CN104295504A

CN104295504A - 离心泵

Info

Publication number: CN104295504A
Application number: CN201410154427.7A
Authority: CN
Inventors: H.曼宁恩
Original assignee: Sulzer Pumpen AG
Current assignee: Sulzer Pumpen AG
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-01-21
Also published as: BR102014008980A2; RU2014114211A; EP2792884A1; US20140314599A1

Abstract

本发明涉及一种用于离心泵的新式的轴承布置。该轴承布置包括布置成更靠近承载转子（44）的轴（42）的端部（42’）的推力轴承（50），该推力轴承（50）在用于重载应用的四点接触球轴承和用于轻载应用的单排接触球轴承之间可选择。

Description

离心泵

技术领域

本发明涉及一种离心泵并且特别地涉及一种用于离心泵的新的类型的轴承布置和一种新式的轴承外壳（bearing housing）。因此，本发明也涉及离心泵的轴，外壳和转子。

背景技术

在现有技术和本发明的以下描述中，离心泵及其叶轮已经作为例子被讨论。关于其驱动，存在两种基本类型的离心泵。传统类型是所谓“长耦接”离心泵，其中驱动马达的轴通过耦接装置耦接到离心泵的轴。另一类型是所谓“近耦接”离心泵，这意味着离心泵和马达使用相同的轴和相同的轴承，例如，如WO-A1-2009127781中所示。自然，后者在今天是优选选择，这是由于在泵-马达组合中需要较少部件。

因此，长耦接离心泵具有被支撑在其自身轴承上的轴，而驱动马达具有在其自身的支撑轴承上的自身的轴。通常，离心泵的轴承已经被布置成使得诸轴承中的一个被设计用来对付轴向载荷，这在实践中意味着，在一方面，该轴承必须能够处理轴向载荷，并且在另一方面，处理轴向载荷的轴承的轴承环不可移动地被紧固在轴上并且在轴承外壳内。自然，承载轴向载荷的轴承也必须承载径向载荷。仅承载径向载荷的另一轴承不可移动地被紧固在轴上，但或者轴承自身允许轴承环之间的轴向运动（例如，滑动轴承），或者外部轴承环能够在轴承外壳内轴向滑动。

承载轴向和径向载荷的轴承组件，即推力轴承最通常地由以背对背构造布置的一对单排角接触球轴承形成。取代角接触球轴承，也已经使用锥形滚子轴承。典型地，轴承组件安装在耦接装置附近，即靠近与流动机器的转子相对的轴的端部。仅承载径向载荷的轴承典型地为单排球轴承或滚子轴承或滑动轴承，并且典型地布置在更靠近转子的轴上。将推力轴承组件布置成更远离转子的主要原因是，以那种方式，影响推力轴承组件的径向力较小，并且以那种方式，该轴承不如此高强度地在两个维度上受到力引起的应力。因此，布置成更靠近转子的轴承可以被设计且选择用来仅吸收径向载荷。

CN 2447239 Y讨论一种皮带驱动泵，该泵的轴被支撑在轴承上使得更靠近泵叶轮的轴承是承载轴向载荷的球轴承并且更远离叶轮的轴承是仅承载轴向载荷的滚子轴承。该中国文献结合轴向支撑轴承（即，推力轴承）讨论四点接触轴承，这基本上意味着具有一个内部环，一个外部环和其间的轴承球的普通球轴承。内部和外部环中的凹槽形成为使得它们基本上为V形，由此球沿V形凹槽的面上的圆形路径运行。这种构造使得可以将该轴承称为四点接触轴承。然而，根据该中国文献，轴承的内部凹槽被机加工到轴表面中，并且该中国轴承的组件仅允许有限数量的球插入到内部和外部环之间，由此轴承的载荷承载能力受到限制。

然而，传统轴承布置具有一些缺点，这使离心泵的制造，组装，使用和维护复杂化。

首先，当推力轴承组件处于轴的较远端部（即，与转子相对）时，当泵送或混合热介质时加热该轴引起该轴沿轴向膨胀，导致转子的轴向移位。特别重要的是要注意，在离心泵中，泵外壳和叶轮之间的间隙必须被设计成考虑叶轮的位置的可能移位。

