TW202244407A - 幫浦及用於幫浦之軸承總成 - Google Patents

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盧卡斯 克羅梅克
理查 葛林 賀勒
埃利諾 盧切塔
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Abstract

本發明揭示一種用於安裝一幫浦之一可旋轉軸件之軸承總成，及該幫浦。該軸承總成包括：一軸承，其包括一外環及一內環；一軸承支撐件，其經構形以支撐該軸承之該外環，該軸承支撐件圍繞該外環之一外表面的至少一部分，跨該外環之一個末端表面的至少一部分延伸；及一屏蔽件，其從該軸承支撐件朝向該內環延伸，藉此遮蔽該內環與該外環之間之一環形間隙的至少一部分。

Description

幫浦及用於幫浦之軸承總成
本發明之領域係關於用於幫浦之軸承總成及包括此等軸承總成之幫浦。
已知使用一軸承屏蔽件來抑制潤滑劑從軸承洩漏。
一種類型之屏蔽件係夾至外圈並覆蓋內圈與外圈之間的環形間隙之夾式屏蔽件。此一屏蔽件係撓性的，且因此，在極端條件下或軸承故障時，可彎曲或移位，且無法提供防止旋轉總成內之增加移動之保護。
圖1a展示一替代先前技術軸承總成10，其具有與軸承之外圈22整合之一屏蔽件28。此屏蔽件經構形為軸向阻尼環30提供支撐，軸向阻尼環用於軸向定位軸承並提供所需剛度及阻尼。在此實例中，軸承之內環24抵靠軸件40安裝，且滾動元件26容置在內環24與外環22之間，外環22支撐阻尼環32及30。此軸承總成係一些渦輪分子幫浦中使用之軸承總成。軸承總成之整合屏蔽件比典型「夾式」密封件更堅固/更堅硬。由於其增加之堅固性，在軸承故障的情況下，其可用作一末端止擋件，限制內環之徑向偏移，且因此限制軸件之徑向偏移，且藉此保護幫浦免受泵送機構內之一徑向觸碰。
在此軸承中，內環24比外環26短，且整合屏蔽件28面向軸件。
在軸承不由阻尼環30、32支撐而由不同類型之軸承支撐件(例如彈性支撐件，如WO2008035113中所描述，亦稱為一緊湊型金屬彈簧阻尼器(CMSD))支撐的情況下，不需要屏蔽件來支撐阻尼環，且可使用夾式屏蔽件。替代地，可保留整合屏蔽件，並將CMSD安裝在其周圍。此在圖1b中展示，其中屏蔽件36與外環22整合，且緊湊型金屬彈簧阻尼器36安裝在外環22及整合屏蔽件28周圍。
雖然與外環整合之一屏蔽件可更堅固，但其確實需要一非標準軸承及額外空間，並且無法輕易配合至習知地經設計以與夾式屏蔽件一起使用之幫浦。此外，在組裝期間需要傾斜環之諸如一深溝滾珠軸承之軸承無法具有與外環整合並面向內環之一屏蔽件及容許一小運行間隙所需之緊密公差。為了解決此問題並在容許軸承總成時提供緊密公差，屏蔽件經構形以面向軸件，且因此，此等軸承總成需要在軸件上機械加工之一專用座。
可期望提供一種具有一屏蔽件之一軸承總成，該屏蔽件堅固、組裝簡單且在一些情況下使用一習知軸承、便宜且不佔用太多空間。
一第一態樣提供一種用於安裝一幫浦之一旋轉軸件之軸承總成，該軸承總成包括：一軸承，其包括一外環及一內環；一軸承支撐件，其經構形以支撐該軸承之該外環，該軸承支撐件圍繞該外環之一外表面之至少一部分，跨該外環之一個末端表面之至少一部分延伸；及一屏蔽件，其從該軸承支撐件朝向該內環延伸，藉此遮蔽該內環與該外環之間的一環形間隙之至少一部分。
