НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО СТАКАНА ТАКОГО НАСОСНОГО УСТРОЙСТВА
PUMP ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCING CONTAINMENT SHELL FOR PUMP ARRANGEMENT

Данное изобретение касается насосного устройства, в частности насосного устройства с магнитной муфтой, содержащего внутреннее пространство, образованное корпусом насоса указанного насосного устройства, герметизирующий стакан с центральной продольной осью, герметично уплотняющий заключенную в нем камеру относительно образованного корпусом внутреннего пространства, вал рабочего колеса, приводимый во вращение вокруг оси вращения, рабочее колесо, установленное на одном конце вала рабочего колеса, внутренний ротор, установленный на другом конце вала рабочего колеса, внешний ротор, установленный на приводном валу и взаимодействующий с внутренним ротором, причем герметизирующий стакан имеет дно с по меньшей мере одним заходящим в камеру гофром. Изобретение касается также способа изготовления герметизирующего стакана насосного устройства.
В насосах такого типа за счет вращающегося магнитного поля в находящемся между внутренним ротором и внешним ротором металлическом герметизирующем стакане индуцируются вихревые токи. Такой статично позиционированный герметизирующий стакан вместе с крышкой корпуса и корпусом насоса образует собственно удерживающую давление насосную часть, за счет чего находящийся внутри этой оболочки внутренний ротор находится в постоянном контакте с транспортируемой средой. Чтобы снизить эти вихревые токи и блокировать сопутствующий им постоянный нагрев среды вплоть до испарения, обычно, во-первых, используют металлические материалы герметизирующего стакана с высоким электрическим сопротивлением. Хорошо зарекомендовали себя для этой цели особенно дорогостоящие сплавы на основе никеля (Hastelloy). Во-вторых, теряемое тепло отводится посредством потоков охлаждения. Это количество среды, отведенное по типу байпаса от основного транспортируемого потока, вследствие распределения давления в камере по наружному диаметру внутреннего ротора, направляется радиально внутрь между внутренним ротором и дном герметизирующего стакана к валу рабочего колеса и транспортируется обратно в основную гидравлическую систему через высверленную полость в этом валу рабочего колеса. Вследствие вращения внутреннего ротора и возникающих в результате вихревых проявлений в байпасном потоке транспортируемой среды создается слишком сильный перепад давления между наружным диаметром внутреннего ротора и расположенным коаксиально оси вращения входом высверленной полости вала рабочего колеса. Расход охлаждающего потока и, тем самым, отвод тепла ограничивается. Интеграция геометрии на статическом дне герметизирующего стакана, которая в отношении транспортируемой среды действует тормозящим или прерывающим завихрение образом, может воспрепятствовать ему или ограничить его, за счет чего температура, установившаяся в роторном отсеке, остается на соответствующем уровне ниже кривой давления пара транспортируемой среды.
Из полезной модели DE 9100515 U1 известен насос с магнитной муфтой, в котором за счет предусмотренного в дне герметизирующего стакана гофра уменьшается возникновение явлений закручивания в транспортируемой среде. Оптимизированная в отношении нагрузки от давления геометрия или форма дна без гофров получается из расширяемости или, соответственно, пластической деформируемости выпукло-эллипсоидального дна под нагрузкой. Однако вследствие имеющихся в центре и, тем самым, действующих как элементы жесткости гофров возникает препятствие этому. Следствием этого являются повышенные напряжения в материале герметизирующего стакана в области гофра. В противоположность выпукло-эллипсоидальным формам без гофров и при использовании той же толщины стенок, соответственно, той же толщины исходного материала раскрытые в уровне техники контуры гофров обеспечивают всего лишь примерно 40%-ную прочность при сжатии. Из-за этого равная прочность при сжатии может быть достигнута только с большими расходами материала и, тем самым, при сопутствующем увеличении затрат.
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать насосное устройство, в котором еще сильнее уменьшается образование завихрений транспортируемой среды внутри герметизирующего стакана без снижения стабильности герметизирующего стакана.
Эта задача данного изобретения решается тем, что указанный по меньшей мере один гофр расположен в радиальном направлении на расстоянии от центральной продольной оси герметизирующего стакана, причем отношение внутреннего радиуса герметизирующего стакана к расстоянию между внешней кромкой гофра и центральной продольной осью герметизирующего стакана находится в диапазоне от 1,3 до 1,6.
