CN101270762B - 具有平直的单件式封盖部件的离心泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有平直的单件式封盖部件的离心泵，其包括外壳、容纳在外壳中的内壳、旋转支承在内壳内的叶轮、相对于叶轮同心布置的外壳入口以及切向外壳出口；所述外壳包括杯形部件以及安装在杯形部件上的封盖部件。所述封盖部件包括由在杯形部件与外壳入口之间一体地连续延伸的单个元件。
Description
技术领域
本发明涉及离心泵，其包括外壳、容纳在外壳中的内壳、旋转支承在内壳内的叶轮、相对于叶轮同心布置的外壳入口以及切向外壳出口，所述外壳包括杯形部件以及安装在杯形部件上的封盖部件，所述封盖部件包括至少一个加强环。
背景技术
这种离心泵是已知的。所述现有技术中的离心泵的外壳具有在入口与封盖部件之间延伸的入口封盖。因而，所述封盖部件具有由入口封盖封闭的相对较大的开口。通过取下所述入口封盖，可以使封盖部件上的开口开放，从而使叶轮可以通过所述开口被取出。这样，可以在不取下封盖部件本身的情况下更换叶轮。随后，入口封盖再次定位在封盖部件与入口之间以封闭外壳。
尽管这种离心泵设计的有利之处在于叶轮的更换，但某些缺陷同样与这种设计有关。一旦叶轮已经通过封盖部件上的开口从外壳中被取出，则叶轮必须被抬升离开(lift away)。然而，这种抬升动作受到远离封盖部件的加强环的阻碍。所述加强环使相对平的封盖部件具有所需刚度，这种刚度是在叶轮与封盖部件内表面之间保持密封作用所必需的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种前述类型的离心泵，其不具有上述这些缺陷。该目的得到实现就在于，所述封盖部件由在杯形部件与外壳入口之间一体地连续延伸的单个元件组成。
外封盖部件的整体设计使得，在需要修理或更换叶轮的情况下，必须整体取下所述封盖部件。然而，由于包含由远离封盖部件的加强环形成的障碍物在内的封盖部件完全离开原位，可极大地提高了用于处理叶轮的空间。根据本发明的单件式封盖部件可以以多种方式得到实施，例如封盖部件可以包括单个板状元件或单个层状元件。此外，封盖部件可以由几种材料构成。根据第一可行性，所述封盖部件由塑料材料构成。在在先提交未公开的欧洲专利申请06113796中描述了这样的离心泵。这种泵可以用于挖泥或采矿操作。在那些情形下，所使用的材料会包括高耐磨成分。而且，这些材料可以包括材料块，当这些材料在泵送过程中通过内壳进行输送时，所述材料块将产生相当大的冲击力。同样，在进行挖泥或采矿操作的过程中，在内壳内会发生压力波动。
由于一些材料具有这种磨损特性，因此这种离心泵的内壳需要由非常坚硬的材料例如硬化钢或铸铁组成。尽管例如铸铁和硬化钢的材料具有承受泵送材料的耐磨性的有利特性，但它们很少能够适应例如由压力波动或在泵送材料块时引起的冲击力。这是因为材料例如硬化钢或铸铁不能很好地屈服。这意味着它们不能适应这种负荷。因此，在发生压力波动和材料块行进通过内壳的那些情况下，存在着内壳发生断裂的危险。随后，泵送的材料冲撞到周围，导致不符合要求的高风险。
为了降低这些风险，设置了外壳。由于外壳的作用是容纳从断裂的内壳中冲出的任何材料，因此所述外壳的材料对那些材料产生的冲击具有很好的适应性。从而，通常由坚韧且可屈服的材料制成外壳。此外，以外壳适合保持内部过压的方式，来构造外壳。
注意到外壳完全围绕着内壳，其尺寸以及由此导致的质量相当大。同时，该外壳的成本明显很高，对于容量提高的泵来说甚至更高。制造外壳时所用的钢材料的量，会随着离心泵尺寸的增大而成比例地增大。
致力于提出方案解决正在讨论的离心泵的成本和重量问题，所述非公开的在先欧洲专利申请提出由塑料材料组成的外壳。在这方面，外壳可以由两个杯形外壳半体组成，或者包括单个杯形外壳部分和大体上平直的封盖部件。由于其特殊的杯形形式，即使杯形外壳部分由塑料材料组成，所述杯形外壳部分也具有足够的尺寸稳定性。众所周知的是，通常塑料材料比钢质材料具有更低的弹性模量，尽管如此，杯形形式自身还是提供了所需的刚度。
然而，这对于封盖部件来说不尽相同。所述封盖部件可以具有大体上平直的形状。平直部分通常具有更低的尺寸稳定性；这意味着，在外壳内充斥着内部过压时，这样的部分比杯形外壳部分更易于变形，例如凸出。尽管小变形是符合要求的，并且小变形甚至发生在完全由钢或铸铁材料组成的外壳上，但发生在平直封盖部件上的变形会变得太大。然而，这种大变形是不符合要求的，因为将由此极大地降低泵送效率。
