CN105339669A - 泵轴 - Google Patents

Abstract

泵轴(100)，其包括能与离心泵的叶轮(40)连接的第一部段(102)、设计用于与密封件配合作用的、尤其是适用于接纳滑环密封件的密封环(22)的第二部段(104)并且包括连接部段(106)，其中，连接部段(106)包括设有端壁(116)的圆柱形空腔(118)，电机轴(32)可容纳于该圆柱形空腔中，并且连接部段(106)具有至少两个主要沿轴向方向延伸的缝槽(112、112ˊ、112”)和至少两个主要沿圆周方向延伸的部分圆周的缝槽(110)，并且连接部段(106)被沿圆周方向延伸的缝槽(110)分为导向部段(120)和为了建立与电机轴(32)的力锁合连接通过夹紧器件(140)沿圆周方向和径向方向可弹性变形的夹紧部段(124)。为了改善泵轴，以便可靠地实现摆脱不平衡的旋转，根据本发明建议，所述连接部段(106)具有第二导向部段(122)，该第二导向部段设置在夹紧部段(124、124”)的沿轴向方向远离导向部段(120)的一侧上，并且在第二导向部段(122)和夹紧部段(124)之间设有至少两个主要沿圆周方向延伸的部分圆周的缝槽(114)。

Description

泵轴

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的泵轴。

背景技术

在现有技术中已知同种类型的泵轴，尤其是用于离心泵的泵轴。DE10315685B4提出了一种用于悬伸支承的泵轴的夹紧连接，其中，泵轴包括具有可弹性变形区域的罐形部段。电机轴容纳在所述可弹性变形的区域中并且通过所述变形建立泵轴与电机轴的力锁合连接。电机轴在泵轴的罐形部段的不可变形区域的容纳孔中导向。DE10315685B4给出这样的教导：进行功能分离，即由一个区域进行所述导向，该区域的作用与实现力锁合连接的区域解耦。这种分离通过沿圆周方向设置在罐形部段中的缝槽实现。设置在沿圆周方向延伸的缝槽和罐形部段自由端部之间的纵向缝槽提供能实现力锁合的可弹性变形性。

当引起变形的连接器件、例如螺钉设置在可弹性变形区域的自由端部附近时，根据DE10315685的教导得到了一种可靠的夹紧。所述变形通过该方式与不可变形区域隔开大的距离地进行，由此改善了所希望的有利的功能分离。另外，所述变形明显变得更容易，因为通过连接器件的力导入远离可变形区域的固定端部地进行。在一种扩展方案中甚至要求可变形区域的轴向长度是不可变形区域的轴向长度的三倍至五倍。

根据该教导的另一要求在于，连接器件、可变形和不可变形的区域构造成摆脱不平衡的。其目的在于实现尽可能摆脱不平衡的旋转。

在实践中观察到，在一些情况下即使在高精度地制造泵轴、尤其是罐形部段和连接器件时也不能实现摆脱不平衡的旋转。在这些情况下存在的不平衡性导致不希望的噪声形成并且还对泵的其它构件、如电机轴的轴承或与泵轴配合作用的密封件加载负荷。在最不利的情况下缩短了泵的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的任务在于改进泵轴的设计，以便可靠地实现摆脱不平衡的旋转。

该任务通过具有权利要求1特征的泵轴来解决。从属权利要求给出本发明的有利方案。

本发明人发现，不平衡不仅与泵轴的几何构造有关，而且也与连接器件的安装精度有关。轻微的不均匀性导致电机轴在圆柱形空腔内的偏移，使得电机轴和泵轴的转动轴线相互略微倾斜。