在一軸承總成具有一支撐件的情況下，該支撐件圍繞周向外表面之一軸向長度之至少一部分並跨該外環之一個末端表面之一部分延伸，此延伸部提供一位置，一屏蔽件可從該位置延伸而非從該外環延伸。此尤其在該屏蔽件剛性地附接至該軸承支撐件的情況下具有不僅提供有效潤滑劑保持而且提供堅固保護之優點。具有從該軸承支撐件延伸之一屏蔽件使該軸承總成易於製造且組裝，並且在一些實施例中容許使用一習知軸承。就此而言，例如，深溝滾珠軸承之內環及外環在安裝期間需要傾斜及偏移，且因此在該屏蔽件附接至該軸承支撐件的情況下其等可以普通方式製造，且該軸承支撐件及相關聯屏蔽件稍後附接至其等。
儘管該軸承支撐件可具有多種形式，但在一些實施例中，該軸承支撐件包括一緊湊型金屬彈簧阻尼器。
一緊湊型金屬彈簧阻尼器可包括用於接納該軸承之一內轂及藉由至少一個彈性構件與該內轂耦合之一同心外安裝件。其圍繞該外環之外圓周之一部分並跨該外環之一軸向表面之一部分延伸，跨該外環之該軸向表面延伸之該部分提供該屏蔽件可從其延伸之一位置。
在一些實施例中，該屏蔽件與該軸承支撐件整合。
提供與該軸承支撐件整合之該屏蔽件為該軸承提供堅固保護，憑藉適當設計亦可在軸承故障的情況下容許該屏蔽件充當一備用軸承。此外，其製造簡單，且該屏蔽件與該軸承環隔離，且因此在製造、組裝時或在使用期間不會使此等環扭曲。
在其他實施例中，該屏蔽件附接至該軸承支撐件。
該屏蔽件與該軸承支撐件整合之另一替代例係可能藉由膠合或按壓配合將其與該軸承支撐件附接。膠合具有污染該軸承之一相關聯風險，而一按壓配合可使該外環扭曲並使該軸承之效能降級。
在一些實施例中，該屏蔽件安裝在該外環之一軸向末端表面與跨該軸向末端表面延伸之該軸承支撐件之該部分之間。
在一項實施例中，該屏蔽件可安裝在該外環之該末端表面上方延伸之該軸承支撐件之該部分與該外環之間，使得其藉由將該軸承支撐件安裝至該軸承上固持在適當位置中。
在一些實施例中，該外環之一內表面包括該內表面之一個末端處之一凹槽，該軸承支撐件朝向該凹槽跨該末端表面延伸，該屏蔽件安裝在該凹槽內並鄰接該軸承支撐件之一表面。
該外環內表面中可存在一凹槽，且該屏蔽件可安裝於該凹槽內並在一軸向方向上延伸以接觸該軸承支撐件且在一徑向方向上朝向該內環之外表面延伸。此係提供一屏蔽件的一緊湊且有效方式，該屏蔽件未增加該軸承之大小，但提供堅固且有效之屏蔽。然而，其確實需要對該軸承進行一些修改。該屏蔽件可接觸該軸承支撐件之徑向內表面，或其可接觸面向該外環之該末端表面之該軸承支撐件之表面。
在一些實施例中，該屏蔽件由不同於該軸承支撐件之一材料形成。
在該屏蔽件不與該軸承支撐件整合的情況下，則其可由相同材料形成，或其可由一不同材料形成。該軸承支撐件所需之性質與該屏蔽件所需之性質不同，且因此，由不同材料製成其等可具有優勢。針對該屏蔽件所選擇之材料將取決於該屏蔽件所需之性質。
在一些實施例中，該屏蔽件經構形以在該軸承故障的情況下提供軸向及徑向末端止擋件之至少一者。
