CN105745452B - 卸载机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于补偿流体机械的轴向推力的装置。卸载元件（11）抗扭地与轴（1）连接。与固定于壳体的配对元件（12）共同地在卸载元件（11）和配对元件（12）之间形成节流缝隙（13）。在所述配对元件（12）上布置有用于使所述卸载元件（11）与所述配对元件（12）保持间隔的机构。该机构包括至少一个力产生元件（14）。该力产生元件（14）产生了反向于所述轴向推力的力。

Description

卸载机构

技术领域

本发明涉及一种带有卸载元件的、用于补偿一种流体机械的轴向推力的装置，该卸载元件抗扭地与轴连接并且与固定于壳体的配对元件共同形成了径向的节流缝隙。

背景技术

轴向推力是所有作用到流体机械的转子上的轴向力的合成。人们区分不同类型的轴向推力平衡。

为了接纳轴向推力，基本上公开了三种类型的卸载机构：卸载盘、单活塞和双活塞。所有三种实施方案的共同点是通过缝隙被引导的卸载流。大多数返回离心泵入口的卸载流表现出泄漏损耗，人们尝试通过尽可能小的缝隙宽度使得所述泄漏损耗最小化。

目的是达到转子的、对于流体机械的所有运行状态来说受控制的轴向位置，以便确保流体机械的无干扰的运行。在离心泵的运行中必须避免运动的部件触及固定的部件。

在带有卸载盘的流体机械的运行中，作用在卸载元件的两侧之间的压力差引起了反向于轴向推力的卸载力。在此，该卸载力刚好与轴向推力一样大。在转子上存在力平衡。防止了卸载元件触及配对元件。

在起动或停机过程中，所述压力差还没有形成，从而没有应对卸载元件与配对元件之间的接触的、相应的对应措施。借助于所谓的“提升设备（Abhebevorrichtung）”中的弹簧组件可以防止径向的缝隙表面的这种触碰（Anlaufen）。

DE 886 250描述了一种用于离心泵的提升设备。该提升设备形成特别的结构元件，该结构元件的环绕运行的部分固定在离心机的背离（abgekehrt）驱动侧的轴端上。未环绕运行的部分支撑在离心机的壳体上。在这种常规的、用于接纳起动以及停机时的轴向力的设备中，弹簧组件被布置在流体通流的区域之外的单独的空间中。该空间针对输送介质进行密封。这种结构导致了延长的结构长度。此外，必须设置用于该设备的自身特有的壳体。

在流体机械的起动或者停机过程中获取轴向力的另一可能性在于使用万向接头环。

DE 199 27 135 A1描述了一种用于多级的离心泵的卸载机构，其中使用了万向接头环。该万向接头环以下述方式计算尺寸：使得其通过剩余推力发生弹性变形。该万向接头环被布置在单独的密封的空间中。这种结构也导致了流体机械的附加的结构长度。

在DE 1 745 898 U中描述了一种用于限制离心机的泵转子的轴向推力的设备。通过以下方式来防止卸载元件碰触配对元件：能自由运动的轴向轴承和外部的轴承环通过弹簧力限制地贴靠在支承轴承法兰上。对于这种结构需要油润滑。即使在这种结构中也延长了机器围绕相应的轴件的结构长度，在那里相应的壳体针对输送介质进行密封。

发明内容

本发明的任务是规定一种用于补偿流体机械的轴向推力的装置，其中即使在起动或停机时也可靠地防止卸载元件触及配对元件。在此，对碰触的防止不应引起流体机械的附加的结构长度。也应避免自身特有的壳体以及避免使用附加的润滑剂。

该任务根据本发明通过以下方式得以解决：在配对元件上布置有用于使卸载元件与配对元件保持间隔的机构，该机构具有至少一个力产生元件，该力产生元件产生了反向于轴向推力的力。

