一种屏蔽式旋涡泵 |
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| 申请号 | CN202210617801.7 | 申请日 | 2022-06-01 | 公开(公告)号 | CN115199563A | 公开(公告)日 | 2022-10-18 |
| 申请人 | 合肥新沪屏蔽泵有限公司; | 发明人 | 王国良; 汪细权; 陈智达; 吴平生; 郑坤祥; 何俊龙; 朱飞龙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 旋涡 泵 技术领域，且公开了一种屏蔽式旋涡泵，泵体中部固定安装有 定子 屏蔽套，定子屏蔽套的内部固定安装有定子组件，泵体的 轴头 腔室固定安装有前 轴承 座，泵体的尾端中部固定安装有后轴承座，前轴承座中部固定安装有前轴承，前轴承的 内圈 固定安装有前轴套，后轴承座的中部固定安装有后轴承，后轴承的内圈固定安装有后轴套，前轴套与后轴套中部固定套接有 转子 轴，转子轴中部 外圈 固定安装有转子组件，转子组件外圈设有转子屏蔽套，转子轴位于轴头腔室内部端的外圈套接有旋涡 叶轮 ，该屏蔽式旋涡泵外形尺寸小、体积小、扬程高， 稳定性 高，且旋涡叶轮压 力 平衡效果好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种屏蔽式旋涡泵，包括泵体(1)，其特征在于：所述泵体(1)中部固定安装有定子屏蔽套(12)，所述定子屏蔽套(12)的内部固定安装有定子组件(11)，所述泵体(1)的轴头腔室固定安装有前轴承座(6)，所述泵体(1)的尾端中部固定安装有后轴承座(15)，所述前轴承座(6)中部固定安装有前轴承(8)，所述前轴承(8)的内圈固定安装有前轴套(10)，所述后轴承座(15)的中部固定安装有后轴承(18)，所述后轴承(18)的内圈固定安装有后轴套(17)，所述前轴套(10)与后轴套(17)中部固定套接有转子轴(21)，所述转子轴(21)中部外圈固定安装有转子组件(13)，所述转子组件(13)外圈设有转子屏蔽套(14)，所述转子轴(21)位于轴头腔室内部端的外圈套接有旋涡叶轮(4)且在套接处安装有平键A(2)，所述转子轴(21)靠近后轴承座(15)一端的外圈固定套接有卡箍(16)，所述泵体(1)内部位于旋涡叶轮(4)两侧位置分别固定安装有前耐磨环(3)和后耐磨环(5)，所述泵体(1)位于电机前法兰端面处安装有O型密封圈(7)，所述前轴套(10)前端设有紧定螺丝孔且通过紧钉螺钉(23)将前轴套(10)固定在转子轴(21)上，所述转子轴(21)外圈位于转子组件(13)端部处固定安装有前后推力盘(22)。 |
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| 说明书全文 | 一种屏蔽式旋涡泵技术领域[0001] 本发明涉及旋涡泵技术领域，具体为一种屏蔽式旋涡泵。 背景技术[0002] 在芯片制造过程中需要一种半导体温度控制装置Chiller，对反映腔室温度进行精准控制，主要由热交换器、循环泵、压缩机和控制系统组成，该半导体温控装置所用循环泵输送的是一种新型冷却液FC‑3283，无腐蚀性，不易燃易爆，安全性好，比重较大，常温比重1.83，流量较小，扬程较高。目前采用的产品型式有两种：一种是屏蔽式离心泵，一种是磁力旋涡泵。这两种产品型式用在芯片半导体制程均有不足之处： [0003] 屏蔽式离心泵虽然能做到机泵一体，无机械密封，绝对不泄漏，但装置输送扬程较高，采用离心泵需要较大的叶轮外径和较大的泵体径向尺寸，造成循环泵外形尺寸偏大，而温控装置Chiller结构紧凑，外形尺寸较小，安装空间不足。