CN102216624B - 具有旋转构件的用于液体填充室的排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排气装置，包括具有室的壳体，该室具有布置在其中的旋转构件，尤其是轴，轴承结构和/或轴密封，其中在室中安装有至少一个利用自由的肋端在形成轴线平行的缝隙的情况下到达旋转构件的肋，并且用于液体的排气室被布置在缝隙之后。在室(2)中与加速缝隙具有间距地以及相对于缝隙布置有用于分配加速缝隙射束(17)的射束分离-壁面(18)，并且在到射束分离-壁面(18)上的缝隙-突起(B)的侧向间距中其设有到排气室的一个或者多个连接口(15)。

Description

具有旋转构件的用于液体填充室的排气装置

技术领域

本发明涉及一种排气装置，包括具有室的壳体，该室具有布置在其中的旋转构件，尤其是轴，轴承结构和/或轴密封，其中在室中安装有至少一个利用自由的肋端在形成轴线平行的缝隙下到达旋转构件的肋，并且用于液体的排气室被布置在缝隙之后。

背景技术

对于输送热液体的具有至少一个通过泵壳体的轴通道的离心泵而言，通过EP 0 327 549B1公开了用于具有滑环密封(Gleitringdichtung)的泵轴的排气装置。为此其滑环密封被室的内部包围，该室具有与其间距设置的同心的环壁，该环壁具有向外和向内站立的径向肋。由环壁分开的室通过孔彼此连接。利用这个排气装置液体循环的稳定在远离滑环密封中应当被实现。在此分离出的气体聚集成大体积的、流动稳定并可排出气体的容纳室，该容纳室设有用于去除所聚集的气体的装置。这样的解决方案要求非常多的结构体积并且造价昂贵。

DE 198 34 012C2公开了用于泵轴的另一种排气装置。在这个离心泵中利用输送到密封室中的液体用于设在其中的泵轴的滑环密封，密封室设有两个纵截面大约平行于泵轴延伸的叶片形的并且不同长的面块。叶片形的面块布置在排气口两侧的密封室的周围壁上并且固定在正面的壁上以及优选地彼此倾斜大约80°。它们在其和周围壁之间构成在横截面中大约为三角形的前室。在面块的彼此朝向的自由端的地方，它们在其之间形成用于该前室的大约平行于泵轴的进入缝隙。通过这个缝隙液体径向流入前室中，液体稳定地停留在该前室中。在其中被分离的气体通过排气口被去除。

前面已知的设有稳定装置的排气装置规定了水平的轴布置，以便在密封室的各自的上部分中设置用于气体的排气口。

发明内容

本发明的目的在于，对于通过含有气体的或者排出气体的液体受危害的轴输送室开发一种在不同的安装位置中可靠作用的并且简单制造的排气装置。

该目的的实现对于排气装置设为，在室中在旋转部件的转动方向上并且与缝隙具有间距地以及相对于缝隙布置有射束分离-壁面，并且在到射束分离-壁面上的缝隙-突起的侧向间距中其设有到排气室的一个或者多个连接口。由于在室中旋转的一个或多个部件，位于其中的液体旋转并且流过缝隙横截面。因此对应于缝隙长度和形状构成缝隙射束，该缝隙射束近似正切于旋转部件从缝隙射出。缝隙射束撞击到相对于缝隙定向的射束分离-壁面，尤其在法线方向上，并且在此处在碰撞时被拆分成主要在两个相反方向中流动的分流。在流动方向中低压室位于形成缝隙的肋之后，在低压室中产生低压区。在其中构成至少一个涡流，该涡流由缝隙射束的分流所激励。该低压区以迄今未知的方式加速液体中的排气过程。

根据该设计方案，肋作为靠近旋转轴线的壳体肋在形成加速缝隙下紧贴地到达旋转构件，取决于其转速和缝隙宽度，通过其中的液体被加速并且形成为在位于室中的液体内部的指向射束。由此通过射束分离-壁面被布置为与从缝隙射出的缝隙射束成角度，取决于相对于射束方向选择的倾斜角度来影响射束分配和由此所产生的涡流形成。缝隙射束主要在射束分离-壁面上正交。射束分离-壁面的选择的倾斜处于相对于缝隙射束的法线的锐角的尺寸布置中。其尺寸布置可以在直到25°的范围内。

