專利名稱：一種動壓懸浮式雙流動泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種動壓懸浮式雙流動泵，特別涉及一種適合于無外接機械軸、流體與泵的外界無接觸的葉片式超小型泵，適用于體外血液循環裝置、人工心臟、航空航天、精細化工和生物制藥等領域的流體輸送或熱控制裝置。
背景技術：
目前使用的葉片式超小型泵按照葉輪的支承結構主要有:外接機械軸的形式，以及磁懸浮的形式。對有外接機械軸的葉片式超小型泵，由于采用機械密封或其它軸封裝置，泵內的流體與泵的外部不能完全隔離，不能有效防止流體的滲漏或泵內流體與外界的接觸；對使用磁懸浮的葉片式超小型泵，雖然可解決流體滲漏、泵內流體與外界接觸的問題，但控制復雜，且容易在泵葉輪的后蓋板側形成滯流區。為此，ZL200710062857.6與ZL200910084273.8采用了雙吸式的結構，可消除流道中的滯流區，并自動保證軸向力平衡。但由于采用了雙吸式的結構，致使超小型泵軸向尺寸偏大；泵有兩個進口，在諸如體外血液循環裝置等場合使用時不夠便利；雙吸轉子與泵殼之間的間隙流道較長，當作為血液泵或人工心臟使用時，血細胞會受到較大的剪切應力，容易造成溶血等。因此，雙吸式結構的超小型泵在許多領域的應用會受到一定的限制。而且，對于類似于全人工心臟等使用場合，通常需要采用兩臺泵來提供兩種不同的流動，導致機械系統過于復雜，體積龐大。這樣，就需要設計一種可同時輸出兩種不同流量與揚程的雙流動泵來滿足實際工程的需求。因此，非常有必要進一步發展超小型泵技術，實現雙流動或多流動的流體供給，拓展超小型泵的工程應用。

發明內容
本發明的目的是提出一種動壓懸浮式雙流動泵，該結構除了能有效滿足葉片式超小型泵無滲漏、無滯流區、泵內流體與外界無接觸的要求外，還需要滿足雙流動的要求。本發明的技術方案如下:—種動壓懸浮式雙流動泵，含有泵殼、定子、轉子、永磁體、第一進口、第一葉輪、第一壓水室、第一出口和第一泵蓋和第一葉輪前蓋板，其特征在于:所述的動壓懸浮式雙流動泵還包括第二進口、第二葉輪、第二壓水室、第二出口、第二泵蓋和第二葉輪前蓋板，所述的第一葉輪和第二葉輪分別安裝在轉子的兩端；第一進口和第二進口位于同一軸線上，且與轉子軸線共線；所述的第一進口、第一葉輪、第一壓水室和第一出口構成第一流動通道；第二進口、第二葉輪、第二壓水室和第二出口構成第二流動通道；所述的永磁體鑲嵌在轉子的外周上，所述的定子固定在泵殼的內表面，永磁體與定子沿徑向相對布置。本發明的另一技術特征是:所述的轉子的外表面與泵殼的內表面之間存在
0.03 0.3mm的徑向間隙；第一葉輪前蓋板與第一泵蓋之間，以及第二葉輪前蓋板與第二泵蓋之間存在0.015 0.2mm的軸向間隙。本發明的又一技術特征是:在所述的第一進口內靠近第一葉輪處設有第一固定支柱和第一導流肋板，并在第一葉輪的中心部位設有第一葉輪支柱；第一固定支柱經由第一導流肋板與第一泵蓋連接；第一固定支柱和第一葉輪支柱沿軸向相對布置；第二泵蓋內設有第二固定支柱和第二導流肋板，并在第二葉輪的中心部位設有第二葉輪支柱；第二固定支柱經由第二肋板與第二泵蓋連接；第二固定支柱和第二葉輪支柱沿軸向相對布置；所述的第一葉輪支柱和第二葉輪支柱的頂端為半圓形或者圓錐形。本發明的技術特征還在于:在轉子的外表面設有液膜槽。所述的第一葉輪的幾何參數與第二葉輪幾何參數不同或相同。