CN104024644A - 具有位于叶轮内的电磁联轴器的叶片泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵。该叶轮具有壳体，该壳体具有通常在垂直于叶轮的旋转轴线并与电磁联轴器对准的泵送平面内的泵送区域，该电磁联轴器包括外磁体和静止组件，外磁体被连接到叶轮上并至少部分地与叶轮的泵送区域对准，而静止组件具有位于外磁体内并与外磁体轴向对准的多个电磁体。筒体密封到壳体上，而且筒体将外磁体与多个电磁体隔离开。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年11月30日提交的美国专利申请No.13/340,791的优先权和权益，该申请的公开内容均通过引用全部结合在本文中。
技术领域
本发明总地涉及叶片泵或者离心泵，更具体地说，涉及具有电磁联轴器的叶片泵。
背景技术
在许多泵送应用中，理想的是避免密封件的转动。叶片泵已发展成具有电磁联轴器，该泵利用由非接触式电磁联轴器在径向磁体取向上驱动的叶轮。这种泵通常被称为非密封的，但实际上这种泵包括被静密封所密封的筒体所隔开的静止联轴器和旋转联轴器。电磁耦合的叶片泵通常包括下面三种中的一种类型：紧耦合泵、泵与电机由隔热物隔离、立式液下泵。
紧耦合型电磁耦合叶片泵具有一个电磁联轴器，该联轴器安装在叶轮背后的位置。该种类型的叶片泵被称为具有悬臂式叶轮设计的泵。悬臂式叶轮设计具有安装在电磁联轴器前方并与电磁联轴器隔开的叶轮。泵及电磁联轴器驱动的支撑框架通常安装在共用的基板上。除了还具有通过隔热空气空间与叶轮隔开的电磁联轴器外，具有被隔热物分隔的泵和马达的叶片泵在一定程度上与紧耦合型电磁耦合叶片泵相似。除了叶轮安装在垂直轴的下端外，立式液下型电磁耦合叶片泵在一定程度上与紧耦合型泵的构造相似。驱动部分利用电磁联轴器向轴和叶轮传输动力。
径向电磁联轴器在每一种上述叶片泵中都是通用的，其又被称为动力或者离心泵。径向电磁联轴器包括三个主要部件：静止联轴部件，诸如具有多个电磁体的定子；旋转联轴部件，诸如具有多个磁体的永久型或感应型转子；以及封闭筒体，诸如将静止联轴部件与旋转联轴部件相隔离并形成泵送流体室的四周的护罩或者分隔体。该筒体通常与诸如外部磁体或外部转子等的静止部件的壳体相连接，而多个永久磁体位于其内表面。
径向电磁联轴器利用对静止部件中的电磁体按照旋转顺序供电的控制器形成旋转磁场。旋转部件的磁场与静止部件的旋转场相对准并实现同步，因此，促使旋转部件与静止部件的旋转场一起转动，并驱动泵的叶轮，譬如转子。但是，内电磁联轴器部件与外电磁联轴器部件在物理上彼此不接触，并且，旋转组件在被筒体隔开的、与静止部件相隔离的环境中进行旋转。
径向电磁联轴器具有两种结构，“内驱”与“外驱”构型。大部分的叶片泵的径向电磁联轴器都具有外驱结构，其中，静止部件要比旋转部件要大，并位于泵送流体室的外部。在这样的结构中，内旋转部件要比静止部件小，并位于泵送流体室内且与叶轮相连。封闭筒体形成了泵送流体室的边界，流体室位于筒体的内部。
尽管不常见，有些泵具有内驱结构，其利用同样的三类通用部件，但是作用却是相反的。在具有内驱设置的情况下，静止部件要比旋转部件要小，并位于泵送流体室的外部。相应地，旋转联轴部件比静止部件大并位于泵送流体室的内部。旋转部件也与叶轮相连。封闭筒体也形成泵送流体室的边界，流体室位于筒体的外部。发明人所知悉的所有的内驱电磁叶片泵的叶轮相对于电磁联轴器的位置具有常见的构型，即叶轮轴向置于电磁联轴器的前方。
由于将叶轮位于电磁联轴器的前方，这种内驱泵具有若干缺点。考虑到叶轮的轴向空间是分开的并且位于电磁联轴器的轴向空间之前，因此，泵较大。较大的泵进一步需要更大及更昂贵的部件、大体积的安装空间，而且这些泵也更重且不易操作。内驱泵也经常会出现叶轮推力不均衡的问题。由于排放压力作用于较大的叶轮后表面上的较高的排放压力，叶轮受到高的向前的推力负载。
