CN103444058A - 磁耦合器尤其是磁耦合泵的分离罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁耦合器，尤其是一种磁耦合泵，其具有内转子和外转子，其间设置有分离罐（1），所述分离罐具有凸缘（2）。所述凸缘（2）可借助对接凸缘（7）固定到耦合器组件（6）上，优选地固定到壳体盖（6）上。所述分离罐（1）由陶瓷制成，其中耦合器组件（6）和对接凸缘（7）也可由金属材料构成。有害的应力跃迁或应力峰值和材料热膨胀会引起所述分离罐的损坏，尤其是分离罐凸缘的损坏，或者引起松弛而导致渗漏。因此根据本发明，提出了在凸缘（2）上设置球状凸部（13），所述球状凸部接合在对应的球状凹部（14）中。本发明还提出，在所述凸缘（2）和所述对接凸缘（7）之间设置补偿元件（17）。所述补偿元件（17）能够在其一个端面（18,19）处设置有与球状凸部（13）对应的球状凹部（14）。

Description

磁耦合器尤其是磁耦合泵的分离罐

本发明涉及一种磁耦合器，尤其是一种磁耦合泵，该磁耦合泵具有内转子和外转子，其分别带有磁体，在内转子和外转子之间设置有具有凸缘的分离罐，该凸缘优选借助对接凸缘固定到耦合器组件上，优选地固定到壳体盖上。

磁耦合泵是众所周知的，例如在DE102009022916A1中所描述的。在此，泵的功率从驱动轴经由带有磁体的转子（外转子）无接触地且基本无打滑地被传递至泵侧的磁载体（内转子）。内转子驱动泵轴，该泵轴安置在由输送介质润滑的滑动轴承中，也就是安置在流体动力滑动轴承中。具有其圆柱形壁的分离罐安置在外转子和内转子之间，也就是安置在外磁体和内磁体之间。分离罐以其凸缘与泵组件或者壳体盖连接，并且具有与凸缘对置的封闭的底部。分离罐，即磁耦合泵可靠地将产品空间与环境隔离，以便能够避免产品流出的危险及其它所有与之相关的不利结果。磁耦合泵因此是传统的泵液压装置与磁力驱动系统的组合。该系统利用在两个半耦合器间的磁体的吸引力和排斥力来无接触地且无滑动地传递转矩。分离罐位于两个配设有磁体的转子之间，该分离罐将产品空间和周围环境彼此隔离。因此，尤其是在处理很昂贵的或很危险的物质时，磁耦合器泵具有很大优势。

分离罐可以由不同的材料制成，例如不同的合金组合物形成的金属、合成材料或陶瓷。金属分离罐以不利的方式引起涡流损耗，其中合成材料制成的分离罐在抗温和/或抗压上是受限的，其特别地在高介质温度和/或高泵压的情况下是不利的。就这点而言，陶瓷分离罐被应用到实践中，近来，由玻璃制成的分离罐（DE102009022916A1）也已被熟知。

分离罐经由其凸缘与泵组件或者与耦合器组件相连接，例如拧紧，如有必要在密封件（O型环）的中间连接下形成密封连接。泵组件以及对接凸缘在此由金属材料制成，其与分离罐的陶瓷分别具有不同的材料特性，其中例如所提到的不同的（热）膨胀系数。就此而言，在金属-陶瓷结合承受热负载时可能出现夹紧，其中金属结合件比陶瓷结合件膨胀大。这种膨胀在凸缘和泵组件之间的原始密封接合面处传递，使得由于设置的密封件（O型环）类似松弛，原始的密封连接产生渗漏。例如还能出现边缘负载，其中金属组件压入陶瓷凸缘中，并且能够这样被破坏（裂缝）。但在安装时，即在泵组件上拧紧分离罐时要极其小心，因为分离罐的陶瓷对不利的应力跃迁或者应力峰值十分敏感，即例如对螺纹紧固件的不均匀拧紧十分敏感，分离罐同样会被破坏。

本发明的目的在于，提供一种磁耦合器，尤其是一种在开始提到的磁耦合泵，其中借助简单的机构实现在不同的结合配对件之间的始终密封的连接，也就是说，例如在承受热负载和/或压力负载时，在分离罐和金属结合配对件之间也能实现始终密封的连接，其中还应当使安装变得更容易。

