НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО
PUMPING DEVICE

Данное изобретение касается насосного устройства, в частности насосного устройства с магнитной муфтой, содержащего внутреннее пространство, образованное корпусом насоса указанного насосного устройства, герметизирующий стакан, герметично уплотняющий заключенную в нем камеру относительно образованного корпусом насоса внутреннего пространства, вал рабочего колеса, приводимый во вращение вокруг оси вращения, рабочее колесо 23, установленное на одном конце вала рабочего колеса, внутренний ротор, установленный на другом конце вала рабочего колеса, и внешний ротор, взаимодействующий с внутренним ротором.
Из DE 10 2004 003 400 A1 известно такого рода насосное устройство, для увеличения сферы использования имеющее приводной ротор, выполненный как унифицированная деталь для внешних приводных элементов. Но за счет этого возможно расширение сферы использования лишь до известной степени. Начиная с определенных конструктивных размеров подгонка параметров ротора неизбежна.
Из EP 0 814 268 A1 известен модульный комплект для изготовления насосов, предлагающий возможности для изготовления любых насосов в зависимости от потребностей из небольшого количества конструктивных элементов. Однако, предложенное решение позволяет заменять лишь конструктивные элементы, которые соответствуют единственному типоразмеру.
Вышеприведенные технические решения не учитывают, однако, того, что, в зависимости от различных частот вращения, напоров, поднимаемых насосом объемов и плотности транспортируемой среды, для одного и того же гидравлического параметра необходим большой диапазон вращающих моментов.
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать насосное устройство с магнитной муфтой, в котором для одного гидравлического параметра имеется в распоряжении максимальное количество магнитных муфт с различными диаметрами, а для одного размера магнитной муфты возможно применение максимально большого количества различных гидравлических параметров. Можно сказать, в пределах одного размера магнитной муфты могут использоваться различные герметизирующие стаканы, т.е. различные уровни давления и/или материалы.
Эта задача изобретения решается за счет переходного элемента, который соединяет герметизирующий стакан с корпусом насоса или с конструктивным элементом, связанным с корпусом насоса, в частности с крышкой корпуса, и снабжен монтажным фланцем, прилегающим на ближней к внутреннему пространству стороне к поверхности прилегания корпуса насоса, в частности крышки корпуса.
За счет использования различных переходных элементов в распоряжение предоставляется модульная конструкция, которая дает возможность эффективного выбора конструктивных размеров для одного гидравлического параметра с различными размерами магнитной муфты, соответственно, для одного размера магнитной муфты и разных гидравлических параметров.
Таким образом, можно простым путем адаптировать размер магнитной муфты к различным гидравлическим параметрам посредством подгонки указанного переходного элемента по форме и/или размеру. Благодаря этому покрывается большой диапазон вращающих моментов, требуемый для одного и того же гидравлического параметра и обусловленный различными частотами вращения, напорами, поднимаемыми насосом объемами и значениями плотности транспортируемой среды. Больше нет необходимости в использовании соответствующего максимального размера муфты для всех комбинаций, а можно в каждом случае адаптировать подходящий размер магнитной муфты к гидравлическому параметру, обеспечивая соответствующие преимущества в отношении энергоэффективности, вихревых потерь и/или затрат на оборудование. Еще одним преимуществом данного изобретения является уменьшенное количество подлежащих хранению конструктивных элементов для одного конструктивного ряда насосов.
В другом варианте выполнения указанная поверхность прилегания имеет смещенную назад в осевом направлении область, в которую входит с зацеплением центрирующее кольцо, выполненное на монтажном фланце, причем в этой смещенной назад области, с одной стороны, может располагаться кольцевое уплотнение, а с другой стороны, указанный переходной элемент может быть точно ориентирован и герметично для текучей среды закреплен на крышке корпуса.
За счет того, что на противоположной монтажному фланцу стороне переходной элемент снабжен несколькими резьбовыми отверстиями для крепления герметизирующего стакана, становится возможным использовать и, соответственно, заменять различные герметизирующие стаканы разного уровня давления, соответственно, разной прочности и/или из разных материалов в рамках одного размера магнитной муфты.
