带有双向轴向自定位的磁力泵的制作方法

日期:2019-05-22 09:22:00

专利名称:带有双向轴向自定位的磁力泵的制作方法
技术领域
本发明涉及一种带双向轴向自定位的磁力泵。
本发明尤其涉及一种适于沿两个方向支承和平衡轴向推力的磁力吸入泵,并能够使叶轮即使在极端的和非正常运行的条件下均保持在正确的位置。
磁力泵在商业中已经众所周知,并且已经在许多文献中有过描述,比如在英国专利号为1,134,228的文献中就已经描述过。它们是带有一最好为封闭叶轮的离心式单级泵,并且在被用在液体泵吸中,包括在水净化和水回收热交换器,海水除盐工厂等等中抽吸化学液体和腐蚀液体。
它们包括一内腔,带有一轴向延伸的吸入管道和一沿圆周延伸的输出管道;一位于所述内腔中的叶轮,以便能够保持在轴向旋转和平移的状态,所述叶轮带有一朝向吸入管道的前部和朝向相反方向的后部;一驱动转子位于所述内腔的外部,固定到一电机轴上并且带有驱动磁体;一从动转子固定到所述叶轮并且带有与驱动磁体相向并与驱动磁体形成磁耦合的从动磁体;以及推力轴承前部和后部轴套,分别位于内腔的壁和叶轮的前部和后部之间。
在运行的过程中,泵吸入来自吸入管道的液体,并且通过叶轮的作用将之朝向输出管道的方向进行驱动。在这种作用进行的过程中,在朝向吸入管道的叶轮的前部产生一负压;而叶轮和从动转子则受到一朝向吸入管道的推力。这些作用在叶轮上产生一朝向吸入管道方向的推力,所述推力由前部推力轴套承受。
在特殊压力作用的条件下,叶轮也可以沿反方向平移,这样引起叶轮导向轴套与后部推力轴套相接触。
泵出的液体还具有耗散由于叶轮与推力轴套之间的摩擦而产生的热量的作用,并且还具有润滑轴套的作用,从而确保正确的运行和持久性。
在临界或非正常运行的情况下,例如在暂时缺乏液体的情况下,由于振动现象和在吸入的液体中存在气泡或者其它的原因,造成作用于叶轮上的轴向推力和由泵出的液体产生的摩擦热量消散和润滑作用缺乏。在这种情况下,由于叶轮不能再保持在它的与前部推力轴套相邻接的工作位置上,它可能会沿着支承轴平移,并且与后部推力轴套相接触,随后产生摩擦热。这样产生的热量不再能被消散,可能会导致泵的严重破坏,甚至还会造成工作中断。除此之外,这种泵不能空转,也就是说在长期缺乏循环液体的情况下,它将承受由上面所述原因引起的严重的破坏。
很明显,上面提到的缺陷对于磁力吸入泵来说是致命的缺陷,不仅是因为它们可能会导致完全停止转动,而且主要还有关于化学液体处理的利用的问题,其中可能的运行中断被证明具有特别的破坏力,并且在引起设备和人员危险这一点上是有害的。
已经有人提出了各种设备以消除上述缺陷,但是没有一种设备能够以一种令人满意的和经济的方式解决上述问题。例如,使用保温材料结构包覆推力轴套中发生摩擦的部分。
这种方案除了所需的费用昂贵以外,还存在这样的缺陷,即在接触点处产生高温,这是由于材料的保温性能阻止了热量在短时期内的散发,从而导致所谓的热冲击。
还有人建议采用一种推力轴承设备,它由带有一圆端或者类似结构的推力杆组成,以抵挡叶轮的轴向位移。这种方案也没有避免上述缺陷,因为在任何情况下,上面所述设备都会产生滑动接触摩擦。
本发明的目的是克服上述缺陷。
尤其是,本发明的目的是提供一种磁力吸入泵,以确保在任何工作条件下的运行,并且防止在极端的或者非正常运行条件下由于摩擦接触而产生的热量或者温度的升高。
更为通常的一方面,本发明将通过一磁力吸入泵实现这些和其它的目的,它们在下面的描述中将变得明显。其中叶轮保持稳定平衡,它的轴向位置在两个方向被控制并且自定位,通过一位于叶轮和所述叶轮所在的内腔之间的线性磁耦合,来抗拒所述叶轮承受的轴向推力和压力。
