一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵.pdf

一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵，涉及一种无外接机械轴、无渗漏或流体与泵的外界无接触的叶片式微小型泵。本发明的技术特点是泵的主叶轮与电机转子为一体，在电机转子的两端分别设有辅助叶轮，且相对于主叶轮对称布置，第一辅助叶轮和第二辅助叶轮的叶片顶部与对应的泵壳的内壁形成液体动压悬浮轴承，可单独或联合磁悬浮轴承实现电机转子的悬浮支撑。本发明可以在泵壳内腔中有效地形成对称、均匀、顺畅的流动条件，不仅能提高泵的水力效率、改善流动设计的可控性，而且可以进一步减小微型泵的结构尺寸。

1、  一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵，包括泵壳(13)，电机转子(11)，主叶轮(14)，电机定子及控制器(4)，永磁体(6)，泵第一吸入口(1)，泵第二吸入口(9)，叶轮第一进口(2)，叶轮第二进口(8)，压水室(5)以及泵出口(10)；所述的主叶轮(5)布置在电机转子的中央，所述的永磁体相对于主叶轮(14)对称布置，所述的叶轮第一进口(2)和叶轮第二进口(8)与主叶轮(14)的进口相连通，且断面面积逐渐扩大，其特征在于：所述的叶片式微小型泵还包括第一辅助叶轮(3)和第二辅助叶轮(7)，所述的第一辅助叶轮(3)与第二辅助叶轮(7)分别位于电机转子的两端，且相对于主叶轮(14)对称布置；所述的第一辅助叶轮(3)和第二辅助叶轮(7)的进口分别与叶轮第一进口(2)和叶轮第二进口(8)连通；第一辅助叶轮(3)和第二辅助叶轮(7)的出口分别与主叶轮出口连通；所述叶轮第一进口(2)和第一辅助叶轮(3)的进口与泵第一吸入口(1)连通，叶轮第二进口(8)和第二辅助叶轮(7)的进口与泵第二吸入口(9)连通；所述的第一辅助叶轮和第二辅助叶轮的叶片顶部与对应的泵壳(13)的内壁形成液体动压悬浮轴承；所述的主叶轮(14)、第一辅助叶轮(3)、第二辅助叶轮(7)和永磁体(6)组成一体式结构。

2、  按照权利要求1所述的液体动压悬浮的叶片式微小型泵，其特征在于：所述第一辅助叶轮(3)和第二辅助叶轮(7)出口的流道宽度均小于主叶轮(14)出口的流道宽度；主叶轮(14)与辅助叶轮的出口直径之比小于等于1。

3、  按照权利要求1或2所述的液体动压悬浮的叶片式微小型泵，其特征在于：所述泵第一吸入口(1)与泵第二吸入口(9)、叶轮第一进口(2)与叶轮第二进口(8)、第一辅助叶轮(3)与第二辅助叶轮(7)分别相对于主叶轮(14)对称布置。

