CZ17818U1 - Bezucpávkové odstředivé čerpadlo s integrovaným diskovým motorem - Google Patents

Description

Technické řešení se týká nové konstrukce bezucpávkového odstředivého čerpadla s integrovaným diskovým motorem, použitelného zejména v ekologických technologiích a pro čerpání tekutin ve výbušném prostředí.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známa řada konstrukcí bezucpávkových čerpacích agregátů, u kterých nedochází k přestupu čerpaného média do okolí. Jsou známy konstrukce odstředivých čerpadel, jejichž rotor obsahuje kotouč magnetické spojky a přenos kroutícího momentu z elektromotoru je zajišťován touto magnetickou spojkou. U některých provedení je motor uložen v utěsněném prostoru a nahrazuje ložiskový kozlík, který je vložen přímo do interiéru čerpadla, a to do prostoru ucpávek. Společnými nevýhodami těchto řešení jsou zejména velké stavební rozměry agregátů, nutnost použití ucpávek mezi motorem a čerpadlem, resp. mezi ložiskovým kozlíkem a čerpadlem, a použití valivých, popřípadě samomazných, ložisek či speciálních provedení magnetické spojky.

Jsou rovněž známy konstrukce bezucpávkových čerpadel s integrovaným diskovým motorem používaných v různých průmyslových odvětvích. K použití ve zdravotnictví je vhodné pro čerpání krve například čerpadlo podle patentu US 5840070, které je vhodné jako náhrada srdce aje určeno pro malé výkony. Z tohoto důvodu konstrukce neřeší problém axiálního ložiska a vzájemného působení magnetických polí ložisek a motoru s permanentními magnety. Pro medicínské účely je rovněž vhodné odstředivé čerpadlo dle patentu DE 19857999, jehož provedení je založeno na zachycení axiální síly pomocí keramické kuličky aje určeno rovněž pouze pro malé výkony.

Konstrukce bezucpávkových čerpadel dle spisů FR 2776262 a EP 1526286 pak rovněž neřeší problém vzájemného působení sil vznikajících magnetickým působením ve vzduchové mezeře motoru a magnetických ložisek, což se projevuje zejména u čerpadel velkých výkonů. U patentu dle EP 1065383 je diskový motor navržen tak, že zde mohou vznikat síly, ovlivňující funkci magnetických ložisek. U tohoto řešení je větší díl statorové části motoru umístěn nad oběžným kolem čerpadla, což výrazně zvětšuje jeho celkové rozměry a hmotnost. Konstrukce sice umožňuje sériové řazení diskových motorů, ale za cenu dalšího podstatného zvýšení hmotnosti a rozměrů čerpadla.

Úkolem předkládaného řešení je vytvořit takovou konstrukci bezucpávkového odstředivého čerpadla s integrovaným diskovým motorem, které by odstraňovalo nevýhody známých provedení, zejména vznik sil, které mohou ovlivňovat chod magnetických ložisek.

Podstata technického řešení

Uvedeného cíle dosahuje technické řešení, kterým je bezucpávkové odstředivé čerpadlo s integrovaným diskovým motorem tvořené tělesem, v jehož vnitřním prostoru je uložena pohonná hřídel, na níž je uchyceno minimálně jedno oběžné kolo tak, že v oblasti sacího hrdla je vytvořena hydrodynamická těsnicí spára. Podstatou řešení je, že diskový motor, uložený souose s oběžným kolem, je tvořen permanentními magnety umístěnými na přilehlé ploše oběžného kola a primárním statorovým vinutím bezdrážkového neželezného provedení, za nímž jsou uspořádány alespoň v jednom provedení diskový kotouč, kteiý je uchycený na pohonné hřídeli, a sekundární statorové vinutí bezdrážkového neželezného provedení, přičemž pohonná hřídel je opatřena prostředky pro eliminaci axiálních a radiálních sil.

Také je podstatou řešení, že pohonná hřídel je uložena na alespoň jednom aktivním radiálním magnetickém ložisku, jímž je vybaven diskový kotouč, a na alespoň jednom aktivním axiálním magnetickém ložisku, umístěném v koncové části pohonné hřídele protilehlé oběžnému kolu.

