CN101506526B - 输送泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输送泵，该输送泵带有可变转速的驱动装置，用于可调节的计量输送量，其中输送泵设计为单级离心泵，带有在泵壳体的转动轮空间中无密封间隙地回转布置的离心式结构的径向轮，以便在泵入口与泵出口之间输送流体。径向轮连接到驱动电机上，该驱动电机的转速可在每分钟五位数的转数范围内变化，径向轮从中心接收流量，设有输送管道，并具有高达50mm的外直径，并用于具有连续输送量的工艺技术装置中，离心泵为部分负载的操作进行设计，离心泵的输送量位于0ml/min至3600ml/min的范围内，输送高度为20m至300m。转动轮空间的内直径(DLR1)设计成最大比径向轮的外直径(DLA)大4％。密封件布置在转动轮空间与径向轮和/或径向轮的轴(10)之间，并且转动轮空间在圆周上设有一个或多个泵出口管道，该出口管道相对于径向轮的外直径布置成锐角或相切。

Description

输送泵
本发明涉及一种输送泵，该输送泵带有可变转速的驱动装置，用于可计量的输送量分配，输送泵设计为单级离心泵，带有在泵壳体的转动轮空间中无密封间隙地回转布置的离心式结构的径向轮，用于在泵入口与泵出口之间输送流体。
在化学产业和制药产业的研究和开发领域中，需要比以往更快速、更低成本的开发。这些材料的生产要求更灵活、规模更小并且更环保的工艺。这导致使用这种工艺技术部件，该工艺技术部件以非常低的填充容积及连续的物料流量部分地进行操作。由于要求灵活地使用这些装置，所以整体装置与安装在其中的组件一起必须借助于特殊的净化剂具备较高的净化能力。
这种装置要求液体物料具有精确、恒定、可自由调节并且无脉动的容积流量。对于在每分钟0毫升到以升为单位每小时三位数的范围内高度精确、连续的容积流量，可使用微齿环泵和齿轮泵形式及隔膜泵和柱塞泵形式的正位移泵。由于待密封的、相对于彼此移动的部件之间摩擦的原因以及其脉动的输送流的原因，这种正位移泵具有可靠性差的不利之处。由此导致的维护费用及磨损件的成本及更换这些磨损件的成本对快速的研究和开发工作形成了阻碍，并显著地干扰了生产工艺。
WO 2005/052365A2公开了一种设计成密封式电泵(Spaltrohrmotorpumpe)的离心泵，用于超临界碳氢化合物的循环。驱动电机具有包括PEEK的密封壳，在该密封外壳中布置有转子，转子被高等级的钢罩保护。泵轴和驱动电机的陶瓷轴承由从输送流体的泵壳体中抽取的部分液流润滑。开放式构造的转动轮具有1英寸到2英寸之间的直径，而驱动转动轮的利用滚动轴承安装的、直流电机的转子具有1.5英寸到2英寸之间的直径。具有开放式转动轮的单级泵装置最大可达到60,000rev/min的转速。吸入连接件、输送连接件和转动轮之后的螺旋空间布置在外部泵壳体部分中，而内部泵壳体部分具有悬臂安装的转动轮及用于转速可调节的直流密封式电机(作为驱动电机)的紧固件。
由于泵与密封式电机之间复杂的流动路径，这种密封式电机结构具有缝隙较大的不利之处，严重地妨碍泵的清洗。因为部分输送流体永久地流经电机及其密封式空间，所以滚动轴承的摩擦热及密封式电机的热损失导致不容许的大量热量引入输送流体中。
本发明基于这些问题开发了泵单元，用于在化学制品、药品和/或化妆品组成部分的毫升的范围内输送并计量液体物料，对于具有不同特性的不同输送介质，能够精确、无脉动地设定的该泵单元的输送量可以在宽广的范围内变化，并且泵在该泵单元中可方便地进行清洗，以便于快速地更换产品。