根据本发明，该目的通过磁耦合器，尤其是权力要求1的特征部分的磁耦合泵来实现。

应该指出地是，所有在权利要求中提到的独立的特征能够以任何技术上合理的方式互相结合而提供本发明的进一步的设计方案。具体的描述结合附加的示意图对本发明进行详细说明和描述。

根据本发明，提出了一种磁耦合器，尤其是一种磁耦合泵，其具有带有凸缘的分离罐，该凸缘借助对接凸缘固定到耦合器组件上。基本原则是该凸缘至少在朝向对接凸缘取向的固定侧具有凸部，该凸部接合到对应的匹配凹部中。

有利地是，当凸部从剖面上看，朝向凹部取向的表面呈圆形，优选地构造为球状，也就是说是球缺状的。有利地是，由于可以实现凸部的球状构造或者朝向凹部取向的表面的类似球缺状构造，从而在对分离罐-耦合器组件连接施加机械预应力时和/或当金属元件热膨胀时，避免了例如凸缘上的边缘负荷，即例如避免了凸缘上出现导致泄漏的裂缝。换言之，能够避免有害的应力跃迁和/或应力峰值。此外，在承受热负载或压力负载时也能实现通过凸缘的球缺状接合在对应的凹部中始终确保近似对中的安装位置。特别地是，因为球状的构造实现均匀的应力跃迁，更容易制造特性相同的金属和陶瓷的结合配对件（螺纹紧固件的拧紧）。就此而言，结合配对件通过凸部和凹部的球状构造借助简单的机构被类似加强，其中始终避免了点状或线状负载，换言之实现了通过球形表面产生均匀的面负荷。

可能地是，分离罐由烧结的陶瓷（例如二氧化锆）制成。适当的方式是，凸部被烧结到凸缘的固定侧上，即，其被与分离罐或凸缘一体制造而成。

基本原则是，当对接凸缘被构造成凸出的球缺环时，其以力锁合的形式与上述组件连接，优选是可拧紧的。有利地是，凸缘具有与优选的球状表面或凸部对应的球状凹部。对接凸缘优选由金属材料制成，或者由不锈钢制成。对接凸缘也可被看作是搭扣凸缘。凹部可以例如当制造对接凸缘时被引入，或者稍后成型。

可能地是，凸缘在不使用对接凸缘的情况下与泵组件或者与耦合器组件相连接。在这种情况下可以是凸缘内设置有螺纹孔，螺钉通过螺纹孔直接与所述组件拧紧。适当的方式是，凸部或者球缺状表面可以直接烧结在凸缘的与组件接触的接触面内，其中与之对应的凹部设置在所述组件内。

当然，将凹部布置在凸缘的固定侧上，其中凸部设置在对接凸缘上或所述组件上，这也在本发明的范围内。

本发明的目的还通过这样一种磁耦合器实现，该磁耦合器尤其是磁耦合泵，其具有内转子和外转子，其间设置有分离罐，该分离罐具有凸缘，该凸缘借助对接凸缘固定到耦合器组件上，其中在凸缘和对接凸缘之间设置有补偿元件，该补偿元件在至少一个第一纵向面上具有环形槽，即具有材料去除部。优选地是，沿从内周面朝向外周面的方向在第一纵向面中引入赤道环形槽。在与第一纵向面对置的第二纵向面中优选地沿从外周面朝向内周面的方向引入赤道环形槽。根据本发明，环形槽也是材料去除部，其沿从外周面朝向内周面的方向或沿从内周面朝向外周面的方向被引导，不是连续的。如果环形槽以其中心轴线垂直于平坦表面的方式布置，则根据本发明其是赤道环形槽。当然，该环形槽也可以以其中心轴线与平坦表面成角度的方式布置。

有利地是，当至少第一纵向面分别在端面区域内具有一个环形槽时，其中在这些环形槽之间形成中间部，在中间部内在与所述第一纵向面对置的第二纵向面中设置有材料去除部。由此设置有类似波浪状的补偿元件。补偿元件在其第一纵向面上例如具有两个环形槽或者说材料去除部并且在其第二纵向面上具有一个材料去除部或者说环形槽。当然，这些示例性的构造并不旨在限制本发明。可以构想适于各种情况即适于期望运转状态的环形槽和材料去除部的数量，例如与所期望的热负载和/或压力负载相匹配。