Согласно изобретению на противоположной монтажному фланцу стороне предусмотрено проходящее в осевом направлении дальше во внутреннее пространство кольцо, которое образует защиту от пуска и препятствует касанию внешнего ротора с герметизирующим стаканом.
Для улучшения направления потока среды и для более простого и, тем самым, более экономичного изготовления литьем указанный внешний контур переходного элемента имеет по существу конусообразную форму.
При этом переходной элемент предпочтительно сужается по существу, начиная от монтажного фланца, вплоть до кольца.
Согласно еще одному варианту выполнению предусмотрено, что обращенный в направлении крышки корпуса конец внешнего ротора имеет радиально окружной выступ. За счет этого может быть точно установлено расстояние от внешнего ротора до кольца для нормального рабочего режима.
По той же причине предлагается, чтобы в порядке альтернативы или дополнительно указанный выступ был выполнен на внутренней стороне кольца.
В следующем примере осуществления данного изобретения предусмотрено, что обращенный в направлении крышки корпуса конец внешнего ротора имеет область с уменьшенным наружным диаметром. Тем самым обеспечивается возможность монтажа переходного элемента при малых диаметрах муфты.
В еще одном предпочтительном выполнении между рабочим колесом и внутренним ротором расположена система подшипников, взаимодействующая с валом рабочего колеса, приводимым во вращение вокруг оси вращения.
В рамках данного изобретения в еще одном варианте выполнения предлагается расположить пружинное устройство между внутренним ротором и системой подшипников.
Согласно изобретению в одном варианте выполнения между пружинным устройством и внутренним ротором находится надвинутая на вал рабочего колеса распорная гильза, посредством которой внутренний ротор в осевом направлении попадает глубже во внешний ротор. Тем самым магниты внутреннего ротора и магниты внешнего ротора оптимально ориентированы друг относительно друга, чтобы обеспечить оптимальную передачу сил от внешнего ротора к внутреннему ротору.
Задача данного изобретения решается также посредством модульного комплекта для изготовления предлагаемого изобретением насосного устройства.
Примеры осуществления данного изобретения представлены на чертежах и ниже будут описаны более подробно. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1 - продольное сечение насосного устройства с магнитной муфтой,
Фиг. 2 - продольное сечение насосного устройства с магнитной муфтой по Фиг. 1 с переходным элементом согласно изобретению,
Фиг. 3 - продольное сечение насосного устройства с магнитной муфтой по Фиг. 1 с еще одним переходным элементом согласно изобретению,
Фиг. 4 - продольное сечение насосного устройства с магнитной муфтой, с крышкой корпуса, служащей теплозащитным барьером, и переходным элементом согласно изобретению по Фиг. 2.
На Фиг. 1 показано насосное устройство 1 в форме насосного устройства с магнитной муфтой. Насосное устройство 1 содержит выполненный из нескольких частей корпус 2 центробежного насоса, выполненный в виде улитки гидравлический корпус 3, крышку 4 корпуса, колпак 5 держателя подшипника, держатель 6 подшипника и крышку 7 подшипника.
Гидравлический корпус 3 имеет впускное отверстие 8 для всасывания транспортируемой среды и выпускное отверстие 9 для выталкивания транспортируемой среды. Крышка 4 корпуса расположена на противоположной впускному отверстию 8 стороне гидравлического корпуса 3. На обращенной от гидравлического корпуса 3 стороне крышки 4 корпуса закреплен колпак 5 держателя подшипника. Держатель 6 подшипника размещен на противоположной крышке 4 корпуса стороне колпака 5 держателя подшипника. Крышка 7 подшипника в свою очередь закреплена на стороне держателя 6 подшипника, обращенной от колпака 5 держателя подшипника.
