CN109424578B - 具有提升装置的轴支承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于泵（2）的轴支承装置（1），其中所述轴支承装置（1）包括能够被连接到可轴向移位的泵轴（5）的减摩轴承（8、81、815）。弹簧（7、71、72）被设置在所述减摩轴承（8、81、815）处，以致在所述轴支承装置（1）的安装条件下，弹簧力（F）能够借助于所述弹簧（7、71、72）被传递到所述减摩轴承（8、81、815）的外部环。附接到泵轴（5）的提升元件（3）和对应的相对元件（4）在所述泵（2）的启动状态和/或关停状态下借助于弹簧力而彼此分离。本发明进一步涉及具有对应的轴支承装置（1）的泵（2）。

Description

具有提升装置的轴支承装置

技术领域

本发明涉及具有集成的提升装置的轴支承装置。本发明进一步涉及具有根据本发明的轴支承装置的泵。本发明进一步涉及轴承。

背景技术

当作用在某方向上的力必须被补偿或物体在不期望的方向上的移动必须被阻止时使用轴承。在泵中使用的轴承的两种主要类型是径向轴承和轴向轴承。

当操作离心泵时，产生作用在吸力侧方向上的轴向推力。为了释放这个推力，释放盘（relief disk）被安装在轴的压力侧上，其作用取决于泵压力。如果输送液体不具有所需压力，例如当启动或关停泵时，则可以存在释放盘与相对盘的接触。这导致系统的磨损，最终导致系统失效。提升装置被用于在启动和关停期间桥接关键阶段。因为当泵单元停顿时释放盘在彼此顶部上，所以例如在启动或关停泵单元时，在低旋转速度下会产生接触，且因此导致磨损痕迹。其原因在于，在释放盘处不能够实现力的液压稳定的相关性，并且因此不能形成释放间隙。为了确保泵单元的无接触启动或关停，通过提升装置产生泵轴的移位且因此产生间隙。

具有提升装置的离心泵从EP 0 694 696 B1已知。其在离心泵的可轴向移位的转子轴上产生轴向推力。该装置由第一主体构成，该第一主体能够被连接到转子轴且其具有被固定地设置的永磁体和第二永磁体，其中这两个永磁体被分配给彼此，以致作用的磁性力将转子轴保持在静止位置，或者在由离心泵的操作而导致从静止位置移位的情况下，它们作用在转子轴上以致它们产生与移位方向相反的力。这个解决方案的缺点在于与其相关的高成本，这是由昂贵的永磁体导致的。

具有提升装置和电磁轴承的离心泵从EP 0 355 796 A2已知。释放装置已被长期用来补偿运转的离心泵的轴向推力。离心泵的典型释放装置包括旋转释放盘和固定的相对释放盘，其形成在径向方向上延伸的间隙，离心泵中的加压流体的一部分通过该间隙流动到外侧。因此，离心泵的轴在轴向方向上被保持在由轴向推力产生的力与由释放装置产生的反力之间的平衡状态。在操作离心泵期间能够产生过渡阶段，例如当启动或停止时，当流体可以具有低压力时，以致轴不能被保持在平衡状态。在这样的过渡情况下，存在如下风险：释放装置的两个盘可能彼此接触，这会对这两个盘造成损坏。为了避免这样的损坏，在过渡阶段期间或在离心泵停顿期间，借助于受控电磁体，在轴的轴向位置上施加力，使得释放装置的两个盘不会彼此接触。

这种已知的装置具有如下缺点：轴的轴向位置必须由传感器来检测并且借助于可动电磁体来控制。所述已知的装置具有另外的缺点：轴向方向上的最大可能移位是非常小的。

释放元件从WO 2015/074903已知，其被抗转矩地联接到轴。通过在相对元件（counter element）上设置用于间隔的装置以便保持释放元件远离相对元件，从而通过相对元件来形成节流间隙。用于间隔的装置具有力元件，优选地是弹簧，其产生与轴向推力相反的力。这种已知的装置具有如下缺点：磨损部分（诸如力生成元件）的更换是费力的。

从现有技术已知的提升装置的主要缺点在于，泵的长度由某些装置来增加并且需要单独的壳体或者装置几何构型是复杂且昂贵的。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种具有简单结构设计的提升装置的轴支承装置，其适合于简单且经济的生产并且其能够同时被用在轴向轴承设置中，以便接收高压力负荷，同时避免从现有技术已知的不良影响和高成本。