射束分离-壁面被构造为远离旋转轴线的壳体壁或者壳体肋的部件。尤其地，壳体肋的使用方便了壳体作为铸造结构的构造。因此避免了昂贵的焊接加工或者组装加工。射束分离-壁面关于旋转构件并且在横截面中观察被视为行者(Passante)或者作为行者构造。如此选择其布置，使得它本身不相交旋转构件。如果射束分离面具有倾斜或者拱形的形状，那么该面的延长部可以相交旋转构件。在排气装置的空间视角中，限制缝隙的靠近旋转轴线的壳体肋和射束分离-壁面在室的空间的壳体象限内部被布置。

根据另一设计方案，壳体肋的自由端具有相反的延伸方向。在壳体肋和射束分离-壁面之间的室中以及在射束的远离旋转轴线的侧上形成低压室。在该低压室中从射束分离-壁面开始的分射束构成涡流，由此在低压室内部存在定义的低压区。因此实现了液体的非常快速的排气。完全对比于迄今已知的解决方案，没有阻止在具有旋转设备的室中的旋转，而是有针对性地使用于构成加速的缝隙射束并且因此产生用于排气目的的附加涡流。

进一步地，低压室在离开旋转构件的方向中延伸。该间距支持排气过程。并且当排气室作为排气装置的整体组成部分被构成时，远离旋转轴线的具有射束分离-壁面的壳体壁或者壳体肋可以在此形成排气室的壁。关于旋转轴线，低压室在靠近旋转轴线的肋和远离旋转轴线的排气室之间布置。

根据进一步的设计方案，排气室设有排气口。为了在具有双密封的轴中使用，在轴向上相继布置两个或多个排气装置并且每个排气室都设有排气口。当在这样的构造中仅使用一个轴密封时，在两个排气室之间布置有分隔壁并且排气口可以位于分隔壁和外壁之间的T形连接区域中。通过其在壳体壁和分隔壁之间的相交区域中以及在分割壁上的位置，仅利用一个加工过程就产生两个室之间的连接。利用仅一个排气口可以从两个室同时去除气体聚集。

为了同样在旋转部件的水平、垂直或者对角布置中实现安全的排气，在排气室的轴向的端部区域上布置与旋转轴线成角度延伸的排气口。进一步地，排气室可以是壳体的整体组成部分或者单独的组成部分。

排气的作用支持进一步的设计方案，根据该设计方案围绕旋转构件的室，尤其是其周围壁面，具有完全或者部分地螺旋形的构造。由此在这样形成的螺旋形室的内部实现了旋转液体的动能到压力能的转换，该压力能然后在加速缝隙处作用在缝隙射束上并加强了缝隙射束。另外提高了在室或者在其中构成的螺旋室和低压室之间的压力差，因此加速了低压室中的排气过程。为此靠近旋转轴线的壳体肋在螺旋形发展的室中在空间壳体象限的区域中被布置，其关于旋转轴线具有最大的径向延伸。

根据所希望的排气持续时间和射束分离-壁面相对于所射出的缝隙射束的倾斜，从其流出的分流被判断为主流和次流的类型。这里载有气体的、与构件旋转的并且围绕其构成的分流称为主流。从射束分离-壁面溢出到低压室中的分流称为次流，其在这里产生用于排气的涡流。该涡流具有与在室中旋转的液体环相反旋转的旋转方向。保持在低压室的位置处的涡流在最短时间内影响全部处于排气装置中液体的排气。

为此根据进一步的设计方案，射束分离-壁面和/或其在连接口的方向上布置的延长部处在限制低压室的射束分离的内壁上并且在低压室中旋转的涡流的分流沿着射束分离的内壁流入排气室中。该分流来自在涡流中转动的、积聚气体的多阶混合流。其气体含量从低压室经过一个或多个连接口溢出到排气室中并且在此可被去除地收集。由于具有在其中保持涡流的低压室的构造，这个解决方案在每个任意的轴布置时是性能可靠的。

本方面的进一步设计方案在从属权利要求中描述。

附图说明

本发明的实施例在图中描绘并且下面将对其进一步描述。

图1示出了通过离心泵的排气装置的纵截面，

图2和3示出了通过排气装置的缝隙区的横截面，

图4示出了用于水平的、对角的或者垂直的轴布置的排气装置以及

图5和6示出了以串联布置或者单个布置的轴密封的排气装置。

具体实施方式

在图1中示出了用于离心泵的以驱动轴为例的排气装置。该排气装置被布置在壳体1中并且具有带有布置在其中的旋转构件3的室2。在此涉及轴3.1和安装在其上的轴密封3.2，其被构成为滑环密封的部件。在该截面描述中可以看到安装在轴3.1的上部、从室2由下面阐述的元件6限定的排气室4。保持在轴承5中的轴3.1穿过泵盖6并承载离心泵8的叶轮8。位于离心泵中的液体沿着轴3.1流入到排气装置的室2中。

