專(zhuān)利名稱(chēng)：馬達(dá)泵的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述特征用于操作泵單元的方法以及一種根據(jù)權(quán)利要求3的前序部分所述特征的泵單元。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的較小或平均功率的離心泵單元通常設(shè)計(jì)為濕運(yùn)行裝置，即它們包括分離管(split tube)，該分離管使轉(zhuǎn)子空間相對(duì)于定子空間密封，尤其是防止傳送流體的滲透。特別是，位于轉(zhuǎn)子空間內(nèi)的傳送流體也用于承載轉(zhuǎn)子軸的軸承的潤(rùn)滑。該結(jié)構(gòu)的泵自身已經(jīng)證明，因?yàn)樗鼈儾恍枰魏螌?duì)活動(dòng)部件區(qū)域的密封，因此轉(zhuǎn)子空間可以與泵空間導(dǎo)通相連。
另一方面，由現(xiàn)有技術(shù)還知道使用干運(yùn)行裝置，即，使承載泵葉輪的軸相對(duì)于馬達(dá)密封。為了使轉(zhuǎn)子空間相對(duì)于傳送流體可靠和長(zhǎng)時(shí)間地密封，需要復(fù)雜的密封設(shè)計(jì)，它們很昂貴，并通常易于磨損。
盡管干運(yùn)行裝置的效率基本上優(yōu)于濕運(yùn)行裝置，因?yàn)檗D(zhuǎn)子和定子之間的距離可以減小，且這些部件之間的磁場(chǎng)不會(huì)由于分離管而削弱，但是密封件的額外費(fèi)用以及長(zhǎng)期工作所需的維護(hù)都很大，因此，至少對(duì)于較小或平均結(jié)構(gòu)尺寸的裝置，人們總是只采用濕運(yùn)行馬達(dá)。否則，人們必須保證軸承的永久性潤(rùn)滑。
為了增加這樣的離心泵的液壓功率和效率，已知使該單元配置有變頻器，該變頻器連接于電馬達(dá)的前面，并且不管主頻和電壓如何都允許馬達(dá)有實(shí)際上無(wú)限高的轉(zhuǎn)速。不過(guò)，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，轉(zhuǎn)子和分離管之間的流體摩擦變得較大，因此，對(duì)于該類(lèi)型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速超過(guò)特定界限而增加并不是很有利。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種用于操作泵單元的方法，通過(guò)該方法，泵可以在高轉(zhuǎn)速下工作。而且，已知類(lèi)型的泵單元可以設(shè)計(jì)成使它能夠在高轉(zhuǎn)速下工作，同時(shí)沒(méi)有前述兩種系統(tǒng)(濕運(yùn)行裝置/干運(yùn)行裝置)的缺點(diǎn)。
該目的部分可通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的方法獲得，部分可通過(guò)具有權(quán)利要求3所述特征的裝置獲得，本發(fā)明的優(yōu)選形式在從屬權(quán)利要求、下面的說(shuō)明以及附圖中介紹。
本發(fā)明的基本思想是這樣操作濕運(yùn)行馬達(dá)，盡管它的結(jié)構(gòu)類(lèi)型設(shè)計(jì)為濕運(yùn)行馬達(dá)，但是它在工作時(shí)具有干運(yùn)行裝置的特征，特別是，它在沒(méi)有液體的情況下運(yùn)行，而對(duì)于濕運(yùn)行馬達(dá)，通常在轉(zhuǎn)子空間中有液體。通過(guò)該設(shè)計(jì)，濕運(yùn)行馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，即在泵和馬達(dá)之間不需要復(fù)雜密封件，是可以保持，同時(shí)又有干運(yùn)行裝置特別適于高轉(zhuǎn)速的特征。因此，本發(fā)明設(shè)想在馬達(dá)運(yùn)行之前、期間和/或之后，至少部分除去位于轉(zhuǎn)子空間中的流體。這時(shí)，位于轉(zhuǎn)子和分離管之間的流體優(yōu)選是通過(guò)熱效應(yīng)而蒸發(fā)。實(shí)際上在該區(qū)域除去流體非常重要，因?yàn)樵诟咚傩D(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子和分離管之間產(chǎn)生最大摩擦輸出。