因此,本发明的目的是提供一种磁力吸入泵,它包括内腔,最好为圆柱形,带有一轴向延伸的吸入管道和一沿圆周延伸的输出管道;一位于所述内腔内的叶轮,带有一朝向吸入管道的前部,一朝向相反方向的后部,和一中央支承部分;一杯形驱动转子,位于所述内腔的外部,至少带有一驱动磁体;一从动磁体固定于叶轮上,朝向驱动磁体,并与所述驱动磁体形成一磁耦合;一个在内腔内轴向延伸的支承轴,它以一种可旋转和轴向运动的方式支承所述叶轮;前部和后部推力轴套位于所述轴之上,与叶轮的前部和后部相对应,其中内腔和叶轮都至少带有一磁体,每个磁体按照不同的极相互对准和布置,当叶轮在两个前部和后部推力轴套之间位于一平衡位置时,以实现线性磁耦合。
所述磁体按照不同的极进行布置,也就是说,其中一个磁体的北极与另一个磁体的南极相连接,反过来也是一样。从而磁极互相吸引,实现一线性磁耦合,使叶轮处于一稳定平衡的位置。磁耦合与任何倾向于改变磁体的平衡和精确对准条件的轴向力或者推力反向。因此,防止了叶轮的任何轴向位移,因为它能够产生一反向回复力,这种反向力的大小随着相对磁体之间失调(misadjustment)的增加而增大。
推力轴套可以是机械类型的,或者尤其是在存在非常高的轴向推力的情况下,它至少可以部分由磁力排斥型的推力轴套所代替,包括按照同极对准和位于叶轮与内腔的前壁和后壁之间的磁体,也就是说,一个磁体的北极与另一个磁体的北极相对。反过来也是一样,以便产生一排斥磁力。
本发明的磁力吸入泵的结构和功能特性将由于下述的描述变得更为容易理解,其中对表示一最佳实施例的相关附图给出了参考标号,仅仅是举例,并不局限于所举例子。


图1是本发明的磁力吸入泵的剖面示意图;图2是图1中区域A的放大的示意图,显示了为实现线性磁耦合的磁体的位置;图3是图1中按照Ⅱ-Ⅱ方向的泵剖面的放大示意图;图4是与图3相同的放大示意图,是有关图1的磁耦合的磁体的第一种修改;图5是与图3相同的放大示意图,是有关磁耦合的磁体的第二种修改;图6是图1中的区域B的放大示意图,显示了磁力排斥型推力轴套的第一位置方案;以及图7是图1中的区域C的放大示意图,显示了磁力排斥型推力轴套的第二位置方案。
图1所示的是本发明的磁力吸入泵,其整体由标记10所表示,与电机相耦合,电机由标记50所表示。
泵10包括一基本上是圆柱形的前部11,它限定了内腔12的一部分,并且带有一沿轴X-X轴向延伸的吸入管道13,以及一沿它的圆周延伸的输出管道14。在吸入管道13的后部,前部11装配有一传送器15,在其后端形成一圆柱形座16,刚好包覆前部推力轴套18。
一基本上是圆柱形的后部20与所述前部11相耦合并固定于其上,从而形成所述内腔12。一封闭的“O形环”位于前部11和后部20之间以确保内腔12的密封。
沿泵的轴线X-X,从后部20的底板21延伸出一基本上为圆柱形的凸起22。它带有一基座,正好容纳后部推力轴套24。在前部推力轴套18和后部轴套24之间延伸一支承轴17。
标记25表示叶轮,其位于内腔12的内部,所述叶轮由轴17通过前部导向轴套29和后部导向轴套30以一种可旋转和可轴向移动的方式支承。所述叶轮由一朝向吸入管道13的前部26、一基本上为圆柱形的后部吸入部分27和一中央部分28组成。
标记31表示一杯形驱动转子,它位于内腔12的内部并且包括一基本上为圆柱形的壁32,它包围内腔12的后部;和一底板33,从底板33延伸出一基本上是圆柱形的部分,它与电机50的电机轴51相接合。
磁体34与所述驱动转子31的圆柱形部分相结合,相应的磁体35与叶轮25的后部27相结合。所述磁体34和35按照不同的极(北-南和南-北)相互进行对准,并且组成一吸力磁耦合。
定子元件40固定在内腔12的内表面,它基本上与前部11和后部20之间的连接区相一致。磁体41与定子元件40相结合,相应地,还有一磁体42与叶轮25的中央支承部分28相结合。磁体41和42按照不同的极相互进行对准和布置,以形成一封闭的磁力回路,从而实现一线性磁耦合。