因此，本发明的目的是提供一种上述类型的离心泵，其一方面适合于应用在泵送耐磨材料过程中并承受冲击负荷，而且重量轻和/或成本低。此外，本发明的目的是提供一种具有结构不太复杂的封盖部件的泵壳体。这一目的的实现就在于，所述封盖部件包括在杯形部件与外壳入口之间一体地连续延伸的单个元件。
可以通过相对简单的方式并以更低的成本实施单件式封盖部件，其不具有现有技术中可取下的入口盖。这主要是因为必须通过一圈螺栓连接件连接在主封盖上的单个入口盖已经被省略。例如，封盖部件可以由单个板状元件或单个层状元件组成。
根据第一优选实施方式，所述封盖部件可以由塑料材料构成。优选地，封盖部件包括在封盖部件外圆周附近的至少一个加强环。通过将加强环施加在封盖部件的结构内，其克服平面外变形的刚度得到极大提高。因而，当由外壳内的内部过压加载时，封盖部件仅将在从操作角度符合要求的程度内变形。因而，具有杯形外壳部分和大体上平直的封盖部件的离心泵同样包括由塑料材料构成的封盖部件。当然，杯形外壳部分同样可以由塑料材料构成，但在备选实施方式中，所述杯形外壳部分可以由钢质材料或铸铁材料构成。
优选地，在封盖部件的外圆周上或附近至少设置加强环。该加强环提高了抵抗在内部过压影响下发生径向扩张的能力。由此获得的外壳的刚度还可以防止内部泄漏的发生。更优选地，在包括中心定位的入口开口的封盖部件中，在入口开口上或附近至少设置加强环。在外壳内发生过压的情况下，这所讨论的加强环将会通过张力得到加载，所述张力通常可以由所讨论的环的闭合形式来承受。
如果一个加强环定位成与所述封盖部件的主侧面中的一个相邻、并且另一个加强环定位成与另一主侧面相邻，则封盖部件的刚度受到有利地影响。因而，在相对于所述主侧面的横向，加强环相互成一定距离定位。
如上所述，加强环或多个加强环应该能够承受变形，尤其是在圆周方向。因而，环向刚度应该足够高。在这方面，加强环优选包括纤维材料。该纤维材料例如由在圆周方向上缠绕的碳纤维或玻璃纤维组成。
此外，封盖部件包括相互成一定距离的大体上平行主壁。根据本发明，所述主体同样可以由塑料材料构成。特别地，所述壁各自可以包括层状结构。在这方面，所述壁可以由复合材料构成。例如，可以参照由纤维强化塑料材料层构成的壁。这些层可以定向为径向和/或切向。例如，可以参照具有70％切向定向和30％径向定向的纤维的实施方式。所述纤维可以包括玻璃纤维或碳纤维；同样可以是混合纤维。为了提高外壳的抗冲击能力，玻璃纤维定位在外侧。
另外，所述壁可以通过夹层芯部互连。这种夹层芯部可以具有几种形式，例如所述壁可以通过肋互连。肋的定向可以是多种，例如径向定向，或者它们可以相互交叉。外周圆周环可以在壁的外圆周之间延伸。如果所述壁各自包括中心开口，所述中心开口对准，则内周圆周环可以在由所述中心开口限定的壁的内圆周之间延伸。
根据第二可行性，封盖部件可以由钢质材料构成。同样，可以是钢和塑料材料的组合，例如钢和塑料片层的层叠件。
附图说明
现在将参照附图中所示的离心泵的实施方式进一步描述本发明。
图1表示根据本发明的泵的实施方式的吸入侧的视图。
图2表示根据图1中的II-II截取的横截面图。
图3表示泵的立体图。
图4表示泵的封盖拆下的立体图。
图5表示根据图6中的V-V截取的更大比例且更详细的封盖的横截面图。
图6表示封盖的正视图。
图7表示外壳的杯形部件的横截面图。
图8表示放大比例的图2中有关密封的细节VIII。
图9表示取下封盖部件时图8中有关密封的细节。
图10表示另一实施方式的横截面图。
具体实施方式
在图1-4中示出的离心泵包括外壳1，其中容纳着图2和4中可以看到的内壳2。所述内壳2具有切向定位的出口4。具有吸入口3的叶轮5通过驱动轴6绕轴线24旋转支承在内壳2内。所述驱动轴6又旋转安装在支承件(未示出)中，并连接在驱动电机(未示出)上。
同样，外壳1具有与叶轮5的入口3同轴的外壳入口开口7。由于封盖部件14的整体设计，其入口开口的直径小于叶轮5的外径。与外壳入口开口7相反，外壳1具有驱动轴6所延伸穿过的轴开口8。通过盖9，驱动轴6相对于外壳1得到密封。此外，外壳1具有切向定位的外壳出口开口10，其与内壳2的出口4同轴。安装支承件11布置在外壳1上，以例如相对于船甲板支承泵。管12(仅在图中示出了其最外端)定位成与离心泵1成一定距离。通过中间管件(未示出)，如图4所示，所述管12与外壳1的入口开口7相连，并尤其与吸入嘴耐磨环68相连，所述耐磨环68通过吸入密封件69相对于叶轮5得到密封。可以清楚地看到，所述中间管件已经被取下，从而能够如图4所示留出封盖部件14的替换位置。