现有技术中的泵也往往具有额外的内腔，流体会滞留在这些内腔中，并且在使用间隙需要对内腔进行冲洗。此外，因为筒体并非与通过进口流入泵内的进入冷却液直接接触，因此现有技术中的泵无法对定子或筒体进行很有效的冷却。当筒体由导电材料制成时，筒体的冷却对于这种泵非常的重要，因为这种材料在电磁联轴器旋转时会产生涡流加热。
大部分的现有的内驱动电磁耦合泵设计具有能够使少量泵送的流体从高压区域(位于排放口附近)流到低压区域(位于进口附近)的内部再循环通道。该再循环通道具有三方面作用：避免泵内滞留或者固体聚集；改善叶轮支撑轴承的冷却和/或润滑；以及改善定子的冷却。
现有的再循环通道的具体设计在不同的泵中区别非常大，并融入了很多不同的局部设计。尽管如此，因为再循环通道需要经过位于叶轮背后深处的电磁腔，所以他们往往相当复杂。内部再循环通道经常具有所有表面都是静止的一些部分。这些静止部分更容易允许产品滞留和/或固体聚集。
本发明解决了这些现有技术中的泵系统所存在的缺点，同时提供了具有位于叶轮内的电磁联轴器的叶片泵。本发明公开的内驱泵相较于现有技术中的泵具有显著的优点。
发明内容
本发明的目的和优点将会在以下的描述和附图中得到说明并变得显而易见，并可以通过实施要求保护的主题而得以了解。
本发明总地提供了一种具有设置在叶轮内的径向内驱电磁联轴器的叶片泵。该叶片泵具有限定增压腔的壳体，与增压腔相连接的进口，与增压腔相连接的排放口。该泵具有能够围绕着旋转轴线旋转的并位于增压腔内的叶轮，该叶轮具有泵送区域，该泵送区域通常位于垂直于旋转轴线并与电磁联轴器相对准的泵送平面内，该电磁联轴器具有与叶轮相连接并至少部分地与叶轮的泵送区域相对准的外部磁体。该泵还包括一个静止部件，该静止部件具有多个位于外部磁体内并与其轴向对准的电磁体。泵进一步包括一个密封至壳体并将外部磁体与多个电磁体相隔开的筒体。
因此，叶轮内的电磁联轴器的全部或者部分设置于泵送平面内，并与叶轮的泵送区域轴向对准。所以，叶轮具有大的中央开口，以便电磁联轴器与外部磁体置于该中间区域内与叶轮相连接。
本发明进一步提供一种在具有位于筒体和叶轮中间的内循环冷却通道的叶片泵内的电磁联轴器。该内循环冷却通道能够使少量涌出的流体从位于排放口附近的高压区域流到位于进口附近低压区域。该通路的各部分的具体设计可以不同，但是本发明包括优选的部分。第一部分是被设置于叶轮和筒体的凸缘之间的、位于叶轮后面的腔室。第二部分包括位于后衬套表面内的凹槽。第三部分包括位于外磁体与筒体之间的间隙。有些实施例中包括具有位于前衬套表面内的凹槽的第四部分。该冷却通道避免了滞留和固体聚集，同时还允许当泵用于需要在使用间隙进行清洗的应用中时对整个泵进行容易和更全面的清洗。
本发明还包括叶片泵的替代实施例的示例，以强调本发明可以适用于不同设计的泵。例如，泵的叶轮可以是径向流型、混流型或者轴向流型设计。此外，叶轮可以没有护罩、具有局部护罩或者完整护罩。此外，泵可以具有金属构造，或者例如对于其中的流体仅接触非金属表面的泵，至少局部为非金属构造。确实，根据本公开内容的泵可以包括由特定材料构成和/或具有特定的表面光洁度的内表面，该内表面允许在必须避免微生物生长的卫生应用场合中使用泵。改进的循环冷却通路的冲洗和这种表面光洁度的使用提供了在用于卫生应用场合中的优势。
电磁联轴器也包括一些变型，诸如具有完全安装在叶轮的泵送区域的长度内的短轮廓，或者更长一点而电磁联轴器的一部分位于叶轮泵送区域的长度内。在电磁联轴器可以至少部分地设置在叶轮的泵送区域内的情况下，通过使用这种更长的联轴器可以应对需要更大扭矩的应用。另外，筒体可以为多部分组成的结构或单件结构。
因为电磁联轴器至少部分地埋置在叶轮的泵送区域内，使用本发明主题可以使泵的结构更加紧凑。具体地说，可以减少泵的轴向长度，这具有能够使用多个更小和/或较便宜的部件的优势。此外，内驱式电磁联轴器在与外驱式电磁联轴器相同的空间体积内能够提供更大的扭矩，同时，本发明的实现位于叶片泵的叶轮中的紧凑型内驱电磁联轴器的能力结合了给定扭矩的内驱式联轴器的空间节约优点。这些优点又使泵需要更小的安装体积或空间，并具有更轻的重量且更易于操作。
另一种潜在的优势是使用本发明主题的泵具有更少的、流体能够滞留于其中的内部腔。该优点在滞留会导致问题的应用中尤为有益，譬如当必须将批次交叉污染降低到最小时，或者必须避免微生物生长的卫生应用场合，以及在使用间隙必须完全清洗泵的任何应用。
