PL231169B1

PL231169B1 - Bladeless pump assembly of magnetic elements in the rotor

Info

Publication number: PL231169B1
Application number: PL403036A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Kosowski; Tadeusz Blekiewicz; Marian Piwowarski; Robert Stępień; Wojciech Włodarski; Jarosław Mikielewicz; Jan Kiciński
Original assignee: Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk; Instytut Maszyn Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2019-01-31
Also published as: PL403036A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Dziedzina techniki. Przedmiotem wynalazku jest bezłopatkowy zespół pompowy z elementami magnetycznymi w wirniku.Technical field. The subject of the invention is a bladeless pump unit with magnetic elements in the rotor.

Stan techniki. Bezłopatkowa maszyna adhezyjna została zaprojektowana przez Nikolę Teslę. W stosowanych dotychczas rozwiązaniach konstrukcyjnych energia mechaniczna potrzebna do napędu wirnika pompy była doprowadzana z zewnątrz, zazwyczaj przez oddzielny silnik elektryczny, sprzęgnięty z wałem pompy. Rozwiązanie to jest kłopotliwe w montażu, ze względu na konieczność precyzyjnego wyosiowania wału pompy z wałem silnika przed sprzęgnięciem - niezbędnego ze względu na wysokie prędkości obrotowe, przy których pracuje zespół pompowy. Ponadto stosowanie oddzielnej pompy i silnika zwiększa gabaryty, koszt zespołu pompowego i wpływa niekorzystnie na jego charakterystyki eksploatacyjne.State of the art. The bladeless adhesive machine is designed by Nikola Tesla. In the design solutions used so far, the mechanical energy needed to drive the pump rotor was supplied from outside, usually by a separate electric motor coupled to the pump shaft. This solution is troublesome in assembly due to the need to precisely align the pump shaft with the motor shaft before coupling - necessary due to the high rotational speeds at which the pump unit works. Moreover, the use of a separate pump and motor increases the dimensions and cost of the pump unit and adversely affects its operating characteristics.

Istota wynalazku. Bezłopatkowy zespół pompowy zawiera wirnik zespołu pompowego, który składa się z jednej lub wielu tarcz wirnikowych zamocowanych do piasty wału lub bezpośrednio na wale, przy czym wał osadzony jest w łożyskach, umieszczonych w obudowie, a magnesy trwałe lub elektromagnesy umieszczone są w otworach wykonanych w tarczy lub tarczach wirnikowych pompy, a bieguny N i S sąsiadujących magnesów występują naprzemiennie. W tarczy lub tarczach wirnikowych pompy umieszczony jest pierścień lub pierścienie z materiału ferromagnetycznego, zamykając obwód strumienia magnetycznego. Z kolei rdzenie twornika wraz z uzwojeniami zamocowane są do tarcz stojana i do obudowy. Wlot czynnika roboczego w postaci cieczy następuje poprzez otwory w pokrywach obudowy, przy czym ciecz przepływa spiralnie przez szczeliny dzięki zjawiskom występującym w warstwie przyściennej przyjmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnikowej sprężarki. Wylot cieczy zrealizowany jest przez dyfuzor umieszczony na powierzchni obudowy, przy czym w dyfuzorze wylotowym zachodzi zamiana energii kinetycznej cieczy w energię potencjalną ciśnienia. Ponadto szczeliny umiejscowione są pomiędzy tarczami wirnikowymi pompy i tarczami twornika oraz pomiędzy tarczami wirnikowymi pompy a pokrywami obudowy.The essence of the invention. The bladeless pump unit includes the impeller of the pump unit, which consists of one or more rotor discs attached to the shaft hub or directly on the shaft, the shaft mounted in bearings placed in the housing, and permanent magnets or electromagnets placed in holes made in the disc or the pump impellers, and the N and S poles of adjacent magnets alternate. A ferromagnetic ring or rings are placed in the pump impeller or disks, completing the circuit of the magnetic flux. In turn, the armature cores with windings are attached to the stator discs and to the housing. The inlet of the working medium in the form of a liquid takes place through the openings in the housing covers, and the liquid flows in a spiral through the slots, due to the phenomena occurring in the boundary layer, it receives kinetic energy from the rotating rotor disc of the compressor. The liquid outlet is realized by a diffuser placed on the surface of the housing, and in the outlet diffuser, the kinetic energy of the liquid is converted into potential pressure energy. In addition, slots are located between the pump impellers and armature plates, and between the pump impellers and the housing covers.

