离心泵

技术领域

本申请涉及机械工程泵技术领域，尤其涉及一种离心泵。

背景技术

泵是输送流体或使流体增压的机械，通过将原动机的机械能或其它外部能量传送给液体，使液体能量增加。依靠叶轮带动液体高速回转而把机械能传递给所输送的液体的泵为叶轮式泵，叶轮式泵中包括离心泵，离心泵指的是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。

相关技术中，离心泵可以包括泵壳、电机、泵轴、叶轮，电机驱动泵轴并带动叶轮在泵壳的工作腔内转动，叶轮旋转产生的离心力可以将液体自工作腔内排出至排水管内。

离心泵中，叶轮和工作腔的配合间隙小时，对应扬程高，性能效率高，但是叶轮容易卡死，可靠性差。即离心泵的扬程和可靠性在机理上存在矛盾，相关技术中的离心泵难以同时满足高扬程和高可靠性的要求。

发明内容

本申请实施例提供一种离心泵，可以同时满足泵的高扬程和高可靠性的要求。

本申请实施例一方面提供一种离心泵，包括：泵壳和设置在所述泵壳内的第一驱动机构、第二驱动机构、泵轴和叶轮；

所述泵壳包括相互连通的第一腔室和第二腔室，所述泵轴的轴心和所述第一腔室、第二腔室的轴心重合，所述第二腔室的内径大于所述第一腔室的内径，所述叶轮连接在所述泵轴的端部，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构和所述泵轴连接，且位于所述泵轴的远离所述叶轮的一侧，所述第一驱动机构用于带动所述泵轴旋转，所述第二驱动机构用于带动所述泵轴沿着轴心移动，所述叶轮用于在所述泵轴的带动下在所述第一腔室或所述第二腔室内旋转。

本申请实施例提供一种离心泵，在泵壳内设置两个内径大小不同的腔室，并设置驱动机构带动叶轮在两个腔室中移动，在第一腔室中叶轮与腔室内壁的间隙小，离心泵可以发挥大流量、高扬程的特点，当大颗粒杂质将叶轮卡死后，驱动机构将叶轮带动至第二腔室中，第二腔室中叶轮与腔室内壁的间隙大，抗杂质能力强，可以解除卡死状态，通过控制两种工作模式的切换，离心泵可以同时实现高性能和高可靠性。

在一种可能的实施方式中，所述第一驱动机构包括与所述泵轴依次连接的第一轴承、电机、第二轴承，所述电机用于带动所述泵轴旋转，所述第一轴承和所述第二轴承套设在所述泵轴外，所述第一轴承位于所述泵轴的远离所述叶轮的一侧。

电机可以驱动泵轴旋转，第一轴承和第二轴承用来支撑旋转的泵轴，降低泵轴旋转过程中的摩擦系数，可以保证泵轴的回转精度。

在一种可能的实施方式中，所述第一驱动机构还包括第一滑道和第二滑道，所述第一滑道和所述第二滑道固定在所述泵壳的内部，所述第一轴承连接在所述第一滑道内，所述第一轴承可在所述第一滑道内沿着所述泵轴的轴心方向滑动，所述第二轴承连接在所述第二滑道内，所述第二轴承可在所述第二滑道内沿着所述泵轴的轴心方向滑动。

第一滑道用来保证第一轴承和泵壳的固定，并保证第一轴承在轴向的移动，同理，第二滑道用来保证第二轴承和泵壳的固定，并保证第二轴承在轴向的移动。第一滑道和第二滑道可以配合第一轴承、第二轴承的滑动，使得泵轴的移动更加顺利，离心泵的工作模式切换更加流畅。

在一种可能的实施方式中，所述第二驱动机构包括线圈、弹簧和衔铁，所述衔铁设置在所述第一轴承的背离所述电机的一侧，所述衔铁和所述第一轴承之间通过所述弹簧连接，所述弹簧的收缩方向与所述泵轴的轴心方向平行或重合，所述衔铁上连接有所述线圈，所述线圈可通电以使所述衔铁形成磁吸结构。

将线圈通电后可以形成磁场，衔铁可以形成磁吸，衔铁可以吸引第一轴承，弹簧32压缩，从而使第一轴承、第二轴承、泵轴和叶轮整体上发生移动，使叶轮切换在第一腔室或第二腔室内的移动。

在一种可能的实施方式中，所述离心泵还包括电流表和转速表，所述第二驱动机构还包括与所述线圈连接的控制器，所述控制器和所述电流表或所述转速表连接，所述控制器用于接收来所述电流表的电流信号或者来自所述转速表的转速信号，并根据所述电流信号或所述转速信号来控制所述线圈通电或断电。

