CN102536872B - 具有径向密封间隙和固定耐磨环的用于流体的致流机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于流体的致流机(10)，其包括形成在致流机的定子部件(4，4a，4b)和封闭的叶轮(3)之间的径向密封间隙(9)，以固定方式布置的至少一个耐磨环(5)设置在密封间隙处，并具有面向叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面。同心地延伸的凹部(6)以径向间隙或径向切口的形式形成在耐磨环(5)中，凹部(6)起始于侧表面之一，沿轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的五分之一，且耐磨环(5)由金属、硬金属或陶瓷材料制成。

Description

具有径向密封间隙和固定耐磨环的用于流体的致流机
技术领域
本发明涉及根据技术方案1的前序部分的具有径向密封间隙和以固定方式布置的耐磨环的用于流体的致流机和涉及根据技术方案8的前序部分的用于这种致流机的耐磨环。
背景技术
在致流机中，在叶轮和定子部件之间设置径向密封间隙，这些径向密封间隙通常设计成紧密在一起，以保持小的流损失。在500巴和更高的操作压力的应用中，因在外侧施加给级壳体的压力和/或因各级壳体之间存在的轴向压力差，壳体发生变形，定子部件遭受弯曲载荷，且定子部件发生显著变形，尤其在第一和第二级。定子部件在叶轮的入口区域和泵轴的附近的变形通常产生以下结果，即径向密封间隙在操作时变窄，且径向密封间隙的间隙宽度在最狭窄处减小至其原始尺寸的一部分。
如果叶轮和定子部件在特定操作状态下例如在致流机启动时接触，那么这可能导致定子部件和/或叶轮的过早磨损和密封间隙的不希望的变宽。如果流体包含固体，那么这可能又导致在狭窄的密封间隙内增加的磨损。由此变大的密封间隙会将致流机的效率损害至不能容忍的明显程度。密封间隙的预防性加宽因此也并非经济的解决方案。
如果主要轴向变形现象和因此根据致流机的实施例产生的定子部件的弯曲载荷，那么在间隙的轴向上间隔加宽或变窄。由于所采用的喷射效应可能导致不希望的流现象，其也导致效率的降低。致流机特性的不稳定可能产生更多负面效应。
为了应对密封间隙的不希望的加宽，由耐磨损材料制成的保护层和/或自支撑耐磨环因此被用于密封间隙中。这种耐磨环确实具有高耐磨损性；然而，因为它们的耐磨损性，它们仅能够被制造成简单的形状。这种耐磨环的低弹性是另一缺陷。在高压力下，定子部件的变形可能产生以下结果，即狭窄的密封间隙收缩至允许的程度以下或甚至跨接，可能导致密封间隙的过早加宽或甚至在具有耐磨环的情况下损坏致流机。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于流体的致流机，其包括位于定子部件和叶轮之间的径向密封间隙，该致流机可用于500巴和更高的操作压力，且不会因操作压力造成密封间隙的过早加宽。本发明的另一目的在于提供一种用于这种致流机的耐磨环。
根据本发明，以上目的通过技术方案1限定的致流机和通过技术方案8限定的耐磨环达成。
根据本发明的用于流体的致流机包括径向密封间隙，径向密封间隙形成在致流机的定子部件和封闭的叶轮之间，以固定方式布置的至少一个耐磨环设置在密封间隙处，并具有面向叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面。同心地延伸的凹部以径向间隙或径向切口的形式形成在耐磨环中，凹部起始于侧表面之一，其轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的五分之一，且耐磨环由金属、硬金属或陶瓷材料制成。此处，耐磨环的轴向长度始终理解为耐磨环的总的轴向长度。
致流机例如可为泵、离心泵、径向流泵或涡轮，致流机或泵或涡轮能够根据需要设计成用于大于240巴或大于360巴的操作压力。
耐磨环例如可通过冷缩配合或焊接连接或锡焊连接或螺纹连接或这些连接的组合连接于定子部件。
在致流机的优选实施例变体中，耐磨环的外侧在一侧连接到定子部件上，而在耐磨环和定子部件之间在耐磨环的沿轴向的另一侧形成有径向间隙，该径向间隙的轴向长度大于耐磨环的轴向长度的四分之一或三分之一。典型地，耐磨环中的凹部起始于耐磨环在外侧连接至定子部件的一侧。
在致流机的另一优选的实施例变体中，耐磨环布置在叶轮的入口，且因此通常耐磨环中的凹部也布置在叶轮的入口，耐磨环在此处围绕叶轮。