Zaletą zespołu pompowego według wynalazku jest to, że jedna lub wiele tarcz wirnikowych pełni rolę zarówno tarczy silnika elektrycznego, jak i tarczy wirnika pompy, co wydatnie zmniejsza koszty wykonania oraz poprawia eksploatację i charakterystyki dynamiczne wirnika.An advantage of the pump assembly according to the invention is that one or more impeller discs act as both the electric motor disc and the pump impeller disc, which significantly reduces the manufacturing costs and improves the operation and dynamic characteristics of the impeller.

Objaśnienie figur na rysunku. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy bezłopatkowego zespołu pompowego, fig. 2 - rozmieszczenie magnesów w tarczy wirnikowej zespołu pompowego, fig. 3 - przekrój A-A na fig. 2, fig. 4 - rozmieszczenie nabiegunników w tarczy twornika zespołu pompowego, a na fig. 5 - schemat obwodu magnetycznego w zespole pompowym.Explanation of figures in the drawing. The subject of the invention is illustrated by an embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a schematic diagram of a bladeless pump unit, fig. 2 - arrangement of magnets in the impeller of the pump assembly, fig. 3 - section AA in fig. 2, fig. 4 - arrangement of pole pieces in the armature disk of the pump unit, and in Figure 5, a diagram of the magnetic circuit in the pump unit.

Przykład wykonania wynalazku. Bezłopatkowy zespół pompowy według wynalazku stanowi konstrukcję, w której pompa adhezyjna (tzw. bezłopatkowa maszyna adhezyjna Tesli) połączona jest z silnikiem elektrycznym typu tarczowego, przy czym elementy magnetyczne w postaci magnesów stałych lub elektromagnesów umieszczone są w wirniku zespołu pompowego turbiny, a elementy twornika powiązane są z nieruchomą obudową. Tarcza wirnikowa pompy pełni jednocześnie funkcje wirnika silnika elektrycznego. Wirnik tarczowy pompy oraz elementy twornika i obudowy osadzone są na wspólnym wale w jednej obudowie.An embodiment of the invention. The inventive bladeless pump unit is a structure in which an adhesive pump (the so-called Tesla bladeless adhesive machine) is connected to a disc-type electric motor, with magnetic elements in the form of permanent magnets or electromagnets located in the rotor of the turbine pump unit, and the armature elements connected are with a fixed housing. The pump rotor also functions as the rotor of the electric motor. The pump disc rotor as well as elements of the armature and housing are mounted on a common shaft in one housing.

Wirnik zespołu pompowego pokazany na fig. 1 składa się przykładowo z jednej tarczy wirnikowej 1 zamocowanej do piasty 9 wału 10, przy czym wał 10 osadzony jest w łożyskach 18 umieszczonych w otworach wewnątrz pokrywy 11 i 12 obudowy 7. Przykładowo na fig. 2 pokazano, że magnesy trwałe 2 umieszczone są w otworach 13 wykonanych na obwodzie koła w tarczy wirnikowej pompy 1, przy czym bieguny N i S sąsiadujących magnesów trwałych 2 występują naprzemiennie. Z kolei na fig. 5 pokazano, że w rowku 14, w tarczy wirnikowej 1 umieszczony jest pierścień 5 wykonany z materiału ferromagnetycznego, który zamyka obwód strumienia magnetycznego. Kolejno na fig. 4 pokazano rdzenie twornika 3 wraz z uzwojeniami 8 zamocowane są do tarczy twornika 4 i do pokrywy 12 obudowy 7. Przy czym rdzenie twornika 3 umieszczone są na obwodzie koła w tarczy twornika 4.The impeller of the pump unit shown in Fig. 1 consists, for example, of one impeller 1 attached to the hub 9 of the shaft 10, the shaft 10 being mounted in bearings 18 placed in the holes inside the cover 11 and 12 of the housing 7. For example, Fig. 2 shows that the permanent magnets 2 are placed in holes 13 made on the circumference of a circle in the rotor plate of the pump 1, the poles N and S of adjacent permanent magnets 2 alternating. Figure 5, in turn, shows that a ring 5 made of a ferromagnetic material, which completes the circumference of the magnetic flux, is provided in the groove 14 in the rotor disc 1. Fig. 4 shows the armature cores 3 together with the windings 8 attached to the armature disc 4 and to the cover 12 of the housing 7. The armature cores 3 are placed on the circumference of the circle in the armature disc 4.