第二，取决于使用离心泵的应用的要求，轴承受到的载荷可以改变很多。在实践中这意味着，在某些应用中离心泵受到的径向和/或轴向载荷可以是在另一应用中具有相同构造的类似的泵受到的载荷的两或三倍。这种类型的载荷改变意味着具有高的载荷承载能力的轴承对于受到较轻的载荷的泵来说太重。换句话说，必须改变该轴承以匹配载荷条件。但是，当使用角接触球轴承时，从设计成具有高的载荷承载能力的轴承移到具有低的载荷承载能力的轴承意味着尺寸（即轴承的外直径和轴向长度）的减小（假定该轴维持相同）。在实践中这意味着泵制造者具有两个选择，或者为不同轴承制造至少两个不同轴承外壳，或者制造填充物，较小的轴承可以通过该填充物装配到被设计用于最重的载荷（即，用于具有高的载荷承载能力的轴承）的轴承外壳中。两种情况都意味着增加的制造成本。

第三，传统离心泵的基本构造已经使得轴承外壳不直接附连到泵外壳，而是已经使用中间笼式结构。在实践中，这首先意味着已经执行两种不同的铸造操作，并且其次意味着由于存在两个分离的部分，组装花费时间，并且微小不对齐的危险增加。

第四，角接触球轴承它们自身具有它们自己的缺点，这是由于，当使用时，它们倾向于将润滑油从轴承的一侧泵送到其相对侧。当两个这种轴承已经以背对背构造被定位时，尤其如此。油的泵送对轴承的一侧处的轴密封和使油返回到油室的循环通道两者提出高的要求。

自然，近耦接离心泵旨在简化的构造和离心泵的制造，组装和维护的成本的减小，这是由于可以省去许多传统部件，例如耦接装置、一个轴和两个轴承。然而，在近耦接离心泵的构造和使用中也存在明显的问题。

首先，构造例如近耦接离心泵的通常方式使得离心叶轮被附连在电马达的轴的端部，由此电马达的轴承必须能够吸收马达的轴受到的径向和轴向载荷两者。然而，标准电马达（该标准电马达由于它们的有竞争力的价格水平，自然是用来驱动离心泵的有吸引力的选择）不具有被设计用来处理离心泵产生的载荷的构造。实践已经显示，或者轴承很快磨损或者电马达的轴承外壳破裂，这是由于它们不足够坚固以吸收它们受到的力。

第二，当驱动离心泵时，电马达变热，由此轴膨胀。这意味着布置在该轴的端部的离心泵的转子运动更远地离开电马达。在离心泵的情况中，这意味着在叶轮的两侧上在叶轮和泵外壳之间必须预留某些运行空隙。换句话说，当轴是冷的时，叶轮后叶片必须在它们自身和泵的后壁之间保留间隙。以类似的方式，当该轴是热的时，工作叶片必须在它们自身和泵外壳的前壁之间保留间隙。这意味着，当轴冷的时，工作叶片和前壁之间的间隙不是最佳的，而是较大的，因此泵的效率弱于预期。以类似的方式，当轴是热的时，后叶片和后壁之间的间隙太宽，因此后叶片不以希望的方式操作。

第三，同样，由于必须考虑电马达的加热，当轴承布置在电马达内时，电马达的轴承的运行空隙必须相当宽，大约在0.3-0.4mm的数量级。对于离心泵，在实践中，这意味着离心泵的转子必须在其周边被设置相当宽的径向和轴向间隙，使得当启动电马达时，即当轴承是冷的时，转子能够没有机械接触地旋转。