通过设置控制器检测电流信号或者转速信号的异常，来控制线圈的通电或断电，可以及时解除叶轮卡死的状态，提高离心泵的性能和可靠性。

在一种可能的实施方式中，所述第二驱动机构还包括手动开关，所述手动开关和所述线圈连接，用于控制所述线圈通电或断电。

通过手动开关来控制线圈的通电或断电，便于使用人员操作，可以解除叶轮卡死的状态，提高离心泵的性能和可靠性。

在一种可能的实施方式中，所述第二腔室位于所述第一腔室的背离所述第一驱动机构的一侧。

设置内径较大的第二腔室位于泵壳的底部，外观上美观性更高，且离心泵整体中心偏低，有利于离心泵放置的稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述离心泵还包括第一支管和第二支管，所述第一支管连接在所述第一腔室的侧壁上，所述第二支管连接在所述第二腔室的侧壁上，所述第一支管和所述第二支管汇集并与排水管连通。

通过在第一腔室和第二腔室的侧壁上各自设置第一支管和第二支管，有利于两种工作模式下液体的顺利排出，相比于仅设置一个排水管来说，排水效率更高。

在一种可能的实施方式中，所述第一支管上设置有第一单向阀，所述第二支管上设置有第二单向阀。

通过在第一支管和第二支管上各自设置单向阀，可以保证在工作模式一下，液体仅从第一支管内排出，在工作模式二下，液体仅从第二支管内排出，可以避免另一个支管内的液体回流，保证排水效果。

在一种可能的实施方式中，所述离心泵为立式泵，所述泵壳和所述泵轴的轴心相对于水平面呈竖直设置。

立式离心泵工作时，第一腔室和第二腔室中充满液体，叶轮浸入液体中，第一轴承、电机、第二轴承可以自上而下依次设置，位于泵壳的上部并脱离液体表面。

本申请实施例提供一种离心泵，在泵壳内设置两个内径大小不同的腔室，并设置驱动机构带动叶轮在两个腔室中移动，在第一腔室中叶轮与腔室内壁的间隙小，离心泵可以发挥大流量、高扬程的特点，当大颗粒杂质将叶轮卡死后，驱动机构将叶轮带动至第二腔室中，第二腔室中叶轮与腔室内壁的间隙大，抗杂质能力强，可以解除卡死状态，通过控制两种工作模式的切换，离心泵可以同时实现高性能和高可靠性。并且，通过巧妙的利用衔铁、线圈和弹簧构成磁吸式的驱动机构，可以实现叶轮在轴心方向上的顺利移动。

附图说明

图1为相关技术提供的离心泵的一种结构示意图；

图2为相关技术提供的离心泵的另一种结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的离心泵的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的离心泵的另一状态的结构示意图。

附图标记说明：

100-泵壳； 10-工作腔； 11-第一腔室； 12-第二腔室；

13-第一支管； 131-第一单向阀； 14-第二支管； 141-第二单向阀；

15-排水管； 200-第一驱动机构； 21-电机； 22-第一轴承；

23-第二轴承； 24-第一滑道； 25-第二滑道； 300-第二驱动机构；

31-线圈； 32-弹簧； 33-衔铁； 400-泵轴；

500-叶轮。

具体实施方式

离心泵指的是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，作为一种常见的排水装置，离心泵可以应用在多种领域中，例如应用在数据中心的冷却系统的排水过程中。离心泵一般可以包括泵壳、电机、泵轴、叶轮，电机驱动泵轴并带动叶轮在泵壳的工作腔内转动，叶轮旋转产生的离心力可以将液体自工作腔内排出至排水管内。对于离心泵来说，性能和可靠性是至关重要的两个参数。

其中，离心泵的性能的关键特征是扬程，扬程指的是水泵能够扬水的高度，是泵的重要工作性能参数，又称压头，可表示为流体的压力能头、动能头和位能头的增加。离心泵的扬程以叶轮中心线为基准，分由两部分组成，等于吸水扬程和压水扬程的和。吸水扬程即水泵能把水吸上来的高度，表示从水泵叶轮中心线至水源水面的垂直高度；压水扬程即水泵能把水压上去的高度，表示从水泵叶轮中心线至出水池水面的垂直高度。

离心泵的可靠性的关键特征是抗杂质，离心泵排水过程中，水中不可避免会存在外部杂质，例如水垢、砂砾等，这些杂质进入离心泵内部，会造成泵轴或者叶轮卡死，导致离心泵失效，使离心泵的可靠性较低。