如果一个磁体41的北极和南极分别由N1和S1来表示,另一个磁体42的北极和南极分别由N2和S2来表示的话,那么,磁体41的北极N1与磁体42的南极S2相连接,相应地,磁体41的南极S1与磁体42的北极N2相连接。按照这种方式,磁极相互吸引,实现线性磁耦合,使得叶轮保持在前部推力轴套18和后部推力轴套24之间的初始平衡位置,避免了可能的使叶轮偏离平衡位置的轴向推力或者压力。
随着叶轮25的任何偏离其平衡位置的位移,对准磁体41和42将产生一回复磁力,这种磁力随着偏移量的增加而增大。
图3所示的是磁体41和42的环形构造。
图4所示的是磁体的另一个实施例。固定到定子元件40上的磁体41由两个圆弧41′和41″形成,它结合在与内腔12的壁一体的所述定子元件40中;两个磁体最好均为四边形横剖面。
图5所示的是磁体41和42的又一个实施例。磁体41和42成形为扇形,分别由41a、41b、41c、41d、41e等和42a、42b、42c等表示,相对于叶轮25的中央支承部分28分别与定子元件40相结合。
另外或者作为推力轴套18和24的一种变换,可以采用磁力排斥型的推力轴套。这种轴套对用于高容量泵或者存在高轴向推力或压力的情况下特别有利和最佳。
它们由两个相互相向的磁体43和44组成,并且按照相同的极(北-北或南-南)布置。所述一个磁体43的北极43N朝向另一个磁体44的北极44N,或者第一磁体43的南极朝向第二磁体44的南极44S。
一个磁体43可能与前部推力轴套18和/或后部推力轴套24相结合,另一个磁体44与叶轮25的前部导向轴套29和/或后部导向轴套30相结合,如图6所示。
另外,磁体43和44可用作代替至少一个前部推力轴套18和/或后部推力轴套24。
另外或可选地,磁体43′和44′按照相同的极(磁体43′的北极43′N朝向另一磁体44′的北极44′N)布置,可能与叶轮25的前部11的壁和前部工作部分26相结合。磁体43和44,43′和44′按照相同的极的布置使得当磁体相互靠近时产生一排斥力;这种力推动叶轮保持在前部推力轴套18和后部推力轴套24之间的平衡位置。
在具有循环液体的正常运行的过程中,电机50使得驱动转子31进行旋转,并使它通过轴51保持旋转。转子使得叶轮25进行旋转,并使它通过存在于磁体34和35之间的磁耦合进行旋转。随着它的旋转,叶轮25通过离心力的作用将液体通过内腔12输送至输出管道14,并将液体从吸入管道13吸入。存在于内腔12和吸入管道13之间的压力差将产生一轴向推力,使得叶轮25通过导向轴套29的前表面与前部推力轴套18保持邻接。
叶轮25在特殊压力的情况下,还可以沿相反方向进行平移,使得导向轴套30与后部推力轴套24相接触。叶轮的这种轴向移位由磁体41和42的回复磁力抵挡。
在特殊的情况下,比如振动或者在处理过的液体中存在气泡的情况下,缺乏使叶轮25保持在它正常的运行条件的轴向推力。在这种情况下,叶轮25返回中央平衡位置,重新使磁体41和42对准,消除了在旋转导向轴套29和30与前部推力轴套18和后部推力轴套24之间的接触。
从上面的描述中,本发明的双向轴向自定位磁力泵的优点是很显然的。它消除和防止了叶轮在推力轴套上沿轴向方向的滑动接触,因为磁耦合与叶轮相对于平衡位置的任何轴向位移是反向的。
叶轮的任何轴向变换都是可以被避免的,因为它的起始力和回复力是随磁体之间的未对准而增加的。
鉴于上述这些特征,本发明的磁力吸入泵甚至可以在没有液体存在的情况下进行工作,并且支持上述那些非正常的和临界的条件,而毫无损坏。
此外,本发明的磁力吸入泵从制造方面来说特别简单,成本低廉,并且由于它的工作性质,它可以在有许多不同要求的情况下工作,并且确保在任何情况下可以运行,包括非正常的情况。