用于操作泵單元的裝置的結(jié)構(gòu)可以有多種設(shè)計(jì)變化。這可以通過(guò)非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)而獲得，因此，非常便宜地使轉(zhuǎn)子空間相對(duì)于傳送流體進(jìn)行有限壓力密封。這樣的有限壓力密封足以保持轉(zhuǎn)子空間在工作過(guò)程中基本沒(méi)有液體。同時(shí)，實(shí)際上設(shè)計(jì)成在馬達(dá)開(kāi)始運(yùn)行之前，該轉(zhuǎn)子空間充滿(mǎn)液體。不過(guò)，流體將通過(guò)專(zhuān)門(mén)為此設(shè)計(jì)的閥、只到一定壓力有效的密封件或其它合適裝置而確實(shí)除去，其中將考慮到流體加熱蒸發(fā)和因此體積增加。因此，壓力升高，直到超過(guò)轉(zhuǎn)子空間的壓力限制，位于其中的流體將以氣體或液體形式而溢出。這時(shí)，這里的蒸汽壓力將使得不再有傳送流體進(jìn)入該轉(zhuǎn)子空間。還有，泵可以有利地設(shè)計(jì)成具有濕運(yùn)行馬達(dá)，這樣，尤其是可以使用在高轉(zhuǎn)速下流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。
為了能夠保證在馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速下將流體供給軸承，同時(shí)使轉(zhuǎn)子空間基本沒(méi)有流體，本發(fā)明設(shè)計(jì)成使承載轉(zhuǎn)子的軸承安排在轉(zhuǎn)子空間外部。不過(guò)，這時(shí)至少一個(gè)承載轉(zhuǎn)子的軸承，優(yōu)選是離泵葉輪最遠(yuǎn)的軸承布置在分離管內(nèi)，因?yàn)檫@時(shí)流體供給可以通過(guò)中心軸孔進(jìn)行，因此，在軸上可以大致實(shí)現(xiàn)軸向壓力補(bǔ)償。
優(yōu)選是，當(dāng)兩個(gè)軸端引出轉(zhuǎn)子空間時(shí)，葉輪在一個(gè)軸端處，引導(dǎo)離開(kāi)轉(zhuǎn)子空間的流體可以從遠(yuǎn)離葉輪的軸端附近引出。特別是，如前所述，當(dāng)通過(guò)軸孔或另外管連接而存在壓力補(bǔ)償時(shí)，流體從轉(zhuǎn)子空間中的除去幾乎在沒(méi)有壓力的情況下進(jìn)行，且不需要對(duì)抗泵的傳送壓力。在有穿過(guò)軸的連接管的情況下，這樣的除去可以特別簡(jiǎn)單，即使該軸端受到泵的吸入側(cè)壓力的沖擊。
軸向面密封件優(yōu)選是用作壓力限制密封裝置，其中，壓力限制的設(shè)定通過(guò)選擇合適彈簧而實(shí)現(xiàn)，軸向面密封環(huán)通過(guò)該彈簧而保持接觸。
在任何情況下，優(yōu)選是軸向面密封件布置在轉(zhuǎn)子和相鄰軸承之間，其中，用于遠(yuǎn)離葉輪的軸承的軸承接收器布置在分離管內(nèi)。同時(shí)，優(yōu)選是軸承接收器通過(guò)外部密封件相對(duì)于分離管密封以及通過(guò)內(nèi)部密封件相對(duì)于軸向面密封件的靜止部分密封。
為了能夠盡可能完全地從轉(zhuǎn)子空間中除去流體，優(yōu)選是對(duì)于軸承接收器或軸向面密封件布置游隙在轉(zhuǎn)子端面處，或在軸承接收器和轉(zhuǎn)子之間提供有單獨(dú)的移動(dòng)部件，該移動(dòng)部件減小了轉(zhuǎn)子端面和軸承接收器之間的自由容積，所述容積能夠在工作時(shí)由流體充滿(mǎn)。優(yōu)選是，該移動(dòng)部件由絕熱材料制成，優(yōu)選是塑料，以便防止在轉(zhuǎn)子空間中特意產(chǎn)生的、用于蒸發(fā)位于轉(zhuǎn)子空間中的流體的熱量在端面處離開(kāi)，或者防止在該區(qū)域產(chǎn)生凝結(jié)。為此，優(yōu)選是軸承接收器也由絕熱材料制成。
為了盡可能快和完全地蒸發(fā)位于轉(zhuǎn)子空間中的流體，優(yōu)選是設(shè)計(jì)成可至少局部加熱分離管。原則上，通過(guò)在轉(zhuǎn)子和分離管之間的區(qū)域中的摩擦可以有效產(chǎn)熱，這樣，流體在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)加熱，從而蒸發(fā)。不過(guò)，為了進(jìn)行補(bǔ)充或用于蒸發(fā)，人們可以在起動(dòng)馬達(dá)之前加熱分離管，該加熱可以通過(guò)電阻加熱或感應(yīng)加熱，尤其是考慮到在工作時(shí)在轉(zhuǎn)子和定子之間形成磁場(chǎng)。對(duì)于馬達(dá)，優(yōu)選是采用永磁體馬達(dá)。


