CN114008328A - 用于多级泵的泵轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多级泵，特别是用于离心泵的泵轴，其中所述泵轴包括用于啮合卸载装置的环绕的槽区域，用于将沿所述泵轴的轴向作用的力引入到该泵轴中。所述泵轴的特征在于，在该泵轴的纵向剖视图中的所述槽区域具有多个在轴向上的彼此间隔的槽。

Description

用于多级泵的泵轴

技术领域

本发明涉及用于多级泵的泵轴以及具有这种泵轴的泵。

背景技术

在泵中，特别是在离心泵中借助旋转的轴吸入待泵送的流体，并且通过借助所述轴旋转驱动的叶轮将该流体输送出去。

由于在多级泵中的叶轮处——在一定条件下由于叶轮进入开口——在吸入侧处形成较低的压力，进而沿轴向形成较小的力，因此，总是产生所述叶轮的吸入侧方向的轴向力。该叶轮的轴向力被引入到所述轴中。为了使所述轴能够位置固定地保持在壳体中，将借助卸载装置液压产生的反作用力施加到该泵轴上。

在所述多级泵中，所述卸载装置通过分体式的环和在所述泵轴中的固定环槽与所述轴连接。啮合到该槽中阻止所述泵轴相对于壳体的非期望的轴向移动。

此处不利的是，在这个位置上罕见至偶尔地发生轴断裂。这是用于证明由固定环槽所引起的所述轴的一定的薄弱环节的依据。由于近年来在能源生产领域中，所述多级泵总是越来越频繁地停止和再起动，因此所述固定环槽承受非常高的机械负载，由此，在变化的运行条件下耐用的泵显现出日益严重的可用性问题。这样，通常用于防止疲劳断裂所需的安全系数不再行得通。

本发明的目的在于克服此项劣势。这将以具有权利要求1所述的全部特征的泵轴，或者以权利要求11所述的泵实现。本发明显著地改善了此薄弱环节，并且此外还达到显著改善的泵轴的疲劳强度。本发明其他的有利构造在从属权利要求中阐述。

发明内容

根据本发明设置，用于多级泵，特别是用于离心泵的所述泵轴包括用于啮合卸载装置的环绕的槽区域，用于将沿所述泵轴的轴向作用的力引入到该泵轴中。所述泵轴的特征在于，在所述泵轴的纵向剖视图中所述槽区域具有多个在轴向上的彼此间隔的槽。

不同于上述背景技术，现不再仅由一个单独的槽构成用于啮合所述卸载装置的固定环槽，而是包括多个沿所述泵轴的纵向剖面方向观察彼此并排布置的槽。通过沿所述泵轴的轴向设置多个彼此并排布置的槽，能够实现在所述槽区域中构造更大的泵轴的横截面积——相比于仅设置一个槽的情况，该情况可能导致该槽伸入所述泵轴更深。以此极为有效地抵抗所述泵轴的在所述槽区域处存在的断裂趋势。类似地，也降低在该区域中的平均应力。

不同于所述背景技术，不将较大的轴向力引入较大的槽，而是将其在多个并且较小的槽中引入到所述轴中，并且再将其转向引导到相反的方向上。这种力转向在所述轴的槽半径中产生较高的应力。在多槽的情况下，各槽仅引入和转向引导所述轴向力的小部分，并且引导剩余的轴向力通过。这显著地降低了槽底中的应力，并且导致，在所述轴的槽底中的最大应力通过对所述槽的这种重新构造明显地降低，即能够降低大约一半。

也可能的是，通过新的并且更小的槽使啮合到所述槽中的卸载装置与所述轴之间的接触面增大。以此显著地降低了在所述接触面中的表面压力。在第一计算中，这导致在所述接触面中的表面压力降低大约一半。

优选地，所述多个槽由分别彼此独立的环绕的槽构成，或者由单头的或者多头的闭合螺纹构成。

在此能够设置，所述多个槽在其槽底之间限定至少一个脊，该脊的高度对应所述槽区域的外边缘。在此，换言之，所述多个槽中的每个槽导致至少一个位于槽之间的隆起（相对于槽底）与所述槽区域的邻接区域布置成相同的高度。也就是说，布置在槽之间的脊不布置在相比于该槽区域的外边缘更深的水平上。

