CN102297136A - 具有热交换器的特种泵和系统 - Google Patents

Abstract

具有热交换器的特种泵和系统，具有由齿轮组件驱动的流体泵。流体泵具有泵壳和内侧盖，当二者相互连接在一起时形成流体通道。齿轮组件在传动过程中使用润滑剂，而且润滑剂是通过从齿轮组件中泵送通过在内侧盖中的润滑剂通道，然后循环回到齿轮组件中用于进一步使用而进行冷却。除了冷却润滑剂之外，系统加热流体泵和/或通过流体泵的流体。

Description

具有热交换器的特种泵和系统

技术领域

本发明构思总体涉及流体泵和热交换系统，更具体地来说，涉及与用于流体泵的动力系统的润滑剂产生相互作用的流体泵。

背景技术

齿轮箱，包括给流体泵提供动力的齿轮箱，装有用于传递机械动力的各种齿轮。一般地，为了减少摩擦力，在密封齿轮箱内部的齿轮周围环绕有油或者其他润滑剂。在运行过程中机械功率的传递在齿轮，齿轮箱，和油或其他润滑剂内部产生热量和摩擦力。齿轮箱内部过热，尤其是持续过热可能是灾难性的，导致润滑剂故障和齿轮、齿轮转换(gear exchange)、轴承和齿轮箱失效。因此，已经作出各种努力以减少齿轮箱内部的热量。

用于减少齿轮箱内部热量的一种系统包括直接在齿轮箱内部引入冷却剂源。这种系统可以包括使用铜管插入齿轮箱腔内部。冷却剂例如是泵送的冷却水或其他冷却液体，有时连续地穿过铜管以冷却齿轮箱的内部。

除上述技术以外，其它的一些系统，例如在Ruthy等人在美国专利号6,997,238中示出的组件，泵送冷却流体到齿轮箱冷却盘，冷却流体通过齿轮箱冷却盘冷却齿轮箱的外壳，并因此冷却齿轮箱内的润滑剂。也存在其他的系统用于冷却用在消防泵的运行中使用的齿轮箱传动的油。

虽然现有技术已经提供了油润滑冷却系统的示例，但总是有进一步改进的空间。

发明内容

本发明的构思涉及一种特种泵以及一种热交换装置。这种特种泵是离心泵，其具有壳体，壳体部分地限定流体通道，以及内侧盖，其连接到壳体且部分地限定流体通道，其中内侧盖具有公共壁，其部分地限定润滑剂或油通道，公共壁将润滑剂通道与流体通道分离开。与其他的系统不同，本装置包括使用泵来冷却给自身提供动力的润滑剂。

本发明另一方面的热交换系统包括齿轮箱，其具有润滑剂腔、润滑剂泵和特种水泵，其中润滑剂通过润滑剂泵从润滑剂腔泵送到特种泵，通过与水泵水路具有公共壁的路径并回到润滑剂腔。与现有技术的泵和热交换装置以及使用和制造这些装置的方法相比，发明人实现了本发明设备和系统以及使用和制造该设备的方法的优点。

