CN102158044A

CN102158044A - 流动产生装置

Info

Publication number: CN102158044A
Application number: CN2010105764992A
Authority: CN
Inventors: 彼得·容克拉斯·尼博
Original assignee: Grundfos Nonox AS
Current assignee: Grundfos Management AS; Emitec Denmark AS
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-08-17
Also published as: EP2330725B1; US20110127864A1; EP2330725A1

Abstract

本发明涉及一种用于在液体中潜水操作的流动产生装置并且具有叶轮(10)，其中该流动产生装置包括磁传动装置(15，15′)，该磁传动装置在输入侧和输出侧分别具有磁极(70，75，80，85)装置(30，30′，40，40′)，其中磁极(70，75，80，85)装置(30，30′，40，40′)通过磁场彼此运动耦接，在磁传动装置(15，15′)的输入侧与输出侧之间具有传动比，磁传动装置(15，15′)与叶轮(10)运动耦接以便驱动叶轮，流动产生装置具有电机(20)，该电机与磁传动装置的输入侧运动耦接以便驱动磁传动装置，其中还设有封闭罩(62)，该封闭罩将电机和磁传动装置的输入侧的磁极(80，85)装置(30，30′)一起液体密封地封闭并使其与磁传动装置的输出侧分隔开。

Description

流动产生装置

技术领域

本发明涉及一种用于在液体中潜水操作的流动产生装置其为带有叶轮的再循环泵、混合器(Mixer)或流动加速器的形式。

背景技术

当流动产生装置在液体中潜水操作时(例如在污水净化厂中的循环泵)，维护及维修费用构成了整体运转费用的很大一部分。特别地，维护及必要时需更换的运动部件在潜水操作的流动产生装置中十分昂贵且成本很高。其缺陷在于，在运动部件上或在运动部件之间的磨损和沉积会损害流动产生装置的功能性，因此需要频繁地进行维护及修理。此外，流动产生装置需要可靠的密封，以防止液体进入到电子组件或机械组件中以及发生沉积。特别地，由此所需的动态密封需要经常被更换，这额外地增加了维护费用。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于，提供一种为再循环泵、混合器或流动加速器形式的流动产生装置，其中该流动产生装置具有大幅降低的维护费用。

此目的通过具有如下所述特征的流动产生装置来实现。本发明的优选改进方式由相关的文字说明及附图给出。

根据本发明的流动产生装置被设计成用于在液体中进行潜水操作，并且该流动产生装置是再循环泵、混合器或流动加速器等。该流动产生装置具有叶轮和电机，并且包括磁传动装置，该磁传动装置的输入侧和输出侧分别具有磁极装置(Anordnung magnetischer Pole，由多个磁极组成的装置/设置)。由此，磁传动装置的输入侧在本申请中应理解为磁传动装置的驱动侧。磁传动装置的输出侧在本文中则与磁传动装置的从动侧意义相同。

输入侧的磁极装置与输出侧的磁极装置通过磁场彼此运动耦接(bewegungsgekoppelt，运动耦合)，其中在磁传动装置的输入侧与输出侧之间具有一传动比。根据本发明的磁传动装置的输出侧与叶轮运动耦接以便驱动叶轮。电机与磁传动装置的输入侧运动耦接以便驱动磁传动装置。在此处，一方面，磁传动装置用于进行转速/扭矩转换，由此使电机的转速降低为叶轮所需的转速。另一方面，在根据本发明的流动产生装置的磁传动装置中，输入侧与输出侧磁性地运动耦接，并且由此以非接触的方式运动耦接。磁传动装置的彼此相对运动的部件不会发生磨损。因此可以有利地省去磁传动装置的润滑、保养、以及特别是因磨损导致的更换。根据本发明的流动产生装置的磁传动装置可由此实现流动产生装置的免维护运行。此外，在非接触耦接的磁传动装置中不需要为了防止液体进入

而将各轴的输入侧及输出侧密封。因此，有利的是，根据本发明的流动产生装置需要较少的动态密封或者根本不需要动态密封。

根据本发明设有封闭罩，该封闭罩将电机与磁传动装置的输入侧的磁极装置封装到一起。在此处，叶轮被设置在封闭罩的外面，并且优选为被浮装式地(freistehend，独立地)构造，从而其可优选自由地在待输送的液体中旋转。在电机中液体的进入恰好对于流动产生装置的运行具有特别严重的影响。因为不必使轴从液体密封的封闭罩向外导出以便驱动叶轮，所以根据本发明可以持久地排除在电机区域内液体进入的可能性，同时其还无需维护。