如果不存在排气装置并且在室2或者在液体内部存在气体，则由于密度的不同和在离心力的影响下气体将直接聚集在旋转构件3上。与此相反，液体作为液体环在较大的直径上围绕气体环旋转。因此液体不在能够冷却轴密封，由此该轴密封由于过热将被损坏或者失灵。由于这些原因必须分离气体并且完全以液体填满室2。

借助于排气装置，分离的气体聚集在排气室4中并且通过闭塞元件9从中去除。这可以自动或者手动地实现。

图2是根据图1的线A-A的截面并且示出了通过排气装置的横截面。关于旋转轴线10在室2内部布置有分隔的壁面，借助于该壁面对于待分离的气体实现了到排气室4中的储藏的波纹形的流走向的类型。从室2(旋转构件3布置在室2中)实现了到低压室11中并且到与其连接的排气室4中的转变。低压室11和排气室4通过虚线示出。

旋转构件3的旋转轴线10位于两个彼此垂直的x和y平面的交点中。这限制了四个空间的象限I、II、III和IV。在I空间象限的区域中布置有低压室11及其界限。同样靠近旋转轴线的肋12也处于其中，该肋12与自由的肋端13限定了用于旋转构件3的加速缝隙14。旋转构件3的旋转方向通过截开的轴3.1上的双箭头示出，在轴3.1上安装了轴密封件3.2并且与其一起旋转。这里，低压室11位于在靠近旋转轴线的肋12的上部并且在流方向上位于后面。该低压室11通过一个或多个连接口15与空间上远离旋转轴线10布置的排气室4连接。连接口15可以如所描述裂口状或者作为穿孔的壁面而被构造。这取决于壳体1的待传输的力。排气室4也可以构成为独立的构件并且直接或者作为单独的元件与室2或者与壳体1连接。在排气室4和一个或多个连接口15之间的连接可以借助于附加的已知的连接装置来实现。

图3对应图2并且借助于流箭头示出了在壳体1内部的流走向。旋转构件3对位于室2中的液体产生同步效应。室2可以作为环室设有相同的半径R或者如所描述那样设有螺旋形的内轮廓16。从IV象限开始，大约从半径R的地方，螺旋轮廓16在旋转构件3的旋转方向中向外至布置在空间I象限中的靠近旋转轴线的肋12发展。该肋12在此作为铸造的壳体的组成部分被构造。它同样可以作为单独的元件被构造。

室2的轮廓类似于离心泵的螺旋壳体被构造。由于在周围方向上增加的横截面，运行时在室2中的静态压力稍有增加并且在最大的横截面区域中在靠近旋转轴线的肋12的压力侧上的停滞点处达到显著的最大压力。通过随后液体在加速缝隙14中的加速，小的静态低压被施加到低压室11。在室2和低压室11之间的静态差压导致了，在低压室11中旋转的次级涡流积聚有气体。在低压室11中，流逆着运动方向在室2中转动。

在肋12的自由端13和相对的旋转构件3之间的间距定义了加速缝隙14的宽度，在室2中旋转的液体必须流过该加速缝隙14。因此，在加速缝隙14之中和之后构成缝隙射束17，其以切线方向从旋转构件3流出。它在射束分离-壁面18上指向并且在其上碰撞时被拆分。射束分配发生在射束分离-壁面18上的加速缝隙14的在图3中以≡描述的突起B的区域中。一方面在次级流或者次流中，其在低压室11中形成了涡流19。并且另一方面在主流中，其在旋转构件3的旋转方向上流回到室2中并且在此继续旋转。

通过液体在加速缝隙14中的加速，在缝隙之后在低压室11之中构成低压区，在该低压区中产生气态组成部分的高度密集的积聚。积聚气体的多阶流从低压室11通过连接口15转入到排气室14中。在此产生了完整的排气、气体的可去除的收集和在需要的情况下的气体的分离。排气室4也可以被设计为单独的构件并且通过管道与一个或多个连接口15连接。