这个目标由轴支承装置和轴承来实现，所述轴支承装置用在泵中。

还描述了涉及本发明的特别优选的实施例。

根据本发明，提出了用于泵的轴支承装置。在这种情况下，轴支承装置包括减摩轴承（antifriction bearing），其能够被连接到可轴向移位的泵轴。弹簧被设置在减摩轴承处，以致在轴支承装置的安装条件下，弹簧力能够借助于弹簧被传递到减摩轴承，从而在泵的启动状态和/或关停状态下，被附接到泵轴的提升元件和对应的相对元件彼此分离。尤其，弹簧被设置在减摩轴承处以致弹簧力F与泵轴的轴线平行地作用。因此，弹簧被设置在减摩轴承处，以致弹簧力F作用在减摩轴承的外部环上，从而在关停状态和/或启动状态下，泵轴的轴向推力能够被补偿。附接到泵轴的提升元件和对应的相对元件在启动状态和/或关停状态下借助于弹簧的弹簧力而彼此分离。在启动状态之后，当已经开始泵的自润滑时，在提升元件和相对元件之间形成润滑剂膜，从而提升元件和相对元件能够借助于位于其间的润滑流体的润滑膜而在基本上没有磨损的情况下在彼此上运转。实践中，泵可以是离心泵，尤其是单级或多级离心泵。

实践中，轴支承装置可以被设置在驱动侧上和/或非驱动侧上。

因此，本发明的本质在于，减摩轴承被设置在泵轴处，以致轴向压力能够经由弹簧被施加在泵轴上，使得提升元件和相对元件在启动状态下借助于弹簧的轴向压力而彼此分离，以便防止提升元件和相对元件由于缺乏润滑而磨损。

特别有利地，减摩轴承的轴承壳体和/或被设置在减摩轴承处的压力环能够具有压力表面，弹簧力能够作用在该压力表面上。

实践中，弹簧被设置在减摩轴承和壳体之间，以致弹簧力能够起作用。

关键是提升装置被集成在轴支承装置中且因此优选地不需要针对单独的提升装置的附加壳体。

实践中，提升装置被抗转矩地连接到轴，相对元件被连接到泵壳体以静止，即不可移动，以致由于泵轴的轴向移动而产生提升元件抵靠相对元件的移位。

对于本发明重要的是轴支承装置是径向轴承。

大体而言，轴向推力在下文指的是力的效果，所述力在轴向方向上作用在泵轴上并且其由泵的叶轮的旋转引起。大体而言，弹簧在下文指的是施加与弹簧常数相关的弹簧力的弹簧，尤其是螺旋弹簧，特别是盘簧（disk spring）。大体而言，压力环在下文指的是盘形环，特别是被设置在减摩件的轴承壳体内的盘形圆环，其围绕泵轴设置并且其通常由适当金属或另一合适的材料制成，以致轴向作用的弹簧力能够借助于压力环经由压力环的圆周被传递到减摩轴承的外部环。大体而言，弹簧力在下文指的是由弹簧（尤其是螺旋弹簧、特别是盘簧）引起的且经由减摩轴承（尤其经由压力环和减摩轴承）抵抗轴向推力作用在泵轴上的力。大体而言，启动状态在下文指的是其中泵被启动并开始运转的泵状态，尤其是其中在相对元件和提升元件之间还没有形成润滑剂膜的状态，尤其是其中弹簧力大于轴向推力以致提升元件和相对元件达到彼此分离程度的状态。大体而言，关停状态在下文指的是其中泵被停止并关停的泵状态，尤其是其中在相对元件和提升元件之间的润滑剂膜减小的状态，尤其是其中弹簧力大于轴向推力以致提升元件和相对元件达到彼此分离程度的状态。大体而言，润滑流体在下文指的是具有润滑性质的流体，尤其，润滑流体也能够是润滑剂。实践中，润滑流体是直接被泵送的产品或者在特殊情况下是单独的润滑流体。大体而言，轴支承装置在下文指的是能够经受轴向和径向力的轴承。