该封闭罩将电机和磁传动装置的输入侧的磁极装置与磁传动装置的输出侧分隔开。因此，根据本发明不需要额外的动态密封(例如在叶轮的驱动轴或传动装置的输入轴上的轴密封)。由此能够使流动产生装置的操作可靠且维护较少。

在根据本发明的流动产生装置中，优选的是，封闭罩的至少一个设置在磁传动装置的输入侧的磁极装置与输出侧的磁极装置之间的部分构成非磁性的隔离壁。该隔离壁在此处优选设置为套管(Spaltrohr，缝管)的形式。输入侧的磁极装置例如可以被套管周向环绕，其中磁传动装置的输出侧的多个磁极被设置在套管之外，并且基本周向地围绕套管。必要时所存在的隔离壁的非磁性的结构基本上不会影响磁传动装置的以磁力结合(附着)(magnetischem Kranschluss)为基础的作用方式。

适当的是，在流动产生装置中，磁传动装置的传动比大于1，即磁传动装置以从输入侧的较高转速到输出侧的较低转速的方式进行转速及转矩的转换。在此处，磁传动装置的输入侧优选与高速转动件运动耦接。

优选的是，在根据本发明的流动产生装置中，磁传动装置的输入侧的磁极装置和输出侧的磁极装置分别被构造为具有多极磁化的磁环。输入侧及输出侧的磁环在此处分别具有沿周向方向呈交替顺序设置的磁性北极和磁性南极。所述磁环分别可旋转地设置成：所述磁环能通过其磁场彼此相互作用。在此处可以基本上以与传动齿轮的啮合相似的方式来实现磁环的耦接。例如，磁环被构造成圆环状，并且具有多个以相同间距分布在其圆周上的磁极。磁环在此处可旋转地被设置成：两个磁环的周向区域彼此靠得足够近，以便在此区域中输入侧磁环的极与输出侧磁环的不同名的极以类似于齿连接(Verzahnung)的方式形成磁力结合形式的配合。以此方式，输入侧磁环的转动与输出侧磁环的转动形成为转动耦接。

优选的是，在该流动产生装置中，磁传动装置的输入侧磁环和输出侧磁环围绕彼此平行延伸的旋转轴线可旋转地设置。在此适当的是，叶轮和流动产生装置的驱动装置设置在磁传动装置的沿旋转轴线的方向彼此远离的两侧。

在根据本发明的流动产生装置的优选改进方案中，磁传动装置的输入侧磁环和输出侧磁环围绕彼此偏移(偏置)的旋转轴线可旋转地设置。磁传动装置的输入侧磁环和磁传动装置的输出侧磁环优选以(类似)正齿轮传动(Stimradgetriebe)的方式设置在同一平面中。旋转轴线彼此之间的偏移例如至少为磁环的两个外半径之和。可选地，所述磁环中的一个磁环也可以被另一个磁环周向环绕。

优选的是，磁传动装置的输入侧磁环所具有的极的数目少于输出侧磁环所具有的极的数目。在这种情况下，只要输入侧磁极与输出侧磁极沿着磁环的彼此贴近的周向区域始终成对地彼此以力结合的方式耦接，就可确保磁传动装置的传动比大于1。在此情况下，与齿轮传动装置类似，传动比被确定为是磁传动装置的输出侧的极的数目与输入侧的极的数目之比。

在根据本发明的流动产生装置中，优选的是，磁传动装置的输入侧磁环的半径小于输出侧磁环的半径。例如，输入侧磁环和输出侧磁环具有相同的极周向延伸部，并且与齿轮相类似地以相同的圆周速度(Kreisgeschwindigkeit)转动耦接，由此形成大于1的传动比。与此同时，在这种情况下，输入侧磁环具有较少的磁极数目。

特别优选的是，磁传动装置的输入侧磁环被输出侧磁环周向环绕。例如输入侧磁环和输出侧磁环被设置在同一平面内。以此方式即可实现节省空间的磁传动装置并进而实现节省空间的流动产生装置。

还优选的是，磁传动装置的输入侧磁极装置和输出侧磁极装置也可以借助磁传动装置的额外的中间级(Zwischenstufe)，例如借助设置在输入侧与输出侧之间的可旋转的磁环，通过磁场彼此运动耦接。