一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵
技术领域
本发明涉及一种叶片式微小型泵，特别涉及一种适合于无外接机械轴、流体无渗漏或流体与泵的外界无接触的叶片式微小型泵。该发明可应用于体外血液循环装置、人工心脏、精细化工、生物制药等领域的单相或多相流体的输送装置。
背景技术
目前使用的叶片式微小型泵按照叶轮的支承结构主要分两类：一是采用外接机械轴的形式，一是采用磁悬浮的形式。对有外接机械轴的叶片式微小型泵，由于采用机械密封或其它轴封装置，泵内的流体与泵的外部不能完全隔离，不能有效防止流体的渗漏或泵内流体与外界的接触；对使用磁悬浮的叶片式微小型泵，虽然可解决流体渗漏、泵内流体与外界接触的问题，但容易在泵叶轮的后盖板侧形成滞流区。ZL2007 1 0062857.6采用了双吸式的结构，可消除流道中的滞流区。
为进一步优化叶片式微小型泵内的流动，提高微小型泵的水力效率，本发明设计了一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵。这种结构除了能有效满足叶片式微小型泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触的要求外，主要是改善了转子与泵壳之间的间隙流道中的流动，有利于提高微小型泵的效率，并从整体上改善流动的通畅性和泵的运行稳定性。
发明内容
本发明的目的是提出一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵，该结构既能有效满足叶片式微小型泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触的要求外，主要改善了转子与泵壳之间的间隙流道中的流动，提高了泵的效率，从整体上改善流动的通畅性和泵的运行稳定性。
本发明的技术方案如下：
一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵，包括泵壳，电机转子，主叶轮，电机定子及控制器，永磁体，泵第一吸入口，泵第二吸入口，叶轮第一进口，叶轮第二进口，压水室以及泵出口；所述的主叶轮布置在电机转子的中央，所述的永磁体相对于主叶轮对称布置，所述的叶轮第一进口和叶轮第二进口与主叶轮的进口相连通，且断面面积逐渐扩大，其特征在于：所述的叶片式微小型泵还包括第一辅助叶轮和第二辅助叶轮，所述的第一辅助叶轮与第二辅助叶轮分别位于电机转子的两端，且相对于主叶轮对称布置；所述的第一辅助叶轮和第二辅助叶轮的进口分别与叶轮第一进口和叶轮第二进口连通；第一辅助叶轮和第二辅助叶轮的出口分别与主叶轮出口连通；所述叶轮第一进口和第一辅助叶轮的进口与泵第一吸入口连通，叶轮第二进口和第二辅助叶轮的进口与泵第二吸入口连通；所述的第一辅助叶轮和第二辅助叶轮的叶片顶部与对应的泵壳的内壁形成液体动压悬浮轴承；所述的主叶轮、第一辅助叶轮、第二辅助叶轮和永磁体组成电机转子的一体式结构。
本发明的技术特征还在于：所述第一辅助叶轮和第二辅助叶轮出口的流道宽度均小于主叶轮出口的流道宽度；主叶轮与辅助叶轮的出口直径之比小于等于1。
本发明的另一技术特征在于：所述泵第一吸入口与泵第二吸入口、叶轮第一进口与叶轮第二进口、第一辅助叶轮与第二辅助叶轮分别相对于主叶轮对称布置。
所述的电机转子既可单独由电机转子两端形成的液体动压悬浮轴承实现轴向和径向支撑，也可由液体动压悬浮轴承和通过永磁体与电机定子及控制器构成的磁悬浮轴承形成复合式悬浮支承，使得在泵运转时电机转子悬浮于泵壳的内腔。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及技术效果：①从泵吸入口进入的大部分流体沿转子轴线方向对称地进入主叶轮，而少量流体从转子两端分别进入辅助叶轮。三股流体经各自的叶轮加压后在主叶轮外周的压水室汇集。这样形成了对称、均匀的入流条件，既有利于提高泵的水力效率，也能有效地减小轴向和径向的流体作用力。②自泵进口至出口的全部流道内，既没有滞流区，也没有循环流动区域，可使得泵内流动更加通畅、可控性更好。当微型泵作为血液泵使用时，可获得更好的生理相容性。③采用电机转子两端的辅助叶轮与相对应的泵壳内壁形成液体动压轴承。该液体动压轴承既可单独使用，也可以与电机定子及控制器和电机转子上的永磁体组成的磁悬浮轴承联合使用，实现电机转子的悬浮支承。这种具有液体动压悬浮的轴承比一般的磁悬浮轴承的自调节性能更好，从而可使泵的运转更加安全、可靠。④由于转子两侧的辅助叶轮也起到泵送液体的作用，这样可使得微小型泵的尺寸更小，结构更加紧凑。