- 1 CZ 17818 Ul

Ve výhodném provedení je pohonná hřídel opatřena pomocným magnetickým ložiskem, vytvářejícím v oblasti sacího hrdla hydrodynamickou těsnicí spáru.

Je rovněž podstatné, že v plášti tělesa je vytvořena vnitřní přepážka, za níž jsou na konci pohonné hřídele protilehlé uložení oběžného kola umístěna valivá či kuličková radiální ložiska nebo valivá či kuličková axiální ložiska.

Konečně je podstatou řešení, že na pohonné hřídeli jsou uložena dvě a více oběžných kol, z nichž každé je vybaveno permanentními magnety a jimi přilehlými primárními statorovými vinutími bezdrážkového neželezného provedení.

Novou konstrukcí se dosahuje přínosu v tom, že proti běžným odstředivým čerpadlům zcela odpadají ucpávky a spojka, čerpadla jsou absolutně těsná a vhodná pro práci v ekologických technologiích a výbušném prostředí, neboť představují kompaktní integrované provedení čerpadla s dokonalým utěsněním všech jeho částí. Dalším přínosem předkládaného řešení je možnost řazení prvků diskového motoru do série, a tím možností zvyšovat jeho výkon, aniž by docházelo ke zvětšování celkových stavebních rozměrů čerpadla. Motor navíc nepotřebuje chlazení, a proto je chod čerpadla velmi tichý, neboť rotor motoru je veden pouze v magnetickém poli a je tlumen kapalinovými vrstvami. V čerpadle mohou být s výhodou použita i řízená magnetická ložiska, jimiž lze ovlivňovat dynamiku rotoru v závislosti na otáčkách čerpadla, neboť motor umožňuje měnit frekvenci, tedy otáčky, v zadaném rozsahu.

Přehled obrázků na výkresech

Konkrétní příklady provedení čerpadel podle technického řešení jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde:

obr. 1 je podélný osový řez základním provedením jednostupňového čerpadla s těsnicí spárou ve vstupní sací části, obr. 2 je podélný osový řez alternativním provedením jednostupňového čerpadla s pomocným magnetickým ložiskem ve vstupní sací části, obr. 3 je podélný osový řez alternativním provedením jednostupňového čerpadla bez axiálních magnetických ložisek, a obr. 4 je podélný osový řez alternativním provedením vícestupňového čerpadla.

Příklady provedení technického řešení

Jednostupňové čerpadlo v základním provedení podle obr. 1 je tvořeno tělesem i sestávajícím ze spirální skříně 11 a pláště 12, kde spirální skříň 11 je opatřena sacím hrdlem 111 a výtlačným hrdlem 112. Ve vnitřním prostoru tělesa I je uložena pohonná hřídel 2, na jejíž koncové části je uchyceno oběžné kolo 3 tak, že v oblasti sacího hrdla 111 vytváří hydrodynamickou těsnicí spáru

4. Souose s oběžným kolem 3 je v plášti 12 uložen diskový motor 5, který je v příkladném provedení dle obr. 1 tvořen permanentními magnety 51 umístěnými na přilehlé ploše oběžného kola 3, primárním statorovým vinutím 52 bezdrážkového neželezného provedení, za nímž jsou střídavě uspořádány na pohonné hřídeli 2 uchycený diskový kotouč 53 a sekundární statorové vinutí 54 rovněž neželezného provedení, když součásti 53, 54 se mohou v sérii vícenásobně opakovat. Statorová vinutí 52 a 54 vytvářejí v podstatě mezistěny čerpadla a diskové kotouče 53 slouží ke zvyšování přenášeného kroutícího momentu, a tedy zvyšování celkového výkonu diskového motoru 5 bez nutnosti zvětšování průměru pláště 12 a celkových stavebních rozměrů čerpadla.