适当地是，在端面区域内设置的环形槽示例性地构造成优选具有导圆底面的缝状。在第二纵向面上设置的材料去除部可以设置为剖面呈U型，其具有底边和与之呈角度设置的两个U腿，U腿垂直于底边设置。优选地是，可以设置成U腿相互分开地相对于底面呈钝角布置，从而形成一个从底边起以圆锥形扩大的材料去除部。当然，环形槽和材料去除部的实施例所提到的几何形状设计不旨在构成限制。

第二纵向面优选地朝向分离罐的壁取向。

补偿元件可以以其平整的端面布置在凸缘的固定侧，另一端面布置在对接凸缘的对应内侧。通过补偿元件的特殊的波浪形几何构造如此实现膨胀补偿元件，其优选地具有热膨胀补偿，还可以补偿压力负载。从另一种意义上说，该补偿元件补偿在金属结合配对件在承受热负载时比陶瓷结合配对件膨胀更多时产生的膨胀差异，从而使得在凸缘与耦合器组件或泵组件之间的接合面始终保持密封，密封件也不会松弛。通过补偿元件，即使在金属配对件热膨胀时也可维持装配时的预定应力值，而且在承受压力负载时也是如此。

在尤其优选的实施方式中，可设置成补偿元件在其至少一个端面上布置有针对所述固定侧的球状构造布置的球状凹部。因此，球状凸部能够接合到对应的球状凹部中，以便避免应力峰值和类似情况。

适当地是，两个端面具有球状构造。在此，两个端面能够分别具有一个凹部或一个凸部。还有可能地是，其中一个端面具有凹部而另外一个端面具有凸部。如果一个端面构造有凸部，另一个构造有凹部，这样的安装位置使装配变得简单。优选的安装位置可以设置成具有缝状环形槽的补偿元件的纵向面也就是第一纵向面，朝向对接凸缘取向。不言而喻，对应于所选的实施方式，可在凸缘上或在对接凸缘上设置相对应的凹部和/或凸部。

补偿元件的两个端面都设置有球状凸部和/或凹部的构造是特别优选的，因为这样允许了特别简单的对中和预应力施加。

不言而喻，在各种实施方式中，也可以布置密封元件，该密封元件可以设置于耦合器组件和凸缘之间。密封元件可以是O型环或者平面密封件，其被嵌入凸缘或耦合器组件（泵组件（壳体盖））上的密封槽中。

有利地是，类似地，球状的应力条优选地构造在凸缘的固定侧上，其烧结于分离罐的凸缘内。分离罐凸缘借助对接凸缘，也就是借助凸出的球缺状的金属环被控制，其中机械引起的膨胀补偿（应力补偿）借助球状结构被控制。本发明的基本目的在于使产品温度或运转温度到100度。在本发明的意义上这满足不是必须使用热作用引起的补偿。不言而喻，产品温度或运转温度也可以超过100度。就这点而言，有利地是，附加地在预应力元件也就是补偿元件的端面设置有球状凹部，该预应力元件或补偿元件在热条件下进行膨胀补偿，在该补偿元件的端面设置的凹部与凸缘和对接凸缘上的凸部相互作用而提供通过球表面产生的均匀表面负载。

不言而喻，优选地是球状凸部或凹部能够连续地分布在凸缘的周向上，以便类似形成环形的球状肋条。还可以考虑地是在周向上可看到凸部/凹部中断，以便于单独的凸部/凹部在周向上彼此被间隔开。可能地是设置一个、两个或多个凸部/凹部，它们能够分别以相同的间隔分隔开。这同样适用于与其对应的凸部/凹部。在优选实施方式中，补偿元件以环形形式构造，也就是说是周向连续的。

根据本发明，确保了这样的一种稳定的连接，优选地是借助所有涉及到的组件的预先设定的装配要求或预定的预应力。特别地，通过球状结构（凸部/凹部）使得陶瓷分离罐的凸缘上的边缘负载被排除，该边缘负载在传统的设计中导致凸缘的裂缝和泵/离合器的渗漏。进一步，借助球状几何形状（凸部/凹部）将拉力均匀地分布在分离罐凸缘上，借此避免凸缘上的有害的应力跃迁和应力峰值。