在根据本发明的流动产生装置的优选改进方案中，磁传动装置在磁传动装置的输入侧磁极装置与输出侧磁极装置之间设置有固定磁轭装置(Anordnung

Joche，由多个固定的磁轭组成的装置/设置)，该固定磁轭装置设计为用于形成传动比。

在此处，例如，磁传动装置的输入侧磁极装置与输出侧磁极装置分别构造为具有在周向方向上多极磁化的磁环。磁传动装置的输入侧磁环和输出侧磁环优选设置为彼此同心的圆环。特别优选的是，磁轭同样也沿着一个同心圆环设置在磁传动装置的输入侧与输出侧之间并且以相同的间距分布在圆周上。适当的是，磁轭的数目与磁传动装置的输入侧或输出侧的北(磁)极的数目(特别是，略微地)不同。另外，磁轭的数目与磁传动装置的输入侧或输出侧的北极的数目的不同会导致传动比不为1。

这将在随后通过一种设置示例性地进行说明，其中磁轭的数目与(属于磁传动装置的输出侧的)外磁环的北极的数目略微不同。为此，首先，仅考虑输出侧磁环与设置于内部的环形的磁轭装置。如果磁轭的数目与北极的数目相符，则仅相对于外磁环而言在各个磁轭上具有相同类型的磁极装置。然而，如果磁轭的数目与输出侧外磁环的北极的数目相比要少，例如少1个，则在所有的磁轭中磁极装置相对于磁轭不再相同，而是从一磁轭到另一磁略微不同。这使得在其上设置磁轭的圆环内产生有效的磁场，该磁场以具有北极和南极的方式沿周向调制(modulieren)。这样，在磁轭的内部就存在与双极磁环的场相类似的有效的调制场。

如果磁轭的数目与输出侧磁环的北极的数目通常差数字n，那么这会导致在固定磁轭装置内产生有效的磁场，其中该磁场沿周向进行n次调制，因此具有n个北极。该有效磁场围绕输出侧磁环的旋转轴线的360°/n的旋转对应于外磁环相对于固定磁轭旋转其磁极对中的一个磁极的周向延伸部。相应地，在内部的有效场与外磁环的旋转之间存在与转速有关的传动比。

这种在固定磁轭装置内形成的有效磁场此时与磁传动装置的输入侧内磁环耦接。内磁环在此时可以与外磁环的位于磁轭装置内的有效磁场转动耦接，由此使输出侧外磁环旋转。因此，适合的是，输入侧磁环所具有的北极的数目n与磁轭内的有效磁场所具有的北极的数目相同。这样，有利的是，输入侧磁环与输出侧磁环在磁环的整个圆周上以磁力结合的方式运动耦接，从而可以实现有效的扭矩转换。

应该理解的是，在本发明的前述改进方案中，磁轭的数目也可以大于输出侧的北极的数目。此外，磁轭的数目也可以与输入侧的北极的数目(特别是，略微地)不同。特别优选的是，在根据本发明的流动产生装置中，基本上如在前述示例中描述的那样，磁轭的数目与输出侧的北极的数目之差至少为输入侧的北极的数目。

还优选的是，输入侧磁环和/或内磁环也可以与外磁环偏心地设置并且可以与固定磁轭装置内的有效磁场以(类似)齿轮传动装置的方式耦接。在此，仅在那些周向区域(在所述周向区域中形成输入侧磁环与输出侧磁环的强磁力结合的运动耦接)内设置磁轭就足够了。应该理解的是，可以设置多于两个的彼此同心的可旋转的磁环，在这些磁环之间设有固定磁轭装置，这就形成了多级磁传动装置的级。