Герметизирующий стакан 10 закреплен на обращенной от гидравлического корпуса 3 стороне крышки 4 корпуса и по меньшей мере частично проходит через внутреннее пространство 11, ограниченное корпусом 2 насоса, в частности крышкой 4 корпуса, колпаком 5 держателя подшипника и держателем 6 подшипника. Герметизирующий стакан 10 содержит по существу цилиндрическую основную часть 12. Основная часть 12 с одной стороны открыта, а со стороны, противоположной открытой стороне, закрыта сводчатым дном 13. На открытой стороне расположен кольцеобразный крепежный фланец 14, который выполнен как единое целое с основной частью 12 или связан с ней посредством сварки или с помощью других пригодных крепежных средств или приспособлений, например, винтов, заклепок или т.п. Крепежный фланец 14 на ближней к внутреннему пространству 11 стороне прилегает к поверхности 15 прилегания крышки 4 корпуса и содержит несколько монтажных отверстий 16, сквозь которые могут вводиться винты 17 и ввинчиваться в предусмотренные в крышке 4 корпуса резьбовые отверстия 18. Герметизирующий стакан 10 герметично уплотняет камеру 19, окруженную им и крышкой 4 корпуса, относительно указанного внутреннего пространства 11.
Вал 20 рабочего колеса, установленный с возможностью вращения вокруг оси А вращения, проходит от проточной камеры 21, ограниченной гидравлическим корпусом 3 и крышкой 4 корпуса, через предусмотренное в крышке 4 корпуса отверстие 22 в камеру 19. На лежащем внутри проточной камеры 21 конце вала 20 рабочего колеса закреплено рабочее колесо 23, а на противоположном конце вала, имеющем два участка 20a, 20b вала с соответствующими увеличивающимися диаметрами, внутри камеры 19 расположен внутренний ротор 24. Внутренний ротор 24 снабжен несколькими магнитами 25, расположенными на обращенной к герметизирующему стакану 10 стороне внутреннего ротора 24.
Между рабочим колесом 23 и внутренним ротором 24 установлена система 26 подшипников, взаимодействующая с валом 20 рабочего колеса, приводимым во вращение вокруг оси А вращения. Расположенный коаксиально оси А вращения держатель 27 кольца подшипника, которым удерживаются на своем месте стационарные, т.е. не вращающиеся с валом 20 рабочего колеса части системы 26 подшипников, фланцеобразной областью 28 прилегает к еще одной поверхности 29 прилегания крышки 4 корпуса, посредством не показанного резьбового соединения закреплен на крышке 4 корпуса и проходит в камеру 19.
Между внутренним ротором 24, соответственно, участком 20а вала и системой 26 подшипников, в частности вращающимися с валом 20 рабочего колеса частями системы 26 подшипников, расположено пружинное устройство 30 в виде пакета тарельчатых пружин, нагружающее зажимной узел, который состоит из рабочего колеса 23, гайки 32 рабочего колеса, закрепляющей рабочее колесо 23 через шайбу 31 на валу 20 рабочего колеса, вращающихся с валом 20 рабочего колеса частей системы 26 подшипников и внутреннего ротора 24, упругой силой таким образом, что этот зажимной узел, в частности через внутренний ротор 24, удерживается в упругом в известной степени прилегании к поверхности 33 прилегания, которая получается за счет разных диаметров участков 20a и 20b вала, причем диаметр участка 20b вала больше, чем диаметр участка 20а вала. Зажимной узел содержит, таким образом, по существу конструктивные элементы, вращающиеся с валом 20 рабочего колеса вокруг оси А вращения.
Не представленный на чертежах приводной двигатель, предпочтительно электродвигатель, приводит во вращение приводной вал 34. Приводной вал 34, приводимый во вращение вокруг оси А вращения, установлен по существу коаксиально валу 20 рабочего колеса. Приводной вал 34 проходит через крышку 7 подшипника, держатель 6 подшипника и по меньшей мере частично в колпак 5 держателя подшипника. Приводной вал 34 установлен двух размещенных в держателе 6 подшипника шарикоподшипниках 35, 36. На свободном конце приводного вала 34 установлен внешний ротор 38, несущий на себе несколько магнитов 37. Магниты 37 расположены на обращенной к герметизирующему стакану 10 стороне внешнего ротора 38. Внешний ротор 38 проходит по меньшей мере частично через герметизирующий стакан 10 и взаимодействует с внутренним ротором 24 таким образом, что вращающийся внешний ротор 38 с помощью магнитных сил приводит во вращательное движение также и внутренний ротор 24, и тем самым вал 20 рабочего колеса, и рабочее колесо 23.
