TW201320547A - 磁驅動泵浦之結構改良 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種無軸封磁驅動泵浦之結構改良，其目的在改善固定軸的剛性，尤其針對有耐腐蝕內襯的金屬磁驅動泵作一改良，以得到高剛性固定軸系統，磁驅動泵廣泛用於高腐蝕性化學液體輸送、加壓與循環等用途，本創作特別針對用於200℃以下高溫高腐蝕用途作改良，以提高其內轉子系統的剛性並滿足高性能需求，本創作的重點在提高固定軸剛性，特點包含有：一高剛性金屬支撐座，位於泵入口內徑的軸向內側延伸構件，具有耐腐蝕氟塑膠披覆，提供固定軸主要支撐強度；一後軸孔座，裝設在密封後蓋底部，用來提供固定軸之輔助支撐；一葉輪，具有特別流道設計能降低入口流速，以提供低NPSHr、高性能泵送輸出；一固定軸，可以單一陶瓷軸，或高剛性複合固定軸；高剛性複合固定軸由陶瓷軸套、金屬軸及密封螺帽構成，用來支持內轉子的運轉。

Description

磁驅動泵浦之結構改良
本發明係有關於一種磁驅動泵浦之結構改良，尤指一種針對具有耐腐蝕內襯的鑄鐵磁驅動泵浦之固定軸結構作一改良，為使泵浦能在溫度200℃時還能有高可靠度的運轉能力，同時滿足泵浦輸送所需的高性能需求，本發明係改良鑄鐵泵殼的固定軸支撐結構及相關的流道結構，以增加固定軸的支撐剛性來減少氟塑膠結構件受溫度影響的不利因素，並增進泵浦的性能與增進可靠度及使用壽命。
按，一般無軸封磁驅動泵浦已廣泛應用於許多耐腐蝕或防洩漏的用途，在結構設計有固定軸與轉動軸兩種，其中固定軸的支撐方式又有兩端支撐及懸臂支撐等設計，材質上可分為塑膠材料與有塑膠內襯之金屬外殼等；固定軸前後兩端支撐都是使用塑膠材質的入口軸心支撐三角架與密封後蓋軸孔座來支撐固定軸，其後蓋底部有纖維披覆的強化結構，但塑膠的強度隨操作溫度升高而下降，這時支撐三角架與軸孔座的強度也會隨之降低，造成泵浦固定軸的歪斜與位移；固定軸後懸臂支撐是使用金屬強化塑膠後蓋底部來支撐，其支撐強度來自於施加在懸臂固定軸的徑向力能被分布到後蓋結構上，以減少後蓋變形並提高固定軸的握持力，雖然如此，但其強度也將受限於後蓋結構的強化纖維塑膠之溫度限制；以下的引證案將用來進一步說明磁驅動泵有關固定軸的問題及可能相關的潛在問題。
引證案一：
2006年美國專利US7033146 Sealed magnetic drive sealless pump，本引證案在說明磁驅動泵乾運轉之軸承設計，但其圖說有明確顯示傳統塑膠磁驅動泵之雙邊支撐固定軸結構，三腳架位於泵入口內徑空間，其軸向延伸穿過葉輪轂孔，其軸固定座設於三腳架尾端並位於葉輪轂孔內側，用來支撐固定軸的一端，本引證案的三腳架已儘量降低對入口流道的流動阻力，後蓋為一杯狀殼體結構，底部有軸孔座且無任何通孔，用來支撐固定軸的另一端，其塑膠三腳架與後蓋的強度容易受溫度影響而降低，本引證案之圖說顯示為了降低三腳架對入口流道的影響，刻意延伸三腳架的長度使其軸座穿過葉輪轂孔，但這樣會大幅降低三腳架的徑向支撐力，只適用於低溫較低功率用途；
引證案二：
2006年美國專利US7057320 Mechanical drive system operating by magnetic force，本引證案在說明磁驅動泵之外轉子構造與設計，但其圖說有明確顯示傳統塑膠磁驅動泵之雙邊支撐固定軸結構，且三腳架位於泵入口內徑空間與泵前蓋為一體設出成形結構，三腳架軸向延伸到葉輪葉片入口附近，其止推軸承裝設於三腳架之軸固定座端面上，且止推軸承位於葉輪轂板上但凸出於葉輪入口側，後蓋為一杯狀殼體結構，底部有軸孔座且無任何通孔，用來支撐固定軸的另一端，本引證案為降低三腳架之軸固定座與止推軸承對入口流道的流動阻力，其設計方法為加大葉輪入口使比泵入口有更大的內徑，來降低入口流動之阻力，也就是流體流經泵入口後會經過一段擴大內徑的流道才會來到葉輪入口，而流道擴大的角度愈大流動阻力相對提高愈多。
引證案三：
2002年中國專利CN2482597Y Magnetic drive corrosion resistant fluorine plastic liner pump，本引證案為具塑膠內襯金屬外殼的磁驅動泵，目地在說明氟塑料內襯之結構及耐腐蝕用途，有氟塑料內襯一體成形的軸支撐架，氟塑料的後蓋為一杯狀殼體結構，底部有軸孔座且無任何通孔，用來支撐固定軸的另一端，但在其內文也指出雙邊支撐之固定軸由氟塑料構成的支撐結構會彈性變形，在泵浦運轉時可以緩沖軸負載的振動，但本引證案並未進一步說明200℃高溫用途的結構強度與可靠度是否適用。
引證案四：
1999年美國專利US5895203 Centrifugal pump having separable multipartite impeller assembly，本引證案為具塑膠內襯金屬外殼的磁驅動泵，且為雙邊支撐的固定軸結構，可分離的支撐三腳架安裝在泵入口的內徑，其設有外環部用來安裝在泵入口的內環面，中心設有軸固定座用來提供固定軸前端支撐，強調支撐三腳架內部設有強化材料，並有完整的耐蝕材料披覆其表面，以提高固定軸前端支撐對受力與振動的耐受性，但也特別強調固定軸的前端直徑必須小於後端直徑，這樣支撐三腳架之軸固定座的外徑才能縮小，而且鼻端作成符合流動要求的平滑曲面，這樣固定軸前端位於泵入口處時，才可以降低葉輪入口的流動阻力。
引證案五：
2001年美國專利US6280156B1 Magnetically coupled rotary pump，本引證案的磁驅動泵為外轉子式，原案強調金屬製立式豎軸磁驅動泵的結構可以完全排出輸送液，其固定軸為單邊支撐的結構，其固定軸之單邊支撐結構是在泵入口由三腳架及圓錐形軸座支撐，三腳架及圓錐形軸座是與金屬泵前蓋連結在一起，或被緊鎖在金屬泵前蓋上，由於圓錐形軸座位於泵入口流道內徑空間，所以，入口流道內徑的圓筒面也必須隨錐形軸座而增大其內徑；葉輪之金屬軸承裝設於朝入口側延伸的輪毂軸向部之內徑中，用來與圓錐形軸座的尾端的軸套及止推軸承相耦合，所以，圓錐形軸座的斜向逐漸增大的曲面可以與葉輪的輪轂軸向部曲面平順相接，而且葉輪入口配合輪轂軸向部之外徑而採用大口徑設計，所以，目前的方案是可行的；但是本案若使用氟塑料內襯及接液外表面包膠且葉輪為氟塑膠製造時，三腳架、軸座、輪轂軸向部的外徑都必須加上二倍的包膠厚度，通常單邊厚度3mm以上，也就是外徑增加6mm以上，這還不含結構所需的包膠厚度所增加的外徑，為了克服氫氟酸的腐蝕性，氟塑膠製作的葉輪之輪轂板的內部還必須裝設金屬強化片，包含軸向延伸的輪轂軸向部，以提高輪轂的結構強度與傳遞扭矩能力，且安裝在輪轂軸向部內徑的金屬軸承就必須換成厚度與軸套相當的陶瓷軸承，而且輪轂輪轂軸向部之厚度因包含金屬強化片加上雙面又要有3mm包膠厚度，這時輪轂軸向部之內外徑都會大幅增加，若只對原有的圓錐形軸座進行包膠，其圓錐曲面的外徑必然增大，但其外徑仍小於輪轂軸向部之外徑，所以圓錐形軸座的金屬部份也必須改變其斜度以增大其外徑，在包膠後圓錐形軸座才可以與葉輪的輪轂軸向部曲面平順相接，也就是泵浦入口流道內徑的圓筒面必須有大的擴張角度才能配合錐形軸座的曲面及輪轂軸向部之外徑，這會使得原先已採用大口徑設計的葉輪入口必須更加加大其尺寸，由泵入口的流體必須在短的軸向距離下，以大的擴張角度流向葉輪入口，還必須加速流經厚度大幅增加的三腳架，在這樣的種種限制下，將無法獲得原先金屬泵的低流動阻力而且泵浦葉輪的設計困難度會大幅增加；氟塑膠葉輪的另一問題是葉輪重量大幅減輕下，由轉子與葉輪構成的轉子系統其質心位置將移向外轉子側，也就是葉輪背側而軸承的位置卻位在輪轂軸向部的內徑，這樣容易造成軸承的長度及位置無法有效涵蓋轉子系統的質心位置，而使得運轉壽命無法確保。