因此，本发明人建议一种泵轴，其包括可与离心泵的叶轮连接的第一部段、设计用于与密封件配合作用的、尤其是适用于接纳滑环密封件的密封环的第二部段和连接部段，该连接部段具有设有端壁的圆柱形空腔，电机轴可容纳于该圆柱形空腔中，并且连接部段具有至少两个主要沿轴向方向(即沿着轴向方向定向)延伸的缝槽和至少两个主要沿圆周方向(即横向于轴向方向定向)延伸的部分圆周的缝槽，并且连接部段被沿圆周方向延伸的缝槽分为导向部段和为建立与电机轴的力锁合连接通过夹紧器件沿圆周方向和径向方向可弹性变形的夹紧部段，在此所述连接部段具有设置在夹紧部段的沿轴向方向远离导向部段的一侧的第二导向部段，并且在第二导向部段和夹紧部段之间设有至少两个主要沿圆周方向延伸的部分圆周的缝槽。“主要沿……方向延伸”意味着在所述方向上的矢量分量大于在与上述方向垂直的方向上的矢量分量。“主要沿轴向”因此也包括倾斜于由轴线定义的轴向方向的缝槽定向。主要沿圆周方向延伸的缝槽与圆周方向的夹角小于45度，主要沿轴向方向延伸的缝槽与轴向方向成小于45度的角度。在对称和因而不平衡方面有利的是，其中至少一个所述角度、优选所有这些角度小于5度。

与第一导向部段配合作用的第二导向部段改善了电机轴在空腔内的定向。该定向是良好的，无论夹紧器件如何安装。即使该夹紧器件关于轴线不对称地夹紧、即力不对称地导入夹紧部段中，所述定向也保持。

该方案通过在夹紧部段中的面式的夹紧以及导向部段和与导向部段配合作用的第二导向部段中改善的导向显著降低了最大可能的不平衡。避免了例如由密封件由于不平衡发生的磨损引起的泵使用寿命的缩短。

已确定的是，当夹紧部段连同导向部段之一一起不长于连接部段的轴向长度的一半时，在一种扩展方案中进一步改善了所述面式夹紧和导向。这可以这样实现：第二导向部段连同夹紧部段一起在小于连接部段的一半轴向长度上延伸。作为替代方案可这样实现：导向部段连同夹紧部段一起在小于连接部段的一半轴向长度上延伸。

另一种扩展方案规定，第二导向部段构成环形的且具有圆柱形内表面，借助该圆柱形内表面可引导电机轴。这以节省空间和在材料消耗方面低成本的结构方式实现了上述优点。

通过在夹紧部段的整个轴向长度上延伸的凹槽进一步改善了所述夹紧，因为有针对性地降低了夹紧部段的刚性并且由此改善了可变形性和可实现的变形。

有利的是，这些凹槽在径向上在外侧设置在夹紧部段上，因为这可低成本地制造并且在借助夹紧器件导入力时不影响导向部段。

在一种扩展方案中，所述泵轴包括第一构件和第二构件，第二部段设置在该第一构件中，连接部段设置在该第二构件中。第一和第二构件彼此材料锁合地连接，由此由于自由的材料选择和少的材料消耗实现了低成本的制造。

根据另一种扩展方案，夹紧器件设置在夹紧部段的轴向长度的一半处。由此再次改善了所述平面夹紧。

根据另一种扩展方案，夹紧器件具有至少两个螺钉，其中，每个螺钉分别在其螺钉长度上在轴向缝槽之一两侧贯穿夹紧部段。由此夹紧力对称地导入并且提供了在不平衡方面有利的夹紧器件。

另一种扩展方案规定，夹紧部段在轴向上的延伸长度小于连接部段的轴向延伸长度的三分之一。电机轴的夹紧和导向的关系因此特别有利。

根据另一种扩展方案，连接部段和夹紧器件构造成摆脱不平衡的。通过这种方式特别低成本地实现了在绕着泵轴的纵轴线旋转时在制造可能性和制造公差范畴内可行的摆脱不平衡的目标，因为泵轴的精确设计限制到重要部件上。

有利的是，这样改进泵轴，使得连接部段和夹紧器件构造成关于泵轴的中轴线是旋转对称的。这可以是双重、三重或多重旋转对称。

另一种扩展方案规定，轴向缝槽在小于沿圆周方向的延伸长度的一半处与沿圆周方向延伸的缝槽相交。这允许通过缝槽的偏置补偿夹紧器件沿圆周方向的不对称。如果夹紧器件例如构造为螺钉，则夹紧部段在轴向缝槽两侧具有不同刚性，因为在一侧上设有螺纹孔，在另一侧上设有通孔并且优选设有用于螺钉头的容纳部。