为此，在低压室11中的流被如此被引导，使得其跟随射束分离-壁面18的走向并且在壳体1的临近连接口15并且同样射束分离的内壁18.1的区域中碰撞。该射束分离的内壁18.1同时限制了低压室11并且产生了涡流19的流分配。由此较小的分流28由在低压室11中旋转的、积聚有气体的多阶混合转向经过连接口15并且沿着内壁18.1在排气室4中。这种积聚有气体的分流28在此排气。无气体的回流沿着射束分离-壁面18的背面29流动并经低压室11流回室2中。这种回流也通过连接口15来产生并且这种回流再次成为主流的组成部分。

在图3中射束分离壁面18相对于在其上撞击的缝隙射束17以小的倾斜角α延伸。这个倾斜角相对于缝隙射束17的法线偏离大约10°并且可以高达为25°度。其从连接口15的限制边缘开始在空间IV象限上的方向上打开。因此对于在主流中在室2内部旋转的液体环20和为此在次流中在低压室11中旋转的涡流19实现了流分配的平衡比例。

倾斜角度α取决于所使用的液体及其气体含量和旋转构件3的转数。在垂直在缝隙射束17上的射束分离-壁面18中，在主流和次流中液体量的比例为近似相等。射束分离-壁面18可以构造为平的和/或拱形的，以便由此影响涡流19在低压室内部的构造。这取决于所选择的结构尺寸和所使用的制造方法。

排气功能同样发生在同心于旋转轴线构造并且布置的以具有半径R的环室的形式的室2中，然而室2的周围轮廓的螺旋形构造以显著的程度加速了排气过程。

低压室1的界限也可以被描述为排气壳体的分隔壁面的类型。在此邻近连接口15和承载射束分离-壁面18的壁被视为远离旋转轴线的肋26。因此在室2中布置有具有相反的延伸方向的两个壳体肋12、26，该壳体肋12、26在它们之间构造有低压室11。肋彼此具有间距地在相反方向上延伸。肋12、26的几何延伸部在它们自由肋端的方向上不具有交点。

图4类似于图1的描述示出了通过垂直布置的排气装置的截面。为了也在这样的安装位置中保证可靠的功能，排气口21安装在排气室4的这个端部区域或者角区域中，排气室4在排气装置的稍后装配中向上被定向。这样的排气口21可以被使用于水平、对角或垂直布置的轴3.1。

为此在实施例中描述了两个可能的布置。这里布置在上面的排气口21布置在旋转轴线的对角平面上。这通过将排气口安装在成角度地倾斜于旋转轴线布置的平面得以实现。因此不仅轴的水平布置中而且垂直布置中都可以通过封闭塞子的开口来实现排气。

在具有向下指向的轴3.1的相反布置中，将使用在示出实施例中下面的排气口。其在排气室4的端部区域中的径向布置具有可能的较易生产的优点。对于轴3.1的不同安装长度，排气室4在每个轴向端部上设计有排气口21和闭塞元件9。

对于具有双密封的轴3.1，图5还示出了构造的双排气装置。其壳体肋的设计和低压区的布置类似于图2和3的描述实现。不同之处在于，两个排气装置在轴向方向上相继地布置并且因此排气室4通过分隔壁22相对限制。每个排气室4设有排气口21和闭塞塞子9。该室在分隔壁面23的区域中通过插入件24分成两个室2.1和2.2。这在统一的壳体毛坯的情况下可以通过简单的切削加工来实现。对于室2.2的靠近旋转轴线的肋12(此处不可见)这要求径向的缩短，以便能够从室2.1安装插入件24。通过肋的简单延长可以调节必须的缝隙宽度。

在其中这里所使用的以滑环密封形式的轴密封中，停滞的壳体环被保持在插入件24中。这里最靠近驱动侧的轴密封具有壳体固定的密封环，该密封环被保持在具有泄漏导出口的插入件25。

图6示出了排气装置的构造，在该构造中与图5中相同的壳体仅被设计有简单作用的轴密封。因此省略了在液体引导室2的区域中的分割壁22的加工。两个排气室4借助于安装在分隔壁面23中的孔26连接并且因此被改变为大的共同排气室4。通过这个通过闭塞元件9可控制的孔26可以实现排气。

这个解决方案的主要优点在于，其可以没有问题地作为铸件被生产以及切削加工仅在用于轴承盖、端口或排气孔的壳体口的区域中是必要的。此外统一的轴构造形式可以被用于两个不同的实施例。

参考标记列表

Claims (1)

1.排气装置，包括具有室的壳体，该室具有布置在其中的旋转构件，轴承结构和/或轴密封，其中在室中安装有至少一个利用自由的肋端在形成与旋转轴线平行的缝隙下到达旋转构件的肋，并且用于液体的排气室被布置在缝隙之后，