引證案六：
2001年美國專利US7101158B2 Hydraulic balancing magnetically driven centrifugal pump，本引證案在說明磁驅動泵的軸向推力平衡問題，但在其引證圖說中清楚顯示其固定軸為等直徑結構，且其支撐三腳架安裝在泵入口內徑時，支撐三腳架的軸固定座的外徑過大，會影響葉輪入口流道而降低泵浦性能，必須在其入口流道的結構中必須增大其內徑以降低葉輪入口的流動阻力。
引證案七：
2007年美國專利US7249939B2 Rear casing arrangement for magnetic drive pump，本引證案適用於雙邊支撐固定軸與轉動軸的磁驅動泵，本引證案清楚指出磁驅動泵的後蓋強度是需要進一步關注的問題，因為外轉子與內轉子之間的間隙是狹窄，高耐腐蝕塑膠材料是屬于熱塑性材料其強度隨溫度而降低，習知技術會在後蓋耐腐蝕材料外部加上第二層加強結構，本引證案則在其側邊圓筒面的兩層結構中間或外面加入一非金屬帶狀圓形強化件，使後蓋側邊的圓筒部提高其強度，此一方法比習知用直條纖維圓週方向多層纏繞方式更佳，但此一方式無法有效克服後蓋底部軸孔座承受徑向力時圓筒部的彎曲變形，而本引證案也間接證實固定軸的之撐力也會受後蓋圓筒部強度的影響。
引證案八：
2001年美國專利US6293772B1 containment member for a magnetic-drive centrifugal pump，應用於有耐腐蝕內襯的金屬磁驅動泵，本引證案清楚指出磁驅動泵塑膠三腳架及後蓋的強度是需要進一步關注的問題，前支撐三腳架常常會影響葉輪入口流道而降低泵浦性能，後蓋的強度是用來抵抗液體壓力還要提供固定軸支撐，本引證案的方案是在後蓋底部的第一層、第二層結構中間嵌入一圓盤型金屬強化件，使懸臂固定軸承受的徑向力會均勻傳遞到後蓋的圓筒部，且強化件的形狀並包含一直徑較小且軸向內側延伸部份，用來加強固定軸的支撐與握持力，使其強度足以達到懸臂方式支撐固定軸，這樣就可以免用支撐三腳架而且固定軸有足夠支撐強度，但並沒有清楚說明後蓋側邊圓筒部的強度，在經過強化後是否能避免固定軸受力後產生歪斜的問題。
綜合以上引證案，全氟塑膠材料與有氟塑膠內襯之鑄鐵外殼之磁驅動泵，有關固定軸之結構與強度所面臨的問題可分為下列：
1、氟塑膠材料本身的強度弱點
2、固定軸支撐結構剛性需求
3、泵入口流道之流動阻力問題
4、葉輪入口流道之抗空蝕能力問題(NPSHr)
5、後蓋強度問題，含圓筒部與底部
但是這些引證案的各別解決方案及其解決方法，並無法同時滿足高溫200℃液體輸送之高剛性固定軸之需求，本發明之磁驅動泵之結構改良能同時克服以上問題，以下為本發明的內容說明：
本發明之主要目的在於提供一種磁驅動泵浦之結構改良，尤指一種前後支撐的固定軸強化結構，由於磁驅動泵的零件常用氟塑膠製或作為內襯、包膠等，這裡所稱的氟塑膠有PFA、ETFE等具有高延伸性與高耐壓縮性等機械性質，例如泵殼前蓋、葉輪、後蓋，氟塑膠的溶點溫度超過300℃以上，但其強度會隨溫度升高而降低，所以，雖然氟塑膠，本創作係以鑄鐵或不銹鋼泵殼的結構剛性來取代對氟塑膠結構件的強度依賴，使泵浦能在溫度200℃時還能有高可靠度的運轉能力，其中，高剛性入口支撐座能提供固定軸所需的剛性支撐力，配合固定軸的高剛性支撐需求，對高剛性支撐座、泵入口流道、渦卷流道與葉輪流道做一整體性設計，以獲得固定軸的高剛性支撐，並大幅降低支撐座對泵入口流道產生的流動阻力；泵後蓋的功能以提供密封無洩漏與耐溫抗壓，並對固定軸的一端提供輔助性支撐；支撐座是鑄鐵或不銹鋼泵殼一體的軸向內側延伸的二片肋板結構，肋板先由外殼之泵入口內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該結合處由入口側形成以圓心為中心的弧形圓錐體，軸向內側延伸到泵殼內側，並在其尾端裝設有一軸座，而肋板也隨圓錐體之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座之外徑，該軸座穿過葉輪轂孔且其外形圓弧與葉輪轂成一平滑曲面，支撐座的外側以氟塑膠完全披覆並與泵殼內襯成一體；渦卷流道之前側邊渦卷結構，使葉輪流道出口中心的軸向位置位於泵出口流道中心之內側，確保由泵入口到葉輪入口有足夠的流動長度，以減少支撐座引起的流場擾動對葉輪入口的不良影響；葉輪流道結構採取前蓋為小後傾斜角度設計，而轂板採用前傾斜曲面設計以配合支撐座之軸座外形曲面，使葉輪之葉片前緣之入口流道有足構截面積；固定軸是由等直徑陶瓷軸所構成，其前端由支撐座之軸座固定，用於高功率泵浦時複合固定軸將是較佳方案；複合固定軸是一種由金屬軸與陶瓷軸套複合構成的高剛性軸，藉由金屬軸直接連結支撐座之軸座金屬，並對陶瓷軸套施以高張力迫緊以構成高剛性固定軸，固定軸的後端由後蓋的軸孔座固定；後蓋為一杯狀具有氟塑膠內襯與纖維強化層的二層殼體結構，由前端的法蘭固定在泵前蓋與托架上，成一圓筒形杯狀懸臂結構，底部有具軸孔座且無任何通孔，確保後蓋不會有何洩漏產生，其前端之法蘭部結合泵前蓋及拖架之法蘭，用來防止腐蝕液體的洩漏，軸孔座之二層殼體中間裝設有金屬環，以減少氟塑膠高溫變形，並提供固定軸與止推軸承穩定的支撐，後蓋的懸臂結構能輔助固定軸的支撐剛性；
以下為本發明達成之效果說明如下：
1、氟塑膠的溶點溫度超過300℃以上，200℃時其強度已大幅降低，以金屬外殼結構剛性來取代對氟塑膠結構件的強度依賴，使泵浦能在溫度200℃時還能有高可靠度的運轉能力；
2、軸支撐座之結構與泵浦前蓋做成一體，同時披覆氟塑膠以阻絕腐蝕液體，使固定軸的支撐剛性多數來自支撐架，而後蓋軸孔座僅為輔助作用；
3、泵浦前蓋之金屬結構與支撐架成一體之結構並延長其軸向長度，使支撐架之軸固定座延伸到葉輪轂之開口內，以大幅降低支撐架在泵入口的流動阻力；
4、改善葉輪之流道結構及其入口流道，使入口流道面積增大以降低入口流速增加抗空蝕能力(NPSHr)，且支撐架的截面形狀與流動之流線相配合，使支撐架對流動的干擾降低；
5、後蓋的功能只用來承擔密封無洩漏與耐溫抗壓的功能；後蓋的結構有第一層結構為氟塑膠、第二層加強結構，第一層為杯狀氟塑膠結構，其圓盤形底部中心設有向外延伸凸出且無通孔之軸孔座，第二層為熱硬化樹酯纖維強化結構用來減少高溫下氟塑膠的變形量，並承受液體壓力以降低變形，及承受管路流動引起的衝擊壓力；
本發明的結構改良使各種功率範圍的磁驅動泵，能在溫度200℃時還能有高可靠度的運轉能力，且適用於簡單固定軸結構與複合軸結構。茲佐以圖式詳細說明本發明如下：
