本發(fā)明屬于流體機械領(lǐng)域，具體涉及一種固液兩相流泵。

背景技術(shù)：

固液兩相流泵屬于離心泵中的一種，依靠葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力來輸送液體的泵。目前，常規(guī)的固液兩相流泵是由電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動主軸，主軸穿過泵殼與葉輪連接，并帶動葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。同時，為了保證固液兩相流泵的密封性，避免泵殼內(nèi)部流體介質(zhì)沿主軸發(fā)生外泄，通常在泵殼與主軸的連接位置設(shè)有密封圈、減漏環(huán)以及填料函等密封組件。

在固液兩相流泵的工作過程中，主軸是通過聯(lián)軸器在電機的驅(qū)動下帶動葉輪進行高速旋轉(zhuǎn)。這樣，電機輸出的扭矩在經(jīng)過聯(lián)軸器和主軸的二級傳遞后會有所損失，主軸的傳動效率有所降低。此外，主軸需要具有一定的長度來實現(xiàn)聯(lián)軸器和葉輪之間的連接，然而較長尺寸的主軸在高速高扭矩的旋轉(zhuǎn)過程中，極易受到剪應(yīng)力的作用而發(fā)生結(jié)構(gòu)上的金屬疲勞，進而影響主軸的使用壽命和固液兩相流泵的工作穩(wěn)定性。另外，由于主軸的高速旋轉(zhuǎn)，對密封組件，尤其是對填料函內(nèi)部的填料存在著高速轉(zhuǎn)動磨損，導(dǎo)致填料的使用壽命降低，需要經(jīng)常進行填料的更換，如果密封組件的更換不及時，則會出現(xiàn)泵殼內(nèi)部介質(zhì)沿主軸方向的外泄，導(dǎo)致固液兩相流泵的工作效率下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決在常規(guī)固液兩相流泵中，主軸通過聯(lián)軸器在電機的驅(qū)動下帶動葉輪進行高速旋轉(zhuǎn)時，存在傳動效率低以及主軸與泵體之間發(fā)生泄露的問題，本發(fā)明提出了一種固液兩相流泵。該固液兩相流泵，包括前護套、后護套、主軸、葉輪以及線圈組件；所述前護套與所述后護套連接并形成腔體；所述后護套設(shè)有主軸孔和線圈槽，其中所述主軸孔為盲孔結(jié)構(gòu)并且孔口指向所述腔體，所述線圈槽位于所述后護套中背離所述腔體的一側(cè)；所述主軸的一端位于所述主軸孔內(nèi)部，另一端伸出與所述葉輪連接；所述線圈組件包括驅(qū)動線圈和線圈蓋板，所述驅(qū)動線圈中通有直流電，所述線圈蓋板與所述后護套連接，并且與所述線圈槽組成密閉空間，用于安裝所述驅(qū)動線圈；所述葉輪位于所述腔體內(nèi)部，并且所述葉輪的后蓋板上設(shè)有磁性背葉片。

優(yōu)選的，所述后護套上設(shè)有多個加強筋，并且所述加強筋沿所述后護套的圓周方向均布，將所述后護套中的線圈槽分割為多個相同的扇形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述線圈組件包括與所述線圈槽數(shù)量相同的驅(qū)動線圈，并且所述驅(qū)動線圈中靠近所述磁性背葉片一側(cè)的導(dǎo)線中通有沿所述葉輪直徑方向的直流電。

優(yōu)選的，每一個所述驅(qū)動線圈由單獨的一根導(dǎo)線繞成；每一個所述線圈槽中設(shè)有兩個金屬觸點，通過多根導(dǎo)線將相鄰兩個所述線圈槽之間的金屬觸點依次連接，并保留兩個位于不同線圈槽中相鄰的金屬觸點作為自由端；所述驅(qū)動線圈嵌入所述線圈槽后，所述驅(qū)動線圈的導(dǎo)線兩端分別與所述線圈槽中的兩個金屬觸點連接，并且將作為自由端的兩個金屬觸點與外界電源進行連接。

進一步優(yōu)選的，所述葉輪中的磁性背葉片數(shù)量與所述葉輪中的葉片數(shù)量相同，并且所述磁性背葉片沿所述葉輪的圓周方向均布在所述葉輪的后蓋板上。

優(yōu)選的，所述磁性背葉片采用永久性磁鐵，并且鑲嵌在所述葉輪的后蓋板上。

優(yōu)選的，所述后護套采用非金屬材質(zhì)加工，用于防止磁屏蔽。

優(yōu)選的，所述主軸通過圓柱滾子軸承與所述主軸孔轉(zhuǎn)動連接。

進一步優(yōu)選的，所述磁性背葉片的兩個磁極沿所述葉輪的軸線方向設(shè)置。

本發(fā)明的固液兩相流泵與常規(guī)固液兩相泵相比較，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的固液兩相流泵通過設(shè)置線圈組件以及磁性背葉片，利用通電導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生安培力的原理以及反作用力的原理，驅(qū)動線圈對磁性背葉片產(chǎn)生驅(qū)動力，進而帶動葉輪旋轉(zhuǎn)。這樣，不僅省去了驅(qū)動常規(guī)固液兩相泵運轉(zhuǎn)工作時所需要的傳動軸和電機等傳動部件，減少了固液兩相流泵工作時對空間體積的占用，而且省去了用于連接電機和固液兩相流泵的聯(lián)軸器，避免了動力傳遞過程的能量損失。此外，由于主軸不再傳遞動力，只是作為支撐作用，因此主軸不僅受力減小，可以延長其使用壽命，而且外形尺寸減小，可以直接置于腔體內(nèi)部，這樣又可以避免沿主軸發(fā)生外泄的問題，省去了常規(guī)固液兩相流泵中用于主軸密封的復(fù)雜組件。