Предпочтительно это отношение внутреннего радиуса герметизирующего стакана к расстоянию между внешней кромкой гофра и центральной продольной осью герметизирующего стакана лежит в диапазоне от 1,38 до 1,57.
Предпочтительно это расстояние между внутренней кромкой гофра и центральной продольной осью герметизирующего стакана составляет:
причем Y предпочтительно лежит в диапазоне приблизительно от 1,14 до 1,17.
Благодаря такому отношению внутреннего радиуса герметизирующего стакана к радиусу внешней кромки гофра, соответственно, расстоянию между внутренней кромкой гофра и центральной продольной осью способность к осевому расширению, соответственно, способность к пластической деформации дна герметизирующего стакана сохраняется, за счет чего обеспечивается сохранение сопротивления сжатию на 90-95% по сравнению с дном герметизирующего стакана с такой же толщиной стенки без гофров.
При одной предпочтительной модификации данного изобретения для обеспечения высокой прочность при сжатии предпочтительно полученного глубокой вытяжкой или литьем герметизирующего стакана его дно образуется выпуклой областью, по существу имеющей форму сегмента сферы, и областью бортика, формирующей переходную область между основной частью и выпуклой областью.
Для оптимального расстояния между внутренним ротором и дном гофра согласно изобретению указанное дно гофра проходит в плоскости, располагающейся по существу параллельно той плоскости, в которой лежит переход от выпуклой области к области бортика. Эти воображаемые плоскости проходят по существу перпендикулярно центральной продольной оси герметизирующего стакана.
При этом в одном особом варианте осуществления предусмотрено, что внутренняя стенка герметизирующего стакана в области дна гофра лежит по существу в той же плоскости, что и переход от выпуклой области к области бортика.
В одном альтернативном варианте осуществления дно гофра выполнено проходящим параллельно выпуклой области.
Хороший эффект в отношении уменьшения образования завихрений достигается, если в области дна гофра максимальное расстояние между внутренней стенкой герметизирующего стакана и обращенной к дну герметизирующего стакана торцевой стороной внутреннего ротора составляет примерно 20 мм.
Предпочтительно максимальное расстояние между внутренней стенкой герметизирующего стакана и указанной торцевой стороной внутреннего ротора составляет примерно 10 мм, благодаря чему дополнительно уменьшается образование завихрений.
Поскольку наибольшие механические напряжения имеют место на переходе от выпуклой области к стенкам гофра и наиболее эффективны для предотвращения завихрения переходы с острыми кромками, то согласно изобретению переходы между выпуклой областью и стенками гофров имеют большие радиусы по сравнению с переходами от стенок гофров к дну соответствующего гофра. Одновременно может особенно хорошо, т.е. с низкими внутренними напряжениями, восприниматься направленное наружу давление, действующее в камере, заключенной в герметизирующем стакане.
Если указанный по меньшей мере один гофр в радиальном направлении подходит близко к области бортика или доходит до нее, то возникающие в окруженной герметизирующим стаканом камере завихрения, которые наиболее выражены на внутреннем роторе в области с наибольшей окружной скоростью, т.е. вблизи наружного диаметра вращающегося внутреннего ротора, могут быть эффективно снижены.
Предлагаемый изобретением способ предусматривает, что герметизирующий стакан изготавливается методом глубокой вытяжки или литьем, причем в дне создается по меньшей мере один гофр, который располагают в радиальном направлении на расстоянии от центральной продольной оси герметизирующего стакана.
Примеры осуществления данного изобретения представлены на чертежах и ниже будут рассмотрены более подробно.
На чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - продольное сечение насосного устройства с магнитной муфтой, содержащего предлагаемый изобретением герметизирующий стакан, имеющий гофры в своем дне,
Фиг. 2 - продольное сечение предлагаемого изобретением герметизирующего стакана в увеличенном масштабе,
Фиг. 3 - изображение в аксонометрии предлагаемого изобретением герметизирующего стакана,
Фиг. 4 - продольное сечение предлагаемого изобретением герметизирующего стакана с гофрами другой формы,
Фиг. 5 - изображение в аксонометрии предлагаемого изобретением герметизирующего стакана с гофрами в еще одном выполнении.
