ДЕРЖАТЕЛЬ ПОДШИПНИКА НАСОСА
PUMP BEARING HOLDER

Область изобретения
[1] Настоящее изобретение относится, по существу, к держателям подшипника насоса, типично применяемым в насосах с мокрым ротором, в частности в центробежных насосах с мокрым ротором и регулируемой частотой вращения.
Предпосылки
[2] В центробежных насосах с мокрым ротором мокрый ротор с постоянными магнитами обычно отделен от сухого статора. Ротор приводит во вращение рабочее колесо, расположенное в корпусе насоса. Ротор обычно устанавливают на ось ротора, которая выполнена с возможностью вращения по меньшей мере в одном радиальном подшипнике. Этот радиальный подшипник обычно удерживается за окружность и центрируется в насосе держателем подшипника насоса, который иногда называют опорной пластиной или диском. Держатель подшипника насоса имеет центральное отверстие, в которое во время изготовления или сборки в осевом направлении запрессовывают подшипник. Для получения надежной прессовой посадки осевые силы, возникающие при прессовании, обычно очень велики. Поэтому существует высокий риск поломки или выкрашивания подшипника во время прессования. В частности, керамические поверхности подшипников в этом процессе могут повреждаться.
Краткое описание изобретения
[3] В отличие от известных держателей подшипника насоса, согласно вариантам настоящего изобретения предлагается держатель подшипника насоса, существенно снижающий риск повреждения подшипника, когда его запрессовывают в держатель, и в то же время создающий надежную прессовую посадку между подшипником и держателем. Дополнительным преимуществом держателя подшипника насоса по настоящему изобретению является то, что допуски на изготовление как подшипника, так и держателя подшипника могут быть менее жесткими.
[4] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается держатель подшипника для насоса с мокрым ротором, содержащий радиально внутреннюю секцию, содержащую поверхность внутренней секции для контакта при прессовой посадке с по существу цилиндрической радиальной внешней поверхность подшипника насоса, радиально внешнюю секцию, содержащую кольцевую или по существу коническую поверхность внешней секции с углом конусности, превышающем 45°, и промежуточную секцию, проходящую от внутренней секции до внешней секции, в которой промежуточная секция содержит по существу коническую поверхность промежуточной секции с углом конусности меньше 45°, в котором площадь А продольного сечения внутренней секции меньше, чем площадь В продольного сечения промежуточной секции.
in
out
[5] В настоящем описании кольцевая поверхность внешней секции эквивалентна по существу конической поверхности внешней секции с углом конусности 90°. Поверхность внешней секции может проходить над всей внешней секцией или может проходить над частью внешней секции. Аналогично, поверхность промежуточной секции может проходить над всей промежуточной секцией или над частью промежуточной секции. Угол конусности может быть постоянным или может изменяться в радиальном направлении в пределах внешней секции и/или в пределах промежуточной секции. Если поверхность внешней секции и/или поверхность промежуточной секции является криволинейной, соответствующий угол θ конусности можно для данного случая определить как средний угол конусности, т.е., , где θ(r) является локальным углом концусности, определяемым как угол конусности виртуального соосного конуса, касающегося поверхности тангенциально, на радиусе r, R - внутренний радиус поверхности соответствующей секции, а R - внешний радиус поверхности соответствующей секции. Если поверъность внешней секции и/или поверхность промежуточной секции содержат N>1 ступеней или секций между недифференцируемыми точками, где  не определено, релевантный угол θ конусности можно определить для данного случая как средний угол конусности, т.е.,, где θi - средний угол конусности i-го шага или секции.
[6] Меньшая площадь А продольного сечения внутренней секции дает положительный эффект, заключающийся в том, что она оказывает меньшее сопротивление радиальному расширению, когда подшипник запрессовывают в держатель подшипника насоса. Потому риск поломок или выкрашивания во время запрессовки существенно уменьшается. Кроме того, можно применять менее жесткие производственные допуски на радиусы как подшипника, так и держателя подшипника.
[7] Во время прессования внутренняя секция может подвергаться по меньшей мере частичной пластической деформации, т.е., не полностью возвращаться к первоначальной форме, которую она имела до прессования, если подшипник демонтируют с держателя подшипника насоса. По сравнению с внутренней секцией, промежуточная секция может по меньшей мере деформироваться более упруго, т.е. промежуточная секция более упруго возвращается ближе к первоначальной форме, если подшипник демонтируют с держателя подшипника насоса. Другими словами, промежуточная секция может вести себя упруго с меньшим гистерезисом, чем внутренняя секция.