对于离心泵来说，其扬程和抗杂质特性均与离心泵内部的机械部件的间隙大小强相关。离心泵的扬程和可靠性在机理上存在矛盾，相关技术中的离心泵难以同时满足高扬程和高可靠性的要求。

图1为相关技术提供的离心泵的一种结构示意图。参考图1所示，在一种相关技术中，离心泵可以包括泵壳100、电机21、泵轴400和叶轮500，电机21、泵轴400和叶轮500均设置在泵壳100内，电机21和泵轴400连接，叶轮500连接在泵轴400的端部，泵壳100的底部设置有工作腔10，工作腔10的侧壁与排水管15连通，叶轮500设置在工作腔10内，在电机21的驱动下，泵轴400带动叶轮500在工作腔10内旋转，将工作腔10内的液体从排水管15中排出。

该相关技术中，叶轮500与工作腔10之间的间隙较小，离心泵具有较高的做功效率，在相同体积和功率下，扬程较大，在高性能情况下可以满足使用要求。但是，叶轮500与工作腔10之间的间隙L1’过小时，如果水中存在杂质，则离心泵运行过程中，极容易造成叶轮卡死，离心泵故障。

图2为相关技术提供的离心泵的另一种结构示意图。参考图2所示，在另一种相关技术中，离心泵可以包括泵壳100、电机21、泵轴400和叶轮500，其部件和连接关系与图1中提供的离心泵相同，区别在于，该相关技术中，叶轮500与工作腔10之间的间隙L2’较大，可以保证杂质颗粒不会卡死叶轮，相关硬质颗粒杂质会随水流出泵体，可靠性高。但是，由于间隙较大叶轮做功效率很低，扬程性能较差，相同功率及体积下会造成离心泵的性能衰减。

总之，叶轮和工作腔的配合间隙较小时，对应离心泵的扬程比较高，性能效率高，但是杂质颗粒容易卡在间隙中造成泵失效，可靠性差。反之，叶轮和工作腔的配合间隙较大时，对应离心泵的扬程会降低，但是杂质颗粒比较容易排出，泵的可靠性高。即离心泵的性能和可靠性很难兼容，相关技术中的离心泵只能满足其中一种要求，难以同时满足高扬程和高抗杂质性的要求。

基于上述问题，本申请实施例提供一种离心泵，在泵壳内设置两个内径大小不同的腔室，并设置驱动机构带动叶轮可以在两个腔室中切换，在第一腔室中叶轮与腔室内壁的间隙小，离心泵可以发挥大流量、高扬程的特点，当大颗粒杂质将叶轮卡死后，驱动机构将叶轮带动至第二腔室中，抗杂质能力强，叶轮恢复正常旋转，从而，离心泵可以同时实现高性能和高可靠性。

图3为本申请一实施例提供的离心泵的结构示意图，图4为本申请一实施例提供的离心泵的另一状态的结构示意图。参考图3和图4所示，本申请实施例提供一种离心泵，可以包括：泵壳100和设置在泵壳100内的第一驱动机构200、第二驱动机构300、泵轴400和叶轮500。

泵壳100可以包括相互连通的第一腔室11和第二腔室12，泵轴400的轴心和第一腔室11、第二腔室12的轴心重合，第二腔室12的内径大于第一腔室11的内径，叶轮500连接在泵轴400的端部，叶轮500可以在第一腔室11内旋转或者在第二腔室12内旋转。

本申请实施例提供的离心泵可以具有两种工作模式，工作模式一：叶轮500处于第一腔室11内，在第一腔室11中叶轮500与腔室内壁的间隙L1较小，离心泵可以发挥大流量、高扬程的特点；工作模式二：叶轮500处于第二腔室12中，叶轮500与腔室内壁的间隙L2较大，抗杂质能力强，叶轮500不容易卡死。通过控制叶轮500在不同场景下切换到第一腔室11或者第二腔室12中，可以兼顾离心泵的高性能和高可靠性。

本申请实施例中，第一驱动机构200用来实现叶轮500的可靠旋转。第一驱动机构200和泵轴400连接，且位于泵轴400的远离叶轮500的一侧，第一驱动机构200用于带动泵轴400旋转，从而使泵轴400带动叶轮500旋转。