第一實施例：雙邊支撐固定軸結構之磁驅動泵浦，第一圖(A)；請參閱第一圖(A)所示，本實施例之磁驅動泵浦為雙邊支撐之固定軸結構，主要零件包含有：前蓋4、支撐架43、葉輪5、後蓋41、內轉子7、外轉子92、固定軸3與拖架91，其中：前蓋4為鑄鐵或不銹鋼製，設有一泵入口44、出口45及渦卷流道47，其內部用來容納葉輪5，泵前蓋4內側在泵入口44處設有一入口止推環46，用來與葉輪5入口側的葉輪止推軸承53耦合共同構成軸向止推軸承；前蓋4內部接液側裝設有內襯4a以隔絕腐蝕液，在泵入口44內部有一體的支撐架43，其背側之後法蘭42(配合第三圖)用來安裝泵後蓋41之法蘭411及強化板411a並結合拖架91之法蘭911，用來防止腐蝕液體的洩漏；支撐架43是前蓋4之泵入口44內徑的軸向內側延伸的二片肋板431結構，肋板431先由前蓋4之泵入口44內徑面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該結合由入口側以圓心為中心的弧形圓錐體432，該弧形圓錐體432並軸向內側延伸到泵殼內側，在其尾端裝設有一軸座433其軸孔433a用來支撐固定軸3的一端；而肋板431也隨圓錐體432之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座433之外徑；該軸座433穿過葉輪轂孔54且其外形圓弧與葉輪5之流道輪轂面515成一平滑曲面，支撐架43的外側以氟塑膠完全披覆包膠43a並與泵殼內襯4a成一體；葉輪5以氟塑膠製作被安裝在泵前蓋4內部，葉輪轂52的中心設有一葉輪轂開孔54，支撐架43可以軸向穿過用來支撐固定軸3的一端，葉輪轂52的背側用來與內轉子7的軸向延伸部76結合，使葉輪5與內轉子7構成一體或二者相互嵌入組合成一體，必要時葉輪轂52內部裝設有盤形強化構件56(配合第六圖)，以傳遞高功率軸功給輸送流體，且也可以把強化構件56與內轉子7的軛鐵72成一體；後蓋41為一杯狀具有以氟塑膠後蓋內襯41a與強化層41b的二層殼體結構，底部有具軸孔座413且無任何通孔，確保後蓋41不會有何洩漏產生，其前端法蘭部411之強化板411a用來結合泵前蓋4之後法蘭42(配合第三圖)及托架91之法蘭911，成一圓筒形杯狀懸臂結構，用來防止腐蝕液體的洩漏，而強化板411a用來確保其結構強度及緊鎖效果；後蓋41側邊的圓筒部412(配合第五圖)穿過外轉子92的內徑空間，且後蓋41內部容室空間415用來安裝內轉子7；後蓋41係用來分隔二者並在相互之間保有一定間隙，以確保不會被磨破損導致腐蝕液洩漏；軸孔座413設在後蓋底部中心且軸向外側延伸在外轉子92內部空間，用來支撐固定軸3的一端，其軸孔外緣裝設有止推環414，用來與內轉子7的軸承79耦合成軸向止推軸承，軸孔座413之軸孔外部的二層殼體中間裝設有金屬環417，以減少以氟塑膠後蓋內襯41a在高溫下的變形，以提供固定軸3與止推軸承414穩定的支撐，後蓋41能輔助固定軸3的支撐剛性；內轉子7是由內磁鐵71、軛鐵72與軸向延伸部76所構成的環型結構，複數內磁鐵71裝設在軛鐵72的外環面上，並由耐腐蝕的工程塑膠包覆成一零洩漏缝的環狀轉子包膠74，內轉子7的中間孔裝設有軸承79，內轉子7的軸向延伸部76用來與葉輪轂52結合，使內轉子7與葉輪5構成一體或二者相互嵌入組合成一體；外轉子92是由外磁鐵93、軛鐵92b與連結座92a所構成的環型杯狀結構，連結座92a與驅動馬達軸心95相結合固定，複數外磁鐵93裝設在軛鐵92b的內環面上，由驅動馬達軸心95帶動外轉子92轉動，內轉子7的內磁鐵71與外轉子92的外磁鐵93隔著後蓋41位於相同位置，且以極性相吸方式徑向相對排列，當外轉子92轉動時外磁鐵93會吸引著內磁鐵71而帶動內轉子7轉動；固定軸3為雙邊支撐結構，由耐腐蝕與耐磨耗的陶瓷材料構成，其前端由前蓋4的支撐架43支撐與後端由後蓋41的軸孔座413支撐固定，固定軸3中間部份與內轉子7的軸承79耦合轉動，且其中間部份長度以滿足軸承79的長度以承擔內轉子7所受的複合力，並預留內轉子7的軸向自由移動空間，支撐架43的肋板431與軸座433提供固定軸3高剛性的支撐與同時提供軸握持長度L，能克服塑膠料強度因溫度升高而降低的問題；拖架91為具雙邊法蘭之環型結構；其一端面的法蘭用來鎖固定在馬達端面法蘭上(未圖示)，另一端面的法蘭911則用來結合後蓋41法蘭部411之強化板411a，用來防止腐蝕液體的洩漏，而法蘭411之法蘭強背板411a用來確保其結構強度及緊鎖效果；當泵浦運轉時，流體由泵入口流入，如流動方向6，並流向葉輪5之入口，如流動方向61，在流經葉輪5之流道後成為具有壓力的流體，如流動方向62，並由泵出口45輸出，同時有部分流體，如流動方向63，經由葉輪5的背側進入後蓋41的容室空間415，並經由轉子外側與後蓋內徑的間隙向後蓋底部流動，如流動方向64，再經由固定軸3與軸承79之間隙流動，最後流經葉輪轂孔54，如流動方向65，回到葉輪入口，此一流體的循環流動用來提供陶瓷軸承潤滑所需並帶走轉子產生的熱；第二實施例：雙邊支撐複合固定軸結構之磁驅動泵，用於高溫高功率用途，第一圖(B)；請參閱第一圖(B)所示，本實施例之磁驅動泵為雙邊支撐之固定軸結構，主要零件包含有：前蓋4、支撐架431、葉輪5、後蓋41、內轉子7、外轉子92、複合固定軸3a與拖架91，其中：前蓋4為鑄鐵或不銹鋼製，設有一泵入口44、出口45及渦卷流道47，其內部空間用來容納葉輪5；泵前蓋4內側在泵入口44處設有一入口止推環46，用來與葉輪5入口側的葉輪止推軸承53耦合共同構成軸向止推軸承；前蓋4內部接液側裝設有內襯4a以隔絕腐蝕液；在泵入口44內徑空間有一體的支撐架43；其背側之後法蘭42(配合第三圖)用來安裝泵前蓋4之法蘭411及強化板411a並結合拖架91之法蘭911，用來防止腐蝕液體的洩漏；支撐架43是前蓋4之泵入口44內徑的軸向內側延伸的二片肋板431結構；肋板431先由前蓋4之泵入口44內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該處結合由入口側以圓心為中心的弧形圓錐體432，該弧形圓錐體432並軸向內側延伸到泵殼內側，並在其尾端裝設有一軸座433其軸孔433a(配合第三圖)用來支撐固定軸3a的一端；而肋板431也隨圓錐體432之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座433之外徑；該軸座433穿過葉輪轂孔54且其外形圓弧與葉輪5之流道輪轂面515成一平滑曲面，支撐架43的外側以氟塑膠完全披覆包膠43a並與泵殼內襯4a成一體；軸孔433a(配合第三圖)內部並無包膠，其中心有一螺牙孔433b，用來緊鎖複合軸3a的金屬軸32的一端之螺牙部，軸孔433a的內徑則與金屬軸32的外徑做鬆配合；軸座433的端面區分為二個環形面，迫緊面435與密封面43c，迫緊面與陶瓷軸套33的端面做緊壓貼合以確保固定軸3a的支持剛性，同時確保密封面43c之包膠43a，有足夠的壓縮量及密封有效性，以防止腐蝕液的洩漏；葉輪5被安裝在泵前蓋4內部，支撐架43可以軸向穿過葉輪轂開孔54，用來支撐固定軸3a的一端，葉輪轂52用來與內轉子7的軸向延伸部76結合，使葉輪5與內轉子7構成一體或二者相互嵌入組合成一體，必要時葉輪轂52內部裝設有盤形強化構件56(配合第六圖)，以傳遞高功率軸功給輸送流體，且也可以把強化構件56與內轉子7的軛鐵72或輕量構件73成一體；後蓋41為一杯狀具有後蓋內襯41a與強化層41b的二層殼體結構，底部有具軸孔座413且無任何通孔，確保後蓋41不會有何洩漏產生，其前端之法蘭部411之強化板411a結合泵前蓋4背側之後法蘭42及托架91之法蘭911，成一圓筒形杯狀懸臂結構，用來防止腐蝕液體的洩漏，而強化板411a用來確保其結構強度及緊鎖效果；後蓋41側邊的圓筒部412(配合第五圖)穿過外轉子92的內徑空間，且後蓋41內部容室空間415用來安裝內轉子7，後蓋用來分隔二者並在相互之間保有一定間隙，以確保後蓋41不會被磨破損導致腐蝕液洩漏；軸孔座413設在後蓋底部中心且軸向外側延伸在外轉子92內部空間，其軸孔外緣裝設有止推環414，用來與內轉子7的軸承79耦合成軸向止推軸承，軸孔座413之軸孔外部的二層殼體中間裝設有金屬環417，以減少以氟塑膠後蓋內襯41a在高溫下的變形，以提供固定軸3與止推軸承414穩定的支撐，後蓋41能