2、本發(fā)明通過將磁性背葉片沿葉輪的圓周方向均勻的布置在葉輪的后蓋板上，使磁性背葉片產(chǎn)生的磁場可以均勻的分布在葉輪的后蓋板端面上，從而在保持背葉片具有軸向平衡力的情況下，又產(chǎn)生了驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定作用力，保證葉輪轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。而且由于該作用力直接作用在磁性背葉片處，因此用于驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動的作用力半徑不再是主軸半徑，而是磁性背葉片距離主軸中心線的距離。這樣在保持驅(qū)動力矩大小不變的情況下，葉輪轉(zhuǎn)動所需的驅(qū)動力大大降低。因此，在相同揚程和流量的情況下，本發(fā)明的固液兩相流泵的耗電量將會變少，更加節(jié)能省電，從而獲得更高的工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明固液兩相流泵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為拆除線圈蓋板后，沿圖1中f方向本發(fā)明固液兩相流泵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為沿圖1中f方向的葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為電流、磁場以及安培力三者之間的關(guān)系示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行詳細介紹。

結(jié)合圖1所示，本發(fā)明的固液兩相流泵，包括前護套1、后護套2、主軸3、葉輪4以及線圈組件5。其中，前護套1與后護套2之間通過鎖緊螺栓61固定連接，并形成用于容納葉輪4的腔體7。

后護套2設(shè)有主軸孔21和線圈槽22。其中，主軸孔21為盲孔結(jié)構(gòu)，位于后護套2的中心位置，并且孔口指向腔體7。線圈槽22位于后護套2中背離腔體7的一側(cè)，并且沿圓周方向分布在主軸孔21的周圍。

主軸3的一端位于主軸孔21的內(nèi)部，并通過軸承62與主軸孔21固定連接；另一端伸出主軸孔21，并通過連接鍵63與葉輪4固定連接。其中，在本發(fā)明中，軸承62優(yōu)選為圓錐滾子軸承。這樣可以提高主軸3的軸向承載力，保證主軸3持續(xù)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

此外，在主軸3中靠近葉輪4的位置處設(shè)有密封件64，用于對主軸3和主軸孔21之間的間隙進行密封，其中可以選著氈圈密封。這樣，可以防止位于腔體7內(nèi)部的介質(zhì)大量進入主軸孔21，對軸承62造成破壞，從而保證在軸承62對主軸3的穩(wěn)定支撐作用下，主軸3和葉輪4可以自由靈活的轉(zhuǎn)動。

葉輪4位于由前護套1和后護套2組成的腔體7內(nèi)，并且在葉輪4的后蓋板41上設(shè)有磁性背葉片42。優(yōu)選的，在本發(fā)明中，將磁性背葉片42的兩個磁極沿葉輪4的軸線方向設(shè)置。例如，將磁性背葉片42的s極與后蓋板41連接，n極作為自由端指向后護套2。這樣，可以使磁性背葉片42產(chǎn)生指向后護套2方向的較強磁場。

線圈組件5，包括驅(qū)動線圈51和線圈蓋板52。驅(qū)動線圈51由導(dǎo)線繞制而成，并且導(dǎo)線中通有直流電。線圈蓋板52與后護套2通過連接螺栓65進行可拆卸式的固定連接，并且在線圈蓋板52和線圈槽22之間形成密閉的空間，用于安裝和固定驅(qū)動線圈51。

優(yōu)選的，結(jié)合圖2所示，在后護套2上設(shè)有多個加強筋23，并且加強筋23以主軸孔21為中心沿圓周方向均布，將線圈槽22分割為多個相互獨立的扇形線圈槽且成環(huán)形陣列布置。此時，在線圈組件5中包括與線圈槽22數(shù)量相等的驅(qū)動線圈51，并且驅(qū)動線圈51采用扇形結(jié)構(gòu)。這樣，通過設(shè)置加強筋23不僅可以提高后護套2的強度，而且將線圈槽22和驅(qū)動線圈51改進為多個獨立的小型結(jié)構(gòu)，便于對驅(qū)動線圈51進行拆裝，而且借助加強筋23可以提高線圈槽22對驅(qū)動線圈51在圓周方向上進行固定約束的穩(wěn)定性。