На Фиг. 1 показано насосное устройство 1 в виде насосного устройства с магнитной муфтой. Насосное устройство 1 имеет выполненный из нескольких частей корпус 2 центробежного насоса, который содержит 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 помещен на противоположной крышке 4 корпуса стороне колпака 5 держателя подшипника. Крышка 7 подшипника в свою очередь закреплена на обращенной от колпака 5 держателя подшипника стороне держателя 6 подшипника.
Герметизирующий стакан 10, предпочтительно изготовленный методом глубокой вытяжки или методом литья, закреплен на обращенной от гидравлического корпуса 3 стороне крышки 4 корпуса и проходит по меньшей мере частично через внутреннее пространство 11, ограниченное корпусом 2 насоса, в частности крышкой 4 корпуса, колпаком 5 держателя подшипника и держателем 6 подшипника. Герметизирующий стакан 10 герметично уплотняет заключенную в нем камеру 12 относительно внутреннего пространства 11.
Вал 13 рабочего колеса, приводимый во вращение вокруг оси А вращения, проходит от проточной камеры 14, ограниченной посредством гидравлического корпуса 3 и крышки 4 корпуса, через предусмотренное в крышке 4 корпуса отверстие 15 в камеру 12.
На лежащем внутри проточной камеры 14 конце вала 13 рабочего колеса закреплено рабочее колесо 16, а на противоположном конце вала, имеющем два участка 13а, 13b вала с увеличивающимися диаметрами, расположен находящийся внутри камеры 12 внутренний ротор 17. Внутренний ротор 17 снабжен несколькими магнитами 18, которые расположены на обращенной к герметизирующему стакану 10 стороне внутреннего ротора 7.
Между рабочим колесом 16 и внутренним ротором 17 расположена система 19 подшипников, взаимодействующая с валом 13 рабочего колеса, приводимым во вращение вокруг оси А вращения.
Не представленный на чертежах приводной двигатель, предпочтительно электродвигатель, приводит в действие приводной вал 20. Приводимый во вращение вокруг оси А вращения приводной вал 20 установлен по существу коаксиально валу 13 рабочего колеса. Приводной вал 20 проходит через крышку 7 подшипника, а также держатель 6 подшипника и установлен в двух размещенных в держателе 6 подшипника шарикоподшипниках 21, 22. На свободном конце приводного вала 20 установлен внешний ротор 24, несущий на себе несколько магнитов 23. Магниты 23 расположены на обращенной к герметизирующему стакану 10 стороне внешнего ротора 24. Внешний ротор 24 по меньшей мере частично проходит через герметизирующий стакан 10 и взаимодействует с внутренним ротором 17 таким образом, что вращающийся внешний ротор 24 посредством магнитных сил приводит также во вращательное движение внутренний ротор 17 и тем самым вал 13 рабочего колеса и рабочее колесо 16.
Представленный на фиг. 2 и 3 в увеличенном масштабе герметизирующий стакан 10 имеет по существу цилиндрическую основную часть 25 с центральной продольной осью В, по существу коаксиальной оси А вращения по Фиг. 1. Основная часть 25 с одной стороны открыта, а со стороны, противоположной этой открытой стороне, закрыта сводчатым дном 26. На открытой стороне расположен кольцевой присоединительный фланец 27, который выполнен как единое целое с основной частью 25 или соединен с ней сваркой, или иными подходящими крепежными средствами или приспособлениями, например винтами, заклепками или подобными крепежными элементами.