而且离心泵在小流量高扬程时，水力效率较低，泵进出口温升增大，不利于装置系统节能，也不利于装置系统温度控制。另外离心泵曲线通常较为平坦，陡度不够，而系统循环管路较小，会使系统工作时流量易受外界因素干扰，造成流量不稳，波动较大，甚至出现流量不足的情况； [0004] 采用磁力旋涡泵，虽然也是无密封泵，能做到绝对不泄漏，但需要增加磁力耦合驱动装置，使产品轴向尺寸增大，外形尺寸增大，而且磁力旋涡泵还需配带三相异步感应电机作为动力，电机带冷却风扇，使产品噪声增大； [0005] 同时旋涡叶轮在转动的时候需要通过平衡孔来平衡两侧的液压力，但是现有的平衡孔比较小且泵体内部的液压变化也是不规则的，因此就容易导致在旋涡叶轮前端的液压通过平衡孔进入到背面后，其前端液压突然变小平衡孔来不及快速平衡液压力，从而导致旋涡叶轮还是处于不平衡压力状态，因此现有平衡孔的平衡效果较差。 发明内容[0006] 针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种屏蔽式旋涡泵，具备扬程高、稳定、压力平衡速度快的优点，解决了背景技术提出的问题。 [0007] 本发明提供如下技术方案：一种屏蔽式旋涡泵，包括泵体，所述泵体中部固定安装有定子屏蔽套，所述定子屏蔽套的内部固定安装有定子组件，所述泵体的轴头腔室固定安装有前轴承座，所述泵体的尾端中部固定安装有后轴承座，所述前轴承座中部固定安装有前轴承，所述前轴承的内圈固定安装有前轴套，所述后轴承座的中部固定安装有后轴承，所述后轴承的内圈固定安装有后轴套，所述前轴套与后轴套中部固定套接有转子轴，所述转子轴中部外圈固定安装有转子组件，所述转子组件外圈设有转子屏蔽套，所述转子轴位于轴头腔室内部端的外圈套接有旋涡叶轮且在套接处安装有平键A，所述转子轴靠近后轴承座一端的外圈固定套接有卡箍，所述泵体内部位于旋涡叶轮两侧位置分别固定安装有前耐磨环和后耐磨环，所述泵体位于电机前法兰端面处安装有O型密封圈，所述前轴套前端设有紧定螺丝孔且通过紧钉螺钉将前轴套固定在转子轴上，所述转子轴外圈位于转子组件端部处固定安装有前后推力盘。 [0008] 优选的，所述旋涡叶轮的轮毂处开设有4个平衡孔，平衡孔内固定安装有单向阀，所述旋涡叶轮背面开设有环槽且环槽内部活动套接有套盘，所述套盘与旋涡叶轮环槽内部之间固定安装有内外两圈波纹管，所述泵体背面位于相邻两平衡孔之间开设有液压孔且液压孔活动套接有液压杆，所述液压杆与套盘侧壁固定连接，所述旋涡叶轮轮毂处位于平衡孔侧边位置开设有液压调节孔且调节孔内部活动套接液压调节块。 [0009] 优选的，所述旋涡叶轮与泵体形成环形流道，环形流道截面为矩形，矩形截面尖角倒园，取大圆角使水力效率提高，流道分设在泵体内部端面和前轴承座端面上，所述泵体进出口在径向成45度方向，与流道直接相连，所述泵体流道垂直方向顶部设有径向隔舌，所述泵体流道和前轴承座流道园周方向顶部均设有轴向隔舌，隔舌与旋涡叶轮间间隙很小，所述旋涡叶轮外径与泵体隔舌径向间隙单边为20丝到25丝。 [0010] 优选的，所述泵体流道端面设有前耐磨环，前轴承座端面设有后耐磨环，所述旋涡叶轮在前后耐磨环中轴向间隙很小，双边间隙约为15丝到20丝，所述前后耐磨环端面与泵体及前轴承座轴向隔舌端面平齐，三个隔舌合在一起，将泵流道分隔成低压区和高压区，低压区与泵进口相连，高压区与泵出口相连。 [0011] 优选的，所述液压调节块滑动密封套接在调节孔内部，所述旋涡叶轮平衡孔中安装的单向阀单向导通性呈间隔式相反，所述液压调节块控制相邻单向阀内部阀芯的限位，所述液压孔中的填充可膨胀压缩性的液体。 [0012] 优选的，所述转子组件有轴向窜动量，在转子轴上自由浮动，浮动极限值为转子轴向窜动量加旋涡叶轮轴向间隙。 [0013] 优选的，所述旋涡叶轮材质采用高分子聚合物聚醚醚酮PEEK加30％碳纤维，所述转子轴采用马氏体不锈钢1CrNi轴头喷涂WC硬质合金或镀硬铬，所述泵体流道端面所设前耐磨环和前轴承座端面所设后耐磨环材质采用304不锈钢液体氮化处理。 [0014] 本发明具备以下有益效果： [0015] 1、屏蔽式旋涡泵结构，电机和泵共用一根轴，定子组件内径和转子组件外径分别设有定子屏蔽套和转子屏蔽套，使输送介质与电磁材料隔开，保护了电机，产品为屏蔽封闭式结构，绝对无泄漏，在相同外径尺寸情况下，扬程是同尺寸离心泵的4到5倍，外形尺寸小，体积小，扬程高且流量扬程性能曲线是陡降的，流量比较稳定，不会因管路系统的扰动而受到不利影响，在小流量高扬程的情况下，泵效率较高泵高，泵进出温升较低，有利于整个半导体温控装置系统进行精确的温度控制，提高芯片制程良品率，无电机冷却风扇，噪声小，符合环保理念。 [0016] 2、旋涡叶轮没有固定在转子轴上，而是在转子轴上自由浮动，有利于减小叶轮两端面的磨损。浮动极限值为转子轴向窜动量加叶轮轴向间隙，旋涡叶轮材质采用高分子聚合物聚醚醚酮PEEK加30％碳纤维，邵氏硬度HSD88，摩擦系数小，耐磨性好，叶轮轮毂加长，增加叶轮与轴摩擦接触面积，延长叶轮使用寿命，转子轴采用马氏体不锈钢1Cr17Ni2轴头喷涂WC硬质合金或镀硬铬，表面维氏硬度HV达800以上，这种材质的转子轴不会生锈，轴头喷涂或电镀后，有较高硬度，PEEK叶轮在轴上滑动，叶轮轮毂内径与轴面均不会产生异常磨损，泵体流道端面所设前耐磨环和前轴承座端面所设后耐磨环材质采用304不锈钢液体氮化处理，表面维氏硬度HV也在800以上，PEEK叶轮在两耐磨环中间高速旋转，叶轮端面也不会产生异常磨损。 [0017] 3、旋涡叶轮轮毂处设4个平衡孔，同时通过在旋涡叶轮的背面设置有套盘和液压杆等结构，可以使得在液压变化的时候进行调节来使得旋涡叶轮前后端的液压保持相对平衡的状态，用于平衡叶轮前后端面因压力不均衡而产生的轴向力，减小叶轮端面磨损，并且单向阀和液压调节块的设计可以实现快速的两侧压力平衡调节，更利于对旋涡叶轮的保护。 [0018] 4、液流在叶轮的作用下，被输送到泵流道顶部出口处，因流道顶部径向隔舌和轴向隔舌的阻挡，液流不能回到进口，而是从泵体出口流出，达到输送液体的目的，前轴承座流道高压侧开设一个小孔引一部分液体到电机前腔，再从电机前腔经过定子屏蔽套和转子屏蔽套间隙流入电机后腔，又从后轴承和后轴套推力盘过液槽流入后轴承座内腔，这部分液体再经过转子轴中心孔，从后轴头腔室回到前轴头腔室，最后经过前耐磨环和泵体流道端面上开设的过液槽回到泵吸入口低压区，起到冷却电机、润滑轴承的作用，电机前腔还有一小部分液体从前轴承和前轴套推力盘过液槽流到叶轮轮毂处，再经过叶轮平衡孔回到前轴头腔室，经前耐磨环端面上开设的过液槽回到泵吸入口低压区。这一部分液体起到冷却润滑前轴承轴套推力盘的作用，更好的承担旋涡叶轮产生的径向力，提高屏蔽式旋涡泵的使用寿命。附图说明 [0019] 图1为本发明结构整体示意图； [0020] 图2为本发明泵体剖面图； [0021] 图3为图2中A‑O‑A剖面图； [0022] 图4为本发明前轴承座示意图； [0023] 图5为本发明旋涡叶轮结构示意图； [0024] 图6为图5中B‑B剖面图； [0025] 图7为本发明旋涡叶轮结构半剖图； [0026] 图8为本发明旋涡叶轮内部结构示意图； [0027] 图9为本发明屏蔽电泵性能试验报告。 [0028] 图中：1、泵体；2、平键A；3、前耐磨环；4、旋涡叶轮；5、后耐磨环；6、前轴承座；7、O型密封圈；8、前轴承；9、紧固槽；10、前轴套；11、定子组件；12、定子屏蔽套；13、转子组件；14、转子屏蔽套；15、后轴承座；16、卡箍；17、后轴套；18、后轴承；19、销；20、平键B；21、转子轴；22、前后推力盘；23、紧钉螺钉；24、套盘；25、单向阀；26、波纹管；27、液压调节块；28、液压杆。 具体实施方式[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0030] 请参阅附图1‑附图3，一种屏蔽式旋涡泵，包括泵体1，泵体1中部固定安装有定子屏蔽套12，定子屏蔽套12的内部固定安装有定子组件11，泵体1的轴头腔室固定安装有前轴承座6，泵体1的尾端中部固定安装有后轴承座15，前轴承座6中部固定安装有前轴承8，前轴承8的内圈固定安装有前轴套10，后轴承座15的中部固定安装有后轴承18，后轴承18的内圈固定安装有后轴套17，前轴套10与后轴套17中部固定套接有转子轴21，转子轴21中部外圈固定安装有转子组件13，转子组件13外圈设有转子屏蔽套14，转子轴21位于轴头腔室内部端的外圈套接有旋涡叶轮4且在套接处安装有平键A2，转子轴21靠近后轴承座15一端的外圈固定套接有卡箍16，泵体1内部位于旋涡叶轮4两侧位置分别固定安装有前耐磨环3和后耐磨环5，泵体1位于电机前法兰端面处安装有O型密封圈7，前轴套10前端设有紧定螺丝孔且通过紧钉螺钉23将前轴套10固定在转子轴21上，转子轴21外圈位于转子组件13端部处固定安装有前后推力盘22。 [0031] 请参阅附图2‑附图4，旋涡叶轮4与泵体1形成环形流道，环形流道截面为矩形，矩形截面尖角倒园，取大圆角使水力效率提高，流道分设在泵体1内部端面和前轴承座6端面上，泵体1进出口在径向成45度方向，与流道直接相连，泵体1流道垂直方向顶部设有径向隔舌，泵体1流道和前轴承座6流道园周方向顶部均设有轴向隔舌，隔舌与旋涡叶轮4间间隙很小，旋涡叶轮4外径与泵体1隔舌径向间隙单边为20丝到25丝，泵体1流道端面设有前耐磨环3，前轴承座6端面设有后耐磨环5，旋涡叶轮4在前后耐磨环中轴向间隙很小，双边间隙约为 15丝到20丝，前后耐磨环端面与泵体1及前轴承座6轴向隔舌端面平齐，三个隔舌合在一起，将泵流道分隔成低压区和高压区，低压区与泵进口相连，高压区与泵出口相连。 [0032] 请参阅附图5‑附图8，旋涡叶轮4的轮毂处开设有4个平衡孔，平衡孔内固定安装有单向阀25，旋涡叶轮4背面开设有环槽且环槽内部活动套接有套盘24，套盘24与旋涡叶轮4环槽内部之间固定安装有内外两圈波纹管26，泵体1背面位于相邻两平衡孔之间开设有液压孔且液压孔活动套接有液压杆28，液压杆28与套盘24侧壁固定连接，旋涡叶轮4轮毂处位于平衡孔侧边位置开设有液压调节孔且调节孔内部活动套接液压调节块27，液压调节块27滑动密封套接在调节孔内部，旋涡叶轮4平衡孔中安装的单向阀25单向导通性呈间隔式相反，液压调节块27控制相邻单向阀25内部阀芯的限位，液压孔中的填充可膨胀压缩性的液体，可以保证在旋涡叶轮4前端液压大的时候通过两个平衡孔进入到套盘24与波纹管26之间的区域来平衡旋涡叶轮4两侧的压力，同时套盘24受到液压会抵到前轴腔室的内壁上从而起到限位，此时液压杆28向外拉伸且受到内部液压力的负压作用，当旋涡叶轮4前端的液压减小，通过液压调节块27感受到压力变化从而在调节孔中向旋涡叶轮4前端滑动，将两个单向阀25封闭且与之前相反的两个单向阀25打开，此时波纹管26与套盘24内部的液压在液压差和液压调节块27的负压复位作用下向旋涡叶轮4前端流出，从而快速的平衡压力。 [0033] 屏蔽泵转子组件13有轴向窜动量，轴向窜动量约为40丝到60丝，这个轴向窜动量比叶轮轴向间隙大，因而旋涡叶轮4没有固定在转子轴上，而是设计成在转子轴上自由浮动，浮动极限值为转子轴21向窜动量加旋涡叶轮4轴向间隙。 [0034] 旋涡叶轮4材质采用高分子聚合物聚醚醚酮PEEK加30％碳纤维，邵氏硬度HSD88，摩擦系数小，耐磨性好，旋涡叶轮4轮毂加长，增加旋涡叶轮4与轴摩擦接触面积，延长叶轮使用寿命。 [0035] 转子轴21采用马氏体不锈钢1Cr17Ni2轴头喷涂WC硬质合金或镀硬铬，表面维氏硬度HV达800以上，这种材质的转子轴21不会生锈，轴头喷涂或电镀后，有较高硬度，PEEK叶轮在轴上滑动，旋涡叶轮4轮毂内径与轴面均不会产生异常磨损。 [0036] 泵体1流道端面所设前耐磨环3和前轴承座6端面所设后耐磨环材质采用304不锈钢液体氮化处理，表面维氏硬度HV也在800以上，PEEK叶轮在两耐磨环中间高速旋转，旋涡叶轮4端面也不会产生异常磨损。 [0037] 工作原理，液流从泵体1吸入口进来，经过高速旋转的旋涡叶轮4获得能量，在流道内作环形流动，形成垂直于轴面的纵向旋涡，液体依靠纵向旋涡在流道内每经过一次旋涡叶轮4，就获得一次能量，因为叶片数较多，有48片，因此能产生较高扬程，形成较高压力。液流在旋涡叶轮4的作用下，被输送到泵流道顶部出口处，泵流道顶部出口与进口之间设有径向隔舌和轴向隔舌，隔舌与叶轮间隙很小，因此液流不能重新回到进口，而是从泵体1出口流出，达到输送液体的目的； [0038] 在靠近泵体出口高压处，前轴承座6流道侧开设一个小孔，引一部分液体到电机前腔，再从电机前腔经过定子屏蔽套12和转子屏蔽套14间隙流入电机后腔，又从后轴承18和后轴套17推力盘过液槽流入后轴承座内腔，这部分液体再经过转子轴21中心孔，从后轴头腔室回到前轴头腔室，最后经过前耐磨环3和泵体1流道端面上开设的过液槽回到泵吸入口低压区，这部分液体起到冷却电机、润滑轴承的作用； [0039] 当旋涡叶轮4前端液压大的时候通过两个平衡孔进入到套盘24与波纹管26之间的区域来平衡旋涡叶轮4两侧的压力，同时套盘24受到液压会抵到前轴腔室的内壁上从而起到限位，此时液压杆28向外拉伸且受到内部液压力的负压作用，当旋涡叶轮4前端的液压减小，通过液压调节块27感受到压力变化从而在调节孔中向旋涡叶轮4前端滑动，将两个单向阀25封闭且与之前相反的两个单向阀25打开，此时波纹管26与套盘24内部的液压在液压差和液压调节块27的负压复位作用下向旋涡叶轮4前端流出，从而快速的平衡压力； [0040] 在转子前轴头设圆柱头内六角螺钉，内六角螺钉开小孔，通过调节小孔大小，来调节内部循环流量大小，使循环流量刚好合适，既不能让循环流量偏小，导致电机冷却不足，电机发热，也不能让循环流量偏大，造成浪费，导致泵效率降低； [0041] 电机前腔还有一小部分液体从前轴承8和前轴套10推力盘过液槽流到旋涡叶轮4轮毂处，再经旋涡叶轮4平衡孔回到前轴头腔室，与主循环流量汇合后，经前耐磨环3端面上开设的过液槽回到泵吸入口低压区，这一部分液体起到冷却润滑前轴承8轴套推力盘的作用，前轴承8轴套尺寸比后轴承18轴套要大一些，目的是为了更好的承担旋涡叶轮4产生的径向力，提高屏蔽式旋涡泵的使用寿命。 [0042] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。 |
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