本发明的一个目的是提供一种热交换装置，其通过泵送润滑剂使其通过水泵的通道来冷却润滑剂(例如，油)。

本发明的一个目的是提供一种热交换装置，其通过泵送热的润滑剂使其通过流体泵的壳体(或通道)来加热和因此防止流体泵(和在其中的流体)的冻结。

本发明的一个目的是提供一种热交换装置，其用于冷却润滑剂和加热流体泵，并消除了在流动的润滑剂和流过流体泵的另一流体之间提供密封的需要。

本发明的一个目的是提供热交换装置，用于冷却油，其中消防泵用作热交换装置的一部分。

本发明的一个目的是提供一种泵，在其自身内部具有热交换部件并冷却来自齿轮箱用于给自身提供动力的油。

本发明的一个目的是提供一种泵，具有与水泵的水路共用壁的润滑剂通道，用于循环和冷却润滑剂。

上述本发明的概要并非旨在描述本发明的每个图示的实施例，方面或者每个实施方式。随后的附图和具体实施方式将更详细的说明本发明的这些及其他实施例和另外的方面。

附图说明

结合附图并考虑到本发明的各个实施例的以下描述，本发明可以更完整地理解，其中：

图1是本发明的实施例的透视图。

图2是本发明实施例的特种泵的透视图，其中为了清楚的显示，泵的一部分被移去。

图3是本发明的零件的立体图。

图4是沿图3中4-4线截取的本发明的部分零件的透视剖面图。

图5是本发明的零件的侧视图。

图6是沿图5中6-6线截取的本发明的零件的透视剖面图。

尽管本发明能够作出各种修改和变形，其特定的结构已经在附图中的示例中示出，并将在说明书中详细描述。然而，应当理解的是，本发明的意图不限于在发明描述的特定的实施例。

具体实施方式

本发明涉及一种特种流体泵(specialty fluid pump)12，以及包括泵12的热交换系统。系统10包括齿轮箱30、润滑剂(油)泵40和特种流体泵12，齿轮箱30具有带有润滑剂例如油的腔体，其中限定为室。润滑剂例如是油通过油泵40泵送，从润滑油室穿过泵12的通道54，并返回到齿轮箱30内的润滑油室，通道54与水泵12的水路60共用公共壁53。使用油作为润滑剂是优选的，并且可以使用其他任何能够适当润滑齿轮箱30及其内容物的滑剂。

一般地，驱动离心泵12的齿轮箱的齿轮具有保持齿轮传动流畅的润滑系统。典型地，齿轮会导致齿轮箱30中的油飞溅以有效地润滑该系统。然而当需求大功率的系统时，这种飞溅润滑可能不足以提供足够的冷却/润滑效果。在本系统中，润滑油系统中的油可以从顶端部分，例如在齿轮箱30的第一位置32，施加到齿轮上，并且在重力的作用下，油可以汇聚到底部部分，如齿轮箱30的第二位置34。由于齿轮箱30内部的齿轮传动系统的运行会产生的热量，流过润滑油系统的油可能被加热，如果油没有被冷却，将会被加热到不希望的温度，导致油的降解/损耗以及会导致齿轮或其他组件的过度磨损。本发明的油泵热交换系统10可以在油温达到不希望的温度之前启动以冷却油。

如图1所示，齿轮箱30连接到水泵12(例如，消防泵20)，其中齿轮箱30的齿轮可以和其他的活动件一起作用以运行消防泵20。齿轮箱30可以是为设备所用的常规的种类，其中的各个齿轮和轴相互转换(interchange)或连接。齿轮箱30也可以是使用在消防车或消防设备中的齿轮箱。齿轮箱30设计用来给水泵12，例如是使用在消防车上用于灭火的水泵，提供动力。齿轮箱30包括润滑油系统以保证齿轮箱30内部的齿轮和轴保持良好的润滑。润滑系统从齿轮箱30的顶端部分将油施加到齿轮箱30的齿轮，并允许油汇聚到齿轮箱30的底部部分(例如齿轮箱内的在第二位置)，在此可以通过油泵40排出。

油泵40将齿轮箱30的油泵送到和穿过消防泵20以冷却被加热的油。如图1所示，油泵40可以包括供应管48，油泵毂(hub)42和排出管49。油泵40可以从齿轮箱30中泵送加热的油，穿过第一供应管48a到达油泵毂42，和从油泵毂42通过第二供应管48b泵送到消防泵20。

一旦加热的油已经被泵送到消防泵20，加热的油穿过位于外部部分的进油口50或者穿过内侧盖(inboard head)52的外壁表面52a进入消防泵20。内侧盖52构成水泵12铸造外形的一部分；另一部分包括泵壳22。另外的部分可以包括外侧盖84(outboard head)(见图2)。内侧盖52，泵壳体22和外侧盖84连接在一起构成消防泵20。盖52和壳体22是典型地通过螺栓74连接。叶轮78定位在离心泵20内部，其(通过来自使叶轮轴82旋转的齿轮箱30的动力)旋转并推动流体穿过流体通道60，离开排出口68。例如，排出口68排出的流体是用于消防目的的高压流体。