其特征在于，

在室（2）中与缝隙具有间距地以及相对于缝隙布置有用于分配缝隙射束（17）的射束分离-壁面（18），并且在到射束分离-壁面（18）上的缝隙－突起（B）的侧向间距中其设有到排气室的一个或者多个连接口（15）。

2. 根据权利要求1的排气装置，其特征在于，所述旋转构件是轴。

3. 根据权利要求1的排气装置，其特征在于，所述肋（12）作为靠近旋转轴线的第一壳体肋在形成加速缝隙（14）下紧贴地到达旋转构件（3）。

4. 根据权利要求1-3之一的排气装置，其特征在于，射束分离-壁面（18）与由加速缝隙（14）射出的缝隙射束（17）成角度（α）地被布置。

5. 根据权利要求4的排气装置，其特征在于，射束分离-壁面（18）与由加速缝隙（14）射出的缝隙射束（17）在法线方向上被布置。

6. 根据权利要求4的排气装置，其特征在于，射束分离-壁面的选择的倾斜处于相对于缝隙射束（17）的法线的锐角（α）的尺寸布置中。

7. 根据权利要求3的排气装置，其特征在于，射束分离-壁面（18）被构造为远离旋转轴线的壳体壁或者第二壳体肋（26）的部件。

8. 根据权利要求1至3之一的排气装置，其特征在于，射束分离-壁面（18）关于旋转构件（3）并且在横截面中观察布置为不与旋转构件相交。

9. 根据权利要求3的排气装置，其特征在于，限制加速缝隙（14）的靠近旋转轴线的第一壳体肋（12）和射束分离-壁面（18）在室（2）的空间的壳体象限I的内部被布置。

10. 根据权利要求7的排气装置，其特征在于，第一和第二壳体肋（12、26）的自由端具有相反的延伸方向。

11. 根据权利要求3的排气装置，其特征在于，低压室（11）形成在第一壳体肋（12）和射束分离-壁面（18）之间的室（2）中以及在缝隙射束（17）的远离旋转轴线的侧上。

12. 根据权利要求11的排气装置，其特征在于，低压室（11）离开旋转构件（3）延伸。

13. 根据权利要求1至3之一的排气装置，其特征在于，远离旋转轴线的射束分离-壁面（18）形成排气室（4）的壁。

14. 根据权利要求1至3之一的排气装置，其特征在于，设置有射束分离-壁面（18）的壳体壁或者第二壳体肋（26）形成排气室（4）的壁。

15. 根据权利要求11的排气装置，其特征在于，关于旋转轴线（10），低压室（11）布置在靠近旋转轴线的第一壳体肋（12）和远离旋转轴线的排气室（4）之间。

16. 根据权利要求15的排气装置，其特征在于，射束分离-壁面（18）和/或其在连接口（15）的方向上布置的延长部处在限制低压室（11）的射束分离的内壁（18.1）上并且在低压室（11）中旋转的涡流（19）的分流（28）沿着射束分离的内壁（18.1）流入排气室（4）中。

17. 根据权利要求1至3之一的排气装置，其特征在于，排气室（4）设有排气口（21）。

18. 根据权利要求1至3之一的排气装置，其特征在于，在轴向上相继布置两个或更多个排气装置并且每个排气室（4）都设有排气口（21）。

19. 根据权利要求18的排气装置，其特征在于，在两个排气室（4.1，4.2）之间布置有分隔壁（22）并且在分隔壁（22）和外壁之间的T形连接区域中布置有排气口（21）。

20. 根据权利要求19的排气装置，其特征在于，在排气室（4，4.1，4.2）的轴向的端部区域上布置有与旋转轴线（10）成角度延伸的排气口（21）。

21. 根据权利要求19的排气装置，其特征在于，排气室（4，4.1，4.2）是壳体（1）的整体的组成部分或者单独的组成部分。

22. 根据权利要求3的排气装置，其特征在于，围绕旋转构件（3）的室（2）完全或者部分地具有螺旋形的内轮廓（16）。

23. 根据权利要求22的排气装置，其特征在于，室（2）的周围壁面完全或者部分地具有螺旋形的内轮廓（16）。

24. 根据权利要求22的排气装置，其特征在于，靠近旋转轴线的第一壳体肋（12）在内轮廓（16）的螺旋形发展的室中在空间的壳体象限I的区域中被布置，其关于旋转轴线（10）具有最大的径向延伸。