進一步優(yōu)選的，每一個驅(qū)動線圈51由單獨的一根導(dǎo)線繞制而成，并且驅(qū)動線圈51中靠近磁性背葉片41一側(cè)的導(dǎo)線都是沿直徑方向的走向布置。與此同時，在每一個線圈槽22中設(shè)有兩個金屬觸點221，并且通過多根導(dǎo)線將相鄰兩個線圈槽22之間的金屬觸點221依次連接，但保留兩個位于不同線圈槽22中相鄰的金屬觸點221作為自由端。這樣，將驅(qū)動線圈51嵌入線圈槽22后，將驅(qū)動線圈51的導(dǎo)線兩端分別與線圈槽22中的兩個金屬觸點221連接，同時將作為自由端的兩個金屬觸點221通過兩根單獨的導(dǎo)線與外界的電源進行連接。

此時，通過金屬觸點221和相鄰線圈槽22之間的導(dǎo)線，將所有獨立的驅(qū)動線圈51串聯(lián)為一個環(huán)形整體，并且安裝驅(qū)動線圈51時，使所有驅(qū)動線圈51中靠近磁性背葉片41一側(cè)導(dǎo)線中的電流方向都是指向圓心或背離圓心。這樣，不僅便于驅(qū)動線圈51與線圈槽22之間安裝固定，而且通過對獨立的驅(qū)動線圈51進行單獨檢測，可以快速鎖定損壞位置并進行快速替換，從而減少驅(qū)動線圈51的替換工作量，提高工作效率，降低維護成本。

優(yōu)選的，結(jié)合圖3所示，在葉輪4的后蓋板41上沿圓周方向均勻設(shè)置有與葉輪4中葉片數(shù)量相等的磁性背葉片42。例如，在本發(fā)明中的后蓋板41上設(shè)有六個磁性背葉片42，并且相互間隔60度設(shè)置。這樣，可以使磁性背葉片42在后蓋板41的端面產(chǎn)生分布均勻的磁場，從而保證由此產(chǎn)生穩(wěn)定的安培力。此外，磁性背葉片42采用長條形結(jié)構(gòu)的永磁鐵，例如釹鐵硼磁鐵，并且通過鑲嵌的加工方式與后蓋板41固定連接。

優(yōu)選的，在本發(fā)明中，后護套2采用非金屬材質(zhì)加工而成，例如硅鋼或氧化鐵。這樣，可以防止后護套2對磁性背葉片42產(chǎn)生磁屏蔽，從而保證磁性背葉片42所產(chǎn)生的磁場可以直接穿過后護套2作用在驅(qū)動線圈51處，并且保持較強的磁場強度。此外，為了避免在葉輪4的旋轉(zhuǎn)過程中，固液兩相流泵中的其他部件發(fā)生切割磁場，產(chǎn)生并存在感應(yīng)電流，在固液兩相流泵工作前，將前護套1和后護套2通過導(dǎo)線與地面連接，從而保證固液兩相流泵在運行過程的安全。

此外，在線圈蓋板52上還設(shè)有隔離板521。隔離板521為圓柱形結(jié)構(gòu)，位于線圈蓋板52的中心位置，用于輔助線圈槽22對驅(qū)動線圈51進行徑向的安裝固定。另外，本發(fā)明的固液兩相流泵還包括位于腔體7內(nèi)部的泵體襯里81、前泵蓋襯里82以及后泵蓋襯里83。其中，泵體襯里81作為蝸殼，位于前護套1與后護套2之間的連接位置，用于保護前護套1和后護套2，防止腔體7內(nèi)部的介質(zhì)對前護套1和后護套2造成破壞。前泵蓋襯里82和后泵蓋襯里83作為密封件，分別位于前護套1的內(nèi)側(cè)和后護套2的內(nèi)側(cè)，用于防止腔內(nèi)7的介質(zhì)發(fā)生泄露。

結(jié)合圖2和圖4所示，本發(fā)明固液兩相流泵的工作原理為：當對按環(huán)形陣列分布在后護套2上的驅(qū)動線圈51通入恒定的直流電時，位于驅(qū)動線圈51工作面的導(dǎo)線電流方向指向圓心。其中，驅(qū)動線圈51工作面指的是驅(qū)動線圈51中靠近磁性背葉片42一側(cè)的平面。同時，磁性背葉片42中靠近后護套2的一端為n極，產(chǎn)生的發(fā)散磁場穿過后護套2并作用在驅(qū)動線圈51工作面。此時，根據(jù)左手定則，驅(qū)動線圈51工作面上的導(dǎo)線受到安培力的作用，并且在安培力的作用下，使導(dǎo)線產(chǎn)生沿逆時針旋轉(zhuǎn)的力矩，觀察方向為圖1中的f方向。但是，由于驅(qū)動線圈51位于線圈槽22內(nèi)，并且受到加強筋221在圓周方向的固定約束。所以，磁性背葉片42受到安培力的反作用力，并對磁性背葉片42產(chǎn)生沿順時針旋轉(zhuǎn)的力矩。這樣，磁性背葉片42通過后蓋板41帶動整個葉輪3和主軸4進行轉(zhuǎn)動，對進入葉輪3的介質(zhì)產(chǎn)生離心力，最終實現(xiàn)對介質(zhì)的輸出。