内侧盖52包括外壁表面52a和内壁表面52b。外壁表面52a是内侧盖52的一部分，其不与在泵20的流体通道60中循环的水或其他流体相接触。通道60接收从旋转叶轮78排出的水或流体。水或流体围绕泵壳22的内侧循环是现有技术已知的。通道60包括通道60’，其总体地限定沿着叶轮侧壁78延伸(span)的通道，如图2所示。通道60’大体由侧壁78，壳体22和壁表面52b限定。内壁表面52b是内侧盖52的一部分，其至少部分地与在泵20的流体通道60’中循环的水或其他流体相接触。可以理解的是与通道60连通的流体也与通道60’连通。

内侧盖52包括公共壁53。公共壁53包括内壁表面52b的一部分和第一侧内壁表面62(见图4)。公共壁53部分地限定流体通道60’。公共壁53部分地限定内部油通道54。第二侧内壁表面65(见图6)被定位成大体与壁表面62相对并部分地限定油通道54。内侧盖52形成密封并优选与泵壳22形成气密封。内壁部分52b′邻接泵壳22以形成密封配合。内侧盖52的台肩(shelf)55也与泵壳22邻接以形成密封。如图2所示，叶轮77包括密封肋80，其从叶轮侧壁78伸出并沿叶轮侧壁延伸。密封环76接收叶轮77的密封肋80并在泵12的排出部分和泵12的吸入部分或低压部分之间密封流体。在叶轮77的运行期间密封肋80通过密封环76旋转。

公共壁53允许在内部油通道54和流体通道60、60’之间的热传递。当加热的油通过通道54以及冷却流体通过通道60’的时候热量通过壁53进行交换。可以理解的是热传递的结果是循环穿过通道54的油被冷却以及循环穿过通道60’的流体被加热。在这种情况下，传热包括降低通过通道54的加热的油的温度。通道60’内部流体的温度低于通道54内部的油的温度。从排出口56排出的油的温度低于油通过口50进入时的温度。

一旦加热的油通过入口50进入内侧盖52，油可受到油泵40的压力以及从其他来源的压力，穿过内部油通道54。通常，油可以沿着如图6所示的箭头66所指的方向循环。肋72促进了沿箭头66的方向的油的流动。一旦油在内部油通道54中循环和被冷却(即，热能从油中移走)，油可以通过出油口56从内侧盖52排出并且通过油泵40和排出管49被泵送到齿轮箱30，这里的冷却油可以再次进入齿轮箱30的润滑系统。排出管49可以连接在出口56。如图1所示，排出管49可以连接到齿轮箱30的上部(即，在齿轮箱30内的第一位置32)以允许油在齿轮箱30内部向下流动。当加热的油沿着壁53流过通道54且当冷却水/流体沿着壁53流过流体通道60时，热量在公共壁53附近进行交换。

图2-6显示了包括泵壳体22的消防泵20的各部分的不同视图，其中泵壳体22与内侧盖52连接。内侧盖52包括3个口，进油口50，出油口56和排油口58，如图2和3所示。增加或减少口均可使用。口50，56，和58在内侧盖52的铸造过程中定位在如图所示的位置上。

使用专门铸造工艺以形成油通道54。特别是，沙、泡沫或其他的造型元件在模子内配置成通道54的形状，用于制造内侧盖52。当盖52的铸造完成时，沙，泡沫或其他的造型元件穿过口50，56和58移除(或蒸发)。可以理解的是，通道54是现场浇铸或使用“现场浇铸”的方法。申请人优选将沙移除口定位成与有效的油口50、56和58相一致。口50、56、58也可以定位在不同的位置，然而申请人有利地将口58定位在内侧盖52相对较低的位置以用于排出的目的，同时为了使通道54的行程最大化将口50和56定位在上部位置。