当然本发明不应当仅限于磁耦合器的例子。本发明可以考虑的凸部和凹部的球状结构还可以借助补偿元件考虑所有材料组合，例如陶瓷-金属、陶瓷-陶瓷、合成材料-合成材料、合成材料-陶瓷和/或合成材料-金属的结合。

本发明进一步有利的构造在从属权利要求和下面的示意图描述中被公开。其示出了：

图1示出了凸缘上带有球状凸部的分离罐和与其对应的对接凸缘上的凹部；

图2示出了图1中的分离罐以及在凸缘和对接凸缘之间的附加补偿元件；

图3示出了根据图2的分离罐在预装配位置的放大剖视图；

图4示出了根据图3的分离罐在预应力位置的放大剖视图；

图5示出了根据图3的分离罐在运转状态下的放大剖视图。

在不同的示意图中同样的部分始终使用相同的附图标记示出，因此这些部分一般情况下只描述一次。

图1示出了一种例如磁耦合器的分离罐1，例如是磁耦合泵的分离罐1。这样的磁耦合泵具有例如内转子和外转子，其分别具有磁体。分离罐1具有凸缘2和与之对置的底部3。在底部3和凸缘2之间延伸有基本呈圆柱形的壁4。该壁4设置于内转子和外转子的磁体间，其中形成有气隙。对于磁耦合泵，泵功率从驱动轴经由带有磁体的转子（外转子）无接触地且基本上无滑动地传递至泵侧的磁载体（内转子）。内转子驱动泵轴，该泵轴安置在由输送介质润滑的滑动轴承中，也就是安置在流体动力滑动轴承中。在外转子和内转子之间，也就是在外磁体和内磁体之间带有具有圆柱形壁4的分离罐1。分离罐1以其凸缘2与泵组件6或耦合器组件6，例如壳体盖6相连接，并与该凸缘对置地具有封闭底部3。分离罐1这样在安装状态下将输送介质与环境隔开并且应当是无渗漏的。组件6将在接下来作为耦合器组件6、泵组件6和/或作为壳体盖6被提及。

分离罐1借助对接凸缘7与泵组件6连接，该对接凸缘具有固定部8和保持部9。对接凸缘7具有图1例示的L型截面。在固定部8中设置有在对接凸缘7中的通孔。通孔8由一螺纹紧固件10穿过，该螺纹紧固件可拧紧到泵组件6或壳体盖6中的螺纹孔11中。在图1和图2描述的实施例中仅仅描述了两个螺纹紧固件10。因为对接凸缘7和凸缘2形成已被熟知的环状的形式，不言而喻可以设置多于两个螺纹紧固件10。

根据本发明的分离罐1由烧结陶瓷制成，例如由二氧化锆（ZrO2）制成。泵组件6或壳体盖6和对接凸缘7由金属材料制成。两个示例性的材料（金属/陶瓷）具有必然不同的材料特性。例如，不均匀的拉力能够在凸缘上传递有害的应力跃迁和应力峰值，以至于凸缘断裂，也就是说凸缘会被损坏，从而使得示例性的磁耦合器能够产生渗漏。此外，两种材料具有不同的膨胀系数，使得热致渗漏也是有可能的。

本发明基于对应力产生的应变进行补偿，这也可实现热致应变的补偿。

根据图1所示的第一实施例，凸缘2在其固定侧12上具有凸部13。该凸部13接合入对接凸缘7上的对应凹部14中。

凸部13从剖面上看被构造成球状的，其也具有球缺状的表面16。凹部14被对应地构造。

有利地是，凸部13被优选地设置在在凸缘2或其固定侧12的中心处。该凸部13有利地构造成烧结在凸缘2中。

凹部14设置在对接凸缘7的保持部9中。

凸部13和凹部14通过球状几何形状将拉力均匀的分布在分离罐1上或在其凸缘2上，从而避免有害的应力跃迁和应力峰值。尤其是，借助球状构造实现了球形表面上的始终均匀的表面负载。