根据本发明的泵和根据本发明的轴支承装置或提升装置的优点尤其是：

-具有提升装置的构造简单的轴支承装置

-轴支承装置比具有附加提升装置的泵具有基本更小的装置几何构型，且因此其不增加泵长度

-其能够被便宜地制造

-其允许容易地更换磨损部分。

实践中，可能的是，轴支承装置是径向轴承。

在本发明的实施例中，轴支承装置包括具有内部环和外部环的减摩轴承。

在本发明的实践中特别有利的实施例中，弹簧被压力环支撑在减摩轴承的外部环处。因此，如已经提到的，压力环被设置在减摩轴承和减摩轴承的轴承壳体处的弹簧之间，以致弹簧力经由压力环被传递到减摩轴承且因此被传递到泵轴。这种设置优选地用于螺旋弹簧，而通过使用盘簧，力尤其直接作用在外部环上。

在本发明的另一特定实施例中，至少三个弹簧被设置在减摩轴承和/或压力环的圆周上，尤其在相同距离处。弹簧可以被设置在壳体和减摩轴承和/或压力环之间，尤其分布在减摩轴承和/或压力环的圆周上并且被设置成以特别有利的方式距彼此相同距离处。

在本发明的对于实践重要的另一实施例中，弹簧可以被设计成围绕泵轴缠绕的盘簧。

在本发明的实施例中，减摩轴承可以是球轴承和/或圆柱滚子轴承。轴承可以是打开的、半开的或者闭合的。

根据轴承的类型，需要压力环来提供用于力传递的压力表面。

也可能的是，球轴承主要是带槽球轴承和/或径向止推球轴承（angular ballbearing）。

实践中，提升元件和/或相对元件的接触表面可以被涂覆，尤其被陶瓷涂覆。因此，能够使这两个元件的磨损最小化。

在这种情况下，提升元件和/或相对元件和/或压力环和/或减摩轴承能够包括纤维增强复合材料或者热塑性合成材料，尤其是聚醚酮（polyether ketone）。提升元件和/或相对元件和/或压力环和/或减摩轴承能够由这些材料中的一种或更多种制成、特别是也由复合材料制成。减摩轴承也能够由陶瓷制成。压力环优选地由钢制成。

显而易见的是，提升元件和/或相对元件的接触表面也能够被固体润滑剂和/或陶瓷涂覆。如此，改善了滑动性质并且使这两个元件的磨损最小化。陶瓷涂层可以尤其是碳化硅。

根据本发明，进一步提出了具有根据本发明的轴支承装置的泵。在这种情况下，轴支承装置包括可轴向移位的泵轴、减摩轴承和弹簧。减摩轴承优选地被连接到泵轴并且弹簧被设置在减摩轴承处。尤其，弹簧被设置在减摩轴承处以致弹簧力F与泵轴的轴线平行地作用。因此，弹簧被附接到减摩轴承，以致弹簧力F作用在减摩轴承的外部环上，从而在关停状态和/或启动状态下，泵轴的轴向推力能够被补偿。附接到泵轴的提升元件和对应的相对元件在关停状态和/或启动状态下借助于弹簧的弹簧力而彼此分离。在启动状态之后，当已经开始泵的自润滑时，在提升元件和相对元件之间形成润滑剂膜，从而提升元件和相对元件能够借助于位于其间的润滑流体的润滑膜而在基本上没有磨损的情况下在彼此上运转。实践中，泵可以是离心泵，尤其是单级或多级离心泵。

根据本发明，进一步提出了用于泵和轴支承装置的轴承。在这种情况下，轴承包括减摩轴承，其能够被连接到可轴向移位的泵轴和弹簧，该弹簧被设置在减摩轴承处以致在轴承的安装状况下，弹簧力能够借助于弹簧被传递到减摩轴承。