根据本发明的有利的改型方案能够设置，将所述多个槽的各自的槽底构造成在纵向剖视图中的弓形。这导致有利的凹槽，在该凹槽中啮合到槽底的元件能够传递较高的轴向力。

在此，能够将所述弓形的槽底的半径设置成不同的，其中，优选地，布置在所述槽区域的外边缘处的槽的这种半径大于布置在所述槽区域的中间区段的槽的半径。

如此，布置在所述槽区域的边缘处的槽能够具有槽底，该槽底的弓形的纵向剖面具有相比于布置在该槽区域的其他槽底更大的半径。在此，特别有利的是，当带有更大的弓形的槽底的槽布置在朝向所述泵的活塞那一侧，或者布置在所述槽区域的边缘处时。

在弓形的槽底中的不同的半径使得力相对均匀地引入到所述泵轴中。

根据本发明的其他可选的改进方案能够设置，将多个槽的槽深度设置成不同的，其中，优选地，布置在所述槽区域的外边缘处的槽的槽深度低于布置在该槽区域中的其他槽的槽深度。在此，有利的是，当布置在所述槽区域的朝向所述活塞那一侧的槽的槽深度更低时。此外，也能够设置，在所述槽区域的边缘处的槽（沿纵向剖面方向看）相比于在所述槽区域的中间区域中的槽设有更小深度的槽底。

根据本发明的改型方案能够设置，多个槽沿所述泵轴的纵向由泵轴区段彼此分开，该泵轴区段的到该泵轴的旋转轴线的半径与邻接该槽区域的泵轴的半径一致。

根据其他的优选实施方式，多个槽在所述泵轴的纵向剖视图上呈锯齿式结构，其中，优选地，所述锯齿式结构的各自的齿尖都具有到该泵轴的旋转轴线的相同的半径。在此，由于引入到所述泵轴中的力是由该泵的活塞导致的，因此所述锯齿式结构以其陡峭的侧面指向该活塞。

特别地，适用于与根据DIN2781的锯齿螺纹类似的槽，因为在这种情况下几乎没有径向力引入到啮合到槽中的卸载装置中，由此这种锯齿形状对于当前负载是理想的构造。

此外，根据本发明能够设置，所述锯齿式结构的各自的齿底中的至少一个相比于该锯齿式结构的至少一个其他的齿底具有到所述泵轴的旋转轴线的更大的半径。

同样地能够设置，至少一个带有较小半径的齿底与在纵向剖视图中看所述槽区域的一个外边缘由至少一个带有较大半径的齿底隔开，其中，优选地，至少一个带有较小半径的齿底与在纵向剖视图中看所述槽区域的两个外边缘分别由至少一个，优选地由至少两个带有较大半径的齿底隔开。

根据本发明的其他的改进方案能够设置，在所述泵轴中，在邻接用于啮合卸载装置的所述槽区域处设置卸载槽，该卸载槽不用于啮合卸载装置，其中，优选地，在所述泵轴中，在所述槽区域的两个外边缘区域处设置卸载槽。

这导致在所述轴的槽中的应力降低，由此实现该泵轴的更耐用的构造。

在此能够设置，至少一个卸载槽具有与所述槽区域的槽相似的深度。

在此，所述至少一个卸载槽能够沿纵向横截面如此构造，即该卸载槽在其与所述槽区域隔开的槽侧面陡峭地下倾，并且在其朝向所述槽区域的槽侧面较轻陡峭地构造。

此外，本发明涉及泵，特别是离心泵，包括根据上述变型方案之一的泵轴和卸载装置，该卸载装置啮合到所述槽区域的多个槽中，用于将沿所述泵轴的轴向作用到该卸载装置上的力引入到该泵轴中。

在此能够将所述卸载装置设置成分体式的环，该分体式的环以其两个子环块沿周向包围所述泵轴，并且在其内周成形，用于啮合到所述槽区域的多个槽中。替代所述分体式的环，所述卸载装置也能够配备类似构造的一体式的环。那么，在此也存在类似的螺纹。

根据本发明的可选的修改方案设置，所述卸载装置具有沿纵向剖面方向看用于所述槽区域的至少一个或者全部槽的用于啮合对应的槽的螺纹元件。

在此能够设置，多个螺纹元件中的一个是径向上缩短的，即相比于其他的螺纹元件前进至所述泵轴的旋转轴线的深度更小，其中，优选地使这种径向上缩短的螺纹元件啮合到布置在所述槽区域的边缘的槽中，特别是啮合到所述槽区域的与活塞最近的槽中。

也能够设置，有两个径向上缩短的螺纹元件，该螺纹元件彼此相邻紧靠，并且啮合到所述槽区域的两个在边缘处的槽中，优选地，该螺纹元件位于所述槽区域的背离所述活塞的那一侧。