提供從該軸承支撐件延伸之一屏蔽件而非夾至該外環中之屏蔽件提供該屏蔽件經形成為一更厚且更堅固組件，從而容許其在該軸承故障的情況下提供軸向及徑向末端止擋件之至少一者之可能性。就此而言，儘管該軸承故障係一罕見事件，但若其發生，則其將容許之徑向及/或軸向移動可導致幫浦內之組件衝突。在使用一屏蔽件的情況下，該屏蔽件與該內環或該軸件之間的間隙通常較低，以抑制潤滑劑洩漏。在該屏蔽件係一堅固組件的情況下且在徑向間隙係該幫浦內之最小徑向間隙的情況下，則若該軸承故障，任何徑向移動將導致該屏蔽件在觸碰任何其他表面之前撞擊該內環或該軸件。在撞擊時，該屏蔽件將防止進一步移動並提供一徑向備用軸承。取決於構形，可以一類似方式保護軸向移動。
在一些實施例中，該屏蔽件經構形以在該軸承故障的情況下提供軸向及徑向末端止擋件兩者。
在一些實施例中，該屏蔽件具有在0.4 mm至5 mm之間，較佳地在0.7 mm至3 mm之間之一厚度。
除了抑制潤滑劑洩漏之外，該屏蔽件較佳地用作軸向及/或徑向末端止擋件，且因而應足夠堅固以在軸承故障的情況下支撐該軸承。在0.5 mm至4 mm之間，且較佳地在0.7 mm與3 mm之間的一屏蔽件厚度通常足以提供所需保護。
該屏蔽件之材料可為一金屬材料以提供堅固性，且在一些實施例中係一鋼合金或鈦。該屏蔽件之厚度將取決於材料，且在該材料係一較強材料的情況下，該厚度可朝向範圍之下端。
在一些實施例中，該屏蔽件經構形以朝向該內環之一外表面延伸，該屏蔽件之一內表面及該外表面在其等之間形成一間隙。
儘管在一些實施例中該屏蔽件可經構形以朝向該軸件延伸，但其朝向該內環之一外表面延伸使得在該屏蔽件之內表面與該內環之外表面之間存在一徑向間隙。此徑向間隙可經構形以在大小上受限制，使得在該軸承故障的情況下於該幫浦之任何其他部件彼此接觸之前，該屏蔽件與該內環之間將發生接觸。
在一些實施例中，該內環包括該內環之一個末端處之一外表面中之一凹槽，該屏蔽件經構形以延伸至該凹槽中。
在一些情況下，在該內環之一個末端處之該外表面中存在一凹槽，該屏蔽件可延伸至該凹槽中。此提供屏蔽件與內環之間的徑向及軸向間隙兩者，其等可在軸承故障的情況下為該幫浦提供徑向及軸向保護兩者。
在一些實施例中，該內環軸向長於該外環。
在該屏蔽件延伸至該內環之該外表面或進入該內環之該外表面中之一凹槽中的情況下，則在該內環及該外環具有相同軸向長度的情況下，該屏蔽件將需要具有一彎曲部分，否則其將在該內環上方延伸。若該內環軸向長於該外環，則該屏蔽件可實質上筆直，此可使其更堅固且更容易製造。
在一些實施例中，該屏蔽件經構形以延伸超過該內環之一外表面。
在一些情況下，該屏蔽件可延伸超過該內環，且該間隙可在該屏蔽件與該軸件之間。
在一些實施例中，該屏蔽件由幾種不同材料形成，該屏蔽件之一最內表面形成與該幫浦之一可旋轉軸件之一間隙之一側，或該內環包括與形成該屏蔽件之大部分之一材料不同的一材料。
形成可接觸與該屏蔽件之其餘部分之材料不同之一材料之移動表面之該屏蔽之表面可係有利的。特定言之，此等表面可由具有非磨損性質或低摩擦係數之材料形成，而針對該屏蔽件之其餘部分選擇之材料可為針對其等剛度選擇之材料。例如，該屏蔽件之大部分可為鈦，而鄰近該間隙之面可由一不同材料形成或具有一不同材料之一塗層。所選擇之材料將取決於與其形成一間隙之材料。在一些實施例中，其亦可為疏油的，以抑制油離開該軸承。
一第二態樣提供一種幫浦，該幫浦包括在一定子內支撐一轉子之至少一個可旋轉軸件，該至少一個可旋轉軸件之至少一者安裝於根據一第一態樣之至少一個軸承總成上。