外壳1由杯形部件13和大体上平直的封盖部件14组成。之前提到的安装支承件11连接在所述杯形部件13上。封盖部件14通过支承结构15例如相对于船甲板得到支承。这种支承结构15包括两个A-框架16，所述A-框架16可以通过滚子17在导轨18上来回移动。环形扇部19安装在A-框架16上且与轴线24同心。所述环形扇部19包括切口20，安装在封盖部件2上的销21支承在所述切口20内。另外，封盖部件2包括与轴线24同心的底部支承扇形轮缘25。所述底部支承扇形轮缘25又滑动保持在底部支承扇形型材26内，所述扇形型材26的横截面为径向向内定向的U形。由此，封盖部件2绕轴线24旋转支承在图1，2和3所示的装配位置与图4所示的旋转拆开位置之间。耐磨板62和台肩板66连接在封盖部件14的内表面上，与叶轮2相邻。
如图4所示，封盖部件14包括定位在底部支承扇形轮缘25后面的径向朝外的封闭轮缘22(参见图2)。所述封闭轮缘22相对于轴线24部分地略微呈螺旋形，并包括相对于轴线24延伸转过大约270度的螺旋形部分27以及直线部分28。螺旋形部分27在与杯形部件1中的出口开口10相邻接的封盖部件2顶端处结束。此外，封闭轮缘22在切向出口4的位置包括在螺旋形部分27与直线部分28之间延伸的凸缘部分57。所述安装凸缘具有一系列孔58，将在下文描述其作用。
杯形部件13具有类似的螺旋形和直线形的型材件23；在图2可以看到，所述型材件23限定了径向向内并限定凹槽33的U形横截面。所述型材件具有螺旋形部分29和直线部分30。从图1-4中可以清楚地了解到，该型材件不在杯形部件13的整个圆周上延伸。特别地，在型材件23的螺旋形部分29与型材件23的直线部分30之间延伸的圆周部分59缺少所述型材件。代替的是，所述圆周部分59包括螺纹孔，将在下文描述其作用。齿轮31旋转安装在型材件23的螺旋形部分29上，并且对应的弧形齿条32安装在封盖部件14上。所述齿条32与轴线24同心。耐磨板63和台肩板67连接在杯形部件13上，与叶轮相邻。
随后，从图4开始描述相对于杯形部件13安装封盖部件14的过程。从图4所示的位置，通过支承结构15使封盖部件2向杯形部件13移动。在这一过程中，考虑到封盖部件14的旋转位置，封盖部件14的轮缘22可以移动通过杯形部件13的型材件23。一旦封盖部件14紧靠杯形部件13，并且齿轮31和齿条32形成接合，则封盖部件14可以旋转。例如通过电机(未示出)使齿轮31旋转而实现上述旋转，由此齿条32与封盖部件14一起旋转。此时，封盖部件14的轮缘22逐渐接合在型材件23的凹槽33中，由此尤其是轮缘22的螺旋形部分27移动到型材件23的螺旋形部分29内，并且轮缘22的直线部分28移动到型材件23的直线部分内。最后，螺栓61穿过封盖部件14的凸缘部分57上的孔58插入，并螺纹连接在杯形部件13的圆周部分59中的螺纹孔60内。因而，形成了封盖部件14与杯形部件13之间的紧固连接。
以相反方式从杯形部件13上拆下封盖部件14。在取下封盖部件14之后，如果需要可以更换叶轮5。同时，可以取下封盖部件14的内壁35上的耐磨板62，以及耐磨板63(取下后一个是在取下叶轮2之后)。
杯形部件13和另一个部件14都用塑料材料制成。如图5所示，封盖部件14包括内主壁35和外主壁36，在它们之间存在同样由塑料材料制成的芯部37。在所示实施方式中，内主壁包括整体管状部分38(限定了离心泵的进口开口7)，其中管12(参见图1-4)通过中间管件装配在所述整体管状部分38上。所述管状部分38沿外主壁36的开口46延伸并连接在其上。外主壁36包括轴向延伸边缘39，该边缘39具有连接在内主壁35相应的径向延伸凸缘41上的径向延伸凸缘40。凸缘40、41一起构成了以上提及的轮缘22。
由于大体上平直的元件(例如本发明中的封盖部件14)在垂直于所述元件的方向上具有相对于负载有限的刚度，因此设置加强环42，43。外加强环42定位成贴着轴向延伸边缘39的内表面，并在主壁35，36之间延伸。内加强环43定位成贴着管状部分38的外表面，并在外主壁36与内主壁35的脊部44之间延伸。