На Фиг. 2 показано насосное устройство 1, габариты которого соответствуют габаритам насоса, показанного на Фиг. 1. Согласно модульному принципу конструирования гидравлический корпус 3, крышка 4 корпуса, колпак 5 держателя подшипника, держатель 6 подшипника и крышка 7 подшипника имеют, таким образом, одинаковые размеры. Кроме того, в обоих вариантах выполнения рабочее колесо 23, система 26 подшипников и держатель 27 кольца подшипника имеют одинаковые размеры. В представленном на Фиг. 2 варианте выполнения как диаметр, так и осевая протяженность герметизирующего стакана 10, внутреннего ротора 24 и внешнего ротора 38 меньше, чем в показанном на Фиг. 1 варианте выполнения. Это особенно предпочтительно, если к насосному устройству 1 предъявляются меньшие технические требования, например, меньший напор или меньшая подача при максимально высокой эффективности.
Для подгонки герметизирующего стакана 10 с уменьшенной осевой протяженностью и уменьшенным диаметром предусмотрен отдельный переходной элемент 39, который с одной стороны имеет монтажный фланец 40, выполнение которого по существу соответствует выполнению показанного на Фиг. 1 крепежного фланца 14 герметизирующего стакана 10. Монтажный фланец 40 на ближней к внутреннему пространству 11 стороне прилегает к поверхности 15 прилегания крышки 4 корпуса и имеет несколько монтажных отверстий 41, через которые винты 17 могут проводиться и ввинчиваться в предусмотренные в крышке 4 корпуса резьбовые отверстия 18. Поверхность 15 прилегания имеет смещенную назад в осевом направлении область 42, в которой расположено кольцевое уплотнение 43 и в которую входит с зацеплением выполненное на монтажном фланце 40 центрирующее кольцо 44, за счет чего переходной элемент 39 может быть точно ориентирован и герметично для текучей среды закреплен на крышке 4 корпуса.
На противоположной монтажному фланцу 40 стороне переходной элемент 39 имеет несколько резьбовых отверстий 45, в которые ввинчиваются проходящие через монтажные отверстия 16 в крепежном фланце 14 герметизирующего стакана 10 винты 46. Таким образом, в рамках одного размера магнитной муфты можно заменять различные герметизирующие стаканы 10 разных уровней давления, соответственно, разной прочности и/или из различных материалов. Кроме того, на противоположной монтажному фланцу 40 стороне предусмотрено проходящее в осевом направлении дальше во внутреннее пространство 11 кольцо 47, которое образует защиту от запуска и предотвращает касание магнитов 37 внешнего ротора 38 с основной частью 12 герметизирующего стакана 10. Внешние контуры переходного элемента 39 в каждом случае имеют по существу конусообразную форму. Начиная по существу от монтажного фланца 40, переходной элемент 39 при этом сужается вплоть до кольца 47. Внутренний контур переходного элемента 39 выполнен по меньшей мере частично сужающимся. В представленном на Фиг. 2 варианте выполнения обращенный в направлении крышки 4 корпуса конец внешнего ротора 38 имеет обращенный к кольцу 47 радиально окружной выступ 48, который при возможном дисбалансе во вращении внешнего ротора 38 в любом случае сначала коснется внутренней стороны кольца 47 переходного элемента 39, прежде чем магниты 37 внешнего ротора 38 войдут в контакт с основной частью 12 герметизирующего стакана 10. При альтернативном варианте выполнения выступ 48 может быть выполнен на внутренней стороне кольца 47. В еще одном варианте выполнения выступ 48 может быть выполнен как на конце внешнего ротора 38, так и на внутренней стороне кольца 47.