輔助固定軸3a的支撐剛性；內轉子7是由內磁鐵71、軛鐵72、輕量構件73與軸向延伸部76所構成的環型結構，複數內磁鐵71裝設在軛鐵72的外環面上，並由耐腐蝕的工程塑膠包覆成一零洩漏缝的環狀轉子包膠74，內轉子7的中間孔裝設有軸承79，內轉子7的軸向延伸部76用來與葉輪轂52結合，使內轉子7與葉輪5構成一體或二者相互嵌入組合成一體；高功率用途的內轉子常有重量過重問題，由輕金屬或強化纖維製成的輕量構件73成為減重的選擇之一；必要時葉輪轂52內部裝設有盤形強化構件56(配合第六圖)，以傳遞高功率軸功給輸送流體，且也可以把強化構件56與內轉子7的軛鐵72或輕量構件73成一體；外轉子92是由外磁鐵93、軛鐵92b與連結座92a所構成的環型杯狀結構，連結座92a與驅動馬達軸心95相結合固定，複數外磁鐵93裝設在軛鐵92b的內環面上，由驅動馬達軸心95帶動外轉子92轉動，內轉子7的內磁鐵71與外轉子92的外磁鐵93隔著後蓋41位於相同的軸向位置，且以極性相吸方式徑向相對排列，當外轉子92轉動時外磁鐵93會吸引著內磁鐵71而帶動內轉子7轉動；複合固定軸3a為雙邊支撐結構，其前端由前蓋4的支撐架43支撐與後端由後蓋41的軸孔座413支撐固定，複合固定軸3中間部份與內轉子7的軸承79耦合轉動，且其中間部份長度以滿足軸承79的長度以承擔內轉子7所受的複合力，並預留內轉子7的軸向自由移動空間，金屬支撐架43的肋板431與軸座433提供固定軸3a高剛性的支撐，能克服塑膠料強度因溫度升高而降低的問題；複合固定軸3a由耐腐蝕與耐磨耗的陶瓷軸套33、金屬軸32與密封螺帽323構成；金屬軸32穿過陶瓷軸套33的中心孔，以其螺牙部緊鎖在支撐架43的軸座433中心的螺牙孔433b，並在另一端的螺牙部用螺帽321(配合第七圖)緊壓陶瓷軸套的端面；陶瓷軸套33的之前端面被緊壓在支撐架43的軸座433端面之迫緊面435與密封面43c，而陶瓷軸套33的後端面也被緊鎖螺帽緊壓，以確保固定軸3a的支持剛性，同時確保密封面43c之包膠43a，有足夠的壓縮量及密封有效性；密封螺帽323為杯形圓筒金屬件，披覆以塑膠包膠322(配合第七圖)作成，密封螺帽323的無開口一端能用工具緊鎖在金屬軸32尾端的螺牙上，用來把複合固定軸3a作完整的密封，其開口部的端面能與陶瓷軸套33的之後端面緊壓，以達成密封耐蝕功能，而構成一高剛性的複合式固定軸3a，密封螺帽323的圓筒形外徑能被後蓋41的軸孔座413所支撐與固定；拖架91為具雙邊法蘭之環型結構；其一端面的法蘭用來鎖固定在馬達端面法蘭上(未圖示)，另一端面的法蘭911則用來結合後蓋41法蘭部411之強化板411a及泵前蓋4後側之法蘭42，用來防止腐蝕液體的洩漏，而強化板411a用來確保其結構強度及緊鎖效果；當泵浦運轉時，流體由泵入口流入，如流動方向6，並流向葉輪5之入口，如流動方向6，在流經葉輪5之流道後成為具有壓力的流體，如流動方向62，並由泵出口45輸出，同時有部分流體，如流動方向63，經由葉輪5的背側進入後蓋41的容室空間415，並經由轉子外側與後蓋內徑的間隙向後蓋底部流動，如流動方向64，再經由固定軸3與軸承79之間隙流動，最後流經葉輪轂孔54，如流動方向65，回到葉輪入口，此一流體的循環流動用來提供陶瓷軸承潤滑所需並帶走轉子產生的熱。
請參閱第二圖(A)與第二圖(B)所示，本圖例為支撐架43的前視圖，支撐架43係由泵入口44內面向圓心伸出的二片互為90度的肋板431，及尾端裝設有一軸座433位在內徑圓心的圓錐體432，二者構成一軸向延伸穿過葉輪轂孔54的懸臂結構且與前蓋4成一體，而肋板431與圓錐體432的截面加上包膠43a厚度後，這些截面積的總和就是支撐架截面積，也就是入口流道截面的堵住面積，入口流道的其餘截面積為流動面積，堵住面積愈大代表效流動面積愈小，流體之流速會與流動面積比例成線性反關係，且流動阻力會隨流速的二次方線性正比增大，也就是有效流動面積愈小阻力會以二次方反比例大幅增加；以下的二個實施例都未特別增大入口44內徑，第二圖(A)為第一實施例低功率小口徑之規格，其堵住面積約小於入口截面積的28%，第二圖(B)為第二實施例高功率大口徑之規格，其堵住面積約小於入口截面積的15%；堵住面積比例的高低也會跟製造方法有關，例如，砂模鑄造其鑄鐵或不銹鋼的肋板厚度至少6mm以上，再加上包膠厚度單邊3mm以上，則肋板總厚度至少12mm以上，相對於入口口徑50mm的低功率泵浦而言，堵住截面積比自然相對提高，而習知的鑄鐵三腳架同樣用在入口口徑50mm時，包膠之後其堵住面積比會超過40%，非常不利於降低流動阻力，這也是本創作必須創新支撐架結構的原因；而本創作的之撐架結構在克服堵住面積的作法，也是適當的配合支撐架截面積增大泵入口44內徑直徑，以第一實施例為例加大12%，即可確保流動阻力在合理範圍，且不會對葉輪之入口口徑造成重大影響；反之，習知的三角架結構其必須增大的入口口徑比例可能高達20%，這會對葉輪之入口口徑造成重大影響，而且泵入口44內徑的圓桶面的擴張角度也大幅增大，也就是直接影響泵浦的性能。
請參閱第三圖所示，本圖例為第一實施例之前蓋4的3D視圖，對前蓋4與支撐架43進行詳細說明，前蓋4設有一泵入口44、出口45及渦卷流道47，用來容納葉輪5(配合第一圖(A))，前蓋4內部接液側裝設有內襯4a以隔絕腐蝕液，在泵入口44內部有一體的支撐架43，其背側之後法蘭42用來安裝拖架91(配合第一圖(A))與後蓋4(配合第一圖(A))及強化板411a(配合第一圖(A))，用來防止腐蝕液體的洩漏；支撐架43是前蓋4之泵入口44內徑的軸向內側延伸的二片互為90度之肋板431結構，肋板431先由鑄鐵前蓋4之泵入口44內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該結合處由入口側形成以圓心為中心的弧形圓錐體432(配合第一圖(A))，在其尾端裝設有一軸座433其軸孔433a用來支撐固定軸3(配合第一圖(A))的一端，軸孔433a的內孔面顯示固定軸3(配合第一圖(A))有對稱且平行之切邊以防止轉動；而肋板431也隨圓錐體432之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座433之外徑，支撐架43的外側以氟塑膠完全披覆包膠43a並與泵殼內襯4a成一體。
請參閱第四圖(A)所示，本圖例為第一實施例之葉輪5與內轉子7，葉輪5被安裝在泵前蓋4(配合第一圖(A))內部，支撐架43(虛線部份)可以軸向穿過葉輪轂開孔54，內轉子7是由內磁鐵71、軛鐵72與軸向延伸部76所構成的環型結構，並由氟塑膠包覆成一零洩漏缝的環狀轉子包膠74，內轉子7的中間孔裝設有軸承79，葉輪轂52用來與內轉子7的軸向延伸部76結合，使葉輪5與內轉子7構成一體或二者相互嵌入組合成一體；請同時參閱第一圖(A)之圖示，渦卷流道47之前側邊渦卷結構，使葉輪5的流道中心線513位置位於泵出口中心451之內側，使葉輪5入口之流動方向6有較長的流動長度。