Присоединительный фланец 27 снабжен несколькими проходящими параллельно центральной продольной оси В сверлеными отверстиями 28, через которые могут вводиться не показанные винты и завинчиваться в соответствующие резьбовые сверленые отверстия в крышке 4 корпуса по Фиг. 1.
is
Sa
Дно 26 образуется посредством выпуклой области 29, по существу имеющей форму сегмента сферы и лежащей снаружи области 30 бортика, формирующей переходную область между основной частью 25 и выпуклой областью 29. В выпуклой области 29 предусмотрено несколько заходящих в камеру 12 гофров 31, имеющих дно 32 гофра и стенку 33 гофра. Гофры 31 имеют расположенную вблизи центральной продольной оси В внутреннюю кромку 31а гофра и расположенную далеко от центральной продольной оси В внутреннюю кромку 31b гофра. Наибольшую осевую протяженность камера 12 имеет вблизи центральной продольной оси В, причем отношение внутреннего радиуса r герметизирующего стакана 10 к расстоянию A от внешней кромки 31b гофра до центральной продольной оси В герметизирующего стакана 10 лежит в диапазоне от 1,3 до 1,6, предпочтительно в диапазоне от 1,38 до 1,57.
Si
Расстояние A от внутренней кромки 31а гофра до центральной продольной оси В герметизирующего стакана 10 получается по формуле
причем Y предпочтительно лежит в диапазоне приблизительно от 1,14 до 1,17.
Герметизирующий стакан 10 изготовляется посредством глубокой вытяжки или литьем, причем в дне 26 выполняют по меньшей мере один гофр 31, который в радиальном направлении располагают на расстоянии от центральной продольной оси В герметизирующего стакана 10. В изготовленном глубокой вытяжкой герметизирующем стакане 10 гофры 31 выполняют в дне 26 во время процесса глубокой вытяжки.
Расположенные на радиальном расстоянии от центральной продольной оси В герметизирующего стакана 10 гофры 31 проходят в радиальном направлении близко к области 30 бортика или даже доходят до нее. Как видно из Фиг. 2, дно 32 гофра проходит в плоскости, расположенной по существу параллельной той плоскости, которая соответствует переходу от выпуклой области 29 к области 30 бортика. В частности, внутренняя стенка 34 герметизирующего стакана 10 лежит в области дна 32 гофра по существу в той же перпендикулярной центральной продольной оси В воображаемой плоскости, что и переход от выпуклой области 29 к области 30 бортика. В порядке альтернативы, как показано на Фиг. 4, дно 32 гофра герметизирующего стакана 10 может быть выполнено проходящим параллельно выпуклой области 29. Часть дна 32 гофра проходит при этом вплоть до плоскости, перпендикулярной центральной продольной оси В и лежащей в области 30 бортика. Как видно на Фиг. 1, в области дна 32 гофра максимальное расстояние X от внутренней стенки 34 герметизирующего стакана 10 до обращенной к дну 26 герметизирующего стакана 10 торцевой стороне 35 внутреннего ротора 17 составляет примерно 20 мм. Предпочтительно в области дна 32 гофра максимальное расстояние X от внутренней стенки 34 герметизирующего стакана 10 до торцевой стороны 35 внутреннего ротора 17 составляет около 10 мм.
Переходы между выпуклой областью 29 и стенками 33 гофров имеют большие радиусы по сравнению с переходами от стенок 33 гофров к дну 32 соответствующего гофра. Показанные на фиг. 1-4 гофры 31 имеют по существу геометрию в форме стадиона. В порядке альтернативы они могут иметь любую другую геометрию. Гофры 31 могут быть, например, в форме призмы, прямоугольного параллелепипеда, шара или их усеченных форм, или в форме их комбинаций, или, как показано на Фиг. 5, иметь дно 32 гофра, выпуклое в направлении внутреннего ротора.
Перечень ссылочных обозначений
1 насосное устройство
2 корпус
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 камера
13 вал рабочего колеса
13а участок вала
13b участок вала
14 проточная камера
15 отверстие
16 рабочее колесо
17 внутренний ротор
18 магнит
19 система подшипников
20 приводной вал
21 шарикоподшипник
22 шарикоподшипник
23 магнит
24 внешний ротор
25 основная часть
26 дно
27 присоединительный фланец
28 сверленое отверстие
29 выпуклая область
30 область бортика
31 гофр
31а внутренняя кромка гофра
31b внешняя кромка гофра
32 дно гофра
33 стенка гофра
34 внутренняя стенка
35 торцевая сторона внутреннего ротора
А ось вращения
В центральная продольная ось
is
r внутренний радиус герметизирующего стакана
Sa
A расстояние от внешней кромки гофра до центральной продольной оси
Si
A расстояние от внутренней кромки гофра до центральной продольной оси