问题通过下列带有可变转速的驱动装置的输送泵得以解决，该输送泵用于可计量的输送量分配，所述输送泵设计为单级离心泵，带有在泵壳体的转动轮空间中无密封间隙地回转布置的、离心式结构的径向轮，用于在泵入口与泵出口之间输送流体，所述径向轮连接到每分钟五位数的转数范围的、可变转速的驱动电机上，所述径向轮从中心接收流量，设有输送管道，并具有最大50mm的外直径，为用在具有连续输送量的工艺技术装置中，所述离心泵为部分负载的操作进行设计，所述离心泵的输送量位于0ml/min至3600ml/min的范围内，输送高度为20m至300m，所述转动轮空间的内直径设计成最大比所述径向轮的外直径大4％，密封件布置在所述转动轮空间与所述径向轮和/或径向轮的轴之间，所述转动轮空间在周围设有一个或多个泵出口管道，该出口管道相对于所述径向轮的外直径布置成锐角或相切。因此，实施了作为离心式结构的离心泵的计量泵，该计量泵设计为在部分负载操作点的区域内连续操作。计量泵的输送量的界限在0ml/min至3600ml/min的范围内，输送高度界限在20m至300m的范围内。转动轮在转动轮的空间内无接触地转动，并允许轮侧空间内的回流。这一点可保证转动轮无磨损的操作。另外，与所有适用的离心泵设计规定完全相反，该离心泵为极端情况下的部分负载而设计，其结果是较少的量可以无脉动地输送。
转动轮空间的直径设计成最大比布置在其中的径向轮的外直径大4％，并且转动轮空间设有一个或多个泵出口管道，出口管道相对于径向轮的外直径布置成锐角或相切。因此，离心泵的输送高度从一部分静压力获得，并从动压力形式的动态部分获得，其中静压力由于离心力的作用在转动轮空间内建立，而动压力在从转动轮空间到泵出口(为输送连接件或出口管道的形式)的过渡区内建立。动压力部分在转动轮空间的出口孔处达到最大值。将离心输送高度部分以及由动压力引起的输送高度部分一起加入泵的总输送高度可使这种泵产生较高的压力系数。
与此完全相反，在离心泵的常规结构中，压力升高主要是由于速度降低，速度降低是由于流动空间随着转动轮沿流动方向而增大。
当清洗输送泵时，或者当转换到其它输送介质时，为了使有用的输送介质的损失降低到最小程度，在径向轮安装在泵壳体中的情况下，泵壳体在泵入口与泵出口之间的区域中具有等于或小于50毫升的残余容积，该泵入口与泵出口的横截面由待与它们连接的管路的定位面
Figure GSB00000307391100031
限定。当装料或产品更换时，损失可降低到最小程度，同时泵能够更快捷地进行清洗。
为了输送不同的输送介质，泵壳体设有温度控制装置。由此可进行简单的温度调节。在这种情况下，温度控制装置可设计成热交换器，该热交换器完全或部分地包围着泵壳体与流体接触的部分。为此目的，流体密封的连接件穿过温度控制装置，并在装置与转动轮空间之间形成流体路径连接。泵壳体布置在温度控制装置中，以便取决于输送流体的温度对其进行冷却或加热。
径向轮具有至少两个输送管道，并且多个输送凹口布置在径向轮的外直径上。布置在径向轮上的这些凹口构造为盲孔、凹穴或齿形凹进的部分。输送管道设计为叶片通道、凹槽或狭槽形式的打开的凹口。如果径向轮设计为封闭的转动轮，吸入侧或输送侧的盖盘可具有就本身而言已知的输送凹槽。
在径向轮中，输送管道的入口孔的数量和布置选择成使其并不增大径向轮的入口直径。因此，利用较小的尺寸可在转动轮上获得用于产生离心力的最大面积。
转动轮空间通过转动轮空间的壳体壁与转动的径向轮或经由所述壳体壁穿过的轴部分之间的一个或多个轴封相对于环境或温度控制装置进行密封。这些可以是已知的轴密封环或低摩擦的浮动环密封。如果密封防泄漏的磁体耦合的驱动装置将转矩传递给径向轮，则可以省去这些密封。该驱动装置还可以设计为防脱开的磁滞联轴器。另外，电动、气动或液压的驱动装置可连接到径向轮上。这种驱动电机紧固到泵壳体或温度控制壳体上，或者通过导入该壳体的轴连接到径向轮上。布置在驱动电机中的转子轴的支撑可按就其本身而言已知的方式同时用作泵轴及径向轮的支撑。
另外，热隔离元件可布置在驱动电机与温度控制壳体和/或泵壳体之间，并且驱动电机通过导入的轴连接到径向轮上。泵壳体部分与温度控制壳体之间的连接区域具有转动对称的构型，并相对于彼此密封。这一点可允许改进密封，改进的密封对于输送液体化学制品和/或溶液形式的非常少量的危险液体或昂贵的液体而言是至关重要的。由于离心泵(为在极端情况下的部分负载的范围内连续操作而设计)可调节的驱动装置的原因，可以对非常少的这种流体进行均匀、无脉动、可调节地输送。
