一種高速多級離心式水泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種離心式水泵，包括采用離心葉輪的各類單級或多級離心泵。
【背景技術(shù)】
[0002]城市建筑供水，大部份都采用多級離心泵供水。使用的電機(jī)大多是單相或三相異步電機(jī)。這種電機(jī)由于結(jié)構(gòu)原理限制，轉(zhuǎn)速固定，效率偏低，工藝落后急需改正提高。
[0003]泵的揚(yáng)程和流量由葉輪外徑和流道決定，提高轉(zhuǎn)速，能使流量和揚(yáng)程大幅提高，因此在機(jī)件許可的范圍內(nèi)要盡可能提高轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)泵性能的改善。把泵的轉(zhuǎn)速提高一倍，同樣的葉輪按理論計(jì)算揚(yáng)程將提高四倍，流量提高一倍，普通三相異步電機(jī)加裝變頻器可以實(shí)現(xiàn)高速，但效率不高，控制不便，笨重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)方案是針對現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種高速多級離心式水泵，使多級或單級的離心泵在體積、重量、效率、智能控制等方面得到進(jìn)一步提升和優(yōu)化。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:提供一種直流無刷高速永磁同步電機(jī)作動(dòng)力的多級離心式水泵，該電機(jī)和直流變頻技術(shù)的控制器配套使用，直流無刷永磁高速同步電機(jī)屬于控制電機(jī)，它控制方便又高效，特別適用于壓力流量等需要控制的離心泵上。
[0006]普通變頻器只能控制異步電機(jī)，直流無刷高速同步電機(jī)的控制器和普通的變頻器不一樣，它是采用最新的直流變頻控制技術(shù)。泵控制器由電源部分，輸入采樣反饋，微處理器，功率驅(qū)動(dòng)輸出等四單元。電源部分由橋式整流，電源濾波和保護(hù)電路等組成，輸入采樣反饋是輸入控制信號到微處理器，電路檢測工作狀況也反饋給微處理器，采樣反饋包含要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，以及位置檢測及運(yùn)算，負(fù)載運(yùn)行狀況的比對計(jì)算，微處理器綜合分析運(yùn)算后，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)輸出給泵電機(jī)。這和傳統(tǒng)的離心泵及普通矢量變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的離心泵的工作原理完全不一樣。
[0007]泵控制器一般和泵分開獨(dú)立安裝，也可以裝在泵體上，如裝在泵體上，散熱器可以直接安裝在泵外面，利用泵體內(nèi)的水流來冷卻，電子元件等控制器部件就隨散熱器裝，形成一體式。
[0008]所述的永磁無刷同步電機(jī)定子繞組有分布式繞組和集中式繞組兩種。分布式繞組的高速三相同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通三相異步電機(jī)基本差不多，定子可按普通Y系列定子沖片選用，線包絕緣引線等處理都和普通三相異步電機(jī)一樣。但電機(jī)的轉(zhuǎn)子即不一樣，這轉(zhuǎn)子有磁鋼，屬磁體轉(zhuǎn)子。老式三相或單相電機(jī)的轉(zhuǎn)子是在齒櫳條里壓鑄鋁環(huán)的，鋁環(huán)是閉合回路，在定子磁場里作切割磁力線而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，隨著定子磁場旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，始終慢于磁場的旋轉(zhuǎn)。這壓鑄鋁的轉(zhuǎn)子往往損耗較大，一般占到總損耗的5—7%，而本產(chǎn)品使用的磁體轉(zhuǎn)子只有少許的渦流損耗，基本上不損耗能量，而且永磁高速電機(jī)的線圈圈數(shù)比異步電機(jī)少，導(dǎo)線短，電阻值也小，因此總體損耗要比異步電機(jī)少很多。因此直流無刷高速同步電機(jī)的效率比普通單相的電機(jī)提高效率近20%，比三相的電機(jī)提高效率7 —12%。
[0009]集中式繞組更是改變了傳統(tǒng)的電機(jī)繞線方式，和分布式相比，這種結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢，它的定子繞線更短，用銅線量更小，也就是說導(dǎo)線的電阻值更小，銅損功率=I2* R，電阻R的值小了，損耗也就低了。
[0010]分式繞組和集中式繞組的線圈都接成Y形接法，電源經(jīng)直流變頻技術(shù)的泵控制器驅(qū)動(dòng)，在定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，使轉(zhuǎn)子的磁鋼旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中又不斷檢測反電動(dòng)勢的大小和方向來確定轉(zhuǎn)子位置，不斷調(diào)整驅(qū)動(dòng)線圈的脈沖電流的頻率、電流方向及大小，使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，磁鋼轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)始終和線圈電樞的磁場一樣旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速一樣，在外力少于旋轉(zhuǎn)力時(shí)都保持一樣的轉(zhuǎn)速，因此叫同步電機(jī)。而且這種同步電機(jī)的速度是通過控制器設(shè)定的可控的。