請參閱第四圖(A)所示，葉輪5為離心式之結構，其前蓋面514為接進於垂直軸心的角度設計，並在葉輪入口的前緣511附近之曲面514a採適當的曲率半徑；輪轂面515靠近前緣511附近採用內凹曲面515a設計，以配合支撐座之錐體432的曲面432a，而使葉輪之葉片51之前緣511有足夠流動面積，並確保流動方向61有較佳的曲率半徑，以減少支撐架43引起的流場擾動對葉輪入口的不良影響；流體由泵入口44由流動方向6與流動方向61流經葉輪5的流道中線513都可以保持平順，泵入口44之內徑圓筒面44a與前蓋入口曲面514a及流道前蓋面514成一平順曲面，圓錐體432的前端的直徑等於肋板的厚度，在軸向延伸到葉輪入口後以圓錐曲面方式加大直徑到軸座433外徑，錐體432的曲面432a與葉輪5之流道輪轂面515之內凹曲面515a成一平順曲面，使流體由泵入口44沿軸向流動方向6流入後，經由流動方向61與中心流線513轉成徑向流動，這過程中泵入口內徑的空間只有肋板431之厚度為流道的堵住面積，配合內徑圓筒面44a的內徑調整可以獲得十分平順的流道截面積變化，且把流道擴張角度降到最低，且流動方向61獲得較佳的曲率半徑，其間影響流動的主要因素為相互成90度角的肋板431之厚度及由鼻端434開始軸向延伸的錐體432直徑變化，也就是流入泵入口44之流體之流動方向6在越過肋板431(虛線部份)之弧形前緣431a(虛線部份)後流速增加並有最低的擾動產生，由於流動方向6有較長的流動長度，流體在流經肋板431(虛線部份)後流體會被整流而平順流動並降低其流動阻力，在肋板431(虛線部份)之弧形後緣431b(虛線部份)流出準備流入葉片前緣511，而葉片前緣511與肋板431(虛線部份)之弧形後緣431b(虛線部份)之間有一空間流場，加上流動方向61有較佳的曲率半徑影響可以大幅降低流場干擾並確保低流動阻力；較低的NPSHr值代表有較佳抗空蝕能力，而其關鍵在於葉輪入口有較低的流速，以及流體在流經葉片51之前緣511時，有足夠流道截面積而能保持較低流速，另外就是葉片角度是否與流體角度相同或接進，葉片角度與流體角度是設計問題不屬本創作範圍，但前緣511附近有足夠流道截面積是本創作的重點；前蓋面514雖然採用接進於垂直軸心的角度設計，但在前緣511附近之曲面514a採適當的曲率半徑，使流體保持合理流速，又在輪轂面515靠近前緣511附近配合支撐座之錐體432的曲面432a採用內凹曲面515a設計，使流體沿錐體432表面流動由軸向轉成徑向時，能讓流動方向61有較佳的曲率半徑，而不會過度局部增高流速，加上之撐架43有較長的肋板431之整流效果，能使葉輪5有較低的NPSHr值；請參閱第四圖(B)所示，本圖例為第二實施例之葉輪5與內轉子7，在第四圖(A)已經對入口流道與葉片流道作詳細說明，在這裡將以第四圖(B)進一步說明這樣設計的優點，實務上的使用情形會有遇到需要車修葉輪5外徑，以調整泵浦輸出揚程使能配合製程或管路所需的情形，加上氟塑膠成型不容易製造商不一定會有非常多的規格供使用者選用，這時也會有車修葉輪5外徑的做法可以滿足顧客需求，車修的幅度有時會超過外徑D2的20%以上，第四圖(B)為大流量的高功率規格，其葉輪5的入口口徑D1與出口外徑D2比值D1/D2是與第四圖(A)葉輪5的比值有很大不同，第四圖(A)為小流量高揚程的小功率規格，當葉輪5外徑車修時，葉輪5的葉片51後緣512與葉輪5前蓋都會因車修而減少外徑，也就是車修後D1/D2的比值會增大，比值增的愈大泵浦效率愈低，因為流線513的工作條件離開原始最佳設計愈遠，反過來說若支撐架43的結構採用習知的三角架而採用加大泵入口44與葉輪入口直徑D1的作法，雖然可以得到降低入口流速與減少流動阻力的效果，卻會把車修後D1/D2的比值提高而降低車修葉輪外徑D2的範圍與效率，因為車修後D1/D2的比值提高更多而效率也降低更多，本創作特別用這二個圖說來解釋支撐架43的降低流動阻力及確保泵浦效率的設計原理，而且本創作的葉輪入口直徑D1加大的範圍在12%以內，可以確保泵浦有合理的性能與效率。
請參閱第五圖所示，後蓋41為一杯狀具有後蓋內襯41a與強化層41b的二層殼體結構，底部有具軸孔座413且無任何通孔，確保後蓋41不會有何洩漏產生，其前端之法蘭部411之強化板411a結合泵前蓋4(配合第一圖(A))背側之後法蘭42(配合第三圖)及托架91之法蘭911(配合第一圖(A))，成一圓筒形杯狀懸臂結構，用來防止腐蝕液體的洩漏，而強化板411a用來確保其結構強度及緊鎖效果；後蓋41承受徑向力時為懸臂結構，完全由其前端法蘭411及其附屬結構支撐；後蓋41的強度完全依賴加強層41b的支撐，包含固定軸3(配合第一圖(A))承受的徑向力與容室空間415的液體壓力，後蓋41的圓筒部412在承受壓力時會有最大的變形量，習知技術會在加強層41b的圓筒部412，採用直條纖維圓週方向多層纏繞方式，以減少受壓產生的膨脹變形，但此一方式無法有效克服後蓋41底部軸孔座413承受徑向力時圓筒部412的彎曲變形，雖然習知技術會採用耐高溫塑膠來結合纖維，但其效果仍受限於塑膠材質的強度，以上的說明特別針對高溫高壓，≦200℃且≦16 bar，下的高耐用性要求，不適用於一般用途之要求；後蓋41內部容室空間415用來安裝內轉子7並隔絕外轉子92(配合第一圖(A))以承受輸送液體壓力；軸孔座413設在後蓋底部中心有中心軸孔413a且軸向外側凸出，其軸孔413a的外緣裝設有止推環414，用來與內轉子7的軸承79耦合成軸向止推軸承，金屬環417裝設在軸孔413a之氟塑膠後蓋內襯41a與強化層41b之間且伸入之環形槽413b中，用來降低氟塑膠後蓋內襯41a在高溫下的變形量，能給予固定軸3(配合第一圖(A))與止推環414輔助性的支持。
請參閱第六圖所示，以雙邊支撐固定軸3的多重負載受力及其扭矩做詳細說明，固定軸3由耐腐蝕與耐磨耗的陶瓷材料構成，其前端由氟塑膠包膠43a的支撐架43支撐，後端由後蓋41(配合第一圖(A))的軸孔座413(配合第一圖(A))所輔助支撐固定。
請參閱第六圖所示，支撐架43是前蓋4之泵入口44內徑的軸向內側延伸的二片互為90度之肋板431結構，肋板431先由鑄鐵前蓋4之泵入口44內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該處結合由入口側以圓心為中心的弧形圓錐體432，在其尾端裝設有一軸座433其軸孔433a(配合第三圖)用來支撐固定軸3的一端；而肋板431也隨圓錐體432之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座433之外徑，支撐架43的外側以氟塑膠完全披覆包膠43a並與泵殼內襯4a成一體，由於氟塑膠有很好的耐壓縮性，能承擔高比例的壓縮量也不會疲勞破壞，固定軸3安裝到軸座433時有適當的壓縮量且有適當的握持長度L來減少軸孔433a的內襯包膠43a的變形量的影響，固定軸3承受徑向力及力矩時首先會施加在有氟塑膠完全披覆包膠43a的軸孔433a(配合第三圖)的內襯包膠43a上，由於包膠43a的變形量導致固定軸3有初步變形與位移，所以，安裝時的足夠的壓縮量與握持長度L將愈容易把受力傳遞到支撐架43上，握持長度L至少為軸徑的80%以上，以減少氟塑膠內襯43a受力引起的變形量與位移，支撐架43受到軸座433傳遞過來的力及力矩會產生次要變形與位移。
請參閱第六圖所示，固定軸3中間部份與軸承79耦合用來支撐內轉子7的轉動且其中間部份長度以滿足軸承79的長度；固定軸3及其支撐結構須承受多重負載力，含重力W、離心力X、側向力P及各施力之扭矩，其中重力W為轉子重量所產生的力，離心力X為轉子質心因軸承79間隙造成偏心離心力，側向力P為泵前蓋4之渦卷流道47之不均勻流體壓力引起施加在葉輪5的力，後二者的施力方向隨運轉條件在徑向變動。