[8] Осевые силы прессования во время запрессовывания могут быть эквивалентны нескольким сотням килограмм или более. Поэтому площадь А продольного сечения внутренней секции предпочтительно достаточно велика, чтобы обеспечить достаточно плотную перссовую посадку и чтобы предотвратить разрыв внутренней секции во время запрессовывания. При необходимости поверхность внутренней секции моет быть по существу цилиндрической дл контакта при прессовой посадке с по существу цилиндрической радиальной внешней поверхностью подшипника насоса. Поэтому вся поверхность внутренней секции может создать необходимый фрикционный контакт, обеспечивая достаточно плотную прессовую посадку.
[9] При необходимости поверхность внутренней секции может содержать по меньшей мере один первый участок и по меньшей мере один второй участок в периферийном направлении, при этом по меньшей мере один первый участок имеет первый радиус, а по меньшей мере один второй участок имеет второй радиус, превышающий первый радиус, так, что по меньшей мере первый участок определяет по мемньшей мере один контактный участок для пресовоцй посадки с по существу цилиндрической радиальной внешней поверхностью подшипника насоса и так, что по меньшей мрее один второй участок определяет по меньшей мере один проточный канал между внутренней секцией и подшипником насоса. Это позволяет преимущественно дополнительно уменьшить сопротивление внутренней секции радиальному расширению и создать осевые проточные каналы.
[10] Альтернативно или дополнительно, внутренняя секция может содержать по меньшей мере одну первую подсекцию и по меньшей мере одну вторую подсекцию в периферийном направлении, при этом эта по меньшей мере одна первая подсекция имеет первыю радиальную толщину, а по меньшй мере одна вторая подсекция имеет вторую радиальную толщину, превышающую первую радиальную толщину. Это может дополнительно уменьшить сопротивление внутренней секции, в частности, первой внутренней подсекции, радиальному расширению. Толщина может быть мостоянной или может изменяться в периферийном направлении в пределах подсекция и/или между ними. Толщина определяется как средняя толщина в пределах подсекции.
[11] При необходимости радиальная толщина t промежуточной секции может быть меньше на конце около внутренней секции, чем на конце около внешней секции. Это позволяет потепенно или ступенчато увеличивать сопротивление радиальному расширению в направлении радиально наружу от внутренней секции через промежуточную секцию к внешгней секции. Внешняя секция или по меньшей мере радиально внешний обод внешней секции предпочтительно не ресширяется во время запрессовывания.
[12] При необходимости осевая длина h поверхности внутренней секции может быть меньше, чем осевая длина Х поверхности промежуточной секции, при этом отношение X/h предпочтительно находится в жиапазоне от 2 до 4. Увеличенная осевая длина Х поверхности промежуточной секции позволяет создать более упругое радиальное расширение, создающее необходимое направленное внутрь радиальное давление для получения достаточно плотной прессовой посадки подшипника в держателе подшипника насоса.
[13] При необходимости промежуточная секция может быть более упругой в радиальном направлении, чем внешняя секция, т.е., внетренний диаметр промежуточной секции во время запрессовывания увеличивается больше, чем внутренний диаметр внешней секции.
[14] При необходимостидержатель подшипниа насоса далее может содержать подшипник насоса, запрессованный во внутреннюю секцию. Поскольку подшипник насоса и его разеры известны, держатель подшипника насоса можно оптимизировать для удержания такого подшипника насоса. Например, подшипник насоса может быть радиальным подшипником с внутренней поверхностью скольжения для скользящего контакта с осью ротора насоса, при этом подшипник насоса предпочтительно содержит керамическую поверхность. При необходимости держатель подшипника насоса может быть оптимизирован для подшипника асоса, имеющего радиальную внешнюю поверхность с осевой длиной II, проектируя поверхность внутренней секции с осевой длиной h меньшей, чем половина осевой длины Н радиальной внешней поверхности подшипника насоса, т.е. h<H/2, предпочтительно, h<H/3.
[15] Альтернативно или дополнительно, расстояние от осевого верхнего конца поверхности внутренней секции до осевого верхнего конца радиальной внешней поверности подшипника насоса может быть равно р, при этом 0,2⋅[H-h]<p<0,8⋅[H-h]. Аналогично, альтернативно или дополнительно, расстояние от осевого нижнего конца поверхности внутренней секции до осевого нижнего конца радиальной внешней поверности подшипника насоса может быть равно q, при этом 0,2⋅[H-h]<q<0,8⋅[H-h].