可以意识到另一种优势是这种设计能通过筒体的端部对衬套、定子和筒体提供十分有效的冷却，筒体的端部与通过进口流入泵的冷却液直接接触。当筒体由导电材料制成时筒体的冷却尤其重要，因为这种材料在磁场旋转时产生涡流加热。
其他潜在的优势包括，因为在流体必须循环通过的叶轮后面没有深的腔室，所以该泵具有非常简单有效的内部循环通路。而且，内部循环通路完全是动态的，从而该通路没有完全由静止表面构成的部分。因此，泵避免包括更容易允许产品滞留和/或固体聚集的循环冷却通路的静止部分是有利的。
另一种优势是，由于叶轮中心的大的开口，所以，相较于通常设计而言，叶轮上的净推力负载更容易均衡。大的开口减少了叶轮前部和后部的表面区域。考虑到更高的排放压力作用到叶轮的后表面区域上并产生了向前的推力负载，在该设计中减少的后表面区域则降低了向前的推力负载。类似地，由流入泵的流体在进口处施加的压力作用到叶轮的减少的前表面区域上，同时降低了施加到叶轮上的向后负载。最终效果是降低了前向推力，因为排放压力高于入口压力。在典型的叶轮上的总的推力负载是向前的，并且降低的向前负载有助于均衡叶轮上的推力负载。更均衡的叶轮推力负载有利于泵的磨损寿命，且它可以避免对重型止推轴承的需要。
可以理解的是，之前大致的描述和接下来的详细描述都是示例性的并且只是用于解释的目的，并不限定所要求保护的主题。本发明的其他特征和目的将会从以下优选实施例的描述和所附权利要求书中变得更加清楚。
附图说明
在描述优选的实施例中参照附图，其中相似部分具有相似的附图标记，并且其中：
图1是具有位于叶轮内的较短的电磁联轴器的叶片泵的第一示例的剖面图，其具有内部驱动装置，该内部驱动装置含有混流、局部护罩、金属流体接触表面和由多部分构成的筒体。
图2是图1所示止推轴承的透视图。
图3是具有位于叶轮内的较短的电磁联轴器的叶片泵的第二示例的剖面图，其具有内部驱动装置，该内部驱动装置含有径向流、完整护罩、非金属流体接触表面和单件构成的筒体。
图4是具有位于叶轮内的较短的电磁联轴器的叶片泵的第三示例的剖面图，其具有内部驱动装置，该内部驱动装置含有混流、局部护罩、金属流体接触表面和由多部分构成的筒体。
应当理解的是，附图并未按比例画出。虽然叶轮内具有电磁联轴器的叶片泵的一些机械细节(包括紧固装置的细节和具体部件的其它平面图和剖视图)并没有包括在附图中，但是这些细节被认为是落在本领域的技术人员根据本发明能够理解的范围内。还应该理解的是，本发明并不限于所示出的示例性实施例。
具体实施方式
总体上参考图1-4，可以理解的是，本发明的具有位于叶轮内的电磁联轴器的叶片泵通常可以体现为多种构型的叶片泵或离心泵的多种构型。实际上，虽然意识到不必在本文中示出可以包括电磁内部驱动装置的所有示例性构型，但是可以预料到电磁内部驱动系统可以被结合在多种叶片泵中。为了说明这一点，在本文中示出了几种泵构型的示例。
参考图1-2所示的第一示例性实施例，叶片泵2包括具有进口6和出口8的壳体4。该壳体4由诸如钢铁、不锈钢、铸铁或其他金属材料，或结构塑料等的刚性材料制成。然而，可以理解的是，接触将要流过该泵的流体的壳体和所有表面都可以表现为非金属表面，诸如通过使用衬里或应用非金属涂层。
壳体4与适配器10相连，该适配器10具有用于安装底盘(未示出)的凸缘12。筒体16密封接合地在适配器10和外壳4之间，筒体16具有通过第一静密封20密封到壳体4上的外周径向凸缘18。该静密封20可构造为弹性体O形环、或者是预成型的或者为液体垫片材料等，这用以增强元件之间的连接。
筒体16还包括具有后开口24的圆柱形部分22和前端部26。端部26具有中心孔28。外周径向凸缘18、圆柱形部分22和筒体16的端部26可以由多种刚性材料中的任何一种材料构成，并且通常根据待泵送的介质选择材料，但是该材料优选为非磁性的，并由诸如合金C-276的不锈钢，或者塑料、复合材料等构成。筒体16可以成一体地由单件制成或者诸如通过将单独的组成部分焊接在一起而制成。头锥部30具有接纳紧固件34(诸如螺栓)的螺纹孔32，该紧固件穿过该筒体16的端部26中的孔28，以便将该头锥部30连接到筒体16上。也可以通过第二静密封35将该头锥部30密封到筒体16上，该第二静密封35具有与第一静密封20相似的结构。