本发明进一步包括用于具有径向密封间隙的用于流体的致流机的耐磨环，该径向密封间隙形成在定子部件和封闭的叶轮之间，耐磨环具有使用时面向叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面，耐磨环使用时设置成用于固定布置在密封间隙处。同心地延伸的凹部以径向间隙或径向切口的形式形成在耐磨环中，凹部起始于侧表面之一，其轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的五分之一，且耐磨环由金属、硬金属或陶瓷材料制成。此处，耐磨环的轴向长度始终理解成耐磨环的总的轴向长度。在优选实施例中，耐磨环一体成型。
耐磨环典型地是旋转对称的。在优选的实施例变体中，耐磨环在内侧和/或在外侧形成为圆柱形。在另一优选的实施例变体中，耐磨环的内侧具有表面结构，该表面结构是例如周向设计的凹槽或滚花或蜂窝结构的形式，和/或耐磨环的内侧被打磨或抛光。
而且，凹部能够在轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的三分之一或二分之一。凹部通常在端部其横截面是圆的，例如圆弧或半圆的形式。在另一优选的实施例中，耐磨环在外侧具有减小的长度。
耐磨环的材料典型地具有小于15×10-6/°C的热膨胀系数。
根据本发明的致流机和耐磨环具有以下优点：得益于形成在耐磨环中的凹部，耐磨环的弹性属性可被改善。这在耐磨环由弹性相对较差的材料诸如硬金属或陶瓷材料制成时尤其有益。得益于耐磨环的改善的弹性属性，径向和轴向变形现象在操作时得以补偿，使得密封间隙被设计成比较紧密在一起，而在大于300巴的操作压力下定子部件不变形，其中定子部件的变形会导致定子部件和/或叶轮过早磨损或甚至损坏。而且，通过根据本发明的耐磨环设计，可降低因定子部件的径向和轴向变形造成的致流机特性的不稳定。
以上关于实施例的描述仅用作举例。可根据优选技术方案和附图发现其它优选的实施例。而且，描述的或图示的实施例和变体中的单个特征还可在本发明的框架内彼此组合而形成新的实施例。
附图说明
下面参照实施例和附图更详细地解释本发明。附图中：
图1为根据本发明的致流机的实施例的纵向截面图；
图2为根据本发明的致流机的实施例的详细视图；以及
图3为根据本发明的耐磨环的实施例的详细视图。
具体实施方式
图1显示根据本发明的致流机10的实施例的纵向截面图。图示的用于流体的致流机10包括径向密封间隙9，径向密封间隙9形成在致流机的定子部件4a，4b和封闭的叶轮3之间，其中，以固定方式布置的至少一个耐磨环5，5'设置在密封间隙9处，并具有面向叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面。同心地延伸的凹部6以径向间隙或径向切口的形式形成于耐磨环5，5'中，凹部6起始于侧表面之一，其轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的五分之一，且耐磨环5，5'由金属、硬金属或陶瓷材料制成。
致流机10可能根据需要进一步包括以下构件中的一个或更多：壳体1，例如图1所示的桶式壳体；级壳体1'；邻接叶轮3的流通道的引导元件；在彼此相邻的两个级之间的交叉通道；轴2，其上布置有一个或多个叶轮，且其可旋转地支撑在壳体中；密封件(图1未显示)，用于相对于壳体1密封轴2；泵入口或泵出口。
致流机10例如可为泵，具体如图1所示，可为多级泵、离心泵、径向流泵或涡轮，该致流机或泵或涡轮能够根据需要被设计成用于大于240巴或大于360巴的操作压力。
耐磨环5，5'例如可通过冷缩配合或焊接连接或锡焊连接或螺纹连接或这些连接的组合连接于定子部件4a，4b。
在致流机10的另一优选的实施例变体中，耐磨环5，5'且因此典型地耐磨环中的凹部6布置在叶轮3的入口，耐磨环在此处围绕叶轮。
以下将结合图2解释致流机10的另外的优选的实施例。耐磨环5，5'的可能的实施例变体将结合图3解释。
图2显示根据本发明的致流机10的实施例的详细视图。详细视图显示的用于流体的致流机包括径向密封间隙9，径向密封间隙9形成在致流机的定子部件4a，4b和封闭的叶轮3之间，其中以固定方式布置的至少一个耐磨环5设置在密封间隙9处，且具有面向叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面。同心地延伸的凹部6以径向间隙或径向切口的形式形成于耐磨环5中，凹部6起始于侧表面之一，其轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的五分之一，且耐磨环5由金属、硬金属或陶瓷材料制成。