在所示实施方式中，两个加强环42、43是管状，尽管如此同样可以设置成其它形状。环42，43包括在圆周方向缠绕的高强度纤维材料，例如碳纤维或玻璃纤维。因此，加强环42，43使封盖部件14具有相当大的刚度，这意味着所述封盖部件14在内部过压下的变形在所讨论离心泵的维护过程中被保持在容许极限内。
根据本发明的封盖部件14的突出优点在于：与现有技术中钢质封盖部件的轴向尺寸相比，其在轴向上的尺寸得到限制。所述钢质封盖部件具有从其外主壁延伸的加强环，从而导致所述封盖部件具有相当大的轴向尺寸。
如图7的横截面图所示，外壳1的杯形部件13同样由塑料材料构成。为此，所述杯形部件13包括外部杯形元件50和内部杯形元件51，它们各自分别具有底部52，53以及壁54，55。壁54，55例如通过胶合相互连接，而底部52，53通过芯部56互连。此外，包括面向内的U形凹槽33的型材件23与外部杯形元件50一体形成。通过容纳在外壳1的杯形部件13中的连接件47，在所述外壳1内保持过压。
如图8和9所示，可膨胀密封环64存在于封盖部件14与杯形部件13之间。所述密封环64装配在杯形部件13的狭槽70内，所述狭槽70与型材件23的凹槽33相邻开口。所述狭槽70与密封环64一起完全绕杯形部件13的圆周延伸，以实现外壳1的内部空间具有所需密封性。密封环64是具有一系列外脊部71的迷宫式密封环，所述外脊部71密封紧靠在封盖部件14的表面上。
密封环64的密封作用通过使所述环发生膨胀来实现。通过向密封环64的内腔65供给加压气体，来实施膨胀的步骤。在封盖部件14从杯形部件13上取下或施加在其上的情况下，首先通过使加压气体流出腔65来使密封环64缩小。因而，能够防止可能由另一个部件14的移动而导致的、对密封环64的任何损坏。在图9中示出了密封环64的缩小状态，该图还示出了以下述方式被旋转的封盖部件14，即其螺旋形部分27刚好从杯形部件13的型材件23的凹槽33中转出。
图10中的实施方式表示离心泵具有外部钢质外壳1，尤其是钢质杯形部件13和钢质板状封盖部件14。所述封盖部件14作为整体从杯形部件13(尤其是螺栓连接件80)上向外壳1的入口开口7伸展。因而，封盖部件14上的中心开口70的横截面尺寸或直径小于叶轮5的外径。
Claims (31)
1.一种离心泵，包括外壳(1)、容纳在外壳(1)中的内壳(2)、旋转支承在内壳(2)内的叶轮(5)、相对于叶轮(5)同心布置的外壳入口(7)以及切向外壳出口(4)；所述外壳(1)包括杯形部件(13)以及安装在杯形部件(13)上的封盖部件(14)，所述封盖部件(14)包括至少一个加强环(42，43)，其特征在于：所述封盖部件(14)是在杯形部件(13)与外壳入口(7)之间一体地连续延伸的单个元件；所述封盖部件(14)由塑料材料构成；以及所述封盖部件(14)包括中心定位的入口开口，其中所述至少一个加强环(42，43)包括设置在入口开口处或附近的加强环(43)。
2.如权利要求1所述的离心泵，其特征在于，封盖部件(14)由单个板状元件或单个层状元件组成。
3.如权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个加强环(42，43)还包括被设置在封盖部件(14)的外周处或附近的至少一个另外的加强环(42)。
4.如权利要求3所述的离心泵，其特征在于，封盖部件(14)具有相反的多个主侧面(35，36)，其中所述被设置在封盖部件(14)的外周处或附近的至少一个另外的加强环(42)和所述被设置在入口开口处或附近的加强环(43)中的其中一个被定位成与所述多个主侧面中的其中一个主侧面相邻，并且所述被设置在封盖部件(14)的外周处或附近的至少一个另外的加强环(42)和所述被设置在入口开口处或附近的加强环(43)中的其中另一个被定位成与所述多个主侧面中的另一主侧面相邻。
5.如权利要求3所述的离心泵，其特征在于，封盖部件(14)具有相反的主侧面(35，36)，其中在相对于所述主侧面(35，36)的横向方向上，所述被设置在封盖部件(14)的外周处或附近的至少一个另外的加强环(42)和所述被设置在入口开口处或附近的加强环(43)被定位成彼此隔开一定距离。