壳体4、筒体16和头锥部30限定了与进口6和出口8相连通的内增压腔36。叶轮38设置在内增压腔36内，且该叶轮38包括叶轮部40和由此延伸的叶片42。叶轮38具有被部分覆盖的结构，并且提供了混合的轴向和径向流。对于叶轮38，希望其具有某种形式的止推轴承表面。叶轮部40具有中央开口44，该中央开口44包括后腔46和前腔48，该后腔46和下面将讨论的进行覆盖的磁体保护套筒60一起提供第一轴向和径向的止推轴承表面，且该前腔48提供第二轴向和径向的止推轴承表面。第一腔46接纳后衬套50，第二腔48接纳前衬套52。还可以采用替代的或另外的用于向后和/或向前的轴向和径向止推轴承的设置，并且可以成一体地或者单独地设置止推轴承，以保持适当的部件定位从而减少振动和磨损。在该示例中，通过衬套50和52将叶轮38可旋转地联接到筒体16上，衬套50和52接合由后腔46和前腔48提供的止推轴承表面，并且叶轮38绕着旋转轴线R旋转。可以使用衬套50和52的替代结构，而且衬套可以一开始就固定到或者在泵2的组装过程中接合到筒体16或者叶轮38。
为了驱动第一示例的泵2中的叶轮38，电磁联轴器54设置在中央开口44内。电磁联轴器54包括连接到例如外磁环58上的多个外磁体56，外磁环58优选地由电磁体或者感应磁体构成，外磁体设置在中央开口44中，并连接到叶轮38上。外磁体56可以是任何合适的结构，但是通过薄磁体保护套筒60免受泵送流体的影响，在该示例中，该薄磁体保护套筒60在轴向和径向提供保护。外磁体56至少部分地与叶轮38的泵送区域轴向对准。
电磁联轴器54还包括譬如为静止定子结构的内电磁体62，其由穿过扣眼孔66到达控制装置(未示出)的电缆64进行供电。电磁体62极为靠近外磁体56，并与外磁体56轴向对准，但通过筒体16的具有较薄的壁的圆柱形部分22与外磁体56隔离开。当通过控制装置通电时，电磁体62被按照旋转顺序通电以形成旋转磁场。旋转部件的外磁体56所形成的磁场与定子中的静止的电磁体62的旋转磁场相匹配并实现同步，并且可旋转地驱动与外磁体56相连接的叶轮38。
如在图1中清楚可见的，叶轮38具有与在压力下的排放流体接触的后表面70。由后表面70上的排放压力产生的向前推力负载至少部分地由流入进口6并接合叶轮38的前表面72的流体的压力平衡。叶轮38上的向前的推力负载和向后的推力负载可被平衡到预选的程度。反过来，处在较高排放压力下的流体被用于循环通路中，以冷却筒体16、衬套50,52，外磁体56,和电磁体62。
在该示例中，循环通路包括四个部分，第一部分是在叶轮38后表面70后面的腔室，流体在压力下通过该腔室。流体从第一部分流向第二部分，第二部分由具有凹槽G的后衬套50形成。流体还流经循环通路的第三部分，其包括在筒体16的圆柱形部分22和位于外磁体56上的保护套筒60之间的空隙。然后流体流经第四部分，第四部分由具有类似于后衬套50中的凹槽G的前衬套52形成。然后流体从头锥部30附近流出并与通过进口6进入增压腔36的流体再会合。图2的立体图中示出了后衬套50，在该示例中，前衬套52与后衬套50结构类似，但比后衬套50的小。后衬套50和前衬套52包括凹槽G，该凹槽G允许流体在循环通路中流过该衬套。通过流入进口6和接合被连接到筒体16的端部26的头锥部30的流体可以促使进一步的冷却。
电磁联轴器54和外磁体56与内电磁体62在叶轮38中的位置允许长度更短、空间利用率更高和重量更轻的驱动装置和泵的安装。这可以通过在叶轮38的泵送区域内的较短的磁联轴器54得到进一步改善，该泵送区域通常在垂直于叶轮38的旋转轴线R的泵送平面内。
参考图3中的第二示例性实施例，叶片泵102包括具有进口106和出口108的壳体104。壳体104可以由诸如在第一示例中描述的刚性材料构成。在该示例中，壳体104还包括提供接触将要流经该泵的流体的非金属面的非金属衬里105。这可以表现为具有对特定应用适用的表面光洁度的内表面。