致流机10能够根据需要进一步包括以下构件中的一个或更多：壳体1，例如桶式壳体；级壳体1'；轴2，其上布置有一个或多个叶轮，且其可旋转地支撑在壳体中；密封件(图2未显示)，用于相对于壳体1密封轴2。
致流机10例如可为泵，具体如图2所示，可为多级泵、离心泵、径向流泵或涡轮，该致流机或泵能够根据需要设计成用于大于240巴或大于360巴的操作压力。
耐磨环5例如可通过冷缩配合或焊接连接或锡焊连接或螺纹连接或这些连接的组合连接于定子部件4a，4b。
在致流机10的优选实施例变体中，耐磨环5的外侧7在一侧连接到定子部件4a，4b，而在耐磨环和定子部件之间的耐磨环的轴向的另一侧形成有径向间隙8，径向间隙8的轴向长度大于耐磨环的轴向长度的四分之一或三分之一。典型地，耐磨环5中的凹部6起始于耐磨环的外侧连接到定子部件的一侧。
在致流机10的另一优选实施例变体中，耐磨环5布置在叶轮3的入口，且因此典型地耐磨环中的凹部6也布置在叶轮3的入口，耐磨环在此处围绕叶轮。如果需要，可在叶轮的盖板上设置耐磨损保护层，所述盖板与耐磨环5一起形成密封间隙9，或者如果被传输的流体例如包含磨耗性固体，那么可设置紧固到叶轮上的耐磨环。
有利的是，耐磨环5的凹部6至少部分地被定子部件4a，4b覆盖。
耐磨环5的可能的实施例变体将结合图3来描述。
图3显示了根据本发明的耐磨环的实施例在安装状态下的详细视图。根据本发明的耐磨环5用于具有径向密封间隙9的用于流体的致流机，径向密封间隙9形成在定子部件4和封闭的叶轮3之间，耐磨环5具有使用时面向叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面，且耐磨环5使用时设置成固定布置在密封间隙9处。同心地延伸的凹部6以径向间隙或径向切口的形式形成在耐磨环5中，凹部6起始于侧表面之一，其轴向延伸超过耐磨环的轴向长度的五分之一，且耐磨环5由金属、硬金属或陶瓷材料制成，例如由耐磨损材料诸如氮化硬化铸钢或例如可包括金属氧化物、碳化钨或金刚砂的陶瓷材料制成。耐磨环的材料典型地具有小于15×10-6/°C的热膨胀系数。在优选实施例中，耐磨环5一体成型。
耐磨环5典型地是旋转对称的。在优选的实施例变体中，耐磨环5在内侧和/或外侧形成为圆柱形。在另一优选的实施例变体中，耐磨环5的内侧具有表面结构，表面结构例如是周向设计的凹槽或滚花或蜂窝结构的形式，和/或耐磨环5的内侧被打磨或抛光。
而且，凹部6能够在轴向上延伸超过耐磨环的轴向长度的三分之一或二分之一。凹部6通常具有例如平行于耐磨环的轴线延伸的内壁和外壁。凹部6典型地在端部其横截面是圆的，例如圆弧或半圆的形式。在另一优选的实施例中，耐磨环5在外侧7比在内侧短。
得益于形成在耐磨环中的凹部，耐磨环的弹性属性被改善，且在以固定方式布置的耐磨环和叶轮之间的密封间隙可因此设计成与没有凹部的情况相比更紧密地在一起。因此能够设计理想效率的密封间隙，和提供经济的致流机，在该致流机中，叶轮和/或定子部件或耐磨环的磨损在大于300巴的操作压力下与该压力范围的传统致流机相比较低。

Claims (22)

1.一种用于流体的致流机(10)，具有形成在定子部件(4，4a，4b)和封闭的叶轮(3)之间的径向密封间隙(9)，其中以固定方式布置的至少一个耐磨环(5，5')设置在所述密封间隙(9)处，并具有面向所述叶轮(3)的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面，其特征在于，同心地延伸的凹部(6)以径向间隙或径向切口的形式形成在所述耐磨环(5，5')中；所述凹部(6)起始于所述侧表面中的一个，沿着轴向延伸超过所述耐磨环的轴向长度的五分之一；且所述耐磨环(5，5')由金属或陶瓷材料制成，其中，所述耐磨环(5，5')的外侧(7)在一侧直接连接于所述定子部件(4，4a，4b)，且在所述耐磨环(5，5')和所述定子部件(4，4a，4b)之间所述耐磨环的沿轴向的另一侧形成有径向间隙(8)，所述径向间隙(8)的轴向长度大于所述耐磨环的轴向长度的四分之一。
2.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述径向间隙(8)的轴向长度大于所述耐磨环的轴向长度的三分之一。
3.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述金属是硬金属。