在图2中的实施例中，在分离罐1的凸缘2和对接凸缘7之间设置有补偿元件17。对接凸缘的7的固定部8与图1所示的实施例相关地延伸。在优选实施方式中，补偿元件17在其第一端面18上具有与凸部13对应的凹部14。与之对置的第二端面19平整地抵靠在对接凸缘7上。可想象地是第一端面18也可平整地抵靠在凸缘2上或抵靠在其固定侧12上。

补偿元件17具有底面本体21，在其端面18和19之间具有第一纵向面22和与之对置的第二纵向面23。在图2中所示的装配位置中，第一纵向面22朝向对接凸缘17的方向，或者说朝向螺纹紧固件10的方向。第二纵向面23朝向分离罐1的壁4或者说朝向其中心轴线X的方向。

在第一纵向面22中设置有例如缝状的环形槽，其底面26可以是导圆的优选地设置为平坦的，并且该环形槽朝向纵向面22开口。环形槽24分别设置于端面18和19的区域内，也就是说设置在端面区域36和37内，从而使得例如设置有两个缝状环形槽24。环形槽24可以描述为赤道环形槽24的形式，其从内直径沿朝向外直径的方向被引入第一纵向面22。在缝状环形槽24之间存在中间部27，在中间部27内在与第一纵向面22对置的第二纵向面23上设置有材料去除部28。材料去除部28设置成从剖面上看例如近似U型或者仅仅例如是截头锥体。材料去除部28可以类似于环形槽24同样被描述为赤道环形槽形式，然而其从外直径沿朝向内直径的方向被引入第二纵向面23。

这样，有利地是构造成类似波浪形的补偿元件17，其可以补偿热致膨胀但也可以补偿压力负载，其中由于至少一个端面18的球状构造与球状凸部13相互作用，使得至少在朝向凸缘2的方向上避免有害的应力跃迁。

本发明的基本原则是，补偿元件17设置成至少在其第一端面18上构造有与球状凸部13对应的凹部14，因为否则这里会存在不同的材料配对。凸缘2由陶瓷制成，其中补偿元件17可以由金属材料制成，也可以例如由不锈钢或由与对接凸缘7的优选材料相同的材料制成。补偿元件17也可以由不锈钢制成，例如由耐高温的不锈钢制成。可能的材料也可以是双相钢或弹簧钢。

图3至5中示出了在中间连接有补偿元件17的情况下，凸缘2与对接凸缘7的连接的放大示意图。然而，与图2中示出的设计不同之处是，补偿元件17在两个端面18和19处具有球状构成的凹部14，因此在对接凸缘7上或者说在其保持部9上设置有与之对应的凸部29，凸部29由此也布置成像凸部13一样具有球状表面16。

可以看出，图3至图5中还存在密封元件31，其设置在凸缘2和泵组件6（耦合器组件6）或壳体盖6之间。密封元件31可以是O型环或平面密封件，其被嵌入到密封槽32内。该密封槽被引入到凸缘2中，其也能被引入到组件6或壳体盖6中。图1和图2中这类的密封件没有被示出，但其存在。另外，图3至图5中示出了螺栓头33沉入对接凸缘7内的螺纹紧固件10。

图3中示出了泵组件6上的凸缘2的预装配状态。这由对接凸缘7的固定部8和泵组件6之间的间隙尺寸A以及第一纵向面22和对接凸缘7的固定部8之间的间隙尺寸B可以明显看出。在该预装配状态下，螺纹紧固件10能够在周向上稍微拧紧，结合配对件没有紧密地彼此抵接。

如图4中所示，通过对螺纹紧固件10进一步拧紧而达到预拉伸状态。间隙尺寸A和B都等于零，这表示固定部8以其端面34抵接在泵组件6上且第一纵向面22以其中间部27抵接在固定部8上。在第一纵向面22的位于中间部27侧向的端面区域36和37不与固定部8相接触。换言之，如图4的平面图中看到的，补偿元件17在预应力下大致沿纵向被拉紧，其中通过几何结构的柔性在强预应力作用下在尺寸上和功能上保持夹紧。