Pro zachycení radiálních sil slouží aktivní radiální magnetická ložiska 6, jimiž jsou vybaveny diskové kotouče 53 při svém uložení na pohonné hřídeli 2, a pro zachycení axiálních sil slouží aktivní axiální magnetické ložisko 7 umístěné v koncové části pohonné hřídele 2 protilehlé oběžnému kolu 3. V alternativním provedení jednostupňového čerpadla podle obr. 2 je pak k zachycení radiálních sil rovněž použito pomocné magnetické ložisko 8 vytvářející zároveň hydrodynamickou těsnicí spáru 4. Stejné uspořádání diskového motoru 5 je rovněž možno použít u speci-2CZ 17818 Ul álních jednostupňových čerpadel podle obr. 3, v jejichž plášti 12 je vytvořena vnitřní přepážka 13, za níž jsou umístěna klasická valivá či kuličková radiální ložiska 9 nebo valivá či kuličková axiální ložiska 10.

Konečně je pak možno předmětný diskový motor 5 použít u vícestupňového čerpadla znázomě5 ného na obr. 4, kde je na pohonné hřídeli 2 uloženo více jak jedno, v konkrétním případě dvě, oběžná kola 3.

Popsané konstrukce čerpadel nejsou jedinými možnými provedeními podle technického řešení, ale pro různá použití mohou být vytvořena oběžná kola 3 se speciálně tvarovanými lopatkami, na jedné pohonné hřídeli 2 může být v sériích řazeno několik sad diskových kotoučů 53 a sekundárío nich statorových vinutí 54· Axiální a radiální síly je pak možno eliminovat různými kombinacemi magnetických nebo valivých či kuličkových ložisek, navrhovanými dle prostředí, v němž bude čerpadlo provozováno.

Průmyslová využitelnost

Bezucpávková odstředivá čerpadla s integrovaným diskovým motorem konstruovaná podle tech15 nického řešení lze vzhledem k jejich užitným vlastnostem s výhodou použít pro provozování zejména v ekologických technologiích a ve výbušném prostředí.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

1. Bezucpávkové odstředivé čerpadlo s integrovaným diskovým motorem (5) tvořené tělesem (1) , v jehož vnitřním prostoru je uložena pohonná hřídel (2), na níž je uchyceno minimálně jedno 20 oběžné kolo (3) tak, že v oblasti sacího hrdla (111) je vytvořena hydrodynamická těsnicí spára (4), vyznačující se tím, že diskový motor (5), uložený souose s oběžným kolem (3), je tvořen permanentními magnety (51) umístěnými na přilehlé ploše oběžného kola (3) a primárním statorovým vinutím (52) bezdrážkového neželezného provedení, za nímž jsou uspořádány alespoň v jednom provedení diskový kotouč (53), který je uchycený na pohonné hřídeli (2), a

25 sekundární statorové vinutí (54) bezdrážkového neželezného provedení, přičemž pohonná hřídel (2) je opatřena prostředky pro eliminaci axiálních a radiálních sil.

2. Bezucpávkové odstředivé čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonná hřídel (2) je uložena na alespoň jednom aktivním radiálním magnetickém ložisku (6), jímž je vybaven diskový kotouč (53), a na alespoň jednom aktivním axiálním magnetickém ložisku

30 (7), umístěném v koncové části pohonné hřídele (2) protilehlé oběžnému kolu (3).

3. Bezucpávkové odstředivé čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pohonná hřídel (2) je opatřena pomocným magnetickým ložiskem (8), vytvářejícím v oblasti sacího hrdla (111) hydrodynamickou těsnicí spáru (4).

4. Bezucpávkové odstředivé čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že v 35 plášti (12) tělesa (1) je vytvořena vnitřní přepážka (13), za níž jsou na konci pohonné hřídele (2) protilehlé uložení oběžného kola (3) umístěna valivá či kuličková radiální ložiska (9) nebo valivá či kuličková axiální ložiska (10).

5. Bezucpávkové odstředivé čerpadlo podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že na pohonné hřídeli (2) jsou uložena dvě a více oběžných kol (3), z nichž každé je

40 vybaveno permanentními magnety (51) a jimi přilehlými primárními statorovými vinutími (52) bezdrážkového neželezného provedení.

4 výkresy