从图中可以理解的是，通道54基本围绕内侧盖52的中心延伸。在一方面，通道54可以定位在内侧盖52内的基本环形的路线上。也可以理解的是，通道54可以使用其他的方位而且路径也不必限定在图中示出的方位。优选地，通过通道54行进的路径方位和公共壁53的内壁表面52b的表面面积被配置成或最大化以允许在通道54内的油和通道60’内的流体之间的最大的热传递。尽管使用较大或较少的行程，通道54可接近大约360度的行程。如图6所示，通道54的行程是沿逆时针方向从基准线T1延伸至基准线T2。如图中所示的通道54的行程是大于大约270度。可以理解的是通道54的行程也可以小于270度。如图3所示，通道54从口50到口56的行程D1沿顺时针方向从基准线P2延伸至基准线P1。口50，56，58可以提供通往和来自内部油通道54的通路。更具体地，口50、56、58可以是通往和来自油通道54的油入口点。口50、56、58可以连接到各种管或其他装置以便于将加热的油传输到内部油通道54并从内部油通道54传输冷却的油。具体地，当系统10没有使用时，排油口58可以用来冲洗或清洁油通道54的内部。

内侧盖52可以由能将内侧盖52形成为整体材料件的任何方法形成；例如，内侧盖52可以由模制或铸造的方法形成。内侧盖52可以具有外壁表面52a和内壁表面52b。内侧盖52的口50、56、58定位在外壁表面52a上的特定结构可以允许加热的油通过内侧盖52进行冷却。代替需要将加热的油流过单独的或附加的换热器，申请人制造了作为换热器运行的特种泵12。水泵12成为热交换器以冷却用于给水泵12提供动力的传动装置的油。

使用内部具有油通道54的泵12允许将热油布置成与冷却水相对紧密接触，而油和水之间没有事实上的混合(即，避免二者之间的物理接触)。替代油在泵的外表面运行，需要密封件或者垫圈的情况，油穿过被定位成与泵的流体通道60、60’紧密接触的专门的油通道54进行输送。如图4和图6所示，油通道54与泵12的内侧盖52整体形成。不需要单独的或附加的热交换装置。公共壁53在加热的油和冷却水之间形成直接的壁(direct wall)。公共壁53可以是主要的热交换场所，当热的油在公共壁53第一侧62上的内部油通道54中流过时，冷的流体(例如，水)可以沿着公共壁53的第二侧64的流体通道60’流过。此外，由于油穿过内部油通道54进行循环，加热油可以被冷却并且消防泵20(和通道60内部的流体)可以被加热。在一些温度情况下，通道60’内部液体的加热会帮助避免通道60’内部的液体的冻结或使通道60’内部的液体的冻结减到最小。公共壁53可以是厚的且其结构应适合于使用在消防目的的大功率液体泵。可以理解的是公共壁53可以具有不同的厚度以为了适应不同的热交换率。同样可以理解的是，公共壁53的长度和结构可以变化使得通道54可以根据结构和体积以及暴露至流体通道60’的表面面积对尺寸进行改变。

本发明的另一方面包括一种热交换系统的齿轮箱中的油的冷却方法，其中系统包括由齿轮箱提供动力的流体泵，并且其中流体泵包括如上所述的泵20的特征。本发明的另一方面包括给热交换系统的流体泵(和泵内部的流体)加热，其中系统包括由系统的齿轮箱提供动力的流体泵。加热方法可进一步包括将油从齿轮箱的腔内部的第一位置输送到流体泵20和将油输送通过流体泵，并使通过流体泵的流体加热和将油从流体泵输送到齿轮箱的腔内部的第二位置。

内侧盖52也可以作为连接到离心泵壳体22上的加热板52，用于提供与公共壁53相接触的加热流体，以加热离心泵20和从其通过的流体，其中公共壁53形成通过离心泵壳体22的流体通道60’。