6.如权利要求1-5中的任意一项所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个加强环(42，43)由纤维材料构成。
7.如权利要求6所述的离心泵，其特征在于，纤维材料包括碳纤维。
8.如权利要求7所述的离心泵，其特征在于，纤维材料包括玻璃纤维。
9.如权利要求7或8所述的离心泵，其特征在于，纤维材料在圆周方向上进行缠绕。
10.如权利要求中1-3任意一项所述的离心泵，其特征在于，封盖部件(14)包括彼此相隔一定距离的大体平行的主侧面(35，36)，所述主侧面(35，36)由塑料材料构成。
11.如权利要求10所述的离心泵，其特征在于，每个主侧面(35，36)都包括层状结构。
12.如权利要求11所述的离心泵，其特征在于，主侧面(35，36)由复合材料构成。
13.如权利要求11所述的离心泵，其特征在于，主侧面(35，36)由纤维加强的塑料材料层构成。
14.如权利要求13所述的离心泵，其特征在于，主侧面(35，36)包括径向和/或切向定向的多个层。
15.如权利要求10所述的离心泵，其特征在于，主侧面(35，36)通过夹层芯部(37)进行互连。
16.如权利要求10所述的离心泵，其特征在于，主侧面(35，36)通过肋进行互连。
17.如权利要求16所述的离心泵，其特征在于，所述肋沿径向进行定向。
18.如权利要求10所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个加强环(42，43)包括外周圆周加强环，其在主侧面(35，36)的外周(40，41)之间或附近延伸。
19.如权利要求10所述的离心泵，其特征在于，每个主侧面(35，36)都包括中心开口(38，46)，所述中心开口相对准，并且所述至少一个加强环(42，43)包括内周圆周加强环，其在由所述中心开口(38，46)所限定的主侧面(35，36)内周之间或附近延伸。
20.如权利要求10所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个加强环(42，43)被容纳在由主侧面(35，36)所限定的封盖部件(14)的轮廓内。
21.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，外壳(1)以流体密封的方式围绕着内壳(2)。
22.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，还包括位于杯形部件(13)与封盖部件(14)之间的密封环(64)，其中所述密封环(64)是可膨胀的。
23.如权利要求22所述的离心泵，其特征在于，密封环(64)包括一个与气体源相连通以使密封环(64)充气的内腔(65)。
24.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，外壳(1)包括至少一个连接件(47)，用于在所述外壳(1)内维持过压。
25.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，外壳(1)包括轴封盖(9)，其中轴(6)以流体密封的方式贯穿所述轴封盖(9)。
26.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，封盖部件(14)具有大体上平直的形状。
27.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，在封盖部件(14)的内表面上设置一个耐磨板(62)。
28.如权利要求27所述的离心泵，其特征在于，在杯形部件(13)的内表面上设置另一个耐磨板(63)。
29.如在权利要求28所述的离心泵，其特征在于，在每个所述耐磨板(62，63)与内壳(2)之间分别设置有台肩板(66，67)。
30.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，从径向上观察，封盖部件(14)与叶轮(5)相重叠。
31.如权利要求1-5中任意一项所述的离心泵，其特征在于，封盖部件(14)具有附加中心开口(70)，其横截面尺寸小于叶轮(5)的外径。
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