另外，输送泵连接到调节装置上，而调节装置连接到内部或外部容积流量测量装置上，并通过驱动电机产生不依赖于装置背压的、可调节的、恒定的容积流量。通过调节装置，可在最小与最大的输送量之间的转换范围或调节范围内产生驱动电机可变转速的范围，该可变转速的范围具有数值高达5000的数量因子(Mengenfaktor)。还有，在驱动电机0至35000rpm的转速范围内，离心泵的输送压力位于0至300bar之间。这种离心泵的操作数据是可行的，仅仅是因为与所有已知的设计规则相反，径向轮与泵单元的壳体是为极端情况下永久的部分负载操作而设计。为了便于安装，泵单元、驱动电机、转换或调节装置及相关的电子操作、测量和控制元件结合到可安装的模块中。
本发明示范性的实施例显示在附图中，并在以下更详细地进行描述。其中：
图1显示了输送泵的纵向截面，
图2显示了泵单元的透视图，
图3显示了转动轮的透视图，
图4在截面图中显示了转动轮，以及
图5显示了穿过输送泵的截面。
图1显示了单级结构型的输送泵。离心式结构的径向轮2可转动地布置在泵壳体1中。径向轮2具有输送管道3，并从中心经由泵入口4接收流量。径向轮2以力传递的方式连接到可变转速的驱动装置5上，并具有外直径DLA，该外直径DLA可达到50mm。径向轮在转动轮空间6中转动，转动轮空间6的内直径DLR1设计成最大仅比径向轮2的外直径DLA大4％。
泵壳体1设有温度装置7，在该示范性的实施例中，温度装置7集成到泵壳体中。其它结构形式也是可行的。冷却空间7.1至7.3包围着转动轮空间6以及与泵壳体1邻近的密封壳体8。在密封壳体8中布置有作为一种轴封的密封件9，在该示范性的实施例中，密封件9显示为唇形密封圈。取决于所使用的输送流体，密封件9还可以设计为浮动环密封件。密封件9可取决于转动轮与驱动装置的轴10之间所选择的连接件密封性地紧贴到转动轮2、紧贴到转动轮的轮毂2.1上，或者紧贴到轴10上。温度控制空间7.1至7.3通过外部介质起作用。结果，与输送流体接触的泵壳体部分被可靠地冷却，原因是离心泵设计为在部分负载操作点的区域内连续操作，离心泵的输送量的界限在0ml/min至3600ml/min的范围内，输送高度的界限在20m至300m的范围内。由于驱动装置5为此目的需要较高的转速，所以附加的冷却器件11布置在驱动装置5的外圆周上。还有，驱动装置5以力传递的方式连接或紧固到温度控制装置7上。
泵入口4的面积由定位面12限定，该定位面12位于直接靠近泵的内部空间的位置，并且用于输送流体的待连接的管路密封性地紧贴到该定位面12上。类似的结构也存在于泵出口13处，泵出口13位于视图平面下方，并且仅作为半圆部分地可看到。待与泵入口4连接的管路(此处未示出)通过已知的方式(例如连接螺母)紧固。通过泵的管路直接导入转动轮空间6，并且由于转动轮外直径DLA与转动轮空间6的内直径DLR1之间较小的差别，在径向轮已安装的情况下，可在泵壳体内获得等于或小于50毫升的用于输送流体的残余空间。这一非常小的量值的有利之处在于，在更换有用的输送流体时仅产生最小可能的损失。
从图2中可看到泵入口4和泵出口13，其中图2是构造为单元的输送泵的透视图。温度控制装置7集成到泵壳体1中，并且泵入口4和泵出口13经由温度控制装置7导入，直到转动轮空间。
外部温度控制介质(例如冷却剂)经由轴向或径向的连接件14，15供入温度控制空间7.1至7.3中，并从温度控制空间7.1至7.3中排出，其中轴向或径向的连接件14，15可有选择地使用。泵单元和驱动电机5结合到结构单元内，并固定在承载元件16中。承载元件16构成了模块式构造或安装到现有的装置中的先决条件。
图3显示了径向轮2的透视图。径向轮2为盘形结构，并在该实例中设有轮毂2.1。在轮毂2.1内存在有与驱动装置5的轴10(此处未示出)进行力传递的连接件。四个输送管道3布置在径向轮2中。另外，构造为盲孔形式的多个输送凹口18布置在转动轮的圆周17上。借助于这些输送凹口，离心泵叶轮的压力系数可以显著地提高。另外，输送侧和吸入侧的盖盘19，20具有多个径向走向的输送凹槽21。输送凹槽21同样可以提高基于图1安装在转动轮空间6中的转动轮的压力系数。沿轴向方向穿过转动轮的平衡孔22在泵壳体中起到压力平衡的作用，同时当连接到驱动装置上时可作为安装辅助物。