在此使用的术语和描述是仅用于解释而并不作为限制。本领域技术人员将会认识到在下面的权利要求书以及它们的等同权利要求中限定的本发明的精神和范围之内可能有许多变形，其中除非另外具体地指出，所有的术语应被理解为其可能的最宽含义。特别的，尽管在此示出的和详细描述的带有换热器和系统的特种泵完全能够实现本发明的上述描述的方面，应理解，这是本发明目前优选的实施例，因此，其是本发明预期的宽泛主题的代表，本发明的范围完全包括其他的实施例，该其他实施例对本领域的技术人员来说是显而易见的，并且本发明的范围仅仅是根据附加的权利要求书进行限定，其中除非明确的说明，以单数的方式引用的构件并不意味着″一个和仅有一个″，而是″一个或多个″。此外，每个装置或方法无需解决通过本发明设法解决的每个问题，这些包括在本发明的权利要求书中。此外，不论元件、部件或方法步骤是否明确地记载在权利要求书中，本发明公开的任何元件、部件或方法步骤都不意味着贡献给公众。除非要件明确使用词组″装置用于″来进行描述，否则不能根据35U.S.C.第112条第6款对在此权利要求中的要件进行解释。

Claims (16)

1.一种离心泵，其特征在于包括：

壳体，所述壳体部分地限定流体通道；和

内侧盖，所述内侧盖连接到所述壳体并部分地限定所述流体通道；

所述内侧盖具有公共壁，所述公共壁部分地限定油通道，所述公共壁将所述油通道与所述流体通道分隔开。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于所述油通道是现场浇铸的。

3.如权利要求1所述的泵，其特征在于所述内侧盖进一步包括：

与所述油通道相连通的进口；和

与所述油通道相连通的出口。

4.如权利要求3所述的泵，其特征在于所述的通道具有从所述进口到所述出口的行程，所述行程大于45度的旋转。

5.如权利要求3所述的泵，其特征在于所述内侧盖进一步包括排油口。

6.一种离心泵，其特征在于包括：

齿轮箱组件；和

流体泵，所述流体泵包括：

壳体；

内侧盖，其中所述壳体和所述内侧盖限定所述流体泵的流体通道；和

由所述内侧盖限定的供油口，且通过所述口能从所述齿轮箱组件接收油。

7.如权利要求6所述的泵，其特征在于进一步包括油泵，所述油泵能将油从所述齿轮箱组件通过供油管泵送到所述内侧盖。

8.如权利要求6所述的泵，其特征在于进一步包括由所述内侧盖限定的油通道，并且所述油通道与所述齿轮箱组件流体连通。

9.如权利要求8所述的泵，其特征在于所述油通道与所述流体通道热连通。

10.如权利要求6所述的泵，其特征在于所述内侧盖包括公共壁，所述公共壁部分地限定在所述内侧盖中的油通道，并且部分地限定所述流体通道。

11.如权利要求6所述的泵，其特征在于所述齿轮箱组件连接到所述内侧盖。

12.如权利要求11所述的泵，其特征在于所述流体泵包括连接到叶轮轴的叶轮，所述叶轮轴通过在所述齿轮箱组件内的齿轮驱动。

13.一种热交换系统，用于冷却配置成驱动离心泵的齿轮箱中使用的润滑剂，其特征在于所述系统包括：

齿轮箱组件；和

流体泵，所述流体泵与所述齿轮箱组件相连接，所述流体泵包括：

壳体；

内侧盖，所述内侧盖具有公共壁，所述公共壁部分地限定在所述内侧盖中的润滑剂通道；和

叶轮，其中所述叶轮和所述公共壁部分地限定所述流体泵的流体通道。

14.如权利要求13所述的热交换系统，其特征在于当加热的润滑剂流过所述润滑剂通道同时较冷流体流过所述流体通道时，在所述公共壁处发生热传递。

15.如权利要求13所述的热交换系统，其特征在于所述润滑剂通道定位在所述内侧盖内的大体圆形的路径上。

16.如权利要求13所述的热交换系统，其特征在于进一步包括润滑剂泵，所述润滑剂泵能将润滑剂从所述齿轮箱组件通过润滑剂供应管泵送到所述内侧盖。

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