本發明與現有技術相比，具有以下優點及技術效果:①由于第一流動通道與第二流動通道在結構上彼此相對獨立，可以同時供給兩種不同流量、不同壓力的流體，即可用一臺泵實現兩臺泵的功能，同時滿足兩組流動參數的要求；②分別鑲嵌于泵殼、轉子內的定子和永磁體組成驅動第一葉輪和第二葉輪旋轉的電機結構，有利于形成簡潔而緊湊的泵組整體構造。③在結構設計上，本發明的雙流動泵在泵殼的內表面和轉子的外表面之間設有徑向間隙，可以起到密封流體的作用，使得兩個流動通道中的流動相對隔離。而且由于第一壓水室與第二壓水室中存在一定的壓力差，使得徑向間隙中的流體從高壓側朝低壓側流動，一方面消除了流動滯止，也起到間隙中流體散熱的作用。當該泵作為血液泵使用時，可獲得較好的生理相容性。④泵殼的內表面和轉子的外表面之間存在徑向間隙；第一葉輪前蓋板與第一泵蓋之間、第二葉輪前蓋板與第二泵蓋之間存在軸向間隙。當泵正常運行時，上述間隙分別形成支撐轉子的徑向液體動壓軸承和軸向液體動壓軸承，起到限制轉子在泵殼內位置的作用。這些液體動壓軸承既可單獨使用，也可以與電機定子和轉子內的永磁體組成的磁性軸承聯合使用，實現轉子的懸浮支承。這種具有液體動壓懸浮的軸承比一般的磁懸浮軸承的自調節性能更好，從而可使泵的運轉更加安全、可靠。⑤轉子的外表面設有液膜槽。當泵正常運轉時，泵殼內壁與轉子外側之間會形成液體膜(類似滾動軸承的“油膜”)，保證動壓懸浮支撐的效果。⑥由于葉輪支柱的頂端為半圓形或者圓錐形，可以減小轉子在啟動階段與泵殼和泵蓋的接觸面積，有利于泵機組的啟動。總體上，本發明設計的動壓懸浮式雙流動泵除了能有效滿足葉片式超小型泵無滲漏、無滯流區、泵內流體與外界無接觸，以及轉子與泵殼之間的間隙流道中的流動順暢等要求外，主要是滿足了雙流動的特殊使用要求，也有利于提高超小型泵的效率，并從整體上改善流動的通暢性和泵運行的可靠性。


圖1為本發明提供的一種動壓懸浮式雙流動泵的剖視圖。圖2為圖1的A局部放大圖。圖3為圖1的B局部放大圖。圖4為轉子外表面的平面展開圖。圖5為圖1的左視圖。圖中:1 一第一進口 ；2 —第一泵蓋；3 —第一壓水室；4 一第一出口 ；5 —泵殼；6 —定子；7 —永磁體；8 —第二壓水室；9 一第二葉輪前蓋板；10 —第二泵蓋；11 一第二進口 ；12 —第二固定支柱；13 —第二葉輪支柱；14 一第二葉輪；15 —第二出口 ；16 —轉子空腔；17 —轉子;18 —第一葉輪；19 一第一葉輪支柱；20 —第一固定支柱；21 —第一葉輪前蓋板；22 —軸向間隙；23 —徑向間隙；24 —液膜槽；25 —第一導流肋板；26 —第二導流肋板。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的原理、結構局具體實施方式
作進一步的說明。圖1為本發明提供的一種動壓懸浮式雙流動泵的剖視圖。該泵包括第一進口 1、第一泵蓋2、第一壓水室3、第一出口 4、泵殼5、定子6、永磁體7、第一葉輪18、第一葉輪前蓋板21、第二壓水室8、第二進口 11、第二葉輪14、第二出口 15、轉子17、第二泵蓋10和第二葉輪前蓋板9，其中第一葉輪和第二葉輪分別安裝在轉子兩端；第一進口和第二進口位于同一軸線上，且與轉子軸線共線；第一出口 I和第二進口 11安裝在泵殼5上。第一進口 1、第一葉輪18、第一壓水室3和第一出口 4構成第一流動通道。第二進口 11、第二葉輪14、第二壓水室8和第二出口 15構成第二流動通道。動壓懸浮式雙流動泵的兩個流動通道被泵殼的中間內表面26與轉子的外表面27之間形成的徑向間隙23隔離，使得這兩個流動通道中的流動彼此相對獨立，滿足兩個流動通道分別輸送不同流動參數流體的要求。