一种模块化一体式低噪声离心泵及其设计方法技术

本发明专利技术公开一种模块化一体式低噪声离心泵及其设计方法，其包括泵体、泵轴、叶轮和驱动电机，叶轮为偶数级叶轮，位于泵轴两端的一对滚动轴承之间，偶数级叶轮面对面对称布置在泵轴上，从而平衡轴向力并减少转子的轴向窜动；驱动电机为扁平型电机，驱动电机的转子悬臂安装在泵轴的端部，驱动电机与叶轮共轴，且与叶轮共用同一对滚动轴承。本发明专利技术的离心泵，电机无需额外的轴承支撑，可有效提高泵转子刚度，并避免双轴的对中问题，整体运行更加平稳可靠，有效降低了泵的振动噪声，且可模块化地增加叶轮级数，从而提高泵的扬程。从而提高泵的扬程。从而提高泵的扬程。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化一体式低噪声离心泵及其设计方法


[0001]本专利技术涉及流体机械领域，具体涉及一种模块化一体式低噪声离心泵及其设计方法。

技术介绍

[0002]现有常规电机驱动离心泵，其电机采用交流异步电机或永磁同步电机，电机长径比较大，电机转子与泵转子共轴或通过联轴器联接。
[0003]采用常规共轴设计时，泵转子无独立轴承，与电机共用轴承，叶轮为悬臂结构，泵内流动激励作用在叶轮转子上，若叶轮级数较多，较长的泵轴悬臂结构，加剧叶轮流体激励产生的振动响应，给泵减振降噪带来较大困难。
[0004]若采用联轴器联接的分轴设计，虽可避免叶轮转子悬臂带来的振动加剧问题，但为降低泵的振动噪声，对电机轴和泵轴的对中要求较高，增加了泵装配的难度。
[0005]此外，常规的离心泵电机壳体与泵壳体、电机转子与泵转子独立进行设计，分别加工装配后进行整体安装和调试。在对减振降噪要求较高的场合，因为无法对转子系统和结构一体化设计和分析，缺乏整体的减振降噪措施的应用与实现。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种模块化一体式低噪声离心泵及其设计方法，电机与泵转子系统一体化设计，叶轮采用面对面布置的偶数级叶轮，电机采用盘式电机等高能量密度的扁平型电机，将轴承布置在叶轮转子两侧，并将扁平型电机悬臂布置在泵转子的一端或两端，无需额外的轴承支撑，可有效提高泵转子刚度，并避免双轴的对中问题，整体运行更加平稳可靠，有效降低了泵的振动噪声。电机与泵体壳体一体化分析设计，从整体提高其结构刚度，同样有利于泵的减振降噪。
[0007]本专利技术的具体技术方案如下：
[0008]一种模块化一体式低噪声离心泵，该离心泵包括泵体、泵轴、叶轮和驱动电机；
[0009]所述叶轮为偶数级叶轮，位于所述泵轴两端的一对滚动轴承之间；
[0010]从减振降噪的设计目标出发，偶数级叶轮面对面对称布置在所述泵轴上，从而平衡轴向力，降低轴承轴向载荷，并减少转子的轴向窜动；
[0011]所述驱动电机为扁平型电机，所述驱动电机的转子悬臂安装在所述泵轴的端部，所述驱动电机与所述叶轮共轴，且与所述叶轮共用同一对滚动轴承。
[0012]进一步地，所述驱动电机为两个，所述驱动电机的转子分别悬臂安装在所述泵轴的两端，从而改善单个悬臂电机的不对称性。
[0013]进一步地，所述离心泵还包括位于转轴中部的中间口环以及与每级叶轮进口配合的叶轮口环。
[0014]进一步地，所述离心泵还包括位于所述叶轮出口处的导叶。
[0015]进一步地，所述离心泵还包括蜗壳、上机械密封和下机械密封，所述蜗壳位于末级
叶轮和上泵盖之间，所述上机械密封和下机械密封分别位于所述泵轴两端的叶轮和滚动轴承之间，用于离心泵输送介质的密封；所述离心泵在上下两端还设置有上泵盖和下泵盖。这样的设计，使得所述电机与泵头共用壳体与上下泵盖，结构整体性较好。
[0016]进一步地，所述泵体的入水口和出水口均位于所述泵体的侧面。
[0017]一种模块化一体式低噪声离心泵的设计方法，该方法包括如下步骤：
[0018](1)基于给定的额定流量和扬程，通过初步水力设计，确定设计转速和级数，进而估算出泵的轴功率；
[0019](2)进行水力部件的优化设计，基于得到的转速和轴功率同步进行电机电磁设计；
[0020](3)通过理论与数值计算分析，得到水力部件的流体激励特征频率和电磁激励特征频率，作为后续一体化泵壳体和轴系设计的输入条件；
[0021](4)借助结构模态分析，进行电机与泵体壳体一体化分析设计，从而整体提高其结构刚度；
[0022](5)借助转子动力学分析，进行叶轮转子与电机转子系统的轴系设计，从整体上考虑提高转子系统的刚度；
[0023](6)绘制图纸，完成设计。
[0024]本专利技术的有益效果如下：
[0025](1)本专利技术的电机采用扁平型电机，并将轴承布置在叶轮转子两侧，并将扁平型电机悬臂布置在泵转子的一端，无需额外的轴承支撑，可有效提高泵转子刚度，并避免双轴的对中问题，整体运行更加平稳可靠，有效降低了泵的振动噪声。
[0026](2)本专利技术的离心泵采用偶数级数的叶轮，相对于单级叶轮，可有效增加轴承跨距，提高电机悬臂布置的刚度；偶数级叶轮布置可有效平衡轴向力，降低轴承轴向负载，从而降低轴承自身振动噪声；偶数级数面对面布置的叶轮，两侧叶轮轴向力指向内侧，泵运行时叶轮转子始终处于压紧状态，可减小叶轮转子的轴向窜动，有利于减振降噪。
[0027](3)偶数级面对面布置的叶轮结构，可较为方便的增加叶轮级数，而不对泵结构产生较大影响，可模块化地增加叶轮级数，从而提高泵的扬程，同时结构紧凑。
[0028](4)传统的结构往往把泵和电机割裂开来，泵设计完成后进行电机选型，这样的方式对于振动噪声要求多的应用场合有较多不足。本专利技术从泵与电机一体化的思路出发，通过对泵与电机的转子和壳体一体化同步设计，可从整体考虑泵的减振降噪措施。本专利技术的一体化结构，除泵轴与电机轴的一体化，还包括泵体的一体化。由于泵壳体与电机壳体为一整体结构，在结构设计时可以整体考虑结构刚度，从而有利于泵结构的减振降噪。
附图说明