根据本发明，所述机构布置在配对元件本身上。该机构处在流体机械的介质通流的区域内。因此不需要延长轴并且不需要附加的壳体。就根据本发明的机构而言也省去了单独的润滑剂。

所述机构具有至少一个力产生元件，该力产生元件产生反向于轴向推力的力。该力产生元件例如能够液压或者磁性地进行工作。也可以使用用于力产生的压电元件。

就本发明的一种尤其有利的实施方案而言采用弹簧作为力产生元件。这在制造中是价格便宜的并且就防止卸载元件触及配对元件而言被证实是极其可靠的。此外不需要附加的驱动器件。

所述机构除了力产生元件之外优选具有能轴向移动的元件。在本发明的一种有益的实施方案中，所述能轴向移动的元件具有至少一个区域，该区域至少部分地嵌入由配对元件形成的引导件中。此外，能轴向移动的元件可以具有环形的突起，该突起嵌入配对元件上环形的凹处中。

就本发明的一种优选的实施方案而言，所述力产生元件被布置在固定于壳体的配对元件与能轴向移动的元件之间。在此形成一空间，所述力产生元件定位在该空间。在此，所述力产生元件可以支撑在配对元件上并且作用到能轴向移动的元件上。

所述卸载元件具有指向高压空间的表面和指向低压空间的表面。在流体机械的运行中，高压空间与低压空间之间的压力差引起了反向于轴向推力的卸载力。在此，该卸载力刚好与轴向推力一样大。在转子上存在力平衡。防止了卸载元件触及配对元件。

因为在起动或停机过程中还没有形成这种压力差，所以根据本发明在起动和/或停机时通过布置在配对元件上的力产生元件来形成力。该力作用到能轴向移动的元件上。由此使得所述能轴向移动的元件向着卸载元件的方向运动。

优选在能轴向移动的元件上布置滑动轴承元件。在本发明的一种尤其有利的实施方案中，所述滑动轴承元件由高强度的热塑性的塑料制成。在此，基于聚芳醚酮（Polyaryletherketone）的塑料证实是尤其有益的。优选使用聚醚醚酮（PEEK）。这种滑动元件能够实现由介质润滑的滑动。

在起动或停机过程时通过力产生元件以下述远的程度移动所述能轴向移动的元件：使得滑动轴承元件贴靠在卸载元件上。因此，该滑动轴承元件用作用于卸载元件的止挡件，从而防止卸载元件触及配对元件。

通过根据本发明的材料选择获得了卸载元件在滑动轴承元件上由介质润滑的滑动，通过所述材料选择来防止卸载元件触及配对元件。由此防止了对配对元件或者卸载元件的损坏。没有出现磨损，使得径向的节流缝隙保持其所希望的几何形状。

所述滑动轴承元件优选是环。就本发明的一种尤其有益的实施方案而言，所述环布置在接纳部中，该接纳部由能轴向移动的元件形成。为此，能轴向移动的元件能够具有槽，滑动元件位于该槽中。优选所述滑动元件借助于粘结剂和/或其它的固定器件固定在能轴向移动的元件上。

在起动阶段期间，能轴向移动的元件被向着卸载元件移动。如果随后在高压空间和低压空间之间形成了压力差，那么引起卸载力并且使得转子相反于轴向推力移动的压力差就作用到卸载元件上。

当所述流体机械运行至所希望的转速时，压力作用到能轴向移动的元件或者滑动轴承元件上。由此，能轴向移动的元件远离卸载元件向着配对元件移动。因此，能轴向移动的元件连同滑动轴承元件进入缩回的位置中。

优选在能轴向移动的元件和配对元件之间布置密封元件。通过该密封元件将高压空间与低压空间分开。所述力产生元件被布置在支配着较低的压力的空间中。

优选所述配对元件具有开口，该开口将下述空间与卸载空间连接：在该空间中布置有力元件。通过这种连接可以在移动能轴向移动的元件时使介质从空间中漏出或者流入。

在停止机器时，高压空间和低压空间之间的压力差降低，从而卸载力降低并且节流缝隙变小。由此在高压空间中作用到能轴向移动的元件或者滑动轴承元件上的压力也降低了。由此出现了新的平衡，其中力产生元件使能轴向移动的元件向卸载元件移动。由此，能轴向移动的元件前移。在该位置中，卸载盘贴靠在滑动轴承元件上并且防止卸载元件触及配对元件。