有利的是，在离心泵中泵轴构造成具有上述特征，该离心泵包括具有电机轴的电机、设置在泵壳体中的叶轮和在叶轮和电机之间在泵壳体中设置的滑环密封件，其中，泵壳体与电机连接。

附图说明

下面应借助实施例详细说明本发明及其扩展方案和优点。在附图中：

图1为具有泵轴的泵的示意性的局部剖视图；

图2为泵轴的侧向俯视图；

图3为泵轴在相对于图2的俯视图绕着轴线旋转了90°的位置中的纵剖视图；

图4为泵轴的沿线A-A的横向于纵轴线的剖视图；

图5为泵轴的沿线B-B的横向于纵轴线的剖视图；

图6为根据一种扩展方案的泵轴的沿线B-B的横向于纵轴线的剖视图。

具体实施方式

图1以局部剖视图示出具有根据本实施例的泵轴的离心泵。离心泵的壳体10设有吸入口12。壳体10可构造成直接或间接支承在电机30的电机法兰16上。在所示的示例中，壳体10间接地经由支承装置14支承在电机30的电机法兰16上。

叶轮40位于壳体10的内部，该叶轮固定在泵轴100上并且可与泵轴一起绕着轴线200转动。壳体10还具有密封件容纳部26，在该密封件容纳部中容纳有密封件，该密封件将在泵轴100和壳体10之间的间隙密封并且因而将壳体10的内部空间与周围环境隔开。有利的是，密封件构造为滑环密封件，该滑环密封件包括固定滑环20。固定滑环20位置固定地设置在密封件容纳部26中。

固定滑环20密封地与旋转滑环22配合作用，该旋转滑环与泵轴一起旋转地设置在泵轴100上。所述一起旋转可借助至少一个带动器实现。如果存在多个带动器，则其中至少一个带动器建立旋转滑环22与叶轮40或泵轴100的形锁合连接。弹簧元件、例如弹簧24施加大致平行于轴线200的力，该力使滑环20和22相互压靠。

泵轴100包括三个部段，它们沿轴线200相继设置。

第一部段102构造成，使得叶轮40与泵轴100可在第一部段中连接。第一部段102可构造为具有锥形面，该锥形面可与叶轮侧的锥形面相接触。借助于锁紧器件42、例如可与泵轴侧的螺纹134相嵌接的螺母使各锥形面相互预压紧。

第二部段104设计成用于与密封件配合作用并且在第一部段的远离锁紧器件42的一侧上紧接着第一部段102。在所示的示例中密封件是滑环密封件。该滑环密封件的旋转滑环22与泵轴100的第二部段104接触。

连接部段106作为第三部段设置在第二部段104的沿轴线200方向与第一部段102相对置的一侧上。连接部段106包围电机轴32。借助于夹紧器件140通过连接部段106的至少部分的优选弹性的变形实现连接部段106和电机轴32的力锁合连接。

夹紧器件例如可构造为热压套装到夹紧部段124上的环。也可在夹紧环和夹紧部段上使用锥形面。一种特别有利的允许反复的安装和拆卸的实施方式参考图4进行说明。

在所示的示例中，泵轴100并且因而叶轮40完全支承在电机轴32上并且通过该方式悬伸地支承。由此可在省却易磨损的构件、例如用于支承泵轴100的滚动轴承的情况下实现低成本的结构。取而代之，电机30的轴承得到充分利用。

泵轴100在图2中以侧向俯视图示出，该泵轴在图3中沿轴线剖开地示出。第一部段102包括锥形部分和设有螺纹134的大致圆柱形的部分，锁紧器件42可与该螺纹相嵌接。在远离圆柱形部分的一侧上与锥形部分连接的第二部段104具有大致圆柱形的外表面。可以存在环绕的凹槽或凸台，以便改善与密封件的配合作用。