在一些實施例中，該可旋轉軸件包括一外表面中之一凹槽，該軸承及屏蔽件延伸至該凹槽中。
在一些實施例中，該軸承及屏蔽件可延伸至該軸件中之一凹槽中。此可比一筆直軸件製造更複雜，但可在兩個軸向方向上提供軸向保護，並且在適當構形的情況下亦提供徑向保護。其亦可使該軸承總成更容易製造且組裝。就此而言，該屏蔽件可延伸至該軸承內之一凹槽中，或延伸至該軸件內之一凹槽中，及/或延伸至部分由該軸承且部分由該軸件形成之一凹槽中。
在一些實施例中，該幫浦包括一真空幫浦。真空幫浦係以高速旋轉之昂貴機器，且使用真空幫浦之應用可對潤滑劑之污染敏感。因此，使用一屏蔽件保護其等免受潤滑劑洩漏可係有利的，且在該屏蔽件亦可提供一備用設施的情況下，此可為尤其有利的。
在隨附獨立及附屬技術方案中陳述進一步特定及較佳態樣。該等附屬技術方案之特徵可視情況且可以除在技術方案中具體陳述外之組合與該等獨立技術方案之特徵組合。
在一設備特徵被描述為可操作以提供一功能的情況下，將瞭解，此包含提供該功能或經調適或構形以提供該功能之一設備特徵。
在更詳細論述實施例之前，將首先提供一概述。
揭示一種與一軸承支撐件(例如CMSD)整合之保護性軸承屏蔽件。整合式屏蔽件提供密封以防止油從軸承至幫浦之損失，且在軸承故障的情況下亦充當一末端止擋件，從而限制內環及軸件相對於外環及定子之徑向及/或軸向移動。
實施例提供與軸承支撐件而非軸承整合之一屏蔽件。此容許使用一更標準軸承設計，因為軸承可在屏蔽件及支撐件配合至軸承總成之前組裝，使得屏蔽件不影響軸承之組裝。
圖2展示其中軸承屏蔽件28與軸承支撐件36整合之一實施例，在此實施例中，該軸承支撐件呈CMSD之形式。一標準軸承可與此軸承總成一起使用，該軸承包括一外圈22、一內圈24及滾動元件26。屏蔽件28之徑向內表面面向軸件40，且在軸件與此表面之間存在一間隙。在軸承不太可能發生故障的情況下，屏蔽件將充當一徑向止擋件以限制軸件超過間隙寬度之徑向移動，且亦充當一軸向止擋件以限制一個方向上之軸向移動。與軸件形成間隙使間隙更難以精確設定，此降低密封效率，且在軸承提供一備用軸承功能的情況下將增加幫浦之其餘部分中之公差。
圖3展示其中屏蔽件再次與軸承支撐件整合之一替代性實施例，但在此實施例中，屏蔽件28之徑向內表面面向軸承內環24而非軸件40。此容許間隙更精確設定，從而容許緊密運行間隙且用於其中先前使用夾式屏蔽件之幫浦上。在軸承不太可能故障的情況下，此間隙再次對徑向移動設定限制。在此實施例中亦可使用一標準軸承。
圖4展示一替代性實施例，其中屏蔽件28再次與軸承支撐件36整合且間隙位於屏蔽件28之徑向內壁與內環24之間。在此實施例中，屏蔽件28延伸至內環24之內軸向末端表面中之一凹槽中，使得在內環與屏蔽件28之間存在一軸向間隙及一徑向間隙。若軸承故障，則軸向及徑向移動將受此等間隙之大小限制且因此，此軸承可為幫浦提供一軸向(至少一個方向上)及一徑向備用軸承兩者。
圖5展示一類似設計，其中屏蔽件28再次與軸承支撐件36整合，但在此情況下使用一非標準軸承。此軸承具有短於外環22之一內環24且此容許屏蔽件係筆直的且仍延伸至內環24，以在屏蔽件28之徑向內表面與內環之間形成一間隙。此配置之缺點係需要具有一經調適內環或外環之一專用軸承，但確實容許以一更直接方式製造且組裝屏蔽及軸承支撐件，而不需要屏蔽件圍繞外環彎曲。儘管在此實施例中，內環24之外表面中不存在凹槽，但在其他實施例中，可存在此一凹槽使得由屏蔽件提供軸向及徑向保護。