壳体104与适配器110相连，该适配器10具有一个用于安装底盘(未示出)的凸缘112。筒体116密封接合地设置在适配器110和壳体104之间，筒体116具有通过第一静密封120密封到壳体104上的外周径向凸缘118。该静密封120可以以与上述第一示例性实施例类似的方式制成。任何示例中的筒体都可以例如利用非金属或者高度抛光的合适的金属抛光面被构造成在泵的内表面具有适用于卫生应用场合的表面光洁度。
筒体116还包括具有后开口124的圆柱形部分122和前端部126。端部126表现为向通过进口106流入的流体凸出以避免引起流体湍流的表面。端部126有效地表现为作为筒体116的密封结构的一部分的头锥部。筒体116的外周径向凸缘118、圆柱形部分122和端部126可以以任何恰当的方式(例如上文针对第一示例性实施例描述的方式)由单件构成，并且可以由多种刚性材料中的任何一种材料构成。
壳体104和筒体116限定了与进口106和出口108相连通的内增压腔136。叶轮138设置在内增压腔136内，且该叶轮138包括叶轮体部140和由此延伸出的叶片142。叶轮138被构造成具有后护罩128和前护罩130，且提供径向流。对于该示例的叶轮138，希望其具有某种形式的止推轴承表面。叶轮体部140具有中央开口144，该中央开口144包括后腔146和前腔148，该后腔146和下面将讨论的进行覆盖的磁体保护套筒160一起提供第一轴向和径向的止推轴承表面，并且该前腔148提供第二轴向和径向的止推轴承表面。第一腔146接纳后衬套150，第二腔148接纳前衬套152。还可以采用替代的或另外的用于向后和/或向前止推轴承的设置，并且可以成一体地或者单独地设置止推轴承，以保持适当的部件定位从而减少振动和磨损。在该第二示例中，通过衬套150和152将叶轮138可旋转地连接到筒体116上，衬套150和152接合由后腔146和前腔148提供的止推轴承表面，并且叶轮138绕着旋转轴线R1旋转。如上文所说明的，可以使用替代的衬套结构，而且衬套可以一开始就固定到或者在泵2的组装过程中接合到筒体16或者叶轮38。
为了驱动第二示例的泵102中的叶轮138，电磁联轴器154设置在中央开口144内。电磁联轴器154包括多个譬如连接到外磁环158内的外磁体156，该外磁环158由永久或者感应磁体构成，外磁体156设置在中央开口144中，并连接到叶轮138上。外磁体156可以是任何合适的结构，但是其通过薄磁体保护套筒160免受泵送流体的影响，类似于第一示例，该薄磁体保护套筒160在轴向和径向提供保护。外磁体156至少部分地与叶轮138的泵送区域轴向对准。
电磁联轴器154还包括譬如为静止定子结构的内电磁体162，其由穿过扣眼孔166到达控制装置(未示出)的电缆164进行供电。电磁体162极为靠近外磁体156，并与外磁体156轴向对准，但通过筒体116的具有较薄的壁的圆柱形部分122与外磁体156隔离开。当通过控制装置通电时，电磁体162按照旋转顺序通电以形成旋转磁场。旋转部件的外磁体156所提供的磁场与定子中的静止的电磁体162的旋转磁场相匹配并实现同步，并且可旋转地驱动与外磁体156相连接的叶轮138。
如图3所示，叶轮138具有与在压力下的排放流体接触的后表面170。由后表面170上的排放压力产生的向前的推力负载至少部分地由流入进口106并接合叶轮138的前表面172的流体的压力平衡。与前述示例一样，叶轮138上的向前和向后的推力负载可被平衡到预选的程度。反过来，处在较高排放压力下的流体被用于循环通路中，以冷却筒体116、衬套150,152、外磁体156和电磁体162。在该示例中，循环通路包括三个部分，第一部分是在叶轮138的后表面170后面的腔室，流体在压力下通过该腔室。流体从第一部分流向第二部分，第二部分由具有凹槽的后衬套150形成，诸如在图3中示出的第一示例性实施例的后衬套50中的凹槽。流体还流经循环通路的第三部分，其包括在筒体116的圆柱形部分122和在外磁体156上的保护套筒160之间的空隙。然后流体流与通过进口106流入增压腔136的流体再会合。因此，后衬套150与前衬套152的结构类似于如在图2的透视图中所示的第一示例的后衬套的结构。通过流入进口106和接合筒体116的前端部126的流体仍然可以促使进一步的冷却。
