一种具备自清洁功能的多级离心泵及其使用方法 |
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| 申请号 | CN202311401545.9 | 申请日 | 2023-10-26 | 公开(公告)号 | CN117231514B | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 烟台龙港泵业股份有限公司; | 发明人 | 许文超; 刘先盛; 张装生; 周全; 管建荣; 郑剑平; 何盼盼; 高兴振; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 离心 泵 技术领域，提供了一种具备自清洁功能的多级 离心泵 及其使用方法，多级离心泵包括泵体总成和清洁组件；所述泵体总成包括泵轴、至少两个离心 叶轮 、导流壳体和 电机 ，所述离心叶轮设于所述泵轴上，所述泵轴转动安装于所述导流壳体的内部，所述电机与所述 转轴 连接；所述清洁组件设置于相邻的两个所述离心叶轮之间；所述清洁组件包括通电线圈和至少两个拨 块 ；所述通电线圈设置于所述泵轴的内部，两个所述拨块相对的一端设置有相互吸引的磁极。由于拨块跟随着泵轴旋转，它们打破了清洗介质的正常输送路径，导致清洗介质对导流壳体的内壁产生冲击，从而帮助清除其上的任何杂质或残留物，实现了自动清洁功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具备自清洁功能的多级离心泵，其特征在于，包括泵体总成(1)和清洁组件(3)； |
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| 说明书全文 | 一种具备自清洁功能的多级离心泵及其使用方法技术领域背景技术[0002] 多级离心泵在化工行业中具有广泛的应用，特别是在输送高活性、易反应的介质，如1‑丁烯、乙烯等。这些液体介质在特定的温度和压力下具有很高的反应活性，因此在泵输送过程中必须确保操作条件的稳定性，以防止不必要的化学反应和物质变性。 [0003] 传统的多级离心泵设计中，导流壳的内部结构常常是为了满足流体动力学的需要而特殊设计的。在输送1‑丁烯、乙烯等介质时，由于温度变化或其他外部因素的影响，这些介质有可能在低温条件下转变为絮状物质。这种絮状物质会在导流壳的内壁上产生附着。 [0004] 当絮状物质附着在导流壳的内壁上时，它会影响流体的流动性，导致输送效率降低，甚至可能引起堵塞。这不仅影响了泵的工作效率，还可能导致泵的损坏，从而增加了维护和更换的成本。另外，附着的絮状物质还可能与输送的介质发生不必要的化学反应，产生有害的副产品，对生产流程造成干扰。因此，如何有效地解决这一问题，提高泵的运行效率和稳定性，是化工行业亟待解决的一个技术难题。 发明内容[0005] 本发明提供一种具备自清洁功能的多级离心泵及其使用方法，旨在解决上述背景技术所提出的问题。 [0006] 本发明是这样实现的，一种具备自清洁功能的多级离心泵，包括泵体总成和清洁组件；所述泵体总成包括泵轴、至少两个离心叶轮、导流壳体和电机，所述离心叶轮设于所述泵轴上，所述泵轴转动安装于所述导流壳体的内部，所述电机与所述转轴连接，用于驱动所述转轴转动；所述清洁组件设置于相邻的两个所述离心叶轮之间；所述清洁组件包括通电线圈和至少两个拨块；所述泵轴的内部为中空结构，且所述泵轴上相对设置有所述拨块的容纳腔体，所述通电线圈设置于所述泵轴的内部，且位于两个所述拨块之间，两个所述拨块相对的一端设置有相互吸引的磁极。 [0007] 可选的，一种具备自清洁功能的多级离心泵还包括冷却壳体，所述冷却壳体的内部设置有电机密封壳，所述电机密封壳套设于所述电机的外部，且将所述电机密封于所述电机密封壳的内部，所述冷却壳体和所述电机密封壳之间形成介质流动空间，所述冷却壳体远离所述导流壳体的一端设置有输出管道。 [0008] 可选的，所述冷却壳体上线管，所述线管穿过所述冷却壳体和电机密封壳。 [0009] 可选的，两个所述容纳腔体之间固定连接有安装轴，所述通电线圈套设于所述安装轴上。 [0010] 可选的，所述容纳腔体的内壁设置有滑槽，所述磁极上设置有与所述滑槽匹配的滑动座。 [0011] 可选的，一种具备自清洁功能的多级离心泵还包括供电总成，所述供电总成用于为所述通电线圈供电。 [0012] 可选的，所述供电总成包括轴承、永磁体、发电线圈、整流器和蓄电池；所述轴承与所述泵轴的内壁固定连接，所述永磁体通过转轴与所述轴承连接，所述永磁体通过轴承与所述泵轴形成转动连接；所述发电线圈绕过所述永磁体且与所述整流器连接，所述整流器与所述泵轴的内壁固定连接，所述整流器与所述蓄电池连接，所述蓄电池用于为所述通电线圈供电。 [0013] 可选的，所述导流壳体的内部采用空间导流结构。 [0014] 一种具备自清洁功能的多级离心泵的使用方法，该方法用于实施上述的具备自清洁功能的多级离心泵，包括如下步骤： [0015] S1：在需要清洁时，将导流壳体的下端与清洗介质连通； [0016] S2：启动电机，使得泵轴以及与之连接的离心叶轮开始旋转； [0018] S4：利用通电线圈产生的磁场与拨块的磁极之间的排斥力，使两个拨块从容纳腔体内部伸出； [0019] S5：由于拨块的旋转及其对清洗介质的干扰，导致清洗介质在导流壳体内产生乱流，从而对导流壳体的内壁进行冲洗和清洁； [0020] S6：清洁完成后，停止为通电线圈通电，由于磁极的相互吸引作用，两个拨块自动回到容纳腔体中，恢复泵轴的光滑轴体形态。 [0021] 本发明所达到的有益效果，一种具备自清洁功能的多级离心泵的电机驱动泵轴及离心叶轮转动，对清洗介质进行输送。通电线圈通电后产生磁场，此磁场与磁极之间发生排斥作用，导致两个相对的磁极被推离。这个动作进而驱使两个拨块从容纳腔体中伸出。随着清洗介质经过第一个离心叶轮，它接下来会遇到这些旋转的拨块。由于拨块跟随着泵轴旋转，它们打破了清洗介质的正常输送路径，导致清洗介质产生乱流。这种乱流状态的清洗介质会对导流壳体的内壁产生冲击，从而帮助清除其上的任何杂质或残留物，实现了自动清洁功能。最为关键的是，在这一清洁过程中，完全没有拆卸离心泵的必要。 [0022] 在乱流条件下，由于流体的混合性增强，使得附着在导流壳体内壁上的物质与清洗介质更快地发生物质传输和反应，这有助于去除内壁的污垢。乱流会产生涡旋和旋涡，它们可以捡起和分散沉积在泵内壁的微小颗粒，从而减少了颗粒沉积的机会。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本申请的实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0024] 图1是本发明提供的一种具备自清洁功能的多级离心泵的立体结构示意图； [0025] 图2是本发明提供的一种具备自清洁功能的多级离心泵的爆炸图； [0026] 图3是本发明提供的一种具备自清洁功能的泵轴的剖视结构示意图； [0027] 图4是本发明提供的一种具备自清洁功能的泵轴和叶轮的立体图； [0028] 图5是本发明提供的一种具备自清洁功能的拨块的立体结构示意图； [0029] 图6是本发明提供的一种具备自清洁功能的通电线圈和安装轴的立体结构示意图； [0030] 图7是本发明提供的一种具备自清洁功能的发电线圈的立体结构示意图； [0031] 图8是本发明提供的一种具备自清洁功能的永磁体的立体结构示意图； [0032] 图9是本发明提供的一种具备自清洁功能的导流壳体的部分剖视结构示意图。 [0033] 附图标记如下： [0034] 1‑泵体总成、11‑泵轴、12‑离心叶轮、13‑导流壳体、14‑电机、2‑冷却壳体、21‑电机密封壳、22‑输出管道、23‑线管、3‑清洁组件、31‑通电线圈、32‑拨块、33‑容纳腔体、34‑安装轴、35‑磁极、36‑滑槽、37‑滑动座、4‑供电总成、41‑轴承、42‑永磁体、421‑转轴、43‑发电线圈、44‑整流器、45‑蓄电池。 具体实施方式[0035] 下面将结合本申请的实施例中的附图，对本申请的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0036] 本申请中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、操作、组件或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤、操作、组件或模块，而是可选的还包括没有列出的步骤、操作、组件或模块，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤、操作、组件或模块。 [0037] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。 [0038] 如图1至8所示，示例性实施例的一种具备自清洁功能的多级离心泵，包括泵体总成1和清洁组件3；所述泵体总成1包括泵轴11、至少两个离心叶轮12、导流壳体13和电机14，所述离心叶轮12设于所述泵轴11上，所述泵轴11转动安装于所述导流壳体13的内部，所述电机14与所述转轴11连接，用于驱动所述转轴11转动；所述清洁组件3设置于相邻的两个所述离心叶轮12之间；所述清洁组件3包括通电线圈31和至少两个拨块32；所述泵轴11的内部为中空结构，且所述泵轴11上相对设置有所述拨块32的容纳腔体33，所述通电线圈31设置于所述泵轴11的内部，且位于两个所述拨块32之间，两个所述拨块32相对的一端设置有相互吸引的磁极35。 [0039] 更具体的说，正常状态下，相互吸引的磁极35之间存在相互吸引的引力，在磁极35的相互吸引的作用下，两个拨块32相互靠近，均处于容纳腔体33内，此时泵轴11呈现出一个光滑的轴体形态。使用过程中，电机14驱动泵轴11转动，泵轴11的转动带动离心叶轮12转动，如图1、图2和图4所示，离心叶轮12的旋转使输送的介质从离心叶轮12的下侧吸入，然后在离心力的作用下介质在导流壳体13内被向上输送，实现了介质在导流壳体13的内部向上运动。这个循环过程使得实现了对介质的输送，在介质输送过程中，拨块32处于容纳腔体33内，此时泵轴11为光滑的轴体，避免拨块32的伸出对介质的输送效率产生影响。 [0041] 需要对该多级离心泵进行清理时，将导流壳体13的下端伸入清洗介质中或通过管路与清洗介质连通，随后启动电机14，并为通电线圈31通电，电机14驱动泵轴11及离心叶轮12转动，对清洗介质进行输送。通电线圈31通电后产生磁场，此磁场与磁极35之间发生排斥作用，导致两个相对的磁极35被推离。这个动作进而驱使两个拨块32从容纳腔体33中伸出。 随着清洗介质经过第一个离心叶轮12，它接下来会遇到这些旋转的拨块32。由于拨块32跟随着泵轴11旋转，它们打破了清洗介质的正常输送路径，导致清洗介质产生乱流。这种乱流状态的清洗介质会对导流壳体13的内壁产生冲击，从而帮助清除其上的任何杂质或残留物，实现了自动清洁功能。最为关键的是，在这一清洁过程中，完全没有拆卸离心泵的必要。 [0042] 乱流与层流相对，是液体或气体流动时的一种无序、混沌的流动状态。乱流的特点有高度的混合性、流速变化大和流动方向的快速不规则变化。乱流的清洗介质流动特性会增加与导流壳体13的内壁的摩擦。这种摩擦作用有助于去除附着在内壁上的沉淀物或污垢。乱流流动会产生强烈的混合效果。这种混合效果有助于分散沉积在导流壳体13内壁上的颗粒或其他物质，从而使它们更容易被清洁液冲刷掉。在乱流条件下，由于流体的混合性增强，使得附着在导流壳体13内壁上的物质与清洗介质更快地发生物质传输和反应，这有助于去除内壁的污垢。