附图说明
图1为本发明提供的一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵的主剖视图。
图2为图1中A-A断面的剖视图。
图3为辅助叶轮的平面投影图。
图中：1-泵第一吸入口；2-叶轮第一进口；3-第一辅助叶轮；4-电机定子及控制器；5-压水室；6-永磁体；7-第二辅助叶轮；8-叶轮第二进口；9-泵第二吸入口；10-泵出口；11-电机转子；12-间隙流道；13-泵壳；14-主叶轮；15-主叶轮叶片；16-辅助叶轮叶片；17-辅助叶轮叶片间流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构及工作过程作进一步的说明。
图1为本发明提供的一种液体动压悬浮的叶片式微小型泵的主剖视图。该叶片式微小型泵包括主叶轮14，泵壳13，电机转子11，电机定子及控制器4，永磁体6，泵第一吸入口1，泵第二吸入口9，第一辅助叶轮3，第二辅助叶轮7，压水室5以及泵出口10。
主叶轮14、第一辅助叶轮3、第二辅助叶轮7和永磁体6组成电机转子的一体式结构。沿电机转子11的轴线方向设有叶轮第一进口2和叶轮第二进口8；泵第一吸入口1与泵第二吸入口9相对于电机转子11的中线对称布置，泵第一吸入口1分别与叶轮第一进口2和第一辅助叶轮3的进口连通，泵第二吸入口9分别与叶轮第二进口8和第二辅助叶轮7的进口连通。在主叶轮14的径向外侧设有压水室5。电机定子及控制器4位于泵壳13的侧壁，且与电机转子11相对布置；第一辅助叶轮3和第二辅助叶轮7分别位于电机转子11的两端，且相对于主叶轮14对称布置，(即相对于电机转子11的中线对称布置)。泵第一吸入口1、泵第二吸入口9、压水室5以及泵出口10的流道，以及第一辅助叶轮3和第二辅助叶轮7与泵壳之间的间隙流道12均由泵壳13形成。每个辅助叶轮由一组辅助叶轮叶片16和辅助叶轮叶片间流道17构成，辅助叶轮与泵壳13对应的内壁形成液体动压轴承。主叶轮14布置在电机转子11的中间部位，由若干个叶片15构成。
所述泵第一吸入口与泵第二吸入口、叶轮第一进口与叶轮第二进口、第一辅助叶轮与第二辅助叶轮分别相对于主叶轮对称布置。
泵在结构上没有机械轴，可单独由辅助叶轮与泵壳13对应的内壁形成的液体动压轴承，或联合由电机定子及控制器4与永磁体6组成的磁轴承将电机转子11悬浮地支撑在泵壳13之内腔。由于液体动压轴承可根据电机转子在泵壳中的瞬时位置自动调整与泵壳内壁的距离，使得泵的运行更加安全、可靠。电机定子及控制器4与永磁体6构成驱动泵的电机，驱动电机转子旋转。这样，从结构上保证了泵内流体与外部的隔离，实现无渗漏、无污染的高效、安全输送。
泵的工作过程如下：
流体从泵第一吸入口1和泵第二吸入口9对称地进入泵内，分别经由三个通道到达压水室5：大部分流体经过断面面积逐渐扩大的叶轮第一进口2和叶轮第二进口8，在主叶轮14的进口对称地汇集，经主叶轮加压后送至压水室5；少部分流体分两股分别进入第一辅助叶轮3和第二辅助叶轮7，被加压后送至压水室5。三股流体汇合后，经过压水室5，最后在泵出口10排出。为了保证经辅助叶轮加压后的流体能顺利地汇集至压水室，主叶轮14的出口直径须等于或稍小于辅助叶轮的出口直径，一般主叶轮与辅助叶轮的出口直径之比小于等于1。
这样可使整个泵壳内腔中的流动易于控制。
从平面投影图上看，第一辅助叶轮3和第二辅助叶轮7的出口流道宽度均小于主叶轮出口的流道宽度，第一辅助叶轮3和第二辅助叶轮7的相邻叶片间流道的过流面积均小于主叶轮14相邻叶片间流道的过流面积。辅助叶轮的相邻叶片间流道内将充满有压流体，起到“油膜”的作用。这样两个辅助叶轮分别与泵壳13对应的内壁形成液体动压轴承。泵通过液体动压轴承或者联合磁悬浮轴承，支撑电机转子11。在运转中，电机转子11在泵壳13的内腔中处于悬浮状态。