下面將通過(guò)附圖所示的實(shí)施例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明。其中圖1是穿過(guò)本發(fā)明的離心泵單元的縱向剖面圖；以及圖2是圖1中的部分II的放大視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中所示的泵單元包括圓形截面的殼體1，在該殼體1的底端面上形成有吸力側(cè)進(jìn)口2，在該殼體1的上端面上形成有壓力側(cè)出口3。要供給的流體在進(jìn)口2處吸入，并從這里到達(dá)泵的葉輪5的吸入開(kāi)口4，從該吸入開(kāi)口4，該流體徑向向外進(jìn)入環(huán)形槽道6，并通向出口3。
槽道6在它的外側(cè)由殼體1界定，在內(nèi)側(cè)由固定在殼體1內(nèi)的馬達(dá)殼體7界定。單元的供電通過(guò)電連接件8實(shí)現(xiàn)，該電連接件8從馬達(dá)殼體7側(cè)向向外引出，經(jīng)過(guò)槽道并引向殼體1外。馬達(dá)殼體7裝有定子9，該定子9的內(nèi)側(cè)由分離管10限定。轉(zhuǎn)子11在分離管10中延伸，該轉(zhuǎn)子11布置在軸12上，該軸12在靠近其端部的位置處安裝在滑動(dòng)軸承13、14中，該滑動(dòng)軸承13、14布置在軸承接收器15、16中，該軸承接收器15、16固定在分離管10內(nèi)，因此在馬達(dá)殼體7內(nèi)。
分離管10徑向界定了轉(zhuǎn)子空間17，該轉(zhuǎn)子空間17在端面處通過(guò)軸向面密封件18、19而相對(duì)于其余分離管空間以限壓方式進(jìn)行空間限制。
安裝在滑動(dòng)軸承13和14內(nèi)的軸12在底端裝有葉輪5和轉(zhuǎn)子11。它包括中心通道孔20，該中心通道孔20在吸入開(kāi)口4和馬達(dá)殼體7的上端(在圖1中的頂部)之間形成傳導(dǎo)連接。因?yàn)橄笃胀ǖ臐襁\(yùn)行馬達(dá)那樣，軸12并不相對(duì)于泵空間密封，因此，上部軸承13和底部軸承14一樣通過(guò)孔20供給傳送流體。因此，在底部軸承14處主要為泵的傳送壓力，而在上部軸承13處主要為泵的吸力側(cè)壓力。轉(zhuǎn)子空間17相對(duì)于在工作時(shí)充滿(mǎn)流體的分離管空間的密封只是通過(guò)軸向面密封件18和19來(lái)進(jìn)行。該軸向面密封件的結(jié)構(gòu)通過(guò)圖2中的上部軸向面密封件18來(lái)介紹。
軸向面密封件18包括靜止軸向面密封環(huán)21，該靜止軸向面密封環(huán)21包含在形成軸承接收器15的部件內(nèi)，并通過(guò)O形環(huán)22相對(duì)于該部件徑向密封，并可沿軸12的軸向移動(dòng)地安裝。該靜止軸向面密封環(huán)21通過(guò)環(huán)繞軸12的螺旋彈簧23而受到壓力沖擊。螺旋彈簧23同樣布置在形成軸承接收器15的部件內(nèi)。在軸12和形成軸承接收器15的部件之間形成的環(huán)形空間通過(guò)在上部軸承13附近的槽道24而與由馬達(dá)殼體7確定的空間相連，該槽道24與孔20連通。
旋轉(zhuǎn)軸向面密封環(huán)25支承在靜止軸向面密封環(huán)21的端面上，它布置在軸肩內(nèi)，并與該軸12一起旋轉(zhuǎn)。
這樣形成的軸向面密封件18使轉(zhuǎn)子空間17相對(duì)于其余分離管空間密封，在轉(zhuǎn)子11的另一側(cè)提供有相應(yīng)密封件。
在起動(dòng)泵時(shí)，轉(zhuǎn)子空間17可能完全或部分充滿(mǎn)傳送流體。當(dāng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速升高時(shí)，位于轉(zhuǎn)子空間內(nèi)的流體被加熱，直到最終流體蒸發(fā)，且轉(zhuǎn)子空間17內(nèi)的壓力快速增加。當(dāng)超過(guò)由軸向面密封件18形成并由彈簧23的壓力確定的極限壓力時(shí)，靜止軸向面密封環(huán)升高離開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸向面密封環(huán)25，從而沿圖1所示的向上方向運(yùn)動(dòng)，這意味著轉(zhuǎn)子空間17通過(guò)槽道24與環(huán)繞軸承13的空間連通。通過(guò)形成于轉(zhuǎn)子空間17中的壓力，轉(zhuǎn)子空間通過(guò)軸向面密封件18自動(dòng)排空，直到最終只有蒸氣位于轉(zhuǎn)子空間中，而沒(méi)有流體。然后，馬達(dá)類(lèi)似于干運(yùn)行馬達(dá)那樣工作。這樣的馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速例如在40,000和100,000轉(zhuǎn)每分鐘之間。只要轉(zhuǎn)子空間17再次充滿(mǎn)流體，所述過(guò)程在馬達(dá)的每次起動(dòng)時(shí)就重復(fù)進(jìn)行。