乱流会产生涡旋和旋涡，它们可以捡起和分散沉积在泵内壁的微小颗粒，从而减少了颗粒沉积的机会。 [0043] 其中清洗介质可以是但不限于以下介质： [0048] 针对输送1‑丁烯和乙烯所采用的清洗介质为： [0049] 温热的清水：通过提高水的温度来帮助重新溶解或软化由于温度下降而形成的1‑丁烯和乙烯的固体沉积物。温热的水有助于提高溶解率并使固体沉积物更容易被清除。 [0051] 表面活性剂溶液：有助于从泵的内部表面上清除1‑丁烯和乙烯的固体沉积物。具体可是聚氧乙烯醇醚、烷基苯磺酸盐或磷脂。 [0052] 作为一种可选的实施方式，一种具备自清洁功能的多级离心泵还包括冷却壳体2，所述冷却壳体2的内部设置有电机密封壳21，所述电机密封壳21套设于所述电机14的外部，且将所述电机14密封于所述电机密封壳21的内部，所述冷却壳体2和所述电机密封壳21之间形成介质流动空间，所述冷却壳体2远离所述导流壳体13的一端设置有输出管道22。 [0053] 冷却壳体2的主要功能是为电机14提供冷却。具体而言，经过导流壳体13的介质流入了冷却壳体2和电机密封壳21之间的介质流动空间，并最终通过输出管道22被排出。在此流动过程中，介质带走了电机14在工作过程中产生的热量，从而实现了电机的自动冷却，确保电机在持续运行中维持适宜的工作温度，避免了因过热而可能导致的性能下降或损坏。 [0054] 这种冷却设计方式确保了多级离心泵的高效、稳定运行。首先，通过使介质在冷却壳体2与电机密封壳21之间的空间流动，可以有效地带走电机14在运行中产生的热量。这样不仅提高了电机14的工作效率，还显著延长了其使用寿命，因为持续的过热是导致电机早期损坏的常见原因。 [0055] 其次，这种设计也避免了需要额外的冷却系统或附件，从而节省了成本和空间。当电机14运行时，介质自然流经介质流动空间，并最终通过输出管道22被排出，这个过程不仅实现了电机的冷却，还为介质提供了更流畅的传输路径，从而提高了整体的工作效率。 [0056] 此外，由于介质在经过电机14时提供了冷却效果，这意味着离心泵在连续、长时间运行中能够保持较低的温度，从而确保离心叶轮12、泵轴11和其他关键组件不会因过热而受损，确保了整体设备的稳定性和安全性。 [0057] 作为一种可选的实施方式，所述冷却壳体2上线管23，所述线管23穿过所述冷却壳体2和电机密封壳21。线管23用于容纳电线，通过电线的一端连接电机14，另一端连接电源以及电机控制器，以此来控制电机14的运行。其中电机14为现有的伺服电机，其具体工作原理以及控制方式为本领域技术人员所熟知的技术手段，在此不再进行详细赘述。 [0058] 作为一种可选的实施方式，两个所述容纳腔体33之间固定连接有安装轴34，所述通电线圈31套设于所述安装轴34上。安装轴34用于安装通电线圈31，为通电线圈31提供安装载体，另一方面安装轴34连接于相对设置的两个容纳腔体33之间，可以有效的提高泵轴11的结构稳定性。 [0059] 作为一种可选的实施方式，所述容纳腔体33的内壁设置有滑槽36，所述磁极35上设置有与所述滑槽36匹配的滑动座37。滑动座37与滑槽36的设定可以更进一步的提高拨块32伸出或收回容纳腔体33的稳定性，保证拨块32的运行平稳。 [0060] 作为一种可选的实施方式，一种具备自清洁功能的多级离心泵还包括供电总成4，所述供电总成4用于为所述通电线圈31供电。供电总成4是为多级离心泵中的通电线圈31提供电能的关键部件。通电线圈31的正常运作依赖于稳定且持续的电源，而供电总成4则确保了这一需求得到满足。 [0061] 作为一种可选的实施方式，所述供电总成4包括轴承41、永磁体42、发电线圈43、整流器44和蓄电池45；所述轴承41与所述泵轴11的内壁固定连接，所述永磁体42通过转轴421与所述轴承41连接，所述永磁体42通过轴承41与所述泵轴11形成转动连接；所述发电线圈43绕过所述永磁体42且与所述整流器44连接，所述整流器44与所述泵轴11的内壁固定连接，所述整流器44与所述蓄电池45连接，所述蓄电池45用于为所述通电线圈31供电。 [0062] 更进一步的说，在泵轴11转动过程中，由于轴承41的设计，泵轴41的转动并不会驱动永磁体42转动，也就是说永磁体42处于静止状态。即便通过轴承41自身所存在的微小摩擦力驱动带动永磁体42转动，那么永磁体42也无法达到泵轴11的转数。而泵轴11转动过程中，带动蓄电池45和整流器44转动，进而发电线圈43发生转动，发电线圈43相对永磁体42转动，发电线圈43切割永磁体42所产生的磁场。按照法拉第电磁感应定律，发电线圈43中会感应出电动势，从而产生电流。电流经过整流器44并被整流器44转化为直流电，该直流电为蓄电池45进行充电，蓄电池45存储电能，以便用于为通电线圈31进行供电。其中蓄电池45与通电线圈31通过固态开关(图中未标出)连接。其中固态开关可以是但不仅限于Omron公司的G3VM系列或Vishay公司的VO1400AEFTR。通过无线控制方式控制固态开关的开闭，其中，无线控制可以使用RF模块。例如，Nordic Semiconductor的nRF24L01+或者Espressif的ESP8266/ESP32模块。 [0063] 当用户需要蓄电池45为通电线圈31供电时，通过外部控制器发送一个无线"开"信号给泵轴内部的RF模块。RF模块接收到这个“开”信号后，向固态开关的控制端提供电压，使其闭合。一旦固态开关闭合，蓄电池45就可以为通电线圈31供电。当不再需要供电时，用户可以发送一个无线“关”信号，RF模块接收到后，断开向固态开关的电压供应，从而断开其输出端。 [0064] 作为一种可选的实施方式，所述导流壳体13的内部采用空间导流结构。这种空间导流结构设计有助于提高水力性能的稳定性和效率，同时由于径向尺寸较小，泵的整体安装空间得以减少。更进一步，导流壳体13的内部设有弧形结构的叶轮容纳腔131和介质输送腔132，相较于传统的直角设计，其径向尺寸更小。此外，在介质输送腔132内还可设置螺旋叶片133，以引导介质的流动。 [0065] 一种具备自清洁功能的多级离心泵的使用方法，该方法用于实施上述的具备自清洁功能的多级离心泵，包括如下步骤： [0066] S1：在需要清洁时，将导流壳体13的下端与清洗介质连通； [0067] S2：启动电机14，使得泵轴11以及与之连接的离心叶轮12开始旋转； [0068] S3：为通电线圈31通电，使其产生磁场； [0069] S4：利用通电线圈31产生的磁场与拨块32的磁极35之间的排斥力，使两个拨块32从容纳腔体33内部伸出； [0070] S5：由于拨块32的旋转及其对清洗介质的干扰，导致清洗介质在导流壳体13内产生乱流，从而对导流壳体13的内壁进行冲洗和清洁； [0071] S6：清洁完成后，停止为通电线圈31通电，由于磁极35的相互吸引作用，两个拨块32自动回到容纳腔体33中，恢复泵轴11的光滑轴体形态。 [0072] 传统的泵清洁方法往往需要停机、拆卸相关部件，通过这种方法，只需启动电机14并进行简单的操作即可完成清洁，大大提高了操作的便捷性。通过拨块32产生的乱流，能够有效冲洗泵内部，特别是导流壳体的内壁，去除附着的杂质或残留物。由于不需要频繁拆卸设备，从而减少了设备的磨损和对设备的损伤。由于不需要频繁拆卸设备，从而减少了设备的磨损和对设备的损伤。 [0073] 本申请的示例性实施例可相互组合，通过组合而获得的示例性实施例也落入本申请的范围内。 [0074] 本申请应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。 |
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