圖6展示其中軸承屏蔽件28係與軸承支撐件36分開之一元件之一替代性實施例。此容許屏蔽件28由可根據所需性質選擇之一不同材料形成。在此實施例中，屏蔽件28安裝在軸承支撐件與軸承之外環22之間。在此情況下，軸承並非一標準軸承，而是具有一較短外環或一較長內環以容納屏蔽件並容許其面向內環24。
除了屏蔽件由與軸承支撐件不同之一材料形成之外，屏蔽件之不同部分可由不同材料形成。例如，屏蔽件之面向內環24之徑向外表面之表面可以具有非磨損或低摩擦係數性質之一材料塗覆，藉此在發生接觸的情況下保護屏蔽件及內環24之外表面。
圖7展示類似於圖6之實施例之一替代性實施例，但在外環22之徑向內表面之一軸向末端中存在一凹槽。屏蔽件28係安裝在此凹槽內，並軸向延伸以接觸軸承支撐件36，該軸承支撐件36提供適當徑向剛度，該屏蔽件亦朝向內環24徑向延伸，從而抑制潤滑劑從軸承洩漏，同時在軸承故障的情況下亦限制徑向移動。
圖7及其他圖中之軸承總成係穿過總成之一個半體之一截面並支撐一幫浦之軸件40，該幫浦之一半體被示意性地展示為42。軸件40支撐幫浦內之一轉子，該轉子經構形以在一定子內旋轉，並藉此泵送一流體。幫浦42可為一真空幫浦，其中重要的是保護真空免遭油洩漏。在實施例之幫浦中，可存在具有一個軸承總成之一單一軸件40，或可存在各由一軸承總成支撐之兩個軸件。
圖8係其中軸承總成被安裝在軸件40中之一凹槽內之一進一步實施例。在此實施例中，屏蔽件28經輪廓化使得其在內環部分上方延伸並面向內環24之外表面。因此，在屏蔽件、軸件與內環之間存在軸向及徑向間隙，其等在軸承故障的情況下限制在兩個方向上之軸向移動及徑向移動。間隙被選擇為低以抑制潤滑劑洩漏，且亦提供備用軸承功能，使得在軸承故障的情況下，彼此接觸之第一表面將為形成間隙之表面。
儘管本文中已參考附圖詳細揭示本發明之闡釋性實施例，但應理解，本發明不限於該等精確實施例，且在不脫離如由隨附發明申請專利範圍及其等效物所定義之本發明之範疇的情況下，熟習此項技術者可在其中實現各種改變及修改。
10:軸承總成 22:外環 24:內環 24a:凹槽 26:滾動元件 28:屏蔽件 30:阻尼環 32:阻尼環 36:軸承支撐件 40:軸件 42:幫浦
現將參考隨附圖式進一步描述本發明之實施例，其中： 圖1a展示根據先前技術之一軸承總成； 圖1b展示根據先前技術之一軸承總成之一不同實例； 圖2展示一軸承總成，其具有一屏蔽件作為一軸承支撐件之部分且具有與軸件之一間隙； 圖3展示一軸承總成，其具有一屏蔽件作為軸承支撐件之部分及與內環之一間隙； 圖4展示一軸承總成，其具有作為軸承支撐件之一部分之一屏蔽件且具有與內環之軸向間隙； 圖5展示一軸承總成之一替代性實施例，其具有從軸承支撐件延伸之一屏蔽件且具有與內環之一間隙； 圖6展示一軸承總成之一實施例，其中屏蔽件及軸承支撐件係單獨品項； 圖7展示一軸承總成之一進一步實例，其中屏蔽件及軸承支撐件係單獨品項；及 圖8展示一替代性實施例，其中軸承及屏蔽件安裝在軸件內之一凹槽內。
10:軸承總成
22:外環
24:內環
26:滾動元件
28:屏蔽件
36:軸承支撐件
40:軸件

Claims (19)