為了保證盡可能完全地從轉(zhuǎn)子空間17中除去流體，在轉(zhuǎn)子11端面處提供有共同運(yùn)行的第一移動(dòng)體26，該第一移動(dòng)體布置在轉(zhuǎn)子的端面上；以及第二靜止移動(dòng)體27，該第二靜止移動(dòng)體27通過(guò)O形環(huán)28緊密抵靠在分離管10上。該移動(dòng)體26和27由絕熱塑料制成，并基本有兩個(gè)目的。一方面，它們將充滿(mǎn)轉(zhuǎn)子空間17中的、在轉(zhuǎn)子11和軸承接收器15之間的空間，以便減小轉(zhuǎn)子空間17的自由容積，從而減少可容納的流體。另一方面，這些移動(dòng)體26和27是絕熱體，它使在工作中變熱的轉(zhuǎn)子空間17與其余的軸承空間隔開(kāi)，以便避免在該區(qū)域形成凝結(jié)，以不增加摩擦。布置在轉(zhuǎn)子11的另一側(cè)的軸向面密封件19的形狀和結(jié)構(gòu)以及功能都與參考軸向面密封件18所述相同。這里還提供了移動(dòng)體26和27。由于該設(shè)計(jì)，可以通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)軸向面密封件18和19而從轉(zhuǎn)子空間17中除去流體。不過(guò)，優(yōu)選是，這通過(guò)上部軸向面密封件18實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)孔12，這里只是為吸力側(cè)壓力，而在另一軸向面密封件19處則為壓力側(cè)壓力，在將流體從轉(zhuǎn)子空間中除去時(shí)必須克服該壓力。
通過(guò)上述實(shí)施例，當(dāng)達(dá)到合適轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，位于轉(zhuǎn)子空間內(nèi)的流體馬上自動(dòng)進(jìn)行加熱和蒸發(fā)。不過(guò)，根據(jù)本發(fā)明，人們可以提供附加的電加熱或其它類(lèi)型的加熱，這樣，特別是分離管可以在轉(zhuǎn)子12外側(cè)的、布置移動(dòng)體26、27的區(qū)域進(jìn)行加熱。也可以不用軸向面密封件，人們可以在轉(zhuǎn)子空間的合適位置提供減壓閥，例如在分離管中，以便除去流體。在本實(shí)施例中所述的馬達(dá)是直流馬達(dá)，不過(guò)，人們也可以采用交流馬達(dá)或高速馬達(dá)。
參考標(biāo)號(hào)表1.殼體2.進(jìn)口3.出口4.吸入開(kāi)口5.葉輪6.槽道7.馬達(dá)殼體8.電連接件9.定子10.分離管11.轉(zhuǎn)子12.軸13.頂部軸承14.底部軸承15.頂部軸承接收器16.底部軸承接收器17.轉(zhuǎn)子空間18.頂部軸向面密封件19.底部軸向面密封件20.軸中的孔21.靜止軸向面密封環(huán)22.O形環(huán)23.螺旋彈簧24.槽道25.旋轉(zhuǎn)軸向面密封環(huán)26.移動(dòng)體27.移動(dòng)體28.O形環(huán)
權(quán)利要求
1.一種用于操作泵單元的方法，該泵單元有離心泵和驅(qū)動(dòng)該離心泵的電馬達(dá)，該泵單元的轉(zhuǎn)子(11)在分離管(10)中延伸，該分離管(10)以流體密封的方式使轉(zhuǎn)子空間(17)相對(duì)于定子(9)分離，其中，在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)到工作轉(zhuǎn)速的過(guò)程中和/或之后，位于轉(zhuǎn)子空間(7)內(nèi)的流體至少部分除去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中位于轉(zhuǎn)子(11)和分離管(10)之間的流體通過(guò)熱效應(yīng)而蒸發(fā)。
3.一種泵單元，尤其是用于根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法操作，具有離心泵和驅(qū)動(dòng)該離心泵的電馬達(dá)，該泵單元的轉(zhuǎn)子(11)在分離管(10)中延伸，該分離管(10)以流體密封的方式使轉(zhuǎn)子空間(17)相對(duì)于定子(9)分離，其中，提供有使轉(zhuǎn)子空間(17)相對(duì)于傳送流體限制壓力密封的裝置(18、19、23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵單元，其中承載轉(zhuǎn)子(11)的軸承(13、14)布置在轉(zhuǎn)子空間(17)外部。