发明内容

因此，本发明的目标是通过用来支撑离心泵的轴的新式的布置消除上述缺点或问题的至少一个。

本发明的另一目标是开发一种适用于近耦接和长耦接离心泵两者的新式的轴承外壳结构。

本发明的又一目标是提出一种用于离心泵的新式的轴承布置。

本发明的再一目标是最小化温度对离心泵的轴的影响。

通过它解决上述问题的至少一个的根据本发明的离心泵的表征特征从所附权利要求变得显然。

本发明带来许多优点，例如，

●离心泵的简单构造，

●适用于长耦接和近耦接离心泵的一种轴承外壳，

●用于重的和轻的载荷两者（即，用于具有高的载荷承载能力的轴承和用于具有低的载荷承载能力的轴承）的没有任何填充物的一种轴承外壳，

●成本高效的构造，

●轴的驱动端部处的较简单的轴密封，

●较小数量的部件，较快的组装，

●较短的轴，较小弯曲，较小应力，

●用来将离心泵外壳与驱动马达连接的较短的泵外壳或转接件，

●容易控制转子的运行空隙，

●可以使用具有较小运行空隙的轴承，

●离心泵和轴密封两者中的各种空隙的最小的基于温度的变化，

●流动机器的提高的效率，和

●允许油和油脂润滑两者，对于近耦接泵的轴承，这是不可能的。

对于上面列出的优点，应当理解，本发明的每一个实施例可以不引起每个和每一个优点，而是仅仅那些优点的一些。

附图说明

在下面参考附图更详细地描述本发明的离心泵的轴承布置以及轴承外壳，其中：

图1作为现有技术离心泵的例子示意性地示出离心泵的部分横截面，

图2作为新式离心泵的例子示意性地示出包括根据本发明的优选实施例的轴承布置和轴承外壳的离心泵的部分横截面，并且

图3以放大的比例尺示意性地示出图2的轴承组件的部分横截面。

具体实施方式

图1作为现有技术的例子示出离心泵2的部分横截面，该离心泵设置有传统的轴承布置和轴承外壳4。图1是离心泵2的部分轴向横截面，该离心泵包括轴6，该轴在其第一轴向端部具有转子8，即，叶轮。轴6被轴承外壳4支撑，该轴承外壳具有：带有第一轴承组件10的第一轴向端部4’；和带有第二轴承组件12的第二轴向端部4"。轴承外壳4的第一端部4’处的第一轴承组件10比第二轴承组件12更靠近转子8，使得轴密封14被布置在转子8和第一轴承组件10之间。轴密封14被布置在密封件外壳16内，该密封件外壳是离心泵2的后壁18的一部分。第二轴承组件12布置在轴承外壳4的第二端部4”，使得密封（优选地为与轴承盖22结合的迷宫式密封件20）被布置在第二轴承组件12和驱动装置（未示出）之间，该驱动装置布置在轴6的端部。第一轴承组件是滚子轴承10，并且其内部轴承环收缩配合在该轴上且其外部环在轴承外壳孔上可轴向滑动，因此显然的是，第一轴承组件10不吸收轴6受到的任何轴向力。第二轴承组件12包括以背对背构造布置的一对角接触球轴承。内部轴承环收缩配合在轴6上，并且另外通过螺纹接合在该轴上的螺母24沿轴向被固定。第二轴承组件12的外部环通过轴承盖22被固定在外壳孔中，该轴承盖螺栓连接到轴承外壳4的端部。因此，除了径向力外，第二轴承组件12还吸收施加到轴6的轴向载荷。在其第一端部4’，轴承外壳4设置有用来将中间框架28紧固到轴承外壳4的装置26。与离心泵的后壁18被密封（优选地，但不是必然地，通过布置在环形凹槽中的O型环）到离心泵2的外壳30在大约相同半径，中间框架28将轴承外壳4连接到离心泵2的外壳30。紧固装置26是螺栓，中间框架28通过该螺栓附连到轴承外壳4。