附图说明

在下文中将借助于实施例并参考附图来更详细地解释本发明。

示意图示出：

图1是减摩轴承的示意性图示；

图2是根据本发明的轴支承装置的第一实施例；

图3是根据本发明的处于不同视角的轴支承装置的另一实施例的截面；

图4是根据本发明的轴支承装置的另一实施例的截面；

图5是根据本发明的轴支承装置的另一实施例；

图6是根据本发明的处于不同操作状态的轴支承装置的纵向截面。

具体实施方式

图1示出减摩轴承8、81、815的示意性图示。在这种情况下，减摩轴承8被设计成球轴承81，尤其是带槽球轴承815。减摩轴承8、81、815包括外部环812、内部环813和在其间设置有轴承保持架814的球811。内部环813被抗转矩地（torque-proofly）连接到泵轴5，且因此例如图2中所示，由提升装置的弹簧7、71、72导致的力F作用在外部环812上。在操作状态下，由作用在外部环812上的力F导致内部环813和被抗转矩地联接的泵轴5的移位。在弹簧7、71、72和减摩轴承8、81、815之间的这种基本动作模式在图2中被示出，例如，借此在图1中已经省略了对弹簧的表示。

图2示出根据本发明的轴支承装置1的第一实施例的示意性图示。轴支承装置1包括减摩轴承8、81、815、压力环6和弹簧7、71、72。减摩轴承8、81、815被设计成带槽球轴承815。弹簧7、71、72被设置在壳体9和压力环6之间，以致弹簧力F经由压力环6作用在带槽球轴承815上，提升元件3和相对元件4的接触表面34分离开并存在间隙S。在操作状态下，弹簧力F抵抗由叶轮的旋转导致的轴向推力A。轴线中断部10表示具有集成的提升装置的轴支承装置1可以被设置在泵轴5处距提升元件3和相对元件4的任意距离处。尤其，弹簧7、71、72被设置在带槽球轴承815处，以致弹簧力F与泵轴的轴线平行地作用。因此，弹簧7、71、72被设置在带槽球轴承815处，以致弹簧力F作用在带槽球轴承815的外部环上，从而在关停状态和/或启动状态下，泵轴5的轴向推力A能够被补偿。附接到泵轴5的提升元件3和对应的相对元件4在启动状态和/或关停状态下借助于弹簧7、71、72的弹簧力F而彼此分离。在启动状态之后，当已经开始泵2的自润滑时，在提升元件3和相对元件4之间形成润滑剂膜，从而提升元件3和相对元件4能够借助于位于其间的润滑流体的润滑膜而在基本上没有磨损的情况下在彼此上运转。

图3示出了根据本发明的处于不同视角的轴支承装置1的另一实施例的截面。弹簧7、71、72被设计成围绕泵轴5缠绕的螺旋弹簧71。弹簧力F直接作用在轴支承装置1的外部环812上，借此提升元件3和相对元件4彼此分离。螺旋弹簧71被设置在壳体9和减摩轴承8、81、815之间。尤其，螺旋弹簧71被设置在减摩轴承8、81、815处，以致弹簧力F与泵轴5的轴线平行地作用。因此，螺旋弹簧71被设置在减摩轴承8、81、815处，以致弹簧力F作用在减摩轴承8、81、815的外部环上，从而在关停状态和/或启动状态下，泵轴5的轴向推力A能够被补偿。附接到泵轴5的提升元件3和对应的相对元件4在启动状态和/或关停状态下借助于螺旋弹簧71的弹簧力F而彼此分离。

图4示出了根据本发明的轴支承装置1的另一实施例的截面。弹簧7、71、72被设计成单个螺旋弹簧，并且弹簧力F作用在轴支承装置1的减摩轴承8、81、815上且因此经由压力环6作用在泵轴5上。螺旋弹簧71以相同距离d分布在压力环6的圆周上。螺旋弹簧71可以被设置在壳体9和减摩轴承8、81、815和/或压力环6之间。尤其，螺旋弹簧71被设置在压力环6处，以致弹簧力F与泵轴5的轴线平行地作用。因此，螺旋弹簧71被设置在压力环6处，以致弹簧力F作用在压力环6上，从而在关停状态和/或启动状态下，泵轴5的轴向推力A能够被补偿。附接到泵轴5的提升元件3和对应的相对元件4在启动状态和/或关停状态下借助于螺旋弹簧71的弹簧力F而彼此分离。