  1. 一種用於安裝一幫浦之一旋轉軸件之軸承總成，該軸承總成包括： 一軸承，其包括一外環及一內環； 一軸承支撐件，其經構形以支撐該軸承之該外環，該軸承支撐件圍繞該外環之一外表面的至少一部分，跨該外環之一個末端表面的至少一部分延伸；及 一屏蔽件，其從該軸承支撐件朝向該內環延伸，藉此遮蔽該內環與外環之間之一環形間隙的至少一部分。
  2. 如請求項1之軸承總成，其中該軸承支撐件包括一緊湊型金屬彈簧阻尼器。
  3. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件係與該軸承支撐件整合。
  4. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件經附接至該軸承支撐件。
  5. 如請求項4之軸承總成，其中該屏蔽件係安裝在該外環之一末端表面與跨該末端表面延伸之該軸承支撐件的該部分之間。
  6. 如請求項4之軸承總成，其中該外環之一內表面包括該內表面之一個末端處之一凹槽，該軸承支撐件朝向該凹槽跨該末端表面延伸，該屏蔽件係安裝在該凹槽內並鄰接該軸承支撐件之一表面。
  7. 如請求項4之軸承總成，其中該屏蔽件係由不同於該軸承支撐件之一材料形成。
  8. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件經構形以在該軸承故障的情況下提供一軸向及徑向末端止擋件中之至少一者。
  9. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件經構形以在該軸承故障的情況下提供一軸向及徑向末端止擋件兩者。
  10. 如請求項8之軸承總成，其中該屏蔽件經構形在該軸承故障的情況下於兩個軸向方向上提供一軸向末端止擋件。
  11. 如請求項1或2之軸承總成，該屏蔽件具有0.5 mm至4 mm，較佳地0.7 mm至3 mm之一厚度。
  12. 如請求項1或2之軸承總成，其中該內環包括該內環之一個末端處之一外表面中之一凹槽，該屏蔽件經構形以延伸至該凹槽中。
  13. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件經構形以朝向該內環之一外表面延伸，該屏蔽件之一內表面及該外表面在其等之間形成一間隙。
  14. 如請求項13之軸承總成，其中該內環係軸向長於該外環。
  15. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件經構形以延伸超過該內環之一外表面。
  16. 如請求項1或2之軸承總成，其中該屏蔽件係由不同材料形成，該屏蔽件之一最內表面形成與該幫浦之一可旋轉軸件之一間隙之一側，或該內環包括與形成該屏蔽件之大部分之一材料不同的一材料。
  17. 一種幫浦，其包括在一定子內支撐一轉子之至少一個可旋轉軸件，該至少一個可旋轉軸件係安裝於如請求項1至16中任一項之至少一個軸承總成上。
  18. 如請求項17之幫浦，其中該可旋轉軸件包括一外表面中之一凹槽，該軸承及屏蔽件延伸至該凹槽中。
  19. 如請求項17或18之幫浦，該幫浦包括一真空幫浦。
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