[16] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается наос, содержащий держатель подшипника насоса, описанный выше, при этом насос является центробежным насосом для перекачивания воды в системе отопления. Рыно таких бытовых насосов велик и конкурентен. Поэтому производство таких насосов оптимизирован под большие объемы производства и минимизацию дефектов, вызванных поломками и ращрушением керамических подшипников, которые подлежат отбраковке. Центробежные насосы для перекачки воды в системе отопления в держателем подшипника насоса, описанным выше, можно производить с меньшими издержками благодаря уменьшенному количеству поломок и разрушений дорогих керамических подшипников.
Краткое описание чертежей
[17] Далее следует описание вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - сечение примера держателя подшипника насоса по первому варианту настоящего изобретения.
Фиг. 2 - более детальное частичное сечение примера держателя подшипника насоса в запрессованным подшипником по первому варианту настоящего изобретения.
Фиг 3 - вид сверху внутренней секции примера держателя подшипника насоса по второму варианту настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид сверху внутренней секции примера держателя подшипника настоса по третьему варианту настоящего изобретения.
Фиг. 5 - вид сверху внутренней секции примера держателя подшипника насоса по четвертому варианту настоящего изобретения.
Подробное описание
[18] На фиг. 1 показан держатель 1 подшипника насоса, содержащий внутреннюю секцию 3, промежуточную секцию 5 и внешнюю секцию 7. Держатель 1 подшипника насоса в этм первом варианте выполнен интегрально и гомогенно из одного материала, предпочтительно листового металла, и является осесимметричным относительно продольной оси L. Держатель 1 подшипника насоса может быть кованным, фрезерованным, вырезанным, вырубленным, сформованным, отшлифованным, прокатанным, изготовленным трехмерной печатью (аддитивное изготовление) и/или отштампованным в показанную шляпообразную форму. Подшипник 13 насоса (см. фиг. 2) подлежит запрессовке снизу (см. контурную стрелку) в держатель 1 подшипника насоса. Поэтому релевантными поверхностями держателя 1 подшипника насоса являются нижние и внутренние поверхности. Следует отметить, что держатель 1 подшипника насоса может иметь любую пространственную ориентацию, поэтому такие термины, как "ниже", "выше", "под", "над", "верхний", "вертикальный", "горизонтальный" и т.д. следует толковать в системе координат, привязанной к держателю 1 подшипника насоса.
1
1
2
a
a
[19] Внутренняя секция 3 содежит поверхность 9 внутренней секции, определяющую чентральное круглое отверстие 11 радиусом R, в которой можно запрессовать подшипник насоса. Промежуточная секция 5 определяет по существу коническую поверхность 15 промежуточной секции имеющую радиусы от R до Rгде начинается поверхность 17 внешней секции 5. Внешняя секция 7, проходящая от поверхности 15 промежуточной секции до внешнего радиуса R, образует по существу край, содержащий четыре внешние подсекции, т.е., кольцевую первую внешнюю подсекцию 16, определяющую периферийную кромку 19 с внешним радиусом R, для центрирования держателя 1 подшипника насоса в корпусе насоса (не показан), цилиндрическую вторую внешнюю подсекцию 21, придающую жесткость внешней секции 17, кольцевую третью внешнюю подсекцию 23 и коническую четвертую подсекцию 25. Первая внешняя подсекция 16, вторая внешняя подсекция 21 и кольцевая третья внешняя подсекция 23 образуют по существу Z-образную или S-образную конфигурацию для придания жесткости внешней секции 7.
1
1
1
(r)
1
[20] В области конической четвертой подсекции 25 поверхность 17 внешней секции имеет по существу коническую форму и имеет угол θ конусности более 45°. Следует отметить, что альтернативно четвертая внешняя подсекция 25 может быть кольцевой, с углом θ конусности 90°. Для того, чтобы повысить жесткость внешней секции 7 четвертая внешняя подсекция 25 здесь немного выгнута и изогнута так, чтобы, строго говоря, угол θ конусности поверхности 17 внешней секции определялся как , где θ -локальный угол конусности, определяемый как угол конусности виртуального соосного конуса, касающегося поверхности тангенциально на радиусе r. В этом случае не конические подсекции, т.е., кольцевая первая подсекция 16, цилиндрическая вторая подсекция 21 и кольцевая третья подсекция 23 могут не участвовать в образовании угла θ конусности поверхности 17 внешней секции.
