[发明专利]一种基于磁液双悬浮结构的离心泵

说明书

本发明涉及一种基于磁液双悬浮结构的离心泵。本发明的液力悬浮‑驱动系统安装在电磁悬浮‑驱动系统上，液力悬浮‑驱动系统根据不平衡液桥在叶轮转子表面产生的压差，使叶轮转子受到向心的液力悬浮力进而完成叶轮转子的自动调节，且液桥的自平衡调节无需任何反馈信号及复杂控制；电磁悬浮‑驱动系统通过控制电流产生的变化磁场来改变叶轮转子内永磁体周围的气隙磁场分布，使叶轮转子内的永磁体受到向心的麦克斯韦力合力，以完成快速悬浮。液力悬浮‑驱动系统和电磁悬浮‑驱动系统为叶轮转子提供多维度的悬浮力。本发明在磁液双悬浮结构的支承下，可使叶轮转子更稳定地悬浮旋转，进而使离心泵具备更佳的性能。

技术领域

本发明涉及超洁净流控元件技术领域的一种离心泵，特别是涉及一种基于磁液双悬浮结构的离心泵。

背景技术

在半导体制造、高纯化工以及生物医药等领域中，有很多场合需要使用高洁净度流体。磁悬浮离心泵因其独特的原理优势，被越来越多地应用在各行各业。作为一种流体动力源，磁悬浮离心泵由于其产生污染少的特点，在高纯流体系统中被广泛应用。由于非接触的驱动方式以及磁悬浮定位方式，旋转中不与固体摩擦，可以用高洁净度不锈钢或者聚四氟乙烯(PTFE)等高洁净度材料包覆转子，产生的污染物少，尤其适用于高洁净度场合。

目前市场上的磁悬浮离心泵产品只有电磁悬浮-驱动系统来支承转子，无自动调节的液力悬浮-驱动系统。而这必须要用大电流产生的电磁径向力来抵消离心泵叶轮的径向力，因此它将消耗很大一部分的功率。在部分使用场合下，系统能产生的最大电磁径向悬浮力可能不足以克服叶轮径向力和电机的单边磁拉力之和，进而无法使离心泵稳定工作。

目前已有学者提出将静压轴承与电磁轴承相结合的轴承系统及其控制方法，例如公开号为CN111237338A。该系统仅为轴承系统，仅用于支承转子，无法实现超洁净流体的运送。且单自由度的轴承系统仅能保证一个方向上的稳定。此外该静压轴承系统的液力平衡的控制环节中，需要电磁阀作为执行元件，而电磁阀的低响应速度极慢，这将导致整个系统的悬浮响应速度大大降低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于磁液双悬浮结构的离心泵，主要用于解决转子叶轮在悬浮旋转时的径向偏心问题，使转子能够更稳定地悬浮旋转，进而使磁悬浮离心泵工作在更稳定的状态。

本发明的技术方案如下：

本发明包括叶轮转子、液力悬浮-驱动系统和电磁悬浮-驱动系统；叶轮转子设置在液力悬浮-驱动系统内，液力悬浮-驱动系统安装在电磁悬浮-驱动系统上，液力悬浮-驱动系统用于为叶轮转子提供液力径向悬浮力，电磁悬浮-驱动系统用于为叶轮转子提供电磁径向悬浮力；液力悬浮-驱动系统和电磁悬浮-驱动系统构成磁液双悬浮结构，用于保证叶轮转子的稳定悬浮和旋转，实现离心泵的稳定工作。

所述液力悬浮-驱动系统包括泵盖、单向节流阀和泵壳；

泵壳上固定安装有泵盖，泵壳内放置有叶轮转子，叶轮转子与泵盖、泵壳之间均设置有间隔，在泵壳上部的一侧设置有离心泵出口，离心泵出口的一侧面通过管道与单向节流阀相连接，单向节流阀通过管道与泵壳的下部连通，泵壳的下部固定安装在电磁悬浮-驱动系统中。

所述泵壳的下部与叶轮转子之间的间隙作为承载腔，泵壳的下部的内圆周侧面开设有多个沿圆周等间隔布置的轴向回流槽，相邻两个轴向回流槽之间的泵壳内圆周侧面上还开设有液体腔，每个液体腔的泵壳内圆周侧面上还开设有节流孔，各个节流孔分别通过对应的管道与单向节流阀连通，使得从离心泵出口流出的部分液体依次流过单向节流阀、各个节流孔和对应的液体腔后流入承载腔以及轴向回流槽，回流后的液体经过叶轮转子增压后重新从离心泵出口流出，构成一个液体循环。

所述电磁悬浮-驱动系统包括多根7字型定子硅钢、底部圆孔硅钢、多个悬浮绕组和多个驱动绕组；