[0011]永磁無刷高速電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速考慮工作方式是風(fēng)冷，速度在5000-6000轉(zhuǎn)/分比較合適，這樣既能充分發(fā)揮高速的優(yōu)勢，又使軸承機(jī)械密封等運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定良好。一般50Hz的離心泵轉(zhuǎn)速是2850轉(zhuǎn)/分，而5000轉(zhuǎn)/分是2850轉(zhuǎn)/分的1.754倍，按流體力學(xué)原理，轉(zhuǎn)速提高1.754倍后，揚(yáng)程是2次方，是提高了 3倍，流量是一次方，是提高了 1.754倍，以前用3個(gè)葉輪的現(xiàn)在就用一個(gè)葉輪就夠，而且流量還要大，高速同步電機(jī)的體積重量也比普通異步電機(jī)縮小了 2/3，因此，用直流無刷同步電機(jī)的多級離心泵的體積和重量要比其他老式多級泵要縮小一半以上。
[0012]直流無刷永磁高速同步電機(jī)包括電機(jī)后端蓋、電機(jī)前端蓋、定子和轉(zhuǎn)子，所述直流無刷永磁高速同步電機(jī)采用風(fēng)扇散熱冷卻，所述電機(jī)后端蓋外部設(shè)有外部風(fēng)扇。所述外部風(fēng)扇外部設(shè)有防雨風(fēng)扇罩，和普通異步風(fēng)冷的電機(jī)一樣。
[0013]直流無刷永磁高速同步電機(jī)設(shè)置上下兩組電機(jī)軸承，泵體設(shè)置上下兩組泵支承，分別為泵上部支承和泵下部支承。電機(jī)軸承為高精度的深溝球軸承或角接觸高速軸承。
[0014]這樣無刷永磁高速同步電機(jī)配合變頻器使用，在泵控制器的微處理器上編入泵所要求的各種工況的程序，泵就能按設(shè)定的控制程序進(jìn)行工作。與現(xiàn)有采用變頻而成高速的交流異步電機(jī)和直流高速電機(jī)的單級或多級離心泵相比，本實(shí)用新型提供的單級或多級的離心式水泵由于采用高速同步電機(jī)，具有了高效、體積小，重量輕、可智能化程序控制等優(yōu)點(diǎn)，性能上有了大幅的提升。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例的系統(tǒng)原理框圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型中直流無刷永磁高速同步電機(jī)的分布式繞組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5是本實(shí)用新型中直流無刷永磁高速同步電機(jī)的集中式繞組結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖以具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述，參見圖1一5:本實(shí)施例以多級的離心泵為例，如圖1所示，多級離心泵的變頻器包括有電源整流4、微處理器I以及功率驅(qū)動(dòng)模塊2等，其中電源整流4是將市電經(jīng)整流濾波成直流，為變頻器提供電源。微處理器I用于接收外界的輸入信號(如面板按鈕輸入信號、流量信號、壓力信號等)，并對各輸入信號進(jìn)行分析、比較和處理，以輸出各種控制信號。功率驅(qū)動(dòng)模塊2受控于微處理器，用于驅(qū)動(dòng)直流無刷永磁高速同步電機(jī)3工作。
[0021]如圖2所示，泵體14與電機(jī)同軸，泵體14在電機(jī)下部；直流無刷永磁高速同步電機(jī)包括電機(jī)后端蓋、電機(jī)前端蓋、定子5和轉(zhuǎn)子6，直流無刷永磁高速同步電機(jī)采用風(fēng)扇散熱，電機(jī)后端蓋外部設(shè)有外部風(fēng)扇7，外部風(fēng)扇7的外部設(shè)有防雨風(fēng)扇罩，直流無刷永磁高速同步電機(jī)設(shè)置上下兩組電機(jī)軸承9，泵體14設(shè)置上下兩組泵支承，分別為泵上部支承10和泵下部支承15，泵上部支承10和泵下部支承15之間為葉輪11、導(dǎo)葉12和中段13。電機(jī)軸承9為高精度的角接觸高速軸承或深溝球軸承，泵支承為塑料導(dǎo)軸承。電機(jī)與泵同軸，泵軸為四支點(diǎn)軸。
[0022]如圖3所示，直流無刷永磁高速同步電機(jī)分布式的定子5結(jié)構(gòu)與普通三相異步電機(jī)基本一樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)子6表面貼磁鋼或轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌磁鋼7，中間位鍵槽8，用于與轉(zhuǎn)軸套接。磁鋼采用釹鐵硼磁鋼或永磁鐵氧體。為了磁鋼的制作和使用方便，磁極數(shù)常取4、6、8極，線包按正弦波分布，單鏈、交叉或疊式根據(jù)槽數(shù)或極數(shù)來決定，定子用的材料上用冷扎矽鋼片，線圈按高速設(shè)計(jì)。本電機(jī)和泵控制器的輸出端連接，在控制器輸入三相交流電后，控制器輸出的脈沖電流波驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場的變化，轉(zhuǎn)子也跟著定子磁場旋轉(zhuǎn)，不同于異步電機(jī)那樣的籠型繞組或鋁環(huán)作切割磁力線而異步，不會(huì)像異步電機(jī)轉(zhuǎn)子那樣慢一點(diǎn)，轉(zhuǎn)子是“同步”旋轉(zhuǎn)。如在圖1所示在變頻器的微處理器上編入泵所要求的各種控制程序，泵就實(shí)現(xiàn)智能化工作。