[0029]图1为实施例1的两级一体化离心泵的结构示意图；
[0030]图2为两级一体化离心泵的转子系统示意图；
[0031]图3为四级一体化离心泵的结构示意图；
[0032]图4为双级双电机一体化离心泵示意图；
[0033]图5为双级双电机一体化离心泵转子系统示意图；
[0034]图6为双级双电机轴承外置一体化离心泵示意图；
[0035]图7为双级双电机轴承外置一体化离心泵转子系统示意图；
[0036]图8为本专利技术的模块化一体式低噪声离心泵的设计流程图。
[0037]图中，1
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首级叶轮、2
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泵轴、3
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首级导叶、4
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泵体、5
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泵入口、6
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次级叶轮、7
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蜗壳、8
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电机、9
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上泵盖、10
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上轴承、11
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上轴承座、12
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上机械密封、13
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泵出口、14
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中间口环、15
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下机械密封、16
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下泵盖、17
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下轴承、18
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下轴承座、19
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下轴承端盖、20
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首级口环、21
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次级口环、22
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三级叶轮、23
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四级叶轮、24
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三级导叶、25
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四级导叶、26
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下电机、27
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下电机盖。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化一体式低噪声离心泵，其特征在于，该离心泵包括泵体(4)、泵轴(2)、叶轮和驱动电机(8)；所述叶轮为偶数级叶轮，位于所述泵轴(2)两端的一对滚动轴承之间；偶数级叶轮面对面对称布置在所述泵轴(2)上，从而平衡轴向力并减少转子的轴向窜动；所述驱动电机为扁平型电机，所述驱动电机的转子悬臂安装在所述泵轴(2)的端部，所述驱动电机与所述叶轮共轴，且与所述叶轮共用同一对滚动轴承。2.根据权利要求1所述的模块化一体式低噪声离心泵，其特征在于，所述驱动电机为两个，所述驱动电机的转子分别悬臂安装在所述泵轴(2)的两端，从而改善单个悬臂电机的不对称性。3.根据权利要求1所述的模块化一体式低噪声离心泵，其特征在于，所述离心泵还包括位于转轴中部的中间口环(14)以及与每级叶轮进口配合的叶轮口环。4.根据权利要求1所述的模块化一体式低噪声离心泵，其特征在于，所述离心泵还包括位于所述叶轮出口处的导叶。5.根据权利要求1所述的模块化一体式低噪声离心泵，其特征在于，所述离心泵还包括蜗壳(7)、上机械密封(12)和下机械密封(15)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：武鹏，吴大转，施培丽，李娟红，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：