连接部段106具有至少两个沿圆周方向延伸的缝槽110，在图2的俯视图中可以看到其中一个缝槽，另一个缝槽设置在连接部段106的与观察者相对置的一侧上。所述缝槽110可倾斜于与轴线垂直的方向。有利的是，各缝槽110设置在一个与轴线200垂直的共同平面中。根据该实施例的泵轴100在连接部段106的在俯视图中可见的前侧和后侧上分别具有一个缝槽112。每个缝槽112与其中一个缝槽110相交。优选地，各缝槽112平行于轴线200并且因而沿轴向方向定向。为了实现有利的对称，各所述缝槽可设置在一个包含轴线的共同平面中。

在连接部段106的前侧和后侧上还分别设有一个沿圆周方向在部分圆周上延伸的缝槽114。这些缝槽可倾斜于与轴线垂直的方向，但有利地位于一个共同平面中。有利的是，两个缝槽可分别构造成与其中一个缝槽112相交。

如在图3中所示，所述缝槽至少在其部分长度上完全贯穿位于外表面和在连接部段106内部的圆柱形空腔118之间的壁。

圆柱形空腔118具有端壁116，该端壁在第二部段104与连接部段106毗邻的一侧上限定空腔118。在空腔的沿轴向方向与端壁相对置的一侧上设有开口138。端壁116构成了用于可穿过开口进入空腔中的电机轴32的止挡。

缝槽110和114使得将泵轴100的连接部段106分成三个在轴向上相继的部段。缝槽110和114用作在各部段之间的分隔缝槽。

导向部段120设置在端壁116和缝槽110之间。导向部段120的内表面构造为大致圆柱形的面，其中，圆柱轴线在制造公差的范围内与轴线200重合。尤其是导向部段120构造成适用于使电机轴32沿着轴线200定心。

夹紧部段124位于缝槽110和114之间。该夹紧部段在沿径向位于内部的表面上具有优选构造成圆柱形的夹紧面128。该夹紧面128通过夹紧部段的弹性变形至少部分地与电机轴32的部分表面接触并且因而实现泵轴100和电机轴32的力锁合连接。所述弹性变形通过在图1中所示的夹紧器件140实现。沿轴向方向的缝槽112具有胀槽的功能并且引起夹紧部段124的可变形性。在通过夹紧器件140将力导入到夹紧部段124中时，缝槽112提供必要的空间并且被压到一起，直至在夹紧面128和电机轴32之间形成接触。

第二导向部段122位于缝槽114的远离夹紧部段的一侧上，该导向部段构造用于引导电机轴32。该第二导向部段可在其内侧上具有优选圆柱形的导向面126，该导向面构造为适用于使电机轴32定心。第二导向部段122构造为与导向部段120对齐。

导向部段120和122的一起实现了使穿过开口138进入圆柱形空腔118中的电机轴32定心于轴线200。各导向部段附加地一起促使电机轴32不会相对于轴线200倾斜。这种倾斜例如可能由于夹紧器件不对称地作用于夹紧部段而引起。因为导向部段120和122设置在夹紧部段124两侧，所以最佳地限制了倾斜。通过电机轴32和泵轴100彼此间的改善的定向，在很大程度上排除了在制造公差范畴内的在离心泵运行中的不平衡。因为夹紧部段106设置在不可变形的导向部段120和122之间，所以向夹紧部段中的力导入以及由夹紧部段向电机轴32中的力导入是高度对称的并且相对于DE10315685是显著改善的。这有利于防止在泵运行中的不平衡。

根据一种扩展方案，夹紧器件140优选设置在夹紧部段124的轴向长度202的一半处。这附加地提高了力导入的对称性并且因而附加地降低了出现不平衡的危险。

如在图3中所示，连接部段106在轴向长度204上延伸。该实施例的一种有利的扩展方案是，导向部段120连同夹紧部段124一起或第二导向部段122连同夹紧部段124一起在小于连接部段106的长度204的一半上延伸。这不仅在将泵轴100安装到电机轴32上期间而且在装配状态中确保了两个轴100和32彼此间尽可能对中的定向并且提高了夹紧作用的均匀性。如在图3中也示出的是，第二导向部段122可构造成环形的。这意味相对于夹紧部段124的长度202较短的轴向延伸长度。