与第一示例中的泵2一样，在该第二示例102中，电磁联轴器154和外磁体156与内电磁体162在叶轮138中的位置允许长度更短、空间利用率更高和重量更轻的驱动装置和泵的安装。这可以通过在叶轮138泵送区域内的较短的磁联轴器154得到进一步改善，该泵送区域通常在垂直于叶轮138的旋转轴线R1的泵送平面内。
参考图4中的第三示例性实施例，叶片泵202包括具有进口206和排放口208的壳体204。壳体204可以由诸如在第一示例中描述的刚性材料构成，壳体204还可以包括用于提供接触将要流经该泵的流体的非金属面的非金属衬里或涂层，如在第二示例中所示。
壳体204与适配器210相连，且壳体204包括利于将泵202固定到基板(未示出)上的下翼缘212。筒体216密封接合地设置在适配器210和壳体204之间，筒体具有外周径向凸缘218，该外周径向凸缘218从向后的倒杯形部219延伸，并通过第一静密封220密封到壳体204上。该静密封220可以以类似于上文针对第一示例性实施例描述的方式制成。如前所述，任何示例中的筒体都可以例如利用非金属或者高度抛光的合适的金属抛光面被构造成在泵的内表面具有适用于卫生应用场合的表面光洁度。
筒体216还包括具有后开口224的圆柱形部分222和前端部226。端部226具有中心孔228。筒体216的外周径向凸缘218、倒杯形部219、圆柱形部分222和端部226可以以任何合适的方式(例如上文针对第一示例性实施例描述的方式)、由多种刚性材料中的任何一种制成。筒体216也可成一体地由单件制成，或者诸如通过将分开的组成部分焊接在一起而制成。与第一示例很像的是，在泵202中，头锥部230具有接纳紧固件234(诸如螺栓)的螺纹孔232，该紧固件穿过该筒体216的端部226中的孔228，以便将该头锥部230连接到筒体216上。也可以通过第二静密封235将该头锥部230密封到筒体216上，该第二静密封235可以具有与第一静密封220相似的结构。
壳体204、筒体216和头锥部230限定了一个与进口206和出口208相连通的内增压腔236。叶轮238设置在内增压腔236内，且该叶轮238包括叶轮体部240和由此延伸出的叶片242。叶轮238具有被部分覆盖的结构且提供混合的轴向和径向流。对于叶轮238，希望其具有某种形式的止推轴承表面。叶轮体部240具有中央开口244，该中央开口244包括后腔246和前腔248，该后腔246和下文将讨论的进行覆盖的磁体保护套筒260提供第一轴向和径向的止推轴承表面，并且该前腔248提供第二轴向和径向的止推轴承表面。第一腔246接纳后衬套250，第二腔248接纳前衬套252。如前面示例所说明的，还可以采用另外的用于向后和/或向前的止推轴承的设置，并且可以成一体地或者单独地设置止推轴承，以保持适当的部件定位从而减少振动和磨损。在该第三示例中，通过衬套250和252将叶轮238可旋转地连接到筒体216上，衬套250和252接合由后腔246和前腔248提供的止推轴承表面，并且叶轮238绕着旋转轴线R2旋转。如前所述，可以使用衬套的替代结构，而且衬套可以一开始就固定到或者在泵2的组装过程中接合到筒体16或者叶轮38。
为了驱动第三示例的泵202中的叶轮238，电磁联轴器254设置在中央开口244内。电磁联轴器254包括多个连接到譬如外磁环258内的外磁体256，外磁环258优选地由永久或者感应磁体构成，外磁体设置在中央开口244内，并连接到叶轮238上。外磁体256可以是任何合适的结构，但是通过薄磁体保护套筒260免受泵送流体的影响，保护套筒260类似于之前的示例性实施例在轴向和径向提供保护。外磁体256至少部分地与叶轮238的泵送区域轴向对准。