适当的是，必要时磁轭可被设置在将磁传动装置的输入侧与输出侧分隔开的隔离壁之上/中。

附图说明

以下参照附图中示出的实施例详细说明本发明。在附图中：

图1为根据本发明的流动产生装置的示意图；

图2为根据图1的流动产生装置的电机和磁传动装置的纵向剖视示意图；

图3为根据图1和图2的磁传动装置的输入侧磁环与输出侧磁环的设置的示意性横截面图；

图4为根据本发明的流动产生装置的电机及选择性地构造的磁传动装置的纵向剖视示意图；以及

图5为根据图4的磁传动装置的输入侧磁环与输出侧磁环的设置的示意性横截面图。

其中，附图标记说明如下：

5 流动加速器

10 叶轮

15，15′ 磁传动装置

20 电机

25 壳体

30，30′ 输入侧磁环

32 毂

35 轴

40，40′ 输出侧磁环

42 支架

45 轴

50，50′ 气隙

55 隔离壁

57 底部

60 凸缘

62 封闭罩

65 磁轭

70 北极

75 南极

80 北极

85 南极

X 旋转轴线

Y 旋转轴线

具体实施方式

图1示出的流动产生装置是设计为用于潜水操作的流动加速器5(随后描述的工作原理还可直接用于再循环泵或混合器)。为了实现流动加速，流动加速器5具有浮装的叶轮10。为了进行驱动，叶轮10与流动加速器5的磁传动装置15的输出侧运动耦接。在磁传动装置15的远离叶轮10的一侧设有流动加速器5的电机20，并且该电机20与磁传动装置15的输入侧运动耦接。

磁传动装置15和电机20具有共同的、基本上为圆柱形的壳体25(图2)。流动加速器5的磁传动装置15包括输入侧磁环30，该输入侧磁环30通过(借助毂32连接的)轴35与电机20抗扭地运动耦接。磁传动装置15还具有输出侧磁环40，该磁环40通过与轴35平行延伸的(借助支架42连接的)驱动轴45与叶轮10抗扭地运动耦接。在此处，输入侧磁环30与输出侧磁环40构成圆柱套状的圆环30、40，其圆柱套的轴线沿轴向(即与叶轮10结合于其上的轴45的纵轴线平行地)延伸。

在此处，在输入侧磁环30与输出侧磁环40之间构造有环状的气隙50。在该气隙50的区域内，输入侧磁环30被基本上沿轴向延伸的、呈锅状的隔离壁55液体密封地包围，该隔离壁55通过沿径向延伸的底部57将磁环30的邻近叶轮10的轴端封闭。隔离壁55和底部57由非磁性的电绝缘材料(在此处为合成材料，例如塑料)制成。在连接于电机20上的轴35的电机侧端部处，隔离壁55以凸缘60沿径向突出。凸缘60与壳体25密封地连接。隔离壁55、底部57、凸缘60以及壳体25一起构成封闭罩62，该封闭罩62将电机20连同磁传动装置的输入侧磁环30一起液体密封地包围。封闭罩62将电机20和输入侧磁环30与输出侧磁环40和设置在封闭罩62之外的叶轮10分隔开。

输入侧磁环30与输出侧磁环40围绕彼此平行的旋转轴线X(磁环30)(见图3)和Y(磁环40)相互偏心地设置。在此，这两条旋转轴线在一个平面内彼此偏移，由此仅有旋转轴线Y在图2中是可见的。输入侧磁环30和输出侧磁环40在此处都在周向上具有交替的磁性北极和磁性南极(附图未详细示出)。在此，输入侧磁环30的磁极或磁极对的周向部分分别具有与输出侧磁环40的极或极对的周向部分相同的长度。因此，输入侧磁环30与输出侧磁环40以类似齿轮的方式(此方式为齿轮传动装置的外齿输入侧与内齿输出侧作用的方式)运动耦接。由于输入侧磁环30的直径较小并且与输出侧磁环40相比具有较少的极的数目，所以磁传动装置15的传动比大于1。

图4示出了根据本发明的流动加速器的另一实施例。其流动加速器的结构基本上与图1所示的流动加速器5类似，因此对于此实施例也可以参考图1。此外，其内部结构也对应于在图2中示出的流动加速器5的内部结构。然而，不同之处在于，在磁传动装置15′中输入侧磁环30′与输出侧磁环40′彼此同心地设置。

为了确保传动比，在隔离壁55的内周以相同的间距分布有多个磁轭65。磁轭65设置在输入侧磁环30′与输出侧磁环40′之间的同心圆环上。在此处，磁轭65的数目与输出侧磁环40′的北极的数目不同。如图5所示，在所示出的实施例中，输出侧磁环40′具有18个北极70(或18个南极75)。在此实施例中，磁轭65的总数为22个。以此方式，输出侧磁环40′和磁轭65一起用于产生位于内部的有效磁场，该磁场具有四个调制周期，即四个北极及四个南极。

与该内部的有效磁场相匹配，输入侧磁环30′沿周向具有四个北极80和四个南极85。输入侧磁环30′的北极80与输出侧磁环40′的北极70的数目总和恰好等于位于它们之间的磁轭65的数目22。在这种情况下，得出磁传动装置15′的传动比为4.5，即输出侧磁环40′的北极70的数目与输入侧磁环30′的北极80的数目之比。