图4显示了穿过转动轮2的截面。从这一点可以看到此处总计只使用了四个输送管道3。输送管道3的直径彼此协调，使其在转动轮的入口23的区域中并不与相邻的输送管道相切。这一点可保证保持确定的转动轮入口直径。输送凹口18的深度T选择成作为组装完毕的泵的残余容积的函数。
作为此处所显示的孔形式的输送凹口18的替代物，还可以采用任何其它形式，例如凹槽、狭槽等，利用这些形式可以在转动轮的外直径区域中进行能量传递。
图5显示了穿过输送泵的截面。基于大容量的温度控制空间7.2(其可操作地与其它温度控制空间相连)可以保证持续的极端情况下部分负载的操作。
降低到最低程度的转动轮空间6在转动轮的外直径DLA与包封的环绕的转动轮空间6的内直径DLR1之间形成径向间隙宽度，该径向间隙宽度处于一位数的毫升范围内。在所实施的离心泵中，转动轮与壳体之间的径向间隙处于2mm的范围内。转动轮与壳体之间的间隙在轴向转动轮侧的区域内为类似的数量级。由于处于具有最小残余容积的壳体中的该区域的这种构型，可以通过净化剂对泵进行非常快速可靠地清洗。并且还可以使泵以损失尽可能最少的输送产品部分来适应变化的输送条件或装置。离心式转动轮2的连续转动使得这种泵能够无脉动地操作。
由于转动轮外直径与转动轮空间之间降低到最小程度的间隙，转动轮的周向部件同时接近周向速度，并与相对于转动轮2以斜角布置(优选地相切)的泵出口13一起在泵的出口孔处为该离心泵获得尽可能最大的动压力。与转速可调节的电机一起可实现高输送高度，并在泵壳体内使残余容积达到最小程度。
转动轮在转动轮空间中无接触的布置避免了密封性地彼此紧贴着的摩擦表面。该措施可防止产生机械摩擦热，防止摩擦磨损，以及防止磨损颗粒对输送流体造成污染，并由于明显延长的使用周期而改进操作可靠性。另外，还可以避免就可清洗性而言起反作用的密封间隙。
参考标号清单
1        泵壳体
2        径向轮
2.1      轮毂
3        输送管道
4        泵入口
5        可调节的驱动装置
6        转动轮空间
7        温度控制装置
7.1-7.3  冷却空间
8        密封壳体
9        密封件
10       轴
11       冷却剂
12       定位面
13       泵出口
14，15   用于温度控制介质的连接件
16       承载元件
17       转动轮圆周
18       输送凹口
19，20   盖盘
21       输送凹槽
22       平衡孔
23       转动轮入口
DLA      径向轮2的外直径
DLR1     转动轮空间6的内直径

Claims (20)

1.一种带有可变转速的驱动装置(5)的输送泵，用于可计量的输送量分配，所述输送泵设计为单级离心泵，带有在泵壳体(1)的转动轮空间(6)中无密封间隙地回转布置的、离心式结构的径向轮(2)，用于在泵入口(4)与泵出口(13)之间输送流体，所述径向轮(2)连接到每分钟五位数的转数范围的、可变转速的驱动电机上，所述径向轮(2)从中心接收流量，设有输送管道(3)，并具有最大50mm的外直径，为用在具有连续输送量的工艺技术装置中，所述离心泵为部分负载的操作进行设计，所述离心泵的输送量位于0ml/min至3600ml/min的范围内，输送高度为20m至300m，所述转动轮空间(6)的内直径(DLR1)设计成最大比所述径向轮(2)的外直径(DLA)大4％，密封件(9)布置在所述转动轮空间(6)与所述径向轮(2)和/或径向轮(2)的轴(10)之间，所述转动轮空间(6)在周围设有一个或多个泵出口管道(13)，该出口管道(13)相对于所述径向轮的外直径布置成锐角或相切。
