快速改变泵速的能力并因此改变泵的能力方面以模仿高速离心泵的方式进行工作，阀门系统在一个非常短的时间间隔内(如四秒)快速改变从泵流出的流体的流量。但是，这种快速增加或降低一个空速管泵中的流动的改变和装置是很昂贵的。空速管泵的一个固有的相关问题是它们比高速离心泵需要更大的空间，或者说它们具有一个更大的占地面积。空速管泵通常与一个感应电机结合，并且在空速管泵与电机之间有一个齿轮箱，使泵、齿轮箱和感应电机的总长度有十英尺。相反，感应电机提供动力的传统高速离心泵可能还不到空速管泵组件长度的一半。另一个空速管泵/感应电机组件和一些高速离心泵/感应电机组件中都具有的问题是，使用时需要使电机的驱动轴与齿轮箱对准，和/或与泵的转子或叶轮轴对准。对准由技术员在现场进行，并且需要大量的时间和花费来完成。取消一个组件中的电机与齿轮箱和/或泵的对准产生明显的运行成本上的优点。另外，空速管泵可以直接与一个感应电机的外壳连接，以及转子组件可与驱动轴连接，但这种设置具有一些运行局限性。主要是，一个感应电机的驱动轴的直径较小，当与一个空速管转子组件连接时，需要支撑旋转组件的很大的重量。因此泵不能高速运转，并必须保持低速，以避免发生自然频率振动。另外，标准感应电机没有能适合空速管泵施加给驱动轴的推力负荷的整个范围的轴承系统。因此，在高速管泵能够承受、并仍具有足够的承受寿命的吸入压力方面具有了一个限制。上面提出的问题限制了空速管泵在许多泵送方面的使用，这些问题可以通过提供一种空速管泵组件加以解决，在这种泵组件中，泵与电机连接，为空速管泵提供与带有标准感应电机的传统离心泵具有相同或类似的操作特性或优点，如快速改变泵速、更小的占地面积和/或明显降低运行成本。
技术实现思路
根据本专利技术，一个离心泵、特别是空速管类型的离心泵设置为与一个转换磁阻电机连接，以产生一个具有改进的泵送特性和运行优点的泵组件，因此使本专利技术的泵组件适于用于以前已经使用传统离心泵和标准感应电机的应用中。本专利技术的改进特征和运行优点包括，与传统的空速管泵组件或使用一个标准感应电机的离心泵组件相比，能提供快速增加和降低泵速以及更紧凑的占地面积的能力。本专利技术还提供优于现有泵系统的运行成本，本专利技术的泵系统更小，更容易安装和运行，因此使本专利技术的空速管泵的制造和使用更经济。本专利技术的泵系统特别对一个空速管泵的传统结构进行了修改，以使泵的旋转组件能够直接连接在一个转换磁阻电机的驱动轴上。正如下面进一步描述的，由于空度管泵比离心泵、特别是高速离心泵具有更大重量和更高惯性的特性，转换磁阻电机的数字信号的处理能力和结构使它们特别适于使用空速管泵。一个包括一个转子、转子盖和轴的空速管泵旋转组件的质量比一个高速离心泵的叶轮大得多，并且常常重量大于50磅(平均为135磅或以上)，旋转惯量大于5磅-英尺2(平均15磅-英尺2或更大)。任何一个给定泵的质量和惯性随着泵的类型、尺寸和制造而有很大变化。但是，作为参照，一个十六英寸的空速管泵的旋转质量大约为310磅，旋转惯量大约为74磅-英尺2。作为比较，一个同样泵送能力的传统高速离心泵的旋转组件(即叶轮和轴)的旋转质量和惯性比空速管泵低一个数量级。因此，为了提供快速的泵速变化，需要一个合适的电机。“泵速的快速变化”意味着泵速能力可以增加，例如在几秒钟内(即在3-6秒之间)从零增加到80％的能力或者更大，或者泵速能力降低，例如从100％降到10％或更低。标准感应电机和变频驱动电机能够在具有小旋转质量和低惯性的泵中产生快速的泵速变化。但是由于旋转组件的大质量和高惯性，这种电机和空速泵一起使用在经济上不适于产生快速的泵速变化。另外，标准感应电机可以直接与一个传统离心泵的叶轮连接，以便进行希望的快速泵速变化，但是一个空速管泵的旋转组件与一个标准感应电机的驱动轴的类似直接连接对泵的运行产生一些限制。标准感应电机带有一个比较小的驱动轴，因为一般驱动轴在端部不需要支撑大的质量。把一个空速管泵的大质量旋转组件放在一个感应电机的小驱动轴导致一些必须避免的自然频率振动。因此，泵必须在低于需要或希望的速度下操作。标准感应电机也不带有足以适应旋转组件施加给驱动轴的整个推力负荷范围的齿轮系统。因此为了在电机上保持一个足够的轴承寿命，泵可以承受的吸入压力必然受到限制。使用一个直接与一个空速管泵的旋转组件连接的转换磁阻电机解决了许多上述问题。转换磁阻电机的运行特点是已知的，但是，是转换磁阻电机电子控制磁场的能力与专门设置转换磁阻电机、以满足泵的运行要求的能力一起，使一个转换磁阻电机特别适用于与空速管泵一起使用，以便产生泵速的快速变化。可以改变一个转换磁阻电机的驱动轴的尺寸，以适应一个空速管旋转组件的特定质量(即旋转组件的尺寸和质量可以明显变化)，因此使驱动轴可以直接与旋转组件连接，并消除标准感应电机产生的运行限制。转换磁阻电机的驱动轴适应泵的质量要求的能力还消除了吸入压力的限制，因此使轴承设计适应泵的要求。泵与电机的驱动轴直接连接不再需要一个齿轮箱，这样可以大大节约成本，并且不再需要使泵的轴准确对准齿轮箱的轴和电机的驱动轴，这又比传统的空速管装置大大节约了成本。取消齿轮箱的能力进一步使本专利技术的泵组件的占地小于传统的空速管泵/电机/齿轮箱组件。取消齿轮箱还减小了系统的惯性，因此增加了本专利技术快速改变速度的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泵组件，它包括：一个电机外壳；一个位于所述电机外壳中的转换磁阻电机，所述转换磁阻电机有一个定子和一个电机转子，电机转子与所述定子同轴对齐并且位于所述定子中，转子的转动提供了所述电机转子的快速转动变化；一个固定在所 述电机转子上的驱动轴；一个与所述驱动轴同轴对齐并且定位成由所述驱动轴带动转动的泵转子；一个固定在所述泵转子上的转子盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯L安格尔，史蒂文D奥斯本，
申请(专利权)人：环境技术泵设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]