电磁联轴器254还包括譬如为静止定子结构的内电磁体262，其由穿过扣眼孔266到达控制装置(未示出)的电缆164进行供电。电磁体262极为靠近外磁体256，并与外磁体256轴向对准，但通过筒体216的具有较薄的壁的圆柱形部分222与外磁体256隔离开。当通过控制装置通电时，电磁体262按照旋转顺序通电以形成旋转磁场。旋转部件的外磁体256所提供的磁场与定子中的静止电磁体262的旋转磁场相匹配并实现同步，并且可旋转地驱动与外磁体256相连接的叶轮238。
如图4所示，叶轮238具有与在压力下的排放流体接触的后表面270。由后表面270上的排放压力产生的向前的推力负载至少部分地由流入进口206并接合叶轮238的前表面272的流体的压力平衡。与之前的示例一样，叶轮238上的向前和向后的推力负载可被平衡到预选的程度。反过来，处在较高排放压力下的流体被用于循环通路中，以冷却筒体216、衬套250,252和磁体256,262。该循环通路包括四个部分，第一部分是在叶轮238的后表面270后面的腔室，流体在压力下通过该腔室。流体从第一部分流向第二部分，第二部分由具有诸如图2所示的第一示例性实施例的后衬套50中的凹槽的后衬套250形成。流体还流经循环通路的第三部分，其包括在筒体216的圆柱形部分222和在外磁体256上的保护套筒260之间的空隙。然后流体流经第四部分，第四部分由具有凹槽的前衬套252形成，该凹槽也诸如针对第一示例的衬套50所示出的那些凹槽。然后流体从头锥部230周围流出，并与通过进口206流入增压腔236的流体再会合。因此，后衬套250与前衬套252具有与第一示例中的后衬套类似的结构(如在图2的透视图中所示)。通过流入进口206和接合被连接到筒体216的前端部226上的头锥部230的流体仍然可以促使进一步的冷却。
与第一示例泵2和第二示例泵102不同，在第三示例泵202中，倒杯形部219仍然允许长度更短、空间利用率更高和质量更轻的驱动装置和泵的安装。通过允许使用可以适用于更高扭矩的应用的更长的磁联结轴254同时仍然将磁联轴器254、外磁体256和电磁体262的至少一部分定位于叶轮238的通常在垂直于叶轮238的旋转轴线R2的泵送平面内的泵送区域内，部分实现了更高的空间利用率。
根据前面的公开内容可以理解的是，根据本公开内容构造的泵可以包括多个使得它们提供位于叶轮内的磁联轴器的结构方面，该叶轮设置在泵送平面内并至少部分地与叶轮的泵送区域轴向对准。该泵可以具有一种或多种上述潜在优势，这取决于在构造泵中具体的设计选择。
可以理解的是，根据本发明的具有位于叶轮内的电磁联轴器的叶片泵可以有多种构型。可以采用多种用于各部件的合适的构造材料、构型、形状和尺寸和连接各部件的方法，以满足终端用户的具体需要和要求。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明主题所要求保护的范围或精神的情况下，可以对这种泵的设计和构造进行各种修改，并且权利要求不限于本文中示出的优选的实施例。还可以理解的是，示例性的实施例以简要的形式示出以便重点集中在泵送原理上，避免包括对本公开内容而言不必要且会使附图过度复杂化的结构。
Claims (23)
1.一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，包括：
限定增压腔的泵壳体；
连接到所述增压腔的进口；
连接到所述增压腔的排放口；
能够绕着旋转轴线旋转的叶轮，所述叶轮被设置在所述增压腔内，
所述叶轮具有通常位于泵送平面内的泵送区域，所述泵送平面垂直于所述旋转轴线且与电磁联轴器对准，所述电磁联轴器包括连接到所述叶轮并至少部分地与所述叶轮的所述泵送区域轴向对准的外磁体，
静止组件，所述静止组件具有位于所述外磁体内并与所述外磁体轴向对准的多个电磁体，以及
密封到所述壳体的筒体，所述筒体将所述外磁体与所述多个电磁体隔离开。
2.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述叶轮包括中央开口，所述中央开口接纳所述外磁体和所述筒体的大体呈圆柱形的部分。
3.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述电磁联轴器全部都与所述叶轮的所述泵送区域轴向对准。