在此，所述活塞构造在所述槽区域的朝向引入到所述泵轴的力的那一侧，并且该活塞将该力引导到分体式的环中。

优选地设置，啮合到所述槽区域的两个边缘的槽中的所述螺纹元件是径向上缩短的。即也可能的是，在两个边缘区段处（在纵向剖视图中观察），所述卸载装置的两个边缘区域设有至少一个径向上缩短的螺纹元件，并且非缩短的螺纹元件仅布置在该卸载装置的中间区段中。

也能够设置，将所述螺纹元件构造成弓形，其中，特别是径向上缩短的螺纹元件的一部分或者全部在其直径上大于径向标准的螺纹元件。

优选地，将啮合到布置在所述槽区域的外边缘处的槽中的螺纹元件的直径构造成较大的。也可能的是，这种螺纹元件在其直径上是扩大的，并且啮合到布置在所述槽区域的边缘处的朝向所述活塞的槽中。

附图说明

本发明的其他的细节、优势以及特征将根据下面的附图说明阐明。在此，

附图1示出：常规的泵的纵向剖视图，

附图2示出：出自附图1中区域A的局部放大图，

附图3示出：根据本发明的泵的固定环槽区域的局部放大图，以及

附图4示出：出自附图3中区域Z的局部放大图。

具体实施方式

附图1示出沿泵10的所述泵轴1的纵向剖面。通过所述泵轴1的旋转，使所述叶轮102转动，该叶轮102将待输送的流体输送出去。在此，存在入口101和多个串联布置的泵级，该泵级分别设有围绕所述泵轴1转动的叶轮102。

在最下游的叶轮102之后，泵送的流体通过出口103离开所述泵10。

在泵送所述流体时产生平行于所述泵轴的力F，该力F通过活塞104引入到所述泵轴1中。借此阻止泵轴与所述泵10的其他构件之间的非期望的相对运动。

在此，所述力F的引入是通过泵轴1的截面收缩部实现的，卸载装置3啮合到的所述截面收缩部中。因此，所述卸载装置3沿所述泵轴的轴向是不可移动的。然而，并不因此妨碍所述泵轴1的旋转。

在所述泵10的泵轴1中的槽在一定条件下由于承受轴向推力F处于高负载下，并且也因此成为轴断裂的可能的位置。

附图2示出出自附图1的区域A的放大视图，在该视图中放大示出所述槽4周围的区域。可知典型地由活塞104传递至所述卸载装置3的轴向推力F，即引入到所述泵轴1的力F，通过槽区域2引入到所述泵轴1中。

附图3示出槽区域2的根据本发明的构造，在该槽区域2中现设置多个用于承受所述力F的槽4。在此，所述卸载装置3采用相对应的设计，由此将所述卸载装置3的螺纹元件啮合到相应的槽4中。该啮合导致导出的力F引入到所述泵轴1中，而不侵入所述泵轴1的横截面过深。这是有利的，因为在这一点上相比于仅以一个槽实施，存在更稳定的泵轴1，该泵轴1的稳定性显著提高。

要注意的是，所述卸载装置不是必须构造成百分之百地与所述槽区域互补。

从附图4中能够得知，下述情况对于将所述力F均匀地引入到所述泵轴1能够是有利的，即所述卸载装置3的螺纹元件11、12具有沿着纵向剖面方向看朝向其外边缘在径向上缩短的螺纹元件12，该螺纹元件用于啮合到配属的槽5中。当前这借助锯齿式构造7（沿所述泵轴的纵向剖面方向）示出。

在此，在所述槽区域2的外边缘的槽5能够构造成与其他槽同样深。然而，也可能的是在所述槽区域2的边缘，特别是在朝向所述活塞104的边缘处的槽具有相比于其他槽4更小的深度。

特别地，布置在朝向所述活塞104的边缘处的槽5在其弓形的底部设有相比于其他的布置在中间区域中的槽4更大的半径。

能够如此设置，两个右侧的螺纹元件12是径向上缩短的，由此必须将在所述轴1中的两个相应的槽5构造成更小的深度，并且这里能够同时在其槽底中设置更大的半径。这会降低在所述轴1的槽4中的应力。

此外，还设置卸载槽8，特别是在与所述槽区域2的外边缘直接邻接的邻域中。而且，能够在所述卸载装置3自身中设置这种卸载槽8。在那里所述卸载槽则是朝向所述活塞104增大的凹槽，该凹槽导致所述螺纹元件11、12中的每一个将同样多的力引入到各自配属的槽4中。