夹紧部段124夹紧作用的均匀性可进一步被改善，其方式为：夹紧部段124的轴向长度202小于连接部段106的轴向长度204的三分之一。

根据由图3可见的扩展方案，泵轴100的第一部段102和第二部段104是第一构件150的部分。该第一构件与包含连接部段106的第二构件152材料锁合地连接。这能实现泵轴100的低成本的制造，因为根据用途适当地选择构件150和152的材料并且降低在加工中、例如在车削时的废料。

连接部段106可以具有比两个部段102和104大的外径。由此可优化泵轴100的材料需求，因为连接部段106必须具有对于容纳电机轴32的足够大的直径，而部段102和106则可以具有小的直径。

在连接部段106中，夹紧部段124可具有相对于导向部段120和第二导向部段122增大的直径，以便能够给夹紧器件140提供足够的空间并且能够同时保持部段120和122的空间需求和/或材料需求小。

在图4至6中示出垂直于轴线200的剖视图。

沿图3中的线A-A的剖面位于夹紧部段124的高度上。在圆周上相对置的两个轴向缝槽112将夹紧部段分为第一夹紧部段部分160和第二夹紧部段部分162。所述部分通过所述缝槽彼此间隔开。夹紧器件根据本示例构造为螺钉148。这些螺钉贯穿设置在第一夹紧部段部分160中的通孔144，螺钉头这样被容纳在容纳孔146中，使得力可导入相配的夹紧部段部分160和162中。螺钉148的螺纹嵌入设置在第二夹紧部段部分162中的螺纹孔142中。通过螺纹孔142和容纳孔146可借助于螺钉148这样导入力，使得所述部分160和162在夹紧部段106的弹性变形中相向运动。由此夹紧面128与电机轴32相接触并且实现泵轴100和电机轴32的连接。通过将夹紧器件140和连接部段106构造为摆脱不平衡的，可以使它们对不平衡的影响最小化。这可借助于旋转对称的设计来实现，其中，连接部段和夹紧器件通过绕着轴线200的转动是自身可转变的。在图4中示出双重旋转对称，其可有利地低成本地进行制造。图6示出一种三重对称的示例，其在夹紧力的分布方面是有利的。在三重对称中，夹紧部段124”被三个轴向缝槽112”划分。相应地可建立更多重的旋转对称。

夹紧部段124可具有沿由轴线200定义的轴向方向在夹紧部段124的整个轴向长度202上延伸的至少两个凹槽130，参见图4。这些凹槽能够实现在夹紧部段124的壁厚中提供用于夹紧器件140的空间并且同时实现良好的可变形性。这在夹紧器件以螺钉148的形式构造时是特别有利的，尤其是当这些螺钉完全设置在夹紧部段124的周面中时，对于这些螺钉需要大的空间。在制造中成本低以及在精确实现所需的可变形性方面有利的是，凹槽130构造成，使得它们在夹紧部段124上在径向上设置在外部。有利的是，凹槽130可沿圆周方向设置在轴向延伸的缝槽112、112'、112”之间的一半距离处。在夹紧器件设计为螺钉148的形式时有利的是，凹槽130居中地设置在各螺钉之间。

在图5中示出如图3所示的连接部段106的沿线B-B的位于沿圆周方向定向的缝槽114高度上的剖视图。缝槽114可构造成镰刀状的、例如通过锯开泵轴100的基体。根据该实施例的基本形状这样设置轴向缝槽112，使得镰刀从一个尖部到另一个尖部的一半距离处被切开。在一种扩展方案中，这样设置轴向缝槽112'，使得它们与沿圆周方向延伸的缝槽110和114在小于其沿圆周方向的一半延伸长度处相交。这种相对于缝槽110沿圆周方向不对称的相交允许，即使在夹紧器件140是不对称的情况下，例如在使用螺纹孔142、通孔144、容纳孔146和螺钉148的情况下，也能夹紧部段的可变形性设计成对称的。