Wlot czynnika roboczego w postaci cieczy następuje poprzez otwory 15 w pokrywie 11 i 12 obudowy 7, zlokalizowane w pobliżu osi tarczy wirnikowej sprężarki 1, przy czym ciecz przepływa spiralnie przez szczeliny 6 umiejscowione pomiędzy tarczą wirnikową 1 i tarczą twornika 4 oraz pomiędzy tarczą wirnikową 1 a pokrywą 11 obudowy 7.The inlet of the working medium in the form of a liquid takes place through openings 15 in the cover 11 and 12 of the housing 7, located near the axis of the rotor disk of the compressor 1, the liquid flowing in a spiral through the slots 6 located between the rotor disk 1 and the armature disk 4 and between the rotor disk 1 and housing cover 11 7.

PL231 169 Β1PL231 169 Β1

Ciecz przepływając spiralnie w szczelinach 6 dzięki zjawiskom występującym w warstwie przyściennej przyjmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnikowej sprężarki 1. Z kolei wylot cieczy zrealizowany jest przez dyfuzor 16 umieszczony na powierzchni obudowy 1. W dyfuzorze wylotowym 16 zachodzi zamiana energii kinetycznej cieczy w energię potencjalną ciśnienia.The liquid flowing in a spiral in the slots 6, due to the phenomena occurring in the boundary layer, receives kinetic energy from the rotating rotor disk of the compressor 1. The liquid outlet is realized by a diffuser 16 located on the surface of the housing 1. In the outlet diffuser 16, the kinetic energy of the liquid is converted into potential energy. pressure.

Wykaz nazw i oznaczeń na rysunkuList of names and markings in the drawing

L.p. L.p. Nazwa Name L.p. L.p. Nazwa Name 1. 1. Tarcza wirnikowa Rotor disc 10. 10. Wał Shaft 2. 2. Magnesy trwałe Permanent magnets 11. 11. Pokrywa Cover 3. 3. Rdzenie twornika Armature cores 12. 12. Pokrywa Cover 4. 4. Tarcza twornika Armature shield 13. 13. Otwory Holes 5. 5. Pierścienie Rings 14. 14. Otwory Holes 6. 6. Szczelina Gap 15. 15. Otwory Holes 7. 7. Obudowa Housing 16. 16. Dyfuzor Diffuser 8. 8. Uzwojenia twornika Armature windings 17. 17. Łożyska Bearings 9. 9. Piasta Hub

Claims

Patent claims

1. A bladeless pump unit with magnetic elements in the rotor, characterized in that the pump rotor consists of one or more rotor discs (1) attached to the hub (9) of the shaft (10) or directly on the shaft, the shaft (10) mounted is in the bearings (17), placed in the holes inside the cover (11) and (12) of the housing 7, and the permanent magnets or electromagnets (2) are placed in the holes (13) made in the pump disk (1), where the N and S poles of the neighboring magnets (2) alternate, while the armature cores (3) with the windings (8) are attached to the armature plates (4) and to the covers (12) of the housing (7), and also in the rotor disc or discs the pump (1), a ring or rings (5) made of a ferromagnetic material are placed in the grooves (14), closing the magnetic flux circuit, in turn the inlet of the working medium in the form of a liquid takes place through the holes (15) in the cover (11) and (12) of the housing (7), with the liquid flowing spirally through the sz the slit (6), due to the phenomena occurring in the boundary layer, receives kinetic energy from the rotating impeller of the pump (1), while the liquid outlet is realized by a diffuser (16) located on the surface of the housing (1), while in the outlet diffuser (16) the kinetic energy of the liquid is converted into the potential energy of pressure.

2. A pump unit according to claim 1 A device according to claim 1, characterized in that the slots (6) are located between the pump impeller (1) and the armature plate (4) and between the pump impeller and the cover (11) of the housing (7).

3. Pump unit according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the permanent magnets or electromagnets (2) and the ring or rings (5) are placed successively in the holes (13) and in the grooves (14) made around the circumference of the circle or wheels in the disc or rotor discs of the pump (1).

4. Pump unit according to claim The method of claim 1, characterized in that the armature cores (3) are arranged around the circumference of the circle or wheels in the armature disc (4).

5. A pump unit according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the armature discs (4) with fixed armature cores (3) and windings (8) are stationary in relation to the rotor disc of the compressor (1) with fixed magnets or electromagnets (20).