Claims (15)

1.用于多级泵（10），特别是离心泵的泵轴（1），包括：

用于啮合卸载装置（3）的环绕的槽区域（2），用于将沿泵轴（1）的轴向作用的力（F）引入到该泵轴（1）中，其特征在于，所述槽区域（2）在所述泵轴（1）的纵向剖视图中具有多个在轴向上彼此间隔的槽（4）。

2.根据权利要求1所述的泵轴（1），其中，所述多个槽（4）由分别彼此独立环绕的槽（4）构成，或者由单头或者多头的闭合螺纹构成。

3.根据上述权利要求中任一项所述的泵轴（1），其中，所述多个槽（4）的各自的槽底（5）在纵向剖视图中构造成弓形。

4.根据权利要求3所述的泵轴（1），其中，所述弓形的槽底（5）的半径是不同的，其中，优选地布置在所述槽区域（2）的外边缘的槽（4）的这种半径大于布置在所述槽区域（2）的中间区段中的槽（4）的半径。

5.根据上述权利要求中任一项所述的泵轴（1），其中，所述多个槽（4）的槽底（5）的深度是不同的，其中，优选地布置在所述槽区域（2）的外边缘的槽（4）的槽底深度低于布置在所述槽区域（2）的中间区段中的槽（4）的槽底深度。

6.根据上述权利要求中任一项所述的泵轴（1），其中，所述多个槽（4）沿所述泵轴（1）的纵向由泵轴区段（6）彼此隔开，该泵轴区段（6）的到所述泵轴（1）的旋转轴线（R）的半径与邻近所述槽区域（2）的所述泵轴（1）的半径一致。

7.根据上述权利要求中任一项所述的泵轴（1），其中，所述多个槽（4）在所述泵轴（1）的纵向剖视图中呈锯齿式结构（7），其中，优选地所述锯齿式结构（7）的各自的齿尖都具有到所述泵轴（1）的旋转轴线的相同的半径。

8.根据权利要求7所述的泵轴（1），其中，所述锯齿式结构（7）的各自的齿底（5）中的至少一个相比于该锯齿式结构（7）的至少一个其他齿底（5）具有到所述泵轴（1）的旋转轴线（R）的更大的半径。

9.根据权利要求8所述的泵轴（1），其中，至少一个带有较小半径的齿底（5）与在纵向剖视图中看所述槽区域（2）的一个外边缘由至少一个带有较大半径的齿底（5）隔开，其中，优选地至少一个带有较小半径的齿底（5）与在纵向剖视图上看所述槽区域（2）的两个外边缘分别由至少一个，优选地由至少两个带有较大半径的齿底（5）隔开。

10.根据上述权利要求中任一项所述的泵轴（1），其中，邻接用于啮合卸载装置（3）的所述槽区域（2）在所述泵轴（1）中设置卸载槽（8），该卸载槽（8）不用于啮合卸载装置（3），其中，优选地在所述泵轴（1）中在所述槽区域（2）的两个外边缘区域设置卸载槽（8）。

11.泵，特别是离心泵，包括：

根据上述权利要求中任一项所述的泵轴（1），

卸载装置（3），该卸载装置（3）啮合到所述槽区域（2）的多个槽（4）中，将沿所述泵轴（1）的轴向作用到所述卸载装置（3）中的力（F）引入到所述泵轴（1）中。

12.根据权利要求11所述的泵（10），其中，所述卸载装置（3）是在周向上包围所述泵轴（1）的环（9），并且该环（9）在其内周成形，以啮合到所述槽区域（2）的多个槽（4）中，其中，优选地所述环（9）是分体式的环，该环（9）以其两个子环块啮合到所述槽区域（2）中。

13.根据上述权利要求11或者12中任一项所述的泵（10），其中，沿纵向剖面方向看，对于所述槽区域（2）的至少一个或者全部的槽（4），所述卸载装置（3）具有用于啮合进相应的槽（4）的螺纹元件（11、12）。

14.根据权利要求13所述的泵（10），其中，多个螺纹元件（12）中的至少一个是径向上缩短的，即相比于其他的螺纹元件（11），前进至所述泵轴（1）的旋转轴线的深度更小，其中，优选地使这种径向上缩短的螺纹元件（12）啮合到布置在所述槽区域（2）的边缘的槽（4）中。

15.根据权利要求13或者14所述的泵（10），其中，啮合到所述槽区域（2）的两个边缘处的槽（4）中的所述螺纹元件（11、12）是径向上缩短的螺纹元件（12）。

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