本发明上述的描述是依据优选实施例进行的描述,仅仅是为了解释和举例,在上面描述的内容的精神下,对于本领域普通技术人员来说,任何变化和变换都是很明显的。
因此,本发明包括所有的落在所附权利要求的精神和保护范围内的变化和变换。
权利要求
1.一种带有双向轴向自定位的磁力泵,包括最好为圆柱形的内腔(12),它带有一轴向延伸的吸入管道(13)和一沿周向延伸的输出管道(14);位于所述内腔(12)内部的叶轮(25),它带有一朝向吸入管道(13)的前部(26),一朝向相反方向的后部(27),和一中央支承部分(28);杯形驱动转子(31),它位于所述内腔(12)外部并至少带有一驱动磁体(34);从动磁体(35),它与叶轮(25)相结合,朝向所述驱动磁体(34)并且与所述的驱动磁体(34)形成磁耦合;支承轴(17),它在内腔(12)的内部轴向延伸,以可旋转的和可轴向移动的方式支承所述叶轮(25);以及前部(18)和后部(24)推力轴套,它们位于所述轴上,与叶轮(25)的前部(26)和后部(27)相对应,其特征在于叶轮(25)被保持在稳定平衡的位置,通过一位于叶轮(25)和叶轮所在内腔(12)之间的线性磁耦合使叶轮(25)的轴向位置在两个方向被控制和自定位。
2.按照权利要求1所述的磁力泵,其特征在于,所述磁耦合是通过分别与内腔(12)和叶轮(25)的中央部分(28)相结合的两个磁体(41,42)来实现的,所述磁体(41,42)按照不同的磁极相互对准和设置以构成封闭的磁路。
3.按照权利要求1或2所述的磁力泵,其特征在于,内腔(12)由相互密封的前部(11)和后部(20)形成,其与两个部分(11,20)之间的连接区相应的内表面带有定子元件(40),其中结合了一用于线性磁耦合的磁体(41)。
4.按照前面任何一项权利要求所述的磁力泵,其特征在于,磁体(41,42)成形为环形。
5.按照权利要求1-3中任何一项所述的磁力泵,其特征在于,磁体(41,42)中的至少一个成形为圆弧(41′,41″)。
6.按照权利要求1-3中任何一项所述的磁力泵,其特征在于,磁体(41,42)中的至少一个成形为扇形(41a,41b,41c,41d;42a,42b,42c)。
7.按照前面任何一项权利要求所述的磁力泵,其特征在于,推力轴套(18,24)中的至少一个是磁力排斥型的并包括两个磁体(43,44),二者按照相同的磁极相对设置。
8.按照权利要求7所述的磁力泵,其特征在于,磁体(43)与推力轴套(18,24)相结合,另一个磁体与叶轮的导向轴套(29,30)相结合。
9.按照前面任何一项权利要求所述的磁力泵,其特征在于,它至少还包括磁力排斥推力轴套,该轴承包括两个按照相同的磁极相对设置的磁体(43′,44′),一个磁体(43′)与前部(11)的壁相结合,另一个磁体(44′)与叶轮(25)的前部工作部分相结合。
全文摘要
一种带双向轴向自定位的磁力泵,包括一内腔,它带有一吸入管道和一输出管道;叶轮以一种旋转的和轴向运动的方式位于所述内腔内,并且具有一朝向吸入管道的前部;从动转子与电机轴成一整体,位于所述内腔的外部,轴承磁体与相同数量的朝向它的从动磁体相配合位于叶轮的后部,磁体固定于所述内腔的内部并且与第二磁体相配合,并与所述叶轮相结合以便实现一线性磁耦合。
文档编号F04D13/02GK1322904SQ0111565
公开日2001年11月21日 申请日期2001年4月27日 优先权日2000年5月5日
发明者奥马尔·加布里埃利, 弗朗西斯科·真纳里 申请人:阿格尔有限公司


购买说明
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