第一驱动机构200可以包括电机21，电机21和泵轴400连接，电机21可以驱动泵轴400旋转。第一驱动机构200还可以包括第一轴承22和第二轴承23，第一轴承22、电机21、第二轴承23与泵轴400依次连接，第一轴承22和第二轴承23套设在泵轴400外，第一轴承22位于泵轴400的远离叶轮500的一侧。第一轴承22和第二轴承23用来支撑旋转的泵轴400，降低泵轴400旋转过程中的摩擦系数，可以保证泵轴400的回转精度。

需要说明的是，离心泵可以为立式泵，即泵壳100和泵轴400的轴心相对于水平面呈竖直设置。此时，第一腔室11和第二腔室12位于泵壳100的底部，离心泵工作时，第一腔室11和第二腔室12中充满液体，叶轮500浸入液体中，第一轴承22、电机21、第二轴承23可以自上而下依次设置，位于泵壳100的上部并脱离液体表面。

另外，本申请实施例中，第二驱动机构300用来实现叶轮500沿轴心的移动。第二驱动机构300和泵轴400连接，且位于泵轴400的远离叶轮500的一侧，第二驱动机构300用于带动泵轴400沿着轴心移动，在泵轴400的带动下叶轮500可以在第一腔室11或第二腔室12内切换。

应理解，第一轴承22、第二轴承23均可以为滑动轴承或者滚动轴承，第一轴承22、第二轴承23和泵轴400连接后形成一个整体，叶轮500固定连接在泵轴400的端部，从而第一轴承22、第二轴承23、泵轴400、叶轮500安装后连接成为一个整体，空间相对位置固定，第二驱动机构300可以驱动泵轴400或者驱动第一轴承22移动，从而带动叶轮500在轴心方向上的移动。

第二驱动机构300可以包括线圈31、弹簧32和衔铁33，其中衔铁33设置在第一轴承22的背离电机21的一侧，即设置在泵壳100的顶部，衔铁33和第一轴承22之间通过弹簧32连接，弹簧32的收缩方向与泵轴400的轴心方向平行或重合，衔铁33上连接有线圈31，线圈31可通电以使衔铁33形成磁吸结构。

将线圈31通电后可以形成磁场，衔铁44可以形成磁吸，衔铁33可以吸引第一轴承22，使弹簧32压缩，从而使第一轴承22、第二轴承23、泵轴400和叶轮500整体上发生移动，使叶轮500切换在第一腔室11或第二腔室12内的移动。

应理解，第一腔室11和第二腔室12在泵壳100内的相对位置在本申请实施例中不做具体限制。示例性地，第二腔室12可以位于第一腔室11的背离第一驱动机构200的一侧，即如图中所示，第二腔室12可以位于第一腔室11的下方。

这样以来，线圈31未通电的初始状态下，衔铁33无磁吸力，弹簧32可以呈扩张状态，紧压第一轴承22使得叶轮500可以处于第二腔室12内。线圈31通电后，衔铁33可以吸引第一轴承22向上移动，泵轴400和叶轮500同步向上移动，使叶轮500处于第一腔室11内。

在两种工作模式切换过程中，第一轴承22和第二轴承23均可以起到周向固定功能，并且，第一轴承22可以具有止推功能，使得泵轴400可以具有轴向定位功能。

另外，第一驱动机构200还可以包括第一滑道24和第二滑道25，第一滑道24和第二滑道25固定在泵壳100的内部，第一轴承22连接在第一滑道24内，第一轴承22可在第一滑道24内沿着泵轴400的轴心方向滑动，第二轴承23连接在第二滑道25内，第二轴承23可在第二滑道25内沿着泵轴400的轴心方向滑动。

第一滑道24用来保证第一轴承22和泵壳100的固定，并保证第一轴承22在轴向的移动，同理，第二滑道25用来保证第二轴承23和泵壳100的固定，并保证第二轴承23在轴向的移动。从而，使得线圈31通电或断电状态下，在衔铁33的吸力或弹簧32的压力基础上，第一滑道24和第二滑道25可以配合第一轴承22、第二轴承23的滑动，使得泵轴400的移动更加顺利，离心泵的工作模式切换更加流畅。

本申请实施例提供的离心泵的两种工作模式，可以通过不同的方式来触发线圈31通电或断电，以实现模式的切换。

在一种可能的实施方式中，触发方式为自动触发。此时，离心泵还可以包括电流表和转速表，第二驱动机构300还可以包括与线圈31连接的控制器，控制器与电流表或转速表连接，控制器用于接收来电流表的电流信号或者来自转速表的转速信号，并根据电流信号或转速信号来控制线圈31通电或断电。