图5示出了根据本发明的轴支承装置1的另一实施例。弹簧7、71、72被设计成盘簧，并且弹簧力F作用在轴支承装置1的减摩轴承8、81、815上且因此作用在泵轴5上。盘簧72被设置在相反方向上，例如作为两对，每对具有五个盘簧72。本领域技术人员将理解，具有更多或更少的盘簧72和作为不同设置类型的其它设置也是可能的。盘簧72被设置在壳体9和减摩轴承8、81、815之间。尤其，盘簧72被设置在减摩轴承8、81、815处，以致弹簧力F与泵轴5的轴线平行地作用。因此，盘簧72被设置在减摩轴承8、81处，以致弹簧力F作用，从而在关停状态和/或启动状态下，泵轴5的轴向推力A能够被补偿。附接到泵轴5的提升元件3和对应的相对元件4在启动状态和/或关停状态下借助于盘簧72的弹簧力F而彼此分离。

图6示出根据本发明的处于不同操作状态Z1、Z2下的轴支承装置1的纵向截面的示意性图示。轴支承装置1具有与图1中所描述的设计相同的设计。根据图示，泵2在附图的下侧上处于操作状态Z1。操作状态Z1描述了轴向推力A大于弹簧力F的操作状态。在图示的上侧上，泵2处于操作状态Z2，其对应于启动和/或关停状态和/或安装状况并且其中轴向推力A小于弹簧力F。在操作状态Z2下，当轴向推力A不足以克服弹簧力F时，提升元件3和相对元件4分离开间隙S，以致润滑剂膜能够形成在这两个接触表面34之间并且在启动状态之后和/或在关停状态期间，这两个部件不会磨损。如果由叶轮旋转所导致的轴向推力A大于弹簧力F，则泵轴5移位并且因此提升元件3也移位，使得间隙S减小。通过使得泵轴5移位而压缩弹簧7、71、72。提升元件3和相对元件4能够通过减小间隙S的宽度在彼此顶部上滑动并且能够用作叶轮的轴向推力A的释放装置。

Claims (14)

1.一种用于泵（2）的轴支承装置（1），包括能够被连接到可轴向移位的泵轴（5）的减摩轴承（8、81、815），所述减摩轴承是径向轴承，其与泵壳体接触并且被配置成吸收所述泵轴的径向力，

其特征在于：

弹簧（7、71、72）被设置在所述减摩轴承（8、81、815）处，以致在所述轴支承装置（1）的安装条件下，弹簧力（F）能够借助于所述弹簧（7、71、72）被传递到所述减摩轴承（8、81、815），从而在所述泵（2）的启动状态和/或关停状态下，被附接到所述泵轴（5）的提升元件（3）和对应的相对元件（4）彼此分离。

2.根据权利要求1所述的轴支承装置（1），其中，所述轴支承装置（1）包括具有内部环（813）和外部环（812）的减摩轴承（8、81、815）。

3.根据权利要求1或2所述的轴支承装置（1），其中，所述弹簧（7、71、72）经由压力环（6）被支撑在所述减摩轴承（8、81、815）的轴承壳体处。

4.根据权利要求3所述的轴支承装置（1），其中，至少三个弹簧（71）被设置在所述减摩轴承（8、81、815）和/或所述压力环（6）的圆周上。

5.根据权利要求4所述的轴支承装置（1），其中，至少三个弹簧（71）以相同距离（d）被设置在所述减摩轴承（8、81、815）和/或所述压力环（6）的圆周上。

6.根据权利要求1或2所述的轴支承装置（1），其中，所述弹簧（7、71、72）被形成为围绕所述泵轴（5）设置的盘簧（72）。

7.根据权利要求1或2所述的轴支承装置（1），其中，所述减摩轴承（8、81、815）是球轴承（81、815）和/或圆柱滚子轴承。

8.根据权利要求7所述的轴支承装置（1），其中，所述球轴承（81、815）是带槽球轴承（815）和/或径向止推球轴承。

9.根据权利要求1或2所述的轴支承装置（1），其中，接触表面（34）被涂覆。

10.根据权利要求9所述的轴支承装置（1），其中，接触表面（34）被陶瓷涂覆。

11.根据权利要求3所述的轴支承装置（1），其中，提升元件（3）和/或相对元件（4）和/或压力环（6）和/或所述减摩轴承（8、81、815）包括纤维增强复合材料或者热塑性合成材料。

12.根据权利要求11所述的轴支承装置（1），其中，所述热塑性合成材料是聚醚酮。

13.根据权利要求9所述的轴支承装置（1），其中，所述接触表面（34）被固体润滑剂涂覆。

14.一种泵（2），包括根据前述权利要求中任一项所述的轴支承装置（1）。

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