請參閱第六圖所示，多重負載力施加在固定軸3時還會有力臂產生的力矩，以引起初步變形的軸座433為例，力臂的參考位置以中心線B為準，重力矩就是重力W乘以力臂WL，離心力矩就是離心力X乘以力臂XL，側向力矩就是側向力P乘以力臂PL，這些力及力矩的合就成為施加在固定軸端的合力及扭矩，軸承79磨耗所引起偏心離心力X是固定軸3結構剛性最大的變動負載來源，磨耗量愈高偏心離心力X愈大，而且由軸承79之中心到軸座433中心B有最長的力臂XL，最短力臂為不均勻流體壓力引起施加在葉輪的側向力P，側向力P會造成內轉子7中心與固定軸3軸心之間產生歪斜導至支撐結構的持續變形，次要變形與位移是發生在支撐架43上，以其中心參考點之中心線A為準，重力W、離心力X與側向力P的合力就是施加在軸座433的合力，也等於施加在支撐架43所承擔的合力，由於支撐架43為懸臂結構，其承受的力矩會更為重要，軸座433的合力再乘上力臂AB就是力矩值，而多數的力及力矩將由固定軸3的支撐架43所承擔。
請參閱第六圖所示，因為耐腐蝕塑料的後蓋41(配合第一圖(A))強度會因溫度升高而降低，壓力升高也會有變形問題，若以後蓋軸孔座413的中心參考點之中心線C為準，施加在軸座433的合力也會有一部份施加在軸孔座413上，其承受的力矩也必須考慮，其力臂的長度將為由中心線B到中心線C的距離BC，也就是軸座433的合力再乘上力臂BC就是力矩值，由於力臂BC的長度大於AB，再加上後蓋41的強度遠比金屬支撐架43的強度低，因此，固定軸3承受的多數的力及力矩將由支撐架43所承擔。
請參閱第六圖與第二圖(A)、(B)所示，支撐架43以二片肋板相結合成90度直角構件，而習知的三腳架的對稱結構有很好的結構強度但其流道面積在本創作中無法滿足需求，本創作的直角構件其流道面積由第四圖(A)已知能符合需求，而其強度又能滿足所需的設計原理說明如下：當軸座433承受固定軸3的徑向力與力矩時，力量與力矩會經由圓錐體432傳遞到肋板431上，再經由肋板431傳遞到泵入口44內徑的前蓋4上；施加在軸座433之徑向力都可以解析為相互垂直而大小不同的二個分量，二片互為90度之肋板431結構正好可以同時承擔這二個分量力，而且二片互為90度一體結構的肋板431，可以更有效的同時承擔力矩；互為90度肋板431的結構強度之關鍵，在於板厚有足夠厚度與寬度BL，及肋板431與軸座433結合有足夠結合長度，此一長度就是圓錐曲面432a的長度，加上肋板431是由前蓋4之泵入口44內面向圓心徑向伸出時也有足夠的寬度RL，也就是圓錐曲面432a不但能能提供流體平順的流動還能夠承擔並傳遞力與力矩，使本創作的支撐架43結構同時滿足降低流動阻力的功能，還能達到所需的支撐剛性。
請參閱第七圖所示，以雙邊支撐固定軸3a的多重負載受力及其扭矩做詳細說明，其前端由前蓋4的支撐架43支撐與後端由後蓋41的軸孔座413(配合第一圖(B))支撐固定，複合固定軸3中間部份與內轉子7的軸承79耦合轉動，且其中間部份長度以滿足軸承79的長度以承擔內轉子7所受的複合力，金屬支撐架43的肋板431與軸座433提供固定軸3a高剛性的支撐，能克服塑膠料強度因溫度升高而降低的問題；複合固定軸3a由耐腐蝕與耐磨耗的金屬軸32、陶瓷軸套33與密封螺帽323構成；金屬軸32穿過陶瓷軸套33的中心孔332，以其螺牙部緊鎖在支撐架43的軸座433中心的螺牙孔433b，並在另一端的螺牙部用螺帽321緊壓陶瓷軸套33的端面；陶瓷軸套33的之前端面被緊壓在支撐架43的軸座433端面之迫緊面435，而陶瓷軸套33的後端面也被緊鎖螺帽321緊壓，而構成一高剛性的複合式固定軸3a，密封螺帽323的圓筒形外徑能被後蓋41的軸孔座413所支撐與固定。
請參閱第七圖所示，支撐架43是鑄鐵前蓋4之泵入口44內徑的軸向內側延伸的二片互為90度之肋板431結構，肋板431先由鑄鐵前蓋4之泵入口44內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該結合處由入口側形成以圓心為中心的弧形圓錐體432，在其尾端裝設有一軸座433其螺牙孔433b用來緊鎖金屬軸32的一端螺牙部，陶瓷軸套33的之前端面被緊壓在支撐架43的軸座433端面之迫緊面435，陶瓷軸套另一端面用金屬軸32的另一端螺牙部之緊鎖螺帽321緊壓，而構成一高剛性的複合式固定軸3a；而肋板431也隨圓錐體432之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座433之外徑，支撐架43的外側以氟塑膠完全披覆包膠43a並與泵殼內襯4a成一體，固定軸3a承受徑向力及力矩時會等同施加在支撐架43上產生變形與位移；請參閱第七圖所示，固定軸3a中間部份與軸承79耦合用來支撐內轉子7的轉動且其中間部份長度以滿足軸承79的長度，固定軸3a及其支撐結構須承受多重負載力，含重力W、離心力X、側向力P及各施力之扭矩，其中重力W為轉子重量所產生的力，離心力X為轉子質心因軸承79間隙造成偏心離心力，側向力P為泵前蓋4之渦卷流道47之不均勻流體壓力引起施加在葉輪5的力。
請參閱第七圖所示，多重負載力施加在固定軸3a時還會有力臂產生的力矩，力臂的參考位置以撐架43中心A為準，重力矩就是重力W乘以力臂WL，離心力矩就是離心力X乘以力臂XL，側向力矩就是側向力P乘以力臂PL，軸承79磨耗所引起偏心離心力X是固定軸3a結構剛性最大的變動負載來源，磨耗量愈高偏心離心力X愈大，而且由軸承79之中心到之撐架43中心A有最長的力臂XL，最短力臂為不均勻流體壓力引起施加在葉輪的側向力P，側向力P會造成內轉子7中心與固定軸3a軸心之間產生歪斜導至支撐結構的持續變形，這些變形與位移是發生在支撐架43上，由於固定軸3a與支撐架43構成一剛性懸臂結構，其承受的力矩會更為重要，而多數的力及力矩將由固定軸3a的支撐架43所承擔。
請參閱第七圖所示，因為耐腐蝕塑料的後蓋41強度會因溫度升高而降低，若以後蓋軸承座413的中心參考點之中心線C為準，施加在固定軸3a的合力也會有一部份施加在軸承座413(配合第一圖(B))上，其承受的力矩也必須考慮，其力臂的長度將為由各施力位置到中心線C的距離，但是由於固定軸3a為高剛性設計，多數的合力與力矩並不會施加在軸承座413(配合第一圖(B))上，因此，固定軸3承受的多數的力及力矩將由支撐架43所承擔。
3．．．固定軸
3a．．．固定軸
32．．．金屬軸
321．．．緊鎖螺帽
322．．．塑膠包膠
323．．．密封螺帽
33．．．陶瓷軸套
332．．．中心孔
4．．．前蓋
4a．．．內襯
41．．．後蓋
41a．．．後蓋內襯
41b．．．加強層
411．．．法蘭部
411a．．．強化板
412．．．圓筒部
413．．．軸孔座
413a．．．軸孔
413b．．．環型槽
414．．．止推環
415．．．容室空間
417．．．金屬環
42．．．後法蘭
43．．．支撐架
43a．．．包膠
43c．．．密封面
431．．．肋板
431a．．．前緣
431b．．．後緣
432．．．錐體
432a．．．曲面
433．．．軸座
433a．．．軸孔
433b．．．螺牙孔
434．．．鼻端
435．．．迫緊面
44．．．泵入口
44a．．．圓筒面
45．．．出口
451．．．出口中心
46．．．止推環
47．．．渦卷流道
48．．．洩水口
5．．．葉輪
51．．．葉片
511．．．前緣
512．．．後緣
513．．．流道中心線
514．．．流道前蓋面
514a．．．曲面
515．．．流道輪轂面
515a．．．內凹曲面
52．．．葉輪轂
53．．．止推軸承
54．．．葉輪轂孔
56．．．強化構件
6．．．流動方向
61．．．流動方向
62．．．流動方向
63．．．流動方向
64．．．流動方向
65．．．流動方向
7．．．內轉子
71．．．內磁鐵
72．．．軛鐵