Между пружинным устройством 30 и внутренним ротором 24 находится надвинутая на вал 20 рабочего колеса распорная гильза 49, которая дополняет собой описанный выше зажимной узел. В показанном варианте выполнения вал 20 рабочего колеса, в частности участок 20а вала, удлиняется на длину распорной гильзы 49 по сравнению с вариантом выполнения, показанным на Фиг. 1. Посредством распорной гильзы 49 внутренний ротор 24 в осевом направлении проникает глубже во внешний ротор 38. Тем самым магниты 25 внутреннего ротора 24 и магниты 37 внешнего ротора 38 ориентированы друг относительно друга оптимально для того, чтобы обеспечивать оптимальную передачу силы с внешнего ротора 38 на внутренний ротор 24.
На Фиг. 3 показано насосное устройство 1, габариты которого соответствуют габаритам устройства по Фиг. 1 и Фиг. 2. Точно так же рабочее колесо 23, система 26 подшипников и держатель 27 кольца подшипника имеют такие же размеры, что и в вариантах выполнения, представленных на Фиг. 1 и 2. При показанном на Фиг. 3 выполнении как диаметр, так и осевая протяженность герметизирующего стакана 10, внутреннего ротора 24 и внешнего ротора 38 дополнительно уменьшены по отношению к показанному на Фиг. 2. Вал 20 рабочего колеса, в частности участок 20а вала, имеет ту же осевую протяженность, что и в показанном на Фиг. 2 варианте выполнения. Обращенный в направлении крышки 4 корпуса конец внешнего ротора 38 имеет обращенную к кольцу 47 область 50 с уменьшенным наружным диаметром, которой вращающийся с возможным дисбалансом внешний ротор 38 в любом случае сначала прилегает к внутренней стороне кольца 47 переходного элемента 39, прежде чем магниты 37 внешнего ротора 38 войдут в контакт с основной частью 12 герметизирующего стакана 10.
Как можно увидеть на Фиг. 4, переходной элемент 39 может использоваться также и на выполненной как теплозащитный барьер крышке 4 корпуса в проводящем горячую среду насосном устройстве 1. При этом гидравлический корпус 3, существенные области крышки 4 корпуса, колпак 5 держателя подшипника, держатель 6 подшипника и крышка 7 подшипника имеют такие же размеры, что и в показанных на Фиг. 1-3 вариантах выполнения. Герметизирующий стакан 10, переходной элемент 39 и внешний ротор 38 имеют те же размеры, что и соответствующие размеру магнитной муфты по Фиг. 2.
Перечень ссылочных обозначений
1 насосное устройство
2 корпус насоса
3 гидравлический корпус
4 крышка корпуса
5 колпак держателя подшипника
6 держатель подшипника
7 крышка подшипника
8 впускное отверстие
9 выпускное отверстие
10 герметизирующий стакан
11 внутреннее пространство
12 основная часть
13 дно
14 крепежный фланец
15 поверхность прилегания
16 монтажное отверстие
17 винт
18 резьбовое отверстие
19 камера
20 вал рабочего колеса
20a участок вала
20b участок вала
21 проточная камера
22 отверстие
23 рабочее колесо 23
24 внутренний ротор
25 магнит
26 система подшипников
27 держатель кольца подшипника
28 фланцеобразная область
29 поверхность прилегания
30 пружинное устройство
31 шайба
32 гайка рабочего колеса
33 поверхность прилегания
34 приводной вал
35 шарикоподшипник
36 шарикоподшипник
37 магнит
38 внешний ротор
39 переходной элемент
40 монтажный фланец
41 монтажное отверстие
42 сдвинутая назад область
43 кольцевое уплотнение
44 центрирующее кольцо
45 резьбовое отверстие
46 винт
47 кольцо
48 выступ
49 распорная гильза
50 область с уменьшенным наружным диаметром
A ось вращения