4.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述叶轮提供轴向、径向或混合流动。
5.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述叶轮没有护罩、或者有局部护罩或者整体护罩。
6.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，接触流经所述泵的流体的所述泵的内表面是金属的或者非金属的。
7.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述泵的内表面具有适用于卫生应用场合的表面光洁度。
8.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，保护性套筒设置在所述外磁体和所述筒体之间。
9.根据权利要求8所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述保护性套筒为所述外磁体提供轴向和径向保护。
10.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述筒体包括外周凸缘。
11.根据权利要求10所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述筒体的所述外周凸缘通过静密封被密封到所述泵壳体上。
12.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述筒体包括一圆柱形部分。
13.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述筒体包括被连接到圆柱形部分上的倒杯形部。
14.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述筒体包括前端部。
15.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，还包括被连接到所述筒体的前端部上的头锥部。
16.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述头锥部通过静密封被密封到所述筒体的所述前端部上。
17.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，还包括筒体的端部或者连接到筒体的端部上的头锥部，所述头锥部或端部被设置在流经所述进口并流入所述增压腔的流体的流路内。
18.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述筒体具有多件式或单件式结构。
19.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，在所述叶轮上的向前和向后的推力载荷被平衡到预先选定的程度。
20.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述进口沿轴向设置，而所述出口相对于所述叶轮沿径向设置。
21.根据权利要求1所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述泵包括循环通路，所述循环通路允许加压的排放流体朝着所述进口流经所述筒体并进入所述增压腔。
22.根据权利要求21所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述泵包括至少一个止推衬套，所述止推衬套具有允许流体流经所述止推轴承的构型。
23.根据权利要求22所述的一种具有设置在叶轮内的内驱动电磁联轴器的叶片泵，其特征在于，所述至少一个止推衬套包括允许流体流经所述止推轴承的凹槽。
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