附图说明

另外的优点和特征由根据附图对实施例所作的描述以及由附图本身得出。

在此：

图1示出了装入离心泵中的、用于补偿轴向推力的装置。

图2示出了多级离心泵的轴向剖面的剖面图。

具体实施方式

图1示出了具有轴1的离心泵，该轴支承着多个叶轮2。所述叶轮由分级壳体3包围。输送介质流经压力壳体4。

在与压力壳体4连接的节流套6和与所述轴1抗扭地连接的、也称作活塞的部件7之间形成轴向的节流缝隙8，在该部件7的外圆周上优选设置有聚醚醚酮层。

通过轴向的节流缝隙8，从离心泵的高压区域中分支出输送流体并且将输送流体作为卸载流进行引导。

在图2中示出的空间9和10用流体进行填充。在此，该流体优选为离心泵的输送介质。在离心泵的运行期间，空间9中的压力明显大于空间10中的压力。在“高压”空间9和“低压”空间10之间布置有卸载元件11。在本实施例中，所述卸载元件11为卸载盘。该卸载元件11抗扭地与轴1连接。

作用到卸载元件11表面上的压力差Δp=p₉-p₁₀产生了反向于轴向推力F_ax的卸载力。在本实施例中，轴向推力鉴于附图从左向右作用。由于压力差Δp=p₉-p₁₀所产生的卸载力鉴于附图从右向左作用。

在卸载元件11和配对元件12之间形成了径向的节流缝隙13。该配对元件12与壳体固定地连接。

如果在运行期间轴向推力变化并且卸载力降低，那么转子向着泵的吸入侧的方向运动并且径向的节流缝隙13变得更窄。通过节流缝隙13上更强烈的节流来提高压力p₉并且因而提高卸载力。如果卸载力大于轴向推力，那么过剩的力使得转子向泵的背侧（Rückseite）运动并且节流缝隙13变得更宽。这具有以下结果：使得作用到卸载元件上的压力p₉再次降低并且也再次降低了卸载力。出现了转子上的力的平衡，在这些力的平衡的情况下形成了大约0.05到0.1mm的节流缝隙。就根据本发明的装置而言，所述卸载元件11用作自调节的流体动力学的轴向轴承。

为了将系统保持稳定并且调节运动进行得不是太快，必须以下述方式构造所述轴向的节流缝隙8：出现径向的节流缝隙13多于0.01mm并且少于0.12mm。

在使用卸载盘作为卸载元件11时，相对小的卸载流是有利的，从而达到高的容积效率。就常规的卸载盘而言，增加的易磨损性至今为止是个劣势。

现在，就根据本发明的装置而言在起动和/或停机时通过用于使卸载元件11与配对元件12保持间隔的机构来防止磨损。根据本发明，该机构布置在配对元件12上。该机构包括力产生元件14。该力产生元件14在起动和/或停机时产生反向于轴向推力的力，该力确保使卸载元件11与配对元件12保持间隔。

该用于保持间隔的机构具有能轴向移动的元件15。所述力产生元件14被布置在能轴向移动的元件15和固定于壳体的配对元件12之间。

此外，所述机构包括滑动轴承元件16，该滑动轴承元件由能轴向移动的元件15支承。为此，能轴向移动的元件15具有凹处17，构造为环的滑动轴承元件16布置在该能轴向移动的元件中。该凹处17构造为圆形的槽。