由于凸部13和29的球状构造与补偿元件17的端面18和19内的球状凹部14相互作用，如此使得避免了在施加预应力时对陶瓷（凸缘2）产生损害的应力跃迁和应力峰值。

图5描述了运转状态。如果例如在20度的温度下产生预应力（图4），则在运转条件下可存在例如250度的温度，这例如可以考虑是由于相应的热介质。这种高温这时引起陶瓷和金属配件的不同膨胀，该膨胀由补偿元件17补偿。如图5中可以看出，补偿元件在热作用下径向和轴向变形，也就是说补偿元件17相应于存在的热量而膨胀，其中在图5中，中间部27与固定部8（图4）的接触还没有完全被撤除。端面区域36和37也未处于抵接接触。金属对接凸缘7及泵组件6的热膨胀由此通过补偿元件17补偿，绝不会对陶瓷分离罐1或其凸缘2产生损害。这种有利的作用也受到球状接合配件13、14和29、14的支持。此外，补偿元件17由于产生热致应变补偿而使得凸缘2和组件6之间的预应力保持不变，这意味着密封件31不会松弛，从而避免渗漏。补偿元件17能够也被作为所谓的弹簧元件来描述，其补偿热膨胀并且还补偿压力负载。

附图标记列表：

1.分离罐

2.凸缘

3.底部

4.壁

5.

6.泵/耦合器组件/壳体盖

7.对接凸缘

8.固定部

9.保持部

10.螺纹紧固件

11.螺纹孔

12.固定侧

13.凸部

14.凹部

15.

16.球缺状表面

17.补偿元件

18.第一端面

19.第二端面

20.

21.底面本体

22.第一纵向面

23.第二纵向面

24.环形槽

25.

26.底面

27.中间部

28.材料去除部

29.9上的凸部

30.

31.密封元件

32.密封槽

33.螺栓头

34.8的端面

35.

36.22的端面区域

37.22的端面区域

Claims (10)

1.一种磁耦合器,尤其是一种磁耦合泵，所述磁耦合器具有分离罐（1），所述分离罐具有凸缘（2），所述凸缘（2）能借助对接凸缘（7）固定在耦合器组件（6）上，其特征在于，所述凸缘（2）至少在其朝向对接凸缘（7）取向的固定侧具有凸部（13），该凸部接合到与其对应的匹配凹部（14）中。

2.根据权利要求1所述的磁耦合器，其特征在于，所述凸部的表面（16）呈圆形，优选地呈球状构造。

3.根据权利要求1或2所述的磁耦合器，其特征在于，所述凸部（13）烧结在所述凸缘（2）中或烧结在其固定侧（12）中。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，其特征在于，所述对接凸缘（7）构造成凸出的球状环的形式。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，其特征在于，所述凸部（13）沿周向连续地设置在所述凸缘（2）上。

6.一种尤其是根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，尤其是磁耦合泵，其具有带有凸缘（2）的分离罐（1），所述凸缘（2）能借助对接凸缘（7）固定到耦合器组件（6）上，其特征在于，在所述凸缘（2）和所述对接凸缘（7）之间设置有补偿元件（17）。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，其特征在于，在所述凸缘（2）与所述对接凸缘（7）之间设置的补偿元件（17）至少在其纵向面（22，23）之一上具有环形槽（24）和/或材料去除部（28）。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，其特征在于，在所述凸缘（2）和所述对接凸缘（7）之间设置的补偿元件（17）在其第一纵向面（22）上具有缝状的环形槽（24），所述环形槽设置在端面区域（36，37）中，其中，在这些环形槽（24）之间具有中间部（27），所述中间部在与第一纵向面（22）对置的纵向面（23）上具有材料去除部（28）。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，其特征在于，设置在所述凸缘（2）和所述对接凸缘（7）之间设置的补偿元件（17）至少在其一个端面（18，19）上具有与所述凸缘（2）的凸部（13）或凹部（14）对应的凹部（14）或凸部（13）。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的磁耦合器，其特征在于，在所述凸缘（2）和所述对接凸缘（7）之间设置的补偿元件（17）在其两个端面（18，19）上具有呈球状构造的凹部（14），其中所述凸缘（2）的凸部（13）接合到一个凹部（14）中并且所述对接凸缘（7）的凸部（29）接合到另一个凹部（14）中。

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