图2示出根据本发明的优选实施例的离心泵40的部分轴向横截面。离心泵40包括轴42，该轴在其第一轴向端部42’具有转子44，即，叶轮，并且在其第二轴向端部42”具有驱动装置，即，电驱动马达46。轴42被轴承外壳48支撑，该轴承外壳具有：带有第一轴承组件50的第一轴向端部48’；和带有第二轴承组件52的第二轴向端部48"。轴承外壳48的第一端部48’处的第一轴承组件50比第二轴承组件52更靠近转子44，使得轴密封54被布置在转子44和第一轴承组件50之间。轴密封54被布置在密封件外壳56内，该密封件外壳可以是离心泵40的后壁58的一部分。第二轴承组件52布置在轴承外壳48的第二端部48”，使得密封（优选地为迷宫式密封件60）被布置在第二轴承组件52和驱动装置46之间。第二轴承组件52的内部环收缩配合在轴42上并且其外部环在轴承外壳孔62上可轴向滑动，因此显然的是，第二轴承组件52不吸收轴42受到的任何轴向力。第一轴承组件50被布置成使得其内部环被收缩配合在轴42上，并且另外通过布置在环形凹槽68中的定距环64和卡环66沿轴向被固定在轴42上（在图3中被更详细地示出）。第一轴承组件50的外部环通过轴承盖72被固定在外壳孔70中，该轴承盖在轴承外壳的第一端部48’螺栓连接在轴承外壳48上。因此，除了径向载荷外，第一轴承组件50还吸收轴42受到的轴向载荷。在轴承外壳48的第一端部48’，轴承外壳48设置有向外延伸部分76，与离心泵40的后壁58通过布置在后壁58的外周边中的环形凹槽中的O型环80被密封（优选地，但不是必要地）到离心泵40的外壳78在大约相同的半径，轴承外壳48通过该向外延伸部分附连到离心泵40的外壳78。根据可选择的布置，离心泵40的后壁58通过螺栓（未示出）被固定到轴承外壳48。

轴42的第二端部42”设置有用来驱动轴42和其上的转子44的装置。在本发明的这个实施例中，该驱动装置是电马达46，该电马达布置在轴42和轴承外壳48的第二端部42”和48”。电马达46具有转子82，该转子在轴的第二端部42”被固定在轴42上。该转子优选地但不是必然地通过锥形驱动套筒附连在轴42上。轴承外壳48在其一部分上设置有装置84（例如，径向向外延伸的凸缘），该装置84用来将定子86和电马达46的框架紧固到外壳48。在本发明的这个实施例中，轴42的第二端部42”设置有带螺纹的中心孔88，该带螺纹的中心孔用于布置在电马达46的端部的风扇叶轮92的轴90，该风扇叶轮通过电马达46用来循环冷却空气。优选地，中心孔88也设置有引导套筒，该引导套筒用来保证轴90的正确轴向对齐。自然，另一选择将是延伸泵的轴42，使得风扇叶轮92可以与离心泵的转子44布置在相同的轴42上。然而，在后一情况中，该轴由于其延伸而不再适用于耦接装置或皮带驱动装置。

图3以放大的比例示出图2的示例性离心泵。第一轴承组件50被布置成使得其内部环是分离的，即由两个环50i₁和50i₂形成，并且被收缩配合在轴42上，并且另外通过布置在环形凹槽68中的定距环64和卡环66沿轴向被固定在轴42上（在图3中被更详细地示出）。用来将内部轴承环固定在轴上的另一选择是用锁定螺母和锁定垫圈（未示出）取代卡环和定距环。第一轴承组件50的外部环50o通过轴承盖72被固定在外壳孔70中，该轴承盖被螺栓连接在轴承外壳48的第一端部48’上。轴承盖72在其面对轴42的径向内周边设置有密封，优选地但不是必要地，设置有迷宫式密封件74。

第一轴承组件由四点接触球轴承50（即，具有分离的内部环50i和外部环50o的轴承，所述内部环50i由彼此面对的两个相同的内部环50i₁和50i₂形成）形成。自然，该轴承也在内部环和外部环之间包括许多轴承球。四点接触球轴承是特别形式的接触球轴承，该特别形式的接触球轴承具有基于其构造的特别性质。现在，四点接触球轴承的内部环是分离的，即由两个部分制成，在轴承的内部和外部环之间的空间装载轴承球是较容易的。换句话说，轴承球可以定位在外部环和第一内部环之间，并且在为轴承球预留的空间以填充有球之后，第二内部环可以定位在其位置中。因此，四点接触球轴承中的球的数量远远大于普通球轴承中的球的数量。结果，四点接触球轴承的载荷（径向的和轴向两者）承载能力远远大于仅具有整体的内部环和一个整体的外部环的传统球轴承的载荷承载能力。因此，具有分离的内部环的四点接触球轴承可以用于需要使用具有高的载荷承载能力的轴承的应用。