永磁體7鑲嵌在轉子17的外周上，定子6及其控制器鑲嵌于泵殼5內，它們沿徑向相對布置，共同形成驅動轉子的電機結構。泵殼的內表面和轉子的外表面之間存在徑向間隙23，且在轉子的外表面設有液膜槽24，在泵正常運轉時可形成約束轉子17徑向運動的液體動壓支撐。徑向間隙23根據轉子的尺寸與質量調整，一般為0.03 0.3mm。第一泵蓋2與第一葉輪前蓋板21之間，以及第二泵蓋10與第二葉輪前蓋板9之間存在軸向間隙22，在泵正常運轉時可形成約束轉子17軸向運動的液體動壓支撐。軸向間隙亦應根據轉子的尺寸與質量調整，一般為0.015 0.2_。第一泵蓋2內設有第一固定支柱20和第一導流肋板25,并在第一葉輪18的中心部位設有第一葉輪支柱19 ;第一固定支柱經由第一導流肋板與第一泵蓋連接，第一固定支柱20和第一葉輪支柱19沿軸向相對布置。如圖1，第二固定支柱12和第二葉輪支柱13亦沿軸向相對布置。當泵受到突然的軸向擾動時，轉子在軸向的位置由兩個葉輪支柱約束，避免轉子與泵內壁的大面積摩擦。所述的第一葉輪支柱19靠近第一固定支柱20的頂端為半圓形或者圓錐形，所述的第二葉輪支柱13靠近第二固定支柱12的頂端為半圓形或者圓錐形。葉輪支柱相對于葉輪前蓋板的軸向外表面的位置應略微凸出。第一導流肋板25由至少2片、且相對于第一泵蓋2的中心線呈軸對稱布置的薄板組成，這樣使得進入葉輪的液體流動更加均勻。第一葉輪18的枚數至少為2，且與第一導流肋板的片數互質。第二導流肋板25由至少2片、且相對于第二泵蓋10的中心線呈軸對稱布置的薄板組成，這樣使得進入葉輪的液體流動更加均勻。第一葉輪14的枚數至少為2，且與第二導流肋板的片數互質。在轉子17的中心位置為轉子空腔16，這樣可以大幅度地減小轉子的質量。本發明從結構上保證了泵內流體與外部的隔離，實現無滲漏、無污染的高效、安全、可靠的輸送。
泵的工作過程如下:流體分別從第一進口 I和第二進口 11進入泵內。對于第一流動通道的流動，流體經由第一泵蓋2進入第一葉輪18。流體在葉輪內受到葉片的作用而加壓后，從葉輪出口逐漸匯集到第一壓水室3中，并經由第一出口 4排出泵外；對于第二流動通道的流動，來自第二進口 11的流體經由第二泵蓋10進入第二葉輪14。流體被加壓后，從葉輪出口逐漸匯集到第二壓水室8中，并經由第二出口 15排出泵外。由于泵殼5的內表面與轉子17的外表面之間的徑向間隙23的間隙值很小(依據轉子的尺寸與質量，取值為0.03 0.3mm)，所以該間隙對兩個通道中的流動起到相對隔離的作用，使得泵達到雙參數流體輸送的目的。對于第一流動通道或第二流動通道，根據使用要求的流量與揚程，它們各自的葉輪及壓水室的幾何參數須分別計算確定。以圖1所示的設計為例，第一葉輪18的葉輪外徑大于第二葉輪14的外徑。相應地，第一壓水室3的斷面尺寸亦大于第二壓水室8的對應尺寸。當泵正常運轉時，徑向間隙23內將充滿有壓流體，起到“油膜”的作用，這樣形成了徑向的液體動壓軸承。由于第一葉輪18的葉輪外徑大于第二葉輪14的外徑，徑向間隙23中的液體將從第一壓水室朝第二壓水室緩慢運動，起到散熱的作用。由圖1、圖2可知，第一葉輪前蓋板21與第一泵蓋2之間，以及第二葉輪前蓋板9與第二泵蓋10之間存在徑向間隙23。根據轉子17的瞬時位置，軸向間隙會自動調整，直至達到動態平衡狀態。一旦泵受到突然的軸向擾動時，轉子在軸向的位置由第一葉輪支柱19或第二葉輪支柱13約束，避免轉子與泵內壁的大面積摩擦。為了更好地強化徑向間隙23的液體動壓支撐效果，在轉子的外表面設有液膜槽24。在泵正常運轉中，轉子17的運動分別受到徑向與軸承的液體動壓支撐，在泵殼5與泵蓋圍成的內腔中處于懸浮狀態。