73．．．輕量構件
74．．．轉子包膠
76．．．軸向延伸部
79．．．軸承
91．．．托架
911．．．托架法蘭
92．．．外轉子
92a．．．外轉子軸套
92b．．．軛鐵
93．．．外磁鐵
95．．．馬達軸
BL．．．肋板寬度
ψD．．．軸徑
ψD1．．．葉輪入口徑
ψD2．．．葉輪外徑
L．．．軸握持長度
P．．．側向力
PL．．．側向力臂
RL．．．肋板寬度
W．．．轉子重力
WL．．．轉子重力臂
X．．．偏心離心力
XL．．．偏心離心力臂
第一圖(A)：本發明第一實施例之剖面圖，具有雙邊支撐之固定軸結構之剖面示意圖。
第一圖(B)：本發明第二實施例之剖面圖，具有雙邊支撐之複合固定軸結構之剖面示意圖。
第二圖(A)：本發明第一實施例之入口前視圖。
第二圖(B)：本發明第二實施例之入口前視圖。
第三圖：本發明第一實施例之前蓋3D後視圖。
第四圖(A)：本發明第一實施例之入口流道剖面示意圖。
第四圖(B)：本發明第二實施例之入口流道剖面示意圖。
第五圖：本發明第一實施例之後蓋剖面示意圖。
第六圖：本發明第一實施例之固定軸承受力及力矩示意圖。
第七圖：本發明第二實施例之複合固定軸承受力及力矩示意圖。
3a．．．固定軸
32．．．金屬軸
323．．．密封螺帽
33．．．陶瓷軸套
4．．．前蓋
4a．．．內襯
41．．．後蓋
41a．．．內襯
41b．．．加強層
411．．．法蘭部
411a．．．強化板
413．．．軸孔座
414．．．止推環
415．．．容室空間
417．．．金屬環
43．．．支撐架，與前蓋一體成形
43a．．．包膠，與前蓋內襯一體成形
43c．．．密封面
431．．．肋板
432．．．錐體
433．．．軸座
433b．．．螺牙孔
435．．．迫緊面
44．．．泵入口
45．．．出口
451．．．出口中心
46．．．止推環
47．．．渦卷流道
48．．．洩水口
5．．．葉輪
513．．．流道中心線
515．．．流道輪轂面
52．．．葉輪轂
53．．．止推軸承
54．．．葉輪轂孔
6．．．流動方向
61．．．流動方向
62．．．流動方向
64．．．流動方向
65．．．流動方向
7．．．轉子
71．．．內磁鐵
72．．．軛鐵
73．．．輕量構件
74．．．轉子包膠
76．．．軸向延伸部
79．．．軸承
91．．．托架
911．．．托架法蘭
92．．．外轉子
92a．．．外轉子軸套
92b．．．軛鐵
93．．．外磁鐵
95．．．馬達軸

Claims (5)

  1. 一種磁驅動泵浦之結構改良，係一種具有入口支撐架結構的前蓋，鑄鐵或不銹鋼製造的前蓋設有一泵入口、渦卷流道、出口、後法蘭及支撐架，前蓋空間用來容納葉輪，泵入口用來連接葉輪入口，葉輪葉片把軸功轉換成施加在流體的流功後，流體進入渦卷流道並由出口流出，前蓋內部接液側裝設有內襯以隔絕腐蝕液，其背側之後法蘭用來安裝拖架與後蓋，用來防止腐蝕液體的洩漏，而由泵入口內徑空間成一體結構的支撐架，係一軸向延(伸)之懸臂結構用來裝設固定軸並與內轉子耦合以驅動葉輪；其特徵在於：支撐架是前蓋之泵入口內徑的軸向內側延伸的二片互為90度之肋板結構，肋板先由鑄鐵前蓋之泵入口內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該結合處由入口側形成以圓心為中心的弧形圓錐體，在其尾端裝設有一軸座其軸孔用來支撐固定軸的一端；而肋板也隨圓錐體之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座之外徑，支撐架的外側以氟塑膠完全披覆包膠並與泵殼內襯成一體；軸孔的內襯包膠在安裝固定軸時有足夠的壓縮量，以提供固定軸足夠的預壓應力，且軸孔的深度能提供握持長度L，來降低固定軸受力後軸孔內襯的變形量，使固定軸的位移量減少，且能將受力及力矩由支撐架傳遞到前蓋上。
  2. 一種磁驅動泵浦之結構改良，係一種具有入口支撐架之複合固定軸結構的前蓋，鑄鐵或不銹鋼製造的前蓋設有一泵入口、渦卷流道、出口、後法蘭、支撐架及複合固定軸，前蓋空間用來容納葉輪，泵入口用來連接葉輪入口，葉輪葉片把軸功轉換成施加在流體的流功後，流體進入渦卷流道並由出口流出，前蓋內部接液側裝設有內襯以隔絕腐蝕液，其背側之後法蘭用來安裝拖架與後蓋，用來防止腐蝕液體的洩漏，而由泵入口內徑空間成一體結構的支撐架，係一軸向延(伸)之懸臂結構用來緊鎖複合固定軸並與內轉子耦合以驅動葉輪；其特徵在於：支撐架是前蓋之泵入口內徑的軸向內側延伸的二片互為90度之肋板結構，肋板先由鑄鐵前蓋之泵入口內面向圓心徑向伸出，並在內徑圓心相結合成二片肋板90度直角構件，並在該結合處由入口側形成以圓心為中心的弧形圓錐體，在其尾端裝設有一軸座其中心設有一軸孔；而肋板也隨圓錐體之軸向延伸而加長，並收縮其板件寬度到軸座之外徑，支撐架的外側以氟塑膠完全披覆包膠並與泵殼內襯成一體；軸孔中心的螺牙孔用來緊鎖複合軸之金屬軸一端的螺牙部；軸座端面區分為二個環形面，迫緊面與密封面，迫緊面沒有氟塑膠包膠，用來與陶瓷軸套的端面做緊壓貼合以確保固定軸的支持剛性，密封面有氟塑膠包膠，當陶瓷軸套的端面被緊壓貼合在迫緊面時，氟塑膠包膠將被壓縮且能確保壓縮量及密封有效性，以防止腐蝕液的洩漏；複合固定軸的金屬軸穿過陶瓷軸套的中心孔，以其螺牙部緊鎖在支撐架的軸座中心的螺牙孔；陶瓷軸套的前端面被緊壓在支撐架軸座端面之迫緊面與密封面，而陶瓷軸套的後端面也被緊鎖螺帽緊壓，以構成高剛性複合固定軸；陶瓷軸套的前端面被緊壓貼合迫緊面用來確保固定軸的支持剛性，同時前端面也緊壓貼合有氟塑膠包膠的密封面，氟塑膠包膠將被壓縮且能確保壓縮量及密封有效性；有氟塑膠包膠的螺帽為杯形圓筒金屬件，密封螺帽無開口一端能用工具緊鎖在金屬軸尾端的螺牙上，其開口部的端面能與陶瓷軸套的之後端面緊壓，以達成複合固定軸的密封耐蝕功能；由於金屬軸提供的高迫緊力施加在陶瓷軸套上，使複合固定軸成一骯剛性軸結構並減少變形量與位移量，且能將受力及力矩由支撐架傳遞到前蓋上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之磁驅動泵浦之結構改良，其中磁驅動泵浦之前蓋具有入口支撐架結構者，且該磁驅動泵浦為雙邊支撐固定軸結構，其零件包含有前蓋含支撐架、葉輪、後蓋、內轉子、外轉子、固定軸與拖架，其中：前蓋為鑄鐵或不銹鋼製造，包含有泵入口、渦卷流道、出口、後法蘭及支撐架，前蓋空間用來容納葉輪，泵入口用來連接葉輪入口，葉輪葉片把軸功轉換成施加在流體的流功後，流體進入渦卷流道並由出口流出，前蓋內部接液側裝設有內襯以隔絕腐蝕液，其背側之後法蘭用來安裝拖架與後蓋，用來防止腐蝕液體的洩漏，而由泵入口內徑空間成一體結構的支撐架，係一軸向延(伸)之懸臂結構用來裝設固定軸並與內轉子耦合以驅動葉輪；泵入口內徑面向圓心伸出的二片互為90度的肋板，及尾端裝設有一軸座及軸孔位在內徑圓心的圓錐體，二者構成一軸向延伸穿過葉輪轂孔的懸臂結構，且與前蓋成一體的支撐架，可以提供固定軸高剛性支撐；支撐架是一氟塑膠完全披覆包膠並與泵殼及其內襯成一體的懸臂結構，其構成包含有二片互為90度的肋板、軸向延伸的圓錐體；二片肋板係由泵入口內面向圓心伸出與圓錐體相結合；軸向延伸的圓錐體係以泵入口圓心為中心尾端裝設有一軸座及軸孔；且軸座穿過葉輪轂孔，其錐形圓弧與葉輪之流道輪轂面成一平滑曲面；而肋板也隨圓錐體之軸向延伸而加長，並收縮其寬度到軸座之外徑而構成高剛性懸臂結構；軸座的軸孔同時提供軸握持長度L，以確保固定軸的支持剛性；葉輪以氟塑膠製造，被安裝在泵前蓋內部；葉輪轂用來與內轉子的軸向延伸部結合，使葉輪