所述滑动轴承元件16的端面对准卸载元件11。该滑动轴承元件16由聚醚醚酮（PEEK）制成。

优选所述滑动轴承元件16具有对准卸载元件11的、带有没有示出的通道的、结构化的端面。由此能够实现由介质润滑的滑动轴承。

在起动或者停机时，压力差Δp=p₉-p₁₀是微小的，以至于在出现轴向推力时所述卸载元件11会贴靠在配对元件12上。卸载元件11触及配对元件12会引起显著的磨损现象。

就根据本发明的装置而言，所述力产生元件14鉴于附图使所述能轴向移动的元件15从右向左移动。在此，所述滑动轴承元件16贴靠在卸载元件11上，该卸载元件在面对滑动轴承元件16的侧面上具有装甲的区域18。因此，在起动或停机时，在卸载元件11和滑动轴承元件16之间建立了由介质润滑的滑动轴承。在此防止卸载元件11触及配对元件12。

一旦在两个空间9和10之间形成足够的压力差Δp=p₉-p₁₀，那么就出现了卸载元件11和配对元件12之间的节流缝隙。现在增加的压力p₉也作用到滑动轴承元件16的端面上。通过该压力p₉，鉴于附图使所述能轴向移动的元件15从左向右移动。现在所述机构处于它的缩回的运行位置中。

因此通过按照本发明的装置建立了一种机构，该机构在起动或停机时移开且因此从右向左移动并且在运行状态期间移回到它的运行位置并且因此鉴于附图被从左向右移动。

所述能轴向移动的元件15具有第一槽19，在该第一槽中布置有构造为O形环的密封元件20。此外，能轴向移动的元件15具有第二槽21，在该第二槽中布置有构造成O形环的密封元件22。所述密封元件20和22将“高压”空间9与“低压”空间10分开。

所述配对元件12具有开口23，该开口将下述空间与卸载空间10连接：在该空间中布置有力产生元件14。该开口23实施为压力平衡孔。

如果在停机时输送压力降低，那么所述能轴向移动的元件15再次进入到其移出的位置中而阻止节流表面触碰。

Claims (10)

1.带有卸载元件（11）的、用于补偿一种流体机械的轴向推力的装置，所述卸载元件抗扭地与轴（1）连接并且与固定于壳体的配对元件（12）共同地形成径向的节流缝隙（13），

其特征在于，

在所述配对元件（12）上布置有用于使所述卸载元件（11）与所述配对元件（12）保持间隔的机构，该机构具有至少一个力产生元件（14），该力产生元件产生反向于所述轴向推力的力。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机构具有能轴向移动的元件（15）。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述力产生元件（14）布置在所述配对元件（12）和所述能轴向移动的元件（15）之间。

4.按照权利要求2或3所述的装置，其特征在于，在所述能轴向移动的元件（15）上布置有滑动轴承元件（16）。

5.按照权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述配对元件（12）具有用于所述能轴向移动的元件（15）的引导件。

6.按照权利要求2或3所述的装置，其特征在于，在所述能轴向移动的元件（15）与所述配对元件（12）之间布置有至少一个密封元件（20、22）。

7.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述配对元件（12）具有开口（23），该开口将第一空间与第二空间（10）连接，在所述第一空间中布置有所述力产生元件（14）。

8.用于补偿流体机械的轴向推力的方法，其特征在于，通过力产生元件（14）建立反向于所述轴向推力的力，所述力产生元件布置在配对元件（12）上，其中设有卸载元件（11），该卸载元件抗扭地与轴（1）连接并与固定于壳体的配对元件（12）共同地形成径向的节流缝隙（13），其中在所述配对元件（12）上布置有用于使所述卸载元件（11）与所述配对元件（12）保持间隔的机构，该机构具有至少一个力产生元件（14），该力产生元件产生反向于所述轴向推力的力。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，反向的力使元件（15）沿轴向移动。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，通过轴向移动使得元件（16）止挡于旋转的卸载元件（11）并且由此防止所述卸载元件（11）与固定的配对元件（12）之间的接触。