5.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的泵單元，其中至少一個(gè)承載轉(zhuǎn)子(11)的軸承(13、14)布置在分離管(10)內(nèi)。
6.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的泵單元，其中兩軸端都從轉(zhuǎn)子空間(17)中引出，其中，葉輪(5)布置在一個(gè)軸端，除去的流體在遠(yuǎn)離葉輪(5)的軸端處附近引出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵單元，其中使轉(zhuǎn)子空間(17)相對(duì)于傳送流體限制壓力密封的裝置通過(guò)至少一個(gè)軸向面密封件(18、19)形成。
8.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中容納轉(zhuǎn)子(11)的軸(12)的軸承(13、14)布置在軸承接收器(15、16)中，該軸承接收器裝于分離管(10)內(nèi)，且軸向面密封件(18、19)布置在轉(zhuǎn)子(11)和軸承接收器(15、16)之間。
9.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中軸承接收器(15、16)通過(guò)外部密封件(28)相對(duì)于分離管(10)密封，并通過(guò)內(nèi)部密封件(22)相對(duì)于軸向面密封件(18、19)的靜止部件(21)密封。
10.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中軸承接收器(15、16)或軸向面密封件(18、19)有游隙地支承在轉(zhuǎn)子(11)端面處，或者在軸承接收器(15、16)和轉(zhuǎn)子(11)之間提供有單獨(dú)的移動(dòng)部件(26、27)，該單獨(dú)移動(dòng)部件(26、27)減小了轉(zhuǎn)子(11)和軸承接收器(15、16)之間的、可以在工作時(shí)充滿(mǎn)流體的自由容積。
11.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中在軸承接收器(15、16)以及分離管(10)之間以及在軸承接收器(15、16)和軸向面密封件(18、19)的靜止部件(21)之間的密封件(22、28)由O形環(huán)(22、28)形成。
12.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中軸承接收器(15、16)和/或移動(dòng)部件(26、27)由絕熱材料組成。
13.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中該分離管(10)至少可在部分區(qū)域加熱。
14.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中該分離管(10)可電加熱。
15.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中該分離管(10)可感應(yīng)加熱，特別是通過(guò)在工作時(shí)形成于轉(zhuǎn)子(11)和定子(9)之間的磁場(chǎng)感應(yīng)加熱.
16.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的潛水泵單元，其中該馬達(dá)是永磁體馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于操作泵單元的方法，該泵單元有離心泵，該離心泵由電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，該離心泵包括在分離管(10)中延伸的轉(zhuǎn)子(11)。轉(zhuǎn)子空間(17)以流體密封的方式相對(duì)于定子(9)分離。當(dāng)馬達(dá)起動(dòng)至工作轉(zhuǎn)速時(shí)，位于轉(zhuǎn)子空間(17)內(nèi)的流體在轉(zhuǎn)速增加時(shí)蒸發(fā)并隨后除去，以便使馬達(dá)最終以干運(yùn)行模式工作。
文檔編號(hào)F04D29/58GK1481478SQ01821025
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2001年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者約恩·克里斯滕森, 約恩 克里斯滕森 申請(qǐng)人:格倫德福斯聯(lián)合股份公司