[0023]電機(jī)3的工作狀態(tài)等由微處理器I控制功率驅(qū)動(dòng)模塊2，驅(qū)動(dòng)模塊2推動(dòng)電機(jī)3，同時(shí)將電機(jī)的相位、電壓、電流、溫度等信號反饋至微處理器進(jìn)行處理，再控制功率模塊工作。在變頻器面板上有多組顯示窗，用來顯示壓力、流量、轉(zhuǎn)速以及當(dāng)時(shí)工作狀態(tài)下的電源電壓和工作電流等。另外面板上還有工作指示燈和故障代碼，方便維修。
[0024]電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軟件形式無論是開環(huán)、閉環(huán)、自適應(yīng)、模糊控制等等技術(shù)只是驅(qū)動(dòng)形式的不同，都是離不開本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，都是本產(chǎn)品權(quán)利范圍。
[0025]上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非依此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，故:凡依本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、形狀、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速多級離心式水泵，其特征在于:多級離心式水泵的電機(jī)采用直流無刷永磁高速同步電機(jī)，且該直流無刷永磁高速同步電機(jī)配套有變頻控制器，使離心泵在變頻控制器設(shè)定的程序下高速度范圍內(nèi)工作；其中所述變頻控制器的泵控制器包括電源部分、輸入采樣反饋、微處理器和功率驅(qū)動(dòng)輸出四單元，電源部分包括橋式整流、電源濾波和保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速多級離心式水泵，其特征在于:所述的直流無刷永磁高速同步電機(jī)有分布式繞組和集中式繞組兩種形式，電機(jī)的轉(zhuǎn)子是磁鋼結(jié)構(gòu)，磁鋼有嵌在轉(zhuǎn)子內(nèi)的內(nèi)置磁鋼，和磁鋼貼在轉(zhuǎn)子表面的外置磁鋼兩種方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速多級離心式水泵，其特征在于:所述的磁鋼采用釹鐵硼磁鋼或其他永磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速多級離心式水泵，其特征在于:所述的多級離心式水泵的范圍包含采用離心式葉輪的各種立式或臥式，單級或多級的離心泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速多級離心式水泵，其特征在于:泵配套的控制器有頻率、壓力、流量、水位、時(shí)間等一種或多種控制模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速多級離心式水泵，其特征在于:變頻控制器安裝在泵的外殼上、風(fēng)罩里面、接線盒里面或單獨(dú)外置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速多級離心式水泵，其特征在于:所述直流無刷永磁高速同步電機(jī)包括電機(jī)后端蓋、電機(jī)前端蓋、定子和轉(zhuǎn)子，所述直流無刷永磁高速同步電機(jī)采用風(fēng)扇散熱，所述電機(jī)后端蓋外部設(shè)有外部風(fēng)扇，所述外部風(fēng)扇外部設(shè)有防雨風(fēng)扇罩。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種高速離心式水泵，采用離心式葉輪的各類臥式或立式的單級或多級離心泵。高速離心式水泵的電機(jī)采用直流無刷永磁高速同步電機(jī)和泵配套的直流同步變頻技術(shù)的泵控制器，使單級或多級離心泵按設(shè)定的程序在某一高的速度范圍內(nèi)變頻工作。它與現(xiàn)有的離心泵相比，具有運(yùn)行速度高，體積重量比同樣揚(yáng)程流量的離心泵至少要少一半以上，效率也比普通離心泵高很多。在體積、重量、效率、智能控制等方面得到了更進(jìn)一步的優(yōu)化，做到多功能機(jī)電一體化。
【IPC分類】F04D1-00, F04D15-00, F04D13-06, H02K21-14
【公開號】CN204267306
【申請?zhí)枴緾N201420481503
【發(fā)明人】金可友
【申請人】浙江創(chuàng)美機(jī)電有限公司
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年8月25日