CN109026817B - 自调节鼓系统 - Google Patents

Abstract

一种自调节鼓系统，用于与泵或类似旋转机械一起使用，自调节鼓系统包括安装在中心轴上以用于与其共同旋转的平衡鼓。所述中心轴沿轴向方向延伸，并且所述平衡鼓具有外表面。提供了环绕所述平衡鼓的固定的静止结构。所述静止结构具有布置成面对所述平衡鼓的外表面的内表面。环形间隙被设置在所述内表面与所述外表面之间。衬套元件被布置在环形间隙中以便相对于所述内表面和/或外表面留有余隙。进一步提供了固定装置，所述固定装置用于将所述衬套元件固定到所述静止结构上，以便锁定所述衬套元件以防止所述衬套元件沿着轴向方向的运动并允许所述衬套元件在所述环形间隙内沿着径向方向自由移动。

Description

自调节鼓系统

技术领域

本发明涉及一种自调节鼓系统，适于与泵一起使用，特别是离心泵，例如多级离心泵或类似的旋转机械。

背景技术

旋转机械，特别是上述的泵的可靠性根据部件的磨损率和轴承耐用性来限定。

任何离心泵的重要性能参数之一是其轴承寿命。

泵中的高压液体对叶轮的出口通道和护罩施加压力，导致产生两个力，一个力在相对于轴的轴线的横向或径向方向上，而另一个力在纵向或轴向方向上。

离心泵的轴承寿命取决于作用在叶轮上的两个液压力，即径向推力和轴向推力。

用于离心泵的推力平衡系统在本领域中是已知的，该推力平衡系统被设计为减轻推力对轴承的影响。

在已知的平衡鼓系统中，轴向载荷被传递到与泵轴耦接的平衡鼓，该平衡鼓以最小的径向间隙在泵体腔中的静态衬套布置中旋转。

间隙中的流体形成了一层可以承担有用的轴承功能的薄膜，例如在轴颈轴承上形成的润滑剂膜。

根据现有技术，平衡鼓和衬套布置之间的径向间隙不能降低到设定的最小值以下。

然而，通过间隙泄漏的流体达到可能降低泵效率的流量。

US4493610公开了一种轴向推力平衡系统。

这种轴向推力平衡系统包括其上安装有叶轮的旋转轴。套筒被固定在叶轮排出侧的旋转轴上，以用于与旋转轴一起在轴向方向上空转。

衬套被固定地附接到包围套筒的壳体上、以套筒和衬套之间限定的环形间隙抵靠套筒并置。

为了解决过多流体通过环形间隙泄漏的问题，所述间隙借助于压力腔轴向地分成多个在套筒和衬套之间形成的更短环形间隙，其目的在于防止流体流量增加。

从US 8,133,007中已知另一轴向推力平衡系统。

该文献公开了一种多级离心泵，包括用于消除泵的不稳定操作并将轴向反作用力减小到最小的鼓平衡装置。

该文献中公开了一种可以控制和限制泵流量损失从而提供改进的效率泵的泄漏系统。

该系统由耦接在泵轴上的受控泄漏液压平衡鼓构成，并且在泵体内或在固定安装在所述泵体上的衬套布置中以最小径向间隙旋转。安装在平衡鼓上并由其旋转驱动的旋转环元件被布置成仅在所述平衡鼓与安装在所述泵体上的固定环元件之间进行轴向运动。所述旋转环元件具有端部部分，该端部部分与固定环元件一起形成允许泄漏流量通过的变窄部分。设置弹簧，该弹簧将旋转环元件轴向压靠在固定环元件上。

平衡鼓的直径使得能够控制泵的转子的轴向平衡力。所述旋转环为液压平衡的，以便限定设置的泄漏损失。

尽管上述布置可以证明通过鼓与泵体之间的间隙提供泄漏损失控制是有用的，但仍然需要一种简单可靠的泄漏控制系统。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种与泵，优选为多级离心泵或类似的旋转机械一起使用的自调节鼓系统，以及一种使用该自调节鼓系统的泵，该自调节鼓系统适于通过以自动方式提供在平衡鼓和衬套布置之间的余隙中形成的流体膜的最佳轴承特性极大地提高轴承耐用性。