2
[21] Промежуточная секция 5 соединяет внешнюю секцию 7 с внутренней секцией 3. Линия перехода между внешней секцией 7 и промежуточной секцией 5 может быть определена виртуальной нормалью N на виртуальном соосном конусе, касающемся поверхности тангенциально и имеющем угол конусности 45°. Линия перехода между промежуточной секцией 5 и внутренней секцией 3 может быть определена виртуальной горизонтальной плоскостью Q, проходящей через нижнюю точку цилиндрической поверхности 9 внутренней секции. По существу, коническая поверхность 15 промежуточной секции, проходящая от радиуса R1 до радиуса R2, имеет угол θ конусности менее 45°. Поскольку локальный угол конусности θ(r) немного изменяется с радиусом r, угол θ2 конусности поверхности 15 промежуточной секции можно определить как .
[22] На увеличенном фрагмента на фиг. 1 лучше видны площадь А продольного сечение внутренней секции 3 и площадь В продольного сечения промежуточной секции 5. Внутренняя секция 3 имеет существенно меньшую площадь продольного сечения чем промежуточная секция 5, т.е., A<B, предпочтительно, A<B/3. Поэтому внутренняя секция 3 оказывает меньшее сопротивление радиальному расширению, когда подшипник насоса запрессовывают в держатель 1 подшипника насоса. Тем самым риск поломки или разрушения керамического подшипника насоса во время запрессовки существенно снижается. Во время запрессовки внутренняя секция 3 может по меньшей мере частично пластично расширяться, т.е., внутренняя секция 3 не будет полностью упруго восстанавливать первоначальную форму, если подшипник насоса будет демонтирован с держателя 1 подшипника насоса. Другими словами, промежуточная секция 5 может иметь упругое поведение с меньшим гистерезисом, чем внутренняя секция 3.
[23] Промежуточная секция 5, таким образом, создает эффект пружины для удержания запрессованного подшипника насоса на месте, тогда как внутренняя секция 3 обеспечивает минимальную фрикционную поверхность, т.е. поверхность 9 внутренней секции, для удержания подшипника насоса на месте. Для улучшения общей целостности, стабильности и упругости, радиальная толщина t промежуточной секции 5 в этом варианте меньше на конце, примыкающем к внутренней секции 3, чем на конце, примыкающем к внешней секции 7. Кроме того, осевая длина h поверхности 9 внутренней секции меньше, чем осевая длина Х поверхности 15 промежуточной секции, при этом отношение X/h предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 4. Благодаря форме держателя 1 подшипника насоса промежуточная секция 5 также является более гибкой в радиальном направлении, чем внешняя секция 7. Внешняя секция 7, таким образом, участвует в создании необходимой упругости держателя 1 подшипника насоса для постоянного и надежного удержания подшипника 13 насоса с прессовой посадкой. Внутренняя секция 3 участвует в создании необходимой пластичности держателя 1 подшипника насоса, предотвращая растрескивание, разрушение и поломки подшипника насоса во время запрессовки. Другими словами, внутренняя секция 3 сконфигурирована для по меньшей мере частичной пластической деформации, когда подшипник насоса запрессовывают во внутреннюю секцию 3.
[24] На фиг. 2 показан держатель 1 подшипника насоса с имеющим форму кольца подшипником 13, запрессованным во внутреннюю секцию 2. Подшипник 13 насоса является радиальным подшипником с цилиндрической внутренней поверхностью 27 скольжения для скользящего контакта с соосной осью ротора насоса. Подшипник 13 насоса имеет керамическую поверхность. Предпочтительно подшипник 13 насоса полностью изготовлен из керамического материала. Здесь на внутренней и внешней кромках подшипника 13 насоса выполнены фаски для облегчения установки во время запрессовывания и во избежание разрушения кромок.