附图标记列表

10泵壳体

12吸入口

14支承装置

16电机法兰

20固定滑环

22旋转滑环

24弹簧

26密封件容纳部

30电机

32电机轴

40叶轮

42锁紧器件

100泵轴

102第一部段

104第二部段

106连接部段

110沿圆周方向的缝槽

112沿轴向方向的缝槽

112'沿轴向方向的缝槽

112”沿轴向方向的缝槽

114沿圆周方向的缝槽

116端壁

118圆柱形空腔

120导向部段

122第二导向部段

124夹紧部段

124”夹紧部段

126圆柱形导向面

128夹紧面

130凹槽

134螺纹

138开口

140夹紧器件/螺钉

142螺纹孔

144通孔

146容纳孔

148螺钉

150第一构件

152第二构件

160第一夹紧部段部分

162第二夹紧部段部分

200轴线

202夹紧部段的轴向延伸长度

204连接部段的轴向延伸长度

Claims (14)

1.泵轴(100)，其包括能与离心泵的叶轮(40)连接的第一部段(102)、设计用于与密封件配合作用的、尤其是适用于接纳滑环密封件的密封环(22)的第二部段(104)并且包括连接部段(106)，其中，连接部段(106)包括设有端壁(116)的圆柱形空腔(118)，电机轴(32)可容纳于该圆柱形空腔中，并且连接部段(106)具有至少两个主要沿轴向方向延伸的缝槽(112、112'、112”)和至少两个主要沿圆周方向延伸的部分圆周的缝槽(110)，并且连接部段(106)被沿圆周方向延伸的缝槽(110)分为导向部段(120)和为了建立与电机轴(32)的力锁合连接通过夹紧器件(140)沿圆周方向和径向方向可弹性变形的夹紧部段(124)，其特征在于，所述连接部段(106)具有第二导向部段(122)，该第二导向部段设置在夹紧部段(124、124”)的沿轴向方向远离导向部段(120)的一侧上，并且在第二导向部段(122)和夹紧部段(124)之间设有至少两个主要沿圆周方向延伸的部分圆周的缝槽(114)。

2.根据权利要求1的泵轴，其特征在于，所述第二导向部段(122)和夹紧部段(124、124”)一起在小于连接部段(106)的轴向长度(204)的一半上延伸。

3.根据权利要求1的泵轴，其特征在于，所述导向部段(120)和夹紧部段(124、124”)一起在小于连接部段(106)的轴向长度(204)的一半上延伸。

4.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述第二导向部段(122)构成环形的且具有圆柱形内表面(126)，借助该圆柱形内表面能引导电机轴(32)。

5.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述夹紧部段(124、124”)具有沿轴向方向在夹紧部段(124、124”)的整个轴向长度(202)上延伸的至少两个凹槽(130)。

6.根据权利要求5的泵轴，其特征在于，所述凹槽(130)在径向上在外部设置在夹紧部段(124、124”)上。

7.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述泵轴包括第一构件(150)和第二构件(152)，第二部段(104)设置在该第一构件中，连接部段(106)设置在该第二构件中，并且第一构件和第二构件彼此材料锁合地连接。

8.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述夹紧器件(140)设置在夹紧部段(124、124”)的轴向长度(202)的一半处。

9.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述夹紧器件(140)包括至少两个螺钉(148)，其中每个螺钉分别在其螺钉长度上在其中一个轴向缝槽(112、112'、112”)两侧贯穿夹紧部段(124、124”)。

10.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述夹紧部段(124、124”)的轴向延伸长度(202)小于连接部段(106)的轴向延伸长度(204)的三分之一。

11.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述连接部段(106)和夹紧器件(140)构造成摆脱不平衡的。

12.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述连接部段(106)和夹紧器件(140)构造成关于泵轴(100)的中轴线(200)旋转对称的。

13.根据上述权利要求之一的泵轴，其特征在于，所述轴向缝槽(112、112'、112”)在小于沿圆周方向的延伸长度的一半处与沿圆周方向延伸的缝槽(110、114)相交。

14.离心泵，其包括具有电机轴(32)的电机(30)、设置在泵壳体(10)中的叶轮(40)和在叶轮(40)和电机(30)之间在泵壳体(10)中设置的滑环密封件(20、22)，泵壳体(10)与电机(30)连接，其特征在于，所述离心泵具有根据上述权利要求之一的泵轴(100)。