在这个目标内，本发明的目的是提供一种与泵一起使用的自调节鼓系统和一种使用该自调节系统的泵，该自调节鼓系统适于减少平衡鼓与衬套布置之间的余隙中的流量泄漏，从而保持高的泵效率。

本发明的另一个目的是提供一种与泵一起使用的自调节鼓系统和一种使用该自调节系统的泵，其结构简单并且使用可靠性高。

本发明的另一个目的是提供一种与泵一起使用的自调节鼓系统和一种使用该自调节系统的泵，该自调节鼓系统可以有效地设置用于包括离心泵的任何类型的使用在技术应用领域中常见的材料的泵，而与其应用领域无关。

这个目标以及下文将变得更加明显的这些和其他目的通过与具有本申请的特征的泵一起使用的自调节鼓系统和通过本申请的一种包括自调节鼓系统的泵来实现。

根据本发明的用于与泵一起使用的自调节鼓系统可以包括：在优选的但不是唯一的实施例中，安装在中心轴上用于与中心轴共同旋转的平衡鼓，所述轴沿着轴向方向延伸，所述平衡鼓具有外表面；环绕所述平衡鼓的固定的静止结构，所述静止结构具有内表面，所述内表面被布置成面对所述平衡鼓的所述外表面并且在所述内表面与所述外表面之间设置有环形间隙；被布置在所述环形间隙中以便相对于所述内表面和/或外表面留有余隙的衬套元件；以及固定装置，所述固定装置用于将所述衬套元件固定到所述静止结构上以便锁定所述衬套元件以防止衬套元件沿着轴向方向移动并允许衬套元件沿着径向方向自由移动和/或允许衬套元件相对于轴向方向在所述环形间隙内倾斜。

包括根据本发明的自调节鼓系统的泵可以具有中心轴，在该中心轴上安装有平衡鼓，泵的叶轮支撑在该中心轴上，该静止结构为泵的壳体或壳体的一部分。

在根据本发明的多级离心泵中，当加压流体在形成于平衡鼓的外表面和衬套元件的内表面之间的环形间隙内流动时，衬套元件借助于沿所述径向方向的径向运动或相对于轴向方向的倾斜运动将其自身在所述环形间隙内布置在流体静力学方面的居中位置，从而在泵操作期间提供足以使鼓自由旋转的最小余隙。

附图说明

从下面公开的根据本发明的系统和泵的优选但非排他性的实施例中，本发明的进一步特征和优点将变得更加显而易见，所述实施例在附图中以非限制性示例的方式示出，附图中：

图1为示出根据本发明的第一实施例的与泵一起使用的自调节鼓系统的主要部件的剖面透视图。

图2为示出根据本发明的第二实施例的与泵一起使用的自调节鼓系统的主要部件的剖面透视图。

在下文将参考的附图中，在各个附图中使用相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

参考上述附图，根据本发明的自调节鼓系统总体上用附图标记1表示。

在其优选但非排他性的实施例中，该系统包括安装在中心轴2上用于与中心轴共同旋转的平衡鼓3。平衡鼓3具有外表面5。

中心轴2沿着图中所示的以标记为A-A的虚线的轴向方向延伸。

固定的静止结构4环绕平衡鼓3。

静止结构4具有其自己的内表面6，该内表面布置成面对平衡鼓3的外表面5。

在静止结构4的内表面6与平衡鼓3的外表面5之间设置有环形间隙7。

衬套元件8布置在环形间隙7中，以便相对于内表面5和外表面6或相对于内表面6或外表面5中的任一者留出余隙。

此外，提供了用于将衬套元件8固定到静止结构4的固定装置。该固定装置适于锁定衬套元件8，以防止衬套元件的旋转运动和沿着轴向方向A-A的运动，同时允许衬套元件在所述环形间隙7内沿径向方向自由移动。