權利要求
1.一種動壓懸浮式雙流動泵，含有泵殼(5)、定子(6)、轉子(17)、永磁體(7)、第一進口(I)、第一葉輪(18)、第一壓水室(3)、第一出口(4)和第一泵蓋(2)和第一葉輪前蓋板(21),其特征在于:所述的動壓懸浮式雙流動泵還包括第二進口(11)、第二葉輪(14)、第二壓水室(8)、第二出口(15)、第二泵蓋(10)和第二葉輪前蓋板(9)，所述的第一葉輪(18)和第二葉輪(14)分別安裝在轉子(17)的兩端；第一進口(I)和第二進口(11)位于同一軸線上，且與轉子軸線共線；所述的第一進口(I)、第一葉輪(18)、第一壓水室(3)和第一出口(4)構成第一流動通道；第二進口(11)、第二葉輪(14)、第二壓水室(8)和第二出口(15)構成第二流動通道；所述的永磁體(7)鑲嵌在轉子(17)的外周上，所述的定子(6)固定在泵殼(5)的內表面，永磁體與定子沿徑向相對布置。
2.按照權利要求1所述的一種動壓懸浮式雙流動泵，其特征在于:所述的第一葉輪(18)的幾何參數與第二葉輪(14)幾何參數不同或相同。
3.按照權利要求1所述的一種動壓懸浮式雙流動泵，其特征在于:所述的轉子的外表面與泵殼的內表面之間存在0.03 0.3mm的徑向間隙(23);第一葉輪前蓋板(21)與第一泵蓋(2)之間，以及第二葉輪前蓋板(9)與第二泵蓋(10)之間存在0.015 0.2mm的軸向間隙(22)。
4.按照權利要求1所述的一種動壓懸浮式雙流動泵，其特征在于:在所述的第一進口內靠近第一葉輪處設有第一固定支柱(20)和第一導流肋板(25)，并在第一葉輪的中心部位設有第一葉輪支柱(19);第一固定支柱(20)經由第一導流肋板(25)與第一泵蓋(2)連接；第一固定支柱(20)和第一葉 輪支柱(19)沿軸向相對布置；第二泵蓋(10)內設有第二固定支柱(12)和第二導流肋板(26)，并在第二葉輪的中心部位設有第二葉輪支柱(13);第二固定支柱(12)經由第二肋板與第二泵蓋(10)連接；第二固定支柱(12)和第二葉輪支柱(13)沿軸向相對布置。
5.按照權利要求4所述的一種動壓懸浮式雙流動泵，其特征在于:所述的第一葉輪支柱(19)靠近第一固定支柱(20)的頂端為半圓形或者圓錐形；所述的第二葉輪支柱(13)靠近第二固定支柱(12)的頂端為半圓形或者圓錐形。
6.按照權利要求1 5任一權利要求所述的一種動壓懸浮式雙流動泵，其特征在于:在轉子(17)的外表面設有液膜槽(24)。
全文摘要
一種動壓懸浮式雙流動泵，涉及一種無外接機械軸、磁驅動的葉片式超小型泵。本發明包含兩個彼此相對隔離的流動通道，每個流動通道分別由進口，葉輪，壓水室和出口構成，且流動通道的幾何參數不同或相同。泵的定子鑲嵌于泵殼之內、永磁體鑲嵌于轉子之內，它們沿徑向相對布置。泵殼的內表面和轉子的外表面之間存在徑向間隙，在泵正常運轉時可形成約束轉子徑向運動的液體動壓支撐。每個葉輪的前蓋板與對應的泵蓋之間存在軸向間隙，在泵正常運轉時形成約束轉子軸向運動的液體動壓支撐。這樣，可使得轉子在正常運轉時懸浮于泵腔內。本發明可滿足不同流量與壓力的雙流動使用要求，有利于在泵殼內腔中有效地形成良好的流動條件，且能提高泵的運行可靠性。
文檔編號F04D13/14GK103216453SQ201310117219
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者紀晶晶, 羅先武, 于安, 劉樹紅, 季斌, 吳清玉, 張明奎 申請人:清華大學