在另一实施例(附图未示出)中将磁传动装置15、15′的上述不同结构相互组合。例如，可以与最后描述的实施例不同，输入侧磁环30′可围绕平行于输出侧磁环40′的旋转轴线延伸并且偏置的旋转轴线偏心地旋转。在这种情况下，输入侧磁环30′以齿轮传动装置的方式与通过输出侧磁环40′和磁轭65产生的有效磁场耦接。输入侧磁环30′和输出侧磁环40′的相对设置与图3中示出的输入侧磁环30和输出侧磁环40的设置大致相符。

在又一未特别示出的实施例中，磁传动装置15被构造为是多级的，并且包括多于两个的彼此相邻或彼此互相围绕的磁环对。在又一实施例中，磁传动装置15′被构造为是多级的，并且包括多于两个彼此同心设置的磁环，所述磁环分别通过同心设置的固定磁轭装置彼此分隔开。磁传动装置15、15′的前述结构可在任何合适的时侯彼此自由组合。

Claims

1.一种用于在液体中潜水操作的流动产生装置，所述流动产生装置是再循环泵、混合器或流动加速器(5，5′)，并且所述流动产生装置具有叶轮(10)和电机(20)，其特征在于，所述流动产生装置包括磁传动装置(15，15′)，所述磁传动装置在输入侧和输出侧分别具有磁极(70，75，80，85)装置(30，30′，40，40′)，其中磁极(70，75，80，85)装置(30，30′，40，40′)通过磁场彼此运动耦接，在所述磁传动装置(15，15′)的输入侧与输出侧之间具有传动比，所述磁传动装置(15，15′)的输出侧与所述叶轮(10)运动耦接以便驱动所述叶轮(10)，所述电机(20)与所述磁传动装置(15，15′)的输入侧运动耦接以便驱动所述磁传动装置(15，15′)，并且，其中设有封闭罩(62)，所述封闭罩(62)将所述电机(20)与所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁极(80，85)装置(30，30′)一起液体密封地封闭，并且使所述电机(20)与所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁极(80，85)装置(30，30′)与所述磁传动装置(15，15′)的输出侧分隔开。

2.如权利要求1所述的流动产生装置，其特征在于，所述封闭罩(62)的至少一个设置在所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁极(80，85)装置(30，30′)与输出侧磁极(70，75)装置(40，40′)之间的部分构成非磁性的隔离壁(55)。

3.如前述权利要求中任一项所述的流动产生装置，其特征在于，所述封闭罩(62)的至少一个设置在所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁极(80，85)装置(30，30′)与输出侧磁极(70，75)装置(40，40′)之间的部分构成电绝缘体。

4.如前述权利要求中任一项所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置(15，15′)的传动比大于1。

5.如前述权利要求中任一项所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁极(80，85)装置(30，30′)和输出侧磁极(70，75)装置(40，40′)分别被构造成具有多极磁化的磁环(30，30′，40，40′)。

6.如权利要求5所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁环(30，30′)和输出侧磁环(40，40′)围绕彼此平行延伸的旋转轴线(X，Y)可旋转地设置。

7.如权利要求5或6所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置的输入侧磁环(30，30′)和输出侧磁环(40，40′)围绕彼此偏置的旋转轴线(X，Y)可旋转地设置。

8.如前述权利要求5至7中任一项所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置的输入侧磁环所具有的极(80，85)的数目少于输出侧磁环所具有的极的数目。

9.如前述权利要求5至8中任一项所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置(15，15′)的输入侧磁环(30，30′)的半径小于输出侧磁环(40，40′)的半径。

10.如权利要求9所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置的输入侧磁环(30，30′)被输出侧磁环(40，40′)沿周向包围。

11.如前述权利要求中任一项所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁传动装置(15′)在所述磁传动装置(15′)的输入侧磁极(80，85)装置(30′)与输出侧磁极(70，75)装置(40′)之间具有用于形成传动比的、由多个固定的磁轭(65)组成的装置。

12.如权利要求5或11所述的流动产生装置，其特征在于，所述输入侧磁环(30′)与输出侧磁环(40′)彼此同心地设置。

13.如权利要求11或12所述的流动产生装置，其特征在于，所述磁轭(65)的数目与输出侧磁环的北极(70)的数目之差至少为输入侧磁环(30，30′)的北极(80)的数目。