2.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，在所述泵壳体(1)中布置有径向轮(2)，而所述泵壳体(1)在泵入口(4)与泵出口(13)之间的区域中具有等于或小于50毫升的残余容积，该泵入口(4)与泵出口(13)的横截面由待与它们连接的管路的定位面限定。
3.根据权利要求1或2所述的输送泵，其特征在于，所述泵壳体(1)设有温度控制装置(7-7.3)。
4.根据权利要求3所述的输送泵，其特征在于，所述温度控制装置(7)设计成热交换器，并完全或部分地包围着所述泵壳体(1)和/或所述转动轮空间(6)与流体接触的部分。
5.根据权利要求3所述的输送泵，其特征在于，流体密封的连接件穿过所述温度控制装置(7)，并将所述工艺技术装置与所述转动轮空间(6)连接。
6.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，所述径向轮(2)具有至少两个输送管道(3)，并且多个输送凹口(18)布置在所述径向轮的外直径(DLA)上。
7.根据权利要求6所述的输送泵，其特征在于，所述径向轮(2)上的所述输送凹口(18)构造为盲孔、凹穴或齿形凹进的部分。
8.根据权利要求6或7所述的输送泵，其特征在于，所述输送管道(3)设计为叶片通道、凹槽或狭槽形式的打开的凹口。
9.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，吸入侧和/或输送侧的转动轮盖盘设有就其本身而言已知的输送凹槽。
10.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，所述径向轮(2)的所述输送管道(3)的入口孔的数量和布置并不增大径向轮的入口直径。
11.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，密封防泄漏的磁耦合的驱动装置将转矩传递给所述径向轮(2)。
12.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，电动、气动或液压的驱动装置连接到所述径向轮(2)上。
13.根据权利要求3所述的输送泵，其特征在于，所述驱动电机(5)固定到所述泵装置(1)或所述温度控制装置(7)上，并通过经由所述驱动电机(5)导入的导入轴(10)连接到所述径向轮(2)上。
14.根据权利要求3所述的输送泵，其特征在于，热隔离元件布置在所述驱动电机(5)与所述温度控制装置(7)和/或所述泵壳体(1)之间，并且所述驱动电机(5)通过导入轴(10)连接到所述径向轮(2)上。
15.根据权利要求3所述的输送泵，其特征在于，所述泵壳体(1)的部分与所述温度控制装置(7)之间的连接区域具有转动对称的构造，并相对于彼此密封。
16.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，调节装置连接到内部的或外部的容积流量测量装置上，并通过所述驱动电机(5)产生不依赖于所述工艺技术装置背压的、可调节的、恒定的容积流量。
17.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，所述驱动电机(5)的可变转速范围在最小与最大的输送量之间的转换范围或调节范围内产生数值高达5000的数量因子。
18.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，在所述驱动电机(5)的0至35000rpm的转速范围内，离心泵的输送压力位于0至30bar之间。
19.根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，所述径向轮(2)及所述离心泵的壳体为极端情况下的持续部分负载操作而设计。
20.根据权利要求16所述的输送泵，其特征在于，泵、驱动电机、调节装置及相关的电子操作元件、电子测量元件和电子控制元件都结合到可安装的模块中。
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