离心泵中的电流表用来检测泵的运行电流，在叶轮500被大颗粒杂质卡死的状态下，电流会比正常状态下增大。离心泵中的转速表用来检测电机21或泵轴400的转速，在叶轮500被大颗粒杂质卡死的状态下，转速会降低或者变更为0。

当离心泵处于工作模式一，即叶轮500处于第一腔室11内时，线圈31处于通电状态，离心泵若正常运行，控制器可以检测到电流信号或转速信号正常；控制器检测到电流增大或者转速降低，判断叶轮500可能被卡死，此时，控制器可以控制线圈31断电，在弹簧32的作用下，叶轮500向下移动到第二腔室12内，离心泵被切换到工作模式二，由于叶轮500和腔室内壁之间的间隙增大，叶轮500的卡死状态会被解除。在工作模式二下运行一定时间后，控制器可以控制线圈31通电，再次回到工作模式一，以保证离心泵发挥大流量、高扬程的特点。

通过设置控制器检测电流信号或者转速信号的异常，来控制线圈31的通电或断电，可以及时解除叶轮500卡死的状态，提高离心泵的性能和可靠性。

在另一种可能的实施方式中，触发方式为手动触发。第二驱动机构300还可以包括手动开关，手动开关和线圈31连接，用于控制线圈31通电或断电。手动开关可以设置在离心泵的泵壳100的外部，便于使用人员手动操作。在使用人员发现叶轮500卡死，离心泵运行异常时，通过操作该手动开关，可以控制线圈31断电，使离心泵自工作模式一切换到工作模式二，解除卡死后，再次操作该手动开关，可以控制线圈31通电，使离心泵自工作模式二切换到工作模式一。

本申请实施例提供的离心泵的工作过程可以为，为了保证离心泵的性能，控制线圈31处于通电状态下，使叶轮500处于第一腔室11内，离心泵在工作模式一下运行。当发生叶轮500卡死的情况后，手动触发或自动触发线圈31断电，使叶轮500处于第二腔室12内，离心泵在工作模式二下运行。运行一定时间后，可以触发线圈31再次通电，使叶轮500处于第一腔室11内，离心泵在工作模式一下运行。

在上述本申请实施例的基础上，本申请实施例中，离心泵还包括第一支管13和第二支管14，第一支管13连接在第一腔室11的侧壁上，第二支管14连接在第二腔室12的侧壁上，第一支管13和第二支管14汇集并与排水管15连通。

叶轮500在第一腔室11内旋转时，第一腔室11内的液体可以在离心力的作用下进入第一支管13内，再经排水管15排出。叶轮500在第二腔室12内旋转时，第二腔室12内的液体可以在离心力的作用下进入第二支管14内，再经排水管15排出。

通过在第一腔室11和第二腔室12的侧壁上各自设置第一支管13和第二支管14，有利于两种工作模式下液体的顺利排出，相比于仅设置一个排水管来说，排水效率更高。

进一步地，第一支管13上可以设置第一单向阀131，第二支管14上可以设置第二单向阀141。第一单向阀131开启后，液体流动方向仅可以为自第一腔室11内流向排水管15，第二单向阀141开启后，液体流动方向仅可以为自第二腔室12内流向排水管15。

叶轮500在第一腔室11内旋转时，第一单向阀131开启，第二单向阀141关闭，第一腔室11内的液体可以在离心力的作用下进入第一支管13内，再经排水管15排出。叶轮500在第二腔室12内旋转时，第一单向阀131关闭，第二单向阀141开启，第二腔室12内的液体可以在离心力的作用下进入第二支管14内，再经排水管15排出。

通过在第一支管13和第二支管14上各自设置单向阀，可以保证在工作模式一下，液体仅从第一支管13内排出，在工作模式二下，液体仅从第二支管14内排出，可以避免另一个支管内的液体回流，保证排水效果。

本申请实施例提供的离心泵，在泵壳内设置两个内径大小不同的腔室，并设置驱动机构带动叶轮在两个腔室中移动，在第一腔室中叶轮与腔室内壁的间隙小，离心泵可以发挥大流量、高扬程的特点，当大颗粒杂质将叶轮卡死后，驱动机构将叶轮带动至第二腔室中，第二腔室中叶轮与腔室内壁的间隙大，抗杂质能力强，可以解除卡死状态，通过控制两种工作模式的切换，离心泵可以同时实现高性能和高可靠性。并且，通过巧妙的利用衔铁、线圈和弹簧构成磁吸式的驱动机构，可以实现叶轮在轴心方向上的顺利移动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。