4.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述致流机(10)为泵。
5.根据权利要求4所述的致流机，其特征在于，所述泵为离心泵或径向流泵。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的致流机，其特征在于，所述致流机(10)设计成用于大于240巴的操作压力。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的致流机，其特征在于，所述致流机(10)设计成用于大于360巴的操作压力。
8.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述耐磨环(5，5')通过冷缩配合和/或焊接连接和/或螺纹连接而连接于所述定子部件(4，4a，4b)。
9.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述耐磨环(5，5')通过冷缩配合和/或锡焊连接和/或螺纹连接而连接于所述定子部件(4，4a，4b)。
10.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述耐磨环(5，5')中的所述凹部(6)起始于所述耐磨环的外侧连接到所述定子部件(4，4a，4b)的一侧。
11.根据权利要求1所述的致流机，其特征在于，所述耐磨环(5，5')布置在所述叶轮(3)的入口，并在此处围绕叶轮(3)。
12.一种用于致流机的耐磨环(5，5')，所述致流机是具有径向密封间隙(9)的用于流体的致流机，所述径向密封间隙(9)形成在定子部件(4，4a，4b)和封闭的叶轮(3)之间，所述耐磨环(5，5')具有在使用中面向所述叶轮的内侧、外侧和两个轴向隔开的侧表面，并且所述耐磨环(5，5')设置成在使用时固定布置在所述密封间隙(9)处，其特征在于，同心地延伸的凹部(6)以径向间隙或径向切口的形式设置在所述耐磨环(5，5')中；所述凹部(6)起始于所述侧表面之一，沿轴向延伸超过所述耐磨环的轴向长度的五分之一；且所述耐磨环(5，5')由金属或陶瓷材料制成，其中，所述耐磨环(5，5')的外侧(7)在一侧直接连接于所述定子部件(4，4a，4b)，且在所述耐磨环(5，5')和所述定子部件(4，4a，4b)之间所述耐磨环的沿轴向的另一侧形成有径向间隙(8)，所述径向间隙(8)的轴向长度大于所述耐磨环的轴向长度的四分之一。
13.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述径向间隙(8)的轴向长度大于所述耐磨环的轴向长度的三分之一。
14.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述金属是硬金属。
15.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述耐磨环(5，5')一体成型。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的耐磨环，其特征在于，所述耐磨环(5，5')是旋转对称的。
17.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述耐磨环(5，5')在内侧和/或在外侧形成为圆柱形。
18.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述凹部(6)沿轴向延伸超过所述耐磨环的轴向长度的三分之一。
19.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述凹部(6)沿轴向延伸超过所述耐磨环的轴向长度的二分之一。
20.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述耐磨环(5，5')在外侧(7)具有减小的长度。
21.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述耐磨环(5，5')的内侧具有表面结构，所述表面结构是周向设计的凹槽或滚花或蜂窝结构的形式，和/或所述耐磨环(5，5')的内侧被打磨或抛光。
22.根据权利要求12所述的耐磨环，其特征在于，所述耐磨环(5，5')的材料具有小于15×10-6/℃的热膨胀系数。
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