[25] Подшипник насоса содержит радиальную внешнюю поверхность 29 с осевой длиной Н, при этом поверхность 9 внутренней секции имеет осевую длину h меньшую, чем половина осевой длины Н радиальной внешней поверхности 29 подшипника насоса, т.е., h<H/2. Кроме того, осевой верхний конец 31 поверхности 9 внутренней секции расположен на расстоянии р от осевого верхнего конца 33 радиальной внешней поверхности 29 подшипника 13 насоса, при этом 0,2⋅(H-h)<p<0,8⋅(H-h). Это гарантирует, что подшипник 13 будет вставлен в держатель 1 подшипника насоса достаточно глубоко, но не слишком глубоко. Аналогично, осевой нижний конец 35 поверхности 9 внутренней секции расположен на осевом расстоянии q от осевого нижнего конца 37 радиальной внешней поверхности 29 подшипника 13 насоса, при этом 0,2⋅(H-h)<q<0,8⋅(H-h).
1
2
1
[26] Приведенный на фиг. 3 вид сверху внутренней секции 3 показывает вариант, в котором внутренняя секция 3 содержит первую подсекцию 39 и вторую подсекцию 41, расположенные в периферийном направлении, при этом первая подсекция 39 имеет первую радиальную толщину D, а вторая подсекция 41 имеет вторую радиальную толщину D, которая больше, чем первая радиальная толщина D. Если радиальная толщина изменяется в периферийном направлении, как показано на чертеже, эти секции можно условно определить как диаметрально противоположные подсекции. Внутренняя секция 3 может по меньшей мере частично пластически деформироваться во время запрессовки главным образом на более тонкой первой подсекции 39.
i
o
i
[27] В варианте по фиг. 4 внутренняя секция 3 выполнена "зубчатой" в радиальном направлении, и содержит восемь "выемок". Каждая выемка 43 образует осевой проточный канал по существу прямоугольного сечения между внутренней секцией 3 и подшипником 13 насоса. Другими словами, поверхность 9 внутренней секции содержит восемь первых участков 45 и восемь вторых участков 47 в периферийном направлении, при этом каждый первый участок 45 имеет первый радиус R, а каждый второй участок 47 имеет второй радиус R, превышающий первый радиус R так, что восемь первых участков 45 определяют восемь контактных участков для запрессовывания по существу цилиндрической радиальной внешней поверхности 29 подшипника 13 насоса и так, что восемь вторых участков 47 определяют восемь проточных каналов между внутренней секцией 3 и подшипником 13 насоса.
[28] На фиг. 5 показан вариант, подобный варианту, показанному на фиг. 4, но только с шестью осевыми проточными каналами. Вторые участки 47 в этом случае имеют вогнутыми радиальными выступами с плавными криволинейными переходами между первыми участками 45 и вторыми участками 47.
[29] Там, где в вышеприведенном описании упоминаются системы или элементы, имеющие известные, очевидные или предсказуемые эквиваленты, то такие эквиваленты включены в настоящее описание, как если бы они были упомянуты индивидуально. Истинный объем настоящего изобретения определяется формулой изобретения, которая должна толковаться как охватывающая такие эквиваленты. Также следует понимать, что системы или признаки настоящего изобретения, описанные как необязательные, предпочтительные, преимущественные, удобные и т.п., являются необязательными и не ограничивают объем независимых пунктов формулы.
[30] Вышеописанные варианты следует понимать как варианты, иллюстрирующие настоящее изобретение. Следует понимать, что любой признак, описанный в связи с любым отдельным вариантом, может применяться как самостоятельно, так и в комбинации с одним или более признаком любого другого из вариантов или любой комбинации любых других вариантов. Хотя был описан по меньшей мере один иллюстративный вариант, следует понимать, что специалистам очевидны другие модификации, замены или альтернативы, которые могут быть внесены без выхода за пределы объема предмета настоящего изобретения, и настоящая заявка предназначена для охвата любых адаптаций или вариаций конкретного писанного в ней варианта.
[31] Дополнительно, термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает наличия множества соответствующих объектов. Кроме того, характеристики или этапы, описанные со ссылками на один из вышеприведенных иллюстративных вариантов, могут применяться в комбинации с другими характеристиками или этапами других иллюстративных вариантов, описанных выше. Этапы способа могут выполняться в любом порядке или параллельно, или могут являться частью или более детализированной версией другого этапа способа. Следует понимать, что объем патента, выданного на основании настоящей заявки, должен охватывать все такие модификации, которые обоснованно и надлежащим образом являются вкладом в данную область техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут делаться, не выходя за пределы изобретательской идеи и объема изобретения, который должен определяться приложенной формулой и ее законными эквивалентами.