與內轉子構成一體或二者相互嵌入組合成一體；葉輪轂開孔可以讓支撐架軸向穿過，其輪轂面與圓錐體之外形圓弧成一平滑曲面；後蓋為一杯狀具有氟塑膠內襯與強化層的二層殼體結構；底部有具軸孔座且無任何通孔，確保後蓋不會有何洩漏產生；其前端之法蘭部結合泵前蓋背側之後法蘭及托架之法蘭，用來防止腐蝕液體的洩漏；其法蘭部之背側有法蘭強化件，用來確保其結構強度及緊鎖效果；其側邊的圓筒部穿過外轉子的內徑空間；且其內部容室空間用來安裝內轉子；用來分隔內外轉子並在相互之間保有一定間隙，以確保後蓋不會被磨破損導致腐蝕液洩漏；軸孔座設在後蓋底部中心且軸向外側延伸在外轉子內部空間，用來輔助支撐固定軸的一端；軸孔座之軸孔外部的二層殼體中間裝設有金屬環，用來強化軸孔座的氟塑膠包膠以防止變形；內轉子是由內磁鐵、軛鐵與軸向延伸部所構成的環型結構；並由氟塑膠包覆成一零洩漏缝的環狀轉子包膠；內轉子的中間孔裝設有軸承與固定軸耦合轉動；葉輪轂用來與內轉子的軸向延伸部結合，使葉輪與內轉子構成一體或二者相互嵌入組合成一體；使用後蓋用來分隔外轉子並在後蓋內外二側保有一定間隙；外轉子是由外磁鐵、軛鐵與連結座所構成的環型杯狀結構；連結座與驅動馬達軸心相結合固定，由驅動馬達帶動外轉子轉動；當外轉子轉動時帶動內轉子轉動；固定軸為雙邊支撐結構，由耐腐蝕與耐磨耗的等直徑陶瓷材料構成，其前端由前蓋的支撐架支撐，後端由後蓋的軸孔座支撐固定；與內轉子的軸承耦合轉動以承擔內轉子所受的複合力，而固定軸是由支撐架提供高剛性的支撐；拖架為具雙邊法蘭之環型結構；其一端面的法蘭用來鎖固定在馬達端面法蘭上，另一端面的法蘭則用來結合後蓋之法蘭部及泵前蓋背側之後法蘭。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之磁驅動泵浦之結構改良，其中，該磁驅動泵浦為雙邊支撐複合固定軸結構，其零件包含有前蓋含支撐架與複合固定軸、葉輪、後蓋、內轉子、外轉子與拖架，其中：前蓋為鑄鐵或不銹鋼製造，包含有一泵入口、渦卷流道、出口、後法蘭、支撐架及複合固定軸，前蓋空間用來容納葉輪，泵入口用來連接葉輪入口，葉輪葉片把軸功轉換成施加在流體的流功後，流體進入渦卷流道並由出口流出，前蓋內部接液側裝設有內襯以隔絕腐蝕液，其背側之後法蘭用來安裝拖架與後蓋，用來防止腐蝕液體的洩漏，而由泵入口內徑空間成一體結構的支撐架，係一軸向延(伸)之懸臂結構用來緊鎖複合固定軸並與內轉子耦合以驅動葉輪；泵入口內徑面向圓心伸出的二片互為90度的肋板，及尾端裝設有一軸座及軸孔位在內徑圓心的圓錐體，二者構成一軸向延伸穿過葉輪轂孔的懸臂結構，且與前蓋成一體的支撐架，可以提供固定軸高剛性支撐；支撐架是一氟塑膠完全披覆包膠並與泵殼及其內襯成一體的懸臂結構，其構成包含有二片互為90度的肋板、軸向延伸的圓錐體；二片肋板係由泵入口內徑面向圓心伸出與圓錐體相結合；軸向延伸的圓錐體係以泵入口圓心為中心尾端裝設有一軸座及軸孔；且軸座穿過葉輪轂孔，其錐形圓弧與葉輪之流道輪轂面成一平滑曲面；而肋板也隨圓錐體之軸向延伸而加長，並收縮其寬度到軸座之外徑而構成高剛性懸臂結構；軸孔中心的螺牙孔用來緊鎖複合軸之金屬軸一端的螺牙部；軸座端面區分為二個環形面，迫緊面與密封面，迫緊面用來與陶瓷軸套的端面做緊壓貼合以確保固定軸的支持剛性，密封面有氟塑膠包膠，當陶瓷軸套的端面被緊壓貼合在迫緊面時，氟塑膠包膠將被壓縮且能確保壓縮量及密封有效性，以防止腐蝕液的洩漏；複合固定軸的金屬軸穿過陶瓷軸套的中心孔，以其螺牙部緊鎖在支撐架的軸座中心的螺牙孔；陶瓷軸套的前端面被緊壓在支撐架軸座端面之迫緊面與密封面，而陶瓷軸套的後端面也被緊鎖螺帽緊壓，以構成高剛性複合固定軸；陶瓷軸套的前端面被緊壓貼合迫緊面用來確保固定軸的支持剛性，同時前端面也緊壓貼合有氟塑膠包膠的密封面，氟塑膠包膠將被壓縮且能確保壓縮量及密封有效性；有氟塑膠包膠的螺帽為杯形圓筒金屬件，密封螺帽無開口一端能用工具緊鎖在金屬軸尾端的螺牙上，其開口部的端面能與陶瓷軸套的之後端面緊壓，以達成複合固定軸的密封耐蝕功能；密封螺帽的圓筒形外徑能被後蓋的軸孔座所支撐與固定；葉輪以氟塑膠製造，被安裝在泵前蓋內部；葉輪轂用來與內轉子的軸向延伸部結合，使葉輪與內轉子構成一體或二者相互嵌入組合成一體；葉輪之專利特徵為：葉輪轂開孔可以讓支撐架軸向穿過，用來支撐固定軸的一端，其流道輪轂面與圓錐體之外形圓弧成一平滑曲面；後蓋為一杯狀具有氟塑膠內襯與強化層的二層殼體結構；底部有具軸孔座且無任何通孔，確保後蓋不會有何洩漏產生；其前端之法蘭部結合泵前蓋背側之後法蘭及托架之法蘭，用來防止腐蝕液體的洩漏；其法蘭部之背側有法蘭強化件，用來確保其結構強度及緊鎖效果；其側邊的圓筒部穿過外轉子的內徑空間；且其內部容室空間用來安裝內轉子；用來分隔內外轉子並在相互之間保有一定間隙，以確保後蓋不會被磨破損導致腐蝕液洩漏；軸孔座設在後蓋底部中心且軸向外側延伸在外轉子內部空間，用來輔助支撐複合固定軸的一端；軸孔座之軸孔外部的二層殼體中間裝設有金屬環，用來強化軸孔座的氟塑膠包膠以防止變形；內轉子是由內磁鐵、軛鐵與軸向延伸部所構成的環型結構；並由氟塑膠包覆成一零洩漏缝的環狀轉子包膠；內轉子的中間孔裝設有軸承與固定軸耦合轉動；葉輪轂用來與內轉子的軸向延伸部結合，使葉輪與內轉子構成一體或二者相互嵌入組合成一體；使用後蓋用來分隔外轉子並在後蓋內外二側保有一定間隙；外轉子是由外磁鐵、軛鐵與連結座所構成的環型杯狀結構；連結座與驅動馬達軸心相結合固定，由驅動馬達帶動外轉子轉動；當外轉子轉動時帶動內轉子轉動；拖架為具雙邊法蘭之環型結構；其一端面的法蘭用來鎖固定在馬達端面法蘭上，另一端面的法蘭則用來結合後蓋之法蘭部及泵前蓋背側之後法蘭。
  5. 一種磁驅動泵浦之結構改良，該磁驅動泵浦的入口流道有低流動阻力之結構，其中，入口流道結構係指流體由泵入口流入後，穿過支撐架之肋板到達葉輪入口，再經由軸座圓錐曲面及葉輪轂面引導由軸向轉成徑向流動，入口流道結構包含有泵入口、支撐架、葉輪及渦卷流道，其特徵在於：泵入口之內徑圓筒面與葉輪之前蓋入口曲面及流道前蓋面成一平順曲面，且圓筒面的截面積係配合肋板的堵住面積作適當擴大以保持流速穩定；支撐架係由泵入口內面向圓心伸出的二片互為90度的肋板，及尾端裝設有一軸座位在內徑圓心的圓錐體，二者構成一軸向延伸穿過葉輪轂孔的懸臂結構且與前蓋成一體；圓錐體的前端的直徑等於肋板的厚度，在軸向延伸到葉輪入口後以圓錐曲面方式加大直徑到軸座外徑；也就是入口流道的內徑空間的堵住面積主要是肋板造成；而肋板也隨圓錐體之軸向延伸而加長，並收縮其寬度到軸座之外徑，肋板有足夠長度能提供整流效果；錐體的曲面與葉輪之流道輪轂面之內凹曲面成一平順曲面，其中，流體在流過肋板之弧形前緣後流速增加並有擾動產生，由於肋板有較佳的長度，能提供流體整流效果而平順流動並降低其流動阻力，流體由肋板之弧形後緣流出穿過空間流場後流入葉片前緣，使流體由軸向經由錐體的曲面平順轉成徑向流動，由於流體之流線有較佳的曲率半徑可以確保低流動阻力；葉輪為離心式之結構，其前蓋面為接進於垂直軸心的設計，並在葉輪入口的曲面有適當的曲率半徑，使泵入口之內徑圓筒面與葉輪之前蓋入口曲面成一平順曲面；葉片前緣附近輪轂面有內凹曲面，能配合支撐座之錐體的曲面，而使葉輪之葉片之前緣有足夠流動面積，並確保流體之流線有較佳的曲率半徑；渦卷流道為前側邊渦卷結構，使葉輪的流道中心線位於泵出口中心之內側，也就是葉輪入口距離泵入口有較佳的軸向長度，使泵入口之內徑圓筒面有較小的擴張角。
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