所述径向方向通常垂直于轴向方向A-A并且在附图中由虚线B-B表示。

根据图1所示的第一实施例，所述固定装置可以包括设置在静止结构4中的销9和径向槽10。

径向槽10沿着径向方向B-B具有比销9的直径大的延伸部，使得销9可以在槽中径向地在两个方向上来回移动。

径向槽10的周向延伸被限制，使得销9可以防止衬套元件8的旋转运动。

所述固定装置进一步包括适于将衬套元件8锁定到静止结构4的锁定元件11。

锁定元件11例如可以设置为簧环(circlip)，该簧环被弯曲(spring)或固定到设置在衬套元件8的径向外表面上的凹槽中。

可以提供其他锁定元件，例如可以以已知方式锁定到衬套元件8的外表面上的环。也可以设置阻挡销，所述阻挡销被插入设置在同一外表面上的孔眼中，以防止衬套元件8的轴向运动。

销9可以安装在衬套元件8的与布置锁定元件11的一端相对的一端处并且设置有适于从衬套元件8的该端突出的端部部分9’。

以这种方式，端部部分9’可以被容纳在径向槽10的内部并且可以在径向方向B-B上在其内部自由地来回移动。

销9能以各种方式固定到衬套元件的端部部分。它可以例如通过螺纹啮合或通过紧密摩擦接合、通过焊接、铆接或以任何其他已知的合适方式以可拆卸的方式固定。

销也可以与衬套元件8一体地设置。

通过以上公开的布置，销9和锁定元件11可以防止衬套元件8的旋转运动以及沿着轴向方向A-A而不沿着径向方向B-B的移动。

径向槽10的径向延伸部被设定为至少等于在插入衬套元件8之后留在环形间隙7中的余隙。

因此，衬套元件8的厚度被选择成允许余隙所具有的尺寸适合于使所述衬套元件的径向运动(由所述泵供应的流体的压力所推动)处于平衡中间位置，该平衡中间位置由在衬套元件8的侧面上的静压流体压力自动设定。