然而，由于四点接触球轴承的尺寸与传统球轴承相等，该两种轴承是可互换的。在实践中，这意味着相同的轴承外壳可以在重载应用中与四点接触球轴承一起使用并且在轻载应用中与普通球轴承一起使用。

通过以上述方式构造离心泵的轴承布置，通过在两种轴承类型之间进行选择或挑选，可以针对不同的载荷调节离心泵，而不需要改变轴承外壳或使用任何特别的填充物。换句话说，四点接触球轴承可以用于重载应用，而传统单排接触球轴承用于轻载应用。

如从上面的描述可以看到的，已经可以开发一种用于离心泵的新式的轴承布置，该轴承布置的构造非常简单，但仍然能够与任何其它复杂得多的轴承布置一样好地执行其任务。本发明的轴承组件不太昂贵并且与现有技术轴承相比需要较小的空间，并且仅通过改变轴承就可以改变该轴承的载荷承载能力。由于那些原因，在不同的加载条件中可以使用相同的轴承外壳。

虽然在这里已经结合在目前被认为是最优选的实施例的情况通过例子的方式描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是意图涵盖如所附权利要求中限定的本发明的范围内的其特征的各种组合和/或修改和其它应用。

Claims

1. 一种离心泵，所述离心泵具有：轴（42），所述轴具有第一端部（42’）和第二端部（42”）；转子（44），所述转子耦接到所述轴（42）的第一端部（42’）；布置在所述轴（42）的第二端部（42”）处用来驱动所述轴（42）的电马达（46）；轴承外壳（48），所述轴承外壳通过第一轴承组件（50）和第二轴承组件（52）支撑所述轴（48），所述轴承组件（50，52）承载所述轴（42）受到的轴向和径向载荷，所述第一轴承组件（50）比所述第二轴承组件（52）更靠近所述轴（42）的第一端部（42’），所述离心泵（40）还设置有密封装置（54），所述密封装置定位在所述轴（42）周围并且在所述转子（44）和所述第一轴承组件（50）之间，所述第一轴承组件（50）是承载所述轴（42）受到的轴向载荷的推力轴承，其特征在于，所述推力轴承（50）在需要高的载荷承载能力的应用中是具有分离的内部环（50i₁, 50i₂）的四点接触球轴承，并且在需要低的载荷承载能力的应用中是单排接触球轴承，由此处于两种载荷条件下，

或者

其特征在于，相同的轴承外壳（48）在需要高的载荷承载能力的应用中，与所述推力轴承（50）一起使用，所述推力轴承是具有分离的内部环（50i₁, 50i₂）的四点接触球轴承；并且在需要的低的载荷承载能力的应用中，与单排接触球轴承一起使用，

或者

其特征在于，所述推力轴承（50）是具有分离的内部环（50i₁, 50i₂）的四点接触球轴承。

2. 如权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述轴承外壳（48）在其第一端部（48’）附连到离心泵（40）的外壳（78），并且在其第二端部（48”）附连到所述电马达（46）。

3. 如权利要求1或2所述的离心泵，其特征在于，所述电马达（46）具有转子（82）和定子（86），所述转子（82）耦接到所述离心泵（40）的轴（42）并且所述定子(86)耦接到所述轴承外壳（48）的第二端部（48”）。

4. 如权利要求3所述的离心泵，其特征在于，所述转子（82）通过锥形驱动套筒被固定在所述轴（42）上。

5. 如权利要求3所述的离心泵，其特征在于，所述轴承外壳（48）在其第二端部（48”）具有用来将所述定子（86）紧固到所述外壳（48）的装置（84）。

6. 如权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述第二轴承组件（52）由单排球轴承或滚子轴承形成。

7. 如权利要求3中所述的离心泵，其特征在于用来冷却所述电马达（46）的风扇叶轮（92），所述叶轮（92）附连到另外的轴（90）。

8. 如权利要求7所述的离心泵，其特征在于，所述另外的轴附连到所述轴（42）的第二端部（42”）。

9. 如权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述第一轴承组件（50）通过卡环（66）和定距环（64）或通过锁定螺母和锁定垫圈被轴向地固定在所述轴（42）上。

10. 如权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述轴（42）通过迷宫式密封件（74）和（60）被密封在轴承盖（72）和所述轴承外壳（48）中。