如图2所示，自调节鼓1的固定装置在其第二实施例中还包括具有端部部分19’的销19。

在该实施例中，在面向静止结构4的内表面6的衬套元件8中设置轴向凹部20。

轴向凹部20具有沿径向方向B-B的深度延伸部，该深度延伸部延伸至凹部20的底部21。

轴向凹部20的周向延伸在本实施例中也受到限制，使得销19可以防止衬套元件8的旋转运动。

该实施例还设置有锁定元件11，该锁定元件类似于图1的实施例的锁定元件并且在此也适于将衬套元件8锁定到静止结构4。

该实施例还可提供如上面第一实施例所述的具有适应的不同构型的锁定元件。

销19布置成穿过静止结构4而径向插入，以使所述销的端部部分19’在轴向凹部20中朝向轴向凹部的底部21突出。

这种布置使得衬套元件8在径向方向B-B上运动。

销19和锁定元件11适于防止衬套元件8的旋转运动以及沿着轴向方向A-A而不沿着径向方向B-B的移动。

轴向凹部20在衬套元件8中的布置和销19的相关定位以突出到凹部中可以是任何布置，只要它们不干扰或阻碍自调节毂1的其他元件的操作。

轴向凹部20的深度延伸部被设置为大于布置在环形间隙7中的衬套元件8所允许的余隙。

销19被插入静止结构4中，销的端部部分19’在轴向凹部20中突出至距底部21一定距离，该距离至少等于当衬套元件8布置在环形间隙7中时所允许的余隙。

另选地，销19能以该销的端部部分19’到达凹部20的底部21的方式插入到静止结构中。

在该变型中，端部部分19’设置成在该端部部分遵循该端部部分所抵靠轴向凹部20的底部21的推动作用而沿径向方向B-B弹性地移动。

端部区域19’的弹性运动允许衬套元件8的对应径向运动。

为了提供允许衬套元件8径向运动的弹性运动，销19可以包括例如弹簧、气动、液压或其他已知适合的装置，该装置适于在其端部部分19’区域处提供所需的弹性顺应性。

衬套元件8优选制成截面为L形。该外形由从衬套元件8的主体径向突出的唇部8’给出。

唇部8’布置成抵靠设置在静止结构4的对应端部处的肩部4’。

与锁定元件11配合的唇部8’的布置适于防止衬套元件8的任何轴向运动。

也可以设置适合于将唇部8’密封到静止结构4的肩部4’的密封元件12，例如O形环或任何其他适配的垫圈。

密封元件旨在防止流体从环形间隙7泄漏，特别是在静止结构4的内表面6与衬套元件8的外表面之间的流体泄漏。如果允许，这种泄漏可能不方便地返回到平衡鼓3的高压侧。

在两个实施例中，销9、19以及径向槽10和凹部20的尺寸和布置可以设置成使得它们也可以有助于防止衬套元件8的轴向运动。

因此，例如，在图1的第一实施例中，销9的端部部分9’可以制成到达径向槽10的轴向端部附近。

在图2的第二实施例中，销19的本体的周向表面可以被制成接近凹部20的轴向端部。

平衡鼓3可以设置有多个环形通道13，所述环形通道凹入鼓的外表面5中以便与所述环形间隙7连通。

例如，这种结构在形成有助于所述余隙的轴承效应的小压力室同时帮助防止通过所述余隙的过多流体流量方面是有用的。

在这种情况下，平衡鼓3的外表面5由分隔通道13的凸肩的上表面限定。

根据本发明，还提供了一种多级离心泵，该多级离心泵包括上述公开的自调节鼓系统。

在泵中，叶轮支撑在中心轴2上。

而且，静止结构4可以由泵的固定结构提供。

固定的静止结构可以为泵壳体或其一部分，例如所述泵的固定的、添加的、结构的或功能元件。

通过在平衡鼓3的外表面5和静止结构4的内表面6之间形成的环形间隙7内的泵输送的加压流体而将衬套元件8在所述环形间隙7内布置在流体静力学方面的居中位置。

这可以借助于衬套元件8的径向运动来实现，所述衬套元件8的径向运动由在径向槽10内移动的销端部9’所允许、由沿着径向方向B-B的流体压力推动。

所述流体压力可以作用在衬套元件8的两侧，因为所述余隙可以在这两个侧上形成。

由此自动提供足以使平衡鼓3自由旋转的最小有效余隙，这允许形成具有高支承能力的流体薄膜，同时将通过允许余隙的流体泄漏降至最低。

因此，与现有技术的一般教导相反，本发明人发现了一种有效且简单的系统以减小平衡鼓与衬套布置之间的径向余隙。

这不会降低其所安装的泵的轴承效率，并且其效率几乎不受影响。

同样重要的是要注意，泵中的最小泄漏、高效率和最高可能的轴承效应是自动获得的，因为旋转鼓侧的余隙设置通过自调节实现而不需要任何特定的手动调节。

实践中已经发现，本发明完全实现了预期的目标和目的。

根据要求和现有技术，实际上所用的材料以及可能的大小和形状可以为任何材料以及大小和形状。

尽管已经根据本发明的特定实施例公开了本发明，但是本发明不限于此，而是仅限于所附的权利要求书中阐述的范围。

Claims (13)

1.一种自调节鼓系统，用于与泵一起使用，所述自调节鼓系统包括：

-平衡鼓(3)，安装在中心轴(2)上用于与所述中心轴共同旋转，所述中心轴(2)沿轴向方向(A-A)延伸，所述平衡鼓(3)具有外表面(5)；

-环绕所述平衡鼓(3)的固定的静止结构(4)，所述静止结构(4)具有内表面(6)，所述内表面布置成面对所述平衡鼓(3)的所述外表面(5)，所述内表面与所述外表面之间设置有环形间隙(7)；

-衬套元件(8)，布置在所述环形间隙(7)中，以便相对于所述内表面(6)和/或所述外表面(5)留有余隙；以及

-固定装置，用于将所述衬套元件(8)固定到所述静止结构(4)，以便锁定所述衬套元件(8)而防止所述衬套元件的旋转运动和沿着所述轴向方向(A-A)的移动并允许所述衬套元件在所述环形间隙(7)内沿着径向方向(B-B)自由移动。

2.根据权利要求1所述的自调节鼓系统，其中，所述固定装置包括：

-销(9)；

-径向槽(10)，设置在所述静止结构(4)中并具有沿所述径向方向(B-B)的径向延伸部，所述径向延伸部大于所述销(9)的直径；以及

-锁定元件(11)；

所述销(9)具有端部部分(9’)并且能布置在所述衬套元件(8)的端部处，所述端部部分从所述衬套元件(8)的该端部处突出，所述端部部分(9’)能容纳在所述径向槽(10)内并在所述径向槽内在所述径向方向(B-B)上自由移动，并且

所述锁定元件(11)适于将所述衬套元件(8)锁定到所述静止结构(4)，

由此，所述销(9)和所述锁定元件(11)适于防止所述衬套元件(8)的旋转运动以及沿着所述轴向方向(A-A)而不是沿着所述径向方向(B-B)的移动。

3.根据权利要求1所述的自调节鼓系统，其中，所述固定装置包括：

-销(19)，具有端部部分(19’)；

-轴向凹部(20)，设置在所述衬套元件(8)中以面向所述静止结构(4)的所述内表面(6)，并且所述轴向凹部具有沿着所述径向方向(B-B)的深度延伸部，所述深度延伸部延伸至所述轴向凹部的底部(21)；以及

-锁定元件(11)；

所述销(19)径向地插入穿过所述静止结构(4)，以使所述销的所述端部部分(19’)在所述轴向凹部(20)中朝向所述底部(21)突出，从而允许所述衬套元件(8)在所述径向方向(B-B)上的运动；以及

所述锁定元件(11)适于将所述衬套元件(8)锁定到所述静止结构(4)，

由此，所述销(19)和所述锁定元件(11)适于防止所述衬套元件(8)的旋转运动以及沿着所述轴向方向(A-A)而不沿着所述径向方向(B-B)的移动。

4.根据权利要求2所述的自调节鼓系统，其中，所述径向槽(10)的径向延伸部至少等于所述余隙，所述径向延伸部设定为允许所述销的所述端部部分(9’)沿着所述径向方向(B-B)在所述径向槽内的运动。

5.根据权利要求3所述的自调节鼓系统，其中，所述轴向凹部(20)的所述深度延伸部大于所述余隙。

6.根据权利要求3或5所述的自调节鼓系统，其中，所述销(19)的所述端部部分(19’)在所述轴向凹部(20)中突出至距所述底部(21)一距离，所述距离至少等于所述余隙。

7.根据权利要求3或5所述的自调节鼓系统，其中，所述销(19)设置成允许所述销的所述端部部分(19’)遵循所述端部部分所抵靠的所述轴向凹部(20)的所述底部(21)的推动作用而在所述径向方向(B-B)上弹性地移动，从而允许所述衬套元件(8)的对应径向运动。

8.根据权利要求2所述的自调节鼓系统，其中，所述衬套元件(8)的第一端部处具有唇部(8’)，所述唇部从所述衬套元件径向突出，以抵靠在所述静止结构(4)的肩部(4’)上。

9.根据权利要求8所述的自调节鼓系统，其中，所述锁定元件(11)安装在所述衬套元件(8)的第二端部处。

10.根据权利要求8所述的自调节鼓系统，所述自调节鼓系统还包括密封元件(12)，所述密封元件适于将所述唇部(8’)密封到所述静止结构(4)的所述肩部(4’)，以防止流体从所述环形间隙(7)泄漏。

11.根据权利要求1所述的自调节鼓系统，其中，所述平衡鼓(3)具有多个环形通道(13)，所述环形通道凹入所述平衡鼓的所述外表面(5)中以便与所述环形间隙(7)连通。

12.一种泵，所述泵包括根据权利要求1至11中任一项所述的自调节鼓系统，其中，所述泵的叶轮支撑在所述中心轴(2)上，并且所述静止结构(4)为所述泵的壳体或壳体的一部分。

13.根据权利要求12所述的泵，其中，当加压流体在形成于所述平衡鼓(3)的所述外表面(5)和所述静止结构(4)的所述内表面(6)之间的所述环形间隙(7)内流动时，所述衬套元件(8)借助于沿所述径向方向(B-B)的径向运动而将所述衬套元件自身在所述环形间隙(7)内布置在流体静力学方面的居中位置，以便在泵